ESTUDO DA ELETRÔNICA DIGITAL APLICANDO A TÉCNICA VHDL E UTILIZANDO , Notas de estudo de Engenharia Elétrica

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Faculdade Pio décimo

Coordenação do Curso de Graduação em Engenharia Elétrica

Monografia

ESTUDO DA ELETRÔNICA

DIGITAL APLICANDO A TÉCNICA

VHDL E UTILIZANDO DISPOSITOS

FPGA

JACKSON ANTONIO DE LIMA ANDRADE

JACKSON ANTONIO DE LIMA ANDRADE

ESTUDO DA ELETRÔNICA

DIGITAL APLICANDO A TÉCNICA

VHDL E UTILIZANDO

DISPOSITIVOS FPGA

Monografia apresentada ao Curso de

Graduação em Engenharia Elétrica da

Faculdade Pio Décimo, em cumprimento às

exigências e requisitos para avaliação final da

disciplina Projeto em Engenharia Elétrica.

Área de Concentração: Eletrônica Digital

Prof. Msc. Rodolfo Nunes Conte

Aracaju - Sergipe - Brasil

Novembro 2008

Aracaju - Sergipe - Brasil

Novembro 2008

JACKSON ANTONIO DE LIMA ANDRADE

ESTUDO DA ELETRÔNICA DIGITAL APLICANDO A TÉCNICA

VHDL E UTILIZANDO DISPOSITIVOS FPGA

Monografia aprovada em 19 de novembro de 2008

BANCA EXAMINADORA

__________________________________________

Prof. Msc. Rodolfo Nunes Conte

Orientador

__________________________________________

Prof. Waldiney Giacomelli

1º Examinador

___________________________________________

Prof. Dsc. Elenilton Teodoro Domingues

2º Examinador

AGRADECIMENTOS

Primeiramente gostaria de agradecer a Deus, por ter me dado a vida

e pessoas maravilhosas ao meu lado durante essa jornada, pessoas essas como

minha mãe Ilda, meu pai Jadiel, a minha irmã Jaqueline e minha amiga Juliana,

que estiveram todo o tempo ao meu lado me dando forças e acreditando que esse

sonho poderia se tornar real. VOCÊS FAZEM PARTE DISTO.

A minha Tia Lourdes (Lulu) que no momento que eu mais precisei

esteve me apoiando e ajudando em tudo que fosse necessário para que eu

consegui-se realizar esse sonho, essa vitória também é sua, obrigado por tudo.

Gostaria de agradecer ao Cláudio Silva que no início e boa parte

dessa jornada esteve me aconselhando e servindo de instrumento de Deus na

minha vida.

Ao meu professor e orientador Rodolfo Conte, que contribuiu de

forma direta, ativa e paciente para o estudo, confecção e conclusão desse

trabalho, bem como, para que este pudesse se tornar uma realidade.

Aos amigos da Schlumberger, em especial o Sr. Genivaldo Oliveira

(Mentor e Conselheiro), ao Felisberto. Alysson Leão e Roberto Dantas (Amigos

irmãos) e todos outros que estiveram comigo durante esse período e não

mediram esforços para me ajudar, quando precisava de folga para fazer aquelas

tão benditas provas que por muitas noites e finais de semana me deixaram sem

dormir, mais que agora percebo o quanto foram importantes para o meu

crescimento pessoal e profissional.

SUMÁRIO

Lista de Figuras

Figura 2.1 Representação simbólica função AND 24

Figura 2.2 Representação simbólica da função OR 24

Figura 2.3 Representação Simbólica da função NOT 25

Figura 2.4 Representação simbólica NAND. 25

Figura 2.5 Representação simbólica NOR. 26

Figura 2.6 Representação simbólica XOR. 27

Figura 3.1 Representação simbólica doTeorema de De Morgan. 29

Figura 3.2 Teorema de De Morgan. 29

Figura 3.3 Exemplo de um circuito lógico. 29

Figura 3.4 Redução de uma função lógica com o uso de De Morgan. 29

Figura 3.5 Exemplo de circuito lógico. 29

Figura 3.6 Exemplo de circuito lógico. 30

Figura 6.1 Diagrama de estados de um sistema "Pardal". 37

Figura 7.1 - Composição de um Circuito pela Técnica Booleana. 39

Figura 7.2 - Sistema Genérico de um sistema A com subsistemas B, C e D. 40

Figura 7.3 ULA genérica 44

Figura 7.4 Operações de deslocamento 47

Figura 7.5 Efeito do atraso inercial a um pulso de 2s. 49

Figura 7.6 Efeito do atraso inercial a um pulso de 4s. 49

Figura 7.7 Comando transport aplicado em um pulso de 2s. 50

Lista de tabelas

Tabela 2.1 Tabela Verdade função AND 24

Tabela 2.2 Tabela Verdade da função OR 24

Tabela 2.3 Tabela verdade NOT. 25

Tabela 2.4 Tabela verdade NAND 25

Tabela 2.5 Tabela verdade NOR. 26

Tabela 2.6 Tabela verdade XOR 26

Tabela 4.1 Tabela Verdade Álgebra Booleana. 33

Tabela 5.1 Exemplos de expressões e funções booleanas. 35

Tabela 7.1 Tipos de Escalares em VHDL 45

Tabela 7.2 Comparação entre variables e signals 55

Tabela 7.3 Representação da máquina de estados em formato tubular. 57

Tabela 7.4 Representação da máquina de estados com a condição default. 58

Tabela 7.5 Soma de produtos. 59

Tabela 7.6 Produto de soma. 60

Tabela 7.7 Contador Síncrono. 62

Tabela 10.1 Tabela de comparação entre hardware e software. 78

RESUMO

A Eletrônica Digital tem ao longo dos anos se tornando bastante

popular na sociedade moderna. Quem ainda não ouviu falar no termo digital?

Podemos citar, por exemplo: Câmera Digital, TV digital e etc.

Este trabalho tem como objetivo expor o Estudo da Eletrônica Digital

aplicando a Técnica VHDL e utilizando dispositivos FPGA, a nível obrigatório

devemos também comentar sobre o inicio da Eletrônica Digital e a técnica VHDL

com o uso do dispositivo FPGA que irá garantir o conhecimento necessário para

poder manipular esta tecnologia.

Os primeiros capítulos objetivam expor os princípios das portas

lógicas e os conceitos usados na álgebra Booleana. Em seguida apresentamos o

teorema de De Morgan, Contadores Síncronos e as Máquinas de Estado, o que já

faz uma introdução à forma da técnica VHDL.

Por fim, a descrição da Técnica VHDL e o uso do dispositivo FPGA

da Altera nos dias atuais.

2. INTRODUÇÃO

Hoje em dia, o termo digital tornou-se parte do nosso vocabulário

diário devido ao modo intenso pelos quais os circuitos digitais e as técnicas

digitais passaram a ser amplamente utilizados em quase todas as áreas:

computadores, comunicação, automação, robôs, tecnologias e ciências médicas,

transportes, entretenimento, exploração espacial e assim por diante.

Os avanços na tecnologia digital ao longo das últimas três décadas

não parecem ser um fenômeno de curta duração, e há muitos motivos para se

acreditar que mais avanços estão chegando. A taxa de crescimento do domínio

digital continua gigantesca. Talvez o seu automóvel já esta equipado com um

computador de bordo com um painel de instrumentos contendo um hub para a

comunicação sem fio ( wireless communication ), sistema de informações e de

navegação. Talvez você já possa usar um sistema de comando por voz para

enviar ou receber e- mail , acessar informações sobre o tráfego, verificar as

necessidades de manutenção do carro, enviar um fax, fazer um pedido

(encomenda) ou apenas escolher uma emissora de rádio ou um CD – tudo isso

sem tirar as mãos do volante ou os olhos da estrada. Ou talvez você seja um pai

ou uma mãe com uma criança com sérios problemas de saúde, e esta criança

tenha sensores microprocessados afixados nos braços, sensorizando a pulsação

do coração, a pressão sangüínea, a temperatura, a atividade do sistema de

imunidade e outros dados biológicos. E você deve está se perguntando onde tudo

isso começou? Bem, o estudo da eletrônica digital começou em 1854 com o então

desconhecido George Boole (1815 – 1864) que apresentou um sistema

matemático de análise lógica conhecido com álgebra de Boole, que se deu início

a “Era da Eletrônica” [2]. Em meados do século XIX o professor Augustus De