CIRCUITOS SEQUÊNCIAIS
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- Eduardo de Miranda Gorjão
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1 Coelh ho, Sistem mas Digita ais : Y20 07/08 CIRCUITOS SEQUÊNCIAIS O que é um circuito it sequêcial? Difereça etre circuito combiatório e sequecial... O elemeto básico e fudametal da lógica sequecial é o multivibrador biestável. Biestáveis Mooestáveis Aestáveis Possuem dois estados estáveis e a capacidade de armazear iformação ( biestável pode armazear bit). Possuem apeas um estado estável. Normalmete são utilizados para temporização ou em lihas de atrasos em sistemas digitais. Não possuem ehum estado estável. Este tipo de circuitos oscila livremete etre os seus dois estados possíveis. Uma aplicação deste tipo de multivibradores é como geradores de siais de clock. projectode esistemasseq queciaisdig gitais
2 2 07/08 Coelh ho, Sistem mas Digita ais : Y20 A classe dos multivibradores biestáveis pode ser dividida em: Biestáveis Assícroos Sícroos Activados por Nível Activados por Flaco Aos biestáveis sícroos activados for flaco é dado o ome de Flip-Flop s. Todos os outros serão desigados por Latch s. Biestáveis i Assícroos Tipo RS NOTA: RESET e PRESET projectode esistemasseq queciaisdig gitais
3 projectodesistemassequeciaisdigitais 3 Tipo JK NOR NAND R S Q R S Q 0 0 Q+ = Q () 0 0 Proibida (2) Proibida (2) Q = + Q () J K Q 0 0 Q+ = Q Q = () + Q Coelho, Sistemas Digitais : Y20 07/08
4 projectodesistemassequeciaisdigitais 4 Biestáveis Sícroos Activados por Nível Tipo RS clk S R Q Q+ = Q 0 0 Q+ = Q 0 0 Q+ = Q 0 Q+ = Q 0 0 Q+ = Q Proibido Coelho, Sistemas Digitais : Y20 07/08
5 5 Coelh ho, Sistem mas Digita ais : Y20 07/08 Tipo JK Tipo D clk J K Q Q + = 0 0 Q + = Q Q 0 0 Q+ = Q 0 Q + = 0 0 Q + = Q + + = Q Q Q clk D Q 0 0 Q + + = 0 Q + = 0 0 Q Q projectode esistemasseq queciaisdig gitais
6 6 07/08 Coelh ho, Sistem mas Digita ais : Y20 Os biestáveis sícroos activados por ível podem causar problemas quado as frequêcias evolvidas são elevadas. Solução: biestáveis activados ao flaco Biestáveis i Sícroos Activados por Flaco Tipo D clk D Q clk D Q X X Q = + Q X X Q + = Q projectode esistemasseq queciaisdig gitais
7 projectodesistemassequeciaisdigitais 7 Tipo JK clk J K Q clk J K Q 0 0 Q = + Q 0 0 Q = + Q Q = + Q Q = + Q X X X Q = + Q X X X Q = + Q Coelho, Sistemas Digitais : Y20 07/08
8 8 07/08 Coelh ho, Sistem mas Digita ais : Y20 Cotadores Os sistemas digitais de cotagem são uma das pricipais aplicações para mutivibradores biestáveis. Compostos por um cojuto de flip-flop sflop motados em cascata que evoluem os seus estados segudo uma determiada sequêcia pré-determiada. Módulo de um Cotador: úmero de ciclos do sial de sicroismo i ao fim do qual o cotador retora ao estado iicial. A capacidade de um cotador é o úmero mais elevado, expresso em qualquer código biário, que pode ser represetado as suas saídas projectode esistemasseq queciaisdig gitais
9 9 Coelh ho, Sistem mas Digita ais : Y20 07/08 Á excepção do primeiro flip-flop, cujo sial de sicroismo é o sial de clock, a saída de cada flip-flop será o sial de relógio do flip-flop flop seguite. Assícroos Cotadores O sial de relógio é aplicado simultaeamete a todos os flip-flop s, i.e. as saídas de todos os biestáveis são actualizadas simultaeamete. Sícroos Nos cotadores assícroos o tempo de propagação é superior ao dos cotadores sícroos (porquê?) projectode esistemasseq queciaisdig gitais
10 0 07/08 Coelh ho, Sistem mas Digita ais : Y20 Um cotador qualquer geérico efectua a cotagem de 0 a 2 ode desiga o úmero de biestáveis evolvidos. Alterar o valor do módulo do cotador ou a sua capacidade. O descodificador é ormalmete um circuito combiatório desevolvido a partir dos estados presetes do cotador e dos estados que realmete se pretedem como saída. projectode esistemasseq queciaisdig gitais
11 07/08 Coelh ho, Sistem mas Digita ais : Y20 PROJECTO DE CONTADORES: EXEMPLO # : 0,, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0,, 0,,... (cotador assícroo) EXEMPLO #2 : 0,, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0,, 0,,... (cotador sícroo JK) projectode esistemasseq queciaisdig gitais
12 2 Coelh ho, Sistem mas Digita ais : Y20 07/08 FF armazea bit # de FF depede do mod. Flip-Flop s Cotadores! Necessidade de Executar Tarefas Sequecialmete o Tempo Memória O módulo do cotador é igual ao úmero de estados estáveis (N) Sem etradas lógicas (além do clock ;) ) =[log2(n+)] projectode esistemasseq queciaisdig gitais
13 3 07/08 Coelh ho, Sistem mas Digita ais : Y20 ex. cotador sícroo mod-4 e capacidade 3 : 0,, 2, 3, 0,,... Quatos Flip-Flop s?? Máquias de Diagrama de Estados Estados Fiitos A/00 B/0 C/0 D/ Estado Desigação Saída do Estado Trasição Associar a cada um dos estados (A,B,C e D) um estado do sistema (FF s) projectode esistemasseq queciaisdig gitais
14 4 Coelh ho, Sistem mas Digita ais : Y20 07/08 ex: A 00 B 0 C 0 D A B 0 C 0 D A 0 B C 00 D 0 Atribuição dos Estados 00/00 0/0 0/0 / saídas=[ Q : Q0 ] /00 0/0 0/0 00/ saídas=[ Q : Q0 ] 0/00 /0 00/0 0/ saídas=[ Q : Q0 ] projectode esistemasseq queciaisdig gitais
15 5 Coelh ho, Sistem mas Digita ais : Y20 07/08 Nos projectos levados a cabo cosiderou-se sempre: SAÍDAS = ESTADOS ex. cotador que efectue a cotagem Diferetes atribuições => -> 5, 6, 7, 5, 6, 7,... diferetes circuitos lógicos Do diagrama de estados... 00/00 0/0 0/0 / À tabela de trasição de estados saídas=[ Q : Q0 ] Elemetos de memória: JK, SR, D projectode esistemasseq queciaisdig gitais
16 projectodesistemassequeciaisdigitais 6 Admitido Flip-flop s D... Das equações de excitação... Ao circuito lógico! Coelho, Sistemas Digitais : Y20 07/08
17 7 Coelh ho, Sistem mas Digita ais : Y20 07/08 Um sistema sequecial pode possuir outros graus de liberdade que ão o clock!!!!!! Bloco combiatório - cojuto de portas lógicas - possui lihas de etrada e de saída + resposáveis pela admissão de iformação + alteração de um qualquer estado físico do sistema a cotrolar. Um processo sequecial exige a memorização de estados ateriores do sistema - bloco de registo. Passar das especificações verbais para um diagrama de estados 2. Costruir a Tabela de Estados 3. Selecção dos Elemetos de Memória 4. Simplificação das Equações de Excitação 5. Implemetação do Circuito Sequecial projectode esistemasseq queciaisdig gitais
18 8 07/08 Coelh ho, Sistem mas Digita ais : Y20 Variável de etrada: EXEMPLO #: Cotador Up/Dow mod-4 - U/~D ( cotagem ascedete e 0 cotagem descedete Estado Presete Etrada Estado Seguite Q 0 Q U / D Q + Q A/ B/ C/0 0 0 Flip-Flop s D D/ 0 projectode esistemasseq queciaisdig gitais
19 9 07/08 Coelh ho, Sistem mas Digita ais : Y20 EXEMPLO #2 Automatização de uma liha de produção Cosidere uma etapa de produção de uma fábrica de egarrafameto de água. Pretede-se desevolver um circuito digital capaz de cotrolar, de forma automática, o processo de echimeto das garrafas. Para isso, o sistema possui três sesores, dois de posição (A e B) e um de ível (C), e dois actuadores, uma electro-válvula V eo motor do tapete rolate M. Iicialmete o tapete rolate movimeta-se até que uma garrafa assuma a posição de echimeto. Cosidera-se que a garrafa está bem posicioada quado o sesor B ficar activo depois de A. Nesse istate o motor pára e a válvula abre dado iício à operação de echimeto. Essa operação é termiada quado o sesor de ível ficar activo. projectode esistemasseq queciaisdig gitais
20 20 Coelh ho, Sistem mas Digita ais : Y20 07/08 Diagrama de Estados 00/0 XX X0X 0/0 0/0 0XX X 0X X XX0 Fluxograma Estados : Rectâgulos Lihas de Trasmissão Variáveis de Decisão: Losago projectode esistemasseq queciaisdig gitais
21 2 Coelh ho, Sistem mas Digita ais : Y20 07/08 Tabela de Estados Estado Presete Etradas Estado Seguite Saídas Q 0 Q A B C Q + 0 Q + M V X X X X X 0 X X X X X X X X Equações de Excitação Cosiderado Flip-Flop s tipo D... D = Q + projectode esistemasseq queciaisdig gitais
22 projectodesistemassequeciaisdigitais 22 D = Q C Q + A B Q Q 0 0 D0 = Q Q0 A+ A B Q M = V = Q Circuito Digital Nota: As saídas depedem apeas dos estados!!!!!! Coelho, Sistemas Digitais : Y20 07/08
23 23 Coelh ho, Sistem mas Digita ais : Y20 07/08 A MÁQUINA DE ESTADOS FINITOS Número de estados > simultâeos possíveis? Redes de PETRI = Máquia de Estados Fiita tatos estados quatas situações distitas saída=f(estados presetes,etradas) utilizada a teoria da computação a.k.a a Máquia de estados ou Automata coceito de estado como iformação sobre o historial MEMÓRIA projectode esistemasseq queciaisdig gitais
24 24 Coelh ho, Sistem mas Digita ais : Y20 07/08 A MÁQUINA DE ESTADOS FINITOS utiliza dois símbolos: - círculos - represeta estado - arcos - represetam trasições Represetação de Máquias de Estados Matriz de Trasições Diagrama de Estados Tipos de Acções: - Acesso quado etra um estado - Saída quado sai de um estado - Etrada quado uma codição de etrada é verdadeira projectode esistemasseq queciaisdig gitais
25 25 Coelh ho, Sistem mas Digita ais : Y20 07/08 MODELOS BÁSICOS DE MÁQUINA DE ESTADOS FINITOS: MÁQUINA DE MOORE E MEALY Dois Paradigmas da Computação Sequecial Até ao mometo: Saídas=f(Estados) O valor da etrada em + apeas se reflecte em +!!! Saídas=f(Estados,Etradas) Máquia de MOORE: Saídas apeas fução dos estados A/Z X X/Z B/Z Máquia de MEALY: A B Saídas fução dos estados e das etradas projectode esistemasseq queciaisdig gitais
26 26 Coelh ho, Sistem mas Digita ais : Y20 07/08 A/Z X B/Z Simbolismos Distitos: Saída defiida id o iterior i do estado Vs. Saída defiida a trasição X/Z Máquia de MOORE: A trasferêcia dos estados presetes para os seguites depede apeas de X (e do clock!) A variável de saída (Z) depede apeas do estado presete Máquia de MEALY: Nos arcos estão defiidas as etradas e saídas: /0 desiga que o símbolo causa o símbolo 0 como saída A variável de saída (Z) depede do A B estado presete e da etrada Vatages Moore Mealy - Detecção de falhas + evidete - Meos estados - Maior robustez projectode esistemasseq queciaisdig gitais
27 27 Coelh ho, Sistem mas Digita ais : Y20 07/08 Variáveis de etrada: Var. de Saída: MOORE Estados: A Porta Aberta B Porta Fechada C Porta a Abrir D Porta a Fechar EXEMPLO #: Porta de um Elevador - Sesor de Porta Aberta (PA) - Sesor de Porta Fechada (PF) - Iterruptor para Fechar (IF) - Iterruptor para Abrir (IA) - Fecha Porta (FP) - Abre Porta (AP) IA IF A FP AP PA IA DFPAP A FP AP IF PF B FPAP IA IF projectode esistemasseq queciaisdig gitais
28 28 07/08 Coelh ho, Sistem mas Digita ais : Y20 Variáveis de etrada: Var. de Saída: MEALY PF FPAP - Sesor de Porta Aberta (PA) - Sesor de Porta Fechada (PF) - Iterruptor para Fechar (IF) - Iterruptor para Abrir (IA) - Fecha Porta (FP) - Abre Porta (AP) A IF FPAP IA FPAP B PA FP AP projectode esistemasseq queciaisdig gitais
29 29 Coelh ho, Sistem mas Digita ais : Y20 07/08 EXEMPLO #2: Detector de Sequêcia Desevolver um sistema capaz de detectar que uma determiada sequêcia foi itroduzida. Neste caso quado a etrada aplicada tiver a sequêcia Variáveis: MOORE 0 etrada (X), saída (Z) Se Z= a sequêcia foi detectada caso cotrário Z=0 A/0 B/0 C/0 D/ projectode esistemasseq queciaisdig gitais
30 projectodesistemassequeciaisdigitais 30 MEALY /0 /0 0/0 A B C / 0/0 0/0 Realizar: Fluxograma... Tabela de Trasição de Estados... Circuito Lógico Coelho, Sistemas Digitais : Y20 07/08
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