ciruitos sequenciais

ciruitos sequenciais

Sistemas Digitais I LESI :: 2ºano

Questões Práticas de Sistemas Sequenciais

Bibliografia:secções 8.3.1, 8.4 (parte), 8.5 (parte), DP, Wakerly

António Joaquim Esteves João Miguel Fernandes w.di.u minho.pt/~aje

7. Questões Pr7. Questões Prááticas de Sistemas Sequenciais ticas de Sistemas Sequenciais

Registos de deslocamento (shift registers )

Contadores baseados em registos de deslocamento

PLDs sequenciais

7. Questões Pr7. Questões Prááticas de Sistemas Sequenciais ticas de Sistemas Sequenciais

A maiorpartedos sistemasdigitaisreaisédo tiposequencial.

O comportamentosequencialresultade ciclosde realimentação, de latchesou de flip-flopsquefazemo estadoactual do sistemadependerdo historialdas entradas.

Para queo númerode estadosde algunssistemasdigitaisreais(comoum computador) não atinja um valor extremamente elevado , éhabitual decompô- losempartes, comoporexemplo: caminhosde dados (data paths), bancosde registose unidadesde controlo.

Um sistema típico possui várias unidades funcionais com uma interface bem conhecida para elas poderem ser interligadas.

Por sua vez, uma unidade funcional pode também ser construída àcusta de blocos mais simples passíveisde ser tratadosde forma hierárquicae emníveis de abstracção diferentes.

7. Questões Pr7. Questões Prááticas de Sistemas Sequenciais ticas de Sistemas Sequenciais

--IntroduIntroduççãoão(2) (2) - -

Apesarde ossistemasdigitaispoderemser muitocomplexos, a maiorparte deles é contruídoemtornode umamáquinade estados .

Durante a décadade 80, o processoutilizadoparaprojectarumamáquinade estados era o queusouno 1ºexemplodo móduloanterior. Ouseja, escrevia-se a tabelade estados e saídas que após algumas transformações gerava a tabela de verdade para cadasaídacombinacional. A síntesemanual damáquinaterminavacom a simplificaçãodas expressõesdas saídasatravésde mapasde karnaugh(oude outro método qualquer).

Actualmente, a maiorparte dos projectistasdescrevea tabelade estadose saídasdas máquinas de estados numa HDL (comoABEL, VHDL ouVerilog).

Umaferramentade sínteseparaessaHDL processaa descriçãodamáquinade modo a efectuar uma síntese equivalente àefectuada manualmente e obtém uma implementação numadeterminadatecnologia(PLD, CPLD, FPGA ouASIC) escolhida, desde que seja suportada pela ferramenta.

7. Questões Pr7. Questões Prááticas de Sistemas Sequenciais ticas de Sistemas Sequenciais

--ContadoresContadores(1) (1) - -

Chama-se contadora um circuito sequencial síncrono queédescritoporum diagrama de estados que possui apenas um ciclo .

O modulusdo contador coincide com o númerode estados desse ciclo.

A um contadorcom mestadoschama-se um contadormódulo-m.

Um contadorcom um modulus quenãoépotênciade 2 possuialguns estadosquenãosãovisitadosno modonormal de funcionamento.

7. Questões Pr7. Questões Prááticas de Sistemas Sequenciais ticas de Sistemas Sequenciais

--ContadoresContadores(2) (2) - -

O tipode contadormaiscomuméo contadorbináriode n-bits.

Este contadoréimplementadocom nflip-flopse possui2 n estados, osquaissãovisitadosseguindoa sequência0, 1, 2,…,

Cadaestadoécodificadousandoo valorbináriode n-bits que correspondenteàposiçãodesseestadonasequência0, 1, 2,…, n -1. Exemplo: se um estadoestivernaposição0 ≤p≤2n

-1, o seu código éo valor binário que representa pem n-bits.

Um contadorbináriode n-bits podeser construídoapenascom n flip-flops tipo T, sem qualquer tipo de lógica combinacional. Numa implementaçãodestetipo, cadabit Q i do contadormudaquandoo bit Q i-1 imediatamenteantes (e menossignificativo) mudarde 1

O contadorédesignadoporcontadorde rippleporquea informaçãode transporteépropagadadesdeo LSB atéaoMSB.

7. Questões Pr7. Questões Prááticas de Sistemas Sequenciais ticas de Sistemas Sequenciais

--ContadoresContadores(3) (3) - -

Apesarde exigirmenoslógicado quequalqueroutrotipode contador, o contadorde rippletambémémaislento.

O piorcenário, queocorrequandoo MSB tiverquemudar, a saídasóé válida passados n*t TQ sobrea transiçãoascendentedo relógio.

(em que tTQ éo tempo de atrasoquea entradademoraa afectara saída dum flip-flop tipo T).

Num contadorsíncrono, o sinalde relógiode todososflip-flopsestá ligadoa um sinalCLKcomum.

Destemodo, a saídade todososflip-flopsmudade valorno mesmo instante, passadoum atrasotTQ apósa transiçãoascendentede CLK.

7. Questões Pr7. Questões Prááticas de Sistemas Sequenciais ticas de Sistemas Sequenciais

--ContadoresContadores(4) (4) - -

A saídaQ de cadaflip-flopT mudade valorse CNTEN estiveractivae todasas saídasQ de ordeminferior forem 1.

Tal comoo contadorde ripple, o contadorsíncrono tambémpodeser construídocom umaquantidadede lógicaporbit fixa. No exemploaolado, um flip-flopT com enablee umaportaAND de 2 entradas.

A estetipode contadortambémse chamacontador sériesíncronoporqueo sinalde enablese propaga emsériedesdeo LSB atéaoMSB.

Um contadorsíncronode rippleexigequese use flip-flopsT com enable.

Assim, a saídaQmudade valornatransiçãoascendentedaentradaTmasapenasse a entrada EN estiver activa.

7. Questões Pr7. Questões Prááticas de Sistemas Sequenciais ticas de Sistemas Sequenciais

--ContadoresContadores(5) (5) - -

Se o periododo relógiofor demasiado reduzido, poderánãodartempo paraqueo sinalde enablese propaguedesdeo LSB atéa oM SB.

Este problemaéeliminadose cadaentrada

EN for geradaporumaportaAND própria sem recurso aos EN’s de ordem inferior. Æ

A alteraçãointroduzidaresultano tipode contadorcom estruturamaisrápida: o contador síncrono paralelo .

7. Questões Pr7. Questões Prááticas de Sistemas Sequenciais ticas de Sistemas Sequenciais

--ContadoresContadores(6) (6) - -

O CI 74x163contémum contadorsíncrono bináriode 4-bits.

O contador éconstruído com flip-flops tipo D.

A entradasíncronaLD (load) permitecolocar o valordas entradasD-C-B-A nassaídasQ.

A entradasíncronaCLR (clear) permitefazer o resetdas saídasQ.

A saídaRCO (ripple carrydo MSB) é1, duranteum ciclode relógio, quandotodasas saídasQ e a entradaENTestiverema 1.

7. Questões Pr7. Questões Prááticas de Sistemas Sequenciais ticas de Sistemas Sequenciais

--ContadoresContadores(7) (7) - -

Tabelade estadosdo contador síncrono bináriode 4-bits 74x163.

7. Questões Pr7. Questões Prááticas de Sistemas Sequenciais ticas de Sistemas Sequenciais

--ContadoresContadores(8) (8) - -

Define ‘+’e ‘-’parao tipode dados sem sinal ÆUNSIGNED

Define um vector de zeros com a largurado vector alvoIQ

Soma semsinal

Descrição comportamental do contador síncrono binário de 4-bits 74x163.

7. Questões Pr7. Questões Prááticas de Sistemas Sequenciais ticas de Sistemas Sequenciais

--ContadoresContadores(9) (9) - -

Contador semelhante ao 74x163 mas que conta emexcesso de 3 (3,4,…,1,12,3,…).

7. Questões Pr7. Questões Prááticas de Sistemas Sequenciais ticas de Sistemas Sequenciais

--RegistosRegistosde de DeslocamentoDeslocamento(1) (1) - -

Um registode deslocamentoéum registode n-bits com a capacidadede deslocaremumaposiçãoo valor armazenado, emcadaciclode relógio.

(SEROUT)Æ

Um registode deslocamentocom entradae saídasérie possui apenas uma entrada (SE RIN) e uma saída

Na entradaSERIN aplica-se um novo bit a deslocaratéà saídadacadeiade F/Fs, um F/F emcadaciclodo relógio.

O bit aplicadonaentradasurge nasaídaSEROUT passadosnciclosdo relógioe saido registono ciclo seguinte (n+1 ).

Um registode deslocamentocom entradae saídasérie,e com n-bits, permiteatrasarum sinalemnciclosdo relógio.

7. Questões Pr7. Questões Prááticas de Sistemas Sequenciais ticas de Sistemas Sequenciais

--RegistosRegistosde de DeslocamentoDeslocamento(2) (2) - -

Um registode deslocamentocom entrada série e saída paralela possui uma saída para cadabit armazenado, colocando-os disponíveisem1Q a NQ.

Os registos deste tipo são utilizados para efectuar conversões de série para paralelo.

Podeaindaconstruir-se um registode deslocamentocom entradaparalelae saída sérieoucom entradae saídaparalela.

O registode deslocamentocom entradae saída paralela éútil naimplementação das operaçõesde SHIFTe ROTATE.

7. Questões Pr7. Questões Prááticas de Sistemas Sequenciais ticas de Sistemas Sequenciais

--RegistosRegistosde de DeslocamentoDeslocamento(3) (3) - -

O registode deslocamentocom 8-bits dos CIs74x164 e 74x166 sãounidireccionaisdado quesóefectuamo deslocamentodos bits numadirecção.

O CI 74x164édo tipoentradasériee saída paralela e possui uma entrada de resetCLR assíncrona.

O CI 74x166édo tipoentradaparalela e saídasérie, tambémcom uma entradade reset CLR assíncrona. O 74x166 regista a entrada quando

SH/LD é0e deslocaquandofor 1.

7. Questões Pr7. Questões Prááticas de Sistemas Sequenciais ticas de Sistemas Sequenciais

--RegistosRegistosde de DeslocamentoDeslocamento(4) (4) - -

O CI MSI 74x194éum registode deslocamentocom 4-bits e bi-direccional, do tipoentradae saídaparalela.

O registo de deslocamento ébi-direccional porque desloca os bits armazenadosemambasas direcções(direita/esquerda), de acordocom as entradasde controloS1 e S0.

O CI 7x194 éconsideradoum registode deslocamento universal, dado poderfuncionarcomoqualquerum dos tiposde registo de deslocamento menos genérico apresentado.

7. Questões Pr7. Questões Prááticas de Sistemas Sequenciais ticas de Sistemas Sequenciais

-- ContadoresContadores bas eados bas eados emem

Regis tos

Registosde de DeslocamentoDeslocamento(1) (1) - -

Podecombinar-se um registode deslocamentocom lógica combinacional para dar origem a uma máquina de estadoscom um diagramade estadoscíclicoÆ este tipo de circuito chama-se contador baseado num registode deslocamento(shift-register counter)

Um contadorbaseadonum registode deslocamentoé diferente dum contador binário porque não conta por ordem (ascendente oudescendente) e é utilizado em aplicacões de controlo.

O contadorbaseadonum registode deslocamento maissimples de todosempregaum registode deslocamentode n-bits paraobterum contadorcom n

estados, e dápelonomede contadoremanel Podeobter-se um contadoremanelde 4-bits a partirdumCI 74x194 (reg. de deslocamento).

7. Questões Pr7. Questões Prááticas de Sistemas Sequenciais ticas de Sistemas Sequenciais

-- ContadoresContadores bas eados bas eados emem

Regis tos

Registosde de DeslocamentoDeslocamento(2) (2) - -

QuandooRESETestáa 1, o contadoremanelcolocaABCD=0001 nasaída Q3Q2Q1Q0 (estado inicial).

No modonormal de funcionamento, comRESET=0, o contadorefectuao deslocamento àesquerda do valor das saídas.

O circuitonãoérobustoporquese o contadoratingirum estadoforado ciclo normal de 4 estados(0, 0101, 1010, 1, etc), vaipermanerforado ciclo.

7. Questões Pr7. Questões Prááticas de Sistemas Sequenciais ticas de Sistemas Sequenciais

-- ContadoresContadores bas eados bas eados emem

Regis tos

Registosde de DeslocamentoDeslocamento(3) (3) - -

Podeprojectar-se um contadorem anelcom mecanismode autocorrecçãode modoa quetodosos estadosforado ciclonormal possuam transições para estados dentro desse ciclo.

Um exemploéo contadorde 4-bits quese obtémcom um CI 74x194e uma porta NOR. Æ

A portaNOR éusadaparaaplicar um 1emLIN, apenasquandoos3 LSBs (Q2Q1Q0 ) forem 0.

7. Questões Pr7. Questões Prááticas de Sistemas Sequenciais ticas de Sistemas Sequenciais

-- ContadoresContadores bas eados bas eados emem

Regis tos

Registosde de DeslocamentoDeslocamento(4) (4) - -

Destemodo, todososestadosforado ciclonormalconduzema um estadodentro desse ciclo .

Independentementedo estadoanormalatingido, a correcçãoparao estadonormal 0001faz-se num máximode 4 ciclosde relógio, dispensandoa utilizaçãodoRESET.

7. Questões Pr7. Questões Prááticas de Sistemas Sequenciais ticas de Sistemas Sequenciais

-- PLDsPLDs

Sequenc iais

Sequenciais(1) (1) - -

Relembrara PAL combinacional16L8(vista parcialdo seudiagramalógico):

10entradasprimárias(I1..I10), 0saídasregistadas, 2saídascombinacionais(O1e O8), 6 entradas/saídas(IO2..IO7), cadaOR recebe7termosde produtoe cadaAND recebe16entradas.

64x32 fus íveis

7. Questões Pr7. Questões Prááticas de Sistemas Sequenciais ticas de Sistemas Sequenciais

-- PLDsPLDs

Sequenc iais

Sequenciais(2) (2) - -

A PAL sequencial16R8possuium flip-floptipoD entrea saídade cadaOR do array AND-OR e umasaídadaPAL.

O array AND-OR daPAL 16R8 éigualaodaPAL 16L8.

Todos os flip-flops partilham o mesmo sinal de relógio CLK .

Cadaflip-flopligaa um buffer tri-state, queporsuavezligaaoexterior daPAL atravésdumpino. Todososbufferspartilhamo mesmosinalde output enable OE.

7. Questões Pr7. Questões Prááticas de Sistemas Sequenciais ticas de Sistemas Sequenciais

-- PLDsPLDs

Sequenc iais

Sequenciais(3) (3) - -

As entradasdo array AND-OR daPAL 16R8 sãoas entradasprimáriasI1 aI8da

PAL (naforma directae complementada) maisas saídasdos 8 flip-flops (na forma directae complementada).

O facto de as saídasdos flip-flops alimentaremo array AND-OR facilitaa implementaçãodo blocoquegeraas transiçõesde estadonasmáquinasde estados.

CaracterísticasdaPAL 16R8: 8entradasprimárias, 8saídasregistadas, 0saídas combinacionais, 0entradas/saídas, cadaOR recebe8termosde produtoe cada AND recebe 16 entradas.

A variante16R6de PAL dispõede 2entradas/saídas(sendoas saídas combinacionais) e 6saídasregistadas.

Comentários