Σχεδιασμός Συνδυαστικού κυκλώματος και υλοποίηση στο Quartus και στο Logisim. Υλοποίηση κυκλώματος μόνο με πύλες Nand 2 εισόδων.

Transcript

1 ΗΜΥ211 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Σχεδιασμός Συνδυαστικού κυκλώματος και υλοποίηση στο Quartus και στο Logisim. Υλοποίηση κυκλώματος μόνο με πύλες Nand 2 εισόδων. Διδάσκoντες: Δρ. Γιώργος Ζάγγουλος και Δρ. Αγαθοκλής Παπαδόπουλος Πανεπιστήμιο Κύπρου Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών

2 Ατζέντα 1. Στόχοι 5 ου Εργαστηρίου 2. Υλοποίηση σχεδιασμού μόνο με χρήση των οικουμενικών πυλών NAND2 3. Παρουσίαση 1 ης Εργαστηριακής άσκησης 4. Μαθησιακά Αποτελέσματα 5. Σημαντικές Ημερομηνίες για το ΗΜΥ211 Οκτώβριος 15 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & A.Π. - 2

3 Στόχοι 5 ου Εργαστηρίου Με την ολοκλήρωση αυτού του εργαστηρίου, θα πρέπει: 1. Να μπορείτε να ακολουθείτε σωστά τα βήματα που απαιτούνται για να υλοποιήσετε ένα σχεδιασμό ο οποίος να ικανοποιεί όλες τις προϋποθέσεις που τέθηκαν σε κάποιο πρόβλημα. (Κατανόηση Προβλήματος, Συμπλήρωση Πίνακα Αληθείας, Απλοποίηση Εξισώσεων, Σχεδιασμός Συστήματος και Επαλήθευση του, και Υλοποίηση τόσο στo Quartus II, όσο και στο Logisim) 2. Να είστε σε θέση να υλοποιήσετε οποιοδήποτε συνδυαστικό κύκλωμα χρησιμοποιώντας μόνο οικουμενικές πύλες NAND Οκτώβριος 15 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & A.Π. - 3

4 Οικουμενική Πύλη Nand X F = (X X) = X +X = X X F = X X Y X Y F = ((X Y) ) = (X +Y ) = X Y = X Y F = (X Y ) = X +Y = X+Y X Y X Y F = X Y F = X+Y Οκτώβριος 15 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & A.Π. - 4

5 Περιγραφή Συστήματος Συναγερμού Υλοποιήστε ένα ψηφιακό σύστημα το οποίο θα λειτουργεί ως σύστημα συναγερμού για ένα δωμάτιο. Το σύστημα θα περιλαμβάνει 4 εισόδους (αισθητήρες): Α, Β, C και D και 4 εξόδους (W, Χ, Υ και Ζ) οι οποίες περιγράφονται πιο κάτω. Όλες οι είσοδοι δέχονται σήμα από αισθητήρες θετικής λογικής διαφόρων τύπων. Η είσοδος Α είναι συνδεδεμένη σε αισθητήρα (μαγνητική επαφή) ο οποίος είναι εγκατεστημένος στην μοναδική είσοδο του δωματίου και ενεργοποιείται όταν αυτή ανοίξει ενώ στην είσοδο Β είναι συνδεδεμένος αισθητήρας για εντοπισμό δόνησης στο μοναδικό παράθυρο του δωματίου. Στην είσοδο C είναι συνδεδεμένος ένας αισθητήρας κίνησης που εντοπίζει οποιαδήποτε κίνηση στο δωμάτιο ενώ στην είσοδο D ένας διπλός αισθητήρας (εντοπισμού καπνού/πλημμύρας) ο οποίος είναι εγκατεστημένος με τέτοιο τρόπο ώστε να ενεργοποιεί την είσοδο D στην περίπτωση που ανιχνεύσει καπνό στο δωμάτιο ή νερό σε ύψος 1cm από το πάτωμα. Οκτώβριος 15 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & A.Π. - 5

6 Δυνατότητες Συστήματος Η έξοδος W είναι συνδεδεμένη με την εξωτερική σειρήνα η οποία ηχεί στην περίπτωση που παραβιαστεί η πόρτα του δωματίου ή κάποιος προσπαθήσει να σπάσει το παράθυρο. Η έξοδος X θα πρέπει να ενημερώνει άμεσα τον ιδιοκτήτη ότι κάποιος κινείται στο δωμάτιο του χωρίς αυτό να έχει παραβιαστεί. Η έξοδος Y θα ενημερώνει άμεσα το 199/112 για να σταλεί ασθενοφόρο όταν υπάρχει ένδειξη φωτιάς/καπνού στον χώρο και υπάρχει επίσης κίνηση στο δωμάτιο. Σε περίπτωση ενεργοποίησης έστω 2 εισόδων (από τις Α, Β και C) το σύστημα συναγερμού θα πρέπει επίσης να ενημερώνει την αστυνομία και τον ιδιοκτήτη με αποστολή κατάλληλου SMS μέσω της εξόδου Z. Οκτώβριος 15 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & A.Π. - 6

7 Σχεδιαστικοί Περιορισμοί -Ρυθμίσεις Στον αρχικό σας σχεδιασμό, επιτρέπεται η χρήση πυλών AND, OR και XOR με μόνο 2 εισόδους,, καθώς και NOT. Η 2 η υλοποίηση του ίδιου συστήματος θα γίνει μόνο με πύλες NAND 2 εισόδων. Για την υλοποίηση του κάθε σχεδιασμού, πρέπει να χρησιμοποιηθούν όσο το δυνατόν λιγότερες λογικές πύλες. Η προσομοίωση του κάθε συνδυασμού (εισόδων) θα πρέπει να είναι 25ns. Όλες οι είσοδοι και έξοδοι του συστήματος είναι θετικής λογικής (δηλαδή ενεργοποιούνται στο 1 και απενεργοποιούνται στο 0) Οι περεταίρω ενέργειες (αποστολή SMS, τηλεφωνικές κλήσεις, κλπ.) υλοποιούνται από άλλα κυκλώματα τα οποία εσείς θα θεωρήσετε ότι συνδέονται στο δικό σας σύστημα εξωτερικά και είναι συμβατά. Οκτώβριος 15 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & A.Π. - 7

8 Αναμενόμενη Εργασία Στο επόμενο εργαστήριο(12 16/ ) θα πρέπει να έχετε μαζί σας τα παρακάτω ζητούμενα, έτσι ώστε να μπορέσετε να ολοκληρώσετε με επιτυχία την 1 η σας βαθμολογημένη άσκηση για 5% του τελικού σας βαθμού. (1) Πίνακας αληθείας (2) Αρχικές εξισώσεις (σε μορφή SOP) (3) Απλοποιήσεις με χάρτες Karnaugh (και στη συνέχεια με άλλο τρόπο αν είναι εφικτό) (4) Σχεδιασμός με πύλες AND2, OR2, XOR2 και ΝΟΤ. (5) Σχεδιασμός μόνο με πύλες NAND των 2 εισόδων στο Quartus (στο ίδιο bdf file με τον αρχικό σχεδιασμό) (6) Ένα αρχείο προσομοίωσης για όλους τους συνδυασμούς εισόδου και αποτελέσματα (τόσο από Functional όσο και από Timing Simulation) Οκτώβριος 15 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & A.Π. - 8

9 Αναμενόμενη Εργασία (7) Πίνακας αντιστοιχίας εισόδων/εξόδων με τα αντίστοιχα PINS όπως περιγράφονται πιο κάτω (8) Υλοποίηση του κυκλώματος (με AND2, OR2, XOR2 και NOT) στο Logisim και σύγκριση ομαδοποιήσεων από τους χάρτες Karnaugh με τις δικές σας ομαδοποιήσεις. (9) Επιπλέον, θα πρέπει να έχετε μαζί σας τον φάκελο με όλα τα αρχεία της άσκησης για να μπορέσετε να καθορίσετε εισόδους/εξόδους και να φορτώσετε τον σχεδιασμό σας για έλεγχο στο FPGA board. Στα συμπεράσματά σας σχολιάστε με κάθε λεπτομέρεια τα αποτελέσματα της προσομοίωσης και τις δυσκολίες που αντιμετωπίσατε. PINS: Θα πρέπει να φτιάξετε ένα πίνακα (με 2 στήλες) με τα αντίστοιχα pins έτσι ώστε να είστε προετοιμασμένες/οι για να ορίσετε τα SW[7], SW[6], SW[5] και SW[4] ως αισθητήρες Α, Β, C και D αντίστοιχα και τις λυχνίες LedR[3], LedR[2], LedR[1] και LedR[0] ως εξόδους W, X, Y και Z αντίστοιχα. Οι έξοδοι W_nand, X_nand, Y_nand και Z_nand θα συνδεθούν αντίστοιχα στις λυχνίες LedG[7], LedG[6], LedG[5] και LedG[4]. Οκτώβριος 15 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & A.Π. - 9

10 Μαθησιακά Αποτελέσματα Με την ολοκλήρωση αυτού του εργαστηρίου θα πρέπει να μπορείτε να: Μελετάτε τις προδιαγραφές ενός συστήματος Απλοποιείτε τις αρχικές εξισώσεις ενός σχεδιασμού Σχεδιάζετε και να προσομοιώνετε το σχεδιασμό σας στο Quartus, καθώς και να επαληθεύετε την ορθή του λειτουργία Σχεδιάζετε ψηφιακά κυκλώματα μόνο με οικουμενικές πύλες NAND Σχεδιάζετε ψηφιακά κυκλώματα στο Logisim Οκτώβριος 15 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & A.Π. - 10

11 Σημαντικές Ημερομηνίες! Στο επόμενο εργαστήριο Οκτωβρίου θα γίνει το 1 ο Quiz. Μέχρι τις 23 Οκτωβρίου, όσοι επιθυμείτε να κάνετε την προαιρετική εργασία (κατασκευή και/ή βίντεο) θα πρέπει να στείλετε στον διδάσκοντα σας με τα ονόματα και μία σύντομη περιγραφή ( λέξεις) της εργασίας που επιλέξατε. Η ενδιάμεση εξέταση θα πραγματοποιηθεί για όλους το Σάββατο 31/10/15. Αν κάποια άτομα έχουν άλλες υποχρεώσεις, μπορούν να στείλουν μέχρι τις 12/10/15 και να ζητήσουν πρωινή, μεσημβρινή ή απογευματινή εξέταση. Οι ώρες της εξέτασης θα είναι(περίπου) 9-12, και Οκτώβριος 15 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & A.Π. - 11