Diseño de Sistemas

Secuenciales Síncronos.

Registros y contadores

Tema 9

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

Autómatas de Estado Finitos

Máquina de estados: Modelo matemático

que describe los circuitos secuenciales

síncronos

E = { E1, ..., En} conjunto de entradas

Z = { Z1, ..., Zm} conjunto de salidas

Q = { Q1, ..., Qp} conjunto de estados

l : Q x E Z función de salida

d : Q x E Q función de transferencia

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

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

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

Diagramas de Estado

Representación gráfica de los Autómatas de Estados

Finitos (Finite State Machines, FSM)

Ejemplo de Diagrama de

Transición de Estados (DTE)

Análisis de Sistemas

Secuenciales Síncronos

Objetivo: obtener el DTE a partir de un circuito

Pasos:

Obtener la expresión para la función/es de salida

Obtener las expresiones para las funciones de

transición (entradas a biestables)

Rellenar la tabla de verdad (ecuaciones de

excitación)

Dibujar el diagrama

El circuito

Las expresiones

Función Expresión

Z(t) (x’+Q1’+Q2)’

J1 ((Q1’Q2)’x)’

K1 x’

J2 x

K2 Q2

Tabla de verdad y diagrama

Síntesis o Diseño de

Sistemas Secuenciales Síncronos

Pasos:

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 a los biestables y de salidas, en

funciones de las entradas del sistema y, si se da

el caso, de las salidas de los biestables

Implementación del circuito

Ejemplo: reconocedor de secuencias

Secuencia a reconocer: 1101

Definición de estados

Codificación de estados

Diagrama 0/0

Ejemplo: reconocedor de secuencias (II)

Tabla de transición y excitación

Minimización de las función (Karnaugh)

Ejemplo: implementación

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 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

Registros y Contadores

¿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

Tipos de Registros

Registro con Entrada y Salida Paralela

E0

E1

E2

Preset_n

Reloj

Clear_n

S0

S1

S2

D QPR

CLR

D QPR

CLR

D QPR

CLR

Preset_n

Reloj

Clear_n

Registro con Entrada y Salida Serie

Reloj

Entrada serie

Salida serie

Entrada Serie / Salida Paralela

Reg. Entrada Paralela y Salida Serie

Preset_n

Reloj

Clear_n

E0

E1

E2

Preset_n

Reloj

Clear_n

Carga/descarga_n

Carga/descarga_n

Q1

Q2

Salida

Contenido

Salida D QPR

CLR

D QPR

CLR

D QPR

CLR

A

B

S

A

B

S

A

B

S

Y

Y Y

MULTIPLEXOR MULTIPLEXOR

MULTIPLEXOR

Registro de desplazamiento universal

Aplicación de los registros de desplazamiento: UART

(Universal Asynchronous Receiver-Transmitter)

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)

Contadores Asíncronos (I)

s0 s1 s2

Contadores Asíncronos (II)

s0 s1 s2

Contadores Asíncronos (y III)

s0 s1 s2

Diseño Contadores Síncronos (I)

Paso 1: Diagrama de estados

Diseño de Contadores Síncronos (II)

Paso 2: tabla de transición de estados

Diseño de Contadores Síncronos (III)

Mapas de Karnaugh

Diseño de Contadores Síncronos (y IV)

Implementación

CLK

Q0

Q1

Q2

Contadores basados en

Registros de desplazamiento (I)

s2 s1 s0

Contadores basados en

Registros de desplazamiento (y II)