SISTEMAS
DIGITALES II
FIEC00745
FACULTAD DE INGENIERIA EN
ELECTRICIDAD Y COMPUTACION
Ing. Ronald Ponguillo Intriago
rpongu...
CAPITULO 2
CIRCUITOS SECUENCIALES
SINCRÓNICOS
Ing. Ronald Ponguillo Intriago
rponguil@espol.edu.ec
Temas a tratar…
 Diagrama ASM (Algorithmic State Machine).
Ing. Ronald Ponguillo Intriago3
Generalidades
 Los Diagramas de Estados y tablas de Estado Presente
y Siguiente son convenientes para describir el
compor...
Ing. Ronald Ponguillo Intriago5
Un Diagrama ASM utiliza tres tipos de elementos:
1. Bloque de Estado.
Nombre
de Estado Cód...
Ing. Ronald Ponguillo Intriago6
2. Bloque de Decisión
F VInput
El diamante indica que en un determinado estado la MSS preg...
Ing. Ronald Ponguillo Intriago7
3. Bloque de Salida Condicional.
Salidas condic.
Este oval indica que debe ser generada la...
Equivalencia entre el Diagrama de
Estados y el Diagrama ASM
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 Diagrama de Estados.
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2) Elaboramos la tabla de estados presentes y siguientes.
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3). Escribimos las ecuaciones de salida.
Tenemos dos salidas de las cuales la salida Out1...
EJEMPLO
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Diseño del circuito Controlador con
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  • 08/19/13 Ing. Ronald Ponguillo Intriago FUNDAMENTOS DE ROBOTICA
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    1. 1. SISTEMAS DIGITALES II FIEC00745 FACULTAD DE INGENIERIA EN ELECTRICIDAD Y COMPUTACION Ing. Ronald Ponguillo Intriago rponguil@espol.edu.ec
    2. 2. CAPITULO 2 CIRCUITOS SECUENCIALES SINCRÓNICOS Ing. Ronald Ponguillo Intriago rponguil@espol.edu.ec
    3. 3. Temas a tratar…  Diagrama ASM (Algorithmic State Machine). Ing. Ronald Ponguillo Intriago3
    4. 4. Generalidades  Los Diagramas de Estados y tablas de Estado Presente y Siguiente son convenientes para describir el comportamiento de las MSS que tienen pocas entradas y pocos estados.  Para las MSS más grandes los diseñadores a menudo utilizan una forma diferente de representación llamada el Diagrama de Maquina de Estado Algorítmica (ASM).  Un Diagrama ASM es una especie de diagrama de flujo que puede ser usada para representar las transiciones de estados y las salidas generadas por una MSS. Ing. Ronald Ponguillo Intriago4
    5. 5. Ing. Ronald Ponguillo Intriago5 Un Diagrama ASM utiliza tres tipos de elementos: 1. Bloque de Estado. Nombre de Estado Código de Ta 000 identificación Salidas incondic. (modelo Moore) ejemplo: Clr, Load Este rectángulo es equivalente a un círculo del Diagrama de Estado. Dentro del bloque de estado se indican todas las salidas que debe generar la MSS en este estado que dependen solo de los valores de variables de Estado Presente, es decir, son salidas incondicionales. No es necesario indicar Clr = 1, es suficiente solo escribir Clr.
    6. 6. Ing. Ronald Ponguillo Intriago6 2. Bloque de Decisión F VInput El diamante indica que en un determinado estado la MSS pregunta por el valor de una de sus entradas y dependiendo del valor de esta entrada elije cual será el estado siguiente.
    7. 7. Ing. Ronald Ponguillo Intriago7 3. Bloque de Salida Condicional. Salidas condic. Este oval indica que debe ser generada la salida condicional (modelo Mealy). Esta salida depende de los valores de las variables de Estado Presente y de las entradas de la MSS.
    8. 8. Equivalencia entre el Diagrama de Estados y el Diagrama ASM Ing. Ronald Ponguillo Intriago8  Diagrama de Estados. Formato: In / Out1 Out2 0 / 00 1 / 10 d / 00 d / 00 d / 01 a c b d 1). Asignamos los códigos de estados. y1 0. 2. a d 1. 3. y0 c b
    9. 9. Ing. Ronald Ponguillo Intriago9 2) Elaboramos la tabla de estados presentes y siguientes. Est. Pre. Est. Sig. y2 y1 In Y2 Y1 Out1 Out2 a 0. 0 0 0 0 1 0 0 1. 0 0 1 1 1 1 0 c 2. 0 1 0 0 0 0 0 3. 0 1 1 0 0 0 0 d 4. 1 0 0 0 0 0 1 5. 1 0 1 0 0 0 1 b 6. 1 1 0 1 0 0 0 7. 1 1 1 1 0 0 0
    10. 10. Ing. Ronald Ponguillo Intriago10 y1 0 0 1 0 Y1 = /y1•/y0•In + y1•y0 In 1 0 1 0 y0 y1 1 0 0 0 Y0 = /y1•/y0 In 1 0 0 0 y0 y1 0 0 0 0 Out1 = /y1•/y0•In In 1 0 0 0 y0 y1 0 0 0 1 Out2 = y1•/y0 In 0 0 0 1 y0 3). Implementamos los mapas para las variables de estado siguiente Y1 y Y0 y las Out1 y Out2.
    11. 11. Ing. Ronald Ponguillo Intriago11 Diagrama ASM. Ta F V Tc Tb Td In Out1 Out2 1). Asignamos los mismos Códigos de Estados. y1 0. 2. Ta Td 1. 3. y0 Tc Tb
    12. 12. Ing. Ronald Ponguillo Intriago12 2). Implementamos los mapas del Decodificador de Estado Siguiente. y1 0. 2. In 0 1. 3. Y1 y0 0 1 y1 0. 2. 1 0 1. 3. Y0 y0 0 0 Para llenar los mapas del Decodificador de Estado Siguiente se debe analizar los cambios de variables de estado en cada estado del Diagrama ASM. Es aconsejable llenar al mismo tiempo las celdas correspondientes al mismo estado en todos los mapas.
    13. 13. Ing. Ronald Ponguillo Intriago13 3). Escribimos las ecuaciones de salida. Tenemos dos salidas de las cuales la salida Out1 es condicional y la salida Out2 es incondicional. Out1 = Ta • In = /y1• /y0• In Out2 = Td = y1• /y0
    14. 14. EJEMPLO Ing. Ronald Ponguillo Intriago14 Dado el Diagrama de Estados de una MSS: Transfórmalo en un Diagrama ASM. Impleméntalo con flip-flops, mux, decodificador y puertas lógicas adicionales necesarias, asumiendo el código de estados dado. Resetn 0Ø/000 1Ø/000 1Ø/000 00/000 01/000 Ø1/100 Ø0/000 Ø0/100 Ø1/000 Ø1/100 Ø0/100 Ø0/001 1/010 a d b c e f y2y1 y0 00 01 11 10 0 0. a 2. e 6. Ø 4. f 1 1. b 3. c 7. Ø 5. d Formato: Start Data / Err One Zero
    15. 15. Resolución. Ing. Ronald Ponguillo Intriago15 Resetn Ta 000 0 Tb 1 001 1 0 0 1 Tc 011 Td 101 1 0 Te 0 010 Tf 1 100 0 1 0 1 Start Err Start Data Data Data Err Err Data Data Zero One Err
    16. 16. Ing. Ronald Ponguillo Intriago16 y2 0. 0 2. Data 6. Ø 4. 0 Y2 y0 1.Startn*Data 3. Data 7. Ø 5. Data y1 y2 0. 0 2. 0 6. Ø 4. Datan Y1 y0 1.Startn*Datan 3. Datan 7. Ø 5. Datan y1 y2 0. Start 2. Data 6. Ø 4. Datan Y0 y0 1. 1 3. Data 7. Ø 5. Datan y1 Zero = Te Datan One = Tf Data Err = (Tc + Te) Data + (Td + Tf) Datan
    17. 17. Ing. Ronald Ponguillo Intriago17
    18. 18. Diseño de una MSS con Diagrama ASM. Ing. Ronald Ponguillo Intriago18 Ejemplo. Diseñar una MSS que funciona como Circuito de Cuatro Luces y tiene la entrada Start y la entrada X representadas con dos botoneras y cuatro salidas A, B, C y D representadas con cuatro diodos LED. El circuito debe funcionar de la siguiente manera: Inicialmente se debe presionar y soltar la botonera de la entrada Start. Luego se presiona la botonera X. Se prende el LED de la salida A y se mantiene prendido mientras la botonera X sigue presionada. Al soltar la botonera X, el LED A se apaga y se prende el LED B, y así sucesivamente hasta el LED D. Al apagarse el LED D el circuito regresa al estado inicial a esperar que la botonera de la entrada Start se presione de nuevo.
    19. 19. Ing. Ronald Ponguillo Intriago19 Si se presiona la botonera X por segunda vez, mientras la luz esta desplazándose de A hasta D, la luz regresa al LED anterior y este LED permanece prendido mientras se mantenga presionada la botonera X. Al soltarla la luz sigue desplazándose hacia LED D. Start A Controlador B X del circuito C de cuatro luces D Clock Resetn
    20. 20. Ing. Ronald Ponguillo Intriago20 Resetn Ta 0 Tb 1 1 Tc 0 0 Td 1 1 Te 0 1 Tf 0 Th 1 0 1 Tg 0 Ti 0 1 0 1 Start B A Start B X X X X X Cnt=15 X C D C
    21. 21. Descripción en VHDL. Ing. Ronald Ponguillo Intriago21
    22. 22. Ing. Ronald Ponguillo Intriago22
    23. 23. Ejemplo Maquina Vendedora de colas Ing. Ronald Ponguillo Intriago23
    24. 24. Diseño del circuito Controlador con método tradicional. Ing. Ronald Ponguillo Intriago24 1). Una vez que tenemos el Diagrama ASM diseñada, se requiere asignar el código de identificación para cada estado. El numero de bits de código depende de del numero de estados. Para asignar a los siete estados los códigos diferente se requiere el código de tres bits. Ta F Tb V Tb V F Tc F Tc V F F V Td Tf F V F F Te V Tg V MP MP A<B A=B RN DP CR PDR Dec Acc Clear Acc
    25. 25. Ing. Ronald Ponguillo Intriago25 Este significa que Bloque de Memoria de Estados debe tener tres flip-flops. En asignación de códigos de estados para el Diagrama ASM se debe aplicar las mismas reglas que en asignación de código en el Diagrama de Estados. Es decir, hay que tratar de escoger los códigos de tal manera, para que el código entre un estado y el siguiente tenga la distancia unitaria. Esta regla proporciona menor tamaño del Decodificador de Estado Siguiente y mayor estabilidad de funcionamiento del circuito. Asignaremos los códigos de la siguiente manera: y2 0. Ta 2. Td 6. Tf 4. Tg y0 1. Tb 3. Tc 7. Te 5. Td y1
    26. 26. Ing. Ronald Ponguillo Intriago26 y2 0. 0 2. CR 6. 1 4. 0 Y2 y0 1. 0 3. A=B 7. 0 5. Ø y1 y2 0. 0 2. 1 6. /PDR 4. 0 Y1 y0 1. /CP 3. /A<B 7. 1 5. Ø y1 y2 0. CP 2. CR 6. 0 4. 0 Y0 y0 1. 1 3. 0 7. 1 5. Ø y1 2). Elaborar los mapas del Decodificador de Estado Siguiente. Se puede simplificar los mapas e implementar las expresiones para Y2, Y1 y Y0 utilizando puertas lógicas. Pero lo mas practico en este caso es utilizar los Multiplexores de 8-a-1 cuyas entradas deben ser conectadas como lo indican los mapas.
    27. 27. Ing. Ronald Ponguillo Intriago27 3). El circuito Controlador debe generar cuatro salidas incondicionales. Ecuaciones del Decodificador de Salida: RN = Td = /y2 • y1 • /y0 DA = Te = y2 • y1 • y0 DP = Tf = y2 • y1 • /y0 CA = Tg = y2 • /y1 • /y0 Las expresiones de salida también pueden ser implementadas utilizando puertas lógicas. Pero es mas practico usar un Decodificador de 3-a-8.
    28. 28. Ing. Ronald Ponguillo Intriago28 4). Utilizando el Editor Grafico ingresamos el circuito en software Quartus II, compilamos en modo Funcional y creamos Default Symbol del circuito Controlador que luego podemos utilizar para implementar la Partición Funcional del Sistema Digital diseñada. Diagramas de Tiempo.
    29. 29. Ing. Ronald Ponguillo Intriago29
    30. 30. Ing. Ronald Ponguillo Intriago30
    31. 31. Ing. Ronald Ponguillo Intriago31
    32. 32. Ing. Ronald Ponguillo Intriago32
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