Laborgyakorlat Logikai áramkörök számítógéppel segített tervezése (CAD)

Hasonló dokumentumok
Laborgyakorlat Logikai áramkörök számítógéppel segített tervezése (CAD)

Laborgyakorlat Logikai áramkörök számítógéppel segített tervezése (CAD)

Laborgyakorlat Logikai áramkörök számítógéppel segített tervezése (CAD)

Laborgyakorlat Logikai áramkörök számítógéppel segített tervezése (CAD)

Laborgyakorlat Logikai áramkörök számítógéppel segített tervezése (CAD)

1. Kombinációs hálózatok mérési gyakorlatai

EB134 Komplex digitális áramkörök vizsgálata

1. Kombinációs hálózatok mérési gyakorlatai

Laborgyakorlat Logikai áramkörök számítógéppel segített tervezése (CAD)

DIGITÁLIS TECHNIKA I

DIGITÁLIS TECHNIKA feladatgyűjtemény

DIGITÁLIS TECHNIKA 7. Előadó: Dr. Oniga István

A gyakorlatokhoz kidolgozott DW példák a gyakorlathoz tartozó Segédlet könyvtárban találhatók.

Mérési jegyzőkönyv. az ötödik méréshez

Kombinációs hálózatok és sorrendi hálózatok realizálása félvezető kapuáramkörökkel

Kombinációs áramkörök modelezése Laborgyakorlat. Dr. Oniga István

3. A DIGILENT BASYS 2 FEJLESZTŐLAP LEÍRÁSA

Előadó: Nagy István (A65)

4. hét: Ideális és valódi építőelemek. Steiner Henriette Egészségügyi mérnök

Laborgyakorlat 3 A modul ellenőrzése szimulációval. Dr. Oniga István

Digitális technika II. (vimia111) 5. gyakorlat: Tervezés adatstruktúra-vezérlés szétválasztással, vezérlőegység generációk

Nyolcbites számláló mintaprojekt

5. KOMBINÁCIÓS HÁLÓZATOK LEÍRÁSÁNAK SZABÁLYAI

10. EGYSZERŰ HÁLÓZATOK TERVEZÉSE A FEJLESZTŐLAPON Ennél a tervezésnél egy olyan hardvert hozunk létre, amely a Basys2 fejlesztőlap két bemeneti

Digitális technika (VIMIAA02) Laboratórium 1

Digitális technika (VIMIAA02) Laboratórium 1

LOGSYS LOGSYS SPARTAN-3E FPGA KÁRTYA FELHASZNÁLÓI ÚTMUTATÓ szeptember 19. Verzió

Digitális technika - Ellenőrző feladatok

Digitális technika (VIMIAA02) Laboratórium 3

Digitális Technika. Dr. Oniga István Debreceni Egyetem, Informatikai Kar

2008. október 9. Verzió

Digitális technika (VIMIAA02) Laboratórium 3

2) Tervezzen Stibitz kód szerint működő, aszinkron decimális előre számlálót! A megvalósításához

Digitális technika (VIMIAA02) Laboratórium 4

F1301 Bevezetés az elektronikába Digitális elektronika alapjai Szekvenciális hálózatok

Digitálistechnika II. 1. rész

Digitális technika (VIMIAA02) Laboratórium 4

ISE makró (saját alkatrész) készítése

Ellenőrző mérés mintafeladatok Mérés laboratórium 1., 2011 őszi félév

3.6. HAGYOMÁNYOS SZEKVENCIÁLIS FUNKCIONÁLIS EGYSÉGEK

D I G I T Á L I S T E C H N I K A Gyakorló feladatok 3.

Megoldás Digitális technika I. (vimia102) 4. gyakorlat: Sorrendi hálózatok alapjai, állapot gráf, állapottábla

Digitális technika (VIMIAA02) Laboratórium 5

7.hét: A sorrendi hálózatok elemei II.

DIGITÁLIS TECHNIKA 8 Dr Oniga. I stván István

Digitális technika (VIMIAA02) Laboratórium 5

Kiegészítő segédlet szinkron sorrendi hálózatok tervezéséhez

Dr. Oniga István DIGITÁLIS TECHNIKA 8

funkcionális elemek regiszter latch számláló shiftregiszter multiplexer dekóder komparátor összeadó ALU BCD/7szegmenses dekóder stb...

0 0 1 Dekódolás. Az órajel hatására a beolvasott utasítás kód tárolódik az IC regiszterben, valamint a PC értéke növekszik.

LOGSYS LOGSYS ECP2 FPGA KÁRTYA FELHASZNÁLÓI ÚTMUTATÓ szeptember 18. Verzió

Név: Logikai kapuk. Előzetes kérdések: Mik a digitális áramkörök jellemzői az analóg áramkörökhöz képest?

Digitális technika házi feladat III. Megoldások

Digitális technika (VIMIAA01) Laboratórium 4

6. hét: A sorrendi hálózatok elemei és tervezése

Funkcionális áramkörök vizsgálata

Dr. Oniga István DIGITÁLIS TECHNIKA 4

8.3. AZ ASIC TESZTELÉSE

Irányítástechnika Elıadás. A logikai hálózatok építıelemei

11. KÓDÁTALAKÍTÓ TERVEZÉSE HÉTSZEGMENSES KIJELZŐHÖZ A FEJLESZTŐLAPON

Standard cellás tervezés

DIGITÁLIS TECHNIKA II

Dr. Oniga István DIGITÁLIS TECHNIKA 9

1. Az adott kapcsolást rajzolja le a lehető legkevesebb elemmel, a legegyszerűbben. MEGOLDÁS:

Szekvenciális hálózatok és automaták

Digitális technikai alapáramkörök labormérése

A Picoblaze Core implementálása FPGA-ba

10. Digitális tároló áramkörök

DIGITÁLIS TECHNIKA II

Dr. Oniga István DIGITÁLIS TECHNIKA 9

A/D és D/A konverterek vezérlése számítógéppel

Hobbi Elektronika. A digitális elektronika alapjai: Sorrendi logikai áramkörök 1. rész

DIGITÁLIS TECHNIKA I PÉLDA: 3 A 8 KÖZÜL DEKÓDÓLÓ HOGYAN HASZNÁLHATÓ EGY 4/16-OS DEKÓDER 3/8-AS DEKÓDERKÉNT? D 2 3 DEKÓDER BŐVÍTÉS

Logikai áramkörök. Informatika alapjai-5 Logikai áramkörök 1/6

Áramkörök elmélete és számítása Elektromos és biológiai áramkörök. 3. heti gyakorlat anyaga. Összeállította:

PROGRAMOZHATÓ LOGIKAI ESZKÖZÖK. Elıadó: Dr. Oniga István Egytemi docens

PAL és GAL áramkörök. Programozható logikai áramkörök. Előadó: Nagy István

Digitális Technika. Dr. Oniga István Debreceni Egyetem, Informatikai Kar

LOGIKAI TERVEZÉS HARDVERLEÍRÓ NYELVEN. Dr. Oniga István

PAL és s GAL áramkörök

DIGITÁLIS TECHNIKA. Szabó Tamás Dr. Lovassy Rita - Tompos Péter. Óbudai Egyetem Kandó Kálmán Villamosmérnöki Kar LABÓRATÓRIUMI ÚTMUTATÓ

AF 088II DIO 16/8 AF 088II DIO 16. Digitális ki-, bemeneti modul. Digitális bemeneti modul

Hobbi Elektronika. A digitális elektronika alapjai: Kombinációs logikai hálózatok 1. rész

FPGA alapú áramkörök fejlesztése a Xilinx ISE Webpack használatával

5. Hét Sorrendi hálózatok

Digitális elektronika gyakorlat

Megoldás Digitális technika I. (vimia102) 2. gyakorlat: Boole algebra, logikai függvények, kombinációs hálózatok alapjai

Hobbi Elektronika. A digitális elektronika alapjai: Sorrendi logikai áramkörök 4. rész

Kombinációs hálózatok Adatszelektorok, multiplexer

DIGITÁLIS TECHNIKA I

Digitális technika (VIMIAA02) Laboratórium 5.5

DIGITÁLIS TECHNIKA Dr. Lovassy Rita Dr. Pődör Bálint

DIGITÁLIS TECHNIKA II

Hobbi Elektronika. A digitális elektronika alapjai: További logikai műveletek

Integrált áramkörök/4 Digitális áramkörök/3 CMOS megvalósítások Rencz Márta

Digitális elektronika gyakorlat. A VHDL leírástípusok

Digitális technika Laboratórium 6.

LOGSYS EGYSZERŰ ALKALMAZÁS KÉSZÍTÉSE A LOGSYS KINTEX-7 FPGA KÁRTYÁRA A XILINX VIVADO FEJLESZTŐI KÖRNYEZET HASZNÁLATÁVAL június 16. Verzió 1.

Digitális elektronika gyakorlat

A Memory Interface Generator (MIG) beállítása a Logsys Kintex-7 FPGA kártyához

Átírás:

Laborgyakorlat Logikai áramkörök számítógéppel segített tervezése (CAD) Multiplexer (MPX) A multiplexer egy olyan áramkör, amely több bemeneti adat közül a megcímzett bemeneti adatot továbbítja a kimenetére. Ez az egyik leggyakrabban használt kombinációs hálózat. Legegyszerűbb esetben a cím az egy bites select jel (S), ami két bemenet közül (I0, I1) választ ki egyet (1. ábra, 2. ábra). A két bemenetű multiplexer igazságtáblája a következő. S Y 0 I0 1 I1 1. ábra - Két bemenetű multiplexer kapcsolási rajza 2. ábra - Két bemenetű multiplexer logikai rajza A multiplexált adat nem csak 1-bites lehet, azaz a címzéssel kiválasztott és a kimenetre továbbított adat több bites is lehet. A multiplexert legtöbbször bonyolult adat utak kialakítására használják pl. a processzorok ALU-jában. Vannak egyéb alkalmazási, ezek közül először kettőt mutatunk meg. 1. oldal 2015.02.16.

Latch A latch egy olyan tároló elem, amely nem órajelre (élre) működik, hanem egy engedélyező jel megléte esetén az áramkör transzparens, azaz átengedi a bemenetén lévő jelet, az engedélyező jel megszűnésére az utolsó értéket tárolja. Az alábbi két rajzon (3. ábra) az engedélyező jel aktív értéke magas, ill. alacsony. 3. ábra Latch 2. oldal 2015.02.16.

Korrekt flip-flop órajel engedélyezés Az órajelre működő szinkron hálózatok esetén fontos, hogy az összes tároló egyszerre billenjen, ellenkező esetben rövid időre hazárd állapotok léphetnek fel. Ezen kívül a dinamikus bemeneten a jelnek stabilnak kell lennie bizonyos idővel az órajel felfutása előtt és után. Ez az áramkörre jellemző katalógus érték (setup time, ill. hold time). Ha ezek a feltételek nem teljesülnek a flip-flop működése bizonytalanná válik, ha például az órajelet kapuzzuk, így plusz késleltetést viszünk bele. Ezért a korrekt megoldást egy multiplexeren áthaladó enable jel biztosítja (4. ábra). Az első esetben egy D flip-flop, a másodikban egy T flip-flop esetében. Az első esetben, ha az órajel nincs engedélyezve, az órajelre saját magát írja be újra meg újra, ugyanaz a hatás, mintha nem lenne órajel. A második esetben a bemenetre 0 kerül, így a T flip-flop nem billen. 4. ábra - Korrekt flip-flop órajel engedélyezés 3. oldal 2015.02.16.

A multiplexer címbitjeinek eggyel való megnövelése a bemenetek számának a kétszeresét teszi lehetővé. Így két címbit esetén kapjuk a 4-bemenetű multiplexert (5. ábra, 6. ábra). A négy bemenetű multiplexer igazságtáblája a következő. 1 S S Y 0 0 0 I0 0 1 I1 1 0 I2 1 1 I3 5. ábra - Négy bemenetű multiplexer logikai rajza 6. ábra - Négy bemenetű multiplexer kapcsolási rajza 4. oldal 2015.02.16.

A nagyobb számú bemenetekkel rendelkező multiplexer tervezése kétféleképpen lehetséges: a megfelelő számú kapuból megtervezve, vagy kisebb multiplexerek szisztematikus összekapcsolásával (kaszkádosítás). Például egy 16 bemenetű multiplexert így is megtervezhetünk (7. ábra). Ez ugyan redundáns a felhasznált kapuk számát illetően, de az alkatrész könyvtárban (szimbólum könyvtár) meglévő alkatrészekből összerakható. 7. ábra - 16 bemenetű multiplexer tervezése kisebb multiplexerek felhasználásával A multiplexer lehetőséget nyújt look-up table megvalósítására (lásd a bevezető gyakorlat leírását). Az általunk használt FPGA CLB-jében 4-bemenetű LUT található tetszőleges 4- változós logikai függvény előállítására. Ha ezt egy tárolóval oldanák meg, minden egyes CLB-ben egy 64K bites tárolóra lenne szükség az összes logikai függvény előállítására. Ehelyett pl. egy 16 bites regiszter és egy 16 bemenetű multiplexer elegendő (8. ábra). A multiplexer címbitjeire csatlakozik az adott logikai függvény 4 változója. A rajz alapján a 5. oldal 2015.02.16.

szoftver kiszámolja, hogy melyik logikai függvény kell a megvalósításhoz, és a 4 bemenet összes kombinációjának megfelelő 16 kimeneti bitet betölti egy 16 bites regiszterbe, amelynek kimenetei csatlakoznak a multiplexer megfelelő címzésű bemenetéhez. Látható, hogy egy ilyen megoldás erőforrás igénye lényegesen kisebb. Demultiplexer (DMPX) 8. ábra - Look-up table megvalósítása multiplexer segítségével A demultiplexer működése a multiplexerének a fordítottja. Egy adat bemenete (I) van, és a címző bemenetek (S) határozzák meg, hogy melyik kimenetre (OUT) továbbítja a bemeneti adatot (9. ábra, 10. ábra). A többi kimenet állapota inaktív. A felhasználási területe: adat szétosztás több feldolgozó egység felé. Az adat bemenet (I), ill. a kimenetek (OUT) nem csak 1-bitesek lehet. 9. ábra - Négy kimenetű demultiplexer 6. oldal 2015.02.16.

10. ábra - Négy kimenetű demultiplexer kapcsolási rajza Laborfeladat Tervezzen egy 8-bemenetű multiplexeres kapcsolást (11. ábra). A projektben adja a top modul (főmodul) kapcsolási rajznak az mplxtop.sch nevet! A multiplexert külön makróban (rajzolt modulban) készítse el (AND és OR kapuk felhasználásával), amihez először létre kell hozni egy új kapcsolási rajzot (mplx.sch). A multiplexer adatbemeneteit a Digilent Basys2 kártyán lévő SW0-SW7 kapcsolókon (SW(7:0)) lehessen beállítani, a címző bemeneteket a multiplexer bemenetére csatlakozó 3-bites számláló kimenete adja. A 3-bites számlálóhoz használja a szimbólumok (alkatrészek) között megtalálható CB4CE 4 bites számlálót (a 4. kimeneti bitjét, azaz a Q3-at nem használjuk majd fel), aminek az órajele (CLK) a BTN0 nyomógomb legyen. A helyi értékek megfelelnek a kapcsolók és a számláló kimeneteinek az indexének. Végezze el az áramkör szimulációját a kapott szimulációs fájl segítségével. 7. oldal 2015.02.16.

11. ábra Multiplexeres kapcsolás blokkvázlata Amennyiben az áramkör működése megfelelő, implementálja azt, a kapott bit kiterjesztésű fájlt töltse le a Basys2 kártyába, és a kapcsolók és az órajel nyomógomb segítségével próbálja ki az áramkör működését. A feladathoz szükséges port nevek (ucf file) Port név Busz CP132 tokozás Leírás CLK - NET clk LOC = G12 ; A számláló órajel bemenete: BTN0 nyomógomb SW(7:0) 8 bit NET SW<7> LOC = N3; NET SW<6> LOC = E2 ; NET SW<5> LOC = F3; NET SW<4> LOC = G3 ; NET SW<3> LOC = B4; NET SW<2> LOC = K3; NET SW<1> LOC = L3 ; NET SW<0> LOC = P11 ; LED0, LED1, LED2, LED3 - NET LED3 LOC = P6 ; NET LED2 LOC = P7 ; NET LED1 LOC = M11 ; NET LED0 LOC = M5 ; Multiplexer adat bemenetei Számláló állapotát megjelenítő LED-ek: LED0, LED1, LED2 Multiplexer adat kimenete: LED3 Vígh Tamás, ÓBUDAI EGYETEM, 2015 8. oldal 2015.02.16.

Alkalmazandó műszerek és eszközök PC számítógép Digilent Basys2 Spartan-3E FPGA mérőpanel Digilent Adept konfiguráló szoftver Hivatkozások, felkészüléshez ajánlott irodalom [1] FPGA fejlesztés a Xilinx ISE Webpack-ben, Elektronikus formában a tantárgy honlapján [2] Digilent Basys2 Board Reference Manual, Elektronikus formában a tantárgy honlapján [3] Spartan-3E Libraries Guide for Schematic Designs, Elektronikus formában a tantárgy honlapján [4] Kóré László: Digitális elektronika I. BMF 1121 [5] Arató Péter: Logikai rendszerek tervezése, Tankönyvkiadó 9. oldal 2015.02.16.