Проектування комбінаційних логічних схем в базисі ПЛІС

 

Запишемо функції виходів семисегментного  індикатора:

Мінімізувавши функції виходів  семи сегментного індикатора отримаємо:

Використовуючи  МДНФ будуємо структурну схему двійково-десяткового  дешифратора з використанням семисегментного індикатора. Вона відображена на риc. 2.16.

 

Рис. 2.16 – Структурна схема двійково-десяткового дешифратора з використанням семисегментного індикатора

 

РОЗДІЛ 3 
ПРОЕКТНО-РОЗРАХУНКОВИЙ РОЗДІЛ

3.1. Способи подання даних в системах кодування

Людина  сприймає інформацію за допомогою органів  почуттів. Світло, звук, тепло ¬ це енергетичні сигнали, а смак і  запах ¬ це результат впливу хімічних сполук, в основі якого теж енергетична  природа. Людина відчуває енергетичні  впливи безперервно і може ніколи не зустрітися з однією і тією ж  їх комбінацією двічі. Немає двох однакових зелених листків на одному дереві і двох абсолютно однакових  звуків ¬ це інформація аналогова. Якщо ж різним кольорам дати номери, а  різним звукам - ноти, то аналогову інформацію можна перетворити у цифрову.

3.2 Порівняння швидкодії  систем на базі сімейств CPLD фірми  Xilinx

Відмінна риса мікросхем цієї серії - архітектура на основі флеш-пам'яті, що, на думку розробників, дозволяє знизити їх вартість і розширити можливості внутрішньосистемного перепрограмування в порівнянні зі звичайними СPLD з ЕСРПЗУ. Мікросхеми серії сімейства XC9500 (на напругу живлення 5 В), XC9500XL (3,3 В) і XC9500XV (2,5 В) характеризуються можливостями внутрішньосистемного перепрограмування, забезпечуючи не менше 10 тис. циклів запису / стирання в повному комерційному діапазоні значень напруги живлення і температури.

3.3 Розробка VHDL моделі дешифратора

Мова  опису апаратури VHDL є досить потужним засобом абстрактного опису цифрових пристроїв, що звільняє розробника від необхідності комбінувати потрібну йому схему з готових бібліотечних компонентів. Хоча всі цифрові вузли, створювані в ПЛІС, теоретично можуть бути реалізовані з використанням тільки вбудованих тригерів і комбінаторної логіки, очевидно, що побудова багато розрядних пристроїв, лічильників зі складними умовами рестарту, кінцевих автоматів і т. п. дуже складно зробити за класичною методологією графічного опису створюваної схеми. У даному випадку застосування мов опису апаратури (Hardware Description Languages, HDL) дозволяє описати поведінку створюваного пристрою в найбільш загальному, алгоритмічному вигляді, що істотно полегшує аналіз роботи такого пристрою, його модифікацію, налагодження та супровід. Повний текст програми наведений у додатку А. Опишемо деякі блоки цієї програми. Описуємо стандартні бібліотеки, які будемо використовувати:

Library IEEE;

Use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

Use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;

Use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;

Описуємо шини вводу/виводу:

Entity prog is

Port (hex: in std_logic_vector (3 downto 0);

led: out std_logic_vector (6 downto 0));

end prog;

Вводимо таблицю істинності дешифратора:

with hex SELect

led <= “0111111” when “0000”,

 “0000110” when “0001”,

 “0000110” when “0010”,

 “0000110” when “0011”,

 “0000110” when “0100”,

 “0000110” when “0101”,

 “0000110” when “0110”,

 “0000110” when “0111”,

 “0000110” when “1000”,

 “0000110” when “1001”,

    “0000000” when others;

 

 

ПЕРЕЛІК СКОРОЧЕНЬ, СИМВОЛІВ ТА СПЕЦІАЛЬНИХ ТЕРМІНІВ

 

Асемблер (англ. assembler) – загальноприйнята назва  транслятора з автокоду. Асемблер переводить початкову програму, написану на автокоді, в переміщувану програму на мові машинній. Оскільки асемблер здійснює трансляцію на мову завантажувача, при  завантаженні програми необхідна налаштування умовних адрес, тобто адрес, значення яких залежать від розташування даної  програми в пам’яті ЦВМ і від  її зв’язків з іншими незалежно  трансльованими програмами.

Мікросхема (microcircuit) – електронна схема, що реалізована  у вигляді напівпровідникового  кристалу та виконує певну функцію.

Переривання (англ. interrupt) – сигнал, що повідомляє процесор про настання якої-небудь події. При цьому виконання поточної послідовності команд припиняється і управління передається обробникові  переривання, який реагує на подію і  обслуговує його, після чого повертає управління в перерваний код.

COM-порт  – послідовний порт (англ. Serialport), серійний порт або COM-порт (вимовляється  «ком-порт», від англ. Communicationport) –  двонаправлений послідовний інтерфейс,  призначений для обміну байтовою  інформацією.

ЗВІ – засіб відображення інформації.

УЛС – учбово-лабораторний стенд.

ARM –  (спочатку Advanced RISC Machine – поліпшена  RISC машина, попередник Acorn RISC Machine) –  32-бітна RISC архітектура процесорів, яку розробила компанія ARM Limited. Широко  застосовується у розробці портативних  пристроїв. Головною причиною  цього є використання енергозберігаючих  технологій. Саме тому ця архітектура  домінує у пристроях, головною  ідеєю яких є енергозбереження.

 

 

ВИСНОВКИ

 

Метою даного курсового проекту була розробка учбово-лабораторного стенду та реалізація двійково-десяткового дешифратора на базі CPLD XC95144 фірми Xilinx, що дозволяє виконувати операції дешифрування двійкового коду в десятковий з відповідною індикацією на світлодіодному семи сегментному індикаторі.

Програмно-апаратна частина описана за допомогою середовища розробки та HDL проектування WebPACK ISE фірми Xilinx. В ході виконання даного дипломного проекту було розроблено функціональну та VHDL модель двійково-десяткового дешифратора, спроектовано учбово-лабораторний стенд на базі CPLD XC95144 фірми Xilinx та апробовано спроектоване рішення.

Для досягнення поставленої мети був проведений огляд існуючих сучасних систем мікросхем різних типів та принципів їх реалізації, зроблено вибір оптимального для даного проекту рішення.

Результатом розробки є архітектура розробленої  системи, схема електрична та принципова УЛС та інтерфейсного пристрою. Особливістю даної розробки є використання ПЛІС XC95144, в якості основного компонента УЛС. Завдяки цьому пристрій має малі габаритні розміри, більшу надійність, мінімальну вартість при великих функціональних можливостях. Побудова даної системи дасть можливість якісно поліпшити процес викладання (навчання) студентів по програмуванню ПЛІС, а також базових принципах їх дії.

Розробка  цієї системи дає наступні переваги:

• зменшення затрат коштів на обладнання кафедри;
• підвищення якості викладання матеріалів;
• надає можливості для розробки нових лабораторних  робіт;
• більше можливостей для навчання студентів.

Планується  подальше розширення функцій даної  системи з поступовим охопленням інших сфер.

 

СПИСОК КОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

 

1. Алексей Пантелейчук «Новое семейство МК STM32L с ультранизким энергопотреблением», журнал «Новости электроники», №6, 2010, с.15.
2. Балабаш Ю.В. "Вопросы электробезопасности вычислительных центров". – М. "Энергия". – 2005. – 376 с.
3. Балдин В.А. "Охрана труда пользователей компьютерной техники". – М. "Инфра". – 2006. – 398 с.
4. Быстров Ю. А., Литвак И. И., Персианов Г. М. Электронные приборы для отображения информации. – Москва. – Радио и связь, 1985 г.
5. Валецька Т. М. Комп'ютерні мережі: Апаратні засоби.— Чернівці: Зелена Буковина, 2001.— 138 с. ISBN 966-7123-63-4.
6. Иванов В.И. Справочник по полупроводниковых электронных приборов – М.: Высшая школа, 2000. – 324 с.
7. Краткий обзор промышленных сетей по материалам конференции "FieldComms’95" А. Н. ЛЮБАШИН, АО РТСофт
8. Кудрявцев И.А. Фалкин В.Д. Электронные ключи: учеб. пособие. – Самара : Самар. гос.аэрокосм. ун-т., 2002. – 24 с.
9. Москатов Е. А. Справочник  по полупроводниковым  приборам – М.: Журнал "Радио", 2007. – 327 с.
10. Новиков Ю. В., Кондратенко С. В. Основы локальных сетей. Курс лекций. Курс лекций. — М.: Интернет-университет информационных технологий, 2005. — ISBN 5-9556-0032-9
11. Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника – М.: Горячаялиния – Телеком, 2000. – 768 с.
12. С. Боровский, С. Слободянюк, Е. Власова, В. Галушко. Довідник «Захалявная тетрадь» – НИИП «Рапид ЛТД», 2000 г.
13. Яблонский Ф. М., Троицкий Ю. В. Средства отображения информации. –  М.: Высшая школа, 1985 г.
14. http://arm2u.ru/?page_id=481
15. http://www.st.com/
16. http://www.freertos.org/index.html?http://www.freertos.org/RTOS_Demo_STM32_Primer_Ride.html
17. http://www.chipdip.ru/product0/26121.aspx.
18. http://elektronika7.ru/sdm.htm
19. http://hardware.zp.ua/docs/com9.html.
20. http://www.atmel.com.
21. http://www.alldatasheet.com.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ДОДАТКИ

 

Додаток А

Програмне забезпечення

/*----------------------------------------------------------------------------

                                           0, /*             not used             */

                                           0, /*             not used             */

                                           0, /*             not used             */

                                  0x0001C000, /* 0+1,  3+1,   1+1,   0+1,  4, 75% */

                                           0, /*             not used             */

                                  0x0012C000, /* 0+1,  3+1,   2+1,   1+1,  6, 67% */

                                           0, /*             not used             */

                                  0x0023C000, /* 0+1,  3+1,   3+1,   2+1,  8, 63% */

                                           0, /*             not used             */

                                  0x0025C000, /* 0+1,  3+1,   5+1,   2+1, 10, 70% */

                                           0, /*             not used             */

                                  0x0036C000, /* 0+1,  3+1,   6+1,   3+1, 12, 67% */

                                           0, /*             not used             */

                                           0, /*             not used             */

                                  0x0048C000, /* 0+1,  3+1,   8+1,   4+1, 15, 67% */

}