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Portfólio
2
• Sistema Electrónico
• Equipamento Electrónico
• Componentes Electrónicos
• Placa de Circuito Impresso
• Transístor
• Lei de Moore
• Projecto de Sistemas Electrónicos
• Projecto de um sistema electrónico paratelecontagem
Sumário
Portfólio
3
• Um sistema é um conjunto de elementosinterrelacionados que em conjunto desempenhamduma determinada função.
• Em electrónica, um sistema é uma montagem comcomponentes electrónicos, podendo incluircomponentes mecânicos bem como software, queem conjunto realizam uma determinada função.
• O projecto de sistemas electrónicos faz-se adiferentes níveis.
Sistema Electrónico (1)
Portfólio
4
• Um conjunto de circuitos num circuito integrado(SoC - System on Chip), que colaboram narealização de uma função específica, é um sistemaelectrónico.
• Projectam-se circuitos integrados
Sistema Electrónico (2)
Portfólio
5
• SoC (System on Chip) para Wi-Fi (CL1300)
• Incluiu 5 subsistemas
Sistema Electrónico (3)
[Fonte: Celeno, 2009]
Portfólio
6
• Um conjunto de circuitos integrados e outros
componentes montados numa placa de circuitoimpresso (PCB – Printed Circuit Board), quecolaboram na realização de uma função, é umsistema electrónico.
• Projectam-se de placas de circuito impresso.
Sistema Electrónico (4)
Portfólio
7
• Placa de circuito impresso (PCB) utilizando ummicrocontrolador da Atmel (SoC) e outroscomponentes electrónicos.
Sistema Electrónico (5)
[Fonte: Arduino]
Portfólio
8
• Um conjunto de placas de circuito impresso,
formando módulo do equipamento, é um sistemaelectrónico.
Sistema Electrónico (6)
Portfólio
9
• Sistema para acesso a Internet: placa Arduino eplaca Ethernet (shield)
Sistema Electrónico (7)
[Fonte: Arduino]
Portfólio
10
• Um conjunto de módulos de equipamento, quedesempenham uma determinada tarefa, é um sistemaelectrónico.
Sistema Electrónico (8)
Portfólio
13
Equipamento Electrónico
SISTEMA
MÓDULOS
PCB
COMPONENTES ELECTRÓNICOSResistências, condensadores, diodos, transístores, circuitos integrados, etc
Portfólio
14
Equipamento Electrónico: Iphone (1)
[Fonte: anandtech, 2007]
• Sistemasistema de periféricos microcontrolador
acelerador
multimedia
conectivid
ade
Gestão de
potênciaControlador
LCDMemória
Portfólio
15
Equipamento Electrónico: Iphone (2)
[Fonte: PcWorld, 2007]
• Módulos
dois PCBs em “sanduíche”
Portfólio
16
Equipamento Electrónico: Iphone (3)
• Placas de circuito impresso (PCB) e módulo dosauscultadores
[Fonte: PcWorld, 2007]
1 – PCB com circuitos das aplicações
3 – PCB com circuitos de comunicação sem fios
2 – ficha auscultadores e circuitos adicionais
Portfólio
17
Equipamento Electrónico: Iphone (4)
• Componentes
bateria
PCB de comunicações sem fios
A – transceiver GSM (RF)
B – amplificador de
potência
C – Bluetooth
D – Wi-fi
E – banda de base GSM
F – gestão de potência
[Fonte: PcWorld, 2007]
câmara de video
Portfólio
18
Equipamento Electrónico: Iphone (5)
• Componentes
[Fonte: PcWorld, 2007]
A - acelerómetro (sensor)
PCB de aplicações
A – acelerómetro (sensor)
B – interface DISPLAY (RGB)
C – codec de audio
D – processador Apple (ARM)
1 – Suporte do cartão SIM
2 – Memória Flash Memória Flash (4 GB)
Portfólio
19
Equipamento Electrónico
SISTEMA
MÓDULOS
PCB
COMPONENTES ELECTRÓNICOSResistências, condensadores, diodos, transístores, circuitos integrados, etc
Portfólio
21
Componentes Electrónicos (2)
[Fonte: Made-in-China, Jameco]
resistências condensadores
díodos, transístores, LEDs circuitos integrados
Portfólio
22
Componentes Electrónicos (3)
• Sensores
Transformam uma forma de energia num sinaleléctrico: temperatura, magnético, etc.
• Actuadores
Transformam um sinal eléctrico numa outraforma de energia.
Portfólio
23
• PCBs multicamada
Placa de Circuito Impresso (1)
[Fonte: rapidSMT]
montagem superficialcom furos
[Fonte: made-in-China]
flexível
Portfólio
24
Placa de Circuito Impresso (2)
Photoresist placement
Photoresist exposure
Copper removal
Photoresist cleaning
Portfólio
26
• O transístor (material semicondutor) é o componentebásico de todos os sistemas electrónicos:
• em circuitos analógicos, amplifica o sinal deentrada. O sinal de saída é uma réplica do sinalde entrada, mas com maior amplitude.
• Em circuitos digitais comporta-se como uminterruptor.
• Primeiro circuito integrado (chip) com um transístore outros componentes em 1959: Fairchild e TexasInstrument. Primeiro circuito comercial em 1961.
• Actualmente circuitos com milhões de transístores.
Transístor
Portfólio
27
• 1965: Gordon Moore (Fairchild Semiconductor)previu que o número de transístores num chip decomputador duplicaria em cada ano (os chips maisavançados tinha cerca de 60 componentes).
• 1975, Moore (co-fundador da Intel em 1968)reconsiderou sua previsão da taxa de duplicação deaproximadamente a cada dois anos.
• Até agora, verificaram-se as previsões .
• Actualmente, o crescimento l está limitado pelocalor produzido e energia consumida nos chips
com muitos transístores.
Lei de Moore (1)
Portfólio
28
1958 – 1º circuito integrado (Texas Instrument)
[Fonte: Technology Review, 2008]
resistência de germânio
transístor
resistência para
limitação de corrente
condensador
Lei de Moore (2)
Portfólio
29
transístores
1961 – 1º circuito integrado comercial da (Fairchild)
[Fonte: Technology Review, 2008]
Lei de Moore (3)
Portfólio
30
transístores
[Fonte: Technology Review, 2008]
saída
entrada
alimentação
entrada
saída
terra
resistência
Lei de Moore (4)
Portfólio
31
1993 - Processador Pentium (Intel)
• 3,1 milhões de transístores, 0.8 µm, 294 mm2,
273 pinos, 66 MHz
[Fonte: Technology Review, 2008]
Lei de Moore (5)
Portfólio
32
2008 - Processador I7 (Intel)
• 731 milhões de transístores, 45 nm, 263 mm2,1366 pinos, 2.2 GHz
[Fonte: Intel]
Lei de Moore (6)
Portfólio
33
2011 - Processador Xeon E7-8870
• 32 nm, with 2600000000 transístores, 513 mm2,1357 pinos, 2.4 GHz, ($4616)
[Fonte: Intel]
10 cores
Lei de Moore (7)
Portfólio
34
• O projecto é actualmente realizado num nívelelevado e não com componentes básicos. O projectoé focado no fluxo de sinal através do sistema.
• Projectam-se:
• SoCs (System on Chip), utilizando IP cores
• PCBs, utilizando circuitos integrados e outroscomponentes
• Sistemas, utilizando PCBs e outroscomponentes.
Projecto de sistemas electrónicos (1)
Portfólio
35
Sistemas embebidos
• Um sistema embebido é um sistema com capacidadede processamento que desempenha tarefasespecíficas, muitas vezes em tempo real.
• Tem processador, memória, interfaces tal como osPCs, mas difere destes porque executa tarefasespecíficas.
• O sistema embebido pode conter a funcionalidadecompleta de um sistema electrónico, incluindohardware e software.
Projecto de sistemas electrónicos (2)
Portfólio
36
Projecto de sistemas electrónicos utiliza-se em váriasáreas de aplicação:
• Comunicações,
• Computadores
• Robótica
• Automóvel
• Medicina
• Aeroespacial
• Energia
• etc.
Projecto de sistemas electrónicos (3)
Portfólio
37
Projecto de um sistema electrónico para
telecontagem (1)
• Um sistema electrónico:na área de energia, utilizando tecnologias de comunicação
ZBeeMeRA ZigBee Automatic Meter Reading System
[Fonte: [4]]
Portfólio
38
A telecontagem nas redes inteligentes (smart grids)• Maior controlo sobre o consumo de energia. • Permite de modo automático, de hora em hora ou
ainda com maior periodicidade, que os contadores registem o consumo de energia.
• Com base nessa informação, fornecida em tempo real, os consumidores podem tomar opções que reduzam o consumo de energia.
Projecto de um sistema electrónico para
telecontagem (2)
Portfólio
39
As tecnologias de comunicação:• Com fios: Power Line Communication (PLC)
Comunicação sobre a linha eléctrica• Sem fios: Wi-Fi, ZigBee
Comunicação com interfaces de rádio
Projecto de um sistema electrónico para
telecontagem (3)
Portfólio
40
A escolha da tecnologia de comunicação:� ZigBee: tecnologia de rádio (sem fios) em 2,4
GHz
RT –Router, ED – End Device
Projecto de um sistema electrónico para
telecontagem (4)
[Fonte: [4]]
Portfólio
41
A arquitectura do sistema e os componentes
Projecto de um sistema electrónico para
telecontagem (5)
[Fonte: [4]]
Portfólio
42
O projecto de hardware: componentes electrónicos • Rádio ZigBee e microcontrolador: SoC
• Interface série com o contador (RS-232)
• Memória RAM adicional
Projecto de um sistema electrónico para
telecontagem (6)
[Fonte: [4]]
Portfólio
43
O projecto de hardware: componentes electrónicos
• Antenas: e antena Whip (e impressa no PCB)
• Fonte de alimentação DC: conversor DC-DC e baterias recarregáveis
• Fichas, resistências, condensadores, etc
Projecto de um sistema electrónico para
telecontagem (7)
[Fonte: [4]]
Portfólio
44
• O projecto de hardware: BOM (Bill Of Materials) e aquisição de componentes (procurement),
Projecto de um sistema electrónico para
telecontagem (8)
[Fonte: [4]]
Portfólio
45
O projecto de hardware: o diagrama esquemático
Projecto de um sistema electrónico para
telecontagem (9)
[Fonte: [4]]
Portfólio
46
O projecto de hardware: o projecto da placa de circuito impresso
� PCB de 4 camadas
Projecto de um sistema electrónico para
telecontagem (10)
[Fonte: [4]]
Portfólio
47
O projecto de hardware: a produção, a montagem, a soldadura e a verificação do PCB
Projecto de um sistema electrónico para
telecontagem (11)
[Fonte: [4]]
Portfólio
48
O software embebido:� Linguagem de programação: C
Projecto de um sistema electrónico para
telecontagem (12)
[Fonte: [4]]
Portfólio
49
Projecto de um sistema electrónico para
telecontagem (13)
O software aplicacional de ligação ao sistema central:� Linguagens de programação: C/C++, JavaScript,
PHP, Perl
[Fonte: [4]]
Portfólio
50
Teste do protótipo laboratorial
Projecto de um sistema electrónico para
telecontagem (14)
EMSeN Nó repetidor
Concentrador(ligado à Internet)
[Fonte: [4]]
Portfólio
51
Bibliografia
[1] Melissa J. Perenson , In Pictures: Inside the Apple iPhone, PCWorld Jul, 2007. Disponível no portal: http://www.pcworld.com/article/133912/in_pictures_inside_the_apple_iphone.html
[2] Kristina Grifantini, Moore's Law, Technology Review, Dezembro 2008. Disponível no portal: http://www.technologyreview.com/article/21886/
[3] PCB Production. Disponível no portal: http://www.baselectron.it/allegati_download/PCB-prod.pdf
[4] André Glória, ZBeeMeR -A ZigBee Automatic Meter Reading System, Tese de Mestrado, Outubro 2010. Disponível no portal: https://dspace.ist.utl.pt/bitstream/2295/767640/1/Dissertacao_AndreGloria.pdf