programa de pós-graduação escola politécnica da usp...• para construir uma máquina de...
Post on 31-Jul-2020
1 Views
Preview:
TRANSCRIPT
24/11/2008 1
Proposta de Máquinas de Ensino-Aprendizagem para Transposição Didática em Projetos de Circuitos Integrados CMOS
CandidatoCarlos Alberto RosaDepartamento de Engenharia de Sistemas Eletrônicos
OrientadorProf. Dr. Wilhelmus Adrianus Maria Van NoijeDepartamento de Engenharia de Sistemas Eletrônicos
Programa de Pós-Graduação
Escola Politécnica da USP
24/11/2008 2
Sumário
1. Motivação2. Questões de Pesquisa3. Objetivos4. Fundamentos Teóricos5. Metodologia6. Propostas7. Conclusão8. Referências9. Agradecimentos
24/11/2008 3
Introdução
• O conhecimento sem dúvida é o instrumento essencial no mundo moderno.
• O homem moderno cada vez mais se vê envolvido com máquinas e aparelhos eletrônicos criados artificialmente para potencializar algumas de suas habilidades humanas.
24/11/2008 4
Introdução: Exemplos
• O carro potencializa as pernas humanas, proporcionando conforto, segurança e tranqüilidade aos humanos;
• O celular potencializa a comunicação dos ouvidos e da boca em distâncias globais;
• A Máquina de calcular as tarefas de contagem;• A Máquina de lavar, cozinhar e microondas
potencializam o tempo escasso, livrando os humanos de tarefas essenciais e rotineiras;
• O computador é a grande máquina que potencializa as atividades cerebrais do homem.
24/11/2008 5
Motivação
• Criar recursos instrucionais, sistemas ou métodos experimentais para estimular jovens para área de engenharia eletrônica;
• Muitas escolas técnicas públicas de eletrônica, com pouco recurso tecnológicos, recorrem àmétodos alternativos criativos nas montagens experimentais de eletrônicas: usam molas, papelão, componentes sucateados, etc sem comprometer o aprendizado e o programa de ensino proposto.
24/11/2008 6
Justificativas
• O governo brasileiro está implantando a sua primeira fábrica de circuitos integrados no Rio Grande do Sul, chamada CEITEC, com previsão de entrar em operação no final de 2009.
• O CEITEC licenciou a tecnologia da empresa alemã X-FAB, e pretende operar em rede com centros de pesquisa, universidades e empresas conveniadas, para desenvolver projetos de sistemas eletrônicos integrados, processamento físico-químicos, dentre outros atividades.
24/11/2008 7
Justificativas
• Assim, há uma crença generalizada, na Área de Microeletrônica, e que surgirá no Brasil um novo profissional com conhecimentos especializados na área de Projetos de CIs e que serão conhecidos por IC Designers ou Projetistas de CIs.
24/11/2008 8
Questões da Pesquisa
• Questão• Como construir máquinas de ensino-
aprendizagem para ilustrar na prática conceitos essenciais sobre Projetos de Circuitos Integrados CMOS?
• Hipótese• As máquinas de ensino-aprendizagem podem
potencializar a aprendizagem de assuntos complexos sobre projetos de circuitos integrados CMOS.
24/11/2008 9
Objetivos
• O presente trabalho está inserido dentro de um contexto educacional mais abragente que visa criar estratégias para divulgar conhecimentos na área de circuitos integrados para professores, alunos e profissionais da área de eletrônica, atraindo-os futuramente para participarem do Programa Nacional de Formação de Projetistas de CIs.
24/11/2008 10
Fundamentos Teóricos
• Tecnologia Educacional• Definição de TLM• Construção de TLMs• Características das TLMs• Classificação das TLMs• Taxionomia da TLMs
24/11/2008 11
Fundamentos Teóricos
• Tecnologia• É o conjunto de princípios, métodos, instrumentos e
processos cientificamente determinados que se aplica especialmente à atividade industrial, com vistas àprodução de bens mais eficientes e mais baratos.
• Tecnologia Educacional• O conjunto de recursos, métodos e sistemas
educacionais que auxiliam como ferramentas do processo de ensino estabelecem a abrangência e o domínio da tecnologia educacional [BLOOM, 1973].
24/11/2008 12
Fundamentos Teóricos
• Definição de TLM• Uma máquina de ensino-aprendizagem é
recurso de tecnologia educacional que visa atender sempre aos objetivos educacionais de um plano de ensino de uma instituição educacional.
• TLMs – Teaching-Learning Machines.
24/11/2008 13
Fundamentos Teóricos
• Construção de TLMs• Para construir uma máquina de ensino-
aprendizagem é necessário avaliar o conteúdo de um programa de ensino e elaborar experiências que visam atingir esses objetivos curriculares levando em conta as questões relativas às teorias de comunicação, de aprendizagem e de sistemas [AURICCHIO, 1978].
24/11/2008 14
Fundamentos Teóricos
• Características das TLMs• Objetividade: associada à finalidade ou
propósito de uso num contexto educacional;• Estética: estabelece o apelo visual adotado;• Padronização: define o conjunto dos
elementos constitutivos utilizados;• Funcionalidade: define o conteúdo
instrucional das partes que integram a máquina como um todo;
24/11/2008 15
Fundamentos Teóricos
• Características das TLMs• Flexibilidade: define a capacidade de adaptação ao
programa instrucional;• Portabilidade: define a facilidade de transporte
manual da máquina;• Expansibilidade: define a capacidade de ampliação
das características funcionais da máquina; • Praticidade: que é definido pelo tempo médio gasto
entre montagens e desmontagens dos experimentos.
24/11/2008 16
Fundamentos Teóricos
• Classificação das TLMs• Sistemas Completos• Sistemas Modulares• Sistemas Construtivos
24/11/2008 17
Fundamentos Teóricos
• Máquinas Completas• São projetadas e construídas num único
aparato, exibindo de uma só vez todos os elementos constitutivos destinados a atender um programa educacional, de treinamento prático ou para uma demonstração técnica.
• Essas máquinas apresentam, comumente, grandes dimensões, alto nível de objetividade e praticidade para atender aos propósitos para as quais foram projetadas.
24/11/2008 18
Fundamentos Teóricos
• Máquinas Completas
LABVOLT - Sensores
BIT9 - Sensores
24/11/2008 19
Fundamentos Teóricos
• Máquinas Completas
LABVOLT - EletromecânicaLABVOLT - Refrigeração
24/11/2008 20
Fundamentos Teóricos
• Máquinas Modulares• São flexíveis, portáteis, práticas e incluem
uma variedade muito extensa de elementos constitutivos interconectáveis que aumentam a possibilidade de seu alcance de experimentações e extensões futuras sem perder a sua objetividade.
24/11/2008 21
Fundamentos Teóricos
• Máquinas Modulares
BIT9 – Eletrônica GeralBIT9 – Eletrônica Digital
BIT9 – Eletrônica Geral
24/11/2008 22
Fundamentos Teóricos
• Máquinas Modulares
DEGEM – Eletrônica BásicaEB - Electronic Bench
24/11/2008 23
Fundamentos Teóricos
• Máquinas Modulares
LABVOLT - Eletromecânica de 2-kW
24/11/2008 24
Fundamentos Teóricos
• Máquinas Construtivas
LABVOLT – Manutenção e reparos
24/11/2008 25
Fundamentos Teóricos
• Taxionomia da TLMs• TM (teaching machine), para indicar que a máquina possui
desenho e funcionalidade, visando atender às necessidades didáticas do professor;
• LM (learning machine), para indicar que a máquina foi desenhada para permitir o desenvolvimento de atividades práticas de aprendizagem, focando hábitos especiais nos alunos alvo da aprendizagem;
• TLM (teaching-learning machine), para designar a classe de máquinas que contempla, de uma maneira geral e irrestrita, todos os tipos possíveis de máquinas utilizadas nos processos de ensino-aprendizagem; e
• MMI (man-machine interface or interaction), para qualificar que o projeto da máquina proposta contemplou aspectos relevantes das interações decorrentes entre o homem e a máquina, nos termos conceituados em PREECE (1994, 2002) sobre HCI (human-computer interaction).
24/11/2008 26
Metodologia
• Contextos de Aprendizagem• Transposição Didática• Microensino• Práticas de Ensino
24/11/2008 27
Metodologia
• Modelagem do Contexto de Aprendizagem• Define todos os elementos conceituais desejados e
que se pretende utilizar nas atividades práticas com as TLMs.
• Exemplos• Máquina de Ensino-Aprendizagem de Chaves/Relés;• Máquina de Ensino-Aprendizagem Bipolar;• Máquina de Ensino-Aprendizagem MOS;• Máquina de Ensino-Aprendizagem de Lógica
Programável.
24/11/2008 28
Metodologia
• Modelagem do Contexto de Aprendizagem• TLM de Chaves
B15 V
AChave
R1330
Led Y
+
Y
B15 V
BA
Led Y
R1330
+
Y
B
A B15 V
Led Y
R1330
+
Y
Led YA
B15 V
R1330
+Y
A
B
B15 V
R1330
Led Y
+
Y
BA Led Y
R1330
B15 V
+
Y
24/11/2008 29
Metodologia
• Modelagem do Contexto de Aprendizagem• TLM de Relés
NF
V
NF
V
NF
NF
V
NF
V
NF
V
NF
V
NF
B
A
A
B
Y
Y
B
A
Y
A
B
YNA
V
V
NA
V
NA
NA
V
NA
V
NA
V
NF
V
NA
V
NA
NF
V
NA
NA
V
A
B
B
A
Y
Y
A
Y
A
Y
A
Y
A
Y
B
A
Y
B
A
Y
24/11/2008 30
Metodologia
• Modelagem do Contexto de Aprendizagem• Máquina de Ensino-Aprendizagem Bipolar
C
Output Y
+Vcc
R11 KA
D1
D2
D3
B
V
CYB
A
Y = A+B+C R1680
D3C
BD2
Output Y
AD1 Y
ABC
D1
R4130
OutputY = A
+Vcc
R31 K
Q1BC548
R14 K
A
Q3BC548
R21,6 K
Q2BC548
Q4BC548
V
YA
A Q1,Q2BC548
R14 K
B R31 K
Q5BC548
OutputY = A.B
Q4BC548
R21,6 K
Q3BC548
R4130
D1
V
+Vcc
B
AY
Control
A
D1
Q5BC548
R3500
R44 K
Q4BC548
V
R2750
R14 K
R540
D2 Q1BC548
Q2BC548
Q3BC548
+Vcc
OutputY = A
A
Control
Y
A
B
R14 K
R24 K
Q1BC548
Q3BC548
R41 K
Q4BC548 Q2
BC548
V
Q5BC548
OutputY = A+B
+Vcc
R31,6 K
YA
B
V
D1
R22 K
R14 K
+Vcc
R41,6 K
A Y
A Q1BC548
Q2BC548
OutputY = A
Q4BC548
R51 K
Q6BC548
Q3BC548
R3800Lógica DTL
Lógica TTL
24/11/2008 31
Metodologia
• Modelagem do Contexto de Aprendizagem• Máquina de Ensino-Aprendizagem MOS
Y
A N
RLPull-up
+V
A B
Y
NN
RLPull-up
+V
B
A
Y
N
N
RLPull-up
+V
A
RLPull-down
Y
+V
P
Y
RLPull-down
BA
+V
PP
Y
B
A
RLPull-down
+V
P
P
24/11/2008 32
Metodologia
• Modelagem do Contexto de Aprendizagem• Máquina de Ensino-Aprendizagem MOS
+V +V+V
+V
P
P
NMOSPull-down Network
Inputs
Output
N
N
Y
P
NA
Y
N NA B
P
Y
A
B
PMOSPull-down Network
Inputs
+V
N
+V
Output
P
Y
N
+V
P
+V
A
+V+V
N
BPPP AA
N
Y
+V+V
Y
B
LógicaPseudopMOS
LógicaPseudonMOS
24/11/2008 33
Metodologia
• Modelagem do Contexto de Aprendizagem• Máquina de Ensino-Aprendizagem MOS
A
+V
Y
N
P
A Y=A
Y=A
+V
N
+V
N
PP
A
+V
BN
N
Y=A.B
P P
N
+V
A
+V
BN
N
Y=A.B
P P P
LógicaCMOSEstática
24/11/2008 34
Metodologia
• Modelagem do Contexto de Aprendizagem• Máquina de Ensino-Aprendizagem MOS
A
+V
BNN
Y=A+B
P
P
+V
A NN
+V
N
Y=A+B
P
PP
B
LógicaCMOSEstática
24/11/2008 35
Metodologia
• Modelagem do Contexto de Aprendizagem• Máquina de Ensino-Aprendizagem MOS
Y
B
A
B
A
NN
NN
B
A
B
A
NN
NN
BA PP
B
+V
A PP
Y
+V
BB
AA
PP
PP
LógicaCMOSEstática
24/11/2008 36
Metodologia
• Modelagem do Contexto de Aprendizagem• Máquina de Ensino-Aprendizagem MOS
NMOSPull-down Network
Inputs
CLK N
NMOSPull-down Network
Inputs
CLK
Output
N
PMOSPull-down Network
StaticCMOS OutputInputs
Dynamic N-Type CMOS
Clock
OutputInputs InputsDynamic P-Type CMOS
Clock
Output
+V
Inputs Output
PMOSPull-down Network
Output
P
+V
P
+V
(CMOS Design) (N-Type Dynamic Logic) (P-Type Dynamic Logic)
24/11/2008 37
Metodologia
• Modelagem do Contexto de Aprendizagem• Máquina de Ensino-Aprendizagem MOS
Y
B
A
B
A
NN
NN
B
A
B
A
NN
NN
BA PP
B
+V
A PP
Y
+V
BB
AA
PP
PP
LógicaCMOSEstática
24/11/2008 38
Metodologia
• Modelagem do Contexto de Aprendizagem• TLMS MOS - Lógica Dinâmica
B
B N
N
NCLK
P
+V
A
Y
A
Y
A
Y
NCLK
N N
+V
P
CLK
N
N
P
+V
24/11/2008 39
Metodologia
• Modelagem do Contexto de Aprendizagem• TLM CMOS – Lógica Programável
In1
In0
Output Y
1
0
S
Output Y
S
In0
In1
N
N
Output Y
1
0
S
In0
In1 In1
N
N
In0
S
Output Y
Lógica comSeletor
24/11/2008 40
Metodologia
• Modelagem do Contexto de Aprendizagem• TLM CMOS – Lógica Programável
+V
A
B
Output Y
1
0 A
B
Output Y
1
0
B
AOutput Y
1
0
A
B
Output Y
A
B
Output Y
A
B
Output Y
PTL-AND Gate PTL-OR Gate PTL-XOR Gate
Output Y
B
A
Output Y
Output Y
Output Y B
A
B
A
B
A
0
1
0
1Output Y
B
A0
1Output Y
B
A
+V
PTL-NAND Gate PTL-NOR Gate PTL-XNOR Gate
24/11/2008 41
Metodologia
• Transposição Didática• Termo introduzido em 1975 pelo sociólogo Michel
Verret e, alguns anos depois, passou a ser rediscutido pelo francês Yves Chevallard, pesquisador em didática das matemáticas.
• Conceito• A transposição didática é um processo complexo que,
através de métodos e técnicas didáticas, permite realizar transformações em objetos de saberes conhecidos (du savoir savant) em objetos que compõem os saberes de ensino (au savoir enseigné).
24/11/2008 42
Metodologia
• Transposição Didática• A complexidade do processo de transposição didática
pode ser observada por um fato histórico interessante que ocorreu com a Geometria desenvolvida por Euclides de Alexandria (300 a.C.) que compilou num livro chamado Elementos de Euclides, todo o conhecimento que existia sobre geometria em sua época.
• Somente no final do século XIX é que conteúdos parciais do livro de Eucludes chegaram ao ensino fundamental nas escolas européias, porém com 2000 anos de atraso.
24/11/2008 43
Metodologia
• Conceito de Microensino• É uma técnica simples desenvolvida por ALEN
(1967), aplicada normalmente na formação de professores, que objetiva o desenvolvimento de habilidades em candidatos à docência antes mesmo que estes venham a entrar em sala de aula definitivamente.
24/11/2008 44
Metodologia
• Conceito de Microensino (ALEN, 1967)
Algumas aulas precisaram ser replanejadas e foram executadas com outros grupos de alunos.Ajuste5
As aulas gravadas foram analisadas e discutidas com alguns colegas professores de eletrônica e microeletrônica, visando melhorias nas práticas de ensino.
Análise das Microaulas4
Algumas microaulas foram gravadas com uma câmera digital e outras com gravadores visando fornecer detalhes para a análise posterior.Registro das Microaulas3
Cada microaula foi aplicada à um pequeno grupo de alunos, entre 5 e 10 alunos. Em algumas situações professores das instituições visitadas participaram de microaulas como alunos. Os alunos foram avaliados por provinhas práticas e pesquisados por questionários de avaliação simplificados.
Planejamento de Microaulas2
Cada habilidade de ensino-aprendizagem foi especificamente focalizada num pequeno período de aula que variou entre 15 e 50 minutos. Considerou-se, primeiramente, a mesma aula com e sem o uso de uma TLMs com turmas distintas.
Planejamento de Habilidades de Ensino-aprendizagem1
DescriçãoEtapa
24/11/2008 45
Metodologia
• Práticas de Ensino• Abordagens desenvolvidas
• Alunos Construtores• Desenvolve-se o perfil do Engenheiro
• Alunos Montadores• Desenvolve-se o perfil do técnico
• Alunos Usuários• Desenvolve-se o perfil de usuário
24/11/2008 46
Módulos Standard-Cell
24/11/2008 47
Módulos Standard-Cell
24/11/2008 48
Módulos Standard-Cell
24/11/2008 49
Módulos Standard-Cell
24/11/2008 50
Módulos Standard-Cell
24/11/2008 51
Módulos Standard-Cell
24/11/2008 52
Módulos Standard-Cell
24/11/2008 53
Módulos Standard-Cell
24/11/2008 54
Módulos Standard-Cell
24/11/2008 55
Módulos Standard-Cell
24/11/2008 56
Painel de Força
24/11/2008 57
Painel de Força
24/11/2008 58
Painel de Força
24/11/2008 59
Módulos Sea-of-Gates
• É um conceito de projetos de circuitos integrados onde transistores nMOS e pMOS são previamente dispostos e construídos em longas filas no silício, porém um pós-processamento de metalização permite que sejam estabelecidas diferentes funcionalidades desejadas para uma mesma base de transistores.
• Os Módulos Sea-of-Gates da Máquina foram construído com base nas características do CI 4007 CMOS.
24/11/2008 60
Módulos Sea-of-GatesR
ede
PM
OS
Red
eN
MO
S
P
N
P
N
+V
P
N
P
N
P
N
P
N
P
N
+V
24/11/2008 61
Módulos Sea-of-Gates
Porta NOR é definida somente na Metalização.
Red
eP
MO
SR
ede
NM
OS
P
N
P
N
+V
P
N
P
N
P
N
P
N
P
N
+V
A B Y
A YB
Isolamento
24/11/2008 62
CI 4007
N
N
P
NP
P
1 2 3 4 5 6 7
14 13 12 11 10 9 8
CD4007UB
SN2G2SP2DP2 DN2 G1 Vss
SP3DP1 DN/P3 G3 DN1SN3Vdd
24/11/2008 63
CI 4007
DN1
DP1
N
VSS
VDD
G1
N
SP3
SN3
G3
DN/P3
P P
+V
N
DP2
DN2
SP2
SN2
G2
P13
8
7
6
14
9
11
10 12
5
1
4
2
3
24/11/2008 64
Transistores nMOS e pMOS
N
DP2
DN2
SP2
SN2
G2
P
5
1
4
2
3P
14 13
1 2 3
12 11 10 9 8
7654DPn SPn VssGPn
CD4007P
Vdd
N
32 4 5 6 71
14 13 12 11 10 9 8
SNnGNn DNn Vss
Vdd
CD4007N
24/11/2008 65
4 3 2 1
CN
1
USB (5 VDC)
Bit A
01
L1
R1
S1
AK
A L2
R2
S201
Bit B
KA
B
01 K
A
S3
L3
R3Bit C
C Z
R5
L5
AK
R4
L4
AK
Y4 3 2 1
CN
2
USB (5 VDC)
GN1 GN2
DN
1/SN
2
SN1
11
12
13
14A B C D
PSI/E
PUSP
/200
7
GP1 GP2GN1 GN2
6
7
8
9
10
GN3GP3
GN4GP4
GN3 GN4
DN
2/SN
3
DN
3/SN
4
DN
4/SN
5
E F G H I
GP1 GP2
SP1
DP1
/SP2
A B C D1
2
3
4
5
Projeto de CircuitosIntegrados CMOS
DP2
/SP3
DP3
/SP4
GP3
E F G
GP4
H I
DP4
/SP5
DP5
/SP6
GP6GP5
J K L
GP7
M N
DP7
DP6
/SP7
Modelagem GeométricaSea-of-GatesProf. Wilhelmus A.M.V. Noije
O1
2
3
4
5
GN5 GN6 GN7D
N5/
SN6
DN
6/SN
7
DN
7
J K L M N
GN6GN5GP6GP5
GN7GP7
6
7
8
9
10
O
FLEX
LAB
11
12
13
14
ConectorUSB
ChavesInterruptoras
ContatosPara
Metalização
LEDsMonitores
Vista frontal do PCB da Máquina Sea-of-Gates
ConectorUSB
VDD
VSS
24/11/2008 66
Módulo Sea-of-Gates4 3 2 1
CN
1
USB (5 VDC)
Bit A
01
L1
R1
S1
AK
A L2
R2
S201
Bit B
KA
B
01 K
A
S3
L3
R3Bit C
C Z
R5
L5
AK
R4
L4
AK
Y4 3 2 1
CN
2
USB (5 VDC)
GN1 GN2
DN
1/SN
2
SN1
11
12
13
14A B C D
PSI/E
PUSP
/200
7
GP1 GP2GN1 GN2
6
7
8
9
10
GN3GP3
GN4GP4
GN3 GN4
DN
2/SN
3
DN
3/SN
4
DN
4/SN
5
E F G H I
GP1 GP2SP
1
DP1
/SP2
A B C D1
2
3
4
5
Projeto de CircuitosIntegrados CMOS
DP2
/SP3
DP3
/SP4
GP3
E F G
GP4
H I
DP4
/SP5
DP5
/SP6
GP6GP5
J K L
GP7
M N
DP7
DP6
/SP7
Modelagem GeométricaSea-of-GatesProf. Wilhelmus A.M.V. Noije
O1
2
3
4
5
GN5 GN6 GN7
DN
5/SN
6
DN
6/SN
7
DN
7
J K L M N
GN6GN5GP6GP5
GN7GP7
6
7
8
9
10
O
FLEX
LAB
11
12
13
14
ConectorUSB
ChavesInterruptoras Conector
USB
Contatos
CD4007P
CD4007N
N
89
1011
1213
14 17
65
42
3
Vss
Vdd
CD
4007
N
DN
nS
Nn
GN
n
P
45
678
910
1112 3
21
1314
Vss
Vdd
CD
4007
P
SPn
DPn
GP
n
LEDsMonitores
Vista do PCB com os 14 CIs CD4007 (7-PMOS e 7-NMOS)
RedePMOS
RedePMOS
24/11/2008 67
Módulo Sea-of-Gates
24/11/2008 68
Módulo Sea-of-Gates
24/11/2008 69
Módulo Sea-of-Gates
24/11/2008 70
Módulo Sea-of-Gates
24/11/2008 71
Módulo Sea-of-Gates
24/11/2008 72
Módulo Sea-of-Gates
24/11/2008 73
Módulo Sea-of-Gates
24/11/2008 74
Módulo Sea-of-Gates
24/11/2008 75
Módulo Sea-of-Gates
24/11/2008 76
Módulo Sea-of-Gates
24/11/2008 77
Módulo Sea-of-Gates
24/11/2008 78
Módulo Sea-of-Gates
24/11/2008 79
Módulo Sea-of-Gates
24/11/2008 80
David Z. Pan
A Máquina Sea-of-gates foi apresentada ao Professor David Z. Pan, da University of Texas at Austin, um especialista em algorítmos de roteamento para ferramentas EDA/VLSI/CAD, durante sua visita ao Brasil, na UFRGS (Ago/2008).
24/11/2008 81
Resultados Experimentais
• As TLMs modulares foram mais facilmente utilizadas e permitem um grande volume de experimentações embora a construção dos módulos requerem maior planejamento;
• As TLMs construtivas normalmente agradam mais pois os alunos participam de todo o processo criativo até a montagem final, mas toma muito tempo do programa de ensino;
• O uso de componentes e materiais reciclados na construção de TLMs parece estimular mais os jovens do que simplesmente comprar uma lista de componentes para usar nas montagens;
• O Monitoramento das conexões através de LEDs ficaram mais interessantes, não precisando de analisador lógico ou ponta lógica;
• Muitos alunos mostram interesse em comprar os componentes das TLMs por curiosidade pessoal.
24/11/2008 82
Conclusão
• Objetivos Alcançados• De uma maneira geral, as TLMs podem realmente
potencializar a eficiência de aprendizagem no processo pedagógico;
• As Máquina Standard-Cell são mais trabalhosas de serem construídas devido a necessidade de diversos de módulos de células para realizar experiências simples;
• As Máquinas Sea-of-Gates são mais simples de serem construídas, porém apresentaram maiores dificuldades de aprendizagem nas aulas práticas;
• Os objetivos educacionais em aulas introdutórias sobre Projetos de Circuitos Integrados CMOS, são mais facilmente atingidos com os Módulos Standard-Cell do que Módulos Sea-of-Gates.
24/11/2008 83
Conclusão
• Trabalhos Futuros• Desenvolver e construir Módulos Sea-of-
Transistors, para ampliar a eficiência de aprendizagem e das montagens.
24/11/2008 84
Conclusão
• Trabalhos Futuros• Desenhar e construir Módulos Sea-of-Transistors,
para ampliar a eficiência de aprendizagem e das montagens.
• Divulgar a tecnologia de Projetos Circuitos Integrados CMOS usando as TLMs propostas com Módulos Standard-Cell, Sea-of-gates e Sea-of-Transistors nas Escolas de Ensino Técnico de Eletrônica em todo o Brasil.
• Elaborar um curso de especialização ou formação de professores em Projetos de Circuitos Integrados CMOS utilizando recursos das Máquinas CMOS.
24/11/2008 85
Módulo Sea-of-Gates
24/11/2008 86
Módulo Sea-of-Transistors
24/11/2008 87
A B C D E F G H I J K L
1
2
3
4
5
6
7
8
1
2
3
4
5
6
7
8
A B C D E F G H I J K L
PN
-MO
STr
ansi
stor
s
PM
OS
NM
OS
Teaching-learningmachine•ElementofCMOS IC Design Lab•AssembledwithCMOS IC -CD4007•SignalsmonitoredwithcoloredLEDs•SupplyVoltage: Vdd= 5V•MaximumPowerconsumption: PD= 25 mW•Module DImension: 15,0 cm x 5,0 cm PMOS & NMOS
Transistors
24/11/2008 88
A B C D E F G H I J K L
1
2
3
4
5
6
7
8
1
2
3
4
5
6
7
8
A B C D E F G H I J K L
PMOS
NMOS
PN-MOSTransistors
Transistor Model
Vdd = 5V
Vss
ds
g
ds
g
PM
OS
NM
OS
AK
g
PMOS
s d
Vss
flextronica.org
s
KA
NMOS
Vdd = 5VCMOS Lab
d
g
KA
KA
AK
Sea-
of-T
rans
isto
rsM
odul
e
vdd
vss
ds
g
ds
g
24/11/2008 89
A B C D E F G H I J K L
1
2
3
4
5
6
7
8
1
2
3
4
5
6
7
8
A B C D E F G H I J K L
AK
g
PMOS
s d
Vss
flextronica.org
s
KA
NMOS
Vdd = 5VCMOS Lab
d
g
KA
KA
AK
Sea-
of-T
rans
isto
rsM
odul
e
AK
g
PMOS
s d
Vss
flextronica.org
s
KA
NMOS
Vdd = 5VCMOS Lab
d
g
KA
KA
AK
Sea-
of-T
rans
isto
rs M
odul
e
AK
KA
AK
AK
KA
AK
KA
AK
AK
KA
AK
PMOS
Red g
s d
Vss
flextronica.org
s
KA
NMOSRed
Vdd = 5VCMOS Lab
Green
d
KA
Yellow
g
KA
AK
Sea-
of-T
rans
isto
rs M
odul
e
Yellow
24/11/2008 90
A B C D E F G H I J K L
1
2
3
4
5
6
7
8
1
2
3
4
5
6
7
8
A B C D E F G H I J K L
R12K2
1 2 3 4 5 6 7
14 13 12 11 10 9 8
CD4007
Vdd
D5LED
Vss
R2/R32k2
Vss
D2/D3LED
(Drain))
R1/R42k2
D1/D4LED
(Gate)
Vdd
Esquema Elétrico do Sea-of-Transistor Module
PMOS
NMOS
7
14
6
8
13
PMOS
NMOS
5
PMOS
NMOS
4
2
1
Vss
3 10
9
11
12
NMOS
PMOS
POWER GATE MONITOR DRAIN MONITOR
24/11/2008 91
A B C D E F G H I J K L
1
2
3
4
5
6
7
8
1
2
3
4
5
6
7
8
A B C D E F G H I J K L
AK
g
PMOS
s d
Vss
flextronica.org
s
KA
NMOS
Vdd = 5VCMOS Lab
d
g
KA
KA
AK
Sea-
of-T
rans
isto
rsM
odul
e
R12K2
1 2 3 4 5 6 7
14 13 12 11 10 9 8
U1CD4007
Vdd
D5LED
Vss
R22k2
Vss
G S D
D2LED
(Drain))
1 2 3 4 5 6 7
14 13 12 11 10 9 8
U2CD4007
Vdd
GSD
NMOS PMOS
R12k2
D1LED
(Gate)
Vdd
R42k2
D3LED
(Drain)
R32k2
D4LED
(Gate)
Vss
Esquema Elétrico
24/11/2008 92
Conclusão
• Trabalhos Futuros• Desenhar outros tipos de máquinas CMOS
com arquiteturas mais complexas utilizando microcontroladores para ampliar recursos de comunicação e funcionalidade programáveis, monitoradas por microcomputador.
24/11/2008 93
Referências
• AEBLI, Hans. Prática de ensino – Formas fundamentais de ensino elementar, médio e superior. Editora Vozes Ltda, Petrópolis, Rio de Janeiro, 4ª Edição, 1975.
• ALLEN, D. W. Microteaching: A Description. Stanford Press, Stanford, 1967.• AURICCHIO, Ligia de Oliveira. Manual de tecnologia educacional. Livraria Francisco Alves Editora
S.A., Rio de Janeiro, 1978.• CAMPOS, Dinah M. S. Psicologia da Aprendizagem. Editora Vozes, Petrópolis, RJ, 1970, p. 232• OKLOBDZIJA, Vjin G., editor-in-chief. The Computer Engineering Handbook. CRC Press, Boca Raton,
USA, 2002.• OLIVEIRA, Romualdo P.; ADRIÃO, Theresa. Organização do Ensino no Brasil: Níveis e
modalidades na Constituição Federal e na LDB. Xamã, São Paulo, 2ª Edição, 2007.• PERRELLI, Maria A. S. Uma Epistemologia dos Conteúdos das Disciplinas Científicas: As
Contribuições da “Transposição Didática”. 1996. Artigo CED, Universidade Federal de Santa Catarina.
• PREECE, Jenny [et al.] Human-Computer Interaction, Pearson Addison-Wesley, Boston, 1994.• REIS, Ricardo Augusto da Luz (Organizador). Sistemas Digitales: Síntese Física de Circuitos
Integrados. CYTED, Bogotá, Colombia, 2000, 373 p.• ROSA, Carlos A.; VAN NOIJE, Wilhelmus A.M. Proposta de Máquinas de Ensino-Aprendizagem
para o Ensino de Projetos de Circuitos Integrados CMOS. COBENGE 2008 – Congresso Brasileiro de Educação em Engenharia, São Paulo, de 9 a 12 de Setembro de 2008.
• [TURNER, 1982] TURNER, L. W. (Organizador) Manual do Engenheiro Eletrônico, Cap. 22 - Auxílios Eletrônicos à Educação, Editora Hemus Ltda, São Paulo, Brasil, 1982.
• VAN NOIJE, Wilhelmus A.M. Design and Characterization of Uncommitted Logic Arrays in Single and Double Level Metal CMOS. Tese (Doutorado em Ciências Exatas) – Departamento de Eletrotécnica da Katholieke Universiteit Leuven, K.U.L., Orientador Gilbert Declerck, Bélgica, 1985.
24/11/2008 94
Agradecimentos
• CNPq / CI-BRASIL / NSCAD• INF/UFRGS• CCS/UNICAMP• ETEC/CEETPS• SENAI/SP• MPCE-FATEC/SP• CEFET/SP• LSI/EPUSP• Prof. Dr. Renato Perez Ribas• Prof. Dr. José Aquiles Baesso Grimoni• Prof. Dr. Wilhelmus Adrianus Maria Van Noije
24/11/2008 95
top related