Что можно сделать на плис
На данных макетах можно отработать следующие пункты из учебного плана по схемотехнике:
1.Триггерные устройства на логических элементах:
R-S триггер асинхронный;
R-S триггер, синхронизируемый уровнем;
R-S триггер, синхронизируемый фронтом, реализованный по схеме M-S с внутренней задержкой и коммутируемыми бистабильными ячейками.
2. Основные логические функции НЕ, И, ИЛИ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ.
3.Триггерные устройства на логических элементах. Схемотехника, принцип работы, таблица переходов Т-триггера, D-триггера, J-K-триггера
4.Счетчики импульсов. Основные характеристики и параметры счетчиков. Счетчики последовательного и параллельного типов, недвоичные счетчики.
5.Регистры. Схемы последовательных и параллельных регистров.
6.Сумматоры двоичных чисел. Сумматор по модулю 2. Полусумматор. Полный сумматор. Многоразрядные сумматоры параллельного и последовательного типов.
7.Преобразователи кодов. Дешифратор (декодер). Шифратор (кодер). Преобразователь кодов, принцип построения. Мультиплексор, демультиплексор.
8.Изучить виды памяти применяемые в схемотехнике.
9.Изучить и создать отдельные блоки микропроцессоров.
9.САПР позволяет провести временной анализ задержек для каждой схемы.
10.Создание устройства можно проводить графически, аналитически, с помощью таблицы истинности.
Пример использования плис:
Требуется считывать последовательный код приходящий так, что каждый новый бит появляется через 2 мкс. Реализация на микропроцессоре затруднительна из-за необходимости в CHIPSET’е и перефирии, а применение даже микроконтроллера с RISC-архитектурой с тактовой частотой 33МГц не обеспечиает трбуемой скорости считывания. В таком случае необходимо применение ПЛИС. Так микросхема серии FLEX 8000 EPF8282A может работать с тактовой частотой 133МГц.
Устройство должно содержать регистры, таймеры, счётчики. Их создание можно вести графически –создавать устройство из имеющихся в базе элементов, если нет необходимого элемента его можно создать с помощью програмирования на языках AHDL,VHDL.
Получившуюся схему необходимо проверить на временные задержки и возможность функционирования. MAX+plusII позволяет это сделать, причем есть возможность смоделировать различные типы микросхем. В итоге можно прийти к выводу что реализация возможна на более дешевой микросхеме.
Затем описание устройства необходимо откомпилировать и загрузить в ПЛИС.
Плата LabKit 8000 поставлялась с комплексом лабораторных работ по схомотехнике, разработанным МИФИ.
Разработанный практикум включает пять лабораторных работ.
Работа 1. “Графический ввод схемы устройства и функциональная симуляция с использованием САПР MAX+plusII”.В работе изучается графический редактор и осуществляется ввод в систему MAX+plusII принципиальной схемы комбинационного устройства, описанного булевым уравнением. После этого выполняется трансляция проекта, с помощью редактора логико-временных диаграмм формируется последовательность входных тестовых векторов и осуществляется симуляция (логическое моделирование). В результате система MAX+plusII формирует диаграмму состояний для выходов устройства, анализируя которую совместно с таблицей истинности, можно сделать заключение о правильности функционирования разработанного устройства.
Работа 2. “Описание схемы на языке AHDL, использование монитора иерархии проекта САПР MAX+plusII”.В этой работе изучается процесс описания цифрового устройства на языке AHDL и создание иерархического проекта. С помощью редактора Text Editor создаётся текстовый файл описания схемы на языке AHDL. Для ускорения процесса используются шаблоны конструкций языка, заложенные в систему MAX+plusII. Алгоритм программы реализуется с помощью оператора IF_THEN_ELSE. На основе текстового файла создаётся символьный файл, который с помощью редактора Graphic Editor включается в иерархический проект вместе с устройством, созданным в первой работе. Для анализа иерархического проекта используется монитор Hierarchy Display. После этого выполняется трансляция проекта, формирование тестовых векторов и симуляция в последовательности, аналогичной предыдущей работе.
Работа 3. “Разработка комбинационных схем, программирование ПЛИС и анализ размещения схемы на кристалле”.Работа посвящена проектированию комбинационных схем с использованием платы LabKit-8000, а также анализу и редактированию размещения схемы устройства на кристалле ПЛИС с помощью редактора конфигурации FloorPlan Editor системы MAX+plusII. Рассматривается функционирование схемы дешифратора для семисегментного индикатора и пример его описания на языке AHDL в виде таблицы. Перед трансляцией определяется тип микросхемы ПЛИС для реализации проекта и функции её выводов. После трансляции с помощью приложения Programmer осуществляется загрузка кода программы через ByteBlaster в ПЛИС на плате лабораторного макета LabKit-8000. Проверка работы дешифратора осуществляется вводом кода входных сигналов с переключателей и наблюдением знаков на семисегментном индикаторе. Для анализа размещения схемы устройства на кристалле используется редактор конфигурации FloorPlan Editor (рис. 2). С его помощью выполняется коррекция размещения выводов, после повторной трансляции работа дешифратора вновь проверяется с использованием платы LabKit-8000.
Работа 4. “Разработка последовательностных схем, временной анализ в системе MAX+plusII”.В работе практически осваивается проектирование последовательностных схем на примере программируемого счётчика/таймера — типового узла современных микроконтроллеров. Особое внимание уделяется выполнению анализа временных характеристик разработанной схемы с помощью приложения Timing Analyzer, который производится после процедуры размещения и трассировки схемы на кристалле ПЛИС (рис. 3). При этом исследуется влияние размещения элементов и выводов на кристалле на быстродействие проектируемого последовательностного устройства.
Работа 5. “Построение конечных автоматов (на примере арифметико-логического устройства RISC-микроконтроллера)”.В завершающей работе практикума проектирование сложных конечных автоматов изучается на примере регистрового АЛУ — ядра микропроцессорных и микроконтроллерных устройств. В процессе выполнения работы проектируется схема АЛУ, реализующего набор основных арифметических и логических операций, проверяется правильность их выполнения.
С каждым заданием прилагается список задач различных вариантов. На основе их опыта, в ходе дипломного проектирования, требуется разработать комплекс лабораторных работ с использованием ПЛИС для студентов всех специальностей ЭТФ.