СХЕМ ЛАБ РАБОТА _7 (1274910)
Текст из файла
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
_____________
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
____________
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
Кафедра ВМСиС
Поляков А.К.
Москва 2017
СХЕМОТЕХНИКА ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 7
Исследование элементов ПЛИС и АЛУ .
Код: ____________________
Продолжительность:
160 мин.
Дисциплины:
“Схемотехника”,
Предназначено:
Для студентов по направлению информатика и вычислительная техника в соответствии с учебным планом.
.
Цель:
Цель работы состоит в ознакомлении с составом элементов современных Программируемых Интегральных Логических Схем(ПЛИС), в изучении основных характеристик их функциональных узлов,а также овладение практическими навыками
моделирования цифровых схем,
Результат обучения:
После успешного завершения занятия пользователь должен знать особенности ПЛИС и :
анализировать их методом моделирования,
Используемые программы:
ACTIVE –HDL фирмы ALDEC(бесплатная студенческая версия) или бесплатная ISE WEB PACK фирмы XILINX
План занятия:
Самостоятельная работа. 180
Задания
Задание 0
В лаб.работе №2 вы уже выполняли реализацию этой функции, но использовали традиционный логический базис микросхем серии кр1533. Теперь перепроектируйте в базисе ПЛМ.
Построить схему в базисе ПЛМ, определить число коньюнкций и дизьюнкций.
Варианты заданий
| № | Логическая ФУНКЦИЯ |
| 1 | Определяет ,Y=1 если число в диапазоне 1-10 простое или нет? ( простые числа 2,3,5,7) |
| 2 | Определяет число единиц в трехразрядном двоичном коде( например в коде 011- 2 единицы) |
| 3 | Определяет позицию самой левой 1 в трехразрядном двоичном коде (например в коде 011 номер левой 1 равен 2) |
| 4 | Мажоритарная функция 2 из трех |
| 5 | Определяет число нулей в трехразрядном двоичном коде |
| 6 | Сдвигает трехразрядный двоичный код влево на 1 разряд |
| 7 | Определяет двухразрядное двоичное число А больше двухразрядного числа В ,или нет |
| 8 | Определяет двухразрядное двоичное число А равно двухразрядному числу В ,или нет |
| 9 | Определяет Y=1 если число в диапазоне 1-10 не простое ( простые числа 2,3,5,7) |
Например.Нужно построить одноразрядный сумматор на Элементах ПЛМ- матрица И и матрица ИЛИ.
ВХ- А,В,С. Вых- S,Cout
Для суммы берем прямую реализацию СДНФ Y= (A and not B and not C) or (not A and B and not C) or (
Not A and not B and C) or (A and B and C)
Схема выработки суммы занимает
4 строки матрицы И( коньюнкций) и один столбец матрицы или
Задание 1. Исследование элементов ПЛИС типа FPGA
В соответствии с вариантом задания реализовать на LUT нужную
функцию и проверить правильность ее реализации методом моделирования.
В составе библиотеки моделей , полученных учащимся есть элементы LUT_3( на три входа) и LUT_4( на 4 входа)
Надо рассчитать значение битовой строки, которая должна заноситься в ПЗУ элемента LUT и перед моделирование заменить стандартное значение параметра init ,соответствующее функции LUT_3 на рассчитанное. Разработать модель схемы и проверить временную диаграмму на соответствие заданной функции.
Варианты заданий 1
| № варианта | Функция |
| 1 | 3И |
| 2 | 3ИЛИ |
| 3 | 3И-НЕ |
| 4 | 3ИЛИ-НЕ |
| 5 | 3XOR |
| 6 | 3XNOR |
| 7 | Одноразр сумматор-сумма |
| 8 | Одноразр сумматор-перенос |
| 9 | 3ИЛИ |
Пояснение к заданию - используйте в библиотеке графических элементов элементы с именами LUT2, LUT3, LUT4 , меняя значение их стандартного параметра init на значение нужного двоичного кода , заносимого в ПЗУ. Например для программирования LUT2 на выполнение функции 2И нужно занести в ПЗУ двоичный код 1000, соответственно “1000”,где 1 в ячейке с самым старшим адресом. При этом придется сохранять файлы LUT с измененными параметрами под новыми именами, компилировать и т.п. ( см инструкцию по изменению параметров блоков)
Задание 2. Проектирование и верификация простой комбинационной схемы на LUT
В работе №2 вы уже выполняли реализацию этой функции, но использовали традиционный логический базис. Теперь перепроектируйте в LUT-ах.
Построить схему,покрыть элементами LUT,верифицировать проект схемы моделированием
Варианты заданий
| № | Логическая ФУНКЦИЯ |
| 1 | Определяет ,Y=1 если число в диапазоне 1-10 простое или нет? ( простые числа 2,3,5,7) |
| 2 | Определяет число единиц в трехразрядном двоичном коде( например в коде 011- 2 единицы) |
| 3 | Определяет позицию самой левой 1 в трехразрядном двоичном коде (например в коде 011 номер левой 1 равен 2) |
| 4 | Мажоритарная функция 2 из трех |
| 5 | Определяет число нулей в трехразрядном двоичном коде |
| 6 | Сдвигает трехразрядный двоичный код влево на 1 разряд |
| 7 | Определяет двухразрядное двоичное число А больше двухразрядного числа В ,или нет |
| 8 | Определяет двухразрядное двоичное число А равно двухразрядному числу В ,или нет |
| 9 | Определяет Y=1 если число в диапазоне 1-10 не простое ( простые числа 2,3,5,7) |
Например.Нужно построить одноразрядный сумматор на ЛУТ.
ВХ- А,В,С. Вых- S,Cout
Достаточно двух ЛУТ
Вых первой S,вых второй-Cout.
Таблица первой ЛУТ 10010110
Задание 3. Исследование АЛУ на примере микросхемы ИП3 ( 74хххLS181)
Согласно варианту задания сначала сравните , потом сложите два числа, потом вычтите и проверьте результат моделированием .
В данном случае надо подать на числовые входы соответствующие двоичные константы,а на управляющие- нужный код операции.
Придется создать новый схемный файл. Если не использовать блоков- генераторов, а применять средства редактора временных диаграмм для задания входных сигналов , то достаточно указать только имена выходных сигналов, вызвать ( список справа на экране) блок LS181 и поставить его в поле схемы, соединить его выходы с указанными ранее ,скомпилировать, инициализировать модель с главным модулем LS181,вызвать просмотрщик временных диаграмм , переслать в него имена сигналов. Вызывая редактор временных диаграмм надо задать диаграммы сигналов на входах и запустить моделирование.( см инструкции по редактору временных диаграмм, просмотрщику диаграмм и т.д.).В справочниках по этой микросхеме приводятся два варианта ее работы- в положительной и отрицательной логике. Проверьте в какой логике следует работать на примере сложения.
Варианты заданий
| № варианта | Первое число | Второе число |
| 1 | 2 | 2 |
| 2 | 3 | 1 |
| 3 | 1 | 3 |
| 4 | 5 | 3 |
| 5 | 4 | 10 |
| 6 | 7 | 1 |
| 7 | 3 | 3 |
| 8 | 1 | 1 |
| 9 | 2 | 3 |
Задание 4. Проектирование простого АЛУ
Спроектируйте простое АЛУ и проверьте его работоспособность моделированием
Код операции KOD-3 разряда.Коды операций:
И-001,ИЛИ-010,+ 011,-100,И-НЕ-101,ИЛИ-НЕ-110, XOR-111,НЕ-000.
Операнды- двухразрядные коды А и В.
Варианты заданий
| № варианта | Операции | |
| 1 | И,+ | |
| 2 | ИЛИ,- | |
| 3 | И-НЕ, ИЛИ-НЕ | |
| 4 | ИЛИ-НЕ,+ | |
| 5 | XOR,НЕ | |
| 6 | И,ИЛИ-НЕ | |
| 7 | ИЛИ,НЕ | |
| 8 | И-НЕ,+ | |
| 9 | XOR,ИЛИ |
-
Общие теоретические сведения.
ПРОГРАММИРУЕМЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ (ПЛИС)_
Программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС) – в англоязычной терминологии PLD(Programmable Logic Device)– одно из перспективных направлений развития элементной базы современной цифровой, а в последнее время и аналого– цифровой электроники Их применение дает разработчику возможность быстро и с малыми затратами создавать сложные устройства, многократно менять и совершенствовать их функции в ходе отладки путем перепрограммирования функций и связей элементов .
Преимущества и недостатки применения ПЛИС
В настоящее время наиболее распространены две архитектуры ПЛИС : СPLD и FPGA (Field Programmable Gate Array). Основными производителями ПЛИС являются американские фирмы XILINX и ALTERA. Фирма XILINX немного (примерно на год), идет впереди и в дальнейшем мы в качестве примеров будем ссылаться на продукцию этой фирмы. Тем более, что в соответствии с программой помощи университетам (XUP–Xilinx University Program) фирма XILINX бесплатно снабжает учебные заведения полной версией своих систем автоматизации проектирования ПЛИС ISE(Integrated Software Environment) и VIVADO.
Характеристики
Тип файла документ
Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.
Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.
Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
