Esercizio 5cancello automatico (tema d'esame luglio 2022)

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Teoria usata: Sintesi delle reti sequenziali - riconoscitore di sequenza e codifica degli statiSintesi di una rete sequenziale sincrona: specifiche $\to$ diagramma degli stati $\to$ tabella (riduzione degli stati equivalenti) $\to$ codifica binaria degli stati $\to$ scelta del FF (D PET) $\to$ equazioni di ingresso dei FF e delle uscite $\to$ minimizzazione $\to$ circuito e verifica. Lo stato riassume la parte di storia utile; per i riconoscitori si ha uno stato per ogni prefisso riconosciuto, riusando gli stati (sovrapposizioni). Reset: stato iniziale noto. Codifica Gray (numero minimo di FF) vs 1-hot (un FF per stato, logica più semplice): per il riconoscitore 1101 Gray costa circa la metà.Sintesi delle reti sequenziali - riconoscitore di sequenza e codifica degli stati →, Analisi delle reti sequenziali - tabella e diagramma degli stati, Mealy e MooreAnalizzare una rete sequenziale sincrona significa ricavare, dal circuito, le equazioni di ingresso dei flip-flop (stato futuro) e dell'uscita, la tabella degli stati ($2^{m+n}$ righe per $m$ FF e $n$ ingressi), il diagramma degli stati (cerchi = stati, frecce = transizioni con ingresso/uscita) e la simulazione temporale. Mealy: uscita funzione di stato e ingresso (scritta sulle frecce, può cambiare tra due fronti di clock); Moore: uscita funzione del solo stato (scritta nel cerchio, cambia solo al fronte). Due stati sono equivalenti se danno le stesse uscite e portano a stati equivalenti: si fondono per ridurre i FF.Analisi delle reti sequenziali - tabella e diagramma degli stati, Mealy e Moore →.

Passo 1: ingressi, uscite e tipo di macchina

Ingressi: btn (1 bit), finecorsa (2 bit). Uscita: motore (2 bit). Dato che l'uscita dipende solo da "che cosa il cancello sta facendo" si usa una macchina di Moore: il valore di motore sta dentro lo stato.

Passo 2: gli stati

Per decidere quali stati servono si segue il cancello:

1. CHIUSO: fermo e chiuso, in attesa di btn; motore=00.
2. APRE: il motore apre, finché il finecorsa non dice "completamente aperto"; motore=01.
3. Una volta aperto, il motore si ferma e il sistema aspetta due cicli prima di richiudere: i due cicli sono due stati distinti, ATT1 e ATT2, entrambi con motore=00 (servono per contare: non sono equivalenti perché ATT1 porta in ATT2 e ATT2 porta in CHIUDE).
4. CHIUDE: il motore chiude, finché il finecorsa non dice "completamente chiuso"; motore=10.

Cinque stati. Non ce ne sono di equivalenti: gli stati con uscita uguale (CHIUSO, ATT1, ATT2, tutti con motore=00) hanno stati futuri diversi (CHIUSO resta in sé o va in APRE, ATT1 va in ATT2, ATT2 va in CHIUDE).

Passo 3: transizioni

Osservazioni:

• btn è ignorato in tutti gli stati tranne CHIUSO (non compare nelle condizioni degli altri stati): è la richiesta "ignorato se il cancello è già aperto o in movimento";
• in APRE si esce solo con finecorsa=11: subito dopo il comando il cancello è ancora chiuso (00) e poi in movimento (10) e lo stato non deve cambiare; allo stesso modo in CHIUDE, appena dopo il comando il finecorsa vale ancora 11, poi 10, e si esce solo con 00;
• i due cicli di attesa sono ATT1 e ATT2: dal ciclo in cui si vede finecorsa=11 il motore si ferma (stato ATT1, $\text{motore}=00$), resta fermo per ATT1 e ATT2 (due cicli interi), poi parte la chiusura.

Diagramma degli stati (frecce con la condizione; uscita motore nel cerchio): $$\text{CHIUSO}/00\xrightarrow{btn=1}\text{APRE}/01\xrightarrow{fc=11}\text{ATT1}/00\to\text{ATT2}/00\to\text{CHIUDE}/10\xrightarrow{fc=00}\text{CHIUSO}/00$$ con i ritorni su se stessi per le condizioni opposte (CHIUSO con $btn=0$; APRE con $fc\ne11$; CHIUDE con $fc\ne00$).

Passo 4: simulazione

Scenario: pulsante premuto al ciclo 1 (e di nuovo al ciclo 3, durante l'apertura); il finecorsa segue il movimento del cancello:

La seconda pressione di btn (ciclo 3) è ignorata. Al ciclo 5 il finecorsa vale 11: dal ciclo 6 il motore è fermo per due cicli (6 e 7), poi chiude (cicli 8–11) fino a 00 al ciclo 11. La tabella è stata controllata con un modello della macchina.

Errori comuni

• Un solo stato di attesa invece di due (non conta i due cicli).
• Uscire da APRE con finecorsa=10 o 00: il cancello non è ancora aperto.
• Non ignorare btn negli stati diversi da CHIUSO.
• Dimenticare che finecorsa vale ancora 11 appena parte la chiusura: la transizione CHIUDE→CHIUSO è solo su 00.