Układy cyfrowe - Uniwersytet Zielonogórski

Układy cyfrowe - laboratorium
przygotował: dr inż. Piotr Miczulski
1. ZAJĘCIA ORGANIZACYJNE.
WPROWADZENIE DO ŚRODOWISKA ACTIVE-HDL
CEL ĆWICZENIA
Wprowadzenie do tematyki przedmiotu. Omówienie planu i zakresu zajęć laboratoryjnych,
podanie wykazu literatury, przedstawienie warunków zaliczenia oraz zasad pracy na zajęciach.
Tworzenie i konfiguracja projektu, edycja schematu, kompilacja i symulacja układu w środowisku
Active-HDL.
ZADANIE
Zadanie ma na celu zapoznanie się z podstawowymi elementami środowiska ActiveHDL:
edytorem schematów BDE oraz z narzędziem umożliwiającym przeprowadzenie symulacji
zaprojektowanego układu. Wymienione elementy zostaną przećwiczone na podstawie prostego
układu kombinacyjnego.
1. Uruchom program Active-HDL.
Utworzenie i konfiguracja nowej grupy projektów
2. W oknie dialogowym Getting Started wybierz opcję Create new workspace, a następnie naciśnij
przycisk OK.
Opcja Open existing workspace umożliwia szybkie otwarcie jednej z istniejącej grupy projektów.
3. Otwarte zostało okno dialogowe New Workspace (Rysunek 1). W polu Type the workspace name
wpisz nazwę grupy projektów, np. UC_104IDZ. W polu Select the location of the workspace folder
podaj ścieżkę do katalogu, w którym zostaną zapisane pliki projektowe (C:\LABS\AHDL).
Katalog może zostać również wybrany za pomocą przycisku Browse.
Nazwa grupy projektów
Lokalizacja grupy projektów
Zaznaczenie tej opcji powoduje automatyczne przejście
do definiowania nowego projektu
Rysunek 1. Okno dialogowe tworzenia nowej grupy projektów
Studenci mają możliwość tymczasowego zapisywania danych na dysku w katalogu: C:\Labs\AHDL.
4. Upewnij się, że opcja Add New Design to Workspace jest zaznaczona i naciśnij przycisk OK.
Układy cyfrowe - laboratorium
przygotował: dr inż. Piotr Miczulski
Utworzenie i konfiguracja nowego projektu
5. Po otwarciu oka kreatora nowego projektu zaznacz opcję Create an empty design, a następnie
naciśnij przycisk Next.
6. W kolejnym kroku zmień opcję Default HDL Language na Verilog i naciśnij przycisk Next.
7. Następnie w polu Type the design name podaj nazwę projektu (np. Lab_UC01). Domyślną
nazwę biblioteki dla projektu pozostaw bez zmian i naciśnij przycisk Next.
Pole Select the location of the design folder zawiera ścieżkę to katalogu, w którym zostanie utworzony katalog z plikami
projektu.
8. Aby zakończyć tworzenie szkieletu nowego projektu naciśnij przycisk Finish.
Utworzenie nowego schematu układu za pomocą kreatora BDE
9. Z menu File wybierz opcję New->Block Diagram (ang. Block Diagram Editor). Naciśniecie
przycisku spowoduje otwarcie kreatora New Source File Wizard.
10. Pozostaw zaznaczone pole wyboru Add the generated file to the design, które spowoduje dodanie
nowego pliku schematu do aktywnego projektu, i naciśnij przycisk Next.
11. W kolejnym kroku również upewnij się, że wybrano język Verilog i naciśnij przycisk Next.
Każdy schemat blokowy układu jest kompilowany do programu opisującego działanie układu w jednym z trzech
języków opisu sprzętu: EDIF, VHDL lub Verilog.
12. W polu edycyjnym Type the name of source file to create podaj nazwę pliku, w którym zostanie
zapisany schemat zaprojektowanego układu. Wpisz następującą nazwę pliku: AndGateTest
i naciśnij przycisk Next.
13. Kolejny formularz (Rysunek 2) pozwala na szybkie wstawienie portów wejściowych
i wyjściowych do schematu układu.
Symbol bloku
logicznego układu
Nazwa edytowanego
portu
Kierunek portu
Lista zdefiniowanych portów
Rysunek 2. Kreator nowego pliku schematu układu – definicja portów
Aby zdefiniować nowy port wykonaj następujące kroki:
a. Naciśnij przycisk New. Do listy portów dodany zostanie nowy element, a kursor
myszy ustawi się w polu Name.
b. Wpisz w polu Name nazwę nowego portu. Nazwa pierwszego portu to: A.
c. Wybierz odpowiedni kierunek portu: in – port wejściowy, out – port wyjściowy, inout –
port wejścia-wyjścia, buffet – bufor. Port A jest portem wejściowy, a więc zaznacz
opcję in.
W podobny sposób zdefiniuj drugi wejściowy port B i port wyjściowy Y.
Układy cyfrowe - laboratorium
przygotował: dr inż. Piotr Miczulski
14. Aby zakończyć tworzenie nowego pliku schematu naciśnij przycisk Finish.
Dodawanie symboli predefiniowanych układów z dostępnych bibliotek
15. Nowo utworzony plik AndGateTest.bde zostanie wyświetlony w oknie edytora schematów,
widocznym jako jedna z zakładek obszaru roboczego (Rysunek 3).
Okno edytora
schematów BDE
Okno wyświetlające
projekty aktualnie
otwartego obszaru
roboczego
Nowo dodane porty
Okno konsoli. Tutaj wyświetlane są np.
komunikaty o wyniku kompilacji układu
Rysunek 3. Główne okno środowiska Active-HDL
Zdefiniowane porty zostały dodane do schematu projektowanego układu i rozmieszczone na
arkuszu.
16. Aby dodać do schematu symbol dwuwejściowej bramki AND, wybierz z menu View
polecenie Symbols Toolbox lub naciśnij przycisk , znajdujący się na pasku narzędzi.
17. Upewnij się, że aktywnym oknem jest okno AndGateTest. Jeżeli nie, to wybierz odpowiednią
zakładkę w głównym oknie programu Active-HDL.
18. W oknie z listą symboli (Rysunek 4) rozwiń gałąź Built-in symbols i zaznacz symbol
dwuwejściowej bramki AND2.
Pole
umożliwiające
wyszukanie
żądanego układu
Lista
dostępnych
układów
Symbol układu
Rysunek 4. Okno symboli układów
Układy cyfrowe - laboratorium
przygotował: dr inż. Piotr Miczulski
Następnie przeciągnij narysowany symbol układu nad schemat układu i umieść go pomiędzy
portami wejściowymi i wyjściowymi.
Zmiana położenia elementów na schemacie
19. Korzystając z myszki lub klawiatury rozmieść dodane do schematu układu elementy, tak jak
to zostało pokazane na Rysunek 5.
Rysunek 5. Bramka AND i porty wejściowe i wyjściowe
Zmiana położenia elementów w oknie roboczym edytora schematów możliwa jest za pomocą myszki lub
klawiatury. Możliwe jest również grupowanie elementów, poprzez ich zaznaczenie za pomocą myszki lub myszki
i klawisza CTRL. Naciśnięcie lewym przyciskiem myszki na symbol elementu powoduje jego zaznaczenie
i skojarzonej z nim etykiety, natomiast kliknięcie na etykietę symbolu powoduje wybranie tylko samej etykiety.
Rysowanie przewodów
20. Wybierz z menu Diagram polecenie Wire, a następnie połącz przewodem port wejściowym A
i wejście I1 bramki AND.
Narzędzie do rysowania przewodów można również wybrać naciskając przycisk
na pasku narzędzi Diagram
Items – VHDL lub naciskając klawisz W. Zmiana położenia portu lub symbolu elementu układu spowoduje
automatyczne dopasowanie rozmieszczenia przewodów łączących port i symbol układu.
21. W podobny sposób połącz przewodem port wejściowy B i wejście I0 bramki AND oraz
wyjście O bramki AND i port wyjściowy Y.
Rysunek 6 przedstawia końcową wersję zaprojektowanego układu.
Rysunek 6. Końcowa wersja zaprojektowanego układu
Zapisywanie danych
22. Aby zapisać wszystkie dokonane zmiany wybierz z menu File polecenie Save All. Jeżeli chcesz
zapisać tylko zmiany wykonane w aktywnym oknie, to wybierz polecenie File/Save, naciśnij
przycisk na pasku narzędzi Standard lub naciśnij kombinację klawiszy Ctrl+S.
Wprowadzanie zmian w sygnaturze arkusza schematu
23. W prawym dolnym rogu arkusza schematu AndGateTest.bde, w polu Title, wprowadź nowy
tytuł schematu Laboratorium 01 – Test bramki AND.
Kompilacja układu
24. Aby sprawdzić, czy układ został zaprojektowany poprawnie (pod względem utworzonych
połączeń) wybierz z menu Design, polecenie Compile.
Kompilacja układu nastąpi również automatycznie, gdy rozpoczęta zostanie procedura symulacji.
Symulacja układu
25. W pierwszej kolejności należy wybrać tryb symulacji. W tym celu wybierz z menu Tools opcję
Preferences. Zaznacz Waveform Viewer/Editor i wybierz z listy rozwijanej wartość
Standard Waveform Viewer/Editor. Zatwierdź przyciskiem Apply, a następnie wybierz OK.
26. Wskaż główny schemat projektowanego układu. W tym celu wybierz zakładkę Files w oknie
Design Browser (Rysunek 7) po lewej stronie ekranu.
Układy cyfrowe - laboratorium
przygotował: dr inż. Piotr Miczulski
27. Rozwiń hierarchię modułów dla pliku AndGateTest.bde, aż pojawi się moduł AndGateTest.
Kliknij na nim prawym przyciskiem myszy, a następnie wybierz opcję Set as Top-Level.
28. W kolejnym kroku należy zainicjalizować symulację. W tym celu wybierz z menu Simulation,
polecenie Initialize Simulation.
Symbole „z” oraz „x” wyświetlone przy portach oznaczają prawidłowe zakończenie procesu kompilacji i
inicjalizacji wybranego schematu układu.
Rysunek 7. Wybór modułu do symulacji
29. Aby przejść do edycji sygnałów wybierz z menu File/New polecenie Waveform, lub naciśnij
przycisk , na standardowym pasku narzędzi. Spowoduje, to otwarcie w obszarze roboczym
okna edytora przebiegów czasowych.
30. Wybierz z menu Waveform polecenie Add Signals lub naciśnij kombinację klawiszy Ctrl+I.
W oknie Add Signals (Rysunek 8) zaznacz wszystkie widoczne nazwy sygnałów (pokrywają się
one z nazwami portów) i naciśnij przycisk Add. Zamknij okno przy użyciu przycisku Close.
Rysunek 8. Okno umożliwiające dodanie do symulatora nazw sygnałów
31. Zaznacz sygnał A, a następnie kliknij prawy przycisk myszy i wybierz z kontekstowego menu
polecenie Stimulators. W oknie definiowania wymuszeń dla sygnałów (Rysunek 9), wybierz
z listy Type predefiniowany typ sygnału (Predefined), a następnie na liście Predefined wybierz
predefiniowany typ sygnału o nazwie Clock B0 i naciśnij przycisk Apply.
Układy cyfrowe - laboratorium
przygotował: dr inż. Piotr Miczulski
Lista z nazwami sygnałów
Rodzaje predefiniowanych
definicji wymuszeń
Sposoby definiowania wymuszeń
Rysunek 9. Okno definiowania wymuszeń dla sygnałów
32. W analogiczny sposób ustaw dla sygnału B predefiniowany typ sygnału o nazwie Clock B2.
33. Aby przeprowadzić symulację układu należy wybrać z menu Simulation jedno z poleceń
uruchamiających symulację:
- polecenie Run (przycisk lub kombinacja klawiszy Alt+F5) uruchamia symulację układu,
aż do jej zatrzymania za pomocą przycisku ),
- polecenie Run Until (przycisk ) pozwala na zdefiniowanie czasu generowania sygnałów
na wejścia układu,
- polecenie Run For (przycisk
lub klawisz F5) umożliwia krokowe wykonywanie
symulacji. Czas trwania pojedynczego kroku symulacji można zdefiniować za pomocą
pola edycyjnego umieszczonego po prawej stronie przycisku.
34. Przeanalizuj wyniki symulacji i porównaj je z tablicą prawdy bramki AND.
35. Zatrzymaj symulację wybierając z menu Simulation, polecenie End Simulation.
36. W celu zapisania pliku z definicją sygnałów, upewnij się, że aktywną zakładką obszaru
roboczego jest zakładka Waveform Editor 1, a następnie wybierz z menu File polecenie Save lub
naciśnij przycisk
ze standardowego paska narzędzi. W oknie wyboru pliku wprowadź
nazwę AndGateTest i naciśnij przycisk Save. Definicja sygnałów zostanie zapisana do pliku
AndGateTest.awf.
Zamknięcie grupy projektów
37. Zapisz i zamknij aktualnie otwartą grupę projektów.
38. Zamknij aplikację.
LISTA OMÓWIONYCH ZAGADNIEŃ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Utworzenie i konfiguracja grupy projektów. Dodanie nowego projektu.
Utworzenie nowego schematu układu z wykorzystaniem kreatora schematów BDE.
Dodawanie predefiniowanych symboli układów z biblioteki.
Definiowanie portów wejściowych i wyjściowych.
Modyfikacja sygnatury arkusza schematu.
Zmiana położenia elementów na schemacie.
Rysowanie przewodów.
Układy cyfrowe - laboratorium
przygotował: dr inż. Piotr Miczulski
8. Zapisywanie zmian.
9. Kompilacja i symulacja układu.
PRZYGOTOWANIE DO KOLEJNYCH ĆWICZEŃ
Tablice prawdy i symbole podstawowych bramek logicznych: AND, OR, NOT, NAND, NOR,
XOR, XNOR.