VHDL 801а вопросы на экзамен / Матрица

Рис. 8. Проект сформирован

Проектирование устройства в схемотехническом редакторе

Для начала познакомимся с лабораторной отладочной платой, которую будем использовать для реализации первого проекта.

Рис. 9. Топология отладочной платы

Кроме кристалла CPLD CoolRunner-II 256, размещенного в корпусе TQ144, плата снаряжена практически всей необходимой инфраструктурой: 4-е светодиода, 4-е семисегментных знакоиндикатора, переключатели, кнопки, генератор тактовых сигналов, средства для загрузки конфигурации через JTAG-интерфейс и общения с PC – интерфейс USB.

11

Рис. 10. Архитектура отладочной платы

Для освоения технологии проектирования создадим простенький делитель частоты. В качестве источника тактового сигнала выберем 10 kHz.

Рис. 11. Варианты настройки тактового генератора

После того, как период сигнала сделаем с помощью делителя достаточно длинным, чтобы преодолеть инерцию глаза (примерно, 50 mS), выдадим его для индикации на светодиод.

Разумеется, построить схемотехнику делителя частоты можно десятком способов. Строительство в данном примере ориентировано, прежде всего, на знакомство с библиотекой элементов схемотехнического редактора. Цепочку делителей будет завершать 4 разрядный счетчик, выходы которого будут соединены со светодиодами.

В начале, укажем, что сейчас будем формировать источник проекта: в меню Project-> New Source. При этом, обратите внимание, в левой части навигатора был предварительно выбран указателем мыши файл проекта.

12

Рис. 13. Формируем источник проекта

В качестве источника проекта укажем схему, которая так и будет называться в этом примере –

Schema.

Рис. 14. Указываем, что источник – схемотехнический.

13

В итоге, в папке проекта создается файл Schema.sch. И если дважды щелкнуть по названию этого файла в дереве навигатора, то откроется окно схемотехнического редактора принципиальных схем проекта. Здесь и создается принципиальная схема проекта для ПЛИС.

Рис. 15. На бланк графического редактора переносим счетчик

Из библиотеки элементов извлекаем счетчик CB4CE и размещаем его на бланке схемы.

14

Рис. 16. Библиотека редактора содержит сотни типов цифровых элементов

К выходу счетчика необходимо присоединить выходные усилители – OBUF. Таким образом, мы сообщаем ПЛИС, что выходные сигналы уходят с территории кристалла. Через выходные контакты они уйдут на печатную плату, и металлические проводники соединят их со светодиодами.

Рис. 17. Для общения с контактами ПЛИС требуются буферные усилители

Для того, чтобы окончательно обозначить покидающие кристалл сигналы используют специальные маркеры ввода-вывода. Персональная иконка этих маркеров (Add I/O Marker) находится наверху, в инструментальном поле.

15

Рис. 18. …и специальные маркеры ввода-вывода.

Контакты и линии связи можно переименовать в соответствии с функциональными особенностями и собственными соображениями. Для этого необходимо выбрать элемент и нажав правую кнопку мышки выбрать переименование порта. Например, выходные сигналы счетчика предназначены для светодиодов (LED0,... ,LED3).

Рис.19. Рабочие контакты ПЛИС для работы со светодиодами

16

Для того, чтобы счетчик CB4CE выполнял функцию счета импульсов, поступающих на вход C, необходимо, во-первых, разрешить этот счет – подать на вход CE (Clock Enable) логическую единицу, а, во-вторых, подать на вход CLR логический нуль, что запретит его сброс. Источниками статических булевских значений являются библиотечные элементы – VCC – питание, соответствует логической единице, GND – земля, соответствует логическому нулю.

Рис. 20. Безусловное обеспечение работы счетчика

Дополним цепочку делителей частоты еще тремя библиотечными элементами.

Рис. 21. Набор компонентов для делителя частоты

17

Для приема сигнала от тактового генератора, расположенного не в ПЛИС, а на лабораторной плате, потребуется буферный усилитель IBUF – аналогично тому, как были подключены к выходным контактам усилители OBUF. И точно также вход этого усилителя дополним маркером ввода-вывода. Переименуем входной сигнал в MyCLK. В качестве проводников для межсоединений воспользуемся библиотечным элементом Add Wire, иконка которого расположена выше, на инструментальной панели.

Включим триггер JK в счетный режим. Для этого повесим на входы JK логическую единицу и, разумеется, запретим сброс триггера, подав на него логический нуль.

Итак, на входе IBUF появится периодический сигнал 10 kHz – период 100 mkS. После делителя CLK_DIV12 период сигнала станет 1, 2 mS, после счетного триггера - 2, 8 mS, на выходе Q0 счетчика

– 5, 6 mS, Q1 – 11,2 mS, Q222, 4 mS и Q3 – 44, 8 mS.

Если созданной цепочкой делителя будет недостаточно, чтобы разглядеть мерцание светодиодов, то его легко усилить. Например, включить в него еще один счетный триггер или заменить CLK_DIV12 на CLK_DIV14.

Проверим созданную схему на предмет ошибок На верху, в меню редактора выбираем Tools-> Check Schematic и в нижней части экрана, на вкладке Console, читаем:

Started : "Launching Schematic Editor to edit Schema.sch".

Start DRC ...

No error or warning is detected

18

Рис. 23. Лист контактов как часть итогового отчета

Мы обнаружим, что тактовый сигнал попадает на 38-й контакт и это совпадает с топологией разводки печатной платы, но светодиоды подключены совсем не к тем контактам.

Вместо 69-го предложен 139-й, вместо 68-го – 140-й и т.д.

Рис. 24. Топология межсоединений печатной платы отладочного устройства

20