Introdução às Máquinas de Estados Finitos (Finite State Machine - FSM)

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1 Introdução às Máquinas de Estados Finitos (Finite State Machine - FSM)
Prof.: José Mauricio Neto Material cedido por: ANTONIO AUGUSTO LISBOA DE SOUZA

2 Plano da aula Circuito Sequencial Genérico Exemplos de Maquinas de Estados Simples Introdução aos contadores Exemplo de metodologia de concepção de FSMs simples

3 Circuito Sequencial Genérico

4 Exemplos de configurações de saída

5 Exemplos de configurações de controle

6 Exemplos de Máquinas de Estados Simples
Quantas são as entradas (além do sinal CLK)? Este é um Contador (também conhecido como gerador de sequência de estados): Como descrever o comportamento de uma FSM?

7 Diagramas de Estados 0000 0001 0010 0011 1000 0111 0110 0101 0100 1001 Exemplo de diagrama de estados para um contador: A condição de transição (flecha) é a ocorrência de um pulso de clock A Condição X Y C Z B W T V U Diagrama genérico de uma FSM com entradas: Numa FSM genérica, as transições ocorrem de acordo com o estado atual e as entradas

8 Introdução aos contadores
Também denominado Gerador de Sequência de Estados.O nº de estados é denominado MÓDULOS. A cada pulso de relógio, este circuito muda de estado segundo uma seqüência pré-estabelecida. Um registrador com n bits, possui 2n estados possíveis. O ciclo pode conter todos os possíveis estados, ou não. O módulo máximo é portanto 2n. Ex.: Contador de dois bits que conta todos os estados possíveis, logo tem módulo 4:

9 Introdução aos contadores
Caso o módulo do contador não seja máximo, o diagrama de estados deve indicar o próximo estado para cada estado não pertencente ao ciclo: Exemplo: Contador de dois bits com módulo 3, no qual o estado 3 está fora do ciclo de contagem e caso este estado ocorra, o contador fique preso (CONTADOR BLOQUEANTE):

10 Introdução aos contadores
Se mesmo saindo do ciclo de contagem, houver a certeza que após um número determinado pulsos de relógio, haverá retorno ao ciclo, o contador é dito AUTO-INICIANTE:

11 Introdução aos contadores
Os contadores podem ser classificados de acordo com a seqüência de contagem dada por algum código binário particular. Contador binário – a seqüência de estados é o código binário puro Contador não binário – um código qualquer dita a sequência de estados, tal como o código gray ou outro qualquer. Ou ainda de acordo com o sentido de contagem: Crescente Decrescente Reversível

12 Introdução aos contadores
Aplicações principais: Gerador de seqüência: Usado para gerar continuamente a seqüência de estados correspondente ao ciclo de contagem Contador de eventos: Usado para contar continuamente um número de pulsos (eventos) igual ao módulo do ciclo de contagem Divisor de frequencia: O contador normalmente pode ser usado para gerar um trem de pulsos com frequência de valor igual ao resultado da divisão da frequencia do trem de pulsos aplicado à entrada de relógio pelo módulo do ciclo de contagem.

13 Introdução aos contadores
Um registrador de deslocamento com ES/SS pode implementar um contador, bastando realimentar a SS para a ES. Se a SS é ligada à ES, o contador é dito CONTADOR EM ANEL (RING COUNTER). Exemplo: Um contador em anel é obtido a partir de um registrador de deslocamento A de 4 bits tipo EP/SS conforme figura abaixo. Supondo que o contador seja iniciado no estado 0001 (1 em decimal) através da entrada paralela, obtem-se o ciclo de contagem abaixo.

14 Exemplo de Contador Assíncrono

15 Problema dos Contadores Assíncronos

16 Em Contadores Síncronos:
Todos os FFs são acionados pelo “mesmo” sinal de Clock Todas as transições dos FFs ocorrem ao “mesmo” tempo Implementação: FFs para amazenamento do estado atual Circuito Combinacional para cálculo do próximo estado

17 Proposta de Metodologia de Concepção
Passo 1: Definir número e tipo de FFs Passo 2: Estabelecer um diagrama de Estados Passo 3: Estabelecer um diagrama de Transições “EN  EN+1” para cada FF Passo 4: Estabelecer a Tabela de Excitação do FF Passo 5: Para cada Estado, definir as expressões das entradas dos FFs Passo 6: Simplificar as expressões das entradas dos FFs Passo 7: Implementar o Diagrama Elétrico

18 Contadores Síncronos de Módulo = 2n
Exemplo: Projete um contador binário crescente e que tenha módulo oito, utilizando três flip-flops do tipo JK sensíveis à subida.

19 Uma Metodologia de Concepção
Estrutura proposta Tabela Estado Atual “E(t)”Próximo Estado “E(t+t)” Funcionalidade: Diagrama de estados

20 Uma Metodologia de Concepção
Tabela Estado Atual “E(t)” Próximo Estado “E(t+t)” Específico ao FF em uso Definir todas as entradas dos FFs de acordo com o próximo estado desejado

21 Uma Metodologia de Concepção
Simplificar as equações das entradas usando métodos conhecidos Observar que Ji=Ki, ou seja, todos os flip-flops JK são usados como flip-flops tipo T.

22 Uma Metodologia de Concepção
Implementação: Diagrama de tempo:

23 Exercícios: trazer próxima aula
Usando a metodologia proposta, implementar um contador síncrono que conte de 0 a 15 (módulo=16=24) a partir de 4 FFs JK Usando a metodologia proposta, implementar um contador síncrono que conte de 0 a 7 (módulo=8=23) a partir de 3 FFs D