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Portfólio

1

Os Sistemas Electrónicos

Helena Sarmento

Portfólio

2

• Sistema Electrónico

• Equipamento Electrónico

• Componentes Electrónicos

• Placa de Circuito Impresso

• Transístor

• Lei de Moore

• Projecto de Sistemas Electrónicos

• Projecto de um sistema electrónico paratelecontagem

Sumário

Portfólio

3

• Um sistema é um conjunto de elementosinterrelacionados que em conjunto desempenhamduma determinada função.

• Em electrónica, um sistema é uma montagem comcomponentes electrónicos, podendo incluircomponentes mecânicos bem como software, queem conjunto realizam uma determinada função.

• O projecto de sistemas electrónicos faz-se adiferentes níveis.

Sistema Electrónico (1)

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4

• Um conjunto de circuitos num circuito integrado(SoC - System on Chip), que colaboram narealização de uma função específica, é um sistemaelectrónico.

• Projectam-se circuitos integrados


Portfólio

5

• SoC (System on Chip) para Wi-Fi (CL1300)

• Incluiu 5 subsistemas


[Fonte: Celeno, 2009]

Portfólio

6

• Um conjunto de circuitos integrados e outros

componentes montados numa placa de circuitoimpresso (PCB – Printed Circuit Board), quecolaboram na realização de uma função, é umsistema electrónico.

• Projectam-se de placas de circuito impresso.


Portfólio

7

• Placa de circuito impresso (PCB) utilizando ummicrocontrolador da Atmel (SoC) e outroscomponentes electrónicos.


[Fonte: Arduino]

Portfólio

8

• Um conjunto de placas de circuito impresso,

formando módulo do equipamento, é um sistemaelectrónico.


Portfólio

9

• Sistema para acesso a Internet: placa Arduino eplaca Ethernet (shield)


[Fonte: Arduino]

Portfólio

10

• Um conjunto de módulos de equipamento, quedesempenham uma determinada tarefa, é um sistemaelectrónico.


Portfólio

11

• Computador pessoal (PC)


[Fonte: HowStuffWorks]

Portfólio

12

• Uma rede de sensores num veículo automóvel


[Fonte: Renesas]

Portfólio

13

Equipamento Electrónico

SISTEMA

MÓDULOS

PCB

COMPONENTES ELECTRÓNICOSResistências, condensadores, diodos, transístores, circuitos integrados, etc

Portfólio

14

Equipamento Electrónico: Iphone (1)

[Fonte: anandtech, 2007]

• Sistemasistema de periféricos microcontrolador

acelerador

multimedia

conectivid

ade

Gestão de

potênciaControlador

LCDMemória

Portfólio

15


[Fonte: PcWorld, 2007]

• Módulos

dois PCBs em “sanduíche”

Portfólio

16


• Placas de circuito impresso (PCB) e módulo dosauscultadores


1 – PCB com circuitos das aplicações

3 – PCB com circuitos de comunicação sem fios

2 – ficha auscultadores e circuitos adicionais

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• Componentes

bateria

PCB de comunicações sem fios

A – transceiver GSM (RF)

B – amplificador de

potência

C – Bluetooth

D – Wi-fi

E – banda de base GSM

F – gestão de potência


câmara de video

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• Componentes


A - acelerómetro (sensor)

PCB de aplicações

A – acelerómetro (sensor)

B – interface DISPLAY (RGB)

C – codec de audio

D – processador Apple (ARM)

1 – Suporte do cartão SIM

2 – Memória Flash Memória Flash (4 GB)

Portfólio

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Equipamento Electrónico

SISTEMA

MÓDULOS

PCB

COMPONENTES ELECTRÓNICOSResistências, condensadores, diodos, transístores, circuitos integrados, etc

Portfólio

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Componentes Electrónicos (1)

[Fonte: Made-in-China]

Portfólio

21


[Fonte: Made-in-China, Jameco]

resistências condensadores

díodos, transístores, LEDs circuitos integrados

Portfólio

22


• Sensores

Transformam uma forma de energia num sinaleléctrico: temperatura, magnético, etc.

• Actuadores

Transformam um sinal eléctrico numa outraforma de energia.

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• PCBs multicamada

Placa de Circuito Impresso (1)

[Fonte: rapidSMT]

montagem superficialcom furos

[Fonte: made-in-China]

flexível

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24


Photoresist placement

Photoresist exposure

Copper removal

Photoresist cleaning

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25

• PCBs com 16 camadas


[Fonte: Altera]

Portfólio

26

• O transístor (material semicondutor) é o componentebásico de todos os sistemas electrónicos:

• em circuitos analógicos, amplifica o sinal deentrada. O sinal de saída é uma réplica do sinalde entrada, mas com maior amplitude.

• Em circuitos digitais comporta-se como uminterruptor.

• Primeiro circuito integrado (chip) com um transístore outros componentes em 1959: Fairchild e TexasInstrument. Primeiro circuito comercial em 1961.

• Actualmente circuitos com milhões de transístores.

Transístor

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27

• 1965: Gordon Moore (Fairchild Semiconductor)previu que o número de transístores num chip decomputador duplicaria em cada ano (os chips maisavançados tinha cerca de 60 componentes).

• 1975, Moore (co-fundador da Intel em 1968)reconsiderou sua previsão da taxa de duplicação deaproximadamente a cada dois anos.

• Até agora, verificaram-se as previsões .

• Actualmente, o crescimento l está limitado pelocalor produzido e energia consumida nos chips

com muitos transístores.

Lei de Moore (1)

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28

1958 – 1º circuito integrado (Texas Instrument)

[Fonte: Technology Review, 2008]

resistência de germânio

transístor

resistência para

limitação de corrente

condensador

Lei de Moore (2)

Portfólio

29

transístores

1961 – 1º circuito integrado comercial da (Fairchild)


Lei de Moore (3)

Portfólio

30

transístores


saída

entrada

alimentação

entrada

saída

terra

resistência

Lei de Moore (4)

Portfólio

31

1993 - Processador Pentium (Intel)

• 3,1 milhões de transístores, 0.8 µm, 294 mm2,

273 pinos, 66 MHz


Lei de Moore (5)

Portfólio

32

2008 - Processador I7 (Intel)

• 731 milhões de transístores, 45 nm, 263 mm2,1366 pinos, 2.2 GHz

[Fonte: Intel]

Lei de Moore (6)

Portfólio

33

2011 - Processador Xeon E7-8870

• 32 nm, with 2600000000 transístores, 513 mm2,1357 pinos, 2.4 GHz, ($4616)

[Fonte: Intel]

10 cores

Lei de Moore (7)

Portfólio

34

• O projecto é actualmente realizado num nívelelevado e não com componentes básicos. O projectoé focado no fluxo de sinal através do sistema.

• Projectam-se:

• SoCs (System on Chip), utilizando IP cores

• PCBs, utilizando circuitos integrados e outroscomponentes

• Sistemas, utilizando PCBs e outroscomponentes.

Projecto de sistemas electrónicos (1)

Portfólio

35

Sistemas embebidos

• Um sistema embebido é um sistema com capacidadede processamento que desempenha tarefasespecíficas, muitas vezes em tempo real.

• Tem processador, memória, interfaces tal como osPCs, mas difere destes porque executa tarefasespecíficas.

• O sistema embebido pode conter a funcionalidadecompleta de um sistema electrónico, incluindohardware e software.


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36

Projecto de sistemas electrónicos utiliza-se em váriasáreas de aplicação:

• Comunicações,

• Computadores

• Robótica

• Automóvel

• Medicina

• Aeroespacial

• Energia

• etc.


Portfólio

37

Projecto de um sistema electrónico para

telecontagem (1)

• Um sistema electrónico:na área de energia, utilizando tecnologias de comunicação

ZBeeMeRA ZigBee Automatic Meter Reading System

[Fonte: [4]]

Portfólio

38

A telecontagem nas redes inteligentes (smart grids)• Maior controlo sobre o consumo de energia. • Permite de modo automático, de hora em hora ou

ainda com maior periodicidade, que os contadores registem o consumo de energia.

• Com base nessa informação, fornecida em tempo real, os consumidores podem tomar opções que reduzam o consumo de energia.


telecontagem (2)

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39

As tecnologias de comunicação:• Com fios: Power Line Communication (PLC)

Comunicação sobre a linha eléctrica• Sem fios: Wi-Fi, ZigBee

Comunicação com interfaces de rádio


telecontagem (3)

Portfólio

40

A escolha da tecnologia de comunicação:� ZigBee: tecnologia de rádio (sem fios) em 2,4

GHz

RT –Router, ED – End Device


telecontagem (4)

[Fonte: [4]]

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41

A arquitectura do sistema e os componentes


telecontagem (5)

[Fonte: [4]]

Portfólio

42

O projecto de hardware: componentes electrónicos • Rádio ZigBee e microcontrolador: SoC

• Interface série com o contador (RS-232)

• Memória RAM adicional


telecontagem (6)

[Fonte: [4]]

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43

O projecto de hardware: componentes electrónicos

• Antenas: e antena Whip (e impressa no PCB)

• Fonte de alimentação DC: conversor DC-DC e baterias recarregáveis

• Fichas, resistências, condensadores, etc


telecontagem (7)

[Fonte: [4]]

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44

• O projecto de hardware: BOM (Bill Of Materials) e aquisição de componentes (procurement),


telecontagem (8)

[Fonte: [4]]

Portfólio

45

O projecto de hardware: o diagrama esquemático


telecontagem (9)

[Fonte: [4]]

Portfólio

46

O projecto de hardware: o projecto da placa de circuito impresso

� PCB de 4 camadas


telecontagem (10)

[Fonte: [4]]

Portfólio

47

O projecto de hardware: a produção, a montagem, a soldadura e a verificação do PCB


telecontagem (11)

[Fonte: [4]]

Portfólio

48

O software embebido:� Linguagem de programação: C


telecontagem (12)

[Fonte: [4]]

Portfólio

49


telecontagem (13)

O software aplicacional de ligação ao sistema central:� Linguagens de programação: C/C++, JavaScript,

PHP, Perl

[Fonte: [4]]

Portfólio

50

Teste do protótipo laboratorial


telecontagem (14)

EMSeN Nó repetidor

Concentrador(ligado à Internet)

[Fonte: [4]]

Portfólio

51

Bibliografia

[1] Melissa J. Perenson , In Pictures: Inside the Apple iPhone, PCWorld Jul, 2007. Disponível no portal: http://www.pcworld.com/article/133912/in_pictures_inside_the_apple_iphone.html

[2] Kristina Grifantini, Moore's Law, Technology Review, Dezembro 2008. Disponível no portal: http://www.technologyreview.com/article/21886/

[3] PCB Production. Disponível no portal: http://www.baselectron.it/allegati_download/PCB-prod.pdf

[4] André Glória, ZBeeMeR -A ZigBee Automatic Meter Reading System, Tese de Mestrado, Outubro 2010. Disponível no portal: https://dspace.ist.utl.pt/bitstream/2295/767640/1/Dissertacao_AndreGloria.pdf

helena sarmento - autenticação · central: linguagens de programação: c/c++, javascript, php,...

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