Laboratório de Sistemas Digitais

Código:

EEC0006

Sigla:

LSDI

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Electrónica e Sistemas Digitais

Ocorrência: 2008/2009 - 1S

Ativa?	Sim
Unidade Responsável:	Electrónica e Sistemas Digitais
Curso/CE Responsável:	Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
MIEEC	337	Plano de estudos oficial a partir de 2006/07	1	-	7	95	187
		Plano de estudos oficial a partir de 2007/08	1	-	7	95	187
		Plano para alunos que em 2006 estiveram no 3º ano	1	-	7	95	187
		Plano para alunos que em 2006 estiveram no 5º ano	1	-	7	95	187
		Plano para alunos que em 2006 estiveram no 4º ano	1	-	7	95	187

Língua de trabalho

Português

Objetivos

Explicar os fundamentos teóricos e aspectos práticos da análise e síntese de sistemas digitais (combinacionais e sequenciais). Proporcionar uma introdução ao projecto de sistemas digitais utilizando ferramentas computacionais para especificação com linguagens de descrição de hardware, simulação e síntese. Introduzir os conceitos fundamentais associados à organização e funcionamento de microprocessadores.

Após ter concluído com sucesso a unidade curricular de Laboratórios de Sistemas Digitais um aluno deverá ser capaz de:
• Usar diferentes bases (decimal, binária, octal e hexadecimal) para a representação de números inteiros (positivos ou negativos) e/ou fraccionários.
• Realizar operações aritméticas simples (em especial a adição e subtracção) entre números representados em diferentes bases.
• Obter representações formais de funções combinacionais (tabelas de verdade, funções lógicas, circuitos lógicos) a partir de uma descrição informal e efectuar transformações entre elas.
• Simplificar funções lógicas recorrendo a Mapas de Karnaugh.
• Projectar e analisar circuitos digitais simples com blocos digitais combinacionais básicos, tais como portas lógicas, multiplexadores, (des)codificadores, somadores, comparadores.
• Analisar o funcionamento de dispositivos digitais bi-estáveis (flips-flops).
• Obter representações formais de maquinas de estado finitos (FSM), tais como tabelas e diagramas de transição de estados, a partir de uma descrição informal.
• Analisar e projectar FSMs de Moore ou de Mealy.
• Projectar circuitos sequenciais simples com recurso a blocos como flip-flops, registos, contadores, registos de deslocamento.
• Descrever a constituição e o funcionamento de uma unidade aritmética e lógica (ALU).
• Analisar o “caminho de dados” de um pequeno microprocessador (ALU, registos e barramentos).
• Explicar e programar uma unidade de controlo para o “caminho de dados” microprogramada.
• Interpretar um circuito digital usando uma linguagem de descrição de hardware como o Verilog.
• Descrever um circuito digital usando Verilog de modo estrutural ou comportamental organizando-o de forma hierárquica.
• Identificar diversas tecnologias usadas no âmbito dos circuitos integrados digitais: funções padrão (TTL, CMOS), lógica programável (PLDs, FPGAs).
• Usar ferramentas de software de síntese e simulação de circuitos digitais (ISE e ModelSim) para a sua implementação em lógica programável (FPGAs).
• Desenvolver aptidões pessoais, profissionais e inter-pessoais (trabalho em grupo e comunicação) nomeadamente aquando da realização dos trabalhos laboratoriais.

Programa

Sistemas de numeração e representação de números positivos e negativos. Aritmética binária. Álgebra de Boole: aplicação à simplificação de expressões lógicas e à minimização de circuitos combinacionais. Análise e síntese de máquinas de estados realizadas como circuitos sequenciais síncronos, a partir de flip-flops e portas lógicas. Síntese de circuitos combinacionais e sequenciais utilizando blocos funcionais como multiplexadores, descodificadores, contadores, registos de deslocamento e circuitos programáveis. Modelação e simulação de circuitos combinacionais e sequenciais com a linguagem Verilog para descrição de hardware. Introdução aos microprocessadores: modelo de execução de programas residentes em memória, organização interna, unidade de descodficação, controlo e execução de instruções.

Bibliografia Obrigatória

José Carlos Alves; Sistemas Digitais, Autor/FEUP, 2005
Wakerly, John F.; Digital design. ISBN: 0-13-089896-1

Bibliografia Complementar

António José Araújo; Exercícios de Sistemas Digitais, 2004

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

A aula (T) de uma hora por semana é realizada em simultâneo para todos os alunos e usada fundamentalmente para apresentar os temas relacionados com a descrição de circuitos lógicos usando a linguagem Verilog e fazer a introdução aos microprocessadores. A restante matéria é exposta nas aulas (TP) intercalada com aulas de resolução de problemas e com aulas práticas laboratoriais.

Software

ModelSim XE
XILINX ISE

Palavras Chave

Ciências Tecnológicas > Engenharia > Engenharia electrotécnica

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída sem exame final

Componentes de Avaliação

Descrição	Tipo	Tempo (Horas)	Peso (%)	Data Conclusão
Aulas da disciplina (estimativa)	Participação presencial	75,00
1º miniteste e preparação	Exame	15,00		2008-11-19
2º miniteste e preparação	Exame	15,00		2009-01-28
1ª ficha laboratorial e preparação	Exame	15,00		2008-12-17
2ª ficha laboratorial e preparação	Exame	15,00		2009-01-21
Avaliação obtida durante as aulas laboratoriais	Exame			2009-01-16
	Total:	-	0,00

Componentes de Ocupação

Descrição	Tipo	Tempo (Horas)	Data Conclusão
Estudo geral	Estudo autónomo	30	2009-01-28
Preparação dos trabalhos laboratoriais	Estudo autónomo	20	2009-01-16
	Total:	50,00

Obtenção de frequência

A classificação final é composta por três componentes (MT, F e L):

A componente L visa avaliar as aptidões pessoais, profissionais e inter-pessoais (trabalho em grupo e comunicação) desenvolvidas pelos alunos nomeadamente aquando da realização dos trabalhos laboratoriais.
Nos 2 minitestes (MT) assim como nas 2 fichas de avaliação dos trabalhos laboratoriais (F), avalia-se a capacidade dos alunos satisfazerem os restantes objectivos descritos na secção respectiva.

Para obter frequência é exigida a classificação mínima de 6 valores (em 20) nas componentes de avaliação (MT e F).
Os alunos que tenham obtido frequência em anos anteriores estão dispensados da avaliação distribuída e podem fazer a disciplina por exame.

Fórmula de cálculo da classificação final

A nota final será obtida pela expressão:
0,5*(MT1 + MT2) + 0,4*(F1 + F2) + 0,1*L
onde:
MT1 = 1º miniteste
MT2 = 2º miniteste
F1 = ficha do 2º e 3º trabalhos laboratoriais
F2 = ficha do 4º e 5º trabalhos laboratoriais
L = avaliação obtida durante as aulas laboratoriais

Avaliação especial (TE, DA, ...)

Os alunos com estatuto especial, que os dispense da frequência das aulas práticas, caso não se submetam ao processo de avaliação dos alunos que frequentam a disciplina pela primeira vez, terão que realizar provas de avaliação envolvendo componentes teórica e laboratorial, com pesos equivalentes aos usados na classificação final por avaliação distribuída.

Melhoria de classificação

A melhoria da classificação final obtida em anos anteriores será feita por exame, a não ser que o aluno opte pela avaliação distribuída, caso em que se submeterá ao mesmo processo de avaliação que os alunos que fazem a disciplina pela primeira vez.

Observações

Os docentes da disciplina estarão disponíveis para atendimentos dos alunos, que os devem avisar previamente desse propósito via e-mail:
- Prof. Augusto Gomes (ASG) - asg@fe.up.pt - GAB. I231
- Prof. Hélio Mendonça (HSM) - hsm@fe.up.pt - GAB. I237
- Prof. José Carlos Alves (JCA) - jca@fe.up.pt - GAB. I228
- Prof. Vitor Tavares (VGT) - vgt@fe.up.pt - GAB. I234