Análise de Sistemas Sequenciais em Circuitos Digitais

Sistemas digitais Análise de Sistemas Sequenciais Bruno Nogueira brunoicufalbr Sistemas digitais Objetivos Sistemas digitais Analisar sistemas sequenciais Revisão Sistemas digitais Latch Latch sensível ao nível Latch sensível à borda Flilp Flop Registrador Circuito com realimentação Circuitos sequenciais Sistemas digitais Em geral circuitos sequenciais incluem todos os circuitos que não são combinacionais Circuitos sequenciais podem ser classificados como Síncronos Assíncronos Circuitos Assíncronos Race conditions Sistemas digitais Circuito abaixo não é combinacional pois ele tem realimentação Ele é chamado de assíncrono pois a saída é ligada diretamente na entrada Se o delay da porta NOT for grande o circuito fica imprevisível race conditions Circuitos síncronos Sistemas digitais Erros devido a race conditions são muito difíceis de corrigir Evitando race conditions o caminho da realimentação deve ser quebrado inserindo registradores Circuitos síncronos Combinação de elementos lógicos e registradores Os registradores só podem mudar nas bordas do clock por isso dizemos que são síncronos Mais fáceis de analisar e evitam race conditions Quais circuitos são síncronos Sistemas digitais Especificação de um circuito sincrono Sistemas digitais Um circuito sequêncial síncrono possui um conjunto finito de estados S1 S2 Sn Dado o estado atual e as entradas a especificação funcional de um circuito sequencial síncrono detalha Qual será o próximo estado Qual a saída Especificação temporal Tempo de setup tsetup e de hold thold que indicam quando as entradas devem permanecer estáveis Limite superior tpcq e inferior tccq até que a saída do circuito mude na subida clock Análise de máquinas de estados Sistemas digitais Objetivo determinar as equações que definem O próximo estado Festado atual entrada A saída Gestado atual Moore Gestado atual entrada Mealy Máquina de estados Sistemas digitais Máquina de estados de Moore saída depende apenas do estado atual Máquina de estados de Mealy saída depende do estado atual e entrada Análise de um circuito sequencial síncrono Os passos da análise podem ser divididos nas seguintes etapas 1 Determine as equações para as entradas de controle dos FFs equações de excitação 2 Substitua as equações características dos FFs nas equações do passo 1 equações de transição 3 Construa a tabela de transição 4 Nomeie os estados e construa a tabela de estados 5 Determine as equações de saída 6 Construa a tabela de estadosaída 7 Construa o diagrama de estados Máquina de estados com dois FFs D Esta é uma máquina de mealy pois a saída depende da entrada 1º e 2º passo da análise equações de excitação e transição Objetivo da análise Determinar as equações F e G da máquina de mealy 1 Equações de excitação determinam os sinais em função do estado atual e dos sinais de entrada Equações de excitação do circuito D0 Q0ENQ0EN D1Q1EN Q1Q0EN Q1 Q0 EM 2 Equações de excitação Sabendo que Q0D0 e Q1D1 equações de transição Q0 Q0ENQ0EN Q1Q1EN Q1Q0EN Q1 Q0 EN 3º Passo da análise tabela de transição 3 Tabela de transição A partir das equações acima a tabela de transição pode ser construída É possível observar que se trata de um contador síncrono de módulo 4 Q1 Q0 EN Q1 Q0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 4º Passo da análise Tabela de estados 4 Tabela de estados É possível nomear os estados Exemplo 00A 01B 10C e 11D Sistemas digitais S estado atual S próximo estado Tabela de estados 0 S EN S A 0 A A 1 B B 0 B B 1 C C 0 C C 1 D D 0 D D 1 A 5º e 6º Passo da análise Equações de saída e tabela de estadosaída 5 Equações de saída A equação de saída é MAX Q0 Q1 EN 6 Tabela de estadosaída Combinando esta equação com as informações de próximo estado é possível criar a tabela de estadosaída Sistemas digitais S EN S MAX A 0 A 0 A 1 B 0 B 0 B 0 B 1 C 0 C 0 C 0 C 1 D 0 D 0 D 0 D 1 A 1 7º Passo Diagrama de estados 7 Diagrama de estados Diagrama de estados apresenta os dados da tabela de estadosaída de forma gráfica Um círculo para cada estado Uma seta para cada transição Nomes dentro do círculo definem o nome do estado Máquina de mealy Máquinas de Moore Se o sinal EN for removido da porta AND na saída do circuito anterior temos uma Máquina de Moore Sistemas digitais As saídas podem ser escritas dentro dos estados já que elas dependem apenas deles S EN S MAXS A 0 A 0 A 1 B 0 B 0 B 0 B 1 C 0 C 0 C 0 C 1 D 0 D 0 D 1 D 1 A 1 Exercício analise o circuito Sistemas digitais