Laboratório - Projeto e implementação de um conversor BCD para SSD

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Objetivos
  • Projetar um circuito digital que realize a conversão de uma entrada BCD para um saída de um mostrador de 7 segmentos.
  • Descrever através de uma tabela verdade o funcionamento de um circuito.
  • Usar a técnica do mapa de Karnaugh para minimizar a função lógica de cada saída.
  • Fazer a descrição do hardware (em VHDL) do circuito obtido.
  • Utilizar um kit FPGA para implementar o circuito.
  • Verificar se o circuito funciona
  • Redigir um relatório completo sobre a atividade realizada
Procedimento de laboratório

1 Passo 1 - Preparação

  • Identifique no kit FPGA (DE2-115) as chaves, leds e mostrador que será utilizado
  • As chaves SW3, SW2, SW1, SW0 serão utilizadas como as entradas bcd_A, bcd_B, bcd_C, bcd_D.
  • Os leds LEDR3, LEDR2, LEDR1, LEDR0 serão utilizados para mostrar quando as entradas estão em alto
  • O mostrador SSD HEX0 será usado para mostrar os números de 0 a 9 na saída.
  • Escreva a tabela verdade do conversor. Lembre-se que nesse kit o mostrador é de anodo comum, e portanto o led acende em BAIXO e apaga em ALTO.
Entradas Saídas
Valor Mostrador ABCD a b c d e f g
0 0000 0 0 0 0 0 0 1
1 0001 1 0 0 1 1 1 1
2 0010 0 0
3 0011 0 0
4 0100 1 0
5 0101 0 1
6 0110 0 1
7 0111 0 0
8 1000 0 0 0 0 0 0 0
9 1001 0 0 
 a = (A + C + B D + B'D')'

2 Passo 2 - Obtenção do circuito em VHDL

  • Uma vez obtidas as expressões lógicas de cada saída, escreva o código VHDL que implemente essas funções, utilizando apenas portas (and, or e not)
-- File: bcd2ssd.vhd
-- Autor: Marcos Moecke
-- Data:  19 out. 2023

-- declaração da entidade.  descrição dos nomes do circuito, entradas e saidas
entity bcd2ssd is
  port (
    bcd_A, bcd_B, bcd_C, bcd_D  : in bit;   -- bits da entrada BCD
    led_A, led_B, led_C, led_D  : out bit;   -- bits da entrada BCD
    ssd_a, ssd_b, ssd_c, ssd_d, ssd_e, ssd_f, ssd_g  : out bit);   -- bits da saida SSD para o mostrador
end entity;
-- descrição do circuito a ser implementado no FPGA
architecture ifsc_v1 of bcd2ssd is

begin
  -- Conectar as entradas aos leds
  led_a <= bcd_A;
  led_b <= 

  -- Descrever as funcoes logicas minimizadas de cada saida SSD
  -- a =  A'B'C'D + B C'D' (função obtida para o display de anodo comum)
  ssd_a <= ((not bcd_A) and (not bcd_B) and (not bcd_C)  and bcd_D) or (bcd_B and (not bcd_C) and (not bcd_D));

  -- b =  B C'D + B C D' (função obtida para o display de anodo comum)
  ssd_b <=

end architecture;
  • Fazer a análise e síntese desse circuito. Corrija eventuais erros.
  • Se desejar realize a simulação com o Modelsim, variando as entradas de 0 a 15. (opcional)
  • Verifique se os valores das saídas estão corretos para 0 até 9.
  • Anote os valores das saídas para as entradas entre 10 e 15. Como os valores não foram predeterminados (foi usado o don't care), o mostrador pode acender de forma aleatória.

3 Passo 3 - Gravação do circuito no kit FPGA

porta da ENTITY nome do pino no FPGA número do pino no FPGA
bcd_A SW[3]
bcd_B SW[2]
bcd_C SW[1] PIN_AC28
bcd_D SW[0] PIN_AB28
led_A LEDR[3]
led_B LEDR[2]
led_C LEDR[1] PIN_F19
led_D LEDR[0] PIN_G19
ssd_a HEX0[0] PIN_G18
ssd_b HEX0[1] PIN_F22
ssd_c HEX0[2]
ssd_d HEX0[3]
ssd_e HEX0[4]
ssd_f HEX0[5]
ssd_g HEX0[6]

4 Passo 4 - Testes

  • Para verificar se o circuito funciona, realie seguintes testes, acionando as chaves e observando o resultado nos LEDs e no mostrador:
  • Selecione nas chaves SW3, SW2, SW1, SW0, seguidamento os valores binários correspondentes aos valores de 0 a 15
  • Verifique se o leds LEDR3, LEDR2, LEDR1, LEDR0 acendem conforme os números.
  • Verifique também se o mostrador mostra corretamente os valores de 0 a 9.
  • Anote quais leds acendem para os valores 10 a 15.

5 Passo 5 - Documentação

  • Ao longo do procedimento anote os valores e procedimentos realizados para incluí-los no relatório.
Relatório Técnico
  • Documentar o experimento em um relatório técnico que contenha no mínimo:
  • Identificação (título, disciplina, data, autores);
  • Introdução;
  • Descrição do procedimento realizado;
  • Resultados obtidos (com imagens dos itens importantes) e análise dos resultados;
  • Conclusão.
  • Apêndice (se desejar pode ser disponibilizados vídeos dos testes do circuito)
  • O relatório deve também responder as questões levantadas e mostrar que os objetivos apresentados na introdução foram atendidos.
  • Enviar pela tarefa AE1 - Atividade de Laboratório 1 do Moodel da UC o arquivo PDF com o relatório.
Arquivos do projeto
  • Além do relatório é necessário que o aluno envie o arquivo QAR.

6 Dicas

  • Para acessar o Quartus na nuvem, use o ssh (no IFSC) ou X2GO (de casa).
  • Para copiar arquivos da nuvem para a maquina local use o sftp.
  • Video explicando como criar o QAR e como mover da nuvem para o computador local.
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  • Mesmo que haja erro na Analysis & Synthesis você pode criar o QAR.
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