Lógica Sequencial - CIs contadores e exercícios

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  • CENTRO FEDERAL DE EDUCAO TECNOLGICA DE SANTA CATARINA

    GERNCIA EDUCACIONAL DE ELETRNICA CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM SISTEMAS DIGITAIS

    LGICA SEQENCIAL

    Prof. Joel Lacerda Prof. Wilson B. Zapelini

    FLORIANPOLIS 2006

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    SUMRIO Pgina1 A NECESSIDADE DA MEMRIA OU ESTADO SEQENCIAL .................. 02 1.1 Conceito de memria ............................................................................... 02 1.2 Impacto da memria seqencial no desempenho de sistemas

    automatizados .........................................................................................

    04 1.3 Obteno do efeito memria (buffer realimentado) .................................. 04 2 A DEFINIO DE FLIP-FLOPS .................................................................... 06 2.1 Flip-flop SR bsico ................................................................................... 06 2.2 Diagrama de tempo .................................................................................. 07 3 APERFEIOAMENTO DO FLIP-FLOP ......................................................... 08 3.1 Necessidade de sincronismo .................................................................... 08 3.2 Lgica (terminais e estados) .................................................................... 08 3.3 Flip-flop SR comandado por pulso de clock ............................................. 08 3.4 Flip-flop JK (eliminao do estado proibido) ............................................ 09 3.5 Flip-flop JK Mestre-Escravo (eliminao da oscilao) ............................ 10 3.6 Flip-flop JK Mestre-Escravo com terminais de programa entradas

    preset e clear ...........................................................................................

    11 3.7 Flip-flop T (Toggle) ................................................................................... 11 3.8 Flip-flop D (Data) ...................................................................................... 12 Experincia 1 ................................................................................................. 18 4 REGISTRADORES DE DESLOCAMENTO ................................................... 20 4.1 Conceito ................................................................................................... 20 4.2 Caractersticas .......................................................................................... 20 4.3 Aplicaes ................................................................................................ 20 4.4 Classificao ............................................................................................ 20 4.5 Configuraes .......................................................................................... 20 4.6 Registrador de deslocamento usado como divisor por 2 ......................... 23 4.7 Registrador de deslocamento usado como multiplicador por 2 ................ 23 Experincia 2 .................................................................................................. 26 5 CONTADORES .............................................................................................. 26 5.1 Contadores assncronos ........................................................................... 26 5.2 Contadores sncronos .............................................................................. 34 5.3 Contadores para circuitos temporizados .................................................. 38 5.4 Contadores integrados ............................................................................. 39 Experincia 3 .................................................................................................. 50 Experincia 4 .................................................................................................. 52 Experincia 5 .................................................................................................. 53 6 MEMRIAS SEMICONDUTORAS ................................................................ 55 6.1 Introduo ................................................................................................. 55 6.2 Estrutura e organizao da memria ....................................................... 55 6.3 Princpios de operao ............................................................................. 56 6.4 Estruturas de endereamento .................................................................. 57 6.5 Classificao das memrias ..................................................................... 59 6.6 Tipos de memrias ................................................................................... 61 Experincia 6 .................................................................................................. 74 7 MQUINAS DE ESTADOS ............................................................................ 79 7.1 Modelo geral ............................................................................................. 79 7.2 Anlise de mquinas de estados .............................................................. 80 7.3 Sntese de mquinas de estados ............................................................. 85 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ................................................................. 92

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    1 A NECESSIDADE DA MEMRIA OU ESTADO SEQENCIAL 1.1 CONCEITO DE MEMRIA Qualquer dispositivo ou circuito que tem dois estados estveis dito biestvel como, por exemplo, uma chave de conexo. Ela pode estar aberta ou fechada, dependendo da posio da alavanca. Esta chave possui uma memria, visto que ela permanecer em um estado definido at que algum ou algo mude a posio da alavanca. Quando um sinal de entrada aplicado num dispositivo, a sada muda em resposta entrada. Quando o sinal de entrada removido, a sada retorna ao seu estado original. Este dispositivo no exibe a propriedade de memria, j que sua sada volta ao estado anterior. Existem dispositivos e circuitos digitais que possuem memria, onde quando um sinal de entrada aplicado, a sada poder mudar seu estado, mas permanecer neste estado mesmo aps a entrada ter sido removida. Esta propriedade de reter sua resposta a uma entrada momentnea chamada memria.

    Portanto, memria todo dispositivo que permite a perpetuao de uma informao ao longo do tempo. Costumamos classificar como tendo capacidade de memria a mente humana e os processadores digitais, mas h inmeras outras formas de memria. Os livros, as fotografias, os discos de msica so tambm dispositivos de memria. Mesmo coisas muito simples podem funcionar como memrias. Conta-se que Albert Einstein usava a caneta no bolso esquerdo ou direito para lembrar se j havia almoado ou no. Portanto, a memria que nos d, pela lembrana do passado, a noo de tempo. Sem ela, viveramos num eterno presente, no poderamos discriminar o que , daquilo que j foi e do que ser. o que ocorre aos sistemas digitais baseados em lgica combinacional. Os estados de suas sadas so dependentes apenas dos estados presentes (instantneos) das entradas, logo, estes sistemas no conseguem lidar com a varivel tempo e perceber seqncias de eventos, portanto, so incapazes de resolver qualquer problema que envolva a noo de tempo. Tome-se o exemplo do controle automtico de enchimento de uma caixa dgua. Pretende-se que o sistema controle a vlvula de entrada V a partir de dois sensores de nvel de gua A e B, como no esquema a seguir.

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    A V B Pretende-se que a vlvula V seja aberta quando o sensor B estiver descoberto e s volte a ser fechada quando o sensor A estiver coberto. Se tentarmos resolver o problema usando lgica combinacional, obtm-se a tabela da verdade. Usando a conveno para: - Sensores A e B: 0 descoberto; 1 coberto - Vlvula V : 0 fechada; 1 aberta

    A B V 0 0 1 0 1 ? (0 quando esvazia e 1 quando enche) 1 0 X (impossvel) 1 1 0

    Portanto, alguma varivel precisa informar lgica se no momento a caixa est em processo de enchimento ou esvaziamento, lembrando qual foi o ltimo estado alcanado, isto , cheio (V=0) ou vazio (V=1). O novo diagrama mostrado abaixo. A V B M Uma nova tabela da verdade, incorporando a varivel de memorizao mostrada abaixo.

    M A B V 0 0 0 1 (liga vlvula, caixa acabou de esvaziar) 0 0 1 0 (caixa esvaziando) 0 1 0 X (impossvel) 0 1 1 0 (vlvula foi recentemente desligada) 1 0 0 1 (vlvula foi recentemente ligada) 1 0 1 1 (caixa enchendo) 1 1 0 X (impossvel) 1 1 1 0 (desliga vlvula, caixa acabou de encher)

    Ao conjunto do bloco combinacional mais o dispositivo de memria chamamos lgica seqencial. Nesta lgica, os estados presentes das sadas no dependem apenas dos estados das entradas, mas tambm dos estados anteriores do prprio sistema. Para a soluo do problema da caixa dgua usamos um dispositivo de memria capaz de armazenar um bit, que a definio funcional de flip-flop.

    LGICA COMBINACIONAL

    LGICA COMBINACIONAL

    MEMRIA

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    1.2 IMPACTO DA MEMRIA SEQENCIAL NO DESEMPENHO DE SISTEMAS

    AUTOMATIZADOS Os sistemas digitais dividem-se em duas classes: sistemas combinacionais e sistemas seqenciais. Nos sistemas combinacionais, uma sada no tempo t depende somente da entrada no tempo t. Neste caso, o sistema no tem memria porque a sada no depende de entradas prvias. Portanto, a sada dependente, nica e exclusivamente, das variveis de entrada. Exemplo: um cadeado de cdigos (usado para prender bicicletas) o cadeado ser aberto num dado tempo t quando o cdigo do cadeado colocado nas entradas em t, sem considerar a histria nas entradas. Se for o cdigo 234, por exemplo, o cadead