Circuitos Electro nicos. Primer parcial, curso Primer Problema

Transcripción

1 Circuitos Electro nicos. Primer parcial, curso Primer Problema Se desea diseñar un cruce de semáforos simple, accionado de manera automática o manual. Cuando funcione de manera automática, deberá seguir la secuencia que se muestra en el cronograma, cambiando en función de las señales T y T2 que vienen de los contadores C y, y que sólo duran un ciclo de reloj. Si se pulsa el botón P, el semáforo pasa a modo manual, en cuyo caso ya no responderá a las señales T y T2, sino que evolucionará con los pulsos de la señal P, que también es de sólo un ciclo de reloj. Para volver al modo automático, será necesario dar un Reset externo, con la señal RES, que llevará al sistema al estado inicial (R on, on, C contando, reseteado y funcionamiento automático) C C T T2 P R R A A V V Modo automático (Contadores C y funcionando) Modo manual (preferencia de paso a calle ) C T RS T2 RS2 RES V M.Est. A P R La máquina de estados deberá generar las salidas R, A, V,, y para los semáforos, así como las señales de reset para los contadores C y, que serán RS, RS2 en los momentos adecuados: durante los ciclos de T se reseteará y viceversa. Por otra parte, el pulsador externo P provocará que el sistema entre en modo manual. En ese caso, sólo se atenderá a esta señal P, hasta que el Reset lleve al sistema de nuevo a modo automático. Nota: No hace falta decir que es muy importante tratar de reducir el número de entradas en la Máquina de estado, originariamente 4 (P, Res, T y T2) Se pide:. Diagrama de bolas y/o tabla de transición de estados comentada de la máquina síncrona de Moore que implementa el sistema. (4 p) 2. Resolver el circuito calculando las ecuaciones del Circuito Combinacional de Entrada y de las salidas. (3 p) 3. Si la frecuencia del reloj es 0.5Hz, y se quiere que el contador C cuente 40s, diseñar el contador para que cumpla con las especificaciones del problema y genere la señal T. (3 p) Tiempo: h 30min

2 Para resolver el problema, lo primero que necesitamos es reducir el número de entradas. En función de la reducción que elijamos hacer, el problema será más simple, más complejo o incluso irresoluble, por lo que debemos ser cuidadosos al hacer esto. Viendo la definición de las señales, se observa que: La señal RES actúa, como su nombre indica, como reset total de la máquina de estados. De esta forma, no es necesario tenerla en cuenta para el diseño de la misma, siempre que finalmente se incluya en el diseño como Reset síncrono de los biestables que forman la máquina. Las señales T y T2 nunca se van a producir juntas, dado que siempre estoy reseteando alguno de los dos contadores. Esto, en la práctica, significa que podré usar una señal T=T+T2, que tendrá el mismo efecto, dado que en cada caso, si se activa, se deberá a que el contador no reseteado ha llegado al final de su cuenta. Dependiendo de cómo asigne las salidas a los estados de funcionamiento manual, puedo asegurar además que las entradas T y T2 no se activarán nunca en dichos casos, lo que puede simplificar mucho el problema. Tomando estas consideraciones en cuenta, puedo usar únicamente dos señales (T y P) como entradas de la máquina de estados, lo que simplificará notablemente el problema. De esta manera, el diagrama de bolas de la máquina de estados es: Donde las entradas son, y las salidas están agrupadas para facilitar su lectura como RAV--RSRS2 Para entender el funcionamiento, vamos a ver primero el funcionamiento automático: Estando en el estado 0, definido como estado inicial (aunque no de reposo, ya que en este sistema no hay reposo ), si llega la señal T debe ser que ha acabado T, ya que está reseteado. Entonces, evoluciono al estado. En el estado, pongo el semáforo 2 en ámbar, lanzo el contador 2 y espero a T. Cuando llega será por T2 ya que C está en reset. En ese caso, voy a 2 En 2, pongo el semáforo 2 en rojo y el en verde, y repito una secuencia similar a la de 0. Tras 2 iré a 3 y de ahí al estado 0. Si en cualquiera de estos estados se activase la señal P, entonces iría al estado equivalente pero de la rama manual. En dicha rama tendré 4 estados muy similares a los de la rama automática, salvo por el hecho de tener reseteados los dos contadores. Esto último no es necesario estrictamente (no lo dice el enunciado) pero hará que mi tabla de transiciones esté llena de rayitas, lo que simplificará luego la obtención de las ecuaciones

3 La tabla de transición de estados que sale de este diagrama de bolas es la que se presenta a continuación. Conviene recordar que, de hecho, no estoy viendo el sistema completo, y que las ecuaciones que obtenga finalmente en el circuito combinacional de entrada deberán ir multiplicadas por /RES, para tener en cuenta esta señal. En este sentido tampoco sobra recordar que NO EXISTEN biestables D, T o JK con reset síncrono, sino que en cada caso debo hacer el subcircuito que lo implemente. Entradas: sube-baja ESTADO 0 0 R A V RS RS2 R, auto (0) (0) R, auto () () V, auto (2) (2) A,auto (3) (3) R, man. (4) (4) R, man. (5) (5) V, man. (6) (6) A, man. (7) (7) A simple vista se observa que no habrá estados que se puedan simplificar, pues todos tienen salidas diferentes. Por tanto, asignamos los estados según su valor binario (estado 0:0 estado 7:) y hacemos la Tabla de Excitación, que representa el circuito combinacional de entrada de la máquina de estados: 2 0 T P D2 D D Y con esto, hago los diagramas de Karnaugh para calcular las ecuaciones de entrada de los biestables: 2=0 2= D2 =2+P 2=0 2= D =/2 /T + /2 P + /0 + / 0 T /P + 2 /P + 2 / 0 P

4 2=0 2= D0 =/2 0 /T + /2 0 P + /0 T /P + 2 /0 P /P Las ecuaciones del circuito serán estas mismas, pero multiplicadas por /RES, de manera que la entrada real de los biestables, D0, D y D2 serán D0=/RES D0 D=/RES D D2=/RES D2 Por último, calculamos las ecuaciones de las salidas por simple inspección o haciendo el Karnaugh de los estados: R=/2 / + / =/R A= (02) V= 2 / 0 + /2 /0 =/ (02) = /2 / /0 RS= RS2= 2 + /0 Por último, para el tercer apartado nos piden que diseñemos un sistema que cuente 40s, con un reloj de 0.5Hz, o lo que es lo mismo un periodo de 2s. Tiene, por tanto, que contar a 20, lo que significa que deberemos hacer un contador de 5 bits, que puede contar hasta a 3. Al llegar a 9 activará la señal T, lo que provocará que pasados 40s se vea la señal T activa y se cambie de estado. El contador tiene que tener señal de reset, activa a nivel alto (según hemos diseñado las señales RS y RS2), por lo que la celda básica será: RS U27 ANT U3 U2 D U U4 SIG U26 i

5 Con lo que el contador se construye uniendo 5 celdas como esta y añadiendo una puerta AND para generar la señal T: U25 RS U27 U3 D U2 U U4 D U7 U6 U5 0 U8 U D U0 U9 U2 U5 D U4 U3 U6 D U9 U8 U U26 U2 T Se puede observar que la señal T está formada por el producto: T= 4 /3 /2 0, o lo que es lo mismo, se activará cuando el contador llegue a, que es 9 en binario. En la siguiente gráfica se ve la simulación de este circuito: CIRCUIT2.CIR dec(q4,q3,q2,q,q0) d(clk) d(rs) 40 d(t) T