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
- 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 |
- Use a técnica do mapa de Karnaugh para minimizar a função lógica de cada saída (a, b, c, d, e, f, g) (reveja a aula de Simplificação de expressões lógicas - Mapas de Karnaugh-Veitch
- Confira a expressão lógica obtida com Karnaugh Map Explorer 2.0
- Dica: se quiser faça o projeto inteiro para catodo comum (conforme feito em aula) e inverta as saídas com um not
a = (A + C + B D + B'D')'
- Passo 3 - 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)
-- declaração da entidade. descrição dos nomes do circuito, entradas e saidas
entity bcb2ssd 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 bcb2ssd is
begin
-- Descrever as funcoes logicas minimizadas de cada saida SSD
-- a = A'B'C'D + B C'D' (função obtida para o display de catodo 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 catodo 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, e verifique se os valores das saídas estão corretos para 0 até 9. (opcional)
- Anote os valores das saídas para as entradas entre 10 e 15. Os valores não foram predeterminados, pois foi usado o don't care para estas entradas.
- Passo 2 - Gravação do circuito no kit FPGA
- Veja a documentação em Preparando para gravar o circuito lógico no FPGA
- Para o kit DE2-115, devemos escolher a FAMILY: Cyclone® IV E e o DEVICE: EP4CE115F29C7
- Realize a associação dos pinos do FPGA com as portas do circuito. Consulte as Interfaces de entrada e saída da DE2-115 para encontrar o número dos pinos, e complete a tabela abaixo:
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[1] | |
ssd_d | HEX0[1] | |
ssd_e | HEX0[1] | |
ssd_f | HEX0[1] | |
ssd_g | HEX0[1] |
- Após feita a configuração, realiza a programação (download do bitstream), conforme descrito emProgramando o FPGA através da USB-Blaster
- 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.
- 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.