UNIVERSIDADE FEDERAL DE CEARÁ

CAMPUS SOBRAL

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA

PRÁTICA 06: REGISTRADORES DE DESLOCAMENTO

PRÁTICA 07: MÁQUINA DE ESTADOS FINITOS

RELATÓRIO Nº 6

Aluno: Antonio Jefferson Cavalcante Araújo

Matrícula: 310021

Disciplina: Eletrônica Digital

Turma: A

Sobral, Maio de 2012

INTRODUÇÃO

Prática 06

Como se sabe os flip-flops e latches são elementos de memória capazes dearmazenar um bit, entretanto, para algumas aplicações como em circuitos de interfaceou controle de máquinas de estado, é necessário armazenar um número maior de bits.Para solucionar tal problema, os flip-flops podem ser associados para a construção dedispositivos chamados registradores de deslocamento.

Como o próprio nome sugere, os registradores de deslocamento deslocam ainformação de um flip-flop para outro, sendo este deslocamento provocado por umpulso de clock.

Os flip-flops podem ser construídos com flip-flops JK em configuração mestre-escravo ou com flip-flops tipo D. Como forma de simplificação, neste trabalho sãoabordados apenas registradores construídos com flip-flops tipo D.

Geralmente, os registradores possuem uma entrada serial, uma entrada de clock en saídas paralelas, conforme mostra a Fig. 01, além das entradas clear e preset dos flip-flops.

Fig. 01 – Esquema básico de um registrador de deslocamento

Tipos de registradores

Os registradores podem ser classificados de acordo com seus dados de entrada esaída, que podem ser em série ou em paralelo. Desta forma existem quatro tipos básicosde registradores, conforme mostra a Tabela 01.

Entrada Saída

Serial Serial

Serial Paralela

Paralela Serial

Paralela Paralela

Tabela 01 – Classificação dos registradores conforme tipos de dados de entrada e saída

1. Entrada serial e saída serial

Neste tipo de registrador, a entrada é fornecida por meio da entrada serial e asaída é fornecida por uma da n saídas paralelas, geralmente a saída Q0.

2. Entrada serial e saída paralela

Neste tipo de registrador, é fornecida uma sequência de n valores por meio daentrada serial e a saída é fornecida pelas n saídas paralelas.

3. Entrada paralela e saída serial

Neste tipo de registrador, a entrada é fornecida por meio das entradas clear epreset e a saída é fornecida por uma da n saídas paralelas, geralmente a saída Q0.

4. Entrada paralela e saída paralela

Neste tipo de registrador, a entrada é fornecida por meio das entradas clear epreset e a saída é fornecida pelas n saídas paralelas.

Prática 07

Máquina de estados finitos

Uma máquina de estados finitos consiste em um modelo matemático que podeser utilizado para representar circuitos lógicos. Intuitivamente, trata-se de uma máquinaabstrata que deve estar em um de seus estados finitos. A máquina encontra-se em umúnico estado por vez, chamado de estado atual, sendo que este armazena informações doestado passado, assim como o estado futuro armazenará informações do estado atual.Uma transição indica uma mudança de estado e é descrita por uma condição que precisaser realizada para que a transição ocorra. Geralmente esta condição consiste em uma en-trada que deve ser inserida no sistema.

Máquinas de estado finito podem modelar um grande número de problemas, en-tre os quais a automação de design eletrônico, projeto de protocolo de comunicação,análise e outras aplicações de engenharia. Na biologia e na pesquisa da inteligênciaartificial, máquinas de estado ou hierarquias de máquinas de estado são, por vezes, utili-zadas para descrever sistemas neurológicos e em linguística para descrever as gramáti-cas das linguagens naturais.

OBJETIVOS

• Familiarização com os circuitos digitais sequenciais (prática 06)

• Analisar a utilização de máquinas de estado (prática 07)

MATERIAL NECESSÁRIO

• protoboard

• resistores

• LEDs

• 74174 (flip-flop tipo D) e 74132 (porta NAND) (para ambas as práticas),

e CI 7404 (porta NOT) e 7408(porta AND) (somente para a prática 07)

• fonte de alimentação CC

PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

Prática 06

Parte 1 – Registrador de deslocamento para a direita

.Inicialmente montou-se o circuito do registrador de deslocamento para a direita,conforme mostra a Fig. 02.

Fig. 02 – Circuito de um registrador de deslocamento para a direita

Esse tipo de registrador, ao realizar o deslocamento, realiza uma divisão donúmero atual por dois por 2. Por exemplo, considerando as saídas Q3 = 1, Q2 = 1, Q1 = 1e Q0 = 0, tem-se o número 0111 = (14)2. Quando ocorre o deslocamento, obtém-se Q3 =0, Q2 = 1, Q1 = 1 e Q0 = 1, que consiste no número 0111 = (7)2. De forma análoga, oregistrador de deslocamento para a esquerda realiza uma multiplicação do número atualpor 2.

A Tabela 02 ilustra esta divisão por 2 realizada pelo registrador de deslocamentopara a direita.

Q3 Q2 Q1 Q0 Decimal correspondente

1 0 0 0 8

0 1 0 0 4

0 0 1 0 2

0 0 0 1 1

Tabela 02 – Comportamento do registrador de deslocamento para direita após o 1º pulso de clock

Parte 2 – Registrador de deslocamento genérico

A Fig. 03 se tem o circuito de um registrador de deslocamento genérico, que pode possuir entrada e saída de dados em série ou paralelo.

Fig. 03 – Circuito de um registrador de deslocamento genérico

Para a manipulação de dados em série, o dado deve ser inserido na entrada D doprimeiro flip-flop, a entrada Clear deve receber nível alto e a entrada Enable nível baixo(um nível baixo nessa entrada coloca o nível alto nas entradas preset dos flip-flops).

Para a manipulação de dados em paralelo, deve-se inicialmente colocar nívellógico baixo na entrada Clear, “limpando” as saídas dos flip-flops. Após isso, essaentrada deve ser colocada em nível lógico alto para permitir o funcionamento normal doregistrador. Deve-se também colocar a informação nas entradas E3, E2, E1 e E0, queserão as responsáveis pela entrada de dados, e habilitar a entrada Enable. Com isso,onde a informação for “1” irá gerar um nível lógico baixo na entrada preset do flip-flop,ativando-o. Depois disso, a entrada Enable deve receber nível lógico baixo para permitiro funcionamento do registrador.

Parte 3 – Registrador de deslocamento em anel

A Fig. 04 se tem o circuito de um registrador de deslocamento em anel. Esse tipode registrador de deslocamento é utilizado para controlar eventos que devem ocorrernuma sequência rigorosa de tempo, isto é, deve ocorrer o evento A, depois o B, depois oC e assim por diante até voltar novamente no evento A.

.

Fig. 04 – Circuito de um registrador de deslocamento em anel

Prática 07

Em laboratório projetou-se um máquina de estados finitos que possuía asseguintes especificações:

Entradas: x(t) ∈ {a,b,c};

Saídas: z(t) ∈ {0,1};

Estados: s(t) ∈ {A,B,C,D};

Estado Inicial: s(0) = A;

Fig. 05 - Função de transição de saídas e estados da máquina proposta

Codificando as estradas e estados em códigos binários, obteve-se a Tabela 03.

Codificaçãodas entradas

Codificaçãodos estados

x x1 x0 s y1 y0

a 0 1 A 0 0

b 1 0 B 0 1

c 1 1 C 1 0

D 1 1

Tabela 03 – Codificação das entradas e dos estados

Após a codificação, a função de transição de saídas e estados passou a serconforme mostrado na Fig. 06.

Fig. 06 - Função de transição de saídas e estados da máquina proposta codificada em binário

A partir desta função, obtiveram-se os mapas de Karnaugh mostrados na Fig. 07para os bits dos estados e das saídas.

Fig. 07 – Mapas de Karnaugh para os bits dos estados e saídas

A partir dos mapas k mostrados acima, obteve-se as seguintes expressões paraY0, Y1 e z.

Y0 = y0’x1’+ y1’y0x1 + y0x1x0

Y1 = y1’x1+ y1x1’ + y0’x0’ + y0x1x0

Z = y1’x0’ + y1x1x0

A partir das quais se pôde montar o circuito combinacional mostrado na Fig. 08.

Fig. 08 – Circuito combinacional da máquina proposta

RESULTADOS OBTIDOS

Parte 1 – Registrador de deslocamento para a direita

Após ter sido montado em laboratório, o circuito do registrador de deslocamentopara a direita foi simulado no software Proteus®, conforme Fig. 09, e obtiveram-se asformas de onda mostradas na Fig. 10.

Fig. 09 – Circuito de um registrador de deslocamento para a direita simulado no Proteus®

Fig. 10 – Forma de onda registrador de deslocamento para a direita

Parte 2 – Registrador de deslocamento com dados em paralelo

Foi simulado no software Proteus®, um registrador de deslocamento genéricoque trabalha com dados em paralelo. O circuito deste registrador é mostrado na Fig. 11.

Fig. 11 – Circuito de um registrador de deslocamento genérico que trabalha com dados emparalelo

Após a simulação, obtiveram-se as formas de onda mostradas na Fig. 12.

Fig. 12 – Forma de onda de um registrador de deslocamento genérico que trabalha com dados emparalelo

Parte 3 – Registrador de deslocamento em anel

Foi simulado no software Proteus®, um registrador de deslocamento em anel. Ocircuito deste registrador é mostrado na Fig. 13.

Fig. 13 – Circuito de um registrador de deslocamento em anel

Após a simulação, obtiveram-se as formas de onda mostradas na Fig. 14.

Fig. 14 – Forma de onda de um registrador de deslocamento em anel

Prática 07

Foi simulado no software Proteus®, o circuito combinacional da máquina deestados finitos proposta neste trabalho. O circuito desta máquina é mostrado na Fig. 15.

Fig. 15 – Circuito da máquina de estados finitos proposta

CONCLUSÃO

A prática 06 permitiu um aprofundamento no estudo dos registradores dedeslocamento, além de salientar a importância destes circuitos em dispositivos dememória. Além disso, no caso dos deslocadores para direita e para a esquerda, pôde-seobservar a utilização deste tipo de circuito na realização de operações aritméticas, nestecaso divisão e multiplicação respectivamente.

A prática 07, por sua vez, possibilitou uma melhor compreensão dofuncionamento das máquinas de estados finitos, até então abordadas apenas em estudosteóricos, além de ressaltar a importância dessas máquinas em diversos projetos deengenharia.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] GARCIA, Paulo Alves, MARTINI, José Sidnei Colombo. Eletrônica Digital: teo-ria e laboratório. 2ª Edição. Érica.

[2] CAPUANO, Francisco Gabriel, IDOETA, Ivan V. Elementos de Eletrônica Digital. 30ª Edição, Érica.[3] MONTEBELLER, José Sidney. Apostila Eletrônica II - Faculdadede Engenharia de Sorocaba.[4] Máquinas de estados finitos. Disponível em: pt.wikipedia.org/wiki/Máquina_de_estados_finitos. Acesso em: 23/05/2012.