5
Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Noções elementares de electrónica digital - 1 Conceitos fundamentais • Organização: Analógico x digital Representação digital de grandezas analógicas Códigos de numeração Aritmética binária Outros códigos (Gray, BCD, ASCII, UPC) Funções lógicas elementares Álgebra de Boole Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Noções elementares de electrónica digital - 2 Analógico x digital A generalidade das grandezas com que nos confrontamos são de natureza analógica (e.g. temperatura, humidade, etc.) As grandezas analógicas variam de forma contínua, ao passo que as digitais variam de forma discreta (como varia a altura a que se encontra uma pessoa que sobe uma rampa ou uma escada?) Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Noções elementares de electrónica digital - 3 Vantagens e desvantagens do analógico e digital Existem vantagens e desvantagens em converter uma grandeza de analógico para digital: Uma vantagem: simplifica o tratamento da grandeza considerada (porquê?) Uma desvantagem: perde-se informação ao realizar a conversão (porquê?) Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Noções elementares de electrónica digital - 4 Representação digital de grandezas analógicas A qualidade da representação digital prende-se com dois factores principais: número de níveis da representação discreta e número de amostras por unidade de tempo

A generalidade das grandezas com que nos confrontamos são ...paginas.fe.up.pt/~jmf/Publicacoes/Downloads/Slides_IPSDM/0-slides.pdf · Digitais e Microcontroladores ... Analógico

  • Upload
    ngonhi

  • View
    218

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: A generalidade das grandezas com que nos confrontamos são ...paginas.fe.up.pt/~jmf/Publicacoes/Downloads/Slides_IPSDM/0-slides.pdf · Digitais e Microcontroladores ... Analógico

Intro

duçã

o ao

Pro

ject

o co

m S

iste

mas

Dig

itais

e M

icro

cont

rola

dore

sN

oçõe

s el

emen

tare

s de

ele

ctró

nica

dig

ital -

1

Conc

eitos

fund

amen

tais

•Or

ganiz

ação

:–

Analó

gico x

digit

al–

Repr

esen

tação

digit

al de

gran

deza

s ana

lógica

s–

Códig

os de

nume

raçã

o–

Aritm

ética

biná

ria–

Outro

s cód

igos (

Gray

, BCD

, ASC

II, UP

C)–

Funç

ões l

ógica

s elem

entar

es–

Álge

bra d

e Boo

leIn

trodu

ção

ao P

roje

cto

com

Sis

tem

as D

igita

is e

Mic

roco

ntro

lado

res

Noç

ões

elem

enta

res

de e

lect

róni

ca d

igita

l -2

Analó

gico

x di

gita

l•

A ge

nera

lidad

e das

gran

deza

s com

que n

os

confr

ontam

os sã

o de n

ature

za an

alógic

a (e.g

. tem

pera

tura,

humi

dade

, etc.

)•

As gr

ande

zas a

nalóg

icas v

ariam

de fo

rma c

ontín

ua,

ao pa

sso q

ue as

digit

ais va

riam

de fo

rma d

iscre

ta (co

mo va

ria a

altur

a a qu

e se e

ncon

tra um

a pes

soa

que s

obe u

ma ra

mpa o

u uma

esca

da?)

Intro

duçã

o ao

Pro

ject

o co

m S

iste

mas

Dig

itais

e M

icro

cont

rola

dore

sN

oçõe

s el

emen

tare

s de

ele

ctró

nica

dig

ital -

3

Vant

agen

s e d

esva

ntag

ens

do an

alógi

co e

digi

tal

•Ex

istem

vanta

gens

e de

svan

tagen

s em

conv

erter

um

a gra

ndez

a de a

nalóg

ico pa

ra di

gital:

–Um

a van

tagem

: sim

plific

a o tr

atame

nto da

gran

deza

co

nside

rada

(por

quê?

)–

Uma d

esva

ntage

m: pe

rde-

se in

forma

ção a

o rea

lizar

a co

nver

são (

porq

uê?)

Intro

duçã

o ao

Pro

ject

o co

m S

iste

mas

Dig

itais

e M

icro

cont

rola

dore

sN

oçõe

s el

emen

tare

s de

ele

ctró

nica

dig

ital -

4

Repr

esen

taçã

o di

gita

l de

gran

deza

s ana

lógi

cas

•A

quali

dade

da re

pres

entaç

ão di

gital

pren

de-se

com

dois

factor

es pr

incipa

is: nú

mero

de ní

veis

da

repr

esen

tação

disc

reta

e núm

ero d

e amo

stras

po

r unid

ade d

e tem

po

Page 2: A generalidade das grandezas com que nos confrontamos são ...paginas.fe.up.pt/~jmf/Publicacoes/Downloads/Slides_IPSDM/0-slides.pdf · Digitais e Microcontroladores ... Analógico

Intro

duçã

o ao

Pro

ject

o co

m S

iste

mas

Dig

itais

e M

icro

cont

rola

dore

sN

oçõe

s el

emen

tare

s de

ele

ctró

nica

dig

ital -

5

Repr

esen

taçã

o di

gita

l de

imag

ens (

núm

ero

de p

ixels)

350

x 50

017

5 x

250

(met

ade)

70 x

100

(5 v

ezes

m

enos

)

35 x

50

(10

veze

s m

enos

)

Intro

duçã

o ao

Pro

ject

o co

m S

iste

mas

Dig

itais

e M

icro

cont

rola

dore

sN

oçõe

s el

emen

tare

s de

ele

ctró

nica

dig

ital -

6

Imag

ens (

núm

ero

de b

its

por p

ixel)

8 bi

ts

2 bi

ts

4 bi

ts

1 bi

ts

Intro

duçã

o ao

Pro

ject

o co

m S

iste

mas

Dig

itais

e M

icro

cont

rola

dore

sN

oçõe

s el

emen

tare

s de

ele

ctró

nica

dig

ital -

7

Sist

emas

pos

icion

ais d

e nu

mer

ação

•O

sistem

a dec

imal

é sist

ema p

osici

onal,

onde

cada

díg

ito re

pres

enta

o coe

ficien

te de

uma p

otênc

ia de

ba

se 10

(1.49

2 = 1x

103

+ 4x

102

+ 9x

101

+ 2x

100 )

•O

sistem

a rom

ano d

e num

eraç

ão ta

mbém

é po

sicion

al, m

as o

facto

de nã

o hav

er um

peso

as

socia

do a

cada

posiç

ão di

ficult

a as o

pera

ções

(qua

nto va

le MC

MLIX

+ X

LIV?)

Intro

duçã

o ao

Pro

ject

o co

m S

iste

mas

Dig

itais

e M

icro

cont

rola

dore

sN

oçõe

s el

emen

tare

s de

ele

ctró

nica

dig

ital -

8

O sis

tem

a bin

ário

•A

repr

esen

tação

de nú

mero

s em

binár

io se

gue a

s me

smas

regr

as da

repr

esen

tação

decim

al (ca

da

dígito

repr

esen

ta o c

oefic

iente

de um

a potê

ncia

de

base

2)•

Do m

esmo

mod

o que

a re

pres

entaç

ão de

cimal

usa

dez d

ígitos

(0 a

9), a

repr

esen

tação

biná

ria us

a dois

díg

itos (

0 e 1)

: 101

1101

0100

B

Page 3: A generalidade das grandezas com que nos confrontamos são ...paginas.fe.up.pt/~jmf/Publicacoes/Downloads/Slides_IPSDM/0-slides.pdf · Digitais e Microcontroladores ... Analógico

Intro

duçã

o ao

Pro

ject

o co

m S

iste

mas

Dig

itais

e M

icro

cont

rola

dore

sN

oçõe

s el

emen

tare

s de

ele

ctró

nica

dig

ital -

9

Conv

ersã

o en

tre b

ases

•Sa

bend

o que

cada

dígit

o rep

rese

nta o

coefi

ciente

da

potên

cia as

socia

da à

base

de nu

mera

ção,

torna

-se

fácil a

conv

ersã

o entr

e bas

es:

–10

1110

1010

0 B: 1

x210

+ 0x

29+

1x28

+ 1x

27+

1x26

+ 0x

25

+ 1x

24+

0x23

+ 1x

22+

0x21

+ 0x

20D

–E

para

reali

zar a

conv

ersã

o inv

ersa

(de d

ecim

al pa

ra

binár

io)?

–E

se pr

etend

ermo

s con

verte

r de /

para

hexa

decim

al?

Intro

duçã

o ao

Pro

ject

o co

m S

iste

mas

Dig

itais

e M

icro

cont

rola

dore

sN

oçõe

s el

emen

tare

s de

ele

ctró

nica

dig

ital -

10

Aritm

ética

bin

ária

•As

quatr

o ope

raçõ

es bá

sicas

reali

zam-

se de

form

a se

melha

nte àq

uela

que j

á con

hece

mos d

o sist

ema

decim

al:

•E

se se

trata

sse d

e uma

mult

iplica

ção?

11

01

10

11

01

10

11

01

10

+

10

11

01

10

01

01

10

11

01

1

Intro

duçã

o ao

Pro

ject

o co

m S

iste

mas

Dig

itais

e M

icro

cont

rola

dore

sN

oçõe

s el

emen

tare

s de

ele

ctró

nica

dig

ital -

11

A re

pres

enta

ção

em

com

plem

ento

par

a 2•

A re

pres

entaç

ão em

comp

lemen

to pa

ra 2

facilit

a a

reali

zaçã

o de o

pera

ções

aritm

ética

s com

sina

l•

Para

obter

–X a

partir

de X

temo

s dua

s alte

rnati

vas:

–Co

mplem

entar

todo

s os b

its e

soma

r 1–

Lend

o da d

ireita

para

a es

quer

da, m

anter

o va

lor da

cada

bit

até s

e enc

ontra

r o pr

imeir

o 1 (in

clusiv

e); a

partir

daí,

comp

lemen

tar to

dos o

s bit

•Ex

perim

ente

reali

zar a

oper

ação

57 +

(-12

)In

trodu

ção

ao P

roje

cto

com

Sis

tem

as D

igita

is e

Mic

roco

ntro

lado

res

Noç

ões

elem

enta

res

de e

lect

róni

ca d

igita

l -12

Outro

s cód

igos

(Gra

y, BC

D,

ASCI

I, UPC

)•

Exist

em di

verso

s cód

igos b

inário

s, cri

ados

para

re

spon

der a

nece

ssida

des e

m div

erso

s dom

ínios

:–

Gray

: var

ia ap

enas

um bi

t de c

ada v

ez–

BCD:

facil

ita a

entra

da / s

aída d

e info

rmaç

ão, p

or

repr

esen

tar em

biná

rio ap

enas

os va

lores

decim

ais–

ASCI

I(Am

erica

nStan

dard

Cod

efor

Infor

matio

nInt

erch

ange

): pa

ra re

pres

entar

texto

–UP

C(U

niver

sal P

rodu

ctCo

de):

para

facil

itar a

eti

queta

gem

de pr

oduto

s

Page 4: A generalidade das grandezas com que nos confrontamos são ...paginas.fe.up.pt/~jmf/Publicacoes/Downloads/Slides_IPSDM/0-slides.pdf · Digitais e Microcontroladores ... Analógico

Intro

duçã

o ao

Pro

ject

o co

m S

iste

mas

Dig

itais

e M

icro

cont

rola

dore

sN

oçõe

s el

emen

tare

s de

ele

ctró

nica

dig

ital -

13

Códi

go d

e Gra

y•

Cons

idere

-se o

uso d

e uma

régu

a co

m zo

nas t

rans

pare

ntes e

opac

as, p

ara c

odific

ar a

posiç

ão de

corre

nte de

um de

sloca

mento

linea

r•

O qu

e pod

erá s

uced

er se

os em

issor

es / r

ecep

tores

de

luz n

ão es

tiver

em ex

actam

ente

alinh

ados

?•

O có

digo d

e Gra

yelim

ina es

te pr

oblem

a, já

que o

s có

digos

cons

ecuti

vos d

ifere

m ap

enas

num

bit (q

ue

alter

açõe

s ter

iam lu

gar n

o des

enho

da ré

gua?

)

Emis

sor

de lu

z

Rece

ptor

Intro

duçã

o ao

Pro

ject

o co

m S

iste

mas

Dig

itais

e M

icro

cont

rola

dore

sN

oçõe

s el

emen

tare

s de

ele

ctró

nica

dig

ital -

14

BCD

(Bin

ary-

Code

dDe

cimal)

•A

entra

da / s

aída d

e dad

os nu

méric

os é

norm

almen

te fei

ta na

form

a dec

imal,

para

evita

r a ne

cess

idade

de

conv

erter

para

/ de b

inário

(e.g.

cons

idere

o ex

emplo

de

visu

aliza

rmos

uma c

ontag

em bi

nária

em 8

bits)

•O

códig

o BCD

usa q

uatro

bits

para

repr

esen

tar os

de

z dígi

tos de

cimais

(0 a

9)•

O qu

e dev

erá a

conte

cer s

e nes

tes qu

atro b

its

surg

irem

códig

os su

perio

res a

9?

Intro

duçã

o ao

Pro

ject

o co

m S

iste

mas

Dig

itais

e M

icro

cont

rola

dore

sN

oçõe

s el

emen

tare

s de

ele

ctró

nica

dig

ital -

15

ASCI

I (Am

erica

nSt

anda

rd

Code

for I

nf. In

terc

hang

e)

Intro

duçã

o ao

Pro

ject

o co

m S

iste

mas

Dig

itais

e M

icro

cont

rola

dore

sN

oçõe

s el

emen

tare

s de

ele

ctró

nica

dig

ital -

16

Códi

go d

e bar

ras U

PC

(Uni

vers

al Pr

oduc

tCod

e)•

Este

códig

o fac

ilita a

leitu

ra au

tomáti

ca (u

m las

er

distin

gue b

arra

s / es

paço

s e a

sua d

imen

são)

•A

codif

icaçã

o num

érica

é fei

ta da

segu

inte f

orma

:–

0= 3-

2-1-

1; 1=

2-2-

2-1;

2= 2-

1-2-

2; 3=

1-4-

1-1;

4= 1-

1-3-

2; 5=

1-2-

3-1;

6= 1-

1-1-

4; 7=

1-3-

1-2;

8= 1-

2-1-

3; 9=

3-1-

1-2

•Po

de ve

r uma

expli

caçã

o deta

lhada

em

http

://ele

ctro

nics

.how

stuf

fwor

ks.co

m/u

pc.h

tm

Page 5: A generalidade das grandezas com que nos confrontamos são ...paginas.fe.up.pt/~jmf/Publicacoes/Downloads/Slides_IPSDM/0-slides.pdf · Digitais e Microcontroladores ... Analógico

Intro

duçã

o ao

Pro

ject

o co

m S

iste

mas

Dig

itais

e M

icro

cont

rola

dore

sN

oçõe

s el

emen

tare

s de

ele

ctró

nica

dig

ital -

17

Algu

mas

funç

ões l

ógica

s ele

men

tare

s

Font

e de

ene

rgia

Inte

rrup

tor

Inte

rrup

tor

Lâm

pada

Font

e de

ene

rgia

Inte

rrup

tor

Inte

rrup

tor

Lâm

pada

•Em

que c

ircun

stânc

ias ac

ende

a lâm

pada

, par

a cad

a um

dos c

ircuit

os ap

rese

ntado

s?

•Co

nside

rand

o que

exist

e um

sinal

de co

ntrolo

para

cada

inter

rupto

r (0:

aber

to; 1:

fech

ado)

cons

trua a

tabe

la qu

e rela

ciona

o esta

do da

lâmp

ada (

0: ap

agad

a; 1:

aces

a) co

m o d

os si

nais

de

contr

olo, e

m am

bos o

s cas

os

Intro

duçã

o ao

Pro

ject

o co

m S

iste

mas

Dig

itais

e M

icro

cont

rola

dore

sN

oçõe

s el

emen

tare

s de

ele

ctró

nica

dig

ital -

18

Álge

bra d

e Boo

le•

A ob

ra fu

ndam

ental

de G

eorg

eBo

ole(

1854

) crio

u o cá

lculo

prop

osici

onal,

que o

ferec

eum

a bas

e teó

rica p

ara o

pr

ojecto

de si

stema

s lóg

icos

(des

crito

em po

rmen

or em

rias o

bras

sobr

e “In

trodu

ctory

logic

desig

n”

Intro

duçã

o ao

Pro

ject

o co

m S

iste

mas

Dig

itais

e M

icro

cont

rola

dore

sN

oçõe

s el

emen

tare

s de

ele

ctró

nica

dig

ital -

19

Conc

lusã

o•

Este

prim

eiro c

onjun

to de

tran

spar

ência

s apr

esen

tou

as qu

estõe

s bás

icas r

elacio

nada

s com

a re

pres

entaç

ão di

gital

de gr

ande

zas e

com

o tra

tamen

to de

ste tip

o de i

nform

ação

Estam

os ag

ora e

m co

ndiçõ

es de

cons

idera

r em

maior

po

rmen

or as

funç

ões l

ógica

s elem

entar

es, p

ara a

pa

rtir da

í pen

sarm

os no

proje

cto de

siste

mas d

igitai

s ma

is co

mplex

os