Una MetodologÃa Integral de DiseÃ±o Digital con CPLDs, VHDL y C

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Prácticas y Proyectos de Laboratorio Con el sistema actual, el DGM-F10K10, es posible realizar prácticas de laboratorio que comprendan tanto diseño combinacional como diseño secuencial, simplemente empleando el segundo expansor de la tarjeta GM-F10K10 y haciendo las conexiones sobre un protoboard. Con las nuevas versiones de tarjetas estas tareas se verán facilitadas. Para lógica combinacional, será sencillo comprobar el funcionamiento de: Puertas Básicas: NOT, NAND, NOR, AND, OR, XOR, XNOR Módulos Básicos: Multiplexores, Demultiplexores, Decodificadores, Codificadores Módulos Aritméticos: Sumadores, Comparadores En lógica secuencial, será sencillo comprobar el funcionamiento de: Latches: SR, SR con reloj, D. Flipflops: D, JK, T, con señales de configuración síncronas y asíncronas Memorias: RAM, ROM Máquinas de estados: por ejemplo de tipo Mealy y Moore Contadores y registros de desplazamiento. En lógica secuencial, se podrán hacer circuitos más interesantes, como por ejemplo: Contador BCD: Contador automático desde 0 a 9999 en BCD, con reloj de entrada de frecuencia superior a 1MHz (8 MHz por ejemplo) Cronómetro: Contador automático de segundos, minutos y horas. Lectora de Teclado: Circuito detector de la tecla presionada. Muestra la tecla en un visualizador de siete segmentos. Controlador de Semáforos: Control automático y manual de los semáforos de una intersección de avenidas. Registro de Desplazamiento: Un registro de 4 x 4 flip flops para desplazar dígitos de 4 bits en serie. Cerradura Electrónica: Controla la apertura de una puerta mediante una clave de acceso. Reloj-Alarma: Permite el establecimiento de la hora actual y de la hora de alarma. Cuando se activa, la alarma produce un sonido durante un minuto. También pueden realizarse proyectos de diseño de mayor complejidad, dado que los expansores pueden ser intercambiados por otros circuitos permitiendo incorporar nuevas tarjetas de aplicación. Algunos ejemplos de proyectos: 1. Frecuencímetro 2. Marcador de Tenis 3. Marcador de Béisbol 4. Marcador de Baloncesto 5. Microprocesador RISC básico 6. Juego de 4 dígitos 7. Juego de Póker 8. Generador de Tonos Telefónicos Por ejemplo, las especificaciones para un proyecto de un Calendario-Reloj-Alarma podrían ser: El calendario se indica mediante leds para los días y meses. El año se indica en un panel de visualizadores de 7 segmentos. Los meses se indican como: 1= Enero, 12 = Diciembre. Los años pueden estar entre 2000 y 2100, por ejemplo. Los días entre 1 y 31; se puede ver el día de la semana en los leds, y el día del mes en el 9. Controlador de un Terminal de Trenes 10. Reloj-Alarma-Calendario 11. El Juego de Tetris 12. Pasamensajes 13. Comunicación serial entre la PC y un CPLD
visualizador, después de pulsar una tecla predefinida. La alarma puede fijarse, por decir, para 4 diferentes horas. Cada hora el reloj toca una melodía diferente (opcional). Se pueden establecer los minutos y horas del día. Para el juego de cuatro dígitos, donde el usuario debe adivinar el número generado pseudo-aleatoriamente por el circuito mediante aproximaciones sucesivas de acuerdo a la información de dígitos acertados y en su lugar, se podría usar un esquema como el mostrado en la figura. Un marcador de baloncesto puede ser prototipado en este sistema, descartando el conector que alimenta a los interruptores y usando más visualizadores de siete segmentos, que implica usar más habilitadores si se sigue compartiendo el bus de datos. Conclusiones Se ha mostrado un sistema práctico para el diseño digital, que en parte ha sido validado en una variedad de diseños importantes y que será probado el próximo semestre en la Sección Electricidad y Electrónica (PUCP) dentro del Laboratorio de Circuitos Digitales. Se mostraron varias posibilidades de diseño digitales con el sistema actual, el DGM-F10K10, y con el nuevo sistema proyectado. Se mencionó al lenguaje C como una herramienta de soporte al diseño lógico, no para desarrollar programas sino para ilustrar el uso de C en la creación de herramientas que automaticen y optimicen el diseño lógico. Referencias 1. ALTERA. 1998. Data Book. Altera Corp. 2. BROWN, S.; ROSE, J. 1997. Architecture of FPGAs and CPLDs: A Tutorial. brown@eecg.toronto.edu. 3. JAQUENOD, G.A. Computer Architecture & Logical Design Teaching: a Programmable Logic based approach. Copyright Intectra Inc. 1998. 4. JENKINS, J. H. 1982. Designing with FPGAs and CPLDs. Prentice Hall. New Jersey. 5. NELSON, V.P.; TROY, H.; CARROLL B.D.; IRWIN J.D. 1996. Análisis y Diseño de Circuitos Lógicos Digitales. Prentice Hall. 6. SALCIC, Z. 1998. Digital Systems Design and Prototyping Using Field Programmable Logic. Kluwer Academic Publishers. 7. SMITH, D. J. HDL basic training: top-down chip design using Verilog and VHDL. 1996 EDN Magazine. http://209.67.241.58/reg/1996/102496/Df_04.htm 8. VAN DEN BOUT, D. 1998. The Practical Xilinx � Designer LAB Book, Prentice Hall Inc. New York. 9. WESTE, N.; ESHRAGHIAN, K. 1994. Principles of CMOS VLSI Design, A Systems Perspective. 2da Edición, Addison-Wesley Publishing Company.
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