SST20707-2015-1 - Avaliação 1 - Equipe 1

Questão 1: Cruzamento de duas ruas

• IN: sensores std_logic_vector(1 downto 0);
• OUT: semaforoA, semaforoB std_logic;
• Para resolver o problema foi utilizado atribuição de seleção através dos sensores.
• Quando houver carro na rua B (identificado pelo sensor[0]) o semaforoB acende(verde); Quando houver carro na rua A (identificado pelo sensor[1]) o semaforoA acende(verde); Quando houver carros em ambas as ruas, o semaforoA liga(verde), pois tem prioridade sobre o semaforoB.
• Tabela verdade:

Entradas		Saídas
Sensor[1]	Sensor[0]	SemaforoA	SemaforoB
0	0	0	0
0	1	0	1
1	0	1	0
1	1	1	0

• Código:

	library ieee;
	use ieee.std_logic_1164.all;
	
	entity questao1 is
	
	port(
	
		--Entradas: sensores 1 e 2
		--Saidas: semafaros 1 e 2
		
		sensores :	in std_logic_vector(1 downto 0);
		semafaroA, semafaroB : out std_logic);
	
		
	end entity;
	
	architecture funcio of questao1 is
	
	
	begin
	
	
	with sensores select
	
	semafaroA <= '1' when "10",
		     '1' when "11",
		     '0' when others;
					 
	with sensores select				
	semafaroB <= '1' when "01",
		     '0' when others;
					 
	end architecture;

• Forma de onda:

• Implementação cruzamento de duas ruas

Questão 2: Um amplificador e três aparelhos

• IN: disco, fita, radio std_logic;
• OUT: amp_disco, amp_fita, amp_radio std_logic;
• Para resolver o problema foi utilizado atribuição de seleção através dos equipamentos (disco, fita e rádio) que foi implementado a partir da tabela verdade.
• Quando apenas o rádio está ligado, o amp_radio é comutado; Quando apenas a fita está ligada, ou a fita e o rádio estão ligados, o amp_fita é comutado; Quando o disco está ligado, o amp_disco é comutado, independente das outras opções de fita ou rádio.
• Tabela verdade:

Entradas]			Saídas
Disco	Fita	Radio	amp_D	amo_F	amp_R
0	0	0	o	0	0
0	0	1	0	0	1
0	1	0	0	1	0
0	1	1	0	1	0
1	0	0	1	0	0
1	0	1	1	0	0
1	1	0	1	0	0
1	1	1	1	0	0

• Código:

library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;

entity questao2 is

port(

	--Entradas: amplificador
        --Saidas: disco, fita e radio
	
	amplificador:	in std_logic_vector(2 downto 0);
	disco, fita, radio: out std_logic);

	
end entity;

architecture funcio of questao2 is


begin


with amplificador select

radio <= '1' when "001",
	 '0' when others;
				 
with amplificador select				

fita <= '1' when "010",
	'1' when "011",
	'0' when others;

with amplificador select				

disco <= '1' when "100",
         '1' when "101",
	 '1' when "110",
	 '1' when "111",
	 '0' when others;		    
				 
end architecture;

• Forma de onda:

Questão 3: Intercomunicadores

• IN: presidente, vice, engenharia, seção std_logic;
• OUT: ch_presidente, ch_vice, ch_engenharia, ch_seção std_logic;
• Para resolver o problema é usado uma abordagem "Data-flow", através de uma atribuição por seleção.
• Quando a seção está ligada, a comutação resulta em ch_secao; Quando a engenharia está ligada, ou engenharia e seção estão ligadas, a comutação resulta em ch_eng; Quando vice está ligada, ou engenharia e/ou seção estão ligadas, ch_vice é comutada; Quando presidente está ligada, a comutação é ch_pres, independente das demais entradas.
• Tabela verdade:

Entradas				Saídas
Pres	Vice	Eng	Seção	ch_P	ch_V	ch_E	ch_S
0	0	0	0	0	0	0	0
0	0	0	1	0	0	0	1
0	0	1	0	0	0	1	0
0	0	1	1	0	0	1	0
0	1	0	0	0	1	0	0
0	1	0	1	0	1	0	0
0	1	1	0	0	1	0	0
0	1	1	1	0	1	0	0
1	0	0	0	1	0	0	0
1	0	0	1	1	0	0	0
1	0	1	0	1	0	0	0
1	0	1	1	1	0	0	0
1	1	0	0	1	0	0	0
1	1	0	1	1	0	0	0
1	1	1	0	1	0	0	0
1	1	1	1	1	0	0	0

• Código:

library IEEE;
use IEEE.std_logic_1164.all;

entity questao3 is
	
	port	(presidente, vice, engenharia, chefe_secao	:	in	std_logic;
		  ch_pres, ch_vice, ch_enge, ch_secao		:	out	std_logic
				
	);
	
end questao3;

architecture arquitetura of questao3 is

	constant ligado : std_logic := '1';
	constant desligado : std_logic := '0';
	signal 	sel	: std_logic_vector(3 downto 0);
	
	begin
	
		sel <= presidente & vice & engenharia & chefe_secao;
				
		ch_pres <= ligado when ( sel(3)='1' ) else
			   desligado;
		
		ch_vice <= ligado when ( ( sel(3)='0' ) and ( sel(2)='1' ) ) else
			   desligado;

		ch_enge <= ligado when ( ( sel(3)='0' ) and ( sel(2)='0' ) and ( sel(1)='1' ) ) else	
			   desligado;

		ch_secao <= ligado when ( ( sel(3)='0' ) and ( sel(2)='0' ) and ( sel(1)='0' ) and ( sel(0)='1' )) else	
			    desligado;
end architecture;

• Forma de onda:

• Implementação intercomunicadores

Questão 4: Display de 7 segmentos

• IN: entrada std_logic_vector(3 downto 0)
• OUT: A,B,C,D,E,F,G std_logic
• Display de 7 segmentos, com a entrada sendo um vetor de 4 bits e a saída 7 bits. Na saída, os bits em 0 tornam o display ativo.
• Tabela verdade:

Entradas				Saídas
Entr1	Entr2	Entr3	Entr4	A	B	C	D	E	F	G
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1
0	0	0	1	1	0	0	1	1	1	1
0	0	1	0	0	0	1	0	0	1	0
0	0	1	1	0	0	0	0	1	1	0
0	1	0	0	1	0	0	1	1	0	0
0	1	0	1	0	1	0	0	1	0	0
0	1	1	0	0	1	0	0	0	0	0
0	1	1	1	0	0	0	1	1	1	1
1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
1	0	0	1	0	0	0	0	1	0	0
1	0	1	0	0	0	0	1	0	0	0
1	0	1	1	1	1	0	0	0	0	0
1	1	0	0	0	1	1	0	0	0	1
1	1	0	1	1	0	0	0	0	1	0
1	1	1	0	0	1	1	0	0	0	0
1	1	1	1	0	1	1	1	0	0	0

• Código

-- Library

library IEEE;
use IEEE.std_logic_1164.all;

-- Entity

entity quarta is

	port
	(
		-- Sinais de entrada, 4 entradas para 16 saídas
	entrada : in std_logic_vector(3 downto 0); 
	
	-- Sinais de saída, 7 saídas para representar os números hexa
	
	A,B,C,D,E,F,G : out std_logic
	);
end quarta;
	
	architecture display of quarta is
	
		-- Este será o sinal "completo" que depois será atribuído as saídas
		signal S : std_logic_vector(0 to 6);
	
	begin
	
	-- Atribuição dos valores de entrada para o vetor S de acordo com os valores da entrada de 0 a F
	with entrada select
	
	-- Para o resultado em S considerar: Led superior A, superior direito B, abaixo C, led de baixo D,esquerda de baixo E,
	-- esquerda de cima F e o Led do meio G.
	
	S <= 	        "0000001" when "0000", -- 0
			"1001111" when "0001", -- 1
			"0010010" when "0010", -- 2
			"0000110" when "0011", -- 3
			"1001100" when "0100", -- 4
			"0100100" when "0101", -- 5
			"0100000" when "0110", -- 6
			"0001111" when "0111", -- 7
			"0000000" when "1000", -- 8
			"0000100" when "1001", -- 9
			"0001000" when "1010", -- A
			"1100000" when "1011", -- B
			"0110001" when "1100", -- C
			"1000010" when "1101", -- D
			"0110000" when "1110", -- E
			"0111000" when "1111", -- F
			"1111111" when others; 
			
	-- Atribuição do vetor S para as saídas do sistema

		A <= S(0);
		B <= S(1);
		C <= S(2);
		D <= S(3);
		E <= S(4);
		F <= S(5);
		G <= S(6);
		
end display;

• Forma de onda:

• Display 7 segmentos

Questão 5: Tanque com fluido

• IN: on_off, sensor_min, sensor_max;
• OUT: valvula_entrada, valvula_saida;
• Para resolver o problema é usado uma abordagem "Data-flow", através de duas atribuições condicionais as válvulas são "ativadas" ou "desativadas".
  • A válvula de entrada está ligada quando o sensor de nível mínimo está ativo, ou quando nenhum dos dois sensores estão ativos e a válvula de saída está desligada.
  • A válvula de saída está ligada quando o sensor de nível máximo está ativo, ou quando nenhum dos dois sensores estão ativos e a válvula de entrada está desligada.
  • O sistema só funciona quando estiver ligado através da entrada "on/off".
• A função do sistema que controla as válvulas é deixar o nível de fluído sempre entre o nível mínimo e o máximo.

• Tabela verdade:

Entradas			auxiliares		Saídas
on_off	sensor_min	sensor_max	aux_val1	aux_val2	Valvula_entrada	Valvula_saida
0	x	x	x	x	0	1
1	0	0	0	0	x	x
1	0	0	0	1	0	1
1	0	0	1	0	1	0
1	0	0	1	1	x	x
1	0	1	0	0	x	x
1	0	1	0	1	0	1
1	0	1	1	0	x	x
1	0	1	1	1	x	x
1	1	0	0	0	1	0
1	1	0	0	1	x	x
1	1	0	1	0	1	0
1	1	0	1	1	x	x
1	1	1	0	0	x	x
1	1	1	0	1	x	x
1	1	1	1	0	x	x
1	1	1	1	1	x	x

* Os dois sensores nunca estão ativos ao mesmo tempo

** As duas válvulas nunca estão ativas ao mesmo tempo

• Código:

library IEEE;
use IEEE.std_logic_1164.all;

entity questao5 is
	
	port	(	on_off, sensor_min, sensor_max	:	in	std_logic;
			valvula_entrada, valvula_saida	:	out	std_logic
				
	);
	
end questao5;

architecture arquitetura of questao5 is

	constant ligado		: std_logic	:= '1';
	constant desligado	: std_logic	:= '0';
	signal aux_val1 	: std_logic	:= '0';
	signal aux_val2 	: std_logic	:= '0';
	begin
	
	aux_val1 <= 	ligado when ( on_off='1' and ((sensor_min='1') or (sensor_max='0' and aux_val2='0')) ) else
			desligado;
								
	valvula_entrada <=	aux_val1;
	
	aux_val2 <= 	ligado when ( on_off='0' or ((sensor_max='1') or (sensor_min='0' and aux_val1='0')) ) else
			desligado;
								
	valvula_saida <=	aux_val2;
	
end architecture;

• Forma de onda:

1. [0 a 30.0ns]
   • O sistema esta desligado.
   • A válvula de saída fica aberta para esvaziar o reservatório.
   • Como o reservatório está vazio, o sensor de nível mínimo fica ativo.
2. [30.0ns a 50.0ns]
   • O sistema esta ligado.
   • O reservatório está em nível mínimo
   • A válvula de saída é desligada
   • A válvula de entrada fica aberta até o reservatório chegar ao nível máximo
3. [50.0ns a 70.0ns]
   • O sistema esta ligado.
   • O reservatório chega ao nível máximo
   • A válvula de entrada é desligada
   • A válvula de saída fica aberta até o reservatório chegar ao nível mínimo

• Implementação tanque com fluido

Questão 6: Cruzamento de três ruas

• IN: ruaA, ruaB, ruaC std_logic;
• OUT: semaforo1, semaforo2, semaforo3 std_logic;
• Para resolver o problema foi utilizado atribuição de seleção através da variável "ruas", que é uma concatenação das entradas(ruaA, ruaB e ruaC).
• Tabela verdade:

Entradas]			Saídas
ruaA	ruaB	ruaC	semaforo1	semaforo2	semaforo3
0	0	0	1	0	0
0	0	1	0	0	1
0	1	0	0	1	0
0	1	1	0	1	0
1	0	0	1	0	0
1	0	1	0	0	1
1	1	0	1	0	0
1	1	1	1	0	0

• Código:

library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;

entity questao6 is

port(


	ruaA, ruaB, ruaC:	in std_logic;
	semafaro1, semafaro2, semafaro3: out std_logic);

	
end entity;

architecture funcio of questao6 is


signal ruas : std_logic_vector(2 downto 0);

begin


ruas <= (ruaA & ruaB & ruaC);

with (ruas) select

semafaro1 <= '1' when "000",
	     '1' when "100",
	     '1' when "110",
	     '1' when "111",
	     '0' when others;
				 
with (ruas) select				

semafaro2 <= '1' when "010",
	     '1' when "011",
	     '0' when others;

with (ruas) select				

semafaro3 <= '1' when "001",
             '1' when "101",
	     '1' when "110",
	     '0' when others;
				 
end architecture;

• Forma de onda:

Questão 7: Tanque de dois níveis, com sensor de temperatura

• IN: on_off, temp_alta, temp_baixa, sensores_val1, sensores_val2;
• OUT: valvula1, valvula2, alarme_falha, temperatura;
• Para resolver o problema é usado uma abordagem mista, ou seja, abordagem "Behavioral" (comportamental) e "Data-Flow".

• • Abordagem "Behavioral":
    • Válvula 2: está ligada quando o sensor de nível mínimo está ativo.
    • Válvula 1: está ligada quando o sensor de nível mínimo está ativo ou quando a válvula 2 esta ativa.
    • O gerenciamento das válvulas só funciona quando o sistema esta ligado e sem erros nos sensores.

• • Abordagem "Data-Flow":
    • Temperatura: pode estar em três níveis, muito alta, estável e muito baixa e depende dos dois sensores de temperatura
    • Margem de segurança: informa ao monitor que o nível de reservatório 1 esta na margem de segurança, depende da entrada
    • Permissão: para o sistema funcionar deve estar ligado e sem erros nos sensores de entrada

• Código:

library IEEE;
use IEEE.std_logic_1164.all;

entity questao7 is
	
	port ( on_off, temp_alta, temp_baixa, margem_in	   :	in	std_logic;
			 sensores_val1, sensores_val2	   :	in	std_logic_vector (1 downto 0);
			 valvula1, valvula2, alarme_falha, margem_out	:  out	std_logic;
			 temperatura	:   out	std_logic_vector (2 downto 0)
				
	);
	
end questao7;

architecture arquitetura of questao7 is

	constant ligado		: std_logic		:= '1';
	constant desligado	: std_logic		:= '0';
	signal aux_val1 	: std_logic		:= '0';
	signal aux_val2 	: std_logic		:= '0';
	signal aux_alarme	: std_logic		:= '0';
	signal permissao	: std_logic		:= '0';
	signal temp_in	: std_logic_vector (1 downto 0);
	
	begin
	
	-- é preciso de sinais auxiliares para usar os sinais como entrada nos processos
	valvula2	<=	aux_val2;
	valvula1 	<=	aux_val1;
	alarme_falha 	<= aux_alarme;
	
	-- juntando sinais dos sensores de temperatura
	temp_in <=  temp_alta & temp_baixa;
	
		-- processo responsável por ligar/desligar valvula 2
		-- valvula 2 só depende de seus sensores
		process (sensores_val2,permissao) is
		
		begin
		-- se sistema tem permissão, funcionara normalmente
		if(permissao='1')then
		
			-- se a valvula estiver desligada
			if (aux_val2 = '0')then
				-- se a valvula estiver desligada e sensor mínimo estiver ativado, ligar valvula
				if (sensores_val2(0) = '1')then
				
					aux_val2 <= ligado;
					
				end if;
			-- se a vlvula estiver ligada
			elsif (aux_val2 = '1') then
				-- se a valvula estiver ligada e sensor máximo estiver ativado, desligar valvula
				-- quando o tranque esta enchendo a valvula fica ligada quando os dois sensores estão desligados
				if (sensores_val2(1) = '1')then
				
					aux_val2 <= desligado;
					
				end if;
				
			end if;

		else
			-- se sistema não tem permissao a valvula sera deligada
			aux_val2 <= desligado;
			
		end if;
		end process;
		
		-- processo responsável por ligar/desligar valvula 1
		-- valvula 1 depende de seus sensores e de valvula2
		process (sensores_val1,aux_val2) is
		
		begin
		
		-- se sistema tem permissão, funcionara normalmente
		if(permissao='1')then
		
			-- se a valvula 1 estiver desligada
			if (aux_val1 = '0')then
				-- valvula sera ligada se sensor mínimo estiver ativado ou se valvula 2 estiver ligada
				if (sensores_val1(0) = '1' or aux_val2 = '1')then
				
					aux_val1 <= ligado;
					
				end if;
			-- se a valvula estiver ligada
			elsif (aux_val1 = '1') then
				-- valvula 1 só sera desligada quando chegar ao nível maximo
				-- não importa se foi ativada pelo sensor mínimo ou pela valvula 2
				if (sensores_val1(1) = '1') then
				
						aux_val1 <= desligado;

				end if;
					
			end if;

			else
			-- se sistema não tem permissao a valvula sera deligada
			aux_val1 <= desligado;
			
		end if;
	end process;
	
	-- verifica temperatura e informa na saida seu estado (muitoquente,estávelou muito frio)
	-------------------------------
	-- temperatura(0) = muito baixa
	-- temperatura(1) = estavel
	-- temperatura(2) = muito alta
	-------------------------------
	WITH temp_in SELECT
		temperatura <=  "010"	WHEN "00",
				"001"	WHEN "01",
				"100"	WHEN "10",
			        "000"	WHEN OTHERS;
							
	-- verifica erros nos sensores
	-- existe erro se sensores de maximo e minimo estão ligados ao mesmo tempo
	-- existe erro se sensores de temp_alta e temp_min estão ligados ao mesmo tempo
	aux_alarme <= '1' WHEN (sensores_val1="11" or sensores_val2="11" or temp_in="11") ELSE
		      '0';
	
	-- Permissao para sustema funcionar
	--sistema só funciona quando esta ligado e não existe erro
	permissao <= '1' when (on_off='1' and aux_alarme='0') else
	             '0';
					
	-- Informa ao monitor se nível de agua esta na margem de segurança na valvula 1
	margem_out <= margem_in;
end architecture;

• Forma de onda:

• Tabela verdade:

• Permissao

Auxiliar	Entrada	Saída
aux_alarme	on_off	permissao
0	0	0
0	1	1
1	0	0
1	1	0

• Válvula 2

Auxiliar		Entradas		Saída
permissao	aux_val2	sensores_val2(1)	sensores_val2(0)	valvula2
0	x	x	x	0
1	0	0	0	0
1	0	0	1	1
1	0	1	0	0
1	0	1	1	x
1	1	0	0	1
1	1	0	1	1
1	1	1	0	0
1	1	1	1	x

• Válvula 1

Auxiliar			Entradas		Saída
permissao	aux_val1	aux_val2	sensores_val1(1)	sensores_val1(0)	valvula1
0	x	x	x	x	0
1	0	0	0	0	0
1	0	0	0	1	1
1	0	0	1	0	0
1	0	0	1	1	x
1	0	1	0	0	1
1	0	1	0	1	1
1	0	1	1	0	1
1	0	1	1	1	x
1	1	0	0	0	1
1	1	0	0	1	1
1	1	0	1	0	0
1	1	0	1	1	x
1	1	1	0	0	1
1	1	1	0	1	1
1	1	1	1	0	0
1	1	1	1	1	x

• Temperatura

Entrada		Saídas
temp_alta	temp_baixa	temperatura(2)	temperatura(1)	temperatura(0)
0	0	0	1	0
0	1	0	0	1
1	0	1	0	0
1	1	0	0	0

* temperatura(2)= temperatura alta, temperatura(1) = temperatura estável e temperatura(0)= temperatura baixa

• Margem de segurança

Entrada	Saída
margem_in	margem_out
0	0
1	1

Questão 8: Circuito aritmético

• IN: a,b std_logic_vector(7 downto 0); cin : in std_logic;
• OUT: cout std_logic; soma std_logic_vector(7 downto 0);
• Para realizar o processo de soma binária, é necessário um bit de carry in (cin/vem-um) e um bit de carry out(cout/vai-um);
• Para solucionar esse problema, foi utilizado um process com sensibilidade das entradas (a,b e cin), onde nele, foi realizado um for loop que fosse de i=0 até i=7, já que o somador é de 8 bits, e em cada loop ele realiza as seguintes operações:

1. $soma=a\oplus b\oplus cin$
2. $cout=a\cdot b+a\cdot cin+b\cdot cin$

• Código:

library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;

entity somador8bits is 

port(

	a,b : in std_logic_vector(7 downto 0);
	cin : in std_logic;
	cout : out std_logic;
	soma : out std_logic_vector(7 downto 0)


);
end entity;

architecture funcio of somador8bits is

begin
	 
	 process(a,b,cin)
		variable b_carry : std_logic_vector(8 downto 0);
		
		begin 
			b_carry(0) := cin;
				for i in  0 to 7 loop
				soma(i) <= a(i) xor b(i) xor b_carry(i);
				b_carry (i + 1) := (a(i) and b(i)) or (a(i) and b_carry(i)) or (b(i) and b_carry(i));
				
				end loop;
		
		cout <= b_carry(7);
		
		end process;
end architecture;

• Forma de onda: