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8/19/2019 SD Conceitos Introdutorios
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UNIPAC – Sistemas Digitais
Conceitos Introdutórios
Engenharia de Controle e Automação – 2° Período
José André Gomes Júnior
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Conceitos Introdutórios
Objetivos
Analisar as Representações Numérias (Analógicas e Digitais);
Sistemas Digitais x Sistemas Analógicos
Vantagens e Desvantagens dos Sistemas Digitais;
Introdução aos Sistemas de Numeração Digital;
Representação de Quantidades Binárias;
Circuitos Integrados Digitais;
Transmissão de Dados
Memórias 2
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Na ciência, tecnologia, ENGENHARIA, assim como em outras áreas de trabalho, temos quetratar com quantidades. Estas quantidades são medidas, monitoradas, armazenadas,
manipuladas aritmeticamente, observadas ou utilizadas de alguma maneira.
Conceitos Introdutórios
Representações Numéricas
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Há, basicamente, duas formas de representação dos valores das quantidades: a ANALÓGICA ea DIGITAL.
Para manipular adequadamente estasquantidades, é importante representar seus
valores de modo eficiente e preciso
TemperaturaPressãoVelocidade
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Representações Numéricas
4Nota: Analógica = Contínua / Digital = Discreta (passo-a-passo)
Representação Digital
A quantidade não é representada por quantidades proporcionais, mas símbolos denominadosdígitos. Em outras palavras, essa representação é de natureza discreta – não variacontinuamente, mas em saltos ou degraus, ou seja etapa a etapa;
Ex: haras exibidas em um relógio digital
Representação Analógica
A quantidade é representada por uma tensão, uma corrente ou uma medida de movimentoproporcional ao valor em questão. Quantidades analógicas têm uma importantecaracterística: elas podem variar ao longo de uma faixa contínua de valores.
Ex: velocidade exibida em um velocímetro analógico
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Sistemas Digitais x Analógicos
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Sistema Digital
Conjunto de dispositivos projetados para manipular informação lógica ou quantidades físicasque são representadas no formato digital, ou seja, as quantidades podem assumir apenasvalores discretos (não variam continuamente – verdadeiro ou falso – ativo ou inativo).
Ex: Relógio digital, Multímetro Digital
Sistema Analógico
Composto por dispositivos que manipulam quantidades físicas que são representadas naforma analógica.
Ex: Interruptor dimmer
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Sistemas Digitais x Analógicos
Atualmente, verifica-se o crescente aumento das aplicações em eletrônica que
utilizam técnicas digitais. Os principais motivos para este tendência são:
Sistemas digitais são geralmente mais fáceis de projetar;
Facilidade no armazenamento de informação;
Maior exatidão e precisão;
As operações do sistema podem ser programadas;
Circuitos digitais são menos afetados pelo ruído;
Um maioir número de circuitos digitais pode ser inserido em um circuito
integrado; 6
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Sistemas Digitais x Analógicos
Porém, como em qualquer atividade, existe o lado positivo e o lado negativo. NosSistemas Digitais não há exceção:
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O mundo real é quase totalmente analógico
A maioria das quantidades físicas é originalmente analógica:
Temperatura Pressão Posição Velocidade Nível de Líquidos Vazão
E frequentemente tais quantidades são entradas e saídas monitoradas, operadas econtroladas por um sistema digital;
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Sistemas Digitais x Analógicos
Desta maneira, para tirar proveito das técnicas digitais quando estivermos
lidando com entradas e saídas analógicas, três passos devem ser seguidos:1. Converter as entradas analógicas para a forma digital;
2. Processar a informação digital;
3. Converter as saídas digitais de volta à forma analógica;
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Nota: o futuro é digital, como é possível observar, a
tecnologia digital a cada dia vem fazendo parte,
cada vez mais, do nosso cotidiano, por isso temos a
necessidade de aprender o máximo sobre ela.
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Sistemas de Numeração Digital
Dentro da Tecnologia Digital, muitos sistemas de numeração são utilizados, sendo que os
mais comuns são:
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Sistema de Numeração Decimal
Sistema composto de 10 algarismos (0 – 9),possibilitando a representação de qualquer quantidade;
Sistema de numeração posicional, ou seja, um sistema noqual o valor do dígito depende de sua posição;
Em geral, qualquer número é simplesmente a soma dosprodutos de cada valor do dígito pelo seu peso devido àsua posição;
Sistema de Numeração Binário
Através do sistema decimal ficaria muito complicadoimplementar Sistemas Digitais, uma vez que seriacomplicado projetar um equipamento eletrônico quetrabalhasse com 10 níveis diferentes de tensão (0 – 9);
Por outro lado, é bem mais simples implementar circuitoseletrônicos simples e precisos que operem somente com2 níveis de tensão. Por isto , praticamente todos osSistemas Digitais usa o sistema binário como sistemabase para suas operações;
Também é um sistema devalor posicional, onde cadadígito binário possui seupróprio valor ou peso
expresso em potência dedois;
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Representação de Quantidades Binárias
Em Sistemas Digitais a informação é apresentada em forma binária, ou seja, apresentam apenas 2estados (BAIXO ou ALTO). Sendo representadas por tensões (ou correntes) que estão presentes nas entradas esaídas dos diversos circuitos.
Tipicamente, os números 0 (BAIXO) e 1 (ALTO) são representados por dois níveis de tensão nominais.Usualmente, zero volt (0) pode representar o binário 0, e +5V pode representar o binário 1. Porém devido avariações nos circuitos, os binários 0 e 1 são representados por intervalos de tensão.
Aqui temos uma significativa diferença entre Sistemas Digitais eSistemas Analógicos:
Nos sistemas digitais, o valor exato da tensão não éimportante, pois de acordo com a imagem uma tensão de3,6v significa o mesmo que uma tensão de 4,3v;
Já em Sistemas Analógicos, o valor exato da tensão éimportante, pois se a tensão é proporcional à temperaturamedida por um transdutor, 3,6v representaria uma
temperatura diferente de 4,3v, ou seja, o valor da tensãopossui informação significativa;
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Representação de Quantidades Binárias
Em função dos Sistemas Digitais trabalharem com níveis lógicos (baixo e alto), um
importante método de análise do comportamento do circuito é analisar o Diagrama de Tempo
do Circuito (gráfico tensão versus tempo).
Diagramas de tempo são bastante utilizados para mostrarcomo os sinais digitais variam com o tempo, eespecialmente para mostrar a relação entre dois ou maissinais digitais no mesmo circuito ou sistema. Utilizando
um osciloscópio para observar os sinais digitais, podemoscompará-los com o diagrama de tempo esperado. Este éum procedimento muito utilizado em testes e reparos deSistemas Digitais.
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Circuitos Digitais / Circuitos Lógicos
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Os Circuitos Digitais são projetados para produzir tensões de saída que se encontrem dentrodas faixas de tensões determinadas para os níveis 0 e 1 e também para responderem a
tensões de entrada também dentro destas faixas.
Ou seja, um circuito digital responderá do mesmo modo a todas as tensões de entrada que
estiverem dentro do intervalo para o nível 0 e de maneira semelhante, ele não distinguirá
entre tensões de entrada que estejam dentro do intervalo permitido para 1.
O modo com um circuito digital responde auma entrada é denominada lógica do circuito,ou seja, cada tipo de circuito digital obedece aum determinado conjunto de regras lógicas.Por isto os circuitos digitais também sãoconhecidos como Circuitos Lógicos.
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Circuitos Integrados Digitais
Praticamente todos os circuitos digitais existentes nos sistemas digitais são Circuitos
Integrados (CIs).
Existem diversas tecnologias de fabricação utilizadas para produzir Cis digitias, sendo as
mais comuns:
TTL
CMOS
NMOS
ECL
A principal diferença entre tais tecnologias referem-se aos tipos de circuitosque são utilizados para obter a operação lógica desejada;
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Transmissão de Dados
Uma das operações mais comuns que ocorrem em qualquer sistema digital, é a transmissão
da informação de um ponto a outro. A informação pode ser transmitida a uma distância tão
pequena quanto a de alguns centímetros em uma placa de circuito, ou a uma distância de vários
quilômetros.
A informação é transmitida em formato binário e, geralmente, é representada por tensõesna saída de um transmissor que está conectado à entrada de um circuito receptor.
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Transmissão de Dados
Existem 2 métodos básicos para transmissão da informação.
Método Paralelo
A transmissão paralela utiliza uma linha deconexão por bit, e assim todos os bits sãotransmitidos simultâneamente;
Transmissão mais rápida, uma vez que todos os
bits são transmitidos de uma única vez;
Método Serial
A transmissão serial utiliza apenas uma linha deconexão, na qual cada bit é transmitidoserialmente (um bit de cada vez);
Mais confiável, pois no caso de perda deum bit, transmite somente o mesmo;
Seus problemas com velocidade vêmsendo superados;
Ex: Fibras Óticas, Dispositvos USB, Wirelles,Bluetooth
Muito utilizada em circuitos internos docomputador, ex: HDs converncionais,embora já tenha sido utilizada emimpressoras e periféricos antigos;
Problema: é preciso sempre garantir quecada bit enviado chegue de formasimultânea aos demais
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Memórias
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Ao se aplicar um sinal de entrada na maioria dos circuitos digitais, a saída responderá à estesinal de entrada, porém ao remover o sinal de entrada a saída retorna ao seu estado original,
uma vez que estes tipos de circuitos não possuem a propriedade de memória.
Nos circuitos digitais, alguns circuitos possuem memórias, ou seja, quando a entrada éaplicada ao circuito, a saída mudará seu estado, mas permanecerá neste novo estado mesmoapós a entrada ter sido removida.
Dispositivos e circuitos de memória têmimportante papel em sistemas digitais,porque eles fornecem meios para armazenarnúmeros binários tanto temporariamentequanto permanentemente, com a capacidadede alterar a informação armazenada aqualquer momento.
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Conceitos Introdutórios
Exercícios
1- Descreva com suas palavras:
a) A diferença entre Sistemas Analógicos e Sistemas Digitais.
b) As vantagens do uso das técnicas digitais.
c) A principal limitação do uso das técnicas digitais?
d) Um circuito lógico
2- Faça o diagrama de tempo de um sinal digital que continuamente alterna entre 0,2v (0
binário) durante 2ms e 4,4v (1 binário) por 4ms.