Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Електроніка
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2012
Тип роботи:
Методичні вказівки до лабораторної роботи
Предмет:
Безпека інформаційних і комунікаційних систем
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ "ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА"
ВИВЧЕННЯ ОСНОВНИХ ПРИНЦИПІВ РОБОТИ
В СЕРЕДОВИЩІ СХЕМНОГО РЕДАКТОРА
САПР ПЛІС XILINX FOUNDATION SERIES
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
до лабораторної роботи № 1
з курсу «Електроніка і мікросхемотехніка»
для студентів базового напряму 6.170101 «Безпека
інформаційних і комунікаційних систем»
Затверджено
на засіданні кафедри
«Безпека інформаційних технологій»
Протокол № 12 від 07.05.2012р.
Львів – 2012
Вивчення основних принципів роботи в середовищі схемного редактора САПР ПЛІС Xilinx Foundation Series: Методичні вказівки до лабораторної роботи № 1 з курсу "Електроніка і мікросхемотехніка" для студентів базового напряму 6.170101 "Безпека інформаційних і комунікаційних систем" /Укл.: В.М.Максимович. А.Я.Горпенюк, Н.М.Лужецька - Львів: Видавництво НУ “ЛП”, 2012.- 14 с.
Укладачі: Максимович В.М., д-р техн. наук, проф.,
Горпенюк А.Я., канд. техн. наук, доц.,
Лужецька Н.М., асист.
Відповідальний за випуск: Максимович В.М., д-р техн. наук, проф.
Рецензенти: Хома В.В., д-р техн. наук, проф.,
Лагун А.Е., канд. техн. наук, доц.
Мета роботи: - набуття базових навиків створення принципових схем цифрових пристроїв і їх функціонального моделювання засобами схемного редактора (на прикладі САПР програмованих логічних інтегральних схем (ПЛІС) Xilinx Foundation Series).
.
ОСНОВНІ ВІДОМОСТІ
Завантаження Менеджера Проектів САПР
Менеджер Проектів (показано на прикладі САПР Xilinx Foundation Series) завантажується програмою xilinx.bat, повне ім’я якої: G:\XILINX\ xilinx.bat (якщо інше не вказане викладачем).
Рис.1
На Рис.1 показане вікно Менеджера.
Рис.2
Після завантаження Менеджера Проектів необхідно створити новий проект. Для цього вибирають команду File - New Project (Ctrl+N) головного меню, або натискають кнопку панелі інструментів (див. Рис.1). При цьому система подає діалогове вікно, показане на Рис.2. В цьому вікні необхідно задати ім’я проекту (у вікні Name). Шлях, запропонований за замовчуванням у вікні Directory змінювати не потрібно. Всі інші дані (тип САПР, серію ПЛІС і тип корпусу мікросхеми, швидкодію (в наносекундах на функціональний генератор), спосіб задання схеми (схематично чи на VHDL)) потрібно виставити так, як це показано на Рис.2 (для визначеності). Після цього потрібно натиснути кнопку OK. При цьому система в робочій директорії PROJECTS створює файл з розширенням .pdf і ім’ям, яке збігається із заданою назвою проекту. В цьому файлі системою прописується структура і основні параметри створеного проекту. Крім того в директорії PROJECTS створюється робоча піддиректорія з ім’ям створеного проекту. В ній системою будуть розміщені файли, що відносяться до даного проекту. Наступний крок - реалізація засобами схемного редактора принципової схеми цифрового пристрою.
Побудова принципової схеми цифрового пристрою
в середовищі схемного редактора (на прикладі САПР Xilinx Foundation Series)
Схемний редактор можна завантажити з Менеджера Проектів, натиснувши кнопку Schematic Editor (див. Рис.1), або вибравши команду Tools - Design Entry - Schematic Editor головного меню користувача (Зауваження: - проект створюється в багатолистовому режимі, тобто всі однакові імена різних робочих листів (схем) одного проекту будуть електрично з’єднані !!! Тому функціональне моделювання та інші дії здійснюється системою не по відношенню до відображеної на екрані принципової схеми, а до проекту (багатолистового) в цілому).
Вигляд вікна схемного редактора подано на Рис.3. Призначення основних функціональних клавіш на панелях інструментів - на Рис.4.
Рис.3
Вертикальна панель інструментів:
запуск системи моделювання
видача інформації про виділе-
ний об’єкт, пошук і переміщен-
ня за іменами (F7)
встановити режим виділення/
переміщення за допомогою
миші (F2)
переміщення по ієрархії вверх/вниз (вкладені схеми)
виклик вікна (вікно 2 на Рис.3)
з переліком бібліотечних
елементів (F3)
рисування з’єднань (F4)
рисування шин (F5)
рисування відводів шин (F6)
призначення імен з’єднанням
(УВАГА: однакові імена автома-
тично електрично з’єднуються)
рисування віртуальних виводів створюваних схем (вхідних, вихідних, двонаправлених), УВАГА: не плутати з вхідними/вихідними фізичними портами мікросхеми)
створення елементів заземлення і живлення
малювання (підписи, неелектричні символи, фігури, тощо)
Горизонтальна панель інструментів:
створити нову схему
відкрити існуючу схему
зберегти схему
вибрати інший проект
надрукувати схему
вирізати виділену частину
схеми в буфер (CTRL+X)
скопіювати в буфер виділену
частину схеми (CTRL+C)
вставити з буфера (CTRL+V)
зменшити/збільшити
масштаб зображення
збільшити частину зображення,
виділену згодом лівою кнопкою
миші
вивести на екран весь робочий
лист в цілому
відмінити останню команду
виконати останню з відмінених
команд
відредагувати властивості
виділеного елементу
під’єднати (електрично) виводи виділеного елементу
від’єднати (електрично) виводи виділеного елементу
виклик вікна (вікно 1 на Рис.3)
для позначення сигналів, що
будуть переглядатися при
моделюванні, моделювання по
кроках, тощо (F8)
Рис.4
Принципову схему заданого цифрового пристрою рекомендується створювати в наступній послідовності:
Створення принципових схем макроелементів - створюються макроси (принципові схеми і їх умовні графічні зображення) елементів заданої схеми, що повторюються. Крім того, доцільно створити макрос заданого цифрового пристрою в цілому.
Створення принципової схеми заданого цифрового пристрою з використанням макроелементів проекту (розміщення макроелементів, під’єднання вхідних, вихідних, двонаправлених виводів, вибір та розміщення вхідних та вихідних буферних підсилювачів, тощо).
Розглянемо процес створення принципової схеми цифрового пристрою на прикладі чотирирозрядного комбінаційного суматора з послідовним переносом.
Приклад. Нехай необхідно за допомогою схемного редактора системи Xilinx Foundation Series побудувати принципову схему чотирирозрядного комбінаційного суматора з послідовним переносом.
1. Враховуючи принципи побудови комбінаційних суматорів робимо висновок, що для виконання завдання доцільно створити два макроелементи: макроелемент повного суматора (який реалізує процедуру додавання двох вхідних біт з врахуванням переносу з молодшого розряду - та макроелемент чотирирозрядного суматора з послідовним переносом.
Для створення макроелемента повного суматора з вікна Менеджера Проектів вищезгаданим чином запускаємо Схемний Редактор (Рис.3), в якому кнопкою на вертикальній панелі інструментів активізуємо бібліотеку елементів (вікно 2 на Рис.3). З бібліотеки вибираємо необхідні для побудови повного суматора елементи - два суматори за модулем 2 (назва елемента в бібліотеці - XOR2), два двовходові кон’юнктори (AND2) і один двовходовий диз’юнктор (OR2) - і «перетягуємо» ці елементи лівою кнопкою миші на робочий лист. Далі розміщуємо на робочому листі віртуальні входи та виходи макроелемента - для цього користуємося кнопкою на вертикальній панелі інструментів схемного редактора. У діалоговому вікні, яке при цьому подається редактором (Рис.5) задаємо назву виводу і його тип (вхідний, вихідний, двонаправлений, невизначений). Після визначення типу виводу його розташовують на робочому листі. Аналогічно визначають і розташовують всі віртуальні виводи макроелемента.
Рис.5
Для виконання електричних з’єднань між елементами схеми (бібліотечними елементами, виводами схеми, макроелементами, тощо) потрібно натиснути кнопку на вертикальній панелі інструментів і, вказуючи за допомогою лівої кнопки миші на місця з’єднань, задати зв’язки між елементами схеми (при цьому зображення зв’язків здійснюється автоматично і може бути відкориговане за допомогою миші (шляхом «перетягування» зв’язків) після натискання кнопки ).
За необхідності ті чи інші виводи елементів схеми можна під’єднати до шин живлення або «землі» (кнопка на вертикальній панелі інструментів).
Рис.6
Після розміщення всіх необхідних елементів і виводів на схемі і задання зв’язків між ними, створюємо умовне графічне зображення макросимвола командою Hierarchy - Create Macro Symbol From Current Sheet, яку вибираємо з головного меню Схемного Редактора. При цьому система подає вікно, показане на Рис.6. У вікні задаємо назву макросимвола і короткий коментар до нього. Після цього натискаємо кнопку OK - макросимвол створений. Система видасть запит на редагування макросимвола (зміну його схеми і зовнішнього вигляду). Якщо відмовитися від редагування, біжучий робочий лист принципової схеми буде знищено. Після цього необхідно створити новий робочий лист, на якому зображають наступний рівень принципової схеми;- при цьому у вікні вибору бібліотечних елементів (вікно 2 на Рис.3) вже буде доступний створений макросимвол. Функцію редагування макросимвола можна запустити також командою Options-Symbol Editor (Ctrl+E) головного меню схемного редактора. Вигляд вікна Редактора Символів подано на Рис.7.
Рис.7
Отже, для створення макроелемента 4-розрядного суматора з послідовним переносом відкриваємо в Схемному Редакторі новий робочий лист. Для цього вибираємо команду File-New Sheet (Ctrl+N) головного меню, або натискаємо кнопку на горизонтальній панелі інструментів. На робочому листі, який при цьому відкривається, розміщуємо чотири макросимволи SM (щойно створені мікроелементи повних суматорів) (див. Рис.8), вибираючи їх з вікна бібліотечних елементів проекту. Так, як було описано вище, визначаємо і розташовуємо на листі віртуальні входи і виходи біжучого рівня принципової схеми. Далі виконуємо з’єднання між елементами схеми. Для того, щоб покращити читабельність схеми електричних зв’язків, можна обірвати деякі зв’язки подвійним «кліком» лівою кнопкою миші. Після цього натискаємо кнопку на вертикальній панелі інструментів і у вікні, яке при цьому відкривається, надаємо визначеному зв’язку ім’я. При чому це ім’я має збігатися з ім’ям інших зв’язків (або входів/виходів схеми), з якими даний вивід має електрично з’єднуватися (Рис.8). Отже зв’язки з однаковими іменами вважаються електрично з’єднаними.
Після того, як всі необхідні зв’язки визначені, створюємо на основі схеми макросимвол SM4 так само, як це було описано для повного суматора.
Рис.8
Для створення принципової схеми чотирирозрядного комбінаційного суматора з послідовним переносом відкриваємо в Схемному Редакторі новий робочий лист (команда File-New Sheet (Ctrl+N) головного меню, або кнопка на горизонтальній панелі інструментів). На робочому листі розташовуємо макроелемент SM4 (Рис.9). Всі вхідні сигнали будуть подаватися в схему через вхідні порти (в цьому випадку вже не віртуальні, а фізичні входи мікросхеми), тому вибираємо з бібліотеки і розміщуємо на робочому листі відповідну кількість елементів IPAD (вхід). За кількістю вхідних сигналів в схемі необхідно передбачити відповідну кількість вхідних буферних підсилювачів (бібліотечний елемент IBUF, або потужний тактовий буфер BUFG для тактових сигналів, або інших сигналів, які подаються на велику кількість елементів схеми). Те саме стосується виходів схеми - на кожен вихід - вихідний буферний підсилювач OBUF і вихідний порт OPAD. Створення принципової схеми завершується проведенням необхідних зв’язків (Рис.9).
Рис.9
Примітка. Подвійним «кліком» лівою кнопкою миші по елементу входу (IPAD) або виходу (OPAD) можна викликати вікно, в якому (в стрічках Name і Description в нижній частині цього вікна) даному вхідному (вихідному) сигналу можна призначити конкретний номер виводу корпусу мікросхеми ПЛІС. Особливо доцільно це робити для швидкісних тактових сигналів, для яких використовують спеціальні виводи на корпусі.
Функціональне моделювання створеної цифрової схеми
Рис.10
Функціональне моделювання цифрової схеми виконується з метою перевірки її роботи без врахування часових затримок і інших технологічних параметрів елементів. При моделюванні необхідно позначити на схемі входи і виходи, сигнали на яких будуть відображатися на часовій діаграмі. Для цього натискають кнопку на горизонтальній панелі інструментів редактора. При цьому відкривається вікно, показане на Рис.3 (вікно 1). Натиснувши кнопку в цьому вікні, за допомогою лівої кнопки миші відмічають входи схеми, тестові сигнали на яких будуть задаватися розробником перед моделюванням. Натиснувши кнопку цього вікна, помічають виходи схеми, сигнали на яких будуть відтворюватися при моделюванні. Після цього натискають кнопку згаданого вікна - відкривається вікно Моделювальника, показане на Рис.10. В одній з панелей цього вікна (панель 2 на Рис.10) мають бути вказані всі виводи схеми, відмічені раніше для показу. Якщо якогось виводу не вистачає, його можна додати у вікно Моделювальника, вибравши команду Signal - Add Signals головного меню користувача. При цьому відкривається вікно, показане на Рис.11. В середній панелі цього вікна (панель 1 на Рис.11) вказано всі елементи (бібліотечні) проекту. Вибравши серед них потрібний подвійним «кліком» лівою кнопкою миші, в правій панелі вікна (панель 2 на Рис.11) побачимо перелік входів/виходів даного елементу. Лівою кнопкою миші вибираємо серед них потрібний вхід (вихід) і натиснувши кнопку Add, додаємо цей вивід у вікно Моделювальника (як приклад, на Рис.11 подібним чином додано входи A1, A2, B0 макросимвола SM4.
Рис.11
Рис.12
Наступний крок - задання тестових сигналів на входах схеми. Для цього у вікні Моделювальника (панель 2 на Рис.10) відмічають один з входів схеми і після цього вибирають команду Signal - Add Stimulators головного меню користувача, або натискають кнопку на горизонтальній панелі інструментів (див. Рис.10). Вікно, яке при цьому подає система, показане на Рис.12. Якщо лівою кнопкою миші вказати на одну з клавіш панелі Keyboard цього вікна, то при моделюванні натискання цієї клавіші на клавіатурі приведе до інвертування сигналу на даному вході (з високого рівня на низький, з низького - на високий). Якщо на даний вхід необхідно подавати послідовність імпульсів, можна скористатися сигналами з виходів 16 - розрядного віртуального лічильника (Bc - прямі виходи тригерів лічильника, NBc - інверсні виходи), або подати на цей вхід один з попередньо визначених спеціальних тактових сигналів, скориставшись клавішами панелі Clocks. Після аналогічного визначення сигналів на всіх відмічених входах схеми вікно Stimulator Selection закривають клавішею Close і приступають до функціонального моделювання. Для цього натисканням вибраних на попередньому кроці клавіш визначають початковий стан сигналів на всіх входах схеми (крім тих, на які подано послідовності імпульсів). При цьому назва керуючих клавіш відображається в панелі 3 Моделювальника (Рис.10), а стан сигналів на входах схеми в даному такті - в панелі 4. Далі роблять перший крок моделювання, натискаючи кнопку на горизонтальній панелі інструментів Моделювальника (Рис.10). Причому в сусідньому з цією кнопкою вікні можна задати тривалість кроку моделювання, тим самим скоротивши або подовживши мінімальний проміжок моделювання. Аналогічно роблять наступні кроки моделювання, при необхідності змінюючи значення вхідних сигналів на тих чи інших входах схеми. Результатом моделювання є часова діаграма, яка відображає стан сигналів на входах і виходах схеми в різні такти її роботи і тим самим ілюструє роботу спроектованої схеми.
Примітка. Якщо при моделюванні на деякі входи схеми подано послідовності імпульсів з виходів тригерів віртуального лічильника або з виходу спеціального тактового генератора, часто буває необхідним узгодити частоту цієї послідовності імпульсів з швидкодією вибраної елементної бази. Для цього вибирають команду Options - Preferens головного меню. У вікні, яке при цьому відкривається, вибирають закладку Simulation, і у вікні Clocks (Рис.13) задають значення частоти (або періоду) не більше (не менше), ніж максимальна частота, з якою може переключатися тригер вибраної серії ПЛІС.
Рис.13
ЛАБОРАТОРНЕ ЗАВДАННЯ
1. Ознайомитися з відомостями про основні принципи проектування принципових схем в середовищі схемного редактора САПР Xilinx Foundation Series.
2. Побудувати в схемному редакторі принципову схему двійкового синхронного трирозрядного лічильника з послідовністю зміни номерів станів 0, 2, 1, 3, 7, 5, 6, 4 (схему такого лічильника наведено на Рис.14). Завдання виконати в такій послідовності: 1) створення макросимвола заданого лічильника; 2) створення повної принципової схеми з використання розробленого макросимвола. При виконанні завдання використати бібліотечні елементи схемного редактора, подані на Рис.15 (або інші).
3. Змоделювати розроблену схему лічильника і замалювати часові діаграми його роботи.
ЗМІСТ ЗВІТУ:
Назва і мета роботи.
Часові діаграми роботи заданої схеми лічильника.
Короткі висновки за результатами роботи.
Рис.14
Рис.15
НАВЧАЛЬНЕ ВИДАННЯ
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
до лабораторної роботи № 1
з курсу «Електроніка і мікросхемотехніка»
для студентів базового напряму
6.170101 «Безпека інформаційних і комунікаційних систем»
Укладачі Горпенюк Андрій Ярославович
Максимович Володимир Миколайович
Лужецька Наталія Миколаївна
04.11.2013 21:11-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора