Sistemas Digitais. Sistemas Digitais III - Ementa

Transcrição

1 Sistemas Digitais Sistemas Digitais I - Sistemas Combinatórios As saídas atuais são determinadas diretamente a partir das entradas atuais. Portas Lógicas. Sistemas Digitais II - Sistemas Seqüenciais As saídas atuais são determinadas a partir das entradas atuais e de estados anteriores. Há necessidade de se conhecer o histórico de funcionamento. FlipFlop. Sistemas Digitais III Estuda técnicas de modelagem de sistemas mais complexos - Redes de Petri. Técnicas de representação e projeto de sistemas - VHDL. Sistemas Digitais III - Ementa mclaudia@fei.edu.br orlandof@fei.edu.br 1 - Sistemas dinâmicos à eventos discretos, introdução à VHDL 2 - VHDL - Implementação de máquinas de estado. 3 - Redes de Petri - Introdução, definições e regras de evolução. 4 - Redes de Petri - Diagrama de marcações, Representação matricial 5 - Exercícios de aplicação 6 - Interpretação do modelo e modelagem de sistemas, conflito e concorrência. 7 - Implementação de redes em VHDL 8 - Exemplos de aplicação e solução de problemas e implementação em VHDL. 9 - Exemplos de aplicação e solução de problemas e implementação em VHDL Exemplos de aplicação e solução de problemas e implementação em VHDL Uso das redes de Petri para problemas diversos Uso das redes de Petri para problemas diversos. Page 1 1

2 Sistemas Digitais III - Metodologia 1 - Aulas expositivas com slides disponibilizados no learnloop 2 - Proposta de exercícios para resolver em sala 3 - Resolução de Exercícios em sala e disponibilizados depois no learnloop 4 - Proposta de Exercícios Extra sala 5 - Proposta de exercícios para entregar visando o acompanhamento 6 - Critério de Avaliação MF=[(0,4*P1 + 0,6*P2)*K] K: fator lab. (max. 1,1) Sistemas Digitais III - Bibliografia Básica - Anotações de Aula (Slides no LearnLoop) - MORAES, C. C. e CASTRUCCI, P. L. - Engenharia de Automação Industrial, LTC, (parte III- cap.8 a 12) - AMORE, R. - VHDL: descrição e síntese de circuitos digitais, LTC, Complementar - TOCCI, R. J. e WIDMER, N. S. Sistemas Digitais 10a Edição, Pearson, CASSANDRAS C. - Discrete Event Systems: Modeling and Performance Analysis, Irwin, PETTERSON, J.L. - Petri Net Theory and the Modeling of Systems. Prentice Hall, CARDOSO, J. e VALETTE, R. - Redes de Petri. Florianópolis : UFSC, MAZOR, S. e LANGSTRAAT, P. - A Guide to VHDL. Kluwer Academic Publishers, SCARPINO, F.- VHDL and AHDL Digital System Implementation. Prentice Hall, SKAHILL, K.- VHDL for Programmable Logic. Addison Wesley, Page 2 2

3 Sistemas Digitais III - LearnLoop Sistemas Dinâmicos Sistemas que evoluem ao longo do tempo, sendo que em geral o seu comportamento depende do passado. Contínuos - a evolução do sistema é regida pelo tempo. - é descrita por equações diferenciais. Discretos - (a eventos discretos) - a evolução é definida pela ocorrência de eventos e não simplesmente pelo tempo. - mudanças abruptas Page 3 3

4 Sistemas Dinâmicos f(t) Sistema Contínuo t f(n*t) Sistema Discretizado (no tempo) n Sistema Discreto (no espaço e no tempo) f(e) Sistemas Dinâmicos à Eventos Discretos E Sistemas a Eventos Discretos A ocorrência de um evento causa uma mudança abrupta e instantânea no sistema. Ao perceber o evento, o sistema reage acomodando-se instantaneamente em uma nova situação (estado), onde permanece até que ocorra um novo evento. Para especificar o comportamento do sistema deve-se estabelecer sequências ordenadas de eventos que levem à realização de determinado objetivo. Sistemas Sequenciais Máquinas de Estado ( Mealy e Moore) Múltiplos Fluxos de Controle, Paralelismo, Concorrência Redes de Petri Page 4 4

5 Exercício 1 Analisar o diagrama de tempos abaixo e definir a máquina de estados correspondente W CLK RST Máquina de Estados Z2 Z1 Conversor D/A X CLK RST W X Exercício 1 Page 5 5

6 Exercício 2 Descrever a máquina de doces abaixo através de uma máquina de estados Detector de Moedas Y2 Y1 Cada doce custa 15 centavos. A máquina aceita apenas moedas de 5 e 10 centavos, sendo uma moeda por vez. Não mais que 20 centavos podem ser inseridos de modo que o troco seja de no máximo 5 centavos. Controlador S2 Troco S1 Doce Exercício 2 Page 6 6

7 Introdução VHDL VHDL - Linguagem de Descrição de Hardware com ênfase em Circuitos Integrados de altíssima velocidade; Very Hight Speed Integrated Circuits Hardware Description Language Forma de descrever o comportamento de um circuito ou componente digital; Alternativa á descrição por diagramas esquemáticos; Padronização - Normalizada pelo IEEE, tornando-se um padrão mundial, ao lado do Verilog, uma alternativa também expressiva no mercado de projetos de hardware. VHDL Vantagens Desenvolvimento de sistemas complexos a partir da descrição em partes. Decomposição em subsistemas indicando como estes estão conectados. Descrição abstrata focada no nível comportamental. O detalhamento da lógica de controle é realizado pelas ferramentas de automação do projeto, o que evita a trabalhosa e limitada aplicação das técnicas manuais tradicionais; O objetivo do projeto fica mais claro que na representação por esquemáticos e o volume de documentação diminui. Um código bem comentado em VHDL substitui com vantagens o esquemático e a descrição funcional do sistema; Portabilidade e flexibilidade - pode ser compilado em qualquer ferramenta e para qualquer tecnologia. É uma linguagem independente do CI. Page 7 7

8 Estrutura Library : Declaração de Bibliotecas Entity (Entidade) : Declaração da Interface Externa - É uma abstração que define o sistema, um chip, um circuito, uma função ou, até mesmo, um componente como uma porta lógica. - Na declaração descreve-se o conjunto de entradas e saídas por meio da estrutura PORT (pinos de entrada e saída) Architecture (Arquitetura): Descrição do Comportamento - Descreve a funcionalidade da entidade - Define como as saídas respondem às entradas Estrutura LIBRARY IEEE; -- declaração de bibliotecas USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL ; ENTITY entity_name IS PORT( ); -- declaração das variáveis de entrada e saída END entity_name; ARCHITECTURE Arch_name OF entity_name IS BEGIN -- instruções e comandos que definem como o sistema funciona END Arch_name; comentários - podem ser colocados em qualquer parte, é muito importante para a documentação, e sua identificação é feita através de dois hífens - - toda instrução é finalizada com ponto e vírgula ; identificador (nomes) - quantos caracteres desejar, o primeiro tem que ser uma letra, o último não pode ser underline, tanto faz maiúsculo ou minúsculo, exceto palavras reservadas, e identificadores repetidos. Page 8 8

9 Exercício Extra 1 Considere um sistema constituído por três carros (C1, C2 e C3), que podem se deslocar em três trilhos independentes, e com velocidades diferentes, para a direita ou para a esquerda. Há interruptores para detectar a presença dos carros nas extremidades dos trilhos. O estado inicial do sistema é com os três carros à esquerda. O operador pressiona o botão M e o ciclo se inicia, deslocando os três carros para a direita. Entre C1 e C2 existe uma dependência: O primeiro que chega na posição à direita, de sua via, aguarda a chegada do outro, afim de partirem juntos no sentido contrário (em direção à condição inicial). O terceiro carro, faz retorno em direção à posição inicial, quando chegar na posição à direita, independente dos demais. O ciclo termina quando os três carros voltam novamente ao estado inicial, onde eles devem parar e aguardar o início de um novo ciclo, pelo acionamento do botão M. Pede-se descrever o módulo de controle utilizando um diagrama de estados. Exercício Extra 1 Page 9 9

10 CARROS MONTA-CARGAS E1 D1 M C1 a b E2 D2 C2 c C3 e E3 f d D3 En = 1 desloca o carro Cn para esquerda Dn = 1 desloca o carro Cn para direita Page 10 10

11 Exercício Extra 2 Uma empresa tem um Caminhão que transporta 5 fardos de matéria prima e uma Van que transporta 2 fardos de matéria prima. No estoque só cabem 6 fardos e o processo produtivo consome 3 fardos de matéria prima por vez. Há dois painéis: Habilita Caminhão (HC) e Habilita Van (HV) e outro painel (HP) que Habilita a Produção. Os painéis são acesos em 1, em função da quantidade de fardos disponível no estoque. A produção é iniciada através de um botão Inicia Produção (IP). Quando o caminhão é descarregado, ocorre um sinal Caminhão Descarregado (CD) e quando a Van é Descarregada ocorre um sinal (VD). Detalhar a máquina de estados necessária, identificando a evolução entre os estados, os sinais necessários, e também a situação dos painéis, para cada estado. CONSIDERE QUE A FÁBRICA COMEÇA A OPERAR COM O ESTOQUE VAZIO. Detalhe: a produção é automática ou seja, havendo condições, pode-se iniciar novo lote de produção. Exercício Extra 2 Page 11 11

12 Exercício Extra 3 Projetar a Máquina de estados do controlador para possibilitar que o Robô encontre a saída do labirinto desconhecido. O robô tem um sensor que detecta a presença de um obstáculo à sua frente fornecendo X=1 para o controlador, ou X=0 quando não tiver mais obstáculo. Quando detectar o primeiro obstáculo o controlador deve gerar uma saída Z2=1 para virar à esquerda, até que não seja mais detectado nenhum obstáculo a sua frente. Detectando outro obstáculo o Robô deve virar à direita através do comando Z1=1, até que não seja mais detectado nenhum obstáculo a sua frente, e assim sucessivamente. Ou seja, a cada novo obstáculo detectado deve-se intercalar os comandos de virar a esquerda e depois a direita. ( obs: o Robô não vira tudo de uma vez, ele vira enquanto estiver recebendo os comandos correspondes Z2 ou Z1). Na ausência de comandos para virar e de obstáculos o Robô se move para frente, e para isso não é necessário nenhum comando adicional. Sensor X Controlador Z1 Z2 Direita Esquerda Exercício Extra 3 Page 12 12