NUMERICAL EXAMPLES
Process 1 Process 2 Process
5.7 Simulations On Witness
Ejemplo desarrollado en la asignatura Electrónica Digital II que realiza un desplazamiento a la derecha, llenando de 1s el registro, y luego hacia la izquierda llenándolo de 0s.
3.2.1 Circuito divisor de frecuencia por cuatro con el IC 7474
1- Objetivos:
1- Comprobar el funcionamiento e interpretar las formas de onda de un circuito secuencial sincrónico SSI típico, como es el biestable D 7474.
2- Dominar el procedimiento de diseño y simulación con el Altera MAX+Plus II y el volcado del fichero de grabación hacia el kit de desarrollo KHF-E5.
3- Comprobar el funcionamiento de la aplicación en dicho kit de desarrollo.
2- Fundamentación Teórica:
Se comprobará el funcionamiento del IC 7474 formado por dos biestables D en un mismo chip. En el circuito el primer biestable se ha interconectado para que realice la función de división por dos a la señal de reloj. Al mismo tiempo dicha señal de salida actúa como señal de reloj del segundo biestable, conectada a su entrada de manera que este divide por dos nuevamente. Se puede concluir que la señal del segundo biestable divide por cuatro la señal de reloj de entrada, para mostrar su tabla de funcionamiento se puede hacer clic derecho sobre dicho componente y
Edit Ports/parameters yHelp on 7474.
3- Materiales y Métodos:
1- Software Altera MAX+Plus II instalado en un PC apropiado. 2- Kit de desarrollo KHF-E5.
3- Software de comunicación con el PC para el volcado del programa de grabación.
4- Metodología:
Diseñe un circuito lógico simple para dividir por cuatro la señal de reloj con el biestable D 7474.
1- Abra el software Altera MAX+Plus II en la PC.
2- Haga clic enFile / New, seleccione el editor gráfico y luegoOK.
3- Para guardar el proyecto debe crear una carpeta, por ejemplo: c:/ DivFrec, una vez creada la carpeta haga clic en File / Save As y en la ventana que aparece póngale un nombre al proyecto y luegoOK.
4- Una vez abierta la ventana del editor gráfico, haga clic derecho sobre esta y luego
Enter Symbol, en la ventana de símbolos que aparece seleccione la librería "c:\maxplus2\max21ib\mf" y seleccione 7474 de la lista de símbolos y aparecerá en el editor gráfico el flip-flop 7474.
5- Haga clic derecho sobre el editor gráfico, clic en Enter Symbol y en la ventana que aparece seleccione "c:\maxplus2\max2lib\prim" y luego busque input para los pines de entrada, output para los pines de salida y VCC para la alimentación. 6- En la barra de herramientas de la izquierda haga clic en el icono de líneas
horizontales y/o verticales para interconectar el circuito como se muestra a continuación. (Figura 3.14)
Figura 3.14Circuito divisor de frecuencia por cuatro con el IC 7474
7- Haga doble clic en los pines de entrada y salida para asignarle nombre a cada uno. 8- En el menúFile / Proyect / Set Proyect to Current File.
9- Haga clic en Assign / Device y seleccione el dispositivo de la familia ACEX 1K específicamente el EP1K100QC208-3 y guarde en el icono guardar.
10- A continuación compile el proyecto. Si no ocurren errores acepte y cierre el compilador.
11- Abra el editor de forma de onda y haga clic enNode / Enter Nodes Form SNF
después clic en List para mostrar los nodos disponibles, luego => para seleccionar todos los nodos yOK.
12- Una vez que estén los nodos en la ventana del editor gráfico entonces se necesita una señal de reloj que será la que se va a dividir por cuatro. Para entrar la señal de reloj en el pin de entrada cp, haga clic derecho sobre este y se sombreará en
negro y luego enOverwrite / Clocky luego OKen la nueva ventana que se abre. 13- Luego guarde el proyecto nuevamente y simule el mismo.
14- Ejecute el software THRCPLD y descargue el programa.
5- Análisis de los Resultados:
Una vez simulado el proyecto se puede observar la ventana del editor gráfico, mostrando la señal de entradacp y las dos señales de salidaout0 yout1. Observe que la señal de salidaout0 tiene el doble del período de la señalcp y a su vez la señal de salida out1 tiene el doble del período de la señal out0, por tanto su período es cuatro veces mayor que la señal de entrada cp. Entonces dado que el período es el inverso de la frecuencia se puede concluir que la señal out0 tiene la mitad de la frecuencia de la señal de entradacp y a su vez la señal de salidaout1 tiene la mitad de la señalout0, por tanto dicho circuito divide por cuatro la frecuencia de entrada.
(Figura 3.15)
Figura 3.15Forma de onda del circuito divisor de frecuencia por cuatro con el
IC 7474
3.2.2 Circuito Registro de Desplazamiento con el IC 74164
1- Objetivos:
1- Comprobar el funcionamiento e interpretar las formas de onda de un circuito secuencial sincrónico MSI típico tal como el IC 74164.
2- Dominar el procedimiento de diseño y simulación con el Altera MAX+Plus II y el volcado del fichero de grabación hacia el kit de desarrollo KHF-E5.
3- Comprobar el funcionamiento de la aplicación en dicho kit de desarrollo.
2- Fundamentación Teórica:
El registro de desplazamiento 74164 está compuesto por ocho bits de salida y dos bits de entrada (a,b), que controlan el modo en que ocurrirá el desplazamiento, o si se mantendrá la información por cada pulso de reloj que llegue, para mostrar su tabla de funcionamiento se puede hacer clic derecho sobre dicho componente y
Edit Ports/parameters yHelp on 74164.
3- Materiales y Métodos:
1- Software Altera MAX+Plus II instalado en un PC apropiado. 2- Kit de desarrollo KHF-E5.
3- Software de comunicación con el PC para el volcado del programa de grabación.
4- Metodología:
Diseñe un circuito para registro de desplazamiento utilizando el IC 74164. 1- Abra el software Altera MAX+Plus II en la PC.
2- Haga clic enFile / New, seleccione el editor gráfico y luegoOK.
3- Para guardar el proyecto debe crear un carpeta, por ejemplo: c:/ RegDesp, una vez creada dicha carpeta haga clic enFile / Save As y en la ventana que aparece póngale un nombre al proyecto y luegoOK.
4- Una vez abierta la ventana del editor gráfico, haga clic derecho sobre esta y luego
Enter Symbol, en la ventana de símbolos que aparece seleccione la librería "c:\maxplus2\max21ib\mf" y seleccione 74164 de la lista de símbolos y aparecerá en el editor gráfico el IC 74164.
5- Haga clic derecho sobre el editor gráfico, clic enEnter Symbol y en la ventana que aparece seleccione "c:\maxplus2\max2lib\prim" y luego busque input para los pines de entrada, output para los pines de salida y VCC para la alimentación. 6- En la barra de herramientas de la izquierda haga clic en el icono de líneas
horizontales y/o verticales para interconectar los pines de entrada y salida con el IC 74164 como se muestra a continuación. (Figura 3.16)
Figura 3.16 Registro de Desplazamiento IC 74164
7- Haga doble clic en los pines de entrada y salida para asignarle nombre a los pines como se observa en la figura anterior.
8- En el menúFile / Proyect / Set Proyect to Current File.
9- Haga clic en Assign / Device y seleccione el dispositivo de la familia ACEX 1K específicamente el EP1K100QC208-3 y guarde en el icono guardar.
10- A continuación compile el proyecto. Si no ocurren errores acepte y cierre el compilador.
11- Abra el editor de forma de onda y haga clic enNode / Enter Nodes Form SNF
después clic en List para mostrar los nodos disponibles, luego => para seleccionar todos los nodos yOK.
12- Una vez que estén los nodos en la ventana del editor gráfico entonces se necesita una señal de reloj. Para entrar la señal de reloj en el pin de entradaCLK, haga clic derecho sobre este y se sombreará en negro, luego clic enOverwrite / Clock y luego OKen la nueva ventana que se abre.
13- Ponga en "1" las entradas A y B haciendo clic derecho sobre ellas, luego
Overwrite / High (1).
14- Luego guarde el proyecto nuevamente y simule el mismo. 15- Ejecute el software THRCPLD y descargue el programa.
5- Análisis de los Resultados:
Una vez simulado el proyecto se puede observar en la ventana del editor gráfico, el desplazamiento del uno lógico a través de todas las salidas del circuito. (Figura 3.17)
Figura 3.17 Forma de onda del registro de desplazamiento
6- Orientaciones para el estudio independiente:
Modifique el circuito para que trabaje como un contador de anillo.
3.2.3 Contador módulo 8 con el IC 74162
1- Objetivos:
1- Comprobar el funcionamiento e interpretar las formas de onda de un circuito secuencial sincrónico MSI como es el IC 74162.
2- Dominar el procedimiento de diseño y simulación con el Altera MAX+Plus II y el volcado del fichero de grabación hacia el kit de desarrollo KHF-E5.
3- Comprobar el funcionamiento de la aplicación en dicho kit de desarrollo.
2- Fundamentación Teórica:
El IC 74162 es un contador decimal (0-9) universal con entradas de borrado y carga (clear y load). Posee una salida RCO (Carry) que se activa en "1" cada vez que el conteo llegue a nueve, para mostrar su tabla de funcionamiento se puede hacer clic derecho sobre dicho componente y Edit Ports/parameters y Help on
3- Materiales y Métodos:
5- Software Altera MAX+Plus II instalado en un PC apropiado. 6- Kit de desarrollo KHF-E5.
7- Software de comunicación con el PC para el volcado del programa de grabación.
4- Metodología:
Diseñe un circuito contador módulo 8 con el IC 74162. 1- Abra el software Altera MAX+Plus II en la PC.
2- Haga clic enFile / New, seleccione el editor gráfico y luegoOK.
3- Para guardar el proyecto debe crear un carpeta , por ejemplo: c:/ ContMod8, una vez creada dicha carpeta haga clic enFile / Save As y en la ventana que aparece póngale un nombre al proyecto y luegoOK.
4- Una vez abierta la ventana del editor gráfico, haga clic derecho sobre esta y luego
Enter Symbol, en la ventana de símbolos que aparece seleccione la librería "c:\maxplus2\max21ib\mf" y seleccione 74162 de la lista de símbolos y aparecerá en el editor gráfico el IC 74162.
5- Haga clic derecho sobre el editor gráfico, clic enEnter Symbol y en la ventana que aparece seleccione la librería "c:\maxplus2\max2lib\prim" y luego busque nand3
para seleccionar una compuerta NAND de 3 entradas.
6- Luego repita el paso anterior pero ahora para seleccionar input para la entrada, output para los pines de salida y VCC para la alimentación.
7- En la barra de herramientas de la izquierda haga clic en el icono de líneas horizontales y/o verticales para interconectar los pines de entrada y salida del NAND de tres entradas con el IC 74162, así como los pines de entrada y salidas como se muestra a continuación. (Figura 3.18)
Figura 3.18Contador módulo 8 con el IC 74162
8- Haga doble clic en los pines de entrada y salida para asignarle nombre a los pines como se observa en la figura anterior.
9- En el menúFile / Proyect / Set Proyect to Current File.
10- Haga clic en Assign / Device y seleccione el dispositivo de la familia ACEX 1K específicamente el EP1K100QC208-3 y guarde en el icono guardar.
11- A continuación compile el proyecto. Si no ocurren errores acepte y cierre el compilador.
12- Abra el editor de forma de onda y haga clic enNode / Enter Nodes Form SNF
después clic en List para mostrar los nodos disponibles, luego => para seleccionar todos los nodos yOK.
13- Una vez que estén los nodos en la ventana del editor gráfico entonces se necesita una señal de reloj. Para entrar la señal de reloj en el pin de entradaCLK, haga clic derecho sobre este y se sombreará en negro, luego clic enOverwrite / Clock y luego OKen la nueva ventana que se abre.
14- Luego guarde el proyecto nuevamente y simule el mismo. 15- Ejecute el software THRCPLD y descargue el programa.
5- Análisis de los Resultados:
Una vez simulado el proyecto se puede observar las salidas en la ventana del editor de forma de onda. Como se observa el circuito realiza un conteo desde 0000 hasta 0111, comprobándose el funcionamiento de un contador módulo 8. Puede
observarse, además, la demora de propagación con respecto a la señal de reloj. (Figura 3.19)
Este circuito pude modificarse para variar el módulo de conteo el cual, libremente, puede llegar al valor 1001 (contador módulo 9), y comprobar la activación de la salida carry.
Otro ejercicio que pudiera realizarse es el de interconectar dos de estos contadores en cascada para obtener un módulo de conteo mayor que 10.
Figura 3.19 Forma de onda del contador módulo 8
6- Orientaciones para el estudio independiente:
1- Modifique el circuito para que realice un conteo que comience en el valor 1 (0001) y llegue hasta 8 (1000).
2- Diseñe un contador módulo 60 (de 0 a 59) utilizando dos de estos contadores.
3.2.4 Indicador lumínico de 8 salidas con registro de desplazamiento 74198
1- Objetivos:
1- Integrar los conocimientos de circuitos secuenciales sincrónicos con componentes SSI y MSI en un ejemplo de media complejidad.
2- Dominar el procedimiento de diseño y simulación con el Altera MAX+Plus II y el volcado del fichero de grabación hacia el kit de desarrollo KHF-E5.
3- Comprobar el funcionamiento de la aplicación en dicho kit de desarrollo.
2- Fundamentación Teórica:
El circuito "indicador lumínico de ocho LEDs" es abordado dentro de los ejercicios de clases prácticas de la Electrónica Digital II.
En esencia realiza un desplazamiento a la derecha (de LSB a MSB) con la entrada R = 1, de manera que todas las salidas Qi se van llenando de unos.
Cuando Q7 = Q0 = 1 la compuerta XNOR cambia su valor de "0" a "1" actuando como pulso de reloj del biestable JK que se encuentra configurado como biestable T (J = K = 1), lo que provoca un cambio en las entradas S1 y S0 del 74198 y, en consecuencia, cambiando el desplazamiento del registro hacia la izquierda, ahora con la entrada L = 0.
De esta forma el registro se empieza a llenar de ceros hasta que Q7 = Q0 = 0 y la compuerta XNOR vuelva a cambiar a uno (téngase presente que siempre que Q7 es diferente de Q0, la XNOR es cero en su salida) activando el biestable T y cambiando nuevamente los valores de S1 y S0 y por ende el sentido de desplazamiento del registro.
3- Materiales y Métodos:
1- Software Altera MAX+Plus II instalado en un PC apropiado. 2- Kit de desarrollo KHF-E5.
3- Software de comunicación con el PC para el volcado del programa de grabación.
4- Metodología:
Diseñe un circuito Indicador lumínico de 8 salidas con registro de desplazamiento 74198
1- Abra el software Altera MAX+Plus II en la PC.
2- Haga clic enFile / New, seleccione el editor gráfico y luegoOK.
3- Para guardar el proyecto debe crear un carpeta , por ejemplo: c:/ IndLum8, una vez creada dicha carpeta haga clic enFile / Save As y en la ventana que aparece
póngale un nombre al proyecto y luegoOK.
4- Una vez abierta la ventana del editor gráfico, haga clic derecho sobre esta y luego
Enter Symbol, en la ventana de símbolos que aparece seleccione la librería "c:\maxplus2\max21ib\mf" y seleccione 74198 de la lista de símbolos y aparecerá en el editor gráfico el IC 74198.
5- Haga clic derecho sobre el editor gráfico, clic enEnter Symbol y en la ventana que aparece seleccione la librería "c:\maxplus2\max2lib\prim" y luego busque xnor
para seleccionar una compuerta XNOR.
6- Repita el paso anterior pero ahora para seleccionar una compuerta NOT y otra vez para un biestable JK.
7- Repita el paso anterior pero ahora para seleccionar input para la entrada, output para los pines de salida, GND para tierra y VCC para la alimentación.
8- En la barra de herramientas de la izquierda haga clic en el icono de líneas horizontales y/o verticales para interconectar los pines de entrada y salidas así como las interconexiones entre los componentes. (Figura 3.20)
Figura 3.20 Indicador lumínico de 8 salidas con registro de desplazamiento 74198
9- Haga doble clic en los pines de entrada y salida para asignarle nombre a los pines como se observa en la figura anterior.
10- En el menúFile / Proyect / Set Proyect to Current File.
11- Haga clic en Assign / Device y seleccione el dispositivo de la familia ACEX 1K específicamente el EP1K100QC208-3 y guarde en el icono guardar.
12- A continuación compile el proyecto. Si no ocurren errores acepte y cierre el compilador.
13- Abra el editor de forma de onda y haga clic enNode / Enter Nodes Form SNF
después clic en List para mostrar los nodos disponibles, luego => para seleccionar todos los nodos yOK.
14- Una vez que estén los nodos en la ventana del editor gráfico entonces se necesita una señal de reloj. Para entrar la señal de reloj en el pin de entradaCLK, haga clic derecho sobre este y se sombreará en negro, luego clic enOverwrite / Clock y luego OKen la nueva ventana que se abre.
15- Luego guarde el proyecto nuevamente y simule el mismo. 16- Ejecute el software THRCPLD y descargue el programa.
5- Análisis de los resultados:
Como se muestra en la siguiente figura, el circuito realiza un desplazamiento de izquierda a derecha primero llenándose de unos el registro y luego de derecha a izquierda llenándose de ceros el registro. (Figura 3.21)
Figura 3.21Forma de onda del Indicador lumínico de 8 salidas con registro de
desplazamiento 74198
6- Orientaciones para el estudio independiente:
1- Amplíe dicho indicador lumínico a 16 salidas, utilizando dos 74198 en cascada. 2- Diseñe un generador de frecuencia cuasi-aleatoria, utilizando el ejemplo
3.3 Conclusiones del capítulo
En este capítulo se expresa el resultado del trabajo mediante la obtención de una metodología para desarrollar y simular diseños digitales empleando el software Altera MAX+Plus II. Para ello se prepararon una serie de prácticas de laboratorio que ejemplificaron el uso de dicho software. Además se tuvo en cuenta el uso de ejemplos integradores que posibiliten desarrollar en los estudiantes estrategias generales de diseño digital.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Conclusiones
Con la realización de este trabajo se logró obtener una metodología para desarrollar prácticas de laboratorio de carácter docente con el software Altera MAX+Plus II, llegándose a las siguientes conclusiones:
1. Se han descrito las características fundamentales del aprendizaje a partir de la de la experiencia y la práctica, para la solución de problemas científicos y el análisis de fenómenos aplicando los presupuestos teóricos.
2. Se han descrito las generalidades de los chips de Altera, así como las características fundamentales y especificaciones técnicas de la Familia ACEX 1K.
3. Se ha obtenido una metodología para la realización de las prácticas dirigida al aprendizaje de los estudiantes usando las herramientas descritas, dicha metodología explica detalladamente los pasos a seguir para el diseño digital. 4. Se han propuesto un conjunto de prácticas de laboratorio con el software Altera
MAX+Plus II que validan las posibilidades de diseño digital utilizando el mismo.
Recomendaciones
1- Trasladar los resultados de estas prácticas a los cursos Regular Diurno y CPT en las asignaturas Electrónica Digital I y II y Diseño Digital VLSI.
2- Actualizar el presente trabajo con otras herramientas de diseño Altera más actualizadas, siempre que se cuente con los Kit de desarrollo
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
KHF-E5 CPLD/FPGA Development Lab System. User's Manual. Zhejiang Tianhuang Science & Technology Industrial Co. Ltd. of China.
2007. Resolución No. 210/07.Ministerio de Educación Superior. La Habana.
ALTERA. May 2003. ACEX 1K Programmable Logic Device Family Data Sheet, ver. 3.4[Online]. Available:www.altera.com [Accessed].
CAÑEDOS IGLESIAS, C. M. 2008. Fundamentos teóricos para la implementación de la didáctica en el proceso enseñanza aprendizaje. Universidad de Cienfuegos Carlos Rafael Rodríguez