Contador binário síncrono

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

1. CI 74X191 Contador binário síncrono(disponível na biblioteca da ALTERA)
2. CI 74X47 Decod 7-seg(disponível na biblioteca da ALTERA)
3. Computador com software Quartus II da Altera.
4. Kit DE2-115;

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. 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 crescente?
• 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.

• 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 conforme a pinagem do kit DE2-115. Nesta página existe um resumo das Interfaces de entrada e saída da DE2-115.

• Utilize o display HEX0 do kit para mostrar a contagem:

• 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;
    

    Clique para Ampliar

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?