2014 1 Eng Eletrica 7 Sistemas Digitais II

ATIVIDADES PRTICAS SUPERVISIONADAS

Engenharia Eltrica

7 Srie Sistemas Digitais II

A atividade prtica supervisionada (ATPS) um procedimento metodolgico de

ensino-aprendizagem desenvolvido por meio de um conjunto de etapas

programadas e supervisionadas e que tem por objetivos:

Favorecer a aprendizagem.

Estimular a corresponsabilidade do aluno pelo aprendizado eficiente e

eficaz.

Promover o estudo, a convivncia e o trabalho em grupo.

Desenvolver os estudos independentes, sistemticos e o autoaprendizado.

Oferecer diferentes ambientes de aprendizagem.

Auxiliar no desenvolvimento das competncias requeridas pelas Diretrizes

Curriculares Nacionais dos Cursos de Graduao.

Promover a aplicao da teoria e conceitos para a soluo de problemas

prticos relativos profisso.

Direcionar o estudante para a busca do raciocnio crtico e a emancipao

intelectual.

Para atingir estes objetivos a ATPS prope um desafio e indica os passos a

serem percorridos ao longo do semestre para a sua soluo.

A sua participao nesta proposta essencial para que adquira as

competncias e habilidades requeridas na sua atuao profissional.

Aproveite esta oportunidade de estudar e aprender com desafios da vida

profissional.

AUTORIA:

Celso Coslop Barbante

Faculdade Anhanguera de Sumar

Engenharia Eltrica - 7 Srie - Sistemas Digitais II


Pg. 2 de 10

COMPETNCIAS E HABILIDADES

Ao concluir as etapas propostas neste desafio, voc ter desenvolvido as competncias e habilidades que constam, nas Diretrizes Curriculares Nacionais, descritas a seguir.

Aplicar conhecimentos matemticos, cientficos, tecnolgicos e instrumentais Engenharia.

Conceber, projetar e analisar sistemas. Identificar, formular e resolver problemas de Engenharia. Desenvolver e/ou utilizar novas ferramentas e tcnicas.

Produo Acadmica Relatrios parciais, com os resultados do trabalho realizado em cada etapa. Projeto completo em VHDL, incluindo a documentao do mesmo. Resultado de simulaes realizadas em computador. O professor da disciplina possui autonomia para ajustar os resultados a serem entregues, de modo a adequar a execuo desta ATPS com as ferramentas e recursos disponveis em cada unidade, que podem ter caractersticas diferentes com relao aos softwares disponveis.

Participao Para a elaborao desta atividade, os alunos devero previamente organizar-se em

equipes de quatro a seis participantes e entregar seus nomes, RAs e e-mails ao professor da disciplina. Essas equipes sero mantidas durante todas as etapas.

Padronizao O material escrito solicitado nesta atividade deve ser produzido de acordo com as

normas da ABNT1, com o seguinte padro: em papel branco, formato A4; com margens esquerda e superior de 3cm, direita e inferior de 2cm; fonte Times New Roman tamanho 12, cor preta; espaamento de 1,5 entre linhas; se houver citaes com mais de trs linhas, devem ser em fonte tamanho 10, com

um recuo de 4cm da margem esquerda e espaamento simples entre linhas; com capa, contendo:

nome de sua Unidade de Ensino, Curso e Disciplina; nome e RA de cada participante; ttulo da atividade; nome do professor da disciplina; cidade e data da entrega, apresentao ou publicao.

DESAFIO

1 Consulte o Manual para Elaborao de Trabalhos Acadmicos. Unianhanguera. Disponvel em:

.



Pg. 3 de 10

A prensa de borracha est na Figura 1A abaixo, e possui capacidade para processar trs moldes simultaneamente, chamados de moldes A, B e C, sendo que cada molde possui duas resistncias de cartucho para aquecimento, conforme figura 1B abaixo.

Figura 1A - Prensa de borracha

Figura 1B - Resistncias usadas na mquina

Fonte: Adaptado pelo autor, do acervo pessoal. Como cada prensa (A, B e C) na mquina acima possui duas resistncias, tem-se um total de seis resistncias no equipamento. Quando uma resistncia queima, isso no imediatamente percebido pelo operador, e se produzem peas com defeito. J foi colocado na mquina um sensor de corrente, que indica 1 quando a resistncia est funcionando corretamente e 0 quando a resistncia est queimada, e voc deve implementar uma melhoria no sensor j existente, fazendo um circuito:

1 Identifique o nmero da resistncia que queimou (de 1 a 6) e indique, em um display de sete segmentos, o nmero correspondente.

2 Quando qualquer uma das resistncias queimar, o circuito deve ligar um LED de falha, que ser posicionado bem vista do operador.

3 Se acontecer de mais de uma resistncia queimar ao mesmo tempo, o circuito deve indicar no display a primeira resistncia queimada. Ao trocar a resistncia, ele indica a segunda, e assim por diante.

4 O projeto deve ser feito em VHDL e deve ser sintetizvel para um FPGA (que ser comprado futuramente pela empresa); portanto, voc deve fazer o projeto e a simulao, mas no precisa se preocupar com a placa, que ser fabricada pela empresa depois que o projeto estiver pronto.

Como resultado deste desafio, voc ir entregar um projeto feito em VHDL e os respectivos testes comprovando o funcionamento do mesmo por simulao de computador.



Pg. 4 de 10

Objetivo do desafio

Seu desafio ser entender um problema industrial, e propor uma soluo que atenda necessidade do cliente, entregando, no final do trabalho, um projeto de circuito digital feito na linguagem VHDL, compilado e com o funcionamento comprovado por simulao.

ETAPA 1 (tempo para realizao: 5 horas)

Aula-tema: Dispositivos Lgicos Programveis; Blocos lgicos de FPGA; Projetos digitais utilizando FPGA.

Seu professor, nesta etapa, ir comentar o que FPGA e CPLD, suas diferenas e principais caractersticas, bem como citar alguns exemplos prticos. A ATPS ser explicada, e os objetivos definidos pelo seu professor, dentro da realidade do seu curso. Voc deve preparar-se para fazer download da ferramenta de projeto (gratuita) e instal-la, pois esta etapa visa a um primeiro contato com a ferramenta e com o website, e permite que a aula de teoria siga em frente, sem que a ATPS dependa de contedo que ainda no tenha sido dado. Conhecer a ferramenta uma atividade importante e um trabalho ideal para ser feito em grupo; no tente aprender a ferramenta toda sozinho e use o trabalho em equipe. Nota: O software e o manual somente existem em ingls, como usual para muitas ferramentas tcnicas de Engenharia. Atualmente, muito importante que o engenheiro tenha o ingls tcnico. Aproveite para treinar os seus conhecimentos!

PASSOS

Passo 1 (Equipe)

Acessar o site www.altera.com e faa uma pesquisa sobre as ferramentas e placas de desenvolvimento. Responda: Para que serve o software Quartus II que descrito no site fornecido? Cite alguns exemplos prticos de aplicao, baseando-se nos exemplos fornecidos pelo prprio fabricante.

Passo 2 (Equipe)

Cadastrar-se no site, criando um login e senha. Usando o login e senha, faa download da ferramenta gratuita Quartus II Web Edition; tenha em mente que o arquivo grande e o download costuma demorar algum tempo para terminar. Responda: Quais os passos para obter a ferramenta?

Passo 3 (Equipe)

Instalar a ferramenta. Aps a instalao, abra-a e acesse o menu Help. Note que todos os manuais e arquivos de ajuda esto disponveis em ingls. Procure o guia de introduo e leia-o, se necessrio com a ajuda de um dicionrio e usando o trabalho em equipe para entender o contedo do guia. Faa um breve resumo, com suas palavras, do guia de introduo.



Pg. 5 de 10

Figura 2 - Tela inicial da ferramenta Quartus II para desenvolvimento de FPGA e CPLD da Altera

Fonte: .

Passo 4 (Equipe)

Note que a ferramenta de projeto funciona sem a necessidade de uma placa ou kit didtico, o que permite que o grupo estude sem depender do laboratrio. Na maioria dos casos, o projeto feito primeiramente usando-se apenas o computador, quando a placa ainda no existe. Aproveite as aulas iniciais da teoria, para familiarizar-se com a ferramenta de projeto, fazendo estudos em grupo, para lidar com as dificuldades tcnicas.


Aula-tema: Projetos digitais utilizando FPGA; Ambiente EDA (Electronic Design Automation) de software.

Nesta etapa, voc ir rever o desafio e entender por que uma resistncia queimada causa um grande prejuzo indstria, e conhecer outros exemplos simples de aplicaes prticas. Ir rever com o professor o objetivo final e relembrar o display de sete segmentos, se necessrio. Responder questo: Como isso se aplica ao projeto a ser desenvolvido? Para ter sucesso nesta etapa, voc deve seguir os passos descritos.



Pg. 6 de 10

PASSOS

Passo 1(Equipe)

Reler o desafio proposto. Entenda o problema, e faa um diagrama em blocos resumido, onde voc deve colocar claramente todos os sinais de entrada e todos os sinais de sada.

Passo 2 (Equipe)

Com os sinais de entrada e sada, faa uma tabela-verdade resumida, com o comportamento necessrio do circuito. Responda: O que acontece se mais de uma resistncia estiver queimada ao mesmo tempo?

Passo 3 (Equipe)

Fazer uma pesquisa e entenda o funcionamento do display de sete segmentos. Faa a tabela-verdade para o decodificador do display. O display deve mostrar os nmeros de 1 a 6, pois temos seis resistncias. Responda: O que acontece, se nenhuma resistncia estiver queimada? Nesse caso, o que o display deve mostrar?

Passo 4 (Equipe)

Observar que temos diversas entradas e sadas. Responda: Seria vivel fazer esse projeto, ainda que relativamente simples, usando o Mapa de Karnaught e outras tcnicas de projeto combinacionais vistas em cursos anteriores? Justifique sua resposta.


Aula-tema: Biblioteca de megafunes. Projetos de sistemas digitais por schematic. Projetos de sistemas digitais por VHDL.

Utilizando um dos laboratrios de informtica, o professor demonstrar a ferramenta Quartus II e seu uso com a linguagem VHDL. O ideal que os alunos tenham acesso a um laboratrio de informtica com a ferramenta instalada, providenciado previamente pelo setor competente. Se no for possvel, recomenda-se que a ferramenta seja demonstrada e estudada utilizando-se um data-show em sala de aula, pois ser uma introduo para motivar o estudo do aluno.

Nesta etapa, inicia-se a escrita e a implementao do projeto, escrevendo-se o cdigo VHDL correspondente ao proposto no Passo 2 e utilizando-se a ferramenta instalada de acordo com o Passo 1. importante que voc, aluno, esteja com as etapas anteriores em dia.

PASSOS

Passo 1 (Equipe)

Abrir a ferramenta Quartus II; usando o Project Wizard, crie um novo projeto chamado de atps. O projeto atps conter todos os elementos e arquivos do seu circuito. Durante a criao do projeto, so feitas algumas perguntas. Responda: Quais perguntas so essas? O que essas perguntas significam?



Pg. 7 de 10

Passo 2 (Equipe)

Com o projeto j criado, criar um novo arquivo VHDL, em branco, e escreva o cdigo VHDL inicial, usando as instrues e construes vistas na aula terica. Salve o seu arquivo com o nome de atps.vhd, pois ele deve ter o mesmo nome do projeto. Estude VHDL, se for necessrio, utilizando a bibliografia disponvel com o plano de aula: Voc pode tambm pesquisar outros livros e revistas sobre VHDL que existam na sua unidade. Utilize a biblioteca, para fazer pesquisas e desenvolver estudos em grupo.

Bibliografia complementar

DAMORE, Roberto. VHDL: Descrio e Sntese de Circuitos Digitais. So Paulo: Editora LTC.

Sites sugeridos para pesquisa

The Designers Guide to VHDL. Disponvel em: . Acesso em 30 nov. 2010.

Curso Introdutorio de VHDL. . Acesso em 30 nov. 2010.

Passo 3 (Equipe)

Compilar o programa, usando o procedimento visto na aula temtica. Quase sempre ocorrem erros, o que natural. Resolva os erros (errors) at ter um cdigo VHDL que funcione, sem erros. Se estiver com dificuldade no ingls, use um dicionrio e o recurso do trabalho em grupo. Se for necessrio, pea ajuda ao seu professor.

Passo 4 (Equipe)

Mesmo sem erros, poder haver mensagens de alerta (warnings). Verifique as mensagens de alerta, pois algumas so apenas avisos, outros alertas indicam problemas. Se estiver com dificuldade no ingls, use um dicionrio e o recurso de trabalho em grupo. Se for necessrio, pea ajuda ao seu professor.



Pg. 8 de 10

Figura 3 - Tela de exemplo do programa Quartus II

Fonte: O autor.

Como resultado da Etapa 3, voc deve ter um arquivo VHDL compilando sem erros, que implemente o circuito desejado. Na ltima etapa, faremos o teste e simulao do projeto, que consiste na entrega principal do desafio, que resolve o problema inicial proposto.


Aula-tema: Projetos de sistemas digitais por VHDL.

O professor ir mostrar a parte relacionada a testes da ferramenta Quartus II e fazer alguns testes com forma de onda simples, e principalmente far um tira-dvidas dos alunos, que, aps o Passo 3 desta etapa costumam ter pontos e dvidas a esclarecer.

Nessa etapa iniciam-se os testes e simulao o projeto, para garantir que o mesmo esteja funcionando. A ATPS termina na Etapa 4, mas, na vida real, aps a Etapa 4 a empresa compraria um FPGA para gravar o circuito e fazer os testes necessrios.

PASSOS

Passo 1 (Equipe)

O teste feito usando-se a tcnica de simulao de forma de onda. Pesquisar nos manuais da ferramenta, que esto disponveis no site www.altera.com, e em outros sites da Internet. Discutir com os seus colegas de grupo e explique como funciona a tcnica de simulao utilizando-se uma forma de onda digital como sada.



Pg. 9 de 10

Passo 2 (Equipe)

Criar um arquivo de forma de onda, na ferramenta Quartus II Web Edition. Use o sistema de HELP, ou reveja o tutorial que voc escreveu na Etapa 1. Lembre-se de que voc deve salvar o arquivo de forma de onda com o mesmo nome do projeto, ou seja, atps. Coloque os sinais de entrada nesse arquivo. Explique no relatrio qual o procedimento para criar um arquivo de forma de onda e colocar os sinais de entrada e sada.

Passo 3 (Equipe)

Desenhar a forma de onda da entrada, para que seu circuito possa ser testado, simulando a queima de uma ou mais resistncias. Simular o que acontece se duas resistncias queimarem, e assim por diante.

Figura 4 - Exemplo de forma de onda usada para simulao de um circuito digital

Fonte: O autor.

Passo 4 (Equipe)

Analisar o resultado da sada. A anlise feita manualmente; ou seja, a ferramenta apenas mostra um resultado que pode estar certo ou errado, dependendo se o seu circuito funciona ou no. Caso exista um erro, voc deve corrigir o circuito, at que o mesmo funcione. Coloque no relatrio o teste final, e mostre o circuito funcionando, explicando a forma de onda obtida, de modo a comprovar o funcionamento do seu projeto.

Livro Texto da disciplina: TOCCI, Ronald J.; WIDMER, Neal S.. Sistemas Digitais : princpios e aplicaes. 8 ed. So Paulo: Pearson - Prentice Hall, 2003.



Pg. 10 de 10

DAMORE, Roberto. VHDL : descrio e sntese de circuitos digitais. 1 ed. Rio de Janeiro: LTC - Livros Tcnicos e Cientficos, 2005.

ORDONEZ, Edward David Moreno; PENTEADO, Cesar Giacomini. Microcontroladores e FPGAs : aplicaes em automao. 1 ed. So Paulo: Novatec, 2005.

Documents

2014 1 Eng Eletrica 7 Sistemas Digitais II