GUIAS ÚNICAS DE LABORATORIO DIAGRAMA DE ESTADOS AUTOR: ALBERTO CUERVO SANTIAGO DE CALI UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI DEPARTAMENTO DE LABORATORIOS
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1 GUIAS ÚNICAS DE LABORATORIO DIAGRAMA DE ESTADOS AUTOR: ALBERTO CUERVO SANTIAGO DE CALI UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI DEPARTAMENTO DE LABORATORIOS
2 DIAGRAMA DE ESTADOS OBJETIVO El diseño de un circuito secuencial sincrónico comienza a partir de un conjunto de especificaciones y culmina en un diagrama lógico de un circuito o una lista de funciones de Boole a partir de las cuales se puede obtener el diagrama lógico. El primer paso en el diseño consiste en describir en palabras el comportamiento deseado del circuito. Frecuentemente el paso siguiente consiste en construir el diagrama de estados a partir de la descripción en palabras del funcionamiento deseado, para poder, a partir del diagrama de estados elaborado, obtener el diagrama lógico del circuito digital. El presente trabajo tiene como objetivo reforzar los conocimientos adquiridos por el estudiante en el diseño de circuitos digitales secuenciales sincrónicos partiendo de su diagrama de estados. Se utilizan elementos del módulo DIGI BOARD de System Technik adquirido recientemente por la Universidad Santiago de Cali. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA A continuación se muestra el diagrama de estados de cierto sistema digital, el cual se mantiene en el estado T hasta que una señal de entrada externa qm le indique a la unidad de control (circuito secuencial) que debe comenzar una operación. Cuando el sistema digital termina de realizar la operación, la señal = le indica a la unidad de control que la operación está terminada, regresando al estado inicial T. = T T T T qm= qm = =
3 Las actividades que debe realizar el sistema digital en cada uno de los estados son las siguientes: T : nada, la ocurrencia de este estado indica que la operación está completa T : A #, P # T : P P- T : A A+B A es un registro de 4 bits (el registro SRG4 del laboratorio) y B es un número de 4 bits generado por uno de los teclados. P es un contador binario de cuatro bits (CTRDIV6 del laboratorio) y será una señal que indique cuando P =, por lo que debe ser obtenida a la salida de una NOR de los cuatro bits del contador P. Por tanto, si = P, de lo contrario, si = P=. Utilice los flip-flops JK del laboratorio convertidos en tipo D para implementar la unidad de control (el circuito secuencial), por el método de flip-flop/estado. Utilice el pulsador (9) para la señal qm, y el generador (7) con el divisor (8) para obtener la señal de los pulsos de reloj del sistema con una frecuencia de Hz. Preguntas: ué operación realiza este sistema digital? Si B =, esto es, si usted coloca el # en el teclado cuya salida es el número B a.- cuál será el número contenido en el registro A al final del estado T siendo P =? b.- cuál será el número contenido en el registro A al final del estado T siendo P =? c.- cuál será el contenido del registro A una vez terminada la operación? d.- Este sistema digital corresponde a un modelo de Moore o de Mealy? Diseñe completamente su sistema digital especificando muy claramente todas las conexiones que efectuará, incluyendo las conexiones de la unidad de control (circuito secuencial) al procesador de datos (registro A, contador P, etc.). Utilice un mínimo de compuertas lógicas. Trabajo en el laboratorio: Montaje y verificación de su sistema digital diseñado. Para lo cual haga los siguientes pasos: Con las entradas asincrónicas de los flip-flops, coloque el estado inicial T Aplique los pulsos de reloj con una frecuencia de Hz. Presione el pulsador para sacar al sistema del estado T. Tan pronto salga de este estado, suelte el pulsador. Verifique que el sistema digital termina con el resultado esperado.
4 Observación: El estado del sistema digital debe ser visualizado en los LEDs, y las salidas de los registros A y P deben ser llevadas al display de 7 segmentos para poder ir observando las actividades que va realizando el sistema digital en los distintos estados. SOLUCIÓN En la página siguiente se muestran los circuitos del control y del procesador de datos. Como el sistema tiene 4 estados, se utilizarán cuatro flip-flops JK convertidos en flipflops tipo D conectando un inversor entre la J y la K de los mismos. Las funciones de las entradas de excitación D de los flip-flops serán como se explica a continuación. Flip-flop To: En el diagrama de estados se observa que el circuito debe pasar al estado To cuando ocurra un pulso de reloj si se encuentra en el estado T y = ó si se encuentra en el estado To y qm =. Por tanto, Do = qm To + T Flip-flop T: Se debe pasar al estado T si el circuito se encuentra en el estado To y qm =, por tanto D = qmto Flip-flop T: Al estado T se debe pasar si el circuito se encuentra en el estado T ó si se encuentra en el estado T y =, por tanto D = T + T. Flip-flop T: Se debe pasar al estado T en forma incondicional si el sistema se encuentra en el estado T, por tanto D = T. J To qm qm. J T J T J T K K K K reloj: frec = Hz Unidad de Control Do = qm To + T D = qm To D = T + T D = T
5 reloj T T registro A SRG4 M/ R C4 / B Sumador CI P reloj T T (P) CTRDIV6 CT= + G - G C Observe que en el estado T, el modo del registro A =, por tanto la salida del sumador se cargará en este registro con el flanco positivo del pulso de reloj en este estado, etc. Respuesta: el sistema multiplica el número B por el número que se almacena durante T en el registro P. BIBLIOGRAFÍA. Víctor P. Nelson, H. Troy Nagle, Bill D. Carroll y J. David Irwin, Análisis y Diseño de Circuitos Lógicos Digitales, Prentice-Hall Hispanoamericana S.A., 996. M. Morris Mano, Lógica Digital y Diseño de Computadores, Editorial Dossat S.A., 98. System Technik, DIGI BOARD Descripción Técnica 4. J.F. Wakerly, Digital Design Principles and Practices, ª ed., Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, ZVI Kohavi, Switching and Finite Automata Theory, McGraw-Hill Book Co., 97
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