ΗΜΥ211 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Υλοποίηση Πλήρη Αθροιστή με χρήση: Α) Ψηφιακών Πυλών Β) Αποκωδικοποιητή (74138)και Γ) Πολυπλέκτη(74153) Διδάσκoντες: Δρ. Γιώργος Ζάγγουλος και Δρ. Παναγιώτα Μ. Δημοσθένους Πανεπιστήμιο Κύπρου Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών
Ατζέντα 1. Στόχοι 8 ου Εργαστηρίου 2. Υλοποίηση Πλήρους Αθροιστή με πύλες 3. Υλοποίηση Πλήρους Αθροιστή με Αποκωδικοποιητή 4. Υλοποίηση Πλήρους Αθροιστή με Πολυπλέκτη 5. Υλοποίηση Πλήρους Αθροιστή 5 bits 6. Επιπλέον Ρυθμίσεις στο Quartus II 7. Ανάλυση 5 ης εργαστηριακής άσκησης Οκτώβριος 16 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & A.Π. - 2
Στόχοι Εργαστηρίου Με την ολοκλήρωση αυτού του εργαστηρίου, θα πρέπει να είστε σε θέση: 1. Να υλοποιείτε κυκλώματα πλήρους αθροιστή διαφόρων μεγεθών. 2. Nα ορίζετε διαφορετικούς σχεδιασμούς ως Top-Level Entity, να δημιουργείτε σύμβολα από δικούς σας σχεδιασμούς (αρχεία.bsf), και να είστε σε θέση να ρυθμίζετε σωστά τις σχετικές παραμέτρους στο Quartus II. 3. Να σχεδιάζετε και να χρησιμοποιείτε διάφορα κυκλώματα αποκωδικοποιητών και πολυπλεκτών σε άλλες εφαρμογές. 4. Να δημιουργείτε και να χρησιμοποιείτε σωστά τους διαύλους (data/address busses) και τις ονομασίες καλωδίων στο Quartus. 5. Να ρυθμίζετε πλήρως τις παραμέτρους σε μια προσομοίωση και να υπολογίζετε τις χρονικές καθυστερήσεις που προκύπτουν σε κάποιο σχεδιασμό. Οκτώβριος 16 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & A.Π. - 3
Υλοποίηση Πλήρους Αθροιστή (Full adder) A B Cin Cout Sum 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 Οκτώβριος 16 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & A.Π. - 4
Υλοποίηση Πλήρους Αθροιστή με χρήση Αποκωδικοποιητή(θετικής λογικής) S(X,Y,Z) = Σm(1,2,4,7) C(X,Y,Z) = Σm(3,5,6,7) Με ποιες πύλες πρέπει να αντικατασταθούν οι δύο OR αν οι έξοδοι του αποκωδικοποιητή είναι αρνητικής λογικής; *** Στο 74138, το C είναι το MSBit και το Α είναι το LSBit *** Οκτώβριος 16 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & A.Π. - 5
Υλοποίηση Πλήρους Αθροιστή με χρήση Πολυπλέκτη A B Cin Cout Sum 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 B Α Gnd Gnd Gnd Cin Cout Sum Οι επιλογές που υπάρχουν για τις εισόδους του πολυπλέκτη είναι: Cin, Cin, Vcc και Gnd Επιλέξτε αυτό που πρέπει κοιτώντας τη σχέση του Cin με την έξοδο για κάθε «ΑΒ» Οκτώβριος 16 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & A.Π. - 6
Επιπλέον Ρυθμίσεις στο Quartus 1. Εισαγωγή στοιχείων Gnd και Vcc 2. Χρήση ασύρματων συνδέσεων (με ονομασία καλωδίων και διαύλων) 3. Χρήση διπλού πολυπλέκτη4x1(74153) 4. Χρήση αποκωδικοποιητή 3 σε 8 (74138) 5. Χρήση Quartus με διαφορετικό Top Level Entity (επιλέγουμε το.bdf, project, set as top level entity) 6. Δημιουργία συμβόλου από δικό σας σχεδιασμό (επιλέγουμε το.bdf, file, create/update, create symbol files for current file) 7. Ρυθμίσεις προσομοίωσης (decimal, hex, random values) Οκτώβριος 16 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & A.Π. - 7
Εργαστηριακή Άσκηση 5 Σχεδιάστε έναν πλήρη αθροιστή 1 ος bitμε πύλες 2 εισόδων. Στη συνέχεια, να αποθηκεύσετε τον πιο πάνω σχεδιασμό ως σύμβολο. Υλοποιήστε ένα πλήρη αθροιστή 1 ος bitμε τη χρήση του 74153 (2 πολυπλέκτες 4 σε 1) και αποθηκεύσετε και αυτόν ως σύμβολο. Με τον ίδιο τρόπο, υλοποιήστε ακόμη ένα πλήρη αθροιστή με τη χρήση 74138 (αποκωδικοποιητής 3 σε 8) και επίσης αποθηκεύσετε τον ως σύμβολο. Δημιουργήστε ένα πλήρη αθροιστή 5 bitsχρησιμοποιώντας και τα 3 σύμβολα που έχετε δημιουργήσει από τους 3 σχεδιασμούς. Ελέγξτε την ορθή του λειτουργία τους πραγματοποιώντας 30 τυχαίες (random) προσθέσεις διάρκειας 40ns η κάθε μίαγια τον κάθε ένα από τους 3 τελικούς σχεδιασμούς. Για περισσότερες λεπτομέρειες διαβάστε την άσκηση 5. Οκτώβριος 16 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & A.Π. - 8
Μαθησιακά Αποτελέσματα Με την ολοκλήρωση αυτού του εργαστηρίου θα πρέπει να μπορείτε να: Υλοποιείτε κυκλώματα δυαδικού (πλήρους) αθροιστή. Ορίζετε διαφορετικούς σχεδιασμούς ως Top-LevelEntity, να δημιουργείτε σύμβολα από δικούς σας σχεδιασμούς και να είστε σε θέση να ρυθμίζετε σωστά τις σχετικές παραμέτρους στο Quartus II. Σχεδιάζετε και να χρησιμοποιείτε τα κυκλώματα αποκωδικοποιητών και πολυπλεκτώνσε άλλες εφαρμογές. Ορίζετε και να χρησιμοποιείτε σωστά τους διαύλους και τις ονομασίες καλωδίων στο Quartus II. Ρυθμίζετε πλήρως τις παραμέτρους σε μια προσομοίωση και να υπολογίζετε τις χρονικές καθυστερήσεις που προκύπτουν σε κάποιο σχεδιασμό. Οκτώβριος 16 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & A.Π. - 9