UNIDAD VI: CIRCUITOS L

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UNIDAD VI CIRCUITOS LÓGICOS SECUENCIALES

• Maquinas de Estados Finitos I

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MAQUINA DE ESTADOS FINITOS (FSM)

• La gran mayoría de algoritmos son implementados
  en software, esto se debe principalmente a la
  flexibilidad y facilidad de programación de los
  microprocesadores.
• Algunos algoritmos no pueden implementarse solo
  en software. Las razones pueden variar de acuerdo
  a la aplicación pero frecuentemente hacen
  referencia a una capacidad de procesamiento que
  NO PUEDE obtenerse con microprocesadores

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MAQUINA DE ESTADOS FINITOS (FSM)

• La solución para implementar estos algoritmos es
  utilizar hardware.
• Cuando un algoritmo se implementa en hardware,
  las maquinas de estado se emplean para acompañar
  la tarea (control).
• Una maquina de estados puede ser de la
  complejidad que se quiera y funciona de forma
  similar al software.
• La forma más simple de maquina de estados
• es un contador.

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MAQUINA DE ESTADOS FINITOS (FSM)

• Una FSM descompone un algoritmo en pasos
  (estados).
• Las transiciones entre estado pueden depender de
  una condición o evento, o pueden producirse en
  forma incondicional.
• Las condiciones y eventos están asociados a las
  entradas del circuito.
• Las maquinas de estado se representan por medio
  de Diagramas de Estados y Tablas de Transición de
  Estados.

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EJERCICIO 1

• Especificar en lenguaje natural el funcionamiento
  de una maquina expendedora de tiquetes por medio
  de estados

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EJERCICIO 1 SOLUCIÓN

• Paso 0 Sistema en espera, permanece en este
  paso mientras el usuario no presione un botón de
  selección de tiquete.

• Paso 1 El sistema despliega valor de tiquete
  seleccionado y queda en un estado de espera a que
  usuario ingrese el dinero.

• Paso 2 Cuando el usuario termina de ingresar
  dinero, el sistema verifica que tenga la devuelta
  para el valor ingresado, sino la tiene devuelve
  el dinero ingresado por el usuario y retorna al
  paso 0. Si la tiene entrega el tiquete
  seleccionado

• Paso 3 Finalmente el sistema entrega la
  devuelta y agradece la compra.

• Paso 4 Regresar a estado de Espera

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DIAGRAMA DE ESTADOS

• El Diagrama de Estados describe el comportamiento
  de un circuito secuencial en forma gráfica. Una
  FSM siempre tendrá un diagrama de estados
  asociado.
• Los Estados del circuito se simbolizan como
  círculos y se etiquetan con letras mayúsculas.
• Las transiciones entre estados se representan con
  flechas. Estas se rotulan con las entradas y el
  valor de estas que produjo la transición.
• Las salidas pueden aparecer ya sea en las flechas
  o en los círculos.

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DIAGRAMA DE ESTADOS

• Ejemplos de Diagramas de Estado

entrada/salida
5 estados
1 salida
A (0)
1 entrada
A
B (0)
B
E (1)
C (1)
C
D
D (0)
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DIAGRAMA DE ESTADOS

• Es muy importante tener en cuenta que si se tiene
  una variable de entrada simple, cada estado en el
  diagrama debe tener dos flechas salientes, una
  que corresponde a la entrada en un valor 1 y
  otra en un valor 0.
• Si fueran dos variables de entrada, deben salir
  de cada estado cuatro flechas que corresponderían
  a todas las posibles combinaciones entre las
  entradas 00, 01, 10 y 11.

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TABLA DE TRANSICION DE ESTADOS

• La tabla de transición de estados es otra forma
  de representar circuitos secuenciales y FSMs. Es
  utilizada principalmente en el algoritmo de
  diseño del sistema secuencial.

ESTADO ACTUAL ESTADO SIGUIENTE ESTADO SIGUIENTE SALIDA
ESTADO ACTUAL Ent0 Ent1 SALIDA





B
D
D
D
A
0
0
1
0
1
A
B
C
D
E
A
C
B
E
A
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CIRCUITOS MOORE

• Los circuitos cuyas salidas solamente son
  funciones del estado se denominan Circuitos
  Moore.
• En los Circuitos Moore las salidas se introduce
  dentro del estado, ya que la salida depende
  solamente del estado.

12
CIRCUITOS MOORE

• Diagrama de bloques de un circuito tipo moore

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CIRCUITOS MEALY

• Si las salidas de un circuito dependen del estado
  actual y de las entradas se denominan Circuitos
  Mealy.
• Estando en un estado si preguntamos por el valor
  de la salida, podemos no tener respuesta hasta
  que no se especifique el valor de la entrada en
  el siguiente intervalo.

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CIRCUITOS MEALY

• Tabla de transición de estados en un circuito
  mealy.

ESTADO ACTUAL ESTADO SIGUIENTE ESTADO SIGUIENTE
ESTADO ACTUAL 0 1
A A/0 B/0
B D/0 C/1
C B/0 A/0
D D/1 A/1
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CIRCUITOS MEALY

• Diagrama de bloques de un circuito tipo mealy

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MOORE vs. MEALY

• En el sistema de Moore la independencia de las
  salidas de las entradas hace más fácil seguir la
  operación del sistema en pasos a través de sus
  estados y por tanto hace mucho más fácil la
  detección de errores.
• Menos propenso a glitches en las salidas.

• En forma general la versión de Mealy de un
  circuito secuencial será más económica en
  componentes físicos que la versión de Moore.
• Debido a la dependencia de las salidas respecto a
  entradas, los circuitos Mealy pueden presentar
• glitches.

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MOORE vs. MEALY

• NOTA
• Cualquier Sistema secuencial se puede implementar
  con alguna de los dos tipos de circuitos moore ó
  mealy.
• Incluso es posible hacer combinaciones de ambos
  tipos de circuitos en un solo diseño.

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EJERCICIO 2

• Dibuje el diagrama de estados y la tabla de
  transición de estados de un circuito secuencial
  el cual da una salida Z 1 solamente cuando la
  entrada X es igual 1 durante 3 o más intervalos
  consecutivos de reloj.
• Utilice un circuito tipo Moore
• Utilice un circuito tipo Mealy

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EJERCICIO 2 SOLUCIÓN MOORE
0
A (0)
1
ESTADO ACTUAL ESTADO SIGUIENTE ESTADO SIGUIENTE SALIDA
ESTADO ACTUAL 0 1 SALIDA
A A B 0
B A C 0
C A D 0
D A D 1
0
B (0)
0
0
1
C (0)
1
D (1)
1
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EJERCICIO 2 SOLUCIÓN MEALY
0/0
A
ESTADO ACTUAL ESTADO SIGUIENTE ESTADO SIGUIENTE
ESTADO ACTUAL 0 1
A A/0 B/0
B A/0 C/0
C A/0 C/1
1/0
0/0
B
0/0
1/0
C
1/1
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EJEMPLO DETECTOR DE SECUENCIA

• Dibuje el diagrama de estados y la tabla de
  transición de estados de un circuito secuencial
  el cual da una salida Z 1 cuando por una
  entrada X a ingresado la secuencia de bits 1101.
  Para un circuito secuencial tipo
• Moore
• Mealy

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EJEMPLO DETECTOR DE SECUENCIA

• Circuito Moore

S0 0
E.A E.S E.S SALIDA Z
E.A X 0 X 1 SALIDA Z
S0
S1
S2
S3
S4
E.A E.S E.S SALIDA Z
E.A X 0 X 1 SALIDA Z
S0 S0 S1 0
S1 S0 S2 0
S2 S3 S2 0
S3 S0 S4 0
S4 S0 S2 1
S1 0
S2 0
S3 0
S4 1
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EJEMPLO DETECTOR DE SECUENCIA

• Circuito Mealy

E.A E.S E.S
E.A X 0 X 1
S0 S0/0 S1/0
S1 S0/0 S2/0
S2 S3/0 S2/0
S3 S0/0 S1/1
E.A E.S E.S
E.A X 0 X 1
S0
S1
S2
S3
S0 0
S1 0
S2 0
S3 0