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Edição das 14h28min de 16 de novembro de 2016
- Objetivos
- Inserir o circuito comercial de um Contador assíncrono crescente;
- Inserir o circuito comercial de um decodificadores de 7 segmentos;
- Testar os circuitos e gerar blocos para ser utilizado em um sistema maior;
- Preparar o sistema final para gravação em um kit de desenvolvimento;
- Materiais necessários
- CI 74X191 Contador binário síncrono(disponível na biblioteca da ALTERA)
- CI 74X47 Decod 7-seg(disponível na biblioteca da ALTERA)
- Computador com software Quartus II da Altera.
- Kit DE2-115 - Cyclone: EP1C3T100A8 ou Mercurio IV - Cyclone IV: EP4CE30F23C7;
Teste do módulo contador binário síncrono
- Abra o Quartus II (versão 13.0.1 SE) e insira o diagrama esquemático de um Contador binário síncrono com 4 bits, conforme a figura abaixo.
- Após salvar o arquivo como CI74191.bdf em uma pasta vazia com nome Exp6, e crie um projeto Exp6.qpf utilizando a família family=Cyclone com o dispositivo device=EP1C3T100A8 ou Cyclone IV E com device = EP4CE30F23C7. Após isso faça a Análise e Síntese do projeto.
- Desenhe a forma de onda dos sinais de entrada conforme mostrado na figura abaixo, e salve com o nome tb_CI74191.vwf.
- Verifique se o resultado obtido corresponde a respostas do circuito implementado.
- QUESTIONÁRIO
- O que é necessário para fazer o contador fazer uma contagem descendente?
- Como deve ser feita a configuração para o contador contar de 2 a 15?
- Como deve ser feita a configuração para contar de 0 a 9? e de 9 a 0?
- Como fazer para parar a contagem por um tempo mantendo o sinal de clock ligado?
Teste do módulo decodificar de 7 segmentos
- Crie um novo diagrama esquemático no mesmo projeto para insirir o diagrama esquemático de um decodificar de 7 segmentos para display de anodo comum, conforme a figura abaixo. Se o kit em uso for o MERCURIO IV que possui display Catodo Comum, deve-se utilizar o CI7448, que possui a mesma pinagem.
- Após salvar o arquivo como CI7447.bdf na mesma pasta Exp6. Mude o Top-Level Entity para este novo esquemático. Após isso faça a Análise e Síntese do projeto.
- Desenhe a forma de onda dos sinais de entrada conforme mostrado na figura abaixo, e salve com o nome tb_CI7447.vwf.
- Analise se o resultado está de acordo com a figura a seguir, ou a tabela verdade do datasheet do componente 74XX47.
- Se tiver dúvidas sobre o funcionamento do display consulte a página sobre o Display de 7 segmentos.
- QUESTIONÁRIO
- Neste Circuito Integrado (CI), qual é a condição para cada led do display acender?
- O que deveria ser feito caso o display fosse do tipo catodo comum?
- Qual é a função dos pinos LT, RBI, BI e RBO?
Criação do sistema completo com os módulos testados
- Selecione o diagrama esquemático do CI7447.bdf e crie um simbolo para este diagrama [File > Create/Update > Create Symbol File for Current File], [Save], [OK].
- Repita o procedimento para o CI74191.bdf.
- Crie um novo diagrama esquemático no mesmo projeto para inserir o diagrama esquemático do sistema que será composto dos dois módulos, conforme a figura abaixo. Mude o Top-Level Entity para este novo esquemático. Após isso faça a Análise e Síntese do projeto.
- Coloque o sinal de entrada para testar o circuito para verificar se os dois módulos estão funcionando corretamente. Faça o circuito contar de 0 até 15 e depois de 15 até 0.
Preparar o circuito lógico para gravação em um kit de desenvolvimento
Para gravar o circuito lógico no FPGA, é necessário escolher um FPGA para a aplicação. Neste caso utilizaremos o kit DE2-115.
- Mude a família e dispositivo a ser usado (Assignments > Devices), [Family = Cyclone IV E] e selecione EP4CE115F29C7, e faça uma nova Análise e Síntese para que a nova pinagem do FPGA seja reconhecida pelo Quartus.
- Atribua os pinos do circuito aos pinos do FPGA utilizando o Pin Planner [Assignmente > Pin Planner].
- Para descobrir a pinagem do FPGA e sua associação com os componentes do kit consulte o Manual da DE2-115 ou Pinagem_dos_dispositivos_de_entrada_e_saída_do_kit_MERCURIO_IV, neste caso fazendo as devidas adaptações as pinagens apresentadas abaixo. Nesta página existe um resumo das Interfaces de entrada e saída da DE2-115.
- Para facilitar a configuração dos pinos:
- Utilize o display HEX0 para mostrar a saída do decodificador de 7 segmentos, fazendo as conexões OA -> HEX0[0] - PIN_G18, OB -> HEX0[1]- PIN_F22, OC -> HEX0[2] - PIN_E17, OD -> HEX0[3] - PIN_L26, OE -> HEX0[4] - PIN_L25, OF -> HEX0[5] - PIN_J22, OG - HEX0[6] - PIN_H22.
- Utilize a chave de contato momentâneo KEY[0] - PIN_M23 para gerar o sinal de CLK.
- Utilize a chave deslizante SW[0] - PIN_AB28 para o sinal DN/UP, SW[1] - PIN_AC28 para o sinal G', SW[2] - PIN_AC27 para o sinal LD'.
- Utilize os leds vermelhos LEDR[0]- PIN_G19, LEDR[1] - PIN_F19, LEDR[2] - PIN_E19 e LEDR[3] - PIN_F21 para mostrar a contagem em binário QD QC QB e QA.
- Utilize o led LEDG[0] - PIN_E21 para mostrar o estado do sinal MXMN, LEDG[1] - PIN_E22 para mostrar o estado do sinal RBO' e LEDG[2] - PIN_E25 para mostrar o estado do sinal RCO'.
- Ao final da configuração dos pinos, o Pin Planner deverá mostrar a seguinte pinagem:
- Defina como alta impedância o estado dos pinos não utilizados no projeto. (Assignments > Devices), [Device and Pin Options...], escolha a (Category=Unused Pins), e selecione Reserve all unused pins: As input tri-stated. [OK].
- Compile o projeto. Note que agora a numeração dos pinos também aparece no diagrama esquemático.
- Use a porta USB-Blaster para fazer a programação na placa DE2-115;
- No Quartus vá em (Tools > Programmer) para abrir a página de programação;
- Selecione o Hardware (Hardware Setup > USB-Blaster);
- Utilize o modo JTAG e clique em Start para começar a programação;
- Normalmente uma chave apresenta os denominados repiques de sinal, ou seja, ao se alterar o estado da chave o sinal elétrico oscila várias vezes entre um nível lógico e outro, antes de estabilizar. Para evitar esse fenômeno pode-se fazer uso de um deboucer que gera um atraso entre os estados. Para usar o deboucer siga os seguintes passos:
- tools > Megawizard
- default > next
- Aritimethic > LPM_counter > Defina o nome do bloco > next
- 16 bits > up only > next
- Modulus... 50000 > Habilite a opção Carry-out > next
- Next > Next > Habilite a opção Quartus II symbol file > Finish
- Para utilizar o bloco basta inserir um novo componente e buscar pelo nome do bloco criado. Ajustar o pino de entrada de clock para o clock da placa FPGA em uso. Por exemplo, PIN_T1 e utilizar a saída cout, que gerará uma onda quadrada com período de tempo de 1 ms.
- Introduza este bloco entre os pinos da chave e do circuito montado.
- Outra deboucer possível é utilizar este Arquivo:Deboucer.qar.
- QUESTIONÁRIO
- Verifique o funcionamento da chave LD. Qual é a sua função?
- Verifique o funcionamento da chave G. Qual é a sua função?
- Verifique o funcionamento da chave UP/DN. Qual é a sua função?
- Confira se a contagem está sendo feita da forma correta e se os símbolos mostrados no display correspondem ao esperado e mostrado nos leds vermelhos. Existe algum problema na contagem?
- Analise as saídas MXMN, RBO, RCO tanto na contagem crescente como decrescente. O que estes sinais representam?