Σχεδιασμός Αποκωδικοποιητή και υλοποίηση του στο Logisim και στο Quartus. Εισαγωγή στο Logisim

Transcript

1 ΗΜΥ211 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Σχεδιασμός Αποκωδικοποιητή και υλοποίηση του στο Logisim και στο Quartus. Εισαγωγή στο Logisim Διδάσκoντες: Δρ. Γιώργος Ζάγγουλος και Δρ. Παναγιώτα Μ. Δημοσθένους Πανεπιστήμιο Κύπρου Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών

2 Ατζέντα 1. Στόχοι 6 ου Εργαστηρίου 2. Παρουσίαση 3 ης Εργαστηριακής άσκησης 3. Έλεγχος 2 ης Εργαστηριακής άσκησης 4. To λογισμικό προσομοίωσης LogiSim 5. Μαθησιακά Αποτελέσματα Οκτώβριος 16 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & Π.Δ. - 2

3 Στόχοι 6 ου Εργαστηρίου Με την ολοκλήρωση αυτού του εργαστηρίου, θα πρέπει ναείστεσεθέσηνα: 1. Σχεδιάζετε αποκωδικοποιητές οποιουδήποτε μεγέθους και να τους χρησιμοποιείτε σωστά. 2. Σχεδιάζετε συνδυαστικά κυκλώματα χρησιμοποιώντας αποκωδικοποιητές (ως τρόπο δημιουργίας όλων των ελαχιστόρων). 3. Μετράτε τις χρονικές καθυστερήσεις που προκύπτουν από τον σχεδιασμό σας και να τις ελαχιστοποιείτε. 4. Υλοποιείτε οποιοδήποτε συνδυαστικό κύκλωμα και να το προσομοιώνετε στο λογισμικό LogiSim. Οκτώβριος 16 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & Π.Δ. - 3

4 Περιγραφή Αποκωδικοποιητή Ο αποκωδικοποιητής είναι ένα ψηφιακό κύκλωμα με n εισόδους και 2^n εξόδους. Σε κάθε δυνατό συνδυασμό των εισόδων, πάντοτε μόνο μία έξοδος (με το αντίστοιχο όνομα του σήματος εισόδου) είναι ενεργοποιημένη (active high). Αν ο αποκωδικοποιητής είναι αρνητικής λογικής (active low), τότε όλες οι έξοδοι είναι ενεργοποιημένες εκτός από την έξοδο που αντιστοιχεί στον συνδυασμό των εισόδων. Η είσοδος enable σε ένα κύκλωμα αποκωδικοποιητή είναι υπεύθυνη για να ενεργοποιεί και να απενεργοποιεί το κύκλωμα. Ενεργοποιημένο: κανονική λειτουργία αποκωδικοποιητή Απενεργοποιημένο (για active high): όλες οι έξοδοι = 0 Απενεργοποιημένο (για active low): όλες οι έξοδοι = 1 Οκτώβριος 16 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & Π.Δ. - 4

5 Αποκωδικοποιητής 2-σε-4(active high) Οκτώβριος 16 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & Π.Δ. - 5

6 Αποκωδικοποιητής 2-σε-4(active low) Οκτώβριος 16 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & Π.Δ. - 6

7 ΑποκωδικοποιητήςμεEnable Οκτώβριος 16 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & Π.Δ. - 7

8 Χρήσεις Αποκωδικοποιητή Επιλογή καταχωρητή εγγραφής στο Register File (μόνο ένας καταχωρητής μπορεί να κάνει εγγραφή σε οποιαδήποτε χρονική στιγμή) Δημιουργία ελαχιστόρων από n εισόδους για επίλυση οποιουδήποτε προβλήματος (μορφής SOP) Πώς δημιουργείται αποκωδικοποιητής 4 σε 16 χρησιμοποιώντας τον 3 σε 8; Ποια η σχέση τουαποκωδικοποιητή 3 σε 8 με αυτόν που χρησιμοποιείται στην ψηφιακή τηλεόραση; Οκτώβριος 16 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & Π.Δ. - 8

9 Xρήση Αποκωδικοποιητήγια υλοποίηση οποιουδήποτε SOP (full adder example) S(X,Y,Z) = Σm(1,2,4,7) C(X,Y,Z) = Σm(3,5,6,7) Οκτώβριος 16 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & Π.Δ. - 9

10 Το λογισμικό LogiSim Με την εκκινήση του λογισμικού LogiSim, ανοίγει New file για νέα προσομοίωση ψηφιακού συστήματος Οκτώβριος 16 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & Π.Δ. - 10

11 Μενού & Λειτουργίες LogiSim To μενού διαθέτει τις επιπρόσθετες επιλογές: Project: Δυνατότητες για ανάλυση των κυκλωμάτων του σχεδιαζόμενου ψηφιακού συστήματος Simulate: Δυνατότητες αλλαγής ρυθμίσεων προσομοίωσης ρολογιού Η αριστερή στήλη περιέχει τα building blocks του LogiSim - πύλες, εισόδους, εξόδους - χωρισμένα σε κατηγορίες Οκτώβριος 16 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & Π.Δ. - 11

12 Εισαγωγή Στοιχείου στο LogiSim Η προσθήκη στοιχείου στην τρέχουσα υλοποίηση γίνεται με την επιλογή του στοιχείου από την στήλη αριστερά. Το cursor αλλάζει στο επιλεγμένο στοιχείο και μπορούμε να το τοποθετήσουμε στην υλοποίηση στα δεξιά. Αφού τοποθετήσουμε το στοιχείο, ενεργοποιείται κάτω αριστερά το παράθυρο επιλογών. Εδώ μπορούμε να αλλάξουμε αριθμό εισόδων, όνομα, προσανατολισμό κτλ. Οκτώβριος 16 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & Π.Δ. - 12

13 Εισαγωγή Εξόδου στο LogiSim Η προσθήκη pin εξόδου γίνεται από την πάνω μπάρα (δημοφιλή στοιχεία). Τοποθετούμε την έξοδο στην υλοποίηση και μπορούμε να αλλάξουμε τις ρυθμίσεις στο παράθυρο επιλογών. Ως έξοδο μπορούμε να τοποθετήσουμε και το LED από την λίστα Input/Output, αλλά όταν προσομοιώσουμε τον σχεδιασμό μας, το LED απλά ανάβει και σβήνει, χωρίς να δείχνει την λογική τιμή στην έξοδο. Οκτώβριος 16 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & Π.Δ. - 13

14 Εισαγωγή Συνδέσεων στο LogiSim Η προσθήκη συνδέσεων μεταξύ των στοιχείων της υλοποίησης γίνεται στο παράθυρο της υλοποίησης. Πατούμε κλικ στον ακροδέκτη ενός στοιχείου που θέλουμε να συνδέσουμε και τραβούμε το καλώδιο μέχρι να συνδεθεί με το στοιχείο που επιθυμούμε. Οκτώβριος 16 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & Π.Δ. - 14

15 Προσομοίωση στο LogiSim Πρώτο Βήμα: Αλλάζουμε το mode από Edit (κουμπί μαύρο βέλος) σε Tease (κουμπί χέρι) από την πάνω μπάρα. Δεύτερο Βήμα: Για να αλλάξουμε τις τιμές στις εισόδους, κάνουμε κλικ στο pin που θέλουμε να αλλάξουμε από 0->1 ή από 1->0. Οκτώβριος 16 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & Π.Δ. - 15

16 Ανάλυση Σχεδιασμού Από το menu Project, επιλέξτε Analyze Circuit για να δείτε την ανάλυση του σχεδιασμού σας (πίνακα αληθείας, εξίσωση, Κ-χάρτες κλπ.) Οκτώβριος 16 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & Π.Δ. - 16

17 Ανάλυση Σχεδιασμού Πίνακας αληθείας Οκτώβριος 16 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & Π.Δ. - 17

18 Ανάλυση Σχεδιασμού Λογική Εξίσωση Οκτώβριος 16 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & Π.Δ. - 18

19 Ανάλυση Σχεδιασμού Επιλέξτε Build Circuit και δείτε όλες τις διαθέσιμες επιλογές Κ-Χάρτης με ομαδοποιήσεις Οκτώβριος 16 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & Π.Δ. - 19

20 Μαθησιακά Αποτελέσματα Με την ολοκλήρωση αυτού του εργαστηρίου θα πρέπει να μπορείτε να: Μελετάτε τις προδιαγραφές ενός αποκωδικοποιητή Σχεδιάζεται οποιοδήποτε μέγεθος αποκωδικοποιητή Σχεδιάζετε συνδυαστικά κυκλώματα με τη χρήση αποκωδικοποιητών. Μετράτε τις χρονικές καθυστερήσεις σε κάποιο σχεδιασμό και να τις ελαχιστοποιείτε. Σχεδιάσετε και να προσομοιώσετε κάποιο σχεδιασμό στο LogiSim, καθώς και να επαληθεύσετε την ορθή του λειτουργία. Οκτώβριος 16 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & Π.Δ. - 20