Eletrónica Digital e Microprocessadores

Código:

EEC3001

Sigla:

EEC3001

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Engenharia Eletrotécnica e de Computadores

Ocorrência: 2023/2024 - 2S (de 11-09-2023 a 15-12-2023)

Ativa?	Sim
Página Web:	https://moodle2324.up.pt/course/view.php?id=5319
Unidade Responsável:	Departamento de Engenharia Eletrotécnica e de Computadores
Curso/CE Responsável:	Licenciatura em Engenharia Física

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
L:EF	66	Plano estudos a partir do ano letivo 2021/22	3	-	6	52	162

Língua de trabalho

Português

Objetivos

A unidade curricular tem dois objetivos de aprendizagem fundamentais:

• Dar a conhecer os fundamentos teóricos e aspetos práticos da análise e síntese de sistemas digitais (combinacionais e sequenciais)
• Dotar os estudantes de competências para projetar e manusear sistemas embutidos baseados em microprocessadores em geral, e na placa ESP32 Pico Kit em particular.

Resultados de aprendizagem e competências

Após ter concluído com sucesso a unidade curricular Eletrónica Digital e Microprocessadores, um estudante deverá ser capaz de:

• Usar diferentes bases (decimal, binária, octal e hexadecimal) para a representação e manipulação de números inteiros (positivos ou negativos) e fracionários, e realizar operações aritméticas simples (em especial a adição e subtração) nessas bases.
• Representar números binários em vírgula flutuante segundo o standard IEEE 754.
• Obter representações formais (tabelas de verdade, expressões lógicas, circuitos lógicos) e efetuar transformações que permitam reduzir a sua complexidade e simplificar os circuitos que as implementam, a partir de descrições informais de funções combinacionais.
• Analisar e projetar circuitos simples com blocos digitais combinacionais básicos, tais como portas lógicas, multiplexadores, descodificadores, somadores e comparadores.
• Compreender o funcionamento de dispositivos digitais bi-estáveis (flip-flops) e a sua utilização na realização de circuitos sequenciais síncronos.
• Obter representações formais de máquinas de estado finitos (FSM), tais como tabelas de estados e diagramas de transição de estados, a partir de descrições informais do funcionamento pretendido.
• Analisar e projetar circuitos sequenciais simples baseados em flip-flops, registos, contadores e registos de deslocamento.

Adicionalmente os estudantes deverão ser capazes de:

• Recordar as principais funcionalidades (portas I/O, timers, interrupções, ADC, PWM, barramentos de comunicação) presentes em microcontroladores em geral.
• Usar a placa de desenvolvimento ESP32 Pico Kit.
• Usar o ambiente de desenvolvimento "Code With Mu" para escrita e debug de programas em linguagem MicroPython destinados à placa ESP32 Pico kit.
• Desenvolver um mini projeto, incluindo a identificação dos periféricos necessários, a sua interligação ao microcontrolador através das interfaces e barramentos mais apropriados, e a escrita do código que satisfaça os requisitos funcionais apresentados.
• Descrever na forma dum relatório, o trabalho desenvolvido nesse mini projeto.

Modo de trabalho

Presencial

Programa

O programa da disciplina tem duas componentes fundamentais:

• Sistemas digitais
• Microprocessadores

A primeira componente é constituída por:

• Sistemas de numeração, representação de números positivos e negativos. Aritmética binária. Representação em vírgula flutuante segundo o standard IEEE 754.
• Álgebra Boleana: expressões lógicas, teoremas, manuseamento e simplificação das expressões lógicas, implementação dos circuitos lógicos combinacionais. Síntese de circuitos combinacionais com base em portas lógicas e/ou circuitos funcionais como descodificadores, multiplexadores.
• Circuitos sequenciais: flip-flops, registos, contadores, registos de deslocamento. Análise e síntese de máquinas de estado síncronas e implementação de circuitos sequenciais com base em flip-flops e em blocos funcionais referidos.

A segunda componente é constituída por:

• Introdução à arquitetura de microprocessadores, conceitos básicos à organização e ao funcionamento: execução de programas, barramentos, periféricos, memórias, endereçamento.
• Estudo das diversas funcionalidades presentes em microcontroladores ESP32, nomeadamente:
  - Portas de entrada/saída
  - Barramentos de comunicação série (USART, I2C, SPI)
  - Contadores/timers
  - Interrupções
  - Conversor analógico/digital (ADC)
• Programação do processador presente na placa ESP32 Pico Kit usando linguagem MicroPython e o ambiente de desenvolvimento "Code With Mu". Exemplos de aplicação.

Bibliografia Obrigatória

José Carlos Alves; Sistemas Digitais (Disponível no Moodle)
António José Araújo; Sistemas Digitais - Exercícios resolvidos e propostos (Disponível no Moodle)
Hélio Sousa Mendonça; Materiais diversos (Disponível no Moodle)

Bibliografia Complementar

Wakerly, John F; Digital design. ISBN: 0-13-089896-1
Rui Santos, Sara Santos; MicroPython Programming with ESP32 and ESP8266, 2019

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

As aulas teóricas fazem a exposição da matéria com recurso a slides preparados para o efeito. Essa exposição é complementada pela resolução de exercícios presentes num documento fornecido.

Nas aulas laboratoriais para além da resolução de exercícios são montados pequenos circuitos com o intuito de consolidar os conhecimentos adquiridos. Esses trabalhos são em geral descritos em guiões e/ou páginas Web criados para o efeito.

Serão ainda indicados outros elementos de estudo na forma de livros, páginas Web ou datasheets de componentes.

Software

Code With Mu

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída sem exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Teste	70,00
Trabalho laboratorial	30,00
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

Designação	Tempo (Horas)
Elaboração de projeto	28,00
Estudo autónomo	80,00
Frequência das aulas	52,00
Total:	160,00

Obtenção de frequência

Para obter frequência é exigida:

• Presença nas aulas laboratoriais de acordo com o estipulado nas Normas Gerais de Avaliação.
• Obtenção de nota positiva na componente laboratorial (L).

Os estudantes que tenham obtido frequência no ano anterior estão dispensados da avaliação distribuída e podem fazer a unidade curricular por exame.

Fórmula de cálculo da classificação final

A classificação final é determinada por duas componentes (MT e L), avaliando-se nelas a capacidade dos estudantes satisfazerem os objetivos da unidade curricular:

• A componente MT resulta dos dois mini testes (MT1 e MT2).
• A componente L resulta da realização dum pequeno projeto envolvendo o microcontrolador estudado.

Fórmula: 0,7 x MT + 0,3 x L     onde     MT = 0,6 x Max(MT1, MT2) + 0,4 x Min(MT1, MT2)

IMPORTANTE: A componente L não poderá exceder a componente MT em mais de 4 valores!

RECURSO: Estudantes que não obtenham aprovação pela fórmula anterior, poderão efetuar um teste de recurso sobre a matéria de ambos os mini testes, que caso seja positivo permitirá a obtenção duma nota final igual a 10 valores. Para se candidatarem à realização deste teste, os estudantes terão que possuir:

• Componente L de pelo menos 10 valores.
• Componente MT de pelo menos 6 valores.

Provas e trabalhos especiais

Provas e trabalhos a realizar:

• Dois mini testes (sem consulta) com duração de 60 minutos, a realizar durante o período de aulas.
• Um mini projeto a desenvolver nas aulas laboratoriais e que terminará com uma sessão de apresentação e entrega do respetivo relatório.

Estudantes que tenham faltado a algum dos mini testes de forma julgada justificada, poderão realizar no teste de recurso a parte a que faltaram.

Trabalho de estágio/projeto

Não se aplica.

Avaliação especial (TE, DA, ...)

Não se aplica.

Melhoria de classificação

A melhoria de ambas as componentes pode ser efetuada na época seguinte:

• A componente MT pela realização dum teste que cobrirá a matéria abordada em ambos os mini testes.
• A componente L pela realização dum novo projeto.