Sistemas Digitales I

Práctica # 4

Capítulo del curso: simulación de circuitos integrados de MSI usando VHDL.

Objetivo de aprendizaje: Simular circuitos integrados de MSI utilizando el software Quartus.

Duración: 120 minutos

Materiales y herramientas:

· Quartus prime lite edition

Actividad por realizar: Realizar los ejercicios 1 y 2 y registrar lo solicitado en el informe de resultados.

Ejercicio 1:

Para realizar una simulación, se debe tener en cuenta el siguiente procedimiento:

1. Crear un proyecto en blanco, como se hizo en la práctica 3.

2. Agregar un archivo tipo Block Diagram / Schematic File al proyecto; este permite hacer la simulación de los chips TTL MSI vistos en clase.

3. El archivo BDF es una hoja en blanco donde se agrega símbolos que representan los circuitos MSI; para este fin, se debe dar clic en el ícono Symbol Tool o dar doble click en cualquier lugar de este archivo en blanco.

Dar click en Symbol Tool

O dar doble click en cualquier parte de esta pantalla

4. Aquí se pueden buscar los elementos dentro de las diferentes bibliotecas o escribiendo, en el cajón vacío Name, el número del dispositivo; en este caso, 74283.

5. Una vez agregado el símbolo en el archivo BDF, es necesario generar los pines de conexión, para ello se puede:

5.1. Asignar de forma independiente entradas o salidas según corresponda la herramienta Pin Tool;

5.2. Asignar de forma automática, dando un click derecho y eligiendo la opción Generate Pins for Symbol Ports.

6. El archivo BDF debe contener el símbolo del chip MSI con etiquetas en cada uno de sus pines.

7. Antes de continuar, se debe grabar el archivo BDF.

8. Compilar el archivo BDF, como se hizo en la práctica 3.

9. Para generar la simulación de formas de onda, se debe agregar al proyecto actual un archivo University Program VWF (Vector Waveform File), el cual representa un diagrama de tiempo.

10. El archivo VWF luce como la imagen a continuación. Aquí, se debe agregar los nodos que serán usados en la simulación. Para ello se puede:

10.1. Dar click derecho en el lado izquierdo de esta pantalla y seleccionar Insert node or Bus…

10.2. O dar doble clic en la sección en blanco.

Dar doble click en esta sección

11. La ventana para agregar los Nodos o Buses es la que se muestra a continuación, aquí se recomienda usar el asistente Node Finder…

12. En la ventana Node Finder, se debe dar click en List.

13. Aquí se encuentran todos los nodos que se asignaron al circuito digital (en el archivo BDF), en este caso, el CI 74283.

14. Para esta simulación se usará todos los nodos encontrados, para ello se debe dar click en el botón con doble flecha y se cargarán todos los nodos en la sección Selected Nodes, luego se debe dar click en OK.

15. El archivo VWF debe mostrar en el lado izquierdo todos los pines que usaremos para generar la simulación de formas de onda.

16. Las entradas y salidas pueden ser agrupadas y reordenadas, a conveniencia del diseñador, para una fácil comprensión. Por ejemplo, en este caso se pueden agrupar los 4 bits de A, los 4 bits de B y los 4 bits de SUM, para ello se debe seleccionar los bits a ser agrupados, dar click derecho y seleccionar la opción Grouping\Group.

17. En la ventana Group se debe asignar un nombre al vector de bits a ser creado. Aquí se puede cambiar también la base con la que se desea observar el dato. Para este ejercicio cambiar a decimal sin signo.

18. Para fijar el tiempo de la simulación, ir a Edit y escoger la opción Set End Time, en esta ventana debe ingresarse dicho valor. Para este ejemplo se usará 1 us.

19. Los valores de las entradas pueden ser modificados con las herramientas que da el simulador:

20. Para este ejercicio se usarán números aleatorios, por lo que se debe seleccionar la opción Random Valures.

21. La ventana Random Values permite seleccionar el intervalo de los valores generados. Por esta vez, se recomienda usar intervalos fijos de 80 ns, para ello se selecciona la opción At fixed intervals y se escribe 80 en el cuadro de texto.

22. Generar valores aleatorios para el resto de entradas.

23. Una vez se hayan generado valores para todas las entradas, la ventana del simulador lucirá similar a como se muestra a continuación. Recordar que, al ser valores aleatorios, los valores que se muestran no son los mismos para todos los estudiantes

24. Se debe grabar el Vector Waveform File con el mismo nombre que aparece por default (Waveform), dentro del directorio del proyecto creado.

25. Finalmente, para generar las formas de onda de las señales de salida, se tiene que ir a la pestaña Simulation y seleccionar Run Functional Simulation.

26. Una vez finalizada la simulación, siempre que no haya errores, aparecerá una nueva ventana en modo Solo lectura, donde se muestran los resultados de la simulación.

27. Como último punto, es necesario recordar que Quartus es una herramienta y es responsabilidad del diseñador corroborar los resultados y asegurarse de que el circuito cumple con la función a desempeñar. ¿Para este sistema, el resultado mostrado en la simulación es el correcto? En el caso de no serlo, corrija este error.

Ejercicio 2

Realizar un circuito que permita el ingreso de dos números A y B (4 bits) y calcule:

· A – B, si A > B

· A + B, si A < B o A = B

Simule el circuito en Quartus.

Bibliografía:

[1]. Fundamentos de Lógica Digital, Stephen Brown & Zvonco Vranesic, Segunda Edición, Mc.Graw Hill, 2009.

[2]. Sistemas Digitales: Principios y Aplicaciones, Ronald Tocci, Octava Edición, Prentice Hall, 2003.

[3]. Análisis y Diseño de Circuitos Lógicos Digitales, Víctor Nelson, Troy Nagle, Bill Carroll, David Irwin, Primera Edición, Prentice Hall, 2000.

[4]. Digital Design with RTL Design, Verilog and VHDL, Frank Vahid, Second Edition, John Wiley and Sons, 2010.

Por: Mg. Víctor Asanza

Editado por: Alexis Lema

22/07/2020