Sistema programável para aulas práticas de física - SPAF

Autor
Vanildo Silva Meira

Orientação
Manoel Eusebio de Lima

Grau de Titulação
Mestrado

Unidade / Setor
Centro de Informática

Cidade / UF
Recife/AC

Dependência Administrativa:
Municipal

Resumo
Este trabalho apresenta uma proposta de desenvolvimento de um sistema programável para aulas práticas de Física, denominado SPAF. Esta plataforma baseada em um modelo hardware/software (hw/sw), propõe uma metodologia para aquisição, tratamento e apresentação de dados de experimentos em aulas práticas de Física. Pesquisas têm demonstrado que o uso do computador como ferramenta através de simulações tem facilitado enormemente o aprendizado do ensino da Física, no entanto, tais sistemas, na sua maioria podem representar um alto de custo de implementação, além de limitações quanto à conexão de novas interfaces. Este projeto propõe o desenvolvimento de uma plataforma reconfigurável de baixo custo e uma metodologia de ensino para execução de experimentos de Física. A arquitetura proposta é baseada na plataforma de prototipação rápida Chameleon, desenvolvida no Centro de Informática - UFPE. Esta plataforma dedicada a desenvolvimento de projetos integrados de hardware e software, é composta por um microcontrolador, um dispositivo reconfigurável FPGA (Field Programmable Gate Array), memória, interfaces e bibliotecas de componentes de software e hardware (cores) customizados de acordo com os diferentes experimentos do usuário. Este sistema utiliza os recursos de um sistema de computação reconfigurável (CR), baseada em componentes de hardware reconfiguráveis (FPGAs) que preenchem o espaço existente entre componentes de hardware e software, permitindo que aplicações de baixa velocidade e interfaces de alta velocidade possam ser facilmente implementadas em diferentes padrões em uma mesma plataforma. Arquiteturas reconfiguráveis têm sido desenvolvidas e aplicadas em uma série de áreas de ensino e pesquisa, além de produtos em processamento de imagens, biotecnologia, telecomunicações, controle, etc. Estes dispositivos têm a capacidade de implementar novas funções de hardware, executar novas operações de forma mais eficiente que os processadores de uso geral, alterar sua arquitetura interna e de I/O, de acordo com novas necessidades sem alteração dos componentes de hardware, inclusive em tempo de execução. Assim, levando-se em conta o baixo custo de microcontroladores e da flexibilidade dos dispositivos FPGAs, torna-se possível, a partir de única plataforma a geração rápida de protótipos de sistemas digitais em tempo reduzido e um fácil interfaceamento com diferentes tipos de dispositivos, barramentos, etc., de acordo com o novo experimento do usuário.

Palavras Chave
microcontroladores, FPGAs, interfaceamento, ensino de Física