Projeto de Sistemas Sequenciais Síncronos em Sistemas Digitais

Sistemas digitais Projeto de sistemas sequênciais síncronos Bruno Nogueira brunoicufalbr Sistemas digitais Projeto de sistemas sequênciais síncronos O processo é feito de forma aproximadamente inversa à análise de um circuito 1 Diagrama de estados 2 Tabela de estados e saídas 3 Escolha dos FF 4 Codificação dos estados 5 Tabela de transição 6 Equações de excitação 7 Equações da saída 8 Projeto do circuito Sistemas digitais Exemplo de projeto 1 Sistemas digitais deslig ado ligado Entradas X chamar Y cancelar Saídas Z luz Mealy X1Z1 Y1Z0 Y0Z1 X0Z0 deslig ado Z0 ligado Z1 Moore X1 Y1 Y0 X0 Sistema de chamada de aeromoça Exemplo de projeto 2 Sistemas digitais Sistema de sincronização do botão Comportamento desejado Botões no FPGA Sinal deve ficar em alto exatamente por um ciclo Evita que um aperto seja detectado como múltiplos apertos Exemplo de projeto 2 Comportamento desejado A bo0 B bo1 Diagrama de Moore bi 1 bi 0 bi 0 C bo0 bi 1 bi 1 bi 0 Exemplo de projeto 3 Entradas X chamarcancelar Saídas Z luz deslig ado Z0 ligado Z1 Moore X1 X1 Sistema de chamada de aeromoça apenas um botão Não funciona pois pode detectar mais de um aperto X0 X0 Exemplo de projeto 3 arquitetura 1 Entradas X chamarcancelar Saídas Z luz Sistema de chamada de aeromoça apenas um botão Sistema de tratamento do botão Sistema acionamento do lâmpada X Z aux Exemplo de projeto 3 arquitetura 1 Sistema de chamada de aeromoça apenas um botão Sistema acionamento do botão Sistema acionamento do lâmpada X Z aux A aux 0 B aux 1 X 1 X 0 X 0 C aux 0 X 0 X 1 X 1 deslig ado Z0 ligado Z1 aux 1 aux 1 X0 aux 0 aux 0 Exemplo de projeto 3 arquitetura 2 Entradas X chamarcancelar Saídas Z luz Sistema de chamada de aeromoça apenas um botão D2 Z0 L1 Z1 Diagrama de Moore X1 X0 L2 Z1 X0 X 0 X1 D1 Z0 X1 X0 X1 Exemplo de projeto 4 Identificador de sequência Exemplo Quando a sequência 0101 ocorrer o circuito deve gerar 1 Sistemas digitais Aplicação Projeto adotando Modelo de Moore A especificação do problema não define o que acontece quando o circuito é iniciado Portanto o circuito iniciará no estado A nenhuma entrada da sequência foi inserida Sistemas digitais Circuitos digitais Projeto adotando Modelo de Moore No estado A duas coisas podem acontecer Nível BAIXO na entrada pode significar o início da sequência portanto a máquina deve transitar para um novo estado Nível ALTO na entrada não é o início da sequência portanto a máquina deve continuar no estado inicial Saída é 0 em ambos os casos Sistemas digitais Projeto adotando Modelo de Moore No estado B duas coisas podem acontecer Nível ALTO na entrada Os dois primeiros bits da sequência foram detectados portanto a máquina vai para o próximo estado Nível BAIXO na entrada Não é o 2º bit da sequência No entanto o 0 pode ser o início de uma nova sequência Sistemas digitais Projeto adotando Modelo de Moore Exercício Complete o modelo com as transições do estado C Sistemas digitais Projeto adotando Modelo de Moore No estado D novamente duas coisas podem ocorrer Caso a entrada seja 1 o circuito transita para o estado E e finalmente a saída é 1 Caso a entrada seja 0 o circuito retorna para o estado B Circuitos digitais Projeto adotando Modelo de Moore O estado E não é o final pois novos bits aparecerão na entrada Problema A especificação não é clara O que acontece quando entra um novo bit 0 Duas interpretações início de uma nova sequência ou uma sequência sobreposta Opção escolhida Sistemas digitais Projeto adotando Modelo de Moore Mealy x Moore Sistemas digitais Qual dos dois modelos escolher Ambiguidades no diagrama Qual o problema do diagrama abaixo que tem duas entradas x e y e uma saída z Sistemas digitais AZ0 BZ0 CZ1 X1 Y1 O que aconteceria se x e y fossem ambos 1 Ambiguidades no diagrama Possível solução Sistemas digitais AZ0 BZ0 CZ1 X1 e Y0 Y1 e X0 O novo diagrama deixou de ser ambíguo pois os arcos saindo do estados são mutuamente exclusivos dois ou mais arcos não podem ser verdadeiros ao mesmo tempo e coletivamente exaustivos algum arco é verdadeiro para uma dada entrada X1 e Y1 ou X0 e Y0 Ambiguidades no diagrama O Modelo anterior também pode ser representado assim Sistemas digitais AZ0 BZ0 CZ1 X Y YX Mutuamente exclusivos verificar se para qualquer par de arcos saindo de um estado o produto lógico é 0 Coletivamente exaustivos verificar se a soma lógica das expressões dos arcos saindo de um estado é 1 XY XY Exercício Implementar uma máquina de vender bombom Características Recebe moedas de 5 e 10 centavos Não dá troco Libera o bombom quando o valor é igual ou superior a 15 centavos Sistemas digitais Exercício Faça um diagrama de estados da seguinte especificação O sistema tem duas entradas A e B e uma saída Z A saída deve ser 1 quando i A tiver dois valores iguais nos dois clocks anteriores ou ii B for 1 desde a última vez que a condição i foi verdadeira Sistemas digitais Reposta do exercício Sistemas digitais IZ0 A0Z0 OK0Z1 OK1Z1 A1Z0 A A A A A A A B AB AB AB Projeto de sistemas sequênciais síncronos Depois de construído o diagrama de estado o próximo passo é construir a tabela de estadossaída Circuitos digitais Tabela de estados Para o problema 1 Moore Circuitos digitais S estado atual Próximo estado Saída X0 X1 A B A 0 B B C 0 C D A 0 D B E 0 E D A 1 Tabela de estados Para o problema 1 Mealy Circuitos digitais S estado atual Próximo estadoSaída X0 X1 A B0 A0 B B0 C0 C D0 A0 D B0 C1