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Ejercicios de binarios, Guías, Proyectos, Investigaciones de Informática

Informática

Practicas con ejercicios para resolver de binarios

Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones

2022/2023

Subido el 02/03/2024

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Fundamentos de los Computadores. Curso 2023/24 Práctica 4
Tema 4: Sistemas Secuenciales 1
PRÁCTICA 4
SISTEMAS SECUENCIALES
En esta práctica se plantean una serie de ejercicios y problemas que tienen como objetivo que el
estudiante realice implementaciones que implican el uso de biestables, compruebe su funcionamiento y
los asocie para realización de circuitos complejos que constituyan una máquina de estados finitos.
Se deberá realizar una memoria de la práctica en el que aparezcan las operaciones y diseños realizados,
así como los resultados algebraicos, numéricos o gráficos obtenidos como solución a cada ejercicio. El
método de presentación será a través del UACloud mediante la Entrega de Práctica que se habilitará para
ello. El formato de presentación, para evitar problemas a la hora de la visualización, será preferentemente
pdf. Se deben enviar junto con la memoria los diseños *.circ utilizados para resolver cada uno de los
apartados. Para que sea posible la entrega, todo ello debe ir incluido en un único paquete comprimido.
REFERENCIAS
• T.L. Floyd. Fundamentos de Sistemas Digitales, 9ª Edición, Capítulo 7, “Latches, Flip-flops y
Temporizadores”.
• J. M Angulo & J. García. Sistemas Digitales y Tecnología de Computadores. Capítulo 10. “Autómatas
Finitos Deterministas”.
• Transparencias Tema 4 de Fundamentos de los Computadores “Sistemas Secuenciales”.
OBJETIVOS
Una vez realizada la práctica debemos ser capaces de:
• Comprender el funcionamiento de un biestable RS síncrono.
• Analizar el comportamiento de un biestable síncrono dotado de entradas asíncronas.
• Construir un grafo de estados a partir de las especificaciones de un problema.
• Sintetizar circuitos secuenciales que sigan un modelo de Mealy a partir de la descripción y las
especificaciones del sistema
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PRÁCTICA 4

SISTEMAS SECUENCIALES

En esta práctica se plantean una serie de ejercicios y problemas que tienen como objetivo que el estudiante realice implementaciones que implican el uso de biestables, compruebe su funcionamiento y los asocie para realización de circuitos complejos que constituyan una máquina de estados finitos. Se deberá realizar una memoria de la práctica en el que aparezcan las operaciones y diseños realizados, así como los resultados algebraicos, numéricos o gráficos obtenidos como solución a cada ejercicio. El método de presentación será a través del UACloud mediante la Entrega de Práctica que se habilitará para ello. El formato de presentación, para evitar problemas a la hora de la visualización, será preferentemente pdf. Se deben enviar junto con la memoria los diseños *.circ utilizados para resolver cada uno de los apartados. Para que sea posible la entrega, todo ello debe ir incluido en un único paquete comprimido.

REFERENCIAS

  • T.L. Floyd. Fundamentos de Sistemas Digitales , 9ª Edición, Capítulo 7 , “Latches, Flip-flops y Temporizadores”.
  • J. M Angulo & J. García. Sistemas Digitales y Tecnología de Computadores. Capítulo 10. “Autómatas Finitos Deterministas”.
  • Transparencias Tema 4 de Fundamentos de los Computadores “Sistemas Secuenciales”.

OBJETIVOS

Una vez realizada la práctica debemos ser capaces de:

  • Comprender el funcionamiento de un biestable RS síncrono.
  • Analizar el comportamiento de un biestable síncrono dotado de entradas asíncronas.
  • Construir un grafo de estados a partir de las especificaciones de un problema.
  • Sintetizar circuitos secuenciales que sigan un modelo de Mealy a partir de la descripción y las especificaciones del sistema

INTRODUCCIÓN TEÓRICA

Los sistemas combinacionales se caracterizaban por poseer un conjunto de variables de entradas y unas variables de salidas que dependían en todo momento de ellas. Además, utilizábamos la lógica como herramienta formal que nos permitía definir la relación existente entre entradas y salidas (funciones algebraicas, diagramas o tablas de verdad). De acuerdo con este tipo de representaciones, el valor de las salidas de un sistema en un instante de tiempo dado dependía exclusivamente del valor de las entradas en ese mismo instante. Mediante este enfoque hemos definido diferentes elementos combinacionales (codificadores, multiplexores...). Sin embargo, este modelo de funciones lógicas presenta serios problemas a la hora de definir sistemas cuya salida no depende únicamente de las entradas sino también (o únicamente) de las salidas existentes anteriormente (la ‘historia’ de las salidas). Para caracterizar estos sistemas es necesario incorporar el concepto de estado, que es un valor que define la situación en la que se encuentra el sistema en un momento dado. Es necesario definir una función lógica para obtener el nuevo estado a partir de las entradas y del estado anterior. Por otro lado, las salidas ya no sólo dependen de las entradas, sino también del estado. En el ámbito de la electrónica digital, los circuitos que instrumentan sistemas secuenciales (por extensión, circuitos secuenciales) disponen de elementos de almacenamiento que mantienen el estado (memorias, registros, contadores, biestables...). Los circuitos secuenciales son sistemas con la estructura genérica que muestra la figura 1. Esta representación se correspondería con un Modelo de Mealy, en el que la salida depende en todo momento de los valores de las variables de entrada y del estado anterior. Si eliminamos la conexión existente entre la entrada y el circuito combinacional de salida estaremos ante un Modelo de Moore, en el que la salida solamente depende de las variables estado. Figura 1 – Estructura genérica de un sistema secuencial Los autómatas de Mealy y Moore se describen inicialmente mediante Grafos o Diagramas de Transición de Estado o mediante las Tablas de Transición de Estados asociadas a los anteriores. Un diagrama de transición de estados es un grafo que se define mediante nodos y enlaces. Cada nodo se corresponde con un estado, mientras que los enlaces son las transiciones entre estados. Las entradas se encuentran siempre asociadas a los enlaces, mientras que las salidas lo estarán a los enlaces o a las salidas, según sea, respectivamente, un autómata de Mealy o de Moore. La forma de sistematizar la información gráfica de un diagrama de estados es mediante su tabla de estados. Esta tabla tiene tantas filas como estados y tantas columnas como combinaciones de entrada sean posibles. Si bien las máquinas de Moore y Mealy son equivalentes en el sentido que hemos descrito, existen algunas diferencias que deben ser comentadas. Puesto que la salida de una máquina de Moore solamente es función del estado, la salida debe ser estable (es decir, invariable) mientras el estado se mantenga. Por tanto, las variaciones en las entradas entre cambios de estado no afectarán a la salida. En la máquina de Mealy, por otra parte, las salidas son función de las entradas y de las variables de estado y en consecuencia la salida debe cambiar tanto si se produce un cambio en las entradas como si se produce un cambio de estado. Salida Entrada Circuito^ Memoria Circuito

  1. Modifica el circuito del ejercicio anterior y añádele entradas de Preset y Clear activas a nivel alto. Comprueba que estas entradas asíncronas prevalecen sobre las síncronas completando la tabla. Introduce los valores en el mismo orden que aparecen en ella y comenta cualquier caso anormal que se produzca en las salidas.

II. DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE SISTEMAS SECUENCIALES SÍNCRONOS

Se desea diseñar un circuito secuencial para el control de un robot. El robot debe maniobrar girando cuando entre en contacto con un obstáculo. Para ello dispone de un sensor (S) cuya salida es 1 siempre que encuentra un obstáculo y 0 en caso contrario. El robot tiene dos líneas de control (I, D) para sus motores. Una vez activado, ambas líneas quedan a 1 y el robot avanza en línea recta. El funcionamiento debe ser tal que, una vez activado, el robot avanza en línea recta. Cuando encuentre el primer obstáculo el robot deberá girar a la derecha hasta no encontrar obstáculo alguno. La siguiente vez que encuentre un obstáculo deberá girar hacia la izquierda hasta no encontrar ningún obstáculo, y así sucesivamente. Para conseguir el giro, el robot desactiva la línea de control correspondiente al motor del lado hacia el que quiere girar. Es decir, para girar a la izquierda coloca I=0 y D=1; y para girar a la derecha I=1 y D=0. Diseña un sistema secuencial basado en un modelo de Moore que tomando como entrada el valor (S) procedente del sensor nos proporcione las salidas correspondientes a las líneas de control (I, D) de los motores El diseño debe constar de: a) Grafo de estados con indicación de qué representa cada uno de los estados representados. b) Tabla de estados simbólica correspondiente al grafo anterior. c) Indicación de la codificación asociada a cada uno de los estados. d) Tabla de estados codificada. e) Tablas de excitación de los biestables JK que deben utilizarse para el diseño. f) Ecuaciones de excitación de los biestables que se obtienen de las tablas anteriores. g) Ecuaciones de salida. Construye y comprueba el funcionamiento del circuito mediante LogiSim. Coloca visualizadores en las salidas de los biestables para comprobar los diferentes estados y las salidas e incorpora en tu memoria una captura de pantalla correspondiente a cada uno de ellos. Clk R S P C Q 𝑄̅ 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0