SISTEMAS DIGITAIS LETI, LEE

Ano lectivo de 20615/201 Trabalho 5

Circuitos Sequenciais Síncronos

1.Introdução

Este trabalho foi concebido para que os alunos familiarizem com a utilização e projeto de Circuitos Sequenciais Síncronos. Neste trabalho será projetado e testado um controlador de semáforos de uma ponte em que não podem circular veículos em ambos os sentidos simultaneamente (em versão simplificada).

Cada grupo deverá enviar até ao início da aula um pré-relatório contendo as secções indicadas no final deste enunciado e as respostas às perguntas colocadas ao longo do enunciado. No fim da aula deverão completar, alterar (se necessário) e reenviar o relatório.

2. Especificação do Controlador

Pretende-se projetar um sistema de controlo de semáforos para uma ponte que não tem largura suficiente para que 2 veículos a circular em sentidos opostos se cruzem. Para evitar conflitos, existem 2 semáforos em cada entrada da ponte, o semáforo Norte (N), e o semáforo Sul (S). Existem ainda 2 detectores de veículos, um na entrada Norte (DN), e outro na entrada sul (DS). Assume-se que, em condições normais, um veículo demora no máximo 8 segundos a atravessar a ponte.

O sistema deverá cumprir as seguintes especificações:

o Cada um dos semáforos N e S pode estar Encarnado ou Verde (NE, NV, SE, SV).

o N e S nunca podem estar a verde simultaneamente.

o Cada estado do sistema está ativo durante um mínimo de 10 segundos.

o O comportamento dos semáforos deverá ser o seguinte:

• Assumindo que o semáforo N está verde, e S está encarnado, o circuito deve manter-se neste estado enquanto não forem detectados veículos na entrada sul (i.e., enquanto DS=0).

• Quando forem detectados veículos na entrada sul:

o Caso não existam veículos detectados na entrada norte, o sistema deve abrir o semáforo Sul e fechar o Norte;

o Caso ainda existam veículos na entrada Norte, então ambos os semáforos devem permanecer fechados durante 10 segundos (para escoar o tráfego que entretanto entrou no sentido Norte-Sul), e depois abre-se o semáforo Sul.

• O circuito deve exibir um comportamento semelhante na situação contrária, i.e., enquanto está a passar tráfego na direção Sul-Norte.

É sempre boa ideia incluir numa máquina de estados uma entrada de (re)inicialização que permita inicializá-la num estado conhecido. Considere uma entrada adicional de “Reset” que, quando ativada, coloque o sistema num estado em que ambos os semáforos estão a encarnado.

Para simular os detectores de veículos utilize os interruptores da base. Afim de simplificar o projeto, após a ativação, considera-se que o interruptor deve ser colocado manualmente na posição “0” após a ocorrência do flanco ativo de relógio.

Uma especificação nunca é completa. Podem existir partes do comportamento do controlador que não estão indicadas explicitamente (ou que podem ser facilmente melhoradas). Nesses casos, tome as decisões que julgar mais razoáveis e justifique-as no relatório.

3. Projeto e Simulação (a realizar em casa)

3.1 Desenhe um diagrama de estados que realize a funcionalidade do controlador acima especificado. Justifique.

3.2 Utilizou uma máquina de Moore ou de Mealy? Justifique porque escolheu essa opção.

3.3 Projete o circuito utilizando o número mínimo de Flip-Flops necessário (síntese clássica). Indique a codificação de estados escolhida e justifique os passos do projeto. Tente minimizar o número de circuitos integrados a utilizar.

3.4 Desenhe no simulador Circuit Maker student edition o esquema lógico do circuito que projetou e teste o funcionamento do circuito.

3.5 Faça um esquema elétrico baseado no circuito lógico (tornando visíveis os pinos de entrada, saída e a alimentação (+5V/GND)). Faça uma lista dos CIs necessários para montar o circuito. Para obter a lista de CIs use o ficheiro Trab2.BOM, que é gerado com o comando File\Bill of materials” do Circuit Maker.

3.6 Projete o circuito utilizando a codificação “One-Hot”, i.e., utilizando 1 Flip-Flop por estado. Justifique as opções tomadas. Desenhe e teste o circuito projetado no Circuit Maker.

4. Simulação e Montagem (a realizar no laboratório)

4.1 Mostre ao docente ambos os circuitos a funcionar no simulador do Circuito Maker.

4.2 Monte o circuito projetado em 3.3 baseando-se no esquema eléctrico desenhado. Utilize 2 LEDs para visualizar o semáforo N e 2 LEDs para visualizar o semáforo S.

4.3 Mostre o circuito ao docente.

5.Pré-RelatórioeRelatório

O pré-relatório deve conter as secções seguintes, e tem que ser enviado por email para labsdtp@gmail.com até pelo menos 1 hora antes do início da aula:

1) Introdução.

2) Descrição de como foram projetados ambos os circuitos. Deve descrever como chegou ao circuito apresentado partindo de uma folha em branco e utilizando os conhecimentos adquiridos sobre síntese de circuitos sequenciais síncronos. Deve incluir todo o tipo de informação que seja relevante (tabelas de verdade, mapas de Karnaugh, justificações, etc.).

3) Resposta à pergunta 3.2.

4) Diagramas lógicos dos circuitos projetados (obtidos através do Circuit Maker).

5) Esquema elétrico do circuito projetado em 3.3 indicando os pinos dos CIs e identificando-os pela ordem por que foram montados na placa (U1, U2, U3, etc). Não esquecer os pinos de alimentação e massa.

6) Lista de componentes usados. Use a funcionalidade “File\Bill of materials” do Circuit Maker para a obter.

O relatório consistirá no pré-relatório mais as secções que se indicam de seguida, e deve ser enviado por email até à meia-noite do dia em que se faz o trabalho.

6) Uma secção contendo a descrição de como decorreu o trabalho de laboratório incluindo dificuldades encontradas durante a execução do mesmo, detecção e correção de erros, etc.

7) Conclusões a retirar sobre a realização do trabalho.

Atrasos no envio do pré-relatório implicam uma penalização de 50% no valor correspondente à preparação do trabalho (4 valores a menos na nota do trabalho). Atrasos no envio do relatório serão penalizados com 2 valores por cada hora de atraso (após a meia-noite do dia em que o trabalho foi realizado).

O pré-relatório e o relatório devem ser enviados em formato pdf.

O “assunto” do email deve ter o formato Lab#T$G%, em que: • # corresponde ao número do trabalho (neste caso será 3). • % corresponde ao número do grupo. • $ corresponde ao número do turno de acordo com a seguinte tabela:

Turno $ 3ª feira 9:00-10:30 1 3ª feira 14:00-15:30 2 3ª feira 15:30-17:00 3 4ª feira 10:00-11:30 4 5ª feira 8:30-10:00 5 5ª feira 15:00-16:30 6

O nome do ficheiro a enviar deve seguir a mesma convenção, acrescentando um “p” no final para o pré-relatório, e um “r” no caso do relatório: Lab#T$G%p

Exemplo, relatório do 4º trabalho do grupo 6 do turno de 4ª feira às 10:00: Lab4T4G6r.pdf

Flip-Flops existentes no laboratório:

4) Diagrama lógico do circuito obtido com o Circuit Maker.

5) Diagrama elétrico do circuito indicando os pinos dos CIs e identificando-os pela ordem por que foram montados na placa (U1, U2, U3, etc). Não esquecer os pinos de alimentação e massa.

6) Lista de componentes usados. Use a funcionalidade “File\Bill of materials” do Circuit Maker para a obter.

Anexo: listagem de C.I. existentes no laboratório

Flip-flops:

Portas lógicas:

Portas lógicas existentes no laboratório: