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Curso: Profissional de Técnico de Electrónica, Automação e Comando
Disciplina: Sistemas Digitais

Módulo 4: Circuitos Sequenciais Síncronos

Apontamentos (cerca de 80 páginas no total)

Circuitos Sequenciais (25 páginas)
. Definição e Características
. Constituição
. Biestáveis
..Biestáveis Assíncronos
… Biestável Assíncrono R-S + Exercício
… Flip-Flop R-S com NANDs
… Flip-Flop RST
… Flip-Flop D Básico ou Latch D + Exercício
.. Biestáveis Síncronos
… Flip-Flop D Edge Triggered + exercício + Aplicação como Divisor de Frequência
… Flip-Flop J-K Master-Slave
. Tabelas da Verdade / Transição dos Flip-Flops Mais Utilizados
. Simbologia
. Síntese de Circuitos Síncronos
.. Tabelas de Excitação dos Flip-Flops Mais Utilizados: D, T e J-k
.. Exemplo pormenorizadamente explicado de um projecto de um contador de números pares
.. Método de Síntese de Circuitos Sequenciais Síncronos: Passo-A-Passso (7 passos)
.. Detector de Sequências: exemplo pormenorizadamente explicado segundo o método referido anteriormente
no ficheiro zip a descarregar anexa-se também o ficheiro Multisim 11 que permite a simulação do exemplo (2 versões)
.. Contador Módulo 8: exemplo pormenorizadamente explicado segundo o método referido anteriormente
no ficheiro zip a descarregar anexa-se também o ficheiro Multisim 11 que permite a simulação do exemplo (3 versões)

13 Enunciados de Trabalhos/Projectos
a ser realizados apenas no papel, seguindo para simulação em software adequado, seguindo para montagem prática.
1. Detector de Sequências
2. Contador Síncrono
3. Contador Binário Crescente, Módulo 8
4. Contador Binário Decrescente Módulo 8
5. Sequenciador de Padrões com 8 Leds
6. Sequenciador de Padrões com 8 Leds (padrões diferentes do anterior)
7. Dado Electrónico Digital
8. Detector de Sequências
9. Síntese de Circuito Sequencial Síncrono, dado diagrama de estados
10. Síntese de Circuito Sequencial Síncrono, dado diagrama de estados
11. Síntese de Circuito Sequencial Síncrono, dado diagrama de estados
12. Controlador de Semáforos
13. Síntese de Circuito Sequencial Síncrono, dado diagrama de estados

7 Enunciados e Respectivas Resoluções de Exames Nacionais de Sistemas Digitais, em mque alguns dos problemas versam esta matéria – Circuitos Sequenciais Síncronos
. 1998 – 1ª Fase, 1ª Chamada
. 1998 – 1ª Fase, 2ª Chamada
. 1998 – 2ª Fase
. 1998 – Prova Modelo
. 1999 – 1ª Fase 1ª Chamada
. 1999 – 1ª Fase, 2ª Chamada
. 1999 – 2ª Fase

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Disciplina: Sistemas Digitais

Nota: As fichas estão todas no formato Word – .docx, para alterações fáceis conforme a necessidade de cada um.

Módulo 1: Sistemas de Numeração (23 páginas)

Ficha de Trabalho 1 – Sistemas de Numeração (4 páginas)
– Sistema Decimal (ou de base 10)
. exemplo 1
. exemplo2
– Sistema Binário (ou de base 2)
. exemploo 3
. exemplo 4
– Questionário com 9 Questões

Ficha de Trabalho 2 – Conversões entre Sistemas de Numeração (binário, octal, decimal, hexadecimal)
(7 páginas)
– Método dos Pesos c/ exemplos
– Método das Divisões Sucessivas c/ exemplos
– Método das Multiplicações Sucessivas c/ exemplos
– Método dos Agrupamentos/Desagrupamentos c/ exemplos
– 15 Exercícios propostos

Ficha de Trabalho 3 – Códigos Binários (6 páginas)
– Códigos BCD c/ exemplos
– Código Gray
– Conversão Gray-Binário
– Conversão Binário-Gray
– Códigos Detectores de Erros
. Método da paridade para detecção de erros
– 11 Exercícios propostos, cada qual com várias alíneas

Ficha de Trabalho 4 – Adição Binária (6 páginas)
– Adição Binária c/ exemplos
– Representação de Números Negativos Binários c/ exemplos
– Complemento para “um” c/ exemplos
– Complemento para “dois” c/ exemplos
– Regra Prática para passar um Número para a forma de Complemento para “dois” c/ exemplos
– Adição em Complemento para Dois c/ exemplos
– 5 Exercícios propostos, cada qual com várias alíneas

Software para o Módulo:
– Conversor de Bases Numéricas
– (Outro) Conversor de Bases Numéricas – Conversor numérico para passar qualquer número entre bases de numeração (desde a base 2/binário , passando por base 8/octal e base 16/hexadecimal até à base 36).

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Notas:
1.As fichas estão todas no formato Word – .docx, para alterações fáceis conforme a necessidade de cada um;
2. Todo o software é full, isto é, not trial/demo.

Módulo 2: Circuitos Lógicos

Ficha de Trabalho 1 – Álgebra de Boole (16 páginas)
– Álgebra de Boole
. Noção de Função Lógica ou Booleana
. Tabela da Verdade de uma Função Lógica
. Funções Booleanas Básicas
.. Função Igualdade
.. Função União, aka Função Soma (“OR”)
.. Função Intersecção, aka Função Multiplicação (“AND”)
.. Função Negação (“NOT”)
. Outras Funções Básicas Importantes
.. NAND
.. NOR
.. EX-OR
. Propriedades e Teoremas da Álgebra de Boole
.. Postulados Básicas da Álgebra de Boole e correspondentes circuitos electrónicos implementadores
.. Propriedades
.. Teoremas
. Obtenção da Função Lógica (Expressão Booleana) a partir da Tabela da Verdade
. 4 Exercícios Resolvidos (com alíneas)
. 5 Exercícios Propostos (com alíneas) – também com resolução efectuada –
NB: Os exercícios e exemplos são resolvidos, muitos deles, com recurso também (em alternativa) a software específico, que faz parte do pack a enviar. Nesta ficha usamos o Multisim 11 (não faz parte do pack devdio ao seu tamanho, mas podemos disponibilizar link a pedido) e o Digital Works + o Karnaugh Minimizer.
Enviamos em anexo os ficheiros utilizados na ficha.

Ficha de Trabalho 2 – Simplificação de Funções Booleanas (8 páginas)
– Introdução
– Método Gráfico de Karnaugh
. 3 Exercícios Resolvidos (com alíneas)
. 4 Exercícios Propostos – também com resolução efectuada –
NB: Exemplo de utilização dos mapas de karnaugh, resolvido, com recurso também (em alternativa) a software específico, que faz parte do pack a enviar. Nesta ficha usamos o Boole.
Enviamos em anexo os ficheiro utilizado na ficha.

Ficha de Trabalho 2 – Portas Lógicas (11 páginas)
– Portas Lógicas
. Introdução
. Simbologia Lógica
.. Representação simbólica das portas lógicas básicas
. Constituição dos Circuitos Integrados Que Contêm Portas Lógicas
. As Funções NAND e NOR Como Funções Universais
.. Implementação de Funções Com Portas NAND
. Características Gerais dos Circuitos Integrados
.. Características ideais de uma família lógica de Circuitos Integrados Digitais
.. Família Lógica TTL (Transistor-Transistor-Logic)
.. Família Lógica CMOS
.. Quadro Comparativo entre as Famílias TTL e CMOS
. Exercícios Resolvidos (3 problemas com várias alíneas)
. Exercícios Propostos (3 problemas com várias alíneas)
Software utilizado: Multisim 11 (faculta-se a pedido)

Software
– Digital Works + Karnaugh Minimizer
– LOGISIM
– Karnaugh Map Explorer 2.0
– Simpler Solver 5.2
– EasySim
– NBC – Number Base Converter
– Boole (com manual em português)
– mmlogic14 / logicex
– Sim8085
– Circuit Shop v2.04
– Win Breadboard
– Multisim 11 (a pedido – email)

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Disciplina: Sistemas Digitais

Notas:
1.As fichas estão todas no formato Word – .docx, para alterações fáceis conforme a necessidade de cada um;
2. Todo o software é full, isto é, not trial/demo.

Módulo 3: Circuitos Combinatórios

Ficha de Trabalho 1 – Circuitos Combinatórios (21 páginas)
– Características dos Circuitos Combinatórios
. Circuito Combinatório
.. Definição
– Codificação e Descodificação
. Sistema Binário
.. Conversão de Binário para Decimal
… Método dos Pesos
.. Conversão de Decimal para Binário
… Método das Divisões Sucessivas
– Códigos
. Definição
. Códigos (binários) mais comuns
.. Binário Natural
.. Códigos BCD
… BCD Natural
… BCD Excesso de Três
… BCD Aiken
.. Códigos Progressivos
… Definição
… Código de Gray
.. Códigos Detectores e Correctores de Erros
… Código Detector de Paridade
… Código Detector de dois em cinco e dois em sete ou biquinário
… Código Corrector de Hamming
.. Códigos Alfanuméricos
… Código ASCII
– Codificadores
. Definição
. Exemplo construído de raiz – codificador de quatro entradas e, por conseguinte, duas saídas.
. Estudo do CI Codificador 74LS148
. Descodificadores
. Definição
. Exemplo construído de raiz – descodificador de duas entradas e quatro saídas.
. Estudo do CI Descodificador 74LS42
– Multiplexers e Demultiplexers
. Multiplexer
.. Exemplo construído de raiz – Multiplexer de oito entradas de informação e três de controlo
. Demultiplexers
.. Exemplo construído de raiz – Demultiplexer de Quatro Saídas e duas entradas de controlo
. Estudo do CI Multiplexer 74LS151
– Comparadores
. Construção de raiz de exemplo para um comparador de duas palavras de 1 bit cada
. Estudo do CI Comparador 7485
– 3 Exercícios Resolvidos – construção de raiz de circuitos do tipo estudados anteriorm,nte
– 10 Exercícios Propostos

Ficha de Trabalho 2 – Circuitos Operativos (18 páginas)
– Operações Matemáticas Realizadas Por Circuitos Digitais
– Adição e Subtracção Binárias
– Complemento a dois e complemento a um
– Soma e Subtracção na forma de complemento a dois e complemento a um – bits de sinal – números binários positivos e negativos – inúmeros exemplos –
– Adição e Subtracção no Código BCD Natural
. Estudo dos três tipos de casos que se podem dar – exemplos
– Adição e Subtracção em BCD Excesso de Três
. Estudo de todos os casos que se podem dar – inúmeros exemplos
– Circuitos Somadores
. Somadores e Subtractores Binários
.. Meio-Somador
.. Somador Completo (estudo aprofundado e construção de raiz)
… Somador Quádrupulo a partir de blocos/somadores completos
.. Somadores e Subtractores BCD Natural
.. Sistema para Realização de Diferenças entre dois números decimais de três dígitos cada, expressos em BCD Natural.
.. Circuito Gerador de complemento a nove de quatro entradas e quatro saídas.
.. Estudo do Circuito Integrado 7483 – Somador Total
– 3 Exercícios Resolvidos, com várias alíneas
– 3 Exercícios propostos

Software
– Digital Works + Karnaugh Minimizer
– LOGISIM
– Karnaugh Map Explorer 2.0
– Simpler Solver 5.2
– EasySim
– NBC – Number Base Converter
– Boole (com manual em português)
– mmlogic14 / logicex
– Sim8085
– Circuit Shop v2.04
– Win Breadboard
– Multisim 11 (a pedido – email)

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Curso Profissional de Técnico de Electrónica, Automação e Comando
Sistemas Digitais – Módulos 5 + 6: Arquitectura dos Microcontroladores + Microcontroladores e Autómatos

4 Fichas de Trabalho, cada uma com o correspondente questionário – 41 páginas –
Formato: Word .docx

FT1: Microcontrolador – 4 páginas
– O que é um microcontrolador?
. Definição, generalidades e introdução
. Microcontroladores, input e outputs
– Questionário com 13 questões

FT2: O Sistema Picaxe (pt.1) – 10 páginas
– O que é um sistema PICAXE?
. Construindo o próprio circuito / PCI
. O que é um microcontrolador PICAXE?
. Utilizando o sistema PICAXE
. Instalação do Software
.. Características do computador
.. Instalação
.. Instalação do conversor USB/série
.. Fonte de alimentação para o PICAXE
… Packs de bateria AA
… Fontes de alimentação reguladas
. PICAXE-28X Pinout e Circuito
.. Diagrama de pinos do PICAXE28X
.. Circuito electrónico mínimo para utilizar o PICAXE28X
… Circuito série para transferência de dados (download)
… Circuito série melhorado para transferência de dados
… Cabos para transferência de dados (download)
.. Esquema de ligações
.. Circuito de Reset
.. Ressoador
– Questionário com 26 questões

FT3: O Sistema Picaxe (pt.2) – 14 páginas
– Testando o sistema
. Led a piscar = “Hello World” (software e hardware)
.. Procedimento Hard-reset
.. Lista de controlo (Download CheckList)
… Microcontrolador PICAXE
… Software
… Cabo de transferência (Download)
… Adaptador USB
– Compreendendo a memória do PICAXE
. Memória de Programa (FLASH)
. Memória de Dados (EEPROM)
. Memória para as variáveis (RAM)
.. Variáveis de Usos Gerais (GPR – General Purpose Registers)
.. Variáveis para armazenamento
.. Variáveis para Funções Especiais (SFR)
– Resumo dos Circuitos para Interface
. Saídas Digitais (Digital Outputs)
. Entradas Digitais (Digital Inputs)
. Entradas Analógicas (Analogue Inputs)
– Fluxogramas ou BASIC?
– Questionário 1 com 46 questões, muitas delas de análise de pequenos programas, pedidos de alteração de programas ou mesmo elaboração de programas (nestes últimos 2 casos, seguem também as resoluções em basic (programas .bas), elaboradas em software de programação, e simulação, próprio, que também segue – ver abaixo-)
– Questionário 2 com mais 43 questões, muitas delas de análise de pequenos programas, pedidos de alteração de programas ou mesmo elaboração de programas (nestes últimos 2 casos, seguem também as resoluções em basic (programas .bas), elaboradas em software de programação, e simulação, próprio, que também segue – ver abaixo-)

FT4: Utilização de Periféricos e Instruções de Programação + Exemplos de Programas correspondentes – 16
páginas
– Usando Sensores Analógicos
. Light Dependent Resistor (LDR)
– Utilização da instrução Debug
– Uso do Terminal Série com a instrução Sertxd
– Sistemas de numeração – Displays de 7 segmentos
– Subrotinas
– Usando Interrupts
– O Próximo passo – o nosso próprio projecto PICAXE!
– Apêndice A – Resumo dos Comandos BASIC
– Apêndice B – Configuração dos Pinos de Input-Output do PICAXE-28X
– Usando as entradas do portA como entradas digitais
– Apêndice C – Usando Fluxogramas (Flowcharts)
. Editor de Fluxograma (Flowchart Screen)
. Ferramentas do Editor (Flowchart Tools)
. Desenhando Fluxogramas
. Interligando os comandos
. Simulação “On Screen”
. Transferência dos dados dos Fluxogramas (download)
. Zoom
. Symbols
. Gravar e imprimir Fluxogramas
– Questionário 1 com 31 questões, quase todas de elaboração de programas (seguem também as resoluções em basic – programas ***.bas), elaboradas em software de programação, e simulação, próprio, que também segue – ver abaixo-)

+

Teste sumativo do módulo 5 – 20 perguntas.

Programas em basic – como acima referido
–> 32 programas no formato .bas, prontos a ser abertos e testados/simulados/alterados no Progamming Editor ou no Logicator, respeitantes aos questionários das Fichas 3 e 4

A título de exemplo:
Enunciado:
– Projecte um circuito que execute o seguinte efeito, usando leds.

Solução:
Programa em basic:

Vídeo da solução:

+

Software:
Logicator for PIC and PICAXE –> mais indicado para programa em fluxograma – iniciação (download aqui)
PICAXE Programming Editor –> mais indicado para programar directamente em Basic
PEBBLE –> online software layout emulator

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Curso Profissional de Técnico de Electrónica, Automação e Comando
Sistemas Digitais – Módulo 7: Projecto com Microcontroladores

Aqui fica o enunciado do projecto

Controlo de Semáforos com Microcontrolador Picaxe
SEMÁFORO
Definição da Estrutura a Controlar
Elabore um programa que controle um sistema de semáforos com as seguintes características:
. Existe um cruzamento, no qual uma das direcções apresenta um trânsito muito mais intenso do que a outra, no qual é esporádico;
. Cada uma das entradas do cruzamento possui um semáforo para veículos, com luz verde, vermelha e amarela;
. Cada um desses semáforos possui ainda uma parte dedicada aos peões com luz verde, verde a piscar e vermelha, além de um buzzer que actua quando a luz verde está a piscar;
. Além disso, a parte dos peões (apenas nos semáforos que se encontram nas vias da direcção de maior tráfego) possui um botão para os peões premirem, de modo a que o sinal, para eles, passe a verde;
. O sistema completa-se com um sensor que detecta a proximidade de veículos, em cada um dos semáforos das vias da direcção de menor tráfego (ver à frente).
Funcionamento do Sistema
As condições de funcionamento são:
1.
. Os veículos não podem mudar de direcção / sentido;
. Numa das direcções existe sempre muito mais tráfego do que na perpendicular, onde apenas esporadicamente surgem veículos;
. Os semáforos de peões da direcção de maior tráfego possuem botões que os peõe spodem premir para poderem atravessar a rua;
. Os semáforos da direcção de menor trânsito possuem sensores que detectam a aproximação de um veículo.

2.
. Em condições “normais” os sinais verde para veículos, na direcção de maior tráfego, estão acesos, e assim ficam “indefinidamente” no tempo;
. Quando surge um veículo na direcção de menor tráfego, ao fim de 5 segundos o sinal verde dos semáforos para veículos na direcção de maior tráfego, passa a amarelo, onde fica 5 segundos.
. Nessa altura esses semáforos passam a vermelho e os que estão nas vias de menor tráfego passam a verde, mantendo-se esta situação 20 segundos.
. De seguida os semáforos das vias de menor tráfego passam a amarelo, onde se mantêm por 5 segundos, após o que passam a vermelho, e os semáforos que estão nas vias da direcção de maior tráfego passam novamente a verde (fim de ciclo).
. Aquando da passagem a amarelo anteriormente referida, os semáforos dos peões na direcção de maior tráfego, que estavam a verde, coemçam a piscar e activa-se um buzzer intermitente.

3.
. No caso dos semáforos de peões da direcção de maior tráfego existem botões para peões;
. Quando um peão prime o botão de um dos semáforos, ao fim de 10 segundos os semáforos das vias cuja direcção é a de maior tráfego, passam a amarelo, por 10 segundos, depois a vermelho, e os dos peões dos correspondentes semáforos a verde, por 20 segundos; Depois passam a verde piscante e toca um buzzer em simultâneo, por 7 segundos, seguindo-se a passagem dos semáforos dos peões para vermelho e dos veículos para verde.

. Durante todo este processo, os sinais das vias da direcção de menor tráfego passam de vermelho para verde (quando os da direcção de maior tráfego passam de amarelo para vermelho), mantendo essa cor durante o tempo que os aqueles estão a vermelho, passando a vermelho quando aqueles passarem a verde.

4.
. Se um peão premir o botão quando o seu semáforo estiver verde, o sistema não faz nada.
. Depois de um peão ter premido o botão que originou todo o processo de passagem do seu semáforo de vermelho para verde (descrito acima) e depois novamente para vermelho, existe um período de “eficiência” de 1 minuto, isto é, depois do sinal dos peões ter passado de verde para vermelho, se um outro peão premir novamente o botão, essa acção só terá efeitos práticos após a passagem de 1 minuto.
. O mesmo sucede se o processo de alteração da situação “normal” tiver sido desencadeado pelo aproximar de um veículo do semáforo da direcção de menor trânsito.

Dicas para Resolução / Elaboração do programa de controlo através do Picaxe
1. Identifique as variáveis de entrada e de saída, dê-lhes um nome, e atribua-lhes uma entrada ou saída do Picaxe 28X;
2. Faça uma tabela de funcionamento (sequencial) do sistema, dividida por várias fases / estados do problema (1 por linha); Nessa tabela devem constar, como é óbvio, o semáforo (4 tipos diferentes) e para cada um deles, as várias lâmpadas e buzzers (1 por coluna); acrescente ainda uma coluna para indicar o tempo que cada fase / estado demora;
3. Preencha essa tabela com o que deve acontecer (quais as lâmpadas acesas, apagadas, a piscar, buzzer a tocar) em cada fase;
4. Elabore o programa que execute o pretendido.

Vai também o programa/solução em basic e a respectiva simulação no PICAXE Programming Editor

A simulação da solução será compreensível no vídeo a seguir, depois de atentamente lido o enunciado e analisada (e, melhor ainda, se a preencherem) a tabela acima.

Na aquisição segue o programa em basic .bas para o Picaxe Programming Editor (software que já têm se adquiriram o módulo anterior, ou poderá ser descarregado gratuitamente no site oficial do picaxe); e seguirá também a tabela devidamente preenchida, que é o primeiro (e importante) passo para a elaboração do programa.

Este é o projecto que vai ser proposto aos alunos.
A seu tempo serão aqui postadas as soluções encontradas por eles, bem como alguns vídeos do trabalho montado na prática e controlado pelo picaxe.
O que lhes pretendo solicitar é uma solução do género do que podemos ver aqui (neste caso com Arduíno e com outro enunciado/especificações, certamente).

retirado do site http://eac-ajch.blogspot.pt/ do professor António Henriques.

Poderá também, com o decorrer do tempo surgirem modificações, afinações, melhoramentos, introdução de novas especificações, etc.
Tudo isso será aqui postado.

A quem comprar agora este módulo será, no final do ano lectivo de 2014/2015 enviado, gratuitamente tudo o que refiro acima e mais algo que venha a ser produzido.

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