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Aula 1 Introdução Sistemas Digitais

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Mario Sergio Cortella Cortella - Pasta de Dente http://www.youtube.com/watch?v=f0z56D5qCO0


O que é Eletrônica? Ciência que estuda a forma de controlar a energia elétrica por meios elétricos nos quais os elétrons têm papel fundamental.

Ramo da ciência que estuda o uso de circuitos formados por componentes elétricos e eletrônicos, com o objetivo principal de representar, armazenar, transmitir ou processar informações além do controle de processos e servo mecanismos.

Ramo da ciência (Física) onde se estudam os fenômenos das cargas elétricas elementares, as propriedades e comportamento, do elétron, fótons, partículas elementares, ondas eletromagnéticas, etc.


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Eletrônica – Áreas de interesse Computação

Telecomunicações

Integração

Meios de trasmissão

Programação

Ondas eletromagnéticas

Performance

Protocolos

Armazenar e processar informações.

Transmitir e receber informações.

Instrumentação

Sistemas de Potência

Sensores e transdutores

Retificadores e inversores

Medidas elétricas

Conversores de energia

Variáveis físicas e químicas

Fontes de energia

Representar as grandezas físicas e químicas (informações) sob forma de sinais elétricos.

Processar e armazenar energia, utilizando a eletrônica de potência.


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Eletrônica – Áreas de interesse Sistemas de Controle

Robótica

Automação

Produção Industrial

Eletrônica Embarcada

Inteligência Artificial

Controle de processos

Drones

Comandar e controlar processos e sistemas.

Controle de servo mecanismos

Semicondutores

Processamento de sinais

Estudo de materiais

Biomedicina

Desenvolvimento de componentes

Amplificação e Digitalização

Conhecimento de física e química

Estatística

Estuda o comportamento da corrente elétrica no vácuo e nos semicondutores.

Extrair informações dos sinais e/ou torná-los mais adequados para alguma aplicação.


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Eletrônica – Conhecimento necessário

Pense em eletrônica como uma árvore.

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Eletrônica – Conhecimento necessário Aprender sobre as 4 propriedades fundamentais da Eletricidade

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Lei de Ohm Leis de Kirchhoff Circuito série Circuito paralelo

Corrente Tensão

Potência Resistência Powered by Enderson Neves Cruz

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Eletrônica – Conhecimento necessário Aprender sobre alguns componentes usados para controlar as 4 propriedades fundamentais e as ferramentas necessárias para trabalhar com a eletrônica.

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Fios Cabos Conectores Chaves Baterias Fusíveis

Resistores Indutores Capacitores Relés Transdutores

Corrente Tensão

s e t n e n o p m o C

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Diodos Transistores Tiristores Sensores optoeletrônicos



Soldar Simular Montar protótipos Fazer placas (PCB)


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Eletrônica – Conhecimento necessário Interpretar diagramas de circuitos e Alguns componentes estabelecer circuitos.

usados para controlar as 4 Aprender algunsfundamentais circuitos comuns propriedades e usados para combinar componentes as ferramentas necessárias em aplicações úteis. com a para trabalhar eletrônica.

Circuitos Osciladores Amplificadores Mixers Filtros Retificadores Timers Amp. Operacionais

Corrente Tensão


Portas lógicas Codificadores e Decodificadores Contadores Flip-flops Conversores A/D e D/A Microcontroladores e Microprocessores


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Eletrônica – Conhecimento necessário Comunicações Consumo

Sistemas Audiovisuais Industriais

Circuitos

Corrente Tensão


Alguns componentes Biomédicosusados para controlar as 4 propriedades fundamentais e as ferramentas necessárias Computadores para trabalhar com a eletrônica.

Instrumentação

Compreender os fundamentos, os componentes e os circuitos, permite compreender, projetar, construir e consertar os diversos sistemas eletrônicos.


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Eletrônica e Programação

Tablet Smartphone

Veículos

O que tem em comum? Robôs

Estamos na Era digital

Consoles de games

Casa Inteligente

Smart TV


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Eletrônica Analógica x Digital Sinais analógicos Um sinal analógico é contínuo no tempo e nos valores.

tempo

Quantidades analógicas podem variar em um determinado intervalo de valores.

Sinais Digitais Um sinal digital é discreto no tempo e nos valores.

tempo

Quantidades digitais podem assumir apenas valores discretos (passo a passo).

Podem assumir qualquer valor ao longo de uma faixa contínua.


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Eletrônica Analógica x Digital Sinais analógicos

Sinais Digitais

A leitura é geralmente sujeita a interpretação.

Devido a representação através de dígitos (digital) não existe ambiguidade na leitura.

O mundo é de natureza analógica A maioria das grandezas físicas (temperatura, pressão, luminosidade, velocidade, etc.) é de natureza analógica.


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Eletrônica Analógica x Digital Sistemas analógicos

Sistemas Digitais

São sistemas que manipulam quantidade físicas do mundo real, tais como: peso, massa, som, temperatura, luminosidade, etc.

Combinação de dispositivos projetados para manipular informação lógica ou quantidades físicas que são representadas no formato digital.

As grandezas elétricas (corrente, tensão, resistência, etc.) tem um comportamento análogo a grandeza física que representam.

Representados normalmente por sinais lógicos 0 ou 1, ou BAIXO e ALTO.

Transistor operando como amplificador

Transistor operando como chave


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Eletrônica Analógica x Digital Vantagens e limitações das técnicas digitais Vantagens

Desvantagens

• Facilidade de projetar;

• O mundo é quase totalmente de natureza analógica.

• Facilidade de armazenar informações;

• Todo circuito digital que lida com variáveis físicas de natureza analógica necessita DIGITALIZAR o sinal, ou seja:

• Extensa programabilidade (o sistema é programável) ; • Maior exatidão e precisão. • Maior graude integração; • São menos afetados por ruídos (por exemplo, os circuitos digitais não dependem do valor exato da tensão elétrica recebida, e sim da diferença entre os níveis Alto e Baixo).

• Converter a informaçãopara o meio digital • Processar esta informação digitalmente • E posteriormente fazer o fluxo inverso, converte da natureza digital para a analógica Sendo este processo, em alguns casos, não benéfico.


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Eletrônica Analógica x Digital “O mundo é digital…” Analógico perde terreno:

• Computação • Instrumentação • Sistemas de controle • Telecomunicação • Eletrônica de consumo

• Amplificadores de sinais muito fracos

“…analógico, continua vivo.”

• Sensores • Conversores A/D e D/A • Comunicação RF • Amplificadores de alta freqüência • Sistemas digitais estão ficando rápidos, aumentando a densidade dos circuitos: Fenômenos “analógicos” estão se tornando importantes em sistemas digitais

Fonte: Eletrônica Digital, Prof. Fabiano Fruett UNICAMP , 2007


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Sistemas Digitais Portas Lógicas

AND – OR – NOT –XOR

Circuitos combinacionais Multiplexadores e Demultiplexadores

A saída depende única e exclusivamente das combinações entre as variáveis de entrada, não possuem características de memória. • Álgebra de Boole

Codificadores e Decodificadores

• Mapas de Karnaugh

Circuitos aritméticos Sistemas Digitais

Circuitos sequenciais Flip-flops Contadores Registradores

Caracterizam-se pela possibilidade de memorizar informação. Os valores das saídas em urn dado instante não dependem somente dos valores das entradas, mas também dos valores anteriores dessas mesmas entradas. Composto por um circuito combinacional e elementos de memória

Memórias Conversores A/D e D/A


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Sistemas Digitais Portas Lógicas Circuitos combinacionais Sistemas Digitais

Circuitos sequenciais Memórias Conversores A/D e D/A

Funcionalidades definidas pelo fabricante Mask (mascarável) Configurável

Microprocessadores Sistemas Microprocessados

SoC System on Chip Microcontroladores SPLD – Simple PLD

Dispositivos Lógico Programáveis

CPLD – Complex PLD Programável pelo usuário

FPGA – Field Programable Gate Array


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Sistemas Digitais Ciclo da indústria de semicondutores

Fonte: Sistemas Digitais: Ansys solutions, Vol. 7 Issue I 2006.


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Sistemas Digitais Compromissos de otimização em projeto de CIs “Trade offs”

Fonte: Sistemas Digitais: Ansys solutions, Vol. 7 Issue I 2006.


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Sistemas Digitais Níveis de abstração do projeto de um CI Alto Especificação

Sistema o ã ç a r t s b a e d l e v í N

Módulo funcional

Porta

Circuito

Dispositivo Baixo Fonte: Sistemas Digitais: Ansys solutions, Vol. 7 Issue I 2006.


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Sistemas Digitais Família de Sistemas Digitais

Fonte: Sistemas Digitais: Princípios e Aplicações. Ronald J. Tocci e Neal S. Widmer


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Referências para estudo rápido

O que é Eletrônica? Canal Brincando com Ideias https://youtu.be/U97tV4rODCk

O que é Eletrônica Analógica? Canal Brincando com Ideias https://youtu.be/P54pDZ3p-0c

O que é Eletrônica Digital? Canal Brincando com Ideias https://youtu.be/mLc9xn6UxWY


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Referências para estudo rápido • • •

Curso de Eletrônica Digital – Newton C. Braga http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/eletronica-digital.html Curso de Eletrônica Digital - Video Aulas – Gabriel Maganha http://vimeo.com/user5899484 Curso de C para hackers iniciantes - Video Aulas – MarcoAurélio Thompson Ver pasta referências

• •

Sistemas Digitais - CEFET-MG - Prof. Paulo Henrique Cruz Pereira Sistemas Digitais e Microprocessadores - UFPR Roberto A Hexsel


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