Disciplina: Laboratório de Circuitos Digitais

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1 Universidade Federal de São Carlos Disciplina: Laboratório de Circuitos Digitais Prof. Dr. Emerson Carlos Pedrino 3ª Prática: Rotação de uma palavra nos Displays de 7 segmentos Data: 10/04/2014 Nome: Adrián Agüero Faraldo RA: Introdução O seguinte trabalho é um relatório dos fatos realizados nas aulas do dia 10 de abril do Onde foi realizado o montagem do um circuito que apresenta as letras del nos display de 7 segmentos e permite a rotação de letras, foi realizado os diagramas esquemáticos, a simulação e execução do circuito no PLD da família ALTERA e software de desenvolvimento chamado Quartus II.

2 Materiais utilizados Altera Cyclone II: é um FPGA (Field Programmable Gate Array) de baixo costo, é dizer, é um dispositivo semicondutor que contem bloques lógicos inter-conetados e sua funcionalidade pode ser configura mediante um linguaje de descrição de hardware. A lógica programável pode realizar desde funções tão sencilhas como las levadas por uma porta lógica o um sistema combinacional hasta complexos sistemas em um chip. Quartus II: é uma ferramenta de software produzida pela Altera para o análises y la sínteses de desenhos realizados em HDL. Desenvolvimento Desenvolvimento de rotação de uma palavra nos Displays de 7 segmentos 1. Criar um novo projecto na plataforma Quartus II Para criar um novo projecto deve-se seguir os seguintes passos. Pressionar File -> new -> new proyect no menu do programa. Aparecera uma ventana de dialogo com 5 passos. Na primeira deve-se selecionar o diretório onde ficara o projecto e escrever sua nome. Na segunda, pressionamos seguinte. Na terceira deve-se selecionar a família do dispositivo e seu nome. Em nosso caso é Cyclone II e EP2C70F672C7. Esta informação está na placa no chip principal. Pressionar seguinte para todas as paginas seguintes. Pressionar finalizar 2. Desenhar o circuito de rotação de uma palavra nos Displays de 7 segmentos Para desenhar um novo circuito deve-se pressionar Arquivo -> novo -> Diagrama de bloque Logo fazer dois click na área de trabalho e aparecera uma ventana onde pode-se procurar os componentes que precisamos. Nossa meta é desenhar um circuito que apresenta o mensagem del e permite trocar de lugar as letras. (Rotação).

3 Analisando nossa meta e o funcionamento do display de 7 segmentos observamos que para formar la letra d tem que estar ligados os leds b,c,d,e,g. Para formar la letra E tem que estar ligados os led a, d, e, f, g. Para formar a letra l só precisamos os led b e c. Sabemos que para ligar um led del display só temos que enviar uma senal alta ao pino que conecta com esse LED, então para formar a letra d em binário seria , para E seria , para l seria Se representamos estos dados em uma tabela fixando as entradas e suas saídas correspondente seria assim: Para desenhar nosso circuito verificaremos as entradas que produzam uma saída com valores positivos para cada LED, é dizer, para HEX2[a2] as entradas que gerar um valor positivo só é a entrada a=1 e b=0. Para HEX2[b2] são a=0 e b=0 ou a=0 e b=1 e assim sucessivamente. Até formar o seguinte circuito:

4 3. Compilar programa.

5 Para compilar o programa deve-se pressionar as teclas ctrl + L 4. Colocar nomes aos pinos Para colocar os nomes aos pinos, deve selecionar só uma entrada ou saída e colocar seu nome correto para o sistema. Para nosso trabalho os pinos de entrada são sw[numero] e para as saídas HEX Numero [numero] para dar nome aos LED do display de 7 segmentos.. 5. Cargar arquivo dos pinos Para que o software identifique a placa que estamos utilizando temos que cargar o arquivo de pinos, então selecionamos a opção Assignments -> Importar assignments, logo procuramos nosso arquivos de pinos dentro de nossa computadora e pressionamos aceitar. Compilamos de novo, como no passo Simulação do circuito Para simular o circuito devemos seguir os seguintes passos: Ir para file -> novo -> vector waveform Insertar as entradas e saídas fazendo click direito sobre a pantalha de simulação e logo pressionar a opção insertar, uma vez aqui, pressionamos listar e agregar todos os pinos. E aceitar. Apos isso, agregamos as sequência de entradas com respeito ao tempo para o circuito, para isso selecionamos a ferramenta forma de onda e arrastre o mouse sobre a linha da entrada que desejamos trocar. Em nosso exemplo quedara assim:

6 Com entadas sw[1] e sw[0] (onde sw[1] é o bit prioritário) igual a 0 e 0 para os primeiros 10 ms, logo 0 e 1 para os seguintes 10 ms, 1 e 0 entre os 30 e 40 ms e finalmente 1 e 1 para os últimos 10 ms. Para executar a simulação só temos que fazer click em iniciar simulação O resultado aparecera nas linhas de saídas, em nosso caso será assim: Onde agora a saída confirma nosso planteamento inicial. Cada vez que acrescentamos a entradas com as chaves nosso circuito troca a letra presentada. 7. Executar desenho na placa. Finalmente para executar nosso desenho dentro da placa temos que selecionar a opçõa ferramentas -> programar. Selecionar nossa placa se estão instalados os drivers da placa. Se não temos que ir para administradão de dispositivos -> atualizar drivers do dispositivos desconhecido -> procurar o diretório onde estão os drivers da placa (estos são baixado da página web do fornecedor da placa ) -> aceitamos. Executamos a simulação, testamos se esta tudo bem. Desenvolvimento de um contador

7 Um contador é um circuito sequencial formado pelos flip flops e portas lógicas, o qual armazena o número de vezes que um evento ou processo acontece. Existem muitas classes de contadores por exemplo: Contadores Asíncronos (ripple). Contadores Síncronos - todos os estados de bits trocam sobre o controle de um clock simples. Contadores de década - contagem através de dez estados por ciclo. Contadores de pulso crescente/decrescente Entre outros. Para nosso projecto desenvolveremos um contador síncrono. Os Flip-Flop: O flip-flop ou multivibrador biestável é um circuito digital pulsado capaz de servir como uma memória de um bit. Um flip-flop tipicamente inclui zero, um ou dois sinais de entrada, um sinal de clock, e um sinal de saída, apesar de muitos flip-flops comerciais proverem adicionalmente o complemento do sinal de saída. Alguns flip-flops também incluem um sinal da entrada clear, que limpa a saída atual. Como os flip-flops são implementados na forma de circuitos integrados, eles também necessitam de conexões de alimentação. A pulsação ou mudança no sinal do clock faz com que o flip-flop mude ou retenha seu sinal de saída, baseado nos valores dos sinais de entrada e na equação carecterística do flip-flop. Existem quatro tipos de memórias flip-flop e são: flip-flop T ("toggle"), flipflop S-R ("set-reset"), flip-flop J-K e o flip-flop D("delay"). Em nosso caso utilizaremos um Flip-Flop tipo T onde se a entrada T estiver em estado alto, o flip-flop T (toggle) inverte seu estado sempre que a entrada de clock sofrer uma modificação. Se a entrada T foi baixa, o flipflop mantém o valor do seu estado. Seu comportamento é descrito pela seguinte equação característica: (expandindo o operador XOR) O símbolo do flip-flop T, onde > é a entrada de clock, T é a entrada de toggle e Q é informação de saída armazenada. Nosso circuito de contador é como presenta a seguinte gráfica:

8 Onde podemos observar que nosso contador tem só dois memórias flip-flop por o que é capaz de armazenar até 2 bits e então tem estados possíveis. Mas ao agregar a porta lógica NAND conectada as saídas do contador faze que quando as duas saídas são positivas (Ou seja tem o valor binário 3) o circuito reinicia os flip-flops. Para realizar a simulação deste projeto tem que seguir os passos citados no ponto 6 da primeira parte referente ao desenvolvimento de circuito de rotação das letras del. Podemos observar isso na seguinte tela. Onde selecionamos nossa entrada KEY[0] e logo pressionamos a opção Overwrite clock para gerar a sequência da senal baixa - alta - baixa - alta e assim sucessivamente como na figura da abaixo: Ao final, executamos a simulação e olhamos como os LEDG[0] e LEDG[1] juntos formam o número 0, 1, 2 em binário e assim de novo empeça no 0.

9 Que passa se conectamos nosso contador junto a nosso circuito de rotação? Se substituímos a chave de entrada KEY[1] por um CLOCK_50Mhz podemos automatizar o avance de nosso contador e suas saídas conectar a nosso circuito de rotação então nosso sistema seria automático também e trocaria as letras del, a lde, a Eld sem precisar de nossa ajuda. Conclusão O desafio deste projeto ajuda a ficar melhor a forma de construir um circuito respeitando as restrições, também permite consolidar os conhecimentos referentes ao manejo o implementação do Display de 7 Segmentos. Finalmente foi estudado o funcionamento dos flip-flop e sua utilidade para construir um circuito contador, o qual pode reemplazar nossa interação com o circuito automatizando as sequências de entradas. Bibliografia ftp://ftp.altera.com/up/pub/altera_material/9.1/tutorials/schematic/ Quartus_II_Introduction.pdf no dia 28/03/ no dia 28/03/ no dia 28/03/2014