SD Conceitos Introdutorios

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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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.


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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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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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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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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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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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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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.

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