Instituto Politécnico Nacional
Unidad Profesional Interdisciplinaria D
de Ingeniería y Tecnologías Avanzadas. Programables Materia : Dispositivos Lógicos Programables
Nombre de los integrantes: Mata Mireles Hector Omar Edgar Eduardo Martinez Sandoval Mendoza Manuel
Grupo: 2mv12. Nombre del profesor: Trejo Salazar David Benjamin Reporte: Practica 2 (Maquinas de estado)
OBJETIVO El objetivo de esta práctica es aplicar la teoría vista en clase sobre las máquinas de estado mealy y moore, para esto se resolverán tres ejercicios, los cuales se mostrara en el desarrollo de la práctica, el código en lenguaje VHDL implementado en la tarjeta Nexys 2.
MARCO TEORICO Las máquinas de Mealy y Moore son circuitos síncronos. Un circuito síncrono es un circuito digital en el cual sus partes están sincronizadas por una señal de reloj. En un circuito síncrono ideal, cada cambio en los diferentes niveles lógicos es simultáneo. Estas transiciones se realizan después de un cambio de nivel de una señal llamada reloj. Idealmente la entrada a cada elemento de almacenamiento alcanza su valor final antes de que la siguiente señal de reloj ocurra, por lo tanto el comportamiento de un circuito se puede predecir exactamente. Se requiere de cierto retardo para cada operación lógica, por lo que existe una máxima rapidez en el que cada sistema síncrono puede responder. El análisis de un diagrama de tiempos puede darnos esta rapidez.
Una máquina de Mealy es una máquina de estados finita, donde las salidas están determinadas por el estado actual y la entrada. Esto significa que en el diagrama de estados se incluye una señal de salida para cada arista de transición. Por ejemplo, en la trayectoria de un estado 1 a un estado 2, si la entrada es cero la salida puede ser uno, y se debe poner sobre la arista la etiqueta “0/1”.
Figura 1: Diagrama de estados de una máquina de estados mealy simple.
El nombre Moore machine viene de su promotor: Edward F. Moore, un pionero de las máquinas de estados, quien escribió Gedanken-experiments on Sequential Machines, pp 129 – 153, Estudios de Autómatas, Anales de los Estudios Matemáticos, no. 34, Princeton University Press, Princeton, N. J., 1956. En contraste, la salida de una máquina de estado finito Moore (máquina de Moore), depende solo del estado actual y no depende de la entrada actual. Por lo tanto, los estados de una máquina de Moore son la unión de los estados de la máquina de Mealy y el producto cartesiano de estos estados y alfabeto de entrada (posibles entradas).
Figura 2: Modelo Moore
Figura 3: Tabla de características de máquinas de estado mealy y moore.
PROCEDIMIENTO Y DESARROLLO 1.- Diseñar un identificador de secuencia de una entrada de bit serial, a través de máquinas de estado de Mealy y Moore, la secuencia q se desea encontrar en la cadena de bits es la “010110”. Cuando se encuentre dicha sec uencia la maquina terminara su ciclo; para corroborar el funcionamiento del diseño la entrada de relej deberá ser controlada por el usuario.
En el ejercicio 1 se utilizaron máquinas de estados de mealy y de moore, la cual se utiliza para identificar la secuencia de entrada que pide en el ejercicio que es “010110”, en este caso utilizamos los estados e0,e1,e2,e3,e4,e5 en mealy y en moore S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7para el número de datos y otro para la alarma la cual funciona o se activa siempre y cuando se haya cumplido la secuencia, a continuación se muestra el código hecho en VHDL
CODIGO MOORE -- Materia: Dispositivos Lógicos Programables -- Create Date: 3:31:18 17/04/2014 -- Project Name: Práctica Num. 2 -- Description: Programa código Moore
library IEEE; use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; entity moore is
Port ( clk,rst,ent,push : in STD_LOGIC; alarm : out STD_LOGIC); end moore; architecture a_moore of moore is type estados is (S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7); signal e_p : estados := S1; signal e_f : estados; signal flag : std_logic; begin
func : process (e_p, ent) begin case e_p is
when S1 => alarm <= '0'; if (ent = '0') then e_f <= S2; else e_f <= S1; -----------------------------end if; when S2 => alarm <= '0'; if (ent = '0') then e_f <= S2; else e_f <= S3; -----------------------------end if;
when S3 => alarm <= '0'; if (ent = '0') then e_f <= S4; else e_f <= S1; -----------------------------end if; when S4 => alarm <= '0'; if (ent = '0') then e_f <= S2; else e_f <= S5; -----------------------------end if; when S5 => alarm <= '0'; if (ent = '0') then e_f <= S4; else e_f <= S6; -----------------------------end if; when S6 => alarm <= '0'; if (ent = '0') then e_f <= S7; else e_f <= S1; ------------------------------
end if; when S7 => alarm <= '1'; if (ent = '0') then e_f <= S2; else e_f <= S1; -----------------------------end if; end case; end process func; tiempo: process (clk, push) variable cont : integer range 0 to 5000000; begin
if (clk'event and clk = '1') then if (push = '1') then flag <= '1'; elsif (flag <= '1') then cont := cont +1; end if; if (cont = 5000000) then flag <= '0'; cont := 0; end if; end if; end process tiempo; process (flag,rst,e_f)
begin
if (rst = '1') then
e_p <= S1;
elsif (flag'event and flag = '0') then e_p <= e_f;
end if; end process; end a_moore;
UCF net alarma loc=L15; net clk loc=B8; net push loc=E18; net rst loc=r17; net ent loc=B18;
CODIGO MEALY -- Materia: Dispositivos Lógicos Programables -- Create Date: 5:25:18 17/04/2014 -- Project Name: Práctica Num. 2 -- Description: Programa código Moore
library IEEE; use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; entity mealy is port ( push, ent, clk, rst:in std_logic; alarma: out std_logic ); end mealy; architecture Behavioral of mealy is type misestados is (e0,e1,e2,e3,e4,e5); signal edoP: misestados:= e0; signal edoF: misestados; signal flag: std_logic; begin process(ent,edop) begin alarma<='0'; case(edop) is when e0 => if (ent = '0') then edof <= e1; else
edof <= e0; end if; ---------------------------when e1=> if(ent = '0')then edof<=e1; else edof<=e2; end if; ------------------------------when e2 => if (ent = '0') then edof <= e3; else edof <= e0; end if; ------------------------------when e3 => if (ent = '0') then edof <= e3; else edof <= e4; end if; -------------------------------when e4 => if (ent = '0') then
edof <= e3; else edof <= e5; end if; ------------------------------when e5 => if (ent = '0') then edof <= e0; alarma <= '1'; else edof <= e0; end if; end case; end process; tiempo: process (clk, push) variable cont : integer range 0 to 5000000; begin if (clk'event and clk = '1') then if (push = '1') then flag <= '1'; elsif (flag <= '1') then cont := cont +1; end if;
if (cont = 5000000) then flag <= '0'; cont := 0;
end if; end if; end process tiempo; ------------------------process (flag,rst,edof) begin
if (rst = '1') then
edop <= e0;
elsif (flag'event and flag = '0') then
edop <= edof;
end if; end process; -------------------------end Behavioral;
2.- Diseñar el Control Digital de un teclado matricial de 4x4, con prioridad del más alto, implementar un método a través de máquinas de estados, si se detecta una tecla presionada detener el funcionamiento hasta que el usuario suelte la tecla, mostrar en un display de 7 segmentos la tecla que se presionó.
En este programa se utilizaron 4 estados (e0,e1,e2,e3), los cuales se activa mediante la entrada de reloj definida como B8, que es el cristal que ocupa la nexys, además se declaran en el programa las constantes que son las teclas que trae el teclado matricial, cada que se presiona la una tecla se hace un paro y se muestra en el display tal como lo menciona el ejercicio 2.
CODIGO EJERCICIO 2 library IEEE; 1164.ALL; ARITH.ALL; use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; entity teclitas is port ( clk:in std_logic; tecla:in std_logic_vector (3 downto 0); tecla_salida:out std_logic_vector (3 downto 0); segmento : out STD_LOGIC_VECTOR(6 downto 0)); end teclitas; architecture Behavorial of teclitas is constant VACIO : std_logic_vector(6 downto 0):="1111111"; constant CERO : std_logic_vector(6 downto 0):="0000001"; constant UNO : std_logic_vector(6 downto 0):="1001111";
constant DOS : std_logic_vector(6 downto 0):="0010010"; constant TRES : std_logic_vector(6 downto 0):="0000110"; constant CUATRO : std_logic_vector(6 downto 0):="1001100"; constant CINCO : std_logic_vector(6 downto 0):="0100100"; constant SEIS : std_logic_vector(6 downto 0):="0100000"; constant SIETE : std_logic_vector(6 downto 0):="0001111"; constant OCHO : std_logic_vector(6 downto 0):="0000000"; constant NUEVE : std_logic_vector(6 downto 0):="0001100"; constant A : std_logic_vector(6 downto 0):="0001000"; constant B : std_logic_vector(6 downto 0):="1100000"; constant C : std_logic_vector(6 downto 0):="0110001"; constant D : std_logic_vector(6 downto 0):="1000010"; constant AST : std_logic_vector(6 downto 0):="1011010"; constant GAT : std_logic_vector(6 downto 0):="1101100"; type estados is(e0,e1,e2,e3); barrido : integer range 0 to 1250:=0; signal auxbarrido : std_logic:='0';
pres:estados; edo_fut:estados; signal tecla_barrido:std_logic_vector(3 downto 0);
begin
proc_barrido : process(clk) begin
if rising_edge(clk) then barrido<=barrido+1; if barrido=1250 then barrido<=0; auxbarrido<=not auxbarrido; end if; end if; end process proc_barrido; futuro : process(auxbarrido,tecla_barrido,clk) begin if rising_edge(auxbarrido) then edo_pres<=edo_fut; tecla_salida<=tecla_barrido; end if; end process futuro; presente : process(edo_pres, tecla) begin case (edo_pres) is when e0 => tecla_barrido<="0001"; if (tecla="1000") then segmento <= UNO; edo_fut <= e1; elsif(tecla="0100")then segmento <= DOS;
edo_fut <= e1; elsif (tecla="0010")then
segmento <= TRES; edo_fut <= e1; elsif (tecla="0001")then segmento <= A; edo_fut <= e1; else segmento <= VACIO; edo_fut <= e1; end if; when e1 => tecla_barrido<="0010"; if (tecla="1000") then segmento <= AST;--CUATRO; edo_fut <= e2; elsif(tecla="0100")then segmento <= CERO;--DOS;--CINCO; edo_fut <= e2; elsif (tecla="0010")then segmento <=GAT; edo_fut <= e2; elsif (tecla="0001")then segmento <= D;--B; edo_fut <= e2; else segmento <= VACIO; edo_fut <= e2; end if;
when e2 => tecla_barrido<="0100"; if (tecla="1000") then segmento <= SIETE; edo_fut <= e3; elsif(tecla="0100")then segmento <= OCHO; edo_fut <= e3; elsif (tecla="0010")then segmento <= NUEVE; edo_fut <= e3; elsif (tecla="0001")then segmento <= C; edo_fut <= e3; else segmento <= VACIO; edo_fut <= e3; end if; when e3 => tecla_barrido<="1000"; if (tecla="1000") then segmento <= CUATRO; edo_fut <= e0; elsif(tecla="0100")then segmento <= CINCO;--CERO; edo_fut <= e0; elsif (tecla="0010")then
segmento <=SEIS; edo_fut <= e0; elsif (tecla="0001")then segmento <= B; edo_fut <= e0; else segmento <= VACIO; edo_fut <= e0; end if; end case; end process presente; end Behavorial;
UCF
NET segmento[6] LOC = L18; NET segmento[5] LOC = F18; NET segmento[4] LOC = D17; NET segmento[3] LOC = D16; NET segmento[2] LOC = G14; NET segmento[1] LOC = J17; NET segmento[0] LOC = H14; NET clk LOC = B8; NET tecla_salida[0] LOC = L15; NET tecla_salida[1] LOC = K12; NET tecla_salida[2] LOC = L17; NET tecla_salida[3] LOC = M15;
NET tecla[3] LOC = M13; NET tecla[2] LOC = R18; NET tecla[1] LOC = R15; NET tecla[0] LOC = T17;
3.- Diseñar el controlador de una máquina expendedora de tarjetas telefónicas. Existen tarjetas de $30 y $40 pesos. Consideren un botón sele ctor “s”, tal que, si s = 0 se selecciona la tarjeta de $30 y, si s = 1 será la de $40 pesos. La máquina acepta únicamente monedas de $10 y $20 pesos, solo una a la vez. Considera una señal de entrada para cada moneda, siendo “1” lógico el indicativo de la presencia de la misma. La máxima cantidad que puede recibir es de $50 pesos y debe dar cambio si lo hay. Mientras la maquina este en uso un led debe de prenderse.
Para el presente ejercicio definimos los estados que ocuparíamos de acuerdo a lo que pide el ejercicio 3, para esto se ocuparon 14 estados los cuales son: I,A1,A2,A3,A4,A5,A6,B1,B2,B3,B4,B5,B6,E
CODIGO 3 library IEEE; 1164.ALL; ARITH.ALL; use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; entity Maquina is Port( clk,rst,push,selec,p10,p20: in std_logic; error,tarjeta,c10,c20: out std_logic); end Maquina; architecture mealy of Maquina is type state is (I,A1,A2,A3,A4,A5,A6,B1,B2,B3,B4,B5,B6,E); signal ep:state:=I; signal ef:state; signal flag:std_logic; signal cont:std_logic_vector (18 downto 0); begin func:process(ep,selec,p10,p20) begin case ep is
when I=> if(selec='0')then ef<=A1; else ef<=B1; end if; error<='0'; tarjeta<='0';
c10<='0'; c20<='0'; when A1=> if(p10='1')then ef<=A2; elsif(p20='1')then ef<=A3; else ef<=A1; end if; error<='0'; tarjeta<='0'; c10<='0'; c20<='0'; when A2=> if(p10='1')then ef<=A3; elsif(p20='1')then ef<=A4; else ef<=A2; end if; error<='0'; tarjeta<='0'; c10<='0'; c20<='0';
when A3=> if(p10='1')then ef<=A4; elsif(p20='1')then ef<=A5; else ef<=A3;
end if;
error<='0'; tarjeta<='0'; c10<='0'; c20<='0'; when A4=> if(p10='1')then ef<=A5; elsif(p20='1')then ef<=A6; else ef<=A4; end if; error<='0'; tarjeta<='1'; c10<='0'; c20<='0'; when A5=> if(p10='1')then ef<=A6; elsif(p20='1')then ef<=E; else ef<=A5; end if;
error<='0'; tarjeta<='1'; c10<='1'; c20<='0'; when A6=>
if(p10='1')then ef<=E; elsif(p20='1')then ef<=E; else ef<=A6; end if; error<='0'; tarjeta<='1'; c10<='0'; c20<='1'; when B1=> if(p10='1')then ef<=B2; elsif(p20='1')then ef<=B3; else ef<=B1; end if; error<='0'; tarjeta<='0'; c10<='0'; c20<='0'; when B2=> if(p10='1')then ef<=B3; elsif(p20='1')then ef<=B4; else ef<=B2; end if; error<='0'; tarjeta<='0'; c10<='0'; c20<='0'; when B3=>
if(p10='1')then ef<=B4; elsif(p20='1')then ef<=B5; else ef<=B3; end if; error<='0'; tarjeta<='0'; c10<='0'; c20<='0'; when B4=> if(p10='1')then ef<=B5; elsif(p20='1')then ef<=B6; else ef<=B4; end if; error<='0'; tarjeta<='0'; c10<='0'; c20<='0'; when B5=> if(p10='1')then ef<=B6; elsif(p20='1')then ef<=I; else ef<=B5; end if; error<='0'; tarjeta<='1'; c10<='0'; c20<='0'; when B6=>
if(p10='1')then ef<=E; elsif(p20='1')then ef<=E; else ef<=B6; end if; error<='0'; tarjeta<='1'; c10<='1'; c20<='0'; when E=> ef<=E; error<='1'; tarjeta<='0'; c10<='0';
c20<='0'; end case; end process func; tiempo: process(clk,push) begin if(clk'event and clk='1')then if(push='1')then flag<='1'; elsif(flag='1')then cont<=cont+1; if(cont=x"7A120")then
flag<='0'; cont<=x"0000"&o"0"; end if;
end if; end if; end process tiempo; process(flag,rst,ef) begin if(rst='1') then ep<=I; elsif(flag'event and flag='1')then ep<=ef; end if; end process; end mealy;
UCF NET clk LOC = B8; NET error LOC = R4; NET p10 LOC = K18; NET p20 LOC = H18; NET push LOC = H13;
NET rst LOC = R17; NET selec LOC =G18; NET tarjeta LOC = J14; NET c10 LOC = j15 NET c20 LOC = K15
CONCLUSIONES: Mata Mireles Héctor Omar
En esta práctica pudimos resolver los ejercicios propuestos, además se dio un repaso de las máquinas de estado mealy y moore vistas en circuitos lógicos, también aprendí acerca del funcionamiento del teclado matricial. Con respecto a las maquinas hay muchas aplicaciones y se pueden desarrollar proyectos como lo puede ser un robot escalador, el cual mediante una secuencia y una entrada de reloj hace un determinado movimiento, este es una de las muchas aplicaciones, ya dependerá de la necesidad que se tenga para hacer un proyecto que utilice máquinas de estados.
Sandoval Mendoza Manuel.
Se utilizaron máquinas de estado, las cuales sirven para ver los diferentes pasos dentro del proceso. Solo cuando se cumpla uno, se va al siguiente y así sucesivamente, esto se hace con dos máquinas de estado llamadas una mealy y otra moore, por lo que se tiene diferentes formas de respuesta aunque muy parecidas, debido a que solo cambia en que la moore cierra el ciclo de la máquina y mealy no. También pudimos visualizar que las máquinas de estados sirven para programar diferentes tipos de dispositivos ya que están en orden ascendente en actividad.
Martínez Luis Edgar Eduardo. En esta práctica logramos diferenciar entre un circuito secuencial y uno combinacional así como su implementación, esto se logró mediante la programación de un sumador y un restador de 3 bits mostrando los resultados en los display también se diseñó un contador de 0 a 99 con una frecuencia de 10hz, aparte de esto se logró realizar contador a diferentes frecuencias cual cuales se definieron por los requisitos de profesor, la parte que más se nos complico fue el uso del teclado matricial el cual fue un poco complicado de descubrir su correcto funcionamiento pero al final aprendimos el sistema de coordenadas que utiliza para lograr reconocer las teclas que se presionan.
BIBLIOGRAFIA:
http://nuevainge.galeon.com/automatasmoore.pdf http://bloganalisis1.files.wordpress.com/2011/01/apuntesdsd10_ mealy_moore.pdf
