EC 1723 9 Diseño de Circuitos Secuenciales (2) pdf
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(2) Ejercicio: Detector de secuencia (4) Edo. actual Codificado. Edo. Futuro, Z1 Z2 X=0 X=1. Inicio. Transiciones X=0 X=1. A. 000. 000, 00. 001, 00. 000. B. 001. 010, 00. 001, 00. 0!". 001. C. 010. 000, 00. 011, 00. 0"0. 01!. D. 011. 100, 00. 101, 00. !"". !"1. E. 100. 000, 00. 011, 10. "00. "!!. F. 101. 010, 01. 001, 00. "!". "01. El estado inicial suele asignarse de tal modo que todos los flip-flops estén en cero o en uno, y se usan las entradas de Clear o Preset para iniciar el circuito.. 00!. Vcc. Vcc. Pr D. Pr Q. D. Q. Vcc. C. Q'. C. Clr. Q' Clr. INICIO. Z1 = X·Q2·Q0'. Z2 = X'·Q2·Q0 Universidad Simón Bolívar. Prof. Juan Claudio Regidor. Universidad Simón Bolívar. Prof. Juan Claudio Regidor. Diseño con un flip-flop por estado (one-hot). 7. Diseño con un flip-flop por estado. La idea es usar un flip-flop tipo D para representar cada estado de la máquina. El flip-flop que esté en uno corresponde al estado actual.. El diseño del circuito es una copia directa del diagrama de estados: X=0, S=0. X=1, S=0. X=0, S=0. X'. Bifurcación:. X=0. Ei. Di. Qi. A. Qi' X. Di. DA. Qi. QA. D. X=1, S=1. X'. DB X'. C. C Universidad Simón Bolívar. X=0, S=0. C. X=1, S=0. Confluencia: Ei. X=1, S=0. B. X. X=1. C. Prof. Juan Claudio Regidor. X=0, S=0. QB X. C. X. X'. DC. QC. DD. X'. X. C. QD. C. Qi' 8. Prof. Juan Claudio Regidor. Universidad Simón Bolívar. 9.
(3) Diseño con un flip-flop por estado. Diseño con un flip-flop por estado: Inicio. Las ecuaciones de excitación de cada flip-flop pueden leerse de las “flechas” que llegan a cada estado: X=0, S=0. X=1, S=0. A. X=0, S=0. X=0, S=0. X=1, S=0. B. C. X=0, S=0. La inicialización puede hacerse asíncronamente mediante las entradas de preset y clear, o de manera síncrona con compuertas adicionales a la entrada de los flip-flops.. D. X=1, S=1. X=1, S=0. DA = X·QA + X·QC!. !. !. DB = Xʼ·QA + Xʼ·QB + Xʼ·QD. DC = X·QB + X·QD!. !. !. DD = Xʼ·QC ! !. Prof. Juan Claudio Regidor. El flip-flop que represente al estado inicial debe cargarse con un “uno” y todos los demás deben ponerse en “cero”.. !. S = X·QD. Universidad Simón Bolívar. 10. Diseño con un flip-flop por estado. Universidad Simón Bolívar. Prof. Juan Claudio Regidor. 11. Diseño con un flip-flop por estado: Ejemplo 0 / 00. Ventajas: Simplicidad y rapidez del diseño. A. 1 / 00. B. 0 / 00. C. 0 / 00. D. 0 / 00 0 / 01. X / Z1Z2. Especialmente útil cuando hay muchas entradas que no están activas todo el tiempo.. F. 1 / 00. Desventajas: Cantidad excesiva de flip-flops.. DA = Xʼ·QA + Xʼ·QC + Xʼ·QE. DE = X´·QD. DB = X·QA + X·QB + X·QF. DF = X·QD. DC = Xʼ·QB + Xʼ·QF!. Z1 = X·QE. DD = X·QC + X·QE Prof. Juan Claudio Regidor. 1 / 00. 1 / 00. Es más fácil depurar el circuito.. Universidad Simón Bolívar. E. 1 / 10. 1 / 00. 0 / 00. 12. Prof. Juan Claudio Regidor. Z2 = Xʼ·QF Universidad Simón Bolívar. 13.
(4) Ejercicio con un flip-flop por estado (1). Ejercicio con un flip-flop por estado (2) Y' / 00. Implementar el diagrama de estados de la figura mediante el método de un flip-flop por estado. Escribir las ecuaciones de entrada de los flip-flops tipo D y las expresiones para las salidas Z1 y Z2.. Entradas / Z1 Z2. Y / 10. S' / 00. X.Y / 00 A. S / 00. B. Y' / 00. Y / 10. X.Y / 00 A. S / 00. B. Y' / 00. C. X / 00 X'.Y' / 00. D. X.Z' / 00 Prof. Juan Claudio Regidor. G. Z / 00. X.Z' / 00. F. X'.Y / 10 Z' / 00 Z' / 01. Z / 01. H. 14. X.Y' / 00. F. X'.Y / 10 Z' / 00 H. Z / 01 Z / 00. DE = QF·Z + QD·X·Y. Z1 = QE·Y + QD·X'·Y. DB = QH·Z + QG·X'·Z' + QB·Y + QA·S. DF = QD·X·Y'. Z2 = QH·Z' + QG·Z. DC = QH·Z' + QB·Y'. DG = QC·X'. Prof. Juan Claudio Regidor. DH = QG·Z + QF·Z' + QD·X'·Y Universidad Simón Bolívar. 15. Control de Semáforo (2). La figura muestra el esquema de una intersección de dos calles, una principal y otra secundaria. Hay dos detectores de vehículos, Dp y Ds, los cuales indican la presencia de un automóvil esperando en la vía principal o en la secundaria, respectivamente. Hay también pulsadores que pueden ser operados por un peatón que desee cruzar la calle principal (los pulsadores Pp) o la secundaria (los Ps); los pulsadores correspondientes se conectan a compuertas OR, de modo que cada grupo se puede tratar como una señal única. Universidad Simón Bolívar. G. Z / 00. DA = QG·X·Z' + QE·Y' + QA·S'. DD = QE·Y + QD·X'·Y' + QC·X. Z / 00. Universidad Simón Bolívar. Control de Semáforo (1). Prof. Juan Claudio Regidor. D. Z' / 01. X'.Z' / 00. X.Y' / 00. X' / 00 X'.Z' / 00. X / 00. X' / 00 E. Y / 00. S' / 00. C. X'.Y' / 00. Y' / 00 Entradas / Z1 Z2. E. Y / 00. Especificaciones: La luz verde principal Vp se debe mantener encendida por un mínimo de 30 segundos y continuar encendida hasta que el detector Ds señale la presencia de un automóvil en la vía secundaria o hasta que un peatón accione el pulsador Pp. Se enciende simultáneamente la luz roja secundaria, Rs. La luz amarilla principal Ap se enciende durante 5 segundos, manteniéndose encendida Rs. 16. Prof. Juan Claudio Regidor. Universidad Simón Bolívar. 17.
(5) Control de Semáforo (3). Control de Semáforo (4). Especificaciones (cont.):. Se dispone de dos temporizadores (monoestables no redisparables, activados por frente de subida), uno de 5 segundos (entrada I5, salida T5) y otro de 15 segundos (entrada I15, salida T15). La luz verde secundaria Vs se debe mantener encendida por un mínimo de 15 segundos y continuar encendida hasta que el detector Dp señale la presencia de un automóvil en la vía principal o hasta que un peatón accione el pulsador Ps. Se enciende simultáneamente la luz roja principal, Rp. La luz amarilla secundaria As se enciende durante 5 segundos, manteniéndose encendida Rp. Se repite el ciclo indefinidamente. Universidad Simón Bolívar. Prof. Juan Claudio Regidor. 18. Control de Semáforo (5) T15. A. T15. T15' / I15. B. T15'. C. Ds + Pp / I5. T15. D. A. T15. T15' / I15. B. T5. (Ds + Pp)'. T15'. C. Ds + Pp / I5. T5' / I15. DA = QA·T15 + QG·T5ʼ D. T5' / I15. T5' / I15. G. T5' / I15 Dp + Ps / I5. F. T15'. 19. Control de Semáforo (6). T5. (Ds + Pp)'. Universidad Simón Bolívar. Prof. Juan Claudio Regidor. E. G. DB = QA·T15ʼ + QB·T15 DC = QB·T15ʼ + QC·(Ds + Pp)ʼ DD = QD·T5 + QC·(Ds + Pp). Dp + Ps / I5. F. T15'. E. DE = QE·T15 + QD·T5ʼ DF = QE·T15ʼ + QF·(Dp + Ps)ʼ. T5. (Dp + Ps)'. T15. T5. Estado A B C D E F G Salidas Vp, Rs Vp, Rs Vp, Rs Ap, Rs Vs, Rp Vs, Rp As, Rp Prof. Juan Claudio Regidor. Universidad Simón Bolívar. (Dp + Ps)'. T15. DG = QG·T5 + QF·(Dp+ Ps). Estado A B C D E F G Salidas Vp, Rs Vp, Rs Vp, Rs Ap, Rs Vs, Rp Vs, Rp As, Rp 21. Prof. Juan Claudio Regidor. Universidad Simón Bolívar. 22.
(6) wloop: if( suma < numero ) { impar += DOS; suma += impar; raiz ++;. Control de Semáforo (7). if( suma < 0 ) return raiz ; goto wloop;. T15. T15. T5. (Ds + Pp)'. Camino de Datos (Data Path). // Puede ser un 'Halt'. }. Vp = QA return + QB +raiz QC. ;. // Puede ser un 'Halt'. }. A. T15' / I15. B. T15'. Ds + Pp / I5. C. Ap = QD D. T5' / I15 T5' / I15. G. Rp = QE + QF + QG Vs = QE + QF. Control de la ULA S2S1S0 Operación 0 0 0 A+B 0 0 1 A–B 0 1 0 A+1 0 1 1 A–1 1 0 0 A AND B 1 0 1 A OR B 1 1 0 NOT A 1 1 1 A. As = QG Dp + Ps / I5. F. T15'. E. Rs = QA + QB + QC + QD I5=QC·(Ds+Pp)+QF·(Dp+ Ps). T5. (Dp + Ps)'. T15. I15=QA·T15ʼ+QD·T5ʼ+QG·T5ʼ. Estado A B C D E F G Salidas Vp, Rs Vp, Rs Vp, Rs Ap, Rs Vs, Rp Vs, Rp As, Rp Prof. Juan Claudio Regidor. Banco de registros. Universidad Simón Bolívar. Z: Salida, vale 1 si el resultado de la operación es 0 N: Salida, vale 1 si el resultado es negativo. 23. wloop:. Camino de Datos (Data Path) Los registros (Banco, Salida, Flags) se cargan con el frente de subida del reloj. El período de éste debe ser lo bastante largo como para permitir que se completen todas las operaciones.. if( del suma < numero ) { Control Banco de Registros impar += DOS; Señal sumaEnable += impar; REA Read A raiz ++; REB Read Enable B WE Write Enable< 0 ) if( suma DirA[2..0] Dirección lectura A (3;bits)// Puede ser un 'Halt' return raiz goto wloop; DirB[2..0] Dirección lectura B (3 bits) } DirW[2..0] Dirección escritura (3 bits). Camino de Datos. Banco de registros. return raiz ;. // Puede ser un 'Halt'. }. Figura 2 JCR/MPO/LGU. Edo.. Adw(2:0) AdA(2:0) AdB(2:0) WE Sm S(2:0) LF OE. 0. 000XXXXXX1011100. 1. 0010010011100100. 2. 001001XXX1101000. 3. 010001XXX1101000. 4. 0110010101100000. 5. 1000110101100000. 6. 1111001001100000. 7. XXX0001110100110. 8. 1100000001100000. 9. 110110XXX1101001. Prof. Juan Claudio 10 Regidor. 1 1 0 1 1 0 X X XUniversidad 1 1 0 1 1Simón 0 1 Bolívar. Control de la ULA S2S1S0 Operación 0 0 0 A+B 0 0 1 A–B 0 1 0 A+1 0 1 1 A–1 1 0 0 A AND B 1 0 1 A OR B 1 1 0 NOT A 1 1 1 A Z: Salida, vale 1 si el resultado de la 26 operación es 0 N: Salida, vale 1 si el resultado es negativo Control del Banco de Registros.
(7) Camino de Datos. Camino de Datos: Ejercicio. // Puede ser un 'Halt'. Banco de registros. Dibujar un diagrama de estados para ejecutar la operación:. // Puede ser un 'Halt'. El siguiente algoritmo, escrito en lenguaje “C”, produce la parte entera de la raíz cuadrada de un número. Hacer un diagrama de estados que lo materialice, de la manera más fiel posible, sobre el “camino de datos” mostrado antes. El “NUMERO” se supone cargado previamente en el registro R7.. Salida = Entrada*R4+R3; Control de la ULA S2S1S0 Operación 0 0 0 A+B 0 0 1 A–B 0 1 0 A+1 0 1 1 A–1 1 0 0 A AND B 1 0 1 A OR B 1 1 0 NOT A 1 1 1 A Z: Salida, vale 1 si el resultado de la operación es 0 N: Salida, vale 1 si el resultado es negativo. Prof. Juan Claudio Regidor. Control del Banco de Registros Señal REA Read Enable A REB Read Enable B WE Write Enable DirA[2..0] Dirección lectura A (3 bits) DirB[2..0] Dirección lectura B (3 bits) DirW[2..0] Dirección escritura (3 bits). Camino de Datos: Ejercicio #define. NUMERO 38. // Número está cargado en el registro R7. En cierta fábrica, una banda trasportadora que corre a 1 m/s lleva dos tipos de cajas: las tipo "A" de 50 cm. de longitud, y las tipo "B", de 80 cm. Usando el camino de datos anterior, se desea diseñar un sistema que realice las siguientes operaciones:. suma = raiz = 0; impar = suma + 1; DOS = impar + 1; wloop: if( suma < numero ) { impar += DOS; suma += impar; raiz ++; if( suma < 0 ) return raiz ; goto wloop; } return raiz ; } Prof. Juan Claudio Regidor. 28. Camino de Datos: Ejercicio. int Sqrt( int numero ) { int suma, raiz, impar, DOS;. Figura 2. Universidad Simón Bolívar. Cada vez que haya pasado una caja se debe activar la salida del camino de datos, con el valor 0 si pasó una caja "A" y 1 si fue una tipo "B". // Puede ser un 'Halt'. Se desea llevar la cuenta del número total de cajas (en R5),. número de cajas tipo "A" (en R6) y número de cajas tipo "B" (en R7).. // Puede ser un 'Halt'. Universidad Simón Bolívar. 29. Prof. Juan Claudio Regidor. Universidad Simón Bolívar. 30.
(8) Camino de Datos: Ejercicio. ROM Memoria de sólo lectura (Read Only Memory) ROM: programable en la fabricación. La cinta tiene un sensor óptico que detecta la interrupción de un rayo de luz al paso de una caja. La salida de este sensor se lleva a la entrada del camino de datos (bit 0). El reloj del controlador tiene un período de 0,01 s. Escriba un diagrama de estados que cumpla con las condiciones pedidas.. PROM: programable una vez por el usuario EPROM: borrable con luz ultravioleta EEPROM o E2PROM: borrable eléctricamente; el ciclo de borrado es mucho más lento que el de escritura Flash memory: E2PROM borrable y programable por bloques. Universidad Simón Bolívar. Prof. Juan Claudio Regidor. 31. Control microprogramado. Universidad Simón Bolívar. Prof. Juan Claudio Regidor. Control microprogramado 2 Y. S'. Clk. Clr Contador Programable. Lectura ROM. Clr. Control Disponible. ROM. Condición verdadera. Registro Edo. Act.. Condición. Prof. Juan Claudio Regidor. Inc.. Señales de control. Universidad Simón Bolívar. Condición falsa. 1 S X Y' Z. D0. 0. D7. Y' 1. 2. X. 3. X' Z'. CE Load. MUX. Salto. S. Clk. CE Load. Clk. 0. Contador Programable. Clk. ... .. 32. Z. 4. MUX 8:1. Condición. 3. Salto. 3 Salto 33. Prof. Juan Claudio Regidor. Universidad Simón Bolívar. 34.
(9) Control microprogramado 2 Y. S'. Clr 0. Contador Programable. Y'. S. 1. 0. D7. 5. 3 3. Salto Prof. Juan Claudio Regidor. Z. 4. Edo. Actual Condición. MUX 8:1. Condición. 3. X'. CE Load D0. X. Z'. Clk. 1 S X Y' Z. 2. Salto. 0 0 0. 0 0 1. 0 0 0. 0 0 1. 0 1 1. 0 0 1. 0 1 0. 0 1 0. 1 0 0. 0 1 1. 0 0 0. x x x. 1 0 0. 1 0 0. 0 0 1. 1 0 1. 1 1 1. 0 0 0. Universidad Simón Bolívar. 34.
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