лабы / лаба 2 / лаба_2_2_мпу_метода

13.Поясните последовательность проектирования цифровых устройств в графическом редакторе.

14.Опишите назначение основных элементов отладочного набора для ПЛИС

Xilinx Spartan.

15.Каков порядок работы с САПР ISE?

16. Какова структура и функции «Навигатора (менеджера) проектов»? 17.Поясните графический способ представления схемных решений. Каково-

назначение файла с расширением *.sch?

18.Поясните способы создания связей с выводами отладочной платы. Опишите назначение файла с расширением *.ucf.

19.Опишите назначение пакета iMPACT.

20.Каково назначение файла с расширением *.bit?

5.Литература

1.Калабеков Б. А. Цифровые устройства и микропроцессорные системы. –

М.: Радио и связь. – 2003. – С. 4-18, 34-70.

2.Сперанский B.C. Сигнальные микропроцессоры и их применение в системах телекоммуникаций и электроники. – М.: Горячая линия-Телеком, 2008. С.119-137.

3.Тарасов И.Е. Разработка цифровых устройств на базе ПЛИС Xilinx с применением языка VHDL. –М.: Горячая линия-Телеком. – 2005. – С.8-41, 63-98.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

1. Цель работы

Целью работы является изучение системы автоматизированного проектирования (САПР) Xilinx ISE WebPack, ознакомление с основами языка VHDL и реализация на ПЛИС логической схемы комбинационного типа с использованием функционала графического редактора и модулей на языке описания аппаратуры VHDL.

2.Задания для выполнения лабораторной работы

2.1Предварительная подготовка к выполнению лабораторной работы

1.Изучить описание к данной лабораторной работе и рекомендованную литературу.

2.Ознакомиться с основами языка программирования VHDL.

3.Используя сведения, полученные при подготовке, написать листинг программы, описывающей заданное устройство на языке VHDL. Данные для проектирования устройства можно получить у преподавателя или взять из Таблицы 2.1 (номер варианта уточнить у преподавателя). Из Таблицы 2.2 переписать свой вариант установки для значений переменных для выполнения симуляции.

19

4.Подготовить ответы на контрольные вопросы, приведенные в данном описании лабораторной работы.

5.Подготовить письменный отчет принятой на кафедре формы. Отчет должен содержать:

-титульный лист принятой на кафедре формы;

-номера лабораторной работы, варианта работы и формулировку цели работы;

-исходные данные выполняемого варианта;

-домашний расчет (схему, листинг программы);

-результат выполнения работы (схема, временные диаграммы);

-краткие выводы по работе.

Обозначения: DC – Duty Cycle; T – Period; STO – Starting Time Offset

Примечание: Для всех переключателей установить:

Cancel after Time Offset – 100мкс

20

2.2 Выполнение исследований в лаборатории Разделы выполнения лабораторной работы:

2.2.1.Создание проекта

2.2.2.Проектирование цифрового устройства в графическом редакторе с использование модулей на языке VHDL

2.2.3.Симуляция проекта

2.2.4.Создание связи с выводами отладочной платы

2.2.5.Создание конфигурационного файла

2.2.6.Конфигурирование отладочной платы

2.2.1Создание проекта

Подробное описание создания проекта описано в пункте 2.2.1 Лабораторной работы №1 данного описания.

Запустите Project Navigator, выбрав в контекстном меню File – New Project.

Откроется мастер создания нового проекта «New Project Wizard» (Рис. 2.1), в котором нужно заполнить графу названия проекта (Name) и выбрать файл верхней архитектуры: схематический (Top-level source type: Schematic).

Рис. 2.1. Мастер создания нового проекта

Новый проект должен иметь параметры, представленные на рисунке 2.2

21

Рис. 2.2. Параметры проекта

2.2.2 Проектирование цифрового устройства

Сначала нужно создать новый файл верхнего уровня проекта.

Для этого нужно нажать правой кнопкой в свободной областе «Hierarchy» и выбрать «New Source» (Рис. 2.3).

Рис. 2.3. Добавление нового источника в проект

Откроется мастер создания нового источника («New Source Wizard») (Рис. 2.4), в котором нужно будет выбрать тип источника (Shematic) и дать ему

22

имя. Имя файла верхнего уровня также будет и у итогового скомпилированного файла.

Рис. 2.4. Создание нового источника

После завершения работы мастера создания нового источника, автоматически откроется редактор нового источника в главной рабочей области. В данном случае откроется графический редактор схем (Рис. 2.5) (Если этого не случилось, открыть редактор файла можно с помощью двойного клика на названии файла вкладки Design) .

Рис. 2.5. Редактирование файла-схемы

После этого нужно добавить модуль, который будет описан на языке VHDL. Для этого нужно повторить действия предыдущего шага, но вместо схематического источника нужно выбрать источник VHDL Module и дать ему имя (Рис. 2.6):

23

Рис. 2.6. Создание модуля VHDL

В следующем окне мастера выбираются настройки портов, которые используются в этом модуле.

Для данного примера будут задействованы 4 переключателя и 2 светодиода платы, поэтому создадим и назовем соответствующие порты, как представлено на рисунке 2.7.

Рис. 2.7. Входные и выходные порты модуля

Как и после создания файла схемы, создание VHDL модуля завершается открытием файла в редакторе (Рис. 2.8). САПР автоматически создает заготовку, с которую внесены обязательные строки кода (инициализация портов, которые выбирались в мастере, подключение библиотек, объявление архитектуры).

24

Рис. 2.8. Шаблон VHDL модуля

Теперь нужно описать работу цифрового устройства. Например, пусть первая пара переключателей выполняет функцию логического «И» и выводит результат на первый светодиод, а вторая пара переключателей выполняет функцию логического «ИЛИ» и выводит состояние, соответственно, на второй светодиод.

Для реализации этого в редакторе файла созданного VHDL модуля нужно вставить следующие строки:

architecture Behavioral of demo_vhdl is

Таким образом, входные и выходные порты модуля запрограммированы нужным нам алгоритмом.

После любых изменений кода всегда полезно сохранять изменения и запускать проверку синтаксиса, выбрав в окне иерархий текущий файл и запустив процесс

Это поможет избавиться от множества ошибок и опечаток при описании цифрового устройства.

25

Теперь создадим из этого модуля схематический символ для последующего добавления в основную схему, проделав то же самое, что и при проверки синтаксиса, но на этот раз выбрав процесс Create Schematic Symbol (Рис.

2.9)

Рис.2.9. Создание символа

После успешного завершения работы этого процесса, символ, который представляет этот модуль, можно добавить на схему. Его расположение в библиотеке символов (Symbols) будет иметь категорию с названием директории проекта (Рис. 2.10)

Рис. 2.10. VHDL модуль в виде символа

Можно немного усложнить это цифровое устройство, и добавить новый модуль, который будет выполнять следующую функцию:

Сигналы, поступающие из первого модуля, при нажатии кнопки будут инвертироваться.

Для этого повторим создание VHDL модуля. Из портов нам нужны 3 входных и 2 выходных порта (Рис. 2.11).

26

Рис. 2.11. Новый VHDL модуль

Теперь архитектура модуля будет иметь следующий вид:

architecture Behavioral of button is

begin

process(btn, i1, i2) begin

end if; end process;

end Behavioral;

После сохранения результата и успешной проверки синтаксиса из этого модуля также нужно создать символ и добавить его к общей схеме (Рис. 2.12)

27

Рис. 2.12. Добавление второго VHDL модуля на схему

Следующий шаг – соединить модули и добавить маркеры для связи с выводами отладочной платы.

Добавление провода осуществляется инструментом AddWire, а добавление маркера инструментом AddI/OMarker.

Осталось их переименовать, для удобного «связывания» с платой (с помощью нажатия правой кнопкой по маркеру – Rename Port), и готовая схема будет иметь вид, представленный на рисунке 2.13.

Рис. 2.13. Готовая схема цифрового устройства.

28