Circuitos digitais

Programa da Disciplina

Nome: Circuitos Digitais	Código: 14063
Departamento: Departamento de Computação	Área: Ciência da Computação
Carga-horária total: 60 horas	Créditos: 4
Carga-horária semanal: 4 horas (teóricas: 3; práticas: 1; EAD*: 0)

Ementa:

Bases numéricas: princípio de funcionamento e padrões de representação. Representações de números inteiras e fracionárias nos sistemas digitais: representação em complemento a dois, em ponto-fixo e em ponto-flutuante.

Eletrônica básica: circuitos elétricos e circuitos eletrônicos básicos. Implementação de portas lógicas com transistores e diodos. Famílias lógicas. Circuitos lógicos combinacionais: análise e síntese. Circuitos lógicos sequenciais: análise e síntese. Flip-flops, registradores, e memórias. Osciladores e relógios. Dispositivos lógicos programáveis. Introdução aos sistemas digitais. Implementação e análise de circuitos contadores, geradores de código e autômatos finitos.

Linguagens de Descrição de Hardware (HDL), Padrões de codificação de projeto em linguagens de descrição de hardware. Modelagem e implementação de circuitos lógicos sequenciais e combinacionais por meio do uso de linguagens de descrição de hardware. Introdução à arquitetura de computadores.

Prática como componente curricular (30h):

No âmbito da discussão sobre educação a distância, serão praticados métodos de ensino específicos desta modalidade, apoiados pelos recursos de mídia dos ambientes virtuais de aprendizagem, tais como fóruns, chats, vídeo-aulas, e-books, entre outros.

Objetivos:

Apresentar aos alunos conceitos fundamentais dos circuitos digitais tais como:Bases numéricas, Álgebra booleana;
Portas lógicas básicas;
Metodologia de Projeto e análise de circuitos lógicos combinacionais;
Simplificação de circuitos lógicos combinacionais utilizando métodos algébricos e mapas de Karnaugh;
Projeto de circuitos lógicos sequenciais;
Tecnologias de fabricação dos circuitos digitais;
Linguagens de descrição de hardware (HDL);
Introdução ao projeto de circuitos digitais complexos por meiodo uso de linguagens de descrição de hardware (HDL);
Introdução aos princípios básicos de funcionamento e estratégias de projeto dos processadores.

Conteúdo Programático

1.Sistemas de Numeração

1.1. Bases binária, octal e hexadecimal

● Representação, conversão e operação;

● Representação e operação de números em complemento a dois.

1.2. Representação de números reais nas notações de ponto fixo e de ponto flutuante.

2. Revisão de Eletricidade Básica e Introdução aos circuitos eletrônicos

2.1. Lei de Ohms

● Aplicação da Lei de ohms – Circuitos série e paralelo;

2.2. Princípio de funcionamento dos Semicondutores

● Junção PN;

● Diodos;

● Transistores.

3. Circuitos Lógicos Combinacionais

3.1. Álgebra Booleana;

3.2. Funções e portas lógicas básicas –AND, OR, NOT,NAND, NOR, XOR, XNOR;

3.3. Tabela Verdade;

3.4. Expressões Booleanas;

3.5. Teoremas Booleanos;

3.6. Teorema de deMorgan;

3.7. Universalidade das portas NAND e NOR;

3.8. Simbologia Alternativa para portas lógicas;

3.9. Projeto e simplificação de circuitos lógicos combinacionais;

3.10. Aplicação de tabela verdade no projeto de circuitos lógicos combinacionais;

3.11. Equações booleanas e suas aplicações nas implementações de circuitos lógicos combinacionais;

3.12. Simplificação de circuitos lógicos combinacionais

● Método Algébrico ;

● Mapa de Karnaugh.

4. Circuitos Lógicos Sequenciais

4.1. Latchs;

4.2. Características dos Pulsos digitais e sinais de clock;

4.3. Flip-flops SR, JK, D e T;

4.4. Entradas síncronas e assíncronas dos flip-flops;

4.5. Problemas de temporização e sincronismo com flip-flops;

4.6. Aplicações com flip-flops

● Armazenamento de dados;

● Transferência paralela e serial de dados;

● Divisão de frequência e contagem.

4.7. Circuitos Osciladores

● Multivibradores;

● Circuitos geradores de clock;

4.8. Dispositivos Schmitt-trigger;

4.9. Projeto e análise de circuitos sequenciais.

● Contadores assíncronos

○ Projeto e análise de contadores assíncronos;

○ Atraso de propagação em contadores assíncronos.

● Contadores síncronos

○ Paralelo módulo N;

○ Paralelo módulo menor que N;

○ Contadores crescentes e decrescentes;

○ Contadores com carga paralela;

○ Projeto e análise de contadores síncronos;

● Metodologia de Projeto e análise de circuitos sequenciais

○ Modelagem em máquina de estados finitos;

○ Tabela de transição de estados;

○ Circuitos de ativação.

5.Famílias Lógicas e Circuitos Integrados

5.1. Família lógica TTL (Transistor Bipolar)

● Características de construção;

● Outras Características.

5.2. Família lógica CMOS (Transistor de Efeito de Campo)

● Características de construção;

● Outras Características.

5.3. Tecnologias de acoplamento

● Saída Toten-pole;

● Saída coletor aberto;

● Saída Tri-state.

5.4. Portas de transmissão CMOS;

5.5. Interfaceamento de Cis;

5.6. Circuitos Lógicos MSI.

● Decodificadores/Codificadores;

● Multiplexadores/Demultiplexadores;

● Comparador de Magnitude;

● Conversor de código;

● Barramento de dados.

6. Matrizes de Portas Lógicas Reconfiguráveis em Campo (FPGA)

6.1. Introdução;

6.2. Arquitetura Interna de um FPGA;

6.3. Famílias de FPGAs;

6.4. Ambiente de desenvolvimento de projetos para FPGAs.

7. Linguagem de descrição de hardware (HDL)

7.1. Introdução as Linguagens de Descrição de Hardware;

7.2. Linguagem Verilog

● Sintaxe básica;

● Padrões de codificação de projeto em linguagens de descrição de hardware;

● Modelagem e implementação de circuitoslógicos combinacionais;

● Modelagem e implementação de circuitos lógicos sequenciais;

● Simulação e Verificação de sistemas

7.2..1 Waveform

7.2..2 Testbench

7.3. Projeto de sistemas complexos utilizando HDL.

8. Introdução aos Microprocessadores

8.1. Arquitetura interna de um microprocessadores;

8.2. Estratégia de projeto e implementação dos elementos internos de um microprocessador

● Banco de Registradores;

● Unidade Lógica e Aritmética;

● Unidade de Controle;

● Memória de Programa;

● Entrada e Saída.

9. Projeto prático – Implementação de um microprocessador básico utilizando a linguagem Verilog.

Bibliografia básica:

TOCCI, Ronald J.; WIDMER, Neal S. Sistemas digitais: princípios e aplicações. 11ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2007.
VAHID, Frank. Sistemas Digitais Projetos, Otimização e HDL. 1 ed. Porto Alegre: Bookman Companhia Editora, 2008.

Bibliografia complementar:

Thomas, D. E.; Moorby, Philip R.: Verilog Hardware Description Language , 5ed. New York, Kluwer Academic Publishers, 2002.
IDOETA, Ivan V; CAPUANO, Francisco G. Elementos de eletrônica digital. 40. ed. São Paulo: Érica, 2008.
FLOYD, Thomas L. Sistemas Digitais Fundamentos e Aplicações. 9ed..Porto Alegre: Bookman Companhia Editora, 2007.
CARRO, Luigi. Projeto e prototipação de sistemas digitais. Porto Alegre: Editora da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 2001.