Εργαστήριο Ψηφιακών Συστηµάτων ΗΜΥ211 Εισαγωγή στο εργαστήριο Υλικού Εβδοµάδα: 2 1 Στόχοι Εργαστηρίου Μετην ολοκλήρωση αυτού του εργαστηρίου, θα πρέπει να γνωρίζετε: 1. Τη διαδικασία που ακολουθείται για να «κατεβάζετε» ένα σχεδιασµό από τον υπολογιστή σεµια προγραµµατιζόµενη λογική διάταξη (FPGA) για σκοπούς ελέγχου και επαλήθευσης. 2. Τη διαδικασία υλοποίησης ενός κυκλώµατος µε διακριτά στοιχεία στην πλακέτα κατασκευής κυκλωµάτων καινα έχετε εξοικειωθεί µε τα διάφορα όργανα και άλλον εργαστηριακό εξοπλισµό που θα χρησιµοποιείτε στην κατασκευή και τον έλεγχοκυκλωµάτων. 3. Τις διαφορές µεταξύ των τεχνολογιών TTL και CMOS (όσο αφορά στις αντίστοιχες στάθµες τάσης για τις λογικές τιµές 0και 1στις δύο αυτές οικογένειες ολοκληρωµένων καιτα περιθώριαθορύβου. 2
Καθορισµός Pins Πριν από τον καθορισµό των pins θα πρέπει να βεβαιωθείτε ότι η συσκευή που έχετε καθορίσει στο πρότζεκτ σας είναι η Cyclone II, EP2C20F484C7. Ο έλεγχος µπορεί να γίνει επιλέγοντας Assignments/ Pin Planner στο Quartus και συµπληρώνοντας τη στήλη Location στο νέο παράθυρο που ανοίγει και στο οποίο θα πρέπει να φαίνονται όλα τα σήµατα εισόδου/εξόδου από τον σχεδιασµό Top-Level Entity. Προσοχή! Για να εισαχθούν τα pins στο σχεδιασµό, πρέπει να ξανακάνετε compilation. Τα ονόµατα των pins θα πρέπει να εµφανιστούν πάνω στο σχεδιασµό. (Βλέπε εικόνες στην επόµενη διαφάνεια.) 3 Καθορισµός Pins και Compilation 4
Αποθήκευση του Σχεδιασµού στο FPGA board 1. Από το Tools, επιλέξτε Programmer και στο νέο παράθυρο επιλέξτε Hardware Set-Up. 2. Προσθέστε το USB Blaster και στη συνέχεια αφού επιλέξετε το αρχείο.sof που αντιστοιχεί στο σχεδιασµό σας και πατήστε Start. Προσοχή! Ο διακόπτης RUN/PROG που βρίσκεται πάνω στην πλακέτα θα πρέπει να είναι πάντοτε στη θέση RUN. Ο έλεγχος λειτουργικότητας του σχεδιασµού σας πραγµατοποιείται µόνο µε τις δικές σας ενέργειες. Θέστε τους αντίστοιχους διακόπτες στην ανάλογη θέση για να φτιάξετε όλες τις γραµµές του πίνακα αληθείας παρατηρώντας την κατάσταση των LEDs της πλακέτας. 5 Εγκατάσταση USB Blaster και αρχείο.sof 6
Το FPGA Board 7 Εκπαιδευτ τική Πλακέτα 8
Τροφοδοτικό και Γεννήτρια Σηµάτων Τροφοδοτικό µε σταθερή τάση εξόδου: +5V, Ground, -5V Τροφοδοτικό µε δύο ρυθµιζόµενες εξόδους τάσης από 0 µέχρι +15Vκαι από 0 µέχρι -15V. Η κάθε έξοδος καθορίζεται από το αντίστοιχο ποτενσιόµετρο (+V και -V) Γεννήτρια Σηµάτων µε δυνατότητα δηµιουργίας τόσο ρυθµιζόµενης τάσης, όσο και τάσης σε TTL Mode. Ρυθµιστής Συχνότητας Έξοδοι Επιλογέας κλίµακας Συχνότητας Επιλογέας κυµατοµορφής ιακόπτες (0 / +5V) 9 Συνδέσεις για υλοποίηση της Χ(A,B,C,D) = A BC + D A B C D 10
Logic Probe (ανιχνευτής Lo / Ηi) Ο ανιχνευτής LP3500 τροφοδοτείται µε +5V (και Ground)και εντοπίζει σε ποια κατάσταση (Low or High)βρίσκεται το σηµείο του κυκλώµατος το οποίο αγγίζει η ακίδα του ανιχνευτή. 11 Πολύµετρο DC Volts + - Το πολύµετρο αποτελεί ένα συνδυασµό οργάνων κυρίως για µετρήσεις συνεχούς και εναλλασσόµενης (rms) τάσης, ρεύµατος και Ωµικής αντίστασης. 12
Έλεγχος Ολοκληρωµένων 1. Τοποθετείστε το ολοκληρωµένο στο κάτω µέρος της βάσης µε το κόψιµο στην πάνω πλευρά και ασφαλίστε το µετακινώντας τον µοχλό προς τα κάτω. µοχλός Pin 1 2. Πιέστε διαδοχικά το Mode/Clear για να επιλέξετε single test 3. Πληκτρολογήστε µόνο τους αριθµητικούς χαρακτήρες από τον κωδικό του ολοκληρωµένου και στη συνέχεια πιέστε το Test 4. Αποτέλεσµα Ελέγχου στην οθόνη: Fail: To ολοκληρωµένο σας είναι καµένο Pass: Chip type (το ολοκληρωµένο σας είναι ΟΚ!) 13 Περιθώρια Θορύβου για Ψηφιακή Λογική (Noise Margins) NM H = V OHmin V IHmin NM L = V ILmax V OLmax Output Input 14
15 Μαθησιακά Αποτελέσµατα Με την ολοκλήρωση αυτού του εργαστηρίου θα πρέπει να έχετε κατανοήσει τις διαδικασίες που ακολουθούνται για να: Σχεδιάσετε κάποιο κύκλωµα Προσοµοιώσετε τον σχεδιασµό σας και να τον ελέγξετε Φορτώσετε στην πλακέτα της Altera (FPGA board) κάποιο σχεδιασµό για να δείτε την πραγµατική συµπεριφορά του Υλοποιήσετε µε διακριτά εξαρτήµατα κάποιο κύκλωµα και να ελέγξετε την ορθή του λειτουργία 16