Diseño de Sistemas Secuenciales Síncronos. Registros y contadores. Tema 9

Transcripción

1 Diseño de Sistemas Secuenciales Síncronos. Registros y contadores Tema 9

2 Al final de este tema sabrás... Diferenciar perfectamente entre sistema combinacional y secuencial Modelar sistemas secuenciales mediante Autómatas de Estados Finitos Analizar un sistema secuencial síncrono Realizar la implementación de un sistema secuencial síncrono

3 Autómatas de Estado Finitos Máquina de estados: Modelo matemático que describe los circuitos secuenciales síncronos E = { E 1,..., E n } conjunto de entradas Z = { Z 1,..., Z m } conjunto de salidas Q = { Q 1,..., Q p } conjunto de estados l : Q x E Z función de salida d : Q x E Q función de transferencia

4 Estructura General de un Circuito Secuencial Con cada evento de reloj (flanco), el nuevo estado Q(t+1) es recalculado y las salidas del sistema pueden variar. La Memoria es la parte secuencial

5 Autómata de Mealy La función de salida depende del estado anterior y de la entrada λ : Q x E Z δ : Q x E Q

6 Autómata de Moore La función de salida depende sólo del estado. A cada estado le corresponde de forma inequívoca una salida λ : Q Z δ : Q x E Q

7 Diagramas de Estado Representación gráfica de los Autómatas de Estados Finitos (Finite State Machines, FSM)

8 Ejemplo de Diagrama de Transición de Estados (DTE)

9 Análisis de Sistemas Secuenciales Síncronos Objetivo: obtener el DTE a partir de un circuito Pasos: Obtener la expresión para la función o funciones de salida Obtener las expresiones para las funciones de transición (entradas a biestables) Rellenar la tabla de verdad (ecuaciones de excitación) Dibujar el diagrama

10 El circuito

11 Las expresiones Función Expresión Z(t) (x +Q1 +Q2) J1 ((Q1 Q2) x) K1 x J2 x K2 Q2

12 Tabla de verdad y diagrama

13 Pasos: Síntesis o Diseño de Sistemas Secuenciales Síncronos Traducción de las especificaciones verbales a diagrama de estados Obtención de las tablas de transición y excitación (en una misma tabla) Minimización de las funciones booleanas de entrada o excitación de los biestables, y de la función o funciones de salida, en funciones de las variables de estado: entradas del sistema y estados actuales (salidas de los biestables) Implementación del circuito

14 Ejemplo: reconocedor de secuencias Secuencia a reconocer: 1101 Definición de estados Codificación de estados Diagrama 0/0

15 Ejemplo: reconocedor de secuencias (II) Tabla de transición y excitación Minimización de las función (Karnaugh)

16 Ejemplo: implementación

17 Conclusiones Los sistemas secuenciales se representan gráficamente mediante diagramas de estados 2 tipos de autómatas secuenciales: Autómatas de Mealy: salida asociada a la transición Autómatas de Moore: salida asociada al estado Análisis de Sistemas Secuenciales Obtener el DTE a partir del circuito Síntesis o Diseño de Sistemas Secuenciales Diseñar el circuito secuencial que verifica unas determinadas especificaciones Problema: la obtención del diagrama de estados depende de la experiencia del diseñador

18 Registros y Contadores

19 Qué es un registro? Un registro es un circuito síncrono capaz de almacenar varios bits (en función del número de biestables que contenga) Los biestables comparten TODAS las señales de control: preset, clear, clock,... Tipos Según el modo de entrada/salida: serie y paralelo Registros de desplazamiento: uni y bidireccionales

20 Tipos de Registros

21 Registro con Entrada y Salida Paralela E0 E1 E2 Preset_n Reloj D PR CLR Q D PR CLR Q D PR CLR Q S0 S1 S2 Clear_n Reloj Preset_n Clear_n

22 Registro con Entrada y Salida Serie Reloj Entrada serie Salida serie

23 Entrada Serie / Salida Paralela

24 Reg. Entrada Paralela y Salida Serie Preset_n Carga/descarga_n E0 E1 E2 Reloj A B S Y MULTIPLEXOR D PR Q A B S MULTIPLEXOR Y D PR Q A B S MULTIPLEXOR Y D PR Q Salida CLR CLR CLR Clear_n Reloj Preset_n Clear_n Carga/descarga_n Q1 Q2 Salida Contenido

25 Registro de desplazamiento universal

26 Aplicación de los registros de desplazamiento: UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter)

27 Contadores Cuentan el número de impulsos que reciben por una línea de entrada. Aplicaciones: divisores de frecuencia control de tiempos generación de direcciones en sistemas de memoria Tipos: asíncronos (los biestables no utilizan el mismo reloj) síncronos (el reloj es común a todos los biestables) basados en registros de desplazamiento (generan secuencias de valores especiales)

28 Contadores Asíncronos (I) s 0 s 1 s 2

29 Contadores Asíncronos (II) s 0 s 1 s 2

30 Contadores Asíncronos (y III) s 0 s 1 s 2

31 Diseño Contadores Síncronos (I) Paso 1: Diagrama de estados

32 Diseño de Contadores Síncronos (II) Paso 2: tabla de transición de estados

33 Diseño de Contadores Síncronos (III) Mapas de Karnaugh

34 Diseño de Contadores Síncronos (y IV) Implementación CLK Q 0 Q 1 Q 2

35 Contadores basados en Registros de desplazamiento (I) s 2 s 1 s 0

36 Contadores basados en Registros de desplazamiento (y II)