Eletrnica Digital I - Exerccios sobre FSM

1) Um elevador de carga atende a uma construo de 2 andares. Os pedidos para subir oudescer so feitos por botes exteriores (um para cada andar) ou por meio de um boto que ficano interior do elevador. Dois sensores, um em cada andar, indicam se o elevador estcorretamente posicionado no andar. As duas portas (poo e do elevador) so acionadassimultaneamente e se movimentam paralelamente tanto para abrir como para fechar. SensoresA e F indicam se as mesmas esto completamente fechadas (F=1) ou completamente abertas(A=1). Um outro sensor, I, detecta se existe algo impedindo o fechamento das portas.Encontrando-se no andar desejado, e uma vez abertas, as portas devem permanecer nestasituao at que algum solicite o uso do elevador. O elevador s se movimenta com as portasfechadas. Quando algo impedir o fechamento das portas, estas devem ser abertas e assimpermanecer at que seu fechamento seja permitido para que o elevador se movimente. Faauma mquina de estados sncrona que acione:

o motor que movimenta o elevador, motor este com dois comandos distintos: Subir,Descer;

o motor que movimenta as portas, motor este com dois comandos distintos: Fechar,Abrir.

Assuma: elevador s atende a pedidos quando se encontrar parado no andar e de porta aberta, para permanecer parado, no necessrio acionar os comandos do motor do

elevador, Flip Flops tipo D.

2) Dois sensores ticos S1 e S2 so responsveis pela deteco de peas que se movimentam(uma por vez) nas duas direes possveis, conforme figura. A distncia entre os doissensores menor que o menor comprimento das peas. Um contador acionado de tal modoque: peas no sentido esquerda direita so contadas crescentemente (UP); peas no sentido direita esquerda so contadas decrescentemente (DOWN_L - ativo em

NL. 0) Assuma que o contador, j previamente zerado, alm da entrada de clock possua duasoutras: conta e UP/DOWN_L Projete uma mquina de estados que realize a contagem acimausando Flip Flops tipo D. Suponha gatilhamento pela borda de descida tanto para os FlipFlops quanto para o contador.

3) Uma secretria eletrnica, quando disparada aps o recebimento de uma chamada,apresenta a seguinte operao:

Ligao de terceiros para deixar recados gravados:Primeiramente emite-se uma mensagem M1 pr-gravada, de durao T1, seguida de um sinalS1 de durao T2 aps o qual possvel deixar um recado gravado (de durao mxima T3).Ao final do recado, a mquina volta ao seu estado de espera inicial.

Ligao do dono da casa para a secretria a fim de ouvir os recados gravados:

( pi (

S1 S2

Neste caso, a pessoa possui um cdigo de 2 dgitos. Uma vez que o cdigo de entrada estejacorreto, a mquina emite uma mensagem MN (de durao TM) dizendo que a pessoa podedigitar a tecla 1 para ouvir o ltimo recado gravado (durao do ltimo recado = T4) ou atecla 2 para ouvir todos os recados (durao de todos os recados = T5). Caso no haja recados,a secretria deve emitir uma mensagem de sem recados (de durao T6) e voltar ao estadode espera inicial. Admite-se que a pessoa possa errar, no mximo, 3 sequncias de cdigo deentrada com o qual a mquina vai a um estado de erro e ali permanece at que a ligaotelefnica se desfaa. A pessoa que fez a chamada pode interromper a ligao a qualquerinstante. Faa o diagrama de estados (ASM ou bolhas) que implemente a mquinacontroladora acima. Assuma que, quando se inicia uma mensagem, as variveis de duraovo para o N.L. zero e retornam ao N.L. 1 s quando a mensagem termina.

4) Uma FSM sncrona possui 4 entradas (G1G4) feitas por chaves de presso Cada uma daschaves corresponde a um LED (portanto 4 LED's L1-L4) que, em conjunto com 2 outrosLED's: ACERTO e ERRO, caracterizam a sada da mquina. A mquina implementa naverdade um jogo onde se deseja medir a velocidade de reao de uma pessoa. Um sinal declock aplicado mquina de modo a que os LED's sejam ativados em sequncia (apenasum deles aceso por vez) e a uma taxa de 5 Hz. Caso a pessoa consiga pressionar o boto nomomento exato em que o LED correspondente ao boto pressionado esteja aceso, a mquinaacende o LED ACERTO que assim permanece at que o boto no seja mais pressionado.Caso a pessoa erre, a mquina deve acender o LED ERRO e s retornar ao seu funcionamentonormal quando o boto pressionado for liberado. Faa o diagrama de bolhas da mquina.

5) Faa uma FSM sncrona com uma entrada X e duas sadas U e H tal que U seja 1 se esomente se X 0 e a sequncia de entrada recebida em X para a transio de 7 perodos declock foi 0110111. H deve ser 1 se e somente se o valor corrente de X est correto,conduzindo a mquina para a deteco da sequncia, com o qual U deve assumir valor 1. Suasoluo deve privilegiar a utilizao mnima de Flip-Flops.

6) Uma autopista interceptada por uma pequena estrada rural, como mostra a figura, edetetores de veculos (varivel de entrada C) so colocados na regio de reteno da estradarural como indicado. Deve-se construir uma FSM sncrona que controle o sinal de trnsitoneste cruzamento. A FSM deve ser tal que quando um veculo detectado na estrada rural, asluzes da autopista devem passar para amarelo e depois vermelho, liberando as luzes da estradarural de vermelho para verde. Sinal verde na estrada rural deve ser gerado somente se fordetectado algum veculo pelo sensor C. Assuma um temporizador programvel externo queativa um sinal de controle ST (set timer) toda vez que um intervalo de tempo pr-programadoterminou. Sua programao de tempo feito por sinais TS (short time) ou TL (long time), quequando ativos sinalizam para que o timer conte 5 segs (tempo do amarelo) ou 30 segs (tempodo verde) respectivamente. O contador automaticamente zerado quando ST ativado.

Semforo

Estrada Ruralautopista

7) Faa um contador sncrono de 3 bits controlado por uma entrada x de 1 bit apenas de talmodo a: quando x=0 a contagem Gray e quando x = 1 a contagem binria pura.

8) Deseja-se controlar o motor que faz abrir (SUBIR) e fechar (DESCER) a porta de umagaragem conforme figura. A porta, bastante ampla, tem um sensor em cima, CIMA, que ficaativo quando a porta est completamente aberta, e um sensor em baixo, BAIXO, que ficaativo quando a porta est completamente fechada. Existe ainda um sensor de passagem,PASSA, que fica ativo enquanto um objeto est debaixo da porta. Finalmente, existe o sensorde infravermelhos, IV, que fica ativo quando o comando remoto da porta atuado para abrir aporta, seja no interior ou exterior da garagem. A porta deve fechar-se automaticamente.

9) Pretende-se projetar o sistema de controlo do nvel de gua de um tanque paraabastecimento pblico. O sistema tem uma sada AGUA que quando ativada (nvel lgicoalto) abre uma vlvula de entrada de gua. Para controlar o nvel de gua dispe-se de duasentradas NMAX e NMIN provenientes de sensores de nvel de gua, que so ativadas (nvellgico alto) quando o nvel no tanque se torna, respectivamente, maior do que o nvel mximoN2 ou menor do que o nvel mnimo N1. O sistema dispe ainda de duas entradas ligadas aum boto de arranque (START) para iniciar o funcionamento do sistema e a um boto deparagem (STOP) para o desligar. Estas entradas tomam o valor lgico alto quando os botesrespectivos so pressionados. Para controlar o nvel de gua no tanque, mantendo-o entre N1e N2, deve-se abrir a vlvula de entrada de gua sempre que o nvel de gua no tanque forinferior a N1, e fechar quando for ultrapassado o nvel N2.

10) Deseja-se um sistema que compare dois sinais peridicos e emita um sinal indicado se afreqncia de um maior, menor ou igual a do outro.

11) Um porto de garagem, que corre sobre trilhos, acionado tanto para a entrada como paraa sada de veculos por meio de chaves E e S, acessveis ao motorista, conforme mostra afigura. Uma vez aberto, o porto deve permanecer nesta situao enquanto for detectada apresena de carro sobre a rea hachurada. O porto fechado se no houver mais carros sobreesta rea. No caso de sada de veculos, um sinal luminoso deve permanecer aceso at que ocarro saia da garagem. Suponha que o motor que movimenta o porto tenha dois comandosdistintos: abrir e fechar o porto. Suponha que o zelador da garagem pode abrir e fechar oporto tambm por duas chaves. Assuma dois sensores de fim de curso que indiquem quandoo porto est completamente aberto e completamente fechado. Faa os circuitos de controleque acionem o motor para abrir e fechar porto, assim como acionamento do sinal luminoso.Assuma FF tipo JK.

12) Uma pequena central de alarmes monitora de forma contnua e sequencial 16 sensoresespalhados em um local, sendo o tempo total de monitoramento de 1 segundo. Assuma quecada sensor informa apenas 1 bit: N.L. 0 se no houve disparo e N.L. 1 se houve disparo (emcaso de invaso). Faa um sistema digital que, no caso de haver uma intruso, acione umasirene AC (127 VRMS 60 Hz) e, ao mesmo tempo, mostre em displays de 7 segmentos ocdigo BCD referente ao sensor disparado, permanecendo assim em ambos os casos mesmoque o status do sensor retorne para N.L. 0. Desenhe o circuito digital da central, assim comoo acionamento da sirene e dos displays (no necessrio fazer sua lgica decodificadora masindique-a).

13) Dois dispositivos digitais distintos - TX (transmissor) e RX (receptor) comunicamperiodicamente palavras de 8 bits, paralelamente, da seguinte forma (por meio de umbarramento): TX testa uma varivel interna TD que quando ativa no N. L. 1 significa quedeseja enviar um byte a RX. Para isto, TX leva uma sada DV para o N.L. 1 informando a RXque deseja transmitir. RX, por sua vez, ao detectar DV ativo, verifica o status (situao) deuma varavel interna OK que quando ativa no N. L. 1 informa a RX para sinalizar a TX quecomece a transmisso. TX s comea a transmisso depois de informado que RX est aptopara receber. Durante a transmisso, TX s termina por manter os dados no barramentoquando receber de RX um sinal DACK, ativo no N.L1, informando que o recebimento estcompleto. Portanto, assuma que RX, para carregar o byte, requeira que o mesmo permaneapor um tempo T=3 perodo de clock de RX. Faa as mquinas de estados para TX e RX quecontrolem a transferncia do byte e fique apta para prximas transferncias. Assuma comandode carga paralela LD (RX) e a sada (TX) do byte em tri-state controlada por OE ativa emzero (quando em 1 sada em alta impedncia). Que consideraes podem ser feitas para afrequncia dos clocks?

E

S

Trilho

garagem

14) Um circuito digital mede a distncia a que se encontra de um objeto, em metros, por meiode emisso de um sinal de ultra-som. Supondo a velocidade do som de 340 m/s o sistemaemite um pulso de ultra-som, ao mesmo tempo que inicia uma contagem. A contagem stermina quando o sistema recebe o retorno do sinal transmitido (eco do pulso), refletido peloobjeto. A partir do valor contado, pode-se estimar a distncia entre o objeto e o circuitodigital. Suponha que se deseja medir distncias de at 10 m. Faa um circuito digital quecontrole os circuitos de disparo e deteco e informe em displays de 7 segmentos a distnciamedida em centmetros. Assuma que uma chave CH1 quando pressionada (ativa no N.L. 0) dincio a um novo processo de medio. A resoluo desejada deve ser de 1 cm. 15) Com uma nica porta EX-OR de duas entradas, projete uma mquina sequencial querealize a operao ou exclusivo de duas palavras de 32 bits cada e armazene o resultado emum registrador. Mostre o circuito completo inclusive do controlador e explique o seufuncionamento.

16) Faa um circuito digital que mea o tempo de reao de uma pessoa em milisegundos. Ocircuito deve dispor de 2 chaves CH1 e CH2: CH1 fica sob o comando da pessoa avaliadorado experimento e CH2 fica sob o comando da pessoa cuja velocidade de resposta deseja-seavaliar (ambos sem contato visual entre si. To logo o avaliador pressione CH1, acende-se umLED indicando pessoa avaliada que pressione CH2 o mais rpido que puder. Seu circuitodeve registrar, em milisegundos - faixa de 000 a 999, a diferena de tempos entre osacionamentos de CH1 e CH2 e mostrar o resultado em displays de 7 segmentos. O circuitodeve tratar a situao onde o avaliador permanece pressionando CH2 e isto no deve interferirno seu funcionamento. Use blocos contadores mdulo 16 com clock pela borda de subida.Escolha a frequncia conveniente de clock. Adicione uma terceira chave para "zerar" oscontadores.