Exemplo 2 de Projeto de Circuito Síncrono. Contador de Uns

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1 P234 ONTAOR E UN Rev.2 Exemplo 2 de Projeto de ircuito íncrono ontador de Uns (Resumo elaborado por Edith Ranzini, a partir do exemplo extraído do livro GAJKI, ANIEL. Principles of igital esign com algumas alterações). Especificação ENTRAA INÍIO n ONTAOR E UN p PRONTO AÍA Após o acionamento do botão Início, o circuito deve mostrar, na AÍA, o código binário do número de bits iguais a UM presentes na ENTRAA. ( ENTRAA com n bits e AÍA com p bits, sendo 2 p n) O sinal PRONTO deve ser acionado após a operação ser completada e deve durar apenas ciclo de. O resultado deve ficar presente na AÍA até uma nova operação ser iniciada. 2. Encaminhamento da olução Adotada Ao receber o comando Início, carregar ENTRAA num registrador de deslocamento à direita (), com entrada serial =. A cada deslocamento, examinar o bit menos significativo ( ), incrementando um ontador P, sempre que =. A operação estará completada sempre que, na saída paralela do registrador, todos os bits foram iguais a zero. (essa forma, elimina-se presença de um 2 o contador, que controlaria a realização do número necessário de deslocamentos). O resultado (saída do contador P) deve ser armazenado num registrador R. /

2 P234 ONTAOR E UN Rev.2 3. Projeto, para n = iagrama em Blocos LOA HIFT ENTRAA "" E/ REGITRAOR 3 2 Início ENABLE P etetor U ONTAOR P pronto LEAR P ENABLE R para registradores e R e contador P REGITRAOR R LEAR R AÍA Hipótese: Todos os sinais de comando (Load, lear, hift, Enable) são síncronos e ativos no nível. Figura ontador de UN 2/

3 P234 ONTAOR E UN Rev Projeto da U a) iagrama AM olução MOORE, R e P desabilitados LOA = LEAR P = LEAR R = INÍIO INÍIO Habilito carga em e lear em P e R, que ocorrerão no próximo 2 Entrada ; R ; P. 3 ENABLE P = Habilito contador P para contar no próximo 4 HIFT = P P + ( apenas se = ) ; Habilito para deslocar no próximo ETETOR 5 6 ENABLE R = PRONTO = é deslocado; Habilito R para copiar no próximo R P PRONTO = Figura 2 ontador de UN (Moore) 3/

4 P234 ONTAOR E UN Rev.2 b) iagrama AM olução Mealy LOA = LEAR P = LEAR R = INÍIO INÍIO POEMO FAZER LOA = LEAR R = LEAR P = T 2 OPTAMO POR ETAO E NÃO POR AÍA ONIIONAL ENABLE P = ETETOR ENABLE R = HIFT = 3 PRONTO = Figura 3 ontador de UN (Mealy) 4/

5 P234 ONTAOR E UN Rev.2 4. Implementação da U (apenas para a solução MEALY) a) om UM Flip-Flop por estado Início (externo) T (para F) 2 (do F) 2 ENABLE P 2 3 etetor (do F) HIFT (para F) 3 3 ENABLE R (para F) PRONTO (externo) 4 ondição inicial : FF - (ao ligar) FF 2 - FF 3 - FF 4 - Figura 4 ircuito obtido por mapeamento direto do AM da fig.3 5/

6 P234 ONTAOR E UN Rev.2 b) Método lássico (4 estados 2 Flip-flops) Tabela Estado atual Próximo Estado aídas ondições Prox. Estado ondições aídas Nome y y etetor Início y y etetor X X X X X X X X X X T= X X ENABLE P = 2 X X HIFT = X ENABLE R= 3 X X X X PRONTO= Equações = y y (Início) + y y (etetor) = y y + y y T = y y (LOA=LEARP=LEARR) ENABLE P = y y HIFT = y y (etetor) ENABLE R = y y (etetor) PRONTO = y y y INÍIO REGITRAOR E ETAO y y PRONTO y y y T ETETOR y y y ENABLE P y ENABLE R HIFT ETETOR Figura 5 - Método clássico - ircuito 6/

7 P234 ONTAOR E UN Rev.2 c) Modelo Registrador de estados decodificador Tabela de transição Equações Próximo Estado Estado atual ondições Prox. ecodificador Estado Nome y y etetor Início y y 2 3 X X X X 2 X X 3 X X (t) = y (t+)= Início + 2 etetor (t) = y (t+) = + 2 INÍIO REGITRAOR E ETAO ETETOR y y E T ENABLE P PRONTO HIFT ETETOR ENABLE R Figura 6 - ircuito com registrador de estados - decodificador 7/

8 P234 ONTAOR E UN Rev.2 d) Modelos alternativos As partes combinatórias dos circuitos apresentados nas figuras 5 e 6 podem também ser implementados com Multiplexadores, PALs OU EPROMs. Além disso, os circuitos das figuras 4 e 5 podem ser constituídos com uma PAL com registrador (do tipo PAL y Rx). A medida que o número de estados cresce, pode ser conveniente usar um contador ou um registrador de deslocamento como "registrador de estado". Nesse caso, as condições que determinam o próximo estado são usadas para gerar os sinais que selecionam a função a ser executada pelo contador, (por exemplo, contar, carregar, zerar, inibir) ou pelo registrador de deslocamento, (por exemplo, deslocar, carregar, inibir) quando ocorrer o próximo. Apenas para exemplificar, se fosse usado um contador (não flip-flops isolados), a tabela de transição do item c) seria modificada para: Próximo Estado Estado atual ondições Prox. ecodificador ontador Estado Nome y y etetor Início y y 2 3 Função X INIBE X ONTA X X ONTA 2 X X INIBE ONTA 3 X X ONTA omo nesse exemplo só temos 4 estados, não é possível mostrar nenhuma vantagem em substituir 2 flip-flops por um contador de 2 bits. 8/

9 P234 ONTAOR E UN Rev.2 Em circuitos maiores, pode ser vantajosa a utilização de contadores que, associados a decodificadores e multiplexadores permitem a obtenção de circuitos como e esquematizado na figura 7. ondições estado atual ircuito ombinatório n (entradas paralelas) ENTRAA (condições ou externas) M U X E LOA LK ONTAOR (MO. 2 n ) E = ount Enable LOA = arga Paralela n (estado atual) E AÍA (p/ F ou externas) Figura 7 - Esquema de U tipo MOORE, com ONTAOR-E e MUX Obviamente, a utilização de contadores é vantajosa quando a seqüência de estados a ser percorrida explora ao máximo a função de "contar" do contador e, só em algumas transições entre estados recorreu-se à função de carga paralela. e não for assim, o circuito combinatório para gerar as entradas de carga paralela será muito complexo. oluções usando registradores de deslocamento, no lugar de contadores, são análogas. Também vale a mesma observação sobre explorar ao máximo a função de "deslocar". 9/

10 P234 ONTAOR E UN Rev.2 e) Outras soluções uanto a complexidade da U (e/ou da U+F) é muito grande, há outras alternativas: Microprogamação (no caso da U de unidades centrais de processamento) Utilização de microcontroladores Utilização de linguagens de descrição de hardware e simuladores e implementação com dispositivos lógicos programáveis complexos (PL). Nas disciplinas P238 e P2355, esse circuito do ontador de Uns (ou um muito parecido) será projetado e montado utilizando uma ferramenta computacional e dispositivos lógicos programáveis. /