Introduccion a la logica secuencial

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INTRODUCCIÓN A LA LOGICA SECUENCIAL SINCRONA

Capítulo 8 del libro “Fundamentos de Lógica Digital con diseño VHDL” de Stephen Brown y Zvonko Vranesic

CONCEPTOS:

En los Circuitos Combinacionales las salidas están determinadas por completo por los valores presentes en las entradas.

En los Circuitos Secuenciales las salidas dependen de la conducta anterior del circuito, así como de losvalores presentes en las entradas.

Los Circuitos Secuenciales se realizan usando Lógica Combinacional y uno o más Flip-Flops.

La salida de un Flip-Flop depende de su estado en vez del valor de su entrada. Las entradas producen cambios en el estado. Las salidas de los Flip-Flop se conocen como el estado Q.

Los circuitos secuenciales también se llaman Máquinas de estado Finito (FSM). Elnombre proviene del hecho de que el comportamiento funcional de estos circuitos puede representarse mediante un número de estados finitos.

Se llama Circuito Secuencial Asincrono, cuando en el circuito secuencial NO se utiliza una señal de reloj para controlar la operación.

Se llama Circuito Secuencial Sincrono, cuando en el circuito secuencial SI se utiliza una señal de reloj para controlarla operación.

Forma general de un circuito secuencial síncrono

Reloj

W – Entrada
Q - Estado Q
Z - Salida

PASOS BÁSICOS PARA EL DISEÑO DE CIRCUITOS SECUENCIALES

1. Se obtiene la especificación del circuito buscado

2. Se derivan los estados para la máquina seleccionando primero un estado inicial. Luego, con la especificación del circuito se consideran todas lascombinaciones de las entradas al circuito y se crean estados nuevos según se requiera para que la maquina responda a estas entradas. Para seguir la pista de los estados a medida que se van considerando, se crea un diagrama de estado.

3. Se elabora una tabla de estado a partir del diagrama de estado. De manera opcional, tal vez sea conveniente crear directamente la tabla de estado en el paso 2, envez de crear primero un diagrama de estado.

4. En caso de que en el circuito se obtengan muchos estados es casi seguro que tendremos más estados de los que realmente se necesitan. Esto se corrige mediante un procedimiento que reduce al mínimo el número de estados.(Minimización).

5. Se decide el número de variables de estado necesarias para representar todos los estados y realizar laasignación de estos. Hay muchas asignaciones de estados posibles para un circuito secuencial. Algunas mejores que otras, las cuales nos pueden conducir a un circuito más simple.

6. Se elige el tipo de Flip-Flop que va a usarse en el circuito. Se derivan las expresiones lógicas del estado siguiente para controlar las entradas a todos los flip-flops y luego se derivan las expresiones lógicas para lassalidas del circuito.

7. Se implementa el circuito según lo indiquen las expresiones lógicas.

EJEMPLO SENCILLO PARA PRESENTAR LA TÉCNICA

BÁSICA DE DISEÑO.

Especificaciones:

Supongamos que deseamos diseñar un circuito que cumpla con las siguientes especificaciones:

• El circuito tiene una entrada w, y una salida z.
• Todos los cambios en el circuito debenocurrir en el flanco positivo de la señal de reloj.
• La salida z es igual a 1 si durante 2 ciclos de reloj inmediatamente anteriores, la entrada w era igual a 1. De lo contrario, z es igual a 0.

Por lo tanto el circuito detecta si dos o más 1 consecutivos ocurren en su entrada w. Los circuitos que detectan la ocurrencia de un patrón en particular en sus entradas se conocen comodetectores de secuencia.
A partir de esta especificación es evidente que la salida z no puede depender únicamente del valor presente en w. Para representar esto, considérese la secuencia de valores de las señales w y z durante 11 ciclos de reloj como se muestra en la siguiente tabla:

|Ciclo de Reloj |to |t1...
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