Technische Grundlagen der Informatik I 3. Poolraumübung

Prof. Dr.-Ing. Sorin A. Huss
Technische Grundlagen der Informatik I
3. Poolraumübung
Wintersemester 2010/11
Aufgabe 1 Multiplexer in VHDL
Diese Aufgabe soll den Unterschied zwischen verhaltensorientierter und funktionaler Beschreibung von Schaltungen in
VHDL anhand eines einfachen Beispiels aufzeigen.
Aufgabe 1.1 M UX 6 mittels verhaltensorientierter Beschreibung
VHDL bietet eine Reihe an Statements, die genutzt werden können, um einen Multiplexer mit nur einem dieser Statements
zu beschreiben. Nennen Sie zwei dieser Statements und erklären Sie, welches Statement Sie zur Beschreibung
eines Multiplexers nutzen würden.
Beschreiben Sie nun einen Multiplexer M UX 6 in VHDL, welcher sechs Eingänge (a bis f), in Abhängigkeit von einem
Selektierungssignal sel einzeln auf einen Ausgang q legt. Nutzen Sie hierzu das Statement, welches Ihrer Meinung nach
am besten geeignet ist.
Welche Breite muss das Selektierungssignal mindestens aufweisen, um alle Eingänge schalten zu können?
Aufgabe 1.2 M UX 6 mittels funktionaler Beschreibung
Ein M UX 2 dessen Eingänge (a,b) mittels eines Selektierungssignals (sel) jeweils einzeln auf den Ausgang q geschaltet
werden können, kann wie folgt funktional Beschrieben werden.
q := (a ∧ ¬sel) ∨ (b ∧ sel) (1)
Entwickeln Sie nun die funktionale Beschreibung eines M UX 6 Multiplexers. Die Eingänge tragen die Bezeichnungen a
bis f, das Selektierungssignal die Bezeichnung sel und das Ausgangssignal die Bezeichnung q.
Implementieren Sie anschließend die funktionale Beschreibung als zweite Architecture für die in Aufgabe 1.1 vorgegebene
Entity.
Aufgabe 1.3 3-Bit-M UX 6
Kombinieren Sie nun mehrere Ihrer M UX 6 Multiplexer zu einem 3-Bit-M UX 6 Multiplexer und zeigen Sie das korrekte
Verhalten anhand einer Simulation auf.
Aufgabe 2 Tasten entprellen in VHDL
Prellen beschreibt das kurzzeitige unkontrollierte Verhalten eines mechanischen Schalters, wenn er betätigt wird. Wird
ein Taster gedrückt, um eine elektrische Verbindung herzustellen, so öffnet und schließt der Taster kurzeitig mehrfach
die Verbindung, bis diese konstant besteht. Das gleiche Verhalten wird analog beim Loslassen des Tasters hervorgerufen.
Abbildung 1 illustriert das Schaltverhalten eines mechanischen Tasters.
High
Low
Taster gedrückt
Taster losgelassen
t
Abbildung 1: Schaltverhalten eines mechanischen Schalters
Dieses Problem lässt sich direkt auf die mechanische Realisierung des Schalters zurückzuführen und existiert daher bei
elektrischen Bauelementen, welche zum Schalten genutzt werden, wie ein Transistor, nicht.
Alexander Biedermann biedermann@iss.tu-darmstadt.de (0 61 51) 16-6710 – Marc Stöttinger stoettinger@iss.tu-darmstadt.de (0 61 51) 16-704701

Eine Möglichkeit, um einen Schalter zu entprellen, ist in Abbildung 2 skizziert. Mittels eines Taktes wird das zu
entprellende Schaltsignal abgetastet und einem n-Bit-Schieberegister zugeführt. Das Schieberegister wird in diesem Fall
als n-Bit-Seriell-Parallel-Wandler genutzt und ermöglicht es somit, jeweils n Bit parallel abzugreifen und einem n-Bit-
UND-Gatter zu übergeben. Wurde der Taster gedrückt, um eine elektrische Verbindung zu schließen, so bestätigt diese
Schaltung die geschlossene Verbindung erst, wenn die Verbindung konstant besteht.
clock
n bit shift register
0 0 1 1 0 ...
t
...
0
1
1
0
0
&
Taster gedrückt?
Abbildung 2: Möglichkeit zum entprellen eines Schalters
Aufgabe 2.1 Implementierung in VHDL
Implementieren Sie die in Abbildung 2 skizzierte Schaltung in VHDL. Ihre Schaltung soll in der Lage sein, den in der
beigefügten Testbench simulierten geprellten Taster zu entprellen. Hierbei wurde der geprellte Taster jeweils einmal vor
600 ns und jeweils einmal danach betätigt. Damit Ihre Entity kompatibel zu der Testbench ist, wird Ihnen die folgende
Entity vorgegeben.
e n t i t y contact_bounce i s
Port ( c l k : in STD_LOGIC ;
r s t : in STD_LOGIC ;
rawdata : in STD_LOGIC ;
ispushed : out STD_LOGIC ) ;
end contact_bounce ;
Die Testbench legt an dem Eingang rawdata das unentprellte Schaltverhalten des Tasters an und Ihre Implementierung
setzt den Ausgang ispushed auf logisch High gdw. ein gedrückter Taster erkannt wurde.
Aufgabe 2.2 Auswertung der Implementierung
Aufgabe 2.2.1 Welche Breite muss das eingesetzte Schieberegister haben, um den Taster korrekt zu entprellen?
Aufgabe 2.2.2 Was passiert, wenn das Schieberegister diese Breite unterschreitet?
Aufgabe 2.2.3 Was passiert, wenn das Schieberegister diese Breite überschreitet?
2Alexander Biedermann biedermann@iss.tu-darmstadt.de (0 61 51) 16-6710 – Marc Stöttinger stoettinger@iss.tu-darmstadt.de (0 61 51) 16-70470