CONTROLO DE SEMÁFOROS

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1 TRABALHO DE LABORATÓRIO IV CONTROLO DE SEMÁFOROS 1. INTRODUÇÃO Pretende-se com este trabalho que os alunos se familiarizem com a síntese de circuitos sequenciais. Este trabalho é considerado para avaliação de conhecimentos. Durante a aula o grupo completará a adenda ao relatório com as conclusões sobre a montagem, assim como alterações ao relatório, a qual entregará ao docente no final da aula. Na secção 4 é explicada a estrutura que o relatório deverá seguir. Como preparação prévia, deve ser feita uma leitura cuidada ao documento Introdução ao Ambiente de Projecto da Xilinx disponível na página da cadeira. Deve ter consigo nesta e nas aulas de laboratório seguintes cópias dos documentos Introdução ao Ambiente de Projecto da Xilinx e Guia de Implementação de Circuitos na Placa de Desenvolvimento os quais deverá utilizar como manuais de utilização. 2. PROJECTO DE UM CIRCUITO DE CONTROLO DE SEMÁFOROS Pretende-se projetar um sistema de controlo de semáforos para o cenário representado na figura seguinte: P1 P2 Os semáforos para os automóveis são designados por S1 e S2 e cada um contém três luzes (verde, amarelo e vermelho). A passadeira está associada a dois semáforos para peões (S3 e S4), cada um com duas luzes (verde e vermelho), e dois botões de pressão que permitem aos peões pedir passagem (P1 e P2). As regras de funcionamento dos semáforos devem ser as seguintes: 1 P á g i n a

2 Nos semáforos S1 e S2 existe um ciclo - Verde 5 s, Amarelo 1.25 s, Vermelho 6.25 s. Quando o semáforo S1 está verde ou amarelo o semáforo S2 deverá estar vermelho, e vice versa. Quando o semáforo S2 para os automóveis está vermelho, os dos peões (S3 e S4) devem estar verdes, caso contrário deverão estar vermelhos. Se, durante o período em que o semáforo S2 está verde para os automóveis e os semáforos S3 e S4 estão vermelhos para os peões, um dos botões P1 ou P2 for premido, os semáforos S3 e S4 deverão ficar verdes para os peões num prazo de 1.25 segundos após o sistema detetar que o botão foi pressionado (note que os semáforos para os automóveis também devem mudar, passando obrigatoriamente pelo amarelo, quando mudam de verde para vermelho), partindo do princípio que o semáforo S2 já esteve verde por um intervalo de tempo mínimo (ver abaixo). O semáforo S2 nunca deverá estar na cor verde menos de 2.5 segundos. Existe um interruptor I, que, quando ativado, coloca os semáforos S1 e S2 a piscar a luz amarela, aceso durante 1.25 segundos e apagado durante 1.25 segundos. Neste caso, os semáforos S3 e S4 deverão estar permanentemente verdes. Projete o circuito de controlo de acordo com o que aprendeu sobre síntese de circuitos sequenciais. A temporização deve ser implementada num circuito à parte, o qual interage com o circuito de controlo propriamente dito. Na máquina de estados do circuito de controlo, o estado inicial, em que S1, S3 e S4 estão Verdes e S2 Vermelho, depende dos números dos alunos do grupo. Sendo A e B os números de aluno, o estado inicial deverá corresponder ao valor A+B (mod 5). Considere um sinal de relógio de 0,8Hz (1,25s de período). Siga a seguinte sequência de passos e responda às questões que lhe são colocadas Quantas entradas e saídas são necessárias para o circuito de controlo 1? Justifique Apresente o diagrama de estados do circuito de controlo, identificando os estados, transições e respectivos valores das entradas e saídas. Tenha em conta que o número de estados deve ser minimizado A máquina de estados a que chegou é de Moore ou de Mealy? Justifique Apresente as tabelas de codificação e de transição de estados do circuito de controlo. Calcule as expressões lógicas das entradas dos flip-flops. Caso utilize mapas de Karnaugh, apresenteos Projete o circuito de controlo e o circuito temporizador e apresente os diagramas lógicos Implemente o circuito de controlo no Xilinx ISE. Em caso de dúvidas sobre o funcionamento dos módulos lógicos disponíveis no Xilinx ISE, consulte o manual Xilinx Library Guide disponível na página da disciplina Implemente o circuito temporizador no Xilinx SE. Crie um símbolo para este circuito e interligue-o com o circuito de controlo Simule o funcionamento do circuito completo, ilustrando as situações relevantes que demonstrem o seu correto funcionamento. 3. IMPLEMENTAÇÃO DO CIRCUITO PROJETADO Assume-se que os alunos já simularam exaustivamente e com sucesso o circuito de controlo isoladamente. Para a implementação e teste do circuito projectado nas secções anteriores, foram disponibilizados um conjunto de ficheiros (disponíveis na página da cadeira): 1 Considere o circuito temporizador como um circuito à parte. 2 P á g i n a

3 Nome ficheiro sd.sch do Descrição Esquema principal. Basys.ucf ou Basys2.ucf Ficheiro de configuração das portas use o ficheiro correspondente à placa que tem na bancada, Basys (laboratório LE3) ou Basys2 (Laboratório LSD1). clk_div.vhd Divisor de Frequência - especificação. clk_div.sym Divisor de Frequência - símbolo. disp7.vhd Bloco de controlo do display de 7 segmentos - especificação. disp7.sym Bloco de controlo do display de 7 segmentos - símbolo. Não modifique o nome destes ficheiros Adicione ao projecto os ficheiros sd.sch, Basys.ucf ou Basys2.ucf, clk_div.vhd e disp7.vhd com Project Add Copy of Source Interligue o circuito projectado na Secção 2 com o esquema sd.sch disponibilizado: a) Ligue os botões de pressão e interruptor a cada uma das entradas. P0 - pressure0 P1 - pressure1 I - SW0 b) Ligue as saídas do circuito aos LEDs. S1 Verde S1 Amarelo S1 Vermelho S2 Verde S2 Amarelo S2 Vermelho S3/S4 Verde S3/S4 Vermelho led0 led1 led2 led3 led4 led5 led6 led7 c) Coloque no display de 7 segmentos o código do estado presente. d) Ligue os sinais de relógio CLK dos FFs aos sinais slow_clk, que tem a frequência de 0,8Hz. e) Ligue o relógio do display de 7 segmentos (unidade disp7) à saída clk_disp da unidade clkdiv Implemente o circuito para a placa de desenvolvimento. Para tal, siga as instruções no guia Guia de Implementação de Circuitos na Placa de Desenvolvimento. 4. TRABALHO A DESENVOLVER NA AULA 3 P á g i n a

4 Como foi referido, o trabalho referido nos pontos 2 e 3 (incluindo o ficheiro.bit) devem ser preparados em casa. Na aula, deverá ser testado o ficheiro.bit na placa e caso funcione, poderá ser pedido para os alunos efetuarem uma modificação ao circuito, e fazer a respetiva simulação e programação na placa. Assume-se que os alunos trazem o projeto (como todos os ficheiros auxiliares do Xilinx ISE e não o esquemático somente) Xilinx ISE do circuito numa USB flash drive ou disco externo USB Implemente o circuito na placa de desenvolvimento. Para tal, siga as instruções no guia Guia de Implementação de Circuitos na Placa de Desenvolvimento. Note que o interruptor da placa deve estar na posição ON Verifique o funcionamento correto do circuito. Mostre-o ao docente. Comente. 5. ELEMENTOS A INCLUIR NO RELATÓRIO O relatório deve incluir apenas os seguintes elementos: 1. Resposta à pergunta Diagrama de estados pedido na pergunta Resposta à pergunta Tabelas pedidas em Diagrama lógico do circuito de controlo 6. Diagrama lógico do circuito temporizador 7. Simulações pedidas em Comentário sobre o funcionamento da simulação na placa durante a aula e sobre a eventual modificação ao circuito. A capa deve indicar Nota importante: os pontos 1., 2., 3., 4. e 8. devem ocupar no máximo 3 páginas. Os pontos 5., 6. e 7. devem ser colocados em anexo e usar o espaço mínimo que garanta a sua boa compreensão. 6. AVALIAÇÃO DO TRABALHO DE LABORATÓRIO Na avaliação do trabalho de laboratório serão tidas em conta as seguintes componentes: 4 P á g i n a Preparação e resposta às questões da secção 2. Projecto do circuito (secção 2). Simulação (ponto 2.8) e teste do circuito (secção 4). Estrutura, apresentação e qualidade do relatório. O relatório deverá usar o seguinte conjunto de regras: Páginas: Máximo de páginas A4 de acordo com o indicado no ponto 6, e uma página de capa com a indicação i) do turno (dia da semana e hora) de laboratório, ii) do nome do docente responsável pelo turno, e iii) do nome e iv) número dos elementos do grupo e v) número do grupo. Páginas numeradas, preferencialmente com cabeçalho, e margens não inferiores a 2cm. Letra da família sans-serif (Arial, Verdana, Helvetica, Tahoma, Cambria, Calibri ou Trebuchet MS). Não deverão ser usadas fontes das famílias cursive ou fantasy, excepto para representar símbolos.

5 Pode, se desejar, usar uma fonte da família monospace (ex.: Courier) para indicar sinais físicos. Tamanho da letra de fácil leitura e nunca inferior a 10pt. Figuras e tabelas: As figuras (p. ex.: esquemas) poderão ser feitos num programa de edição de imagens (p. ex.: MS Visio, Omnigraffle, Inkscape,...) ou manuscritas, digitalizadas (com scan ou máquina fotográfica/telemóvel) e inseridas nos espaços correspondentes do relatório. No entanto as figuras deverão estar em estado apresentável (limpas, sem rabiscos ou rascunhos, facilmente perceptíveis e com tamanho de letra não inferior à do relatório). As figuras deverão ser necessariamente enumeradas, acompanhadas de legenda (a legenda deverá explicar sucintamente o que se observa na figura) e ser referenciadas no texto. As simulações deverão ser numeradas usando uma legenda do tipo Figura e referenciadas no texto, explicando sucintamente o que se observa. O não cumprimento das regras será penalizado na nota final do laboratório (ex: penalização de 0,5 valores por página adicional). 5 P á g i n a