Practica 2

Escuela Superior Politécnica de Chimborazo

Facultad de Informática y Electrónica

Control y Redes Industriales

Laboratorio de Digitales

GRUPO 4

Práctica N° 2

Tema: Diseño de sistemas con:

“Compuertas Lógicas, Multiplexores, De multiplexores, Codificadores y Decodificadores” utilizando VHDL

Cuarto “B”

Datos Generales

Integrantes:

Adriana Pérez 778

Juan Revelo 614

José Vera 490

FECHA DE REALIZACIÓN: 31 de octubre de 2014

FECHA DE ENTREGA: 14 de noviembre de 2014

Diseño de sistemas con:

“Compuertas Lógicas, Multiplexores, De multiplexores, Codificadores y Decodificadores” utilizando VHDL

OBJETIVO:

2.1. GENERAL

Diseño de circuitos digitales LSI y MSI utilizando lenguaje de descripción de hardware (VHDL).

2.2. ESPECÍFÍCOS

Aprender programación básica en VHDL. Diseñar, programar e implementar circuitos con Compuertas Lógicas

utilizando VHDL. Diseñar, programar e implementar circuitos con Multiplexores y

Demultiplexores utilizando VHDL. Diseñar, programar e implementar circuitos con Codificadores y

Decodificadores utilizando VHDL.

METODOLOGÍA

• Utilización de integrados (multiplexores, demultiplexores y compuertas)• Utilización del programa de ISE Desing Suite • Utilización de conocimientos básicos que se obtuvo.•

EQUIPOS Y MATERIALESEquipos:

Laptop Placa de Xilinx Spartan 3E.

Software:

ISE Xilinx

MARCO TEORICOLa herramienta Xilinx-ISE (Integrated Software Environment) es una herramienta de diseño de circuitos profesional que nos va a permitir, entre otras funciones, la realización de esquemáticos y su posterior simulación

Características principales

Un ambiente libre, descargable PLD diseño para Microsoft Windows y Linux! Embedded soporte de diseño de proceso para el Zynq-7000 familia Todo

programable SoC el Z-7010, Z-7020 y Z-7030 Cierre sincronización más rápida de la industria con tecnología Xilinx

SmartCompile

Completo, el medio ambiente de adelante hacia atrás de diseño, incluyendo el sistema de Xilinx Core Generator ™ y el diseño y análisis de herramientas completo PlanAhead - con nueva RTL al caudal de diseño Bitstream para Logic Diseñadores

Verificación HDL integrado con la versión Lite del ISE Simulator (ISIM) La forma más fácil, más bajo costo para empezar a trabajar con el líder de la

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VHDL

VHDL es un lenguaje definido por el IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) (ANSI/IEEE 1076-1993) usado por ingenieros para describir circuitos digitales. VHDL es el acrónimo que representa la combinación de VHSIC y HDL, donde VHSIC es el acrónimo de Very High Speed Integrated Circuit y HDL es a su vez el acrónimo de Hardware Description Language. Aunque puede ser usado de forma general para describir cualquier circuito se usa principalmente para programar PLD (Programable Logic Device - Dispositivo Lógico Programable), FPGA (Field Programmable Gate Array), ASIC y similares. Otros métodos para diseñar circuitos son la captura de esquemas (con herramientas CAD) y los diagramas de bloques, pero éstos no son prácticos en diseños complejos. Otros lenguajes para el mismo propósito son Verilog y ABEL.

Circuitos MSI y LSI

La evolución de la electrónica digital ha llevado a la comercialización de circuitos integrados de media escala de integración (MSI) de hasta 100 compuertas lógicas que representan soluciones ya hechas a una gran variedad de problemas de lógica combinacional y secuencial. En este capítulo se presentan las funciones típicas de lógica combinacional que han encontrado su realización en circuitos integrados comerciales MSI así como su utilización y adaptación a diversos problemas mediante la lógica SSI (pequeña escala de integración) adecuada.

Hay varias ventajas en el uso de los circuitos MSI. Además de que estos bloques funcionales realizados en circuito integrado representan la experiencia y el trabajo de diseñadores de funciones lógicas que es conveniente tener en cuenta para no repetir esfuerzos, su uso conlleva las siguientes ventajas:

Realizaciones más compactas (al tener soluciones completas en un sólo circuito integrado con algunas pocas puertas extra para realizar la adaptación en algunos casos).

Menos alambrado (puesto que para usar los circuitos MSI sólo se requiere alambrar entradas y salidas, la función lógica que realizan ya está alambrada en su interior).

Soluciones modulares (toda la lógica relacionada con una subfunción está contenida en un solo circuito integrado).

Facilidad de mantenimiento (por la misma razón que el punto anterior).

Los circuitos combinacionales comercializados en circuito integrado MSI se pueden clasificar dentro de cuatro grandes divisiones:

Circuitos aritméticos (sumadores y comparadores) Generadores de paridad Multiplexores y demultiplexores Codificadores y decodificadores

MULTIPLEXORES

Los MULTIPLEXORES son circuitos combinacionales que tienen varias entradas, una sola salida y varias líneas de selección. Su funcionamiento podría asemejarse a un conmutador de varias posiciones que simularían las entradas y el terminal común, la salida; la conmutación se realizaría por medio de la línea de selección, de tal modo que las señales presentes en las entradas aparecerán en la salida en el orden indicado por la línea de selección; es decir, un multiplexor permite el envío por una sola línea de los datos presentes en varias líneas.

DEMULTIPLEXORES

Los DEMULTIPLEXORES realizan la función inversa a la del multiplexor, es decir, una señal de entrada única, es obtenida en uno de los N canales de salida. El conmutador ahora selecciona el canal de salida por donde estará presente el dato de entrada.

PROCEDIMIENTO

1. Primero se procedió con la instalación del software ISE Xilinx2. Entendimiento de lo solicitado para cada literal a desarrollar en la práctica,3. Se realizó el Ordenamiento y procesamiento de datos

a) Abra el programa ISE Desing Suite de Xilinx

b) Cree un nuevo proyecto para ello de click en la pestaña File -> New Project, luego en la nueva ventana donde dice Name, escriba compuertas, en el ítem Location, escriba la ruta donde guardará su proyecto (no debe contener espacios en blanco, caracteres especiales, ni tener una ruta muy larga, preferiblemente cree una carpeta en el disco local c:\ ), en Top-level source type, escoja HDL, de click en Next >

c) La siguiente ventana muestra el dispositivo (FPGA) que se va a utilizar. Modifique hasta que quede igual a la siguiente figura:

d) De click en Next > y luego en la venta siguiente en finish.e) Vamos a crear nuestro archivo VHDL para eso de click derecho en New Source,

como muestra la figura.

f) En la siguiente ventana escogemos VHDL MODULE y escribimos un nombre que puede ser el mismo de compuerta, y damos clik en Next>.

g) Ponga los datos como muestra la siguiente ventana.

h) El primer circuito a escribir en VHDL serán el de las compuertas lógicas (observar la siguiente figura), por lo cual el profesor le ayudará con el código, y su explicación pegue un impreso del código, realizado.

i) Realice el testbench, ponga el nombre de compuerta_tb para ello hágalo como se observa en la siguiente figura.

Problema: En un mini zoológico existen monos, jirafas aves exóticas, cóndores leones tortugas, tigre y elefantes, el administrador requiere

automatizar el sistema que lleva el alimento a cada uno de estos, sabiendo que algunos de los animales son carnívoros y otros no, diseñe dicho circuito en VHDL.

Pegue una impresión del código realizado

j) Pegue un impreso del testbench utilizado y la simulación en ISim. Y compruebe que se cumple con la tabla de verdad.

Problema:

Implementar con un multiplexor el bit de paridad par para un código de tres bits

X2 X1 X0 F

0 0 0 0

0 0 1 1

0 1 0 1

0 1 1 0

1 0 0 1

1 0 1 0

1 1 0 0

1 1 1 1

a) Pegue una impresión del código realizado.

b) Pegue un impreso del testbench utilizado y la simulación en ISim. Y compruebe que se cumple con la tabla de verdad.

Implementación del circuito en protoboard mediante la utilización del circuito integrado 74LS153

c) Ahora veamos cómo se implementa un demultiplexor en VHDL, para ello implementar los siguientes términos mínimos con un demultiplexor de 1- 8

F = Σ (0, 2, 4, 5,6,7)

d) Pegue una impresión del código realizado.

e) Pegue un impreso del testbench utilizado y la simulación en ISim. Y compruebe que se cumple con los términos mínimos.

f) Implemente el ejercicio anterior en la Protoboard con dos demultiplexores 1 a 4 y compuertas adicionales.

Problema:

Diseñe un codificador para los dígitos en base 6. Tal que su salida sea un código 2 en 4 (dos unos en cuatro bits).

I0 I1 I2 I3 I4 I5 X0 X1 X2 X3

1 0 0 0 0 0 1 1 0 0

0 1 0 0 0 0 0 1 1 0

0 0 1 0 0 0 0 0 1 1

0 0 0 1 0 0 1 0 1 0

0 0 0 0 1 0 1 0 0 1

0 0 0 0 0 1 0 1 0 1

g) Pegue una impresión del código realizado.

Pegue un impreso del testbench utilizado y la simulación en ISim. Y compruebe que se cumple con la tabla de verdad.

• Problema: En un hotel existen tres diferentes lugares para comer: el penhouse, el restaurant cómodo, y una cafetería, el dueño come en el penhouse, los invitados en el penhouse o en el restaurant cómodo, los huéspedes en el restaurant cómodo o en la cafetería, el personal administrativo en el restaurant cómodo y los trabajadores en la cafetería, además cualquier ciudadano puede comer en cualquier restaurant. Diseñe un codificador que me indique que persona come en qué lugar.

E0 E1 E2 E3 E4 E5 S0 S1 S21 0 0 0 0 0 1 0 00 1 0 0 0 0 1 1 00 0 1 0 0 0 0 1 10 0 0 1 0 0 0 1 00 0 0 0 1 0 0 0 10 0 0 0 0 1 1 1 1

h) Pegue una impresión del código realizado.

i) Pegue un impreso del testbench utilizado y la simulación en ISim. Y compruebe que se cumple con la tabla de verdad.

CONCLUSIONES Se realizó el diseño de circuitos digitales LSI y MSI en software dedicado a la

simulación en electrónica y su utilización de lenguaje de descripción de Hardware (VHDL) para comprobación del funcionamiento correcto de los diseño de circuitos antes de su implementación.

Se obtuvo un amplio conocimiento sobre programación en lo que se refiere a la utilización de lenguaje de programación VHDL.

Diseño, programo e implemento circuitos Compuertas Lógicas, Multiplexores, Demultiplexores, Codificadores y Decodificadores mediante la utilización de programación en VHDL

Se pudo apreciar los beneficios de las simulaciones al comprobar el comportamiento de los circuitos mediante los diferentes factores que afectan al mismo.

RECOMENDACIONES Instalar correctamente el software a utilizarse para no tener problemas en la

ejecución de las simulaciones. Investigar sobre la utilización y funcionamiento de los programas para poder

realizar una buena simulación. Entender el enunciado y realizar los cálculos necesarios como tablas de verdad y

simplificaciones antes de simular el proyecto. Revisar que en la simulación no haya ningún tipo de error para evitar serios

inconvenientes con la implementación. Chequear en los datasheets las conexiones de cada pin de los diferentes

integrados para no cometer errores ya que cada circuto integrado tiene una muy diferente conexión.

1. BIBLIOGRAFÍA: PROGRAMACION VHDL. Disponible en: http://ayudaelectronica.com/que-es-vhdl/ MULTIPLEXORES Y DEMULTIPLEXORES. Disponible en:

http://meteo.ieec.uned.es/www_Usumeteog/comp_comb_multiplexores.html http://meteo.ieec.uned.es/www_Usumeteog/comp_comb_demultiplexores.html

PROGRAMACION VHDLDisponible en: http://ayudaelectronica.com/que-es-vhdl/