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Sistemas Digitais
Programa da disciplina
Bibliografia Principal
Documentação
e protocolos para as aulas laboratoriais 
Links
Enquadramento
e objectivos da disciplina
Os sistemas electrónicos digitais desempenham um papel preponderante no
panorama tecnológico da actualidade já que suportam a criação de dispositivos
tão diversos como essenciais, tais como os relógios digitais, os
computadores, os satélites e os sistemas de navegação automática. A
Informática em si é uma área em constante expansão que depende na sua base
das tecnologias da electrónica digital que oferecem maior imunidade ao ruído
eléctrico, uma elevada densidade de integração e uma maior facilidade de acoplamento
de componentes do que as tecnologias de electrónica analógica. Assim, a
teoria dos circuitos digitais torna-se essencial para a compreensão dos
elementos que constituem os computadores, as suas interfaces e respectivos
periféricos, no âmbito do estudo aprofundado da Informática.
A disciplina de Sistemas Digitais tem como objectivo fundamental
disponibilizar ao aluno o conhecimento e os métodos essenciais à análise e
projecto físico de computadores, com uma ênfase nos seus blocos funcionais
que se baseiam em circuitos electrónicos digitais. Pretende-se preparar o
aluno para a realização da síntese, minimização e implementação dos circuitos
lógicos combinatórios e sequenciais que são utilizados nos subsistemas
digitais. Assim, esta disciplina (a) identifica com clareza os princípios
teóricos fundamentais dos sistemas digitais, permite que o aluno (b) domine as técnicas formais de especificação e
representação de circuitos digitais combinatórios e sequenciais, e (c) fornece ao aluno o domínio das metodologias de
utilização de circuitos digitais e o conhecimento dos tipos mais comuns de
circuitos MSI (Medium Scale
Integration) e LSI (Large
Scale Integration)
utilizados na realização dos blocos funcionais dos computadores.
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Sistema de
avaliação de conhecimentos
1 - Avaliação contínua
O método de avaliação da disciplina baseia-se no modelo da avaliação
contínua e compreende duas componentes: uma componente teórico-prática e uma
componente prática resultante de trabalhos realizados no laboratório de
sistemas digitais.
Componente Teórico-prática
A avaliação da componente teórico-prática é constituída por uma (1) prova
escrita abarcando duas partes distintas: uma parte teórica com uma duração de
20 minutos que inclui questões de escolha múltipla, aplicando-se um desconto
por resposta errada, que é equivalente a 50% da cotação da pergunta, e uma
segunda parte teórico-prática, com duração de 70 minutos, versando a
resolução de problemas associados ao projecto de componentes dos sistemas
digitais. Esta prova realiza-se em datas a combinar com os alunos. A prova
possui uma duração total de 90 minutos, incluindo tolerância, incidindo sobre
todo o programa da disciplina leccionado, e tendo um peso de 50% na
classificação final. Exige-se uma nota mínima de oito (8) valores nesta
componente para que se possa ponderar com a classificação da componente
prática (laboratorial) para efeitos de cálculo da classificação final na
disciplina.
A falta ao
momento de avaliação será convertida numa nota 0 (zero) para efeitos de
cálculo da classificação. Caso o aluno não fique aprovado, será remetido para
exame de recurso ou especial (seja trabalhador-estudante ou finalista), desde
que o aluno tenha obtido a aprovação na componente prática da disciplina e
cumprido o regime de assistência às aulas. Nesta aulas, a presença é
obrigatória em, pelo menos, 40% das aulas dadas.
Componente Prática (laboratorial)
A componente prática (laboratorial) tem um peso de 50% na classificação final
da disciplina. A avaliação da componente prática (laboratorial) realiza-se de
modo contínuo durante as aulas laboratoriais, incidindo sobre os trabalhos
práticos laboratoriais mencionados no programa, e inclui os seguintes
elementos de avaliação:
- Classificação
obtida num relatório completo, elaborado em grupo sobre um dos trabalhos
realizados em laboratório, que se realiza em data a combinar com os
alunos. Este elemento possui um peso de 20% na classificação final da
componente prática (laboratorial). Os relatórios serão obrigatoriamente
originais e todos os elementos do grupo devem participar activamente na
sua elaboração. Os relatórios contendo partes copiadas de relatórios de
outros colegas serão fortemente penalizados e os relatórios
integralmente copiados não serão corrigidos nem considerados para
avaliação.
- Uma prova
final de avaliação individual (prática laboratorial), que incide sobre
os conhecimentos abordados exclusivamente nas aulas laboratoriais. Este
elemento possui um peso de 55% na classificação final da componente
prática (laboratorial).
- Quatro
fichas de trabalho, elaboradas em grupo, correspondentes aos trabalhos
laboratoriais desenvolvidos no decorrer das aulas laboratoriais. No
final da realização de cada protocolo, o docente entrega aos alunos uma
ficha de preenchimento, sendo esta devolvida por cada grupo de trabalho
ao docente no final da aula laboratorial. Cada ficha aborda o trabalho
executado, devendo ser apresentados os valores medidos, discutidos os
resultados, e redigidas as respectivas conclusões. Este elemento possui
um peso de 20% na classificação final da componente prática
(laboratorial), distribuído uniformemente por cada ficha (cada ficha
vale portanto 5%). Sempre que uma ficha não seja entregue, a
classificação correspondente será de zero (0) valores.
- A
assiduidade (medida através de folhas de presença),
o desempenho técnico do aluno, a participação activa no trabalho
experimental, e o interesse global demonstrado pelos trabalhos. Este
elemento possui um peso de 5% na classificação final da componente
prática (laboratorial).
A assiduidade às
aulas laboratoriais deve ser no mínimo de 70%. Não há possibilidade de
recurso ou época especial para esta componente prática (laboratorial). A
classificação obtida na componente prática será válida para as restantes
épocas de avaliação, sendo obtida através da seguinte expressão:
Nota componente
prática = 5% assiduidade/participação + 55% prova prática + 20 % média das
fichas + 20% relatório
Classificação final
A classificação final da disciplina obtém-se através da seguinte expressão:
Nota final = 50%
Nota componente teórico-prática + 50% Nota componente prática (laboratorial)
Ao aluno, só será
contabilizada a classificação obtida na componente teórica da disciplina se o
aluno tiver obtido uma classificação na componente prática igual ou superior
a dez (10) valores. De igual modo, exige-se uma nota mínima de oito (8)
valores na componente teórico-prática para que se possa ponderar com a
classificação da componente prática (laboratorial). Se o aluno tiver
aprovação na componente prática (laboratorial), e contudo reprovar na
avaliação da componente teórica (seja na avaliação contínua, ou nas provas de
recurso/época especial), no ano seguinte só repete a componente teórica da
disciplina. A nota obtida na componente prática não é susceptível de ser
melhorada e mantém-se válida durante dois anos lectivos, após o aluno ter
frequentado a disciplina.
2 - Exame de Recurso/Época especial
O exame de recurso/época especial é uma prova que apenas abrange a
componente teórico-prática da disciplina, incidindo sobre a totalidade da
matéria teórico-prática incluída no programa da disciplina. Esta prova
destina-se aos alunos que não obtiveram aprovação na componente
teórico-prática da disciplina, ou alunos em regimes especiais. Não existe
qualquer possibilidade de recurso à componente prática laboratorial da
disciplina.
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Programa da disciplina
0. Apresentação
0.1. Descrição do conteúdo programático.
0.2. Descrição do método de avaliação.
0.3. Apresentação da bibliografia adoptada.
1. Introdução aos Sistemas Digitais
1.1. Motivação e caracterização dos circuitos digitais.
1.2. Electrónica
digital versus Electrónica Analógica
1.3. Sinais
analógicos e sinais digitais.
1.4. Escalas de integração: SSI, MSI, LSI e VLSI.
1.5. Aplicações da electrónica digital.
2. Sistemas de Numeração
2.1. Sistema Decimal.
2.2. Sistema Binário e operações em binário.
2.3. Sistema Octal.
2.4. Sistema Hexadecimal.
2.5. Conversão entre sistemas de numeração.
2.6. Códigos numéricos e alfanuméricos.
3. Funções Lógicas e Álgebra de Boole
3.1. Noção de função lógica ou booleana.
3.2. Funções lógicas básicas
3.2.1. Função Intersecção (AND).
3.2.2. Função União (OR).
3.2.3. Função Negação (NOR).
3.3. Funções lógicas adicionais
3.3.1. Funções NAND e NOR.
3.3.2. Funções XOR e NXOR.
3.4. Álgebra de Boole.
3.4.1. A Álgebra de Boole e os circuitos digitais.
3.4.2. Postulados da Álgebra de Boole.
3.4.3. Propriedades da Álgebra de Boole.
3.4.4. Teoremas da Álgebra de Boole e Leis de De Morgan.
3.4.5. Diagramas de Venn para uma, duas e três
variáveis.
3.4.6. Formas canónicas de funções booleanas: soma
de produtos e produto de somas.
3.5. Simplificação de funções lógicas.
3.5.1. Simplificação por manipulação algébrica.
3.5.2. Passagem de uma função lógica à forma canónica.
3.5.3. Simplificação através do método gráfico dos Mapas de Karnaugh.
4. Circuitos Digitais com Integração em Pequena Escala (SSI): as Portas
Lógicas
4.1. Simbologias das portas lógicas.
4.2. Portas lógicas básicas
4.2.1. Portas AND, OR e NOR.
4.3. Portas lógicas adicionais
4.3.1. Portas NAND e NOR.
4.3.2. Portas XOR e NXOR.
4.4. Implementação de funções lógicas com portas NAND e NOR.
4.5. Características dos circuitos integrados SSI.
4.5.1. Famílias de Circuitos Integrados.
4.5.2. Características da família lógica TTL.
4.5.3. Características da família lógica CMOS.
4.5.4. Lógica positiva versus lógica negativa.
5. Circuitos Digitais com Integração em Média Escala (MSI)
5.1. Circuitos Combinatórios
5.1.1. Características dos circuitos combinatórios.
5.1.2. Comparadores.
5.1.3. Codificadores e descodificadores.
5.1.4. Conversores.
5.1.5. Multiplexers e desmultiplexers.
5.1.6. Circuitos aritméticos.
5.2. Circuitos Sequenciais.
5.2.1. Características e constituição dos circuitos sequenciais.
5.2.2. Biestáveis assíncronos: latches
SR, SR sincronizado e D.
5.2.3. Biestáveis síncronos: Flip-Flops.
5.2.4. Flip-Flop SR Master Slave.
5.2.5. Flip-Flop D Edge Triggered.
5.2.6. Flip-Flop JK.
5.2.7. Flip-Flop T.
5.2.8. Conversão entre Flip-Flops.
5.2.9. Flip-Flops com entradas directas.
5.2.10. Excitações dos Flip-Flops.
5.2.11. Modelo geral para os circuitos sequenciais.
5.2.12. Circuitos de Mealy e de Moore.
5.2.13. Análise de circuitos sequenciais síncronos.
6. Realização de
trabalhos laboratoriais
6.1. Introdução
aos procedimentos e trabalhos laboratoriais
6.2. Ambientação e variáveis lógicas
6.3. Implementação de funções lógicas AND, OR e NOT com interruptores
6.4. Implementação de funções lógicas NAND e NOR com interruptores
6.5. Circuitos SSI: portas lógicas TTL - NOT, AND,
NAND, OR, NOR
6.6. Circuitos SSI: tensões IN/OUT em nas famílias lógicas TTL / CMOS
6.7. Projecto de circuitos combinatórios com portas lógicas SSI
6.8. Projecto e análise de circuitos combinatórios: uso de tabelas de verdade
6.9. Projecto de um alarme para automóveis utilizando portas lógicas SSI
6.10. Circuitos MSI: descodificador BCD-7 segmentos
6.11. Circuitos MSI: multiplexers.
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Bibliografia
Bibliografia
Principal
[1] Padilla, A. J. G., Sistemas Digitais, McGraw-Hill de Portugal, 1993.
[2] Baptista, C. P., Fundamental dos Sistemas Digitais, FCA, Editora de
Informática, 2002.
[3] Marcovitz, A. B., Introduction
to Logic Design, McGraw-Hill, 2nd Ed., 2004.
[4] Ribeiro, N. M., Protocolos para Trabalhos Laboratoriais de Sistemas
Digitais, F.C.T., UFP, 2004.
[5] Kaplan, D. M.,
White, C. G., Hands-On Electronics: A Practical Introduction to Analog and
Digital Circuits, Cambridge University Press, 2003.
Bibliografia Complementar
[6] Mano, M. M., Digital Design, Prentice Hall, 3rd Ed.,
2001.
[7] Cuesta, L. M., Padilla, A. J. G., Dominguez, F. R., Electrónica Digital,
McGraw-Hill Portugal, Col. Shaum, 1999.
[8] Taub,
H., Digital Circuits and Microprocessors, McGraw-Hill,
1982.
[9] Nunes, M. S., Sistemas Digitais, 5ª Edição, Editorial Presença, 1993.
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Documentação e protocolos para as aulas
laboratoriais
Instruções para obtenção dos ficheiros:
1]
Alguns ficheiros encontram-se no formato
PDF. Para os abrir e imprimir necessita do Adobe Acrobat Reader  .
2] Para fazer a leitura on-line
dos apontamentos de um determinado módulo basta seleccionar o ficheiro ou o
ícone correspondente na coluna da direita do quadro abaixo, desde que tenha
instalado previamente o Acrobat Reader.
3] Para descarregar os
apontamentos de um dado módulo para o seu computador basta seleccionar o
ficheiro ou o ícone correspondente na coluna da direita do quadro utilizando
o botão direito do rato e escolhendo a opção "Save
target As.." no Internet Explorer ou "Save
File As" no Netscape.
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Módulo |
Título |
Ficheiro |
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Manual |
Manual de docência da disciplina de Sistemas
Digitais |
manual_sd.pdf |
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Lab SD 01 |
Protocolo 01: Ambientação e variáveis lógicas |
sd_lab01.pdf |
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Lab SD 02 |
Protocolo 02: Implementação de funções lógicas AND,
OR e NOT com interruptores |
sd_lab02.pdf |
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Lab SD 03 |
Protocolo 03: Implementação de funções lógicas
NAND e NOR com interruptores |
sd_lab03.pdf |
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Lab SD 04 |
Protocolo 04: Circuitos SSI: portas lógicas TTL
– NOT, AND, NAND, OR, NOR |
sd_lab04.pdf |
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Lab SD 05 |
Protocolo 05: Circuitos SSI: tensões IN/OUT nas
famílias lógicas TTL / CMOS |
sd_lab05.pdf |
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Lab SD 06 |
Protocolo 06: Projecto de circuitos
combinatórios com portas lógicas SSI |
sd_lab06.pdf |
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Lab SD 07 |
Protocolo 07: Projecto e análise de circuitos
combinatórios: uso de tabelas de verdade |
sd_lab07.pdf |
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Lab SD 08 |
Protocolo 08: Projecto de um alarme para
automóveis utilizando portas lógicas SSI |
sd_lab08.pdf |
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Lab SD 09 |
Protocolo 09: Circuitos MSI: descodificador
BCD-7 segmentos |
sd_lab09.pdf |
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Lab SD 10 |
Protocolo 10: Circuitos MSI: multiplexers |
sd_lab10.pdf |
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Links
The Giant Internet IC Masturbator: pinouts para
circuitos integrados das famílias lógicas TTL e CMOS
ABC Semiconductors: pinouts
para circuitos integrados das famílias lógicas TTL e CMOS
Electrónica
básica: introdução prática a componentes electrónicos e digitais (artigo
em três partes, idioma Português do Brasil)
PSpice: aplicação para a simulação e
análise de circuitos eléctricos e digitais (versão
gratuita para educação)
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