Laboratório de Sistemas Digitais

Código:

EEC0006

Sigla:

LSDI

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Electrónica e Sistemas Digitais

Ocorrência: 2010/2011 - 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	300	Plano de estudos de Transição a partir de 2010/11	1	-	7	77	189
		Plano de estudos oficial	1	-	7	77	189

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. Compreender os conceitos fundamentais associados à organização e funcionamento de microprocessadores. Introduzir a programação de um microprocessador em linguagem assembly.

Após ter concluído com sucesso a unidade curricular de Laboratórios de Sistemas Digitais, 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 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, expressões lógicas, circuitos lógicos) a partir de uma descrição informal e efectuar transformações entre elas.
• Projectar e analisar circuitos digitais simples com blocos digitais combinacionais básicos, tais como portas lógicas, multiplexadores, descodificadores, somadores e comparadores.
• Analisar o funcionamento de dispositivos digitais bi-estáveis (flip-flops).
• Obter representações formais de máquinas de estado finitos (FSM), tais como tabelas de estados 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 baseados em 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 microprocessador simples (ALU, registos e barramentos).
• Explicar e programar uma unidade de controlo microprogramada para o “caminho de dados”.
• Desenvolver e analisar programas simples em linguagem assembly envolvendo operações aritméticas e lógicas, testes e saltos.
• Interpretar e 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. Portas lógicas e circuitos combinacionais. Flip-flops e circuitos sequenciais. Análise e síntese de máquinas de estados realizadas como circuitos sequenciais síncronos. 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 de descrição de hardware Verilog. Introdução à arquitectura e organização de microprocessadores: blocos constituintes, unidade de descodificação, controlo e execução de instruções, modelo de execução de programas residentes em memória. Programação em linguagem assembly.

Bibliografia Obrigatória

Wakerly, John F.; Digital design. ISBN: 0-13-089896-1
António José Araújo; Exercícios propostos para Laboratório de Sistemas Digitais, Autor/FEUP, 2009
José Carlos Alves; Sistemas Digitais, Autor/FEUP, 2005

Bibliografia Complementar

Palnitkar, Samir; Verilog HDL. ISBN: 0-13-451675-3

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

Exposição teórica dos assuntos baseada em slides e apresentação de exemplos ilustrativos de aplicação. Resolução de exercícios com a participação dos estudantes, sempre que oportuno. Experimentação laboratorial através da realização de trabalhos práticos envolvendo as principais técnicas de análise e projecto de sistemas digitais e recorrendo a ferramentas computacionais de desenvolvimento.

A aula teórica (T) semanal é usada fundamentalmente para apresentar os temas relacionados com a descrição de circuitos lógicos usando a linguagem Verilog e fazer a introdução ao estudo de microprocessadores. A restante matéria é exposta nas aulas teórico-práticas (TP), incluindo a resolução de problemas, sendo as aulas laboratoriais (L) destinadas à realização de 6 trabalhos laboratoriais.

Software

XILINX ISE
ModelSim XE

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída sem exame final

Componentes de Avaliação

Descrição	Tipo	Tempo (Horas)	Peso (%)	Data Conclusão
Participação presencial (estimativa)	Participação presencial	70,00
1º miniteste	Exame	1,00		2010-11-17
1ª ficha laboratorial	Exame	1,00		2010-12-15
Preparação dos trabalhos laboratoriais	Trabalho escrito	20,00		2011-01-14
2º miniteste	Exame	1,00		2011-01-26
2ª ficha laboratorial	Exame	1,00		2011-01-26
	Total:	-	0,00

Componentes de Ocupação

Descrição	Tipo	Tempo (Horas)	Data Conclusão
Preparação para 1º miniteste	Estudo autónomo	15	2010-11-17
Preparação para 1ª ficha laboratorial	Estudo autónomo	15	2010-12-15
Preparação para 2º miniteste	Estudo autónomo	15	2011-01-26
Preparação para 2ª ficha laboratorial	Estudo autónomo	15	2011-01-26
Auto-estudo	Estudo autónomo	35	2011-01-26
	Total:	95,00

Obtenção de frequência

A classificação final é determinada por duas componentes (MT e FL), avaliando-se nelas a capacidade dos estudantes satisfazerem os objectivos da unidade curricular.
A componente MT é a média aritmética da classificação obtida em 2 minitestes.
A componente FL resulta da realização de 2 fichas de avaliação sobre os trabalhos laboratoriais, correspondendo à média aritmética das classificações obtidas.

Para obter frequência é exigida a classificação mínima de 6 valores (em 20) na componente MT e a classificação mínima de 6 valores (em 20) na componente FL.
Os estudantes que tenham obtido frequência em anos anteriores estão dispensados da avaliação distribuída e podem fazer a unidade curricular por exame.

Fórmula de cálculo da classificação final

Para os estudantes com frequência, a classificação final será obtida pela expressão seguinte:
0,5*MT + 0,5*FL
onde:
MT = (MT1 + MT2)/2, sendo MT1 e MT2 as classificações obtidas no 1º e no 2º miniteste, respectivamente;
FL = (FL1 + FL2)/2, sendo FL1 a classificação obtida na ficha referente ao 2º e 3º trabalhos laboratoriais e FL2 a classificação obtida na ficha referente ao 4º, 5º e 6º trabalhos laboratoriais.
As componentes de avaliação não realizadas contam zero para a média.

Avaliação especial (TE, DA, ...)

Os estudantes com estatuto especial, que os dispense da frequência das aulas práticas, caso não se submetam ao processo de avaliação dos estudantes ordinários que frequentam a unidade curricular pela primeira vez, terão que realizar provas de avaliação sobre as componentes teórica e laboratorial, com o peso usado no cálculo da classificação final obtida por avaliação distribuída.

Melhoria de classificação

A melhoria da classificação final obtida pelos estudantes aprovados em anos anteriores será feita por exame, a não ser que o estudante opte pela forma de avaliação distribuída. Neste caso submeter-se-à ao mesmo processo de avaliação dos estudantes ordinários que frequentam a unidade curricular pela primeira vez.

Observações

Os docentes da unidade curricular estarão disponíveis para atendimento dos estudantes, devendo ser avisados previamente desse propósito por e-mail:
- Prof. António José Araújo (AJA) - aja@fe.up.pt - GAB. I236
- Prof. Hélio Sousa Mendonça (HSM) - hsm@fe.up.pt - GAB. I237
- Prof. José Carlos Alves (JCA) - jca@fe.up.pt - GAB. I228
- Prof. Miguel Velhote Correia (MVC) - mcorreia@fe.up.pt - GAB. I314