Circuitos Sequenciais

Transcrição

1 Circuitos Sequenciais Pedroni Capítulo 14 Prof. Odilson Tadeu Valle Instituto Federal de Santa Catarina IFSC Campus São José 1/35

2 Conteúdo programático 1 Registradores de Deslocamento 2 Contadores 3 Contadores Assíncronos 4 Contadores Síncronos de módulo 2 N baseados em TFF 5 Contadores Síncronos de módulo 2 N baseados em DFF 6 Contadores Síncronos de módulo M baseados em TFF 7 Gerador de sinal 8 Divisor de Frequência 9 Gerador de sequências pseudorrandômicas 2/35

4 Registradores de Deslocamento Registradores de deslocamento (shift registers - SRs) são circuitos utilizados para armazenar e manipular dados. Eles consistem de uma ou mais cadeias de DFFs ligados em série. (a) SR de um bit com quatro estágios. (b) SR de N bits com quatro estágios. Cada vez que ocorre uma transição do clock, o vetor de dados avança um posição. 4/35

5 Registradores de Deslocamento (a) Memória de entrada serial e saída paralela (serial in paralel out - SIPO). (b) SR programável: load = 1 - Entrada paralela (parallel in serial out PISO); load = 0 - Entrada série. (c) SR circular de sequência fixa /35

6 Exercícios Projete um SR entrada série ou paralela e saída série ou paralela. Projete um SR circular com sequência programável. 6/35

7 Exercícios Componentes comerciais: Exercícios: 1 Faça o diagrama de ligações para um SR de 16 bits, com entrada série e saída paralela, baseado no sn74als164a. 2 Faça um diagrama de tempo que explicite a entrada e saída do valor no SR sn74als Faça um diagrama de tempo que mostre a entrada serial do valor 1110 com deslocamento para a direita e, em seguida, o valor 1011 com deslocamento para a esquerda no sn74as Faça um diagrama de tempo que mostre a entrada serial do valor 1110 com deslocamento para a direita e, em seguida, entrada paralela do valor 1011 com deslocamento para a direita no sn74as194. 7/35

9 Contadores Contadores estão no núcleo de muitos sistemas sequenciais. Contadores podem ser divididos: 1 Síncronos: o mesmo sinal de clock está ligado a entrada de clock de todos os FFs. 2 Assíncronos: a saída de um FF serve como sinal de clock para o próximo. Também podem ser divididos em: 1 Escala completa: possui módulo 2 N por possuir 2 N estados. N é o número de FFs que equivale ao número de bits. Abrange todo o espaço binário N-dimensional. 2 Escala parcial: possui módulo M, onde 2 N 1 < M < 2 N. Abrange somente parte do espaço binário correspondente. Por exemplo, com 4 bits consegue-se um contador em escala completa de 0 a 15 (módulo 16) ou de 0 a 9 (módulo 10 - BCD) em escala parcial 9/35

11 Contadores Assíncronos Contadores assíncronos são mais simples e, em geral, requerem menos espaço e menos potência quando comparado com os contadores síncronos. Por outro lado, em geral, são mais lentos devido ao clock serial (o sinal de clock não é o mesmo para todos os FFs). 11/35

12 Contadores assíncronos descendentes de módulo 2 N (a) Usando TFF sem entrada toggle (b) Usando DFFs (c) Com entrada enable (d) Diagrama de tempo considerando três FFs 12/35

13 Contadores assíncronos ascendentes de módulo 2 N 13/35

14 Contadores assíncronos de módulo M A maneira mais simples de alterar o módulo (número de estados) de um contador é resetar todos os FFs assim que o valor do módulo for atingido 1 Contador de 0 a 5 (o próximo estado natural é 6 = 110 = q 2 q 1 q 0 ), com a porta AND detecta-se q 2 = q 1 = 1. 2 Perceba que q 1 sempre está atrasado em relação a q 0, q 2 em relação a q 1, etc. Nos contadores síncronos isso pode não ser verdade. 3 Observe a ocorrência do glitch. Projete um contador assíncrono que conte de 15 a 5. 14/35

16 Contadores Síncronos de módulo 2 N baseados em TFF (a) Contador síncrono com enable paralelo. rápido. (b) Contador síncrono com enable serial. modular. (c) Diagrama de tempo parcial. Qual a diferença para o diagrama dos contadores assíncronos? 16/35

18 Contadores Síncronos de módulo 2 N baseados em DFF (a) Contador síncrono com enable paralelo. (b) Contador síncrono com enable serial (retângulo escuro = TFF). 18/35

19 Contadores Síncronos de módulo 2 N baseados em DFF Outro contador síncrono de escala completa mas puco utilizado. O interessante do mesmo é sua lógica. 19/35

21 Contadores Síncronos de módulo M baseados em TFF Abordagem controlando os toggles para um contador decimal. (a) Contador original (b) Modificações: (9=1001, 10=1010 e 0=0000, q 3 q 2 q 1 q 0 ). q 3 /t 3 deve mudar de 1 para 0, q 2 /t 2 não muda, q 1 /t 1 deve ser impedido de toglar, q 0 /t 0 não muda. (c) Circuito final. (d) Analisar... 21/35

22 Contador síncrono de de 0 a 9 usando TFFs com clear síncrono (a) Contador de 0 a 9 (b) Versão programável 22/35

23 Componentes Comerciais huber/classes/phy270/specsheets/74192.pdf 23/35

24 Exercícios 1 Faça o diagrama de ligações para obter duas versões de um contador módulo 10, baseado no SN74LS90. 2 Faça o diagrama de ligações para obter um contador de 2 à 8, baseado no SN54ALS162B. 3 Faça o diagrama de ligações para obter duas versões de um contador módulo 256 ascendente, baseado no SN74ALS191A. 4 Faça o diagrama de ligações para obter um contador módulo 256 descendente, baseado no SN74ALS193A. 5 Faça o diagrama de ligações para obter um contador de 12 à 0, baseado no SN74ALS169B. 6 Faça o diagrama de ligações para obter um contador decimal ascendente, baseado no SN74LS /35

26 Gerador de sinal Um gerador de sinal é um circuito que toma o clock como sua entrada principal e a partir dele produz um sinal predefinido livre de glitches na saída. Ex: Quantos estados distintos? = 8, portanto 3 FFs. Não é um contador binário regular! 26/35

27 Gerador de sinal Por exemplo: (a) Sinal desejado (b) Tabela-verdade de um contador módulo 30, com destaque para os períodos com sinal alto e baixo desejados. (c) Solução: um contador de 0 a 29 (30 estados) deve ser empregado. Este não aparece na figura. A saída deste alimenta o circuito: q 0, q 1,, Analisar... 27/35

29 Divisor de Frequência Um divisor de clock (ou de Frequência) é um tipo particular de gerador de sinal de duas janelas, o qual toma o clock como entrada e produz na saída um sinal cujo período (T) é um múltiplo do período de clock (T 0 ). Divisão por 2 N : a solução mais simples é utilizar um contador binário regular de módulo 2 N, cujo MSB se assemelhará automaticamente com a forma de saída desejada. 29/35

30 Divisão por M com fase assimétrica Qualquer contador de módulo M pode ser empregado. 30/35

31 Divisão por M com fase simétrica Exige-se uma solução mais elaborada. Por exemplo, como construir um divisor de frequência por 9? 1 Na curva q é apresentado o sinal desejado. 2 Na curva q a é apresentado um sinal da saída de um gerador de sinal 4T 0 + 5T 0 sensível a borda positiva, como visto acima. 3 Na curva q b é apresentado um sinal da saída de um gerador de sinal 4T 0 + 5T 0 sensível a borda negativa. 4 A curva q é a multiplicação de q a e q b. 31/35

32 Divisão por M com fase simétrica Transição em ambas as bordas do clock, portanto, é um gerador de sinal de borda dupla. Solução: gerar q a e q b e fazer um AND com ambos: A área escura contém o gerador de sinal. O contador, módulo 9, não aparece. Analisar... 32/35

34 Gerador de sequências pseudorrandômicas Aplicações 1 Construção de scramblers (embaralhadores de dados), para branqueamento do espectro. 2 Como parte de sistemas de criptografia. Nesse tipo de aplicação, a sequência deve ser pseudorrandômica, caso contrário não seria possível recuperar os dados originais. 34/35

35 Gerador de sequências pseudorrandômicas Sequências pseudorrandômicas são normalmente geradas utilizando um circuito denominado registrador de deslocamento com realimentação linear (linear feedback shift register - LSFR). (a) Gerador de sequências pseudorrandômicas. (b) Tabela-verdade correspondente. (c) Representação simplificada. Analisar... 35/35