universidad nacional autonoma de mexico facultad de...

PRÁCTICAS DE LABORATORIO PARA DISEÑO DIGITAL VLSI

DISEÑO DE SISTEMAS DIGITALES VLSI 1

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICO

FACULTAD DE INGENIERÍA

PRÁCTICAS PARA LA MATERIA DE DISEÑO DIGITAL VLSI

M.I. Norma Elva Chávez Rodríguez M.I. Jorge Valeriano Assem



PREFACIO El objetivo de estas prácticas es que el alumno aplique, analice, modele e implemente sistemas digitales de muy alta escala de integración empleando

tecnologías modernas basadas en arquitecturas de dispositivos lógicos programables (FPGAs y CPLDs), utilizando lenguajes de descripción y

modelado de hardware. Un lenguaje de descripción de hardware o lenguaje HDL es un lenguaje computacional utilizado para describir las estructuras, el diseño y la

operación de circuitos digitales, dando una descripción precisa y formal de un circuito electrónico, permitiendo el análisis automatizado, simulación y prueba simulada de un circuito electrónico. También permite la

compilación de un programa en una especificación de nivel inferior de componentes electrónicos físicos, tales como el conjunto de máscaras que

se utiliza para crear un circuito integrado, Se parece mucho al lenguaje de programación C, debido a que también hace una descripción textual que consiste en expresiones, instrucciones y estructuras de control.

Una diferencia importante entre la mayoría de los lenguajes de programación y los lenguajes HDL es que en los lenguajes HDL se incluyen

explícitamente la noción del tiempo. Los HDL’s disponibles actualmente permiten diferentes formas de especificar un diseño; a estas formas se les conoce como estilos de escritura, los cuales van desde especificaciones puramente funcionales hasta especificaciones estructurales. La especificación estructural (Structural specification of hardware)

consiste en especificar la totalidad de los elementos que componen el sistema digital y las interconexiones entre ellos.

La especificación funcional, también denominada de comportamiento (Behavioural modeling), consiste, como su nombre indica, en describir el comportamiento del sistema digital en lugar de detallar los elementos que

lo conforman y su interconexión.



El comportamiento de los sistemas digitales complejos se puede describir funcionalmente de dos formas:

Mediante la especificación de las transferencias de información entre registros que dio lugar a los lenguajes RTL, que en la actualidad forman parte de un conjunto de lenguajes HDL bajo la denominación de

descripción de flujo de datos (Data flow description) porque especifican las transferencias de información que se realizan, de forma controlada a través de buses entre los distintos registros que forman el sistema digital y

mediante dicha especificación se establecen los elementos del sistema físico y las interconexiones entre ellos. Esta forma de describir el

funcionamiento tiene por lo tanto una estrecha relación con el sistema físico. Mediante un algoritmo que recibe la denominación de descripción de

comportamiento del sistema físico (Behavioral description of hardware) está conformado por procesos que se ejecutan secuencial o

simultáneamente. Este modelo de descripción se caracteriza por no establecer de forma unívoca el sistema físico. Cualquier sistema físico que tenga el comportamiento descrito mediante determinado algoritmo puede

ser válido para implementar el sistema digital.



PRÁCTICA 1 Sistema de seguridad para una casa mediante un lenguaje HDL

PRÁCTICA 2 Control de un robot movil mediante un lenguaje HDL

PRÁCTICA 3 Sensado y control de semáforos en avenida mediante un lenguaje HDL

PRÁCTICA 4 Diseño de un registro de corrimiento mediante un lenguaje HDL

PRÁCTICA 5 Diseño de un reloj digital mediante un lenguaje HDL

PRÁCTICA 6 Diseño del control de un tren eléctrico mediante un lenguaje HDL

PRÁCTICA 7 Control de entrada a un estacionamiento mediante un lenguaje HDL

PRÁCTICA 8 Reconocimiento de secuencia binaria mediante un lenguaje HDL

PRÁCTICA 9 Diseño de un secuenciador básico mediante un lenguaje HDL

REFERENCIAS



PRÁCTICA 1

Sistema de seguridad para una casa mediante un lenguaje HDL.

OBJETIVO:

El alumno analizará y aplicará las herramientas fundamentales de alto nivel, para el diseño de sistemas digitales combinacionales VLSI. ESPECIFICACIONES:

En una casa se tendrán 7 sensores de presencia en un sistema de seguridad, los cuales al detectar un intruso, enviaran la señal al sistema de seguridad el cual activará una alarma auditiva y en un display se verá el número del lugar por donde el intruso entró. Si se detectan dos intrusos al mismo tiempo en el display se verá el lugar de mayor prioridad para ser vigilado. (El sensor con el número más grande). DIAGRAMA DE BLOQUES:

DIAGRAMA DEL CIRCUITO :



PRÁCTICA 2

Control de un robot movil mediante un lenguaje HDL

OBJETIVO:

El alumno analizará y aplicará las herramientas fundamentales de alto nivel, para el control de motores de DC en el diseño de sistemas digitales combinacionales VLSI. ESPECIFICACIONES:

Diseñar y construir un robot movil seguidor de una línea blanca en una pista de fondo negro, el cual cuente con 3 sensores los cuales envíen al control información sobre si ven o no la línea blanca. El robot también contara con dos motores, uno para cada rueda del robot. DIAGRAMA DE BLOQUES:



TABLA DE VERDAD:




PRÁCTICA 3

Sensado y control de semáforos en avenida mediante un lenguaje HDL

OBJETIVO:

El alumno analizará y aplicará herramientas fundamentales de alto nivel, para el diseño de sistemas digitales combinacionales VLSI. ESPECIFICACIONES:

En el cruce de dos avenidas se requiere del control de sus semáforos. Cada semáforo cuenta con 4 luces (roja, ámbar, verde, flecha), también se tienen sensores de presencia de forma tal que si en alguna dirección no se cuenta con flujo de automóviles, los semáforos en sus dos sentidos tendrán la luz roja prendida, dando oportunidad que en la otra dirección en ambos sentidos se permita el flujo de automóviles. La luz roja tiene una duración de 60 segundos, la luz ámbar de 15 segundos, la luz verde de 30 segundos y la flecha de 15 segundos. DIAGRAMA DE BLOQUES:



CARTAS ASM REQUERIDAS:

Se tendrán 4 cartas ASM, la primera para cuando no exista flujo de autos en ninguna dirección, la segunda cuando en la dirección norte-sur exista uno o más automóviles queriendo pasar la avenida y en la dirección este-oeste no exista ningún auto queriendo pasarla, la tercera cuando en la dirección este-oeste exista uno o más automóviles queriendo pasar la avenida y en la dirección norte-sur no exista ningún auto queriendo pasar y la cuarta para cuando existan automóviles en ambas direcciones.

carta ASM1 carta ASM4

carta ASM3 carta ASM2



PRÁCTICA 4

Diseño de un registro de corrimiento mediante un lenguaje HDL

OBJETIVO:

El alumno aprenderá a diseñar registros de corrimiento utilizando lenguaje algún lenguaje HDL, diseñando un sistema digital VLSI el cual desplegue en 4 displays de 7 segmentos algún mensaje y este se recorra de derecha a izquierda.

ESPECIFICACIONES:

Diseñar un sistema digital VLSI el cual despliegue en 4 displays de 7 segmentos cualquier frase y esta se recorra de derecha a izquierda, todo el tiempo que se desee.

DIAGRAMA DE BLOQUES:



PRÁCTICA 5

Diseño de un reloj digital mediante un lenguaje HDL

OBJETIVO: El alumno aprenderá el diseño e implementación de máquinas de estado finito. ESPECIFICACIONES:

Diseñar un reloj digital en cual muestre en 4 displays las horas y minutos. DIAGRAMA DE BLOQUES:




PRÁCTICA 6

Diseño del control de un tren eléctrico mediante un lenguaje HDL

OBJETIVO: Aplicar los conceptos de Cartas ASM para la solución de problemas y desarrollar un circuito capaz de poder realizar la simulación del funcionamiento de un tren. ESPECIFICACIONES:

Diseñar un sistema digital que moverá un tren de derecha a izquierda y viceversa, sobre una línea, deteniéndose en cada estación por 2 minutos. En cada estación hay sensores que detectan cuando un tren entra a la estación. Existe un botón de emergencia en los vagones que hará que el tren se detenga por un minuto de más en la estación, si así se requiere. DIAGRAMA DE BLOQUES:



CARTA ASM:



PRÁCTICA 7

Control de entrada a un estacionamiento mediante un lenguaje HDL.

OBJETIVO:

El alumno aprenderá a diseñar sistemas secuenciales VLSI controlando motores y manipulando sensores de presencia.

ESPECIFICACIONES: Se diseñará un estacionamiento de automóviles el cual contará con sensores de entrada y es de salida, para determinar el número de automóviles que entran y salen del mismo de tal forma que se muestre mediante un display de 7 segmentos, a la entrada del estacionamiento el número de lugares disponibles. El número máximo de cajones de estacionamiento son 9. Además si se detecta en la entrada del estacionamiento la presencia de un automóvil, y hay disponibilidad de cajones, se requiere levantar una pluma y bajarla, en cuanto el automóvil pase. Si se detecta cualquier carro queriendo salir se alza y baja la pluma descontando un lugar en los cajones ocupados.




TABLA DE TRANSICIÓN DE ESTADOS DEL CONTADOR DE LUGARES DISPONIBLES :

Estado presente SE SS Lugares disponibles

0000 00 1001

0000 01 1001

0000 10 1000

0000 11 1001

0001 00 1000

0001 01 1001

0001 10 0111

0001 11 1000

0010 00 0111

0010 01 1000

0010 10 0110

0010 11 0111

0011 00 0110

0011 01 0100

0011 10 0010

0011 11 0110

0100 00 0101

0100 01 0101

0100 10 0011

0100 11 0101

0101 00 0100

0101 01 0110

0101 10 0100

0101 11 0100

0110 00 0011

0110 01 0111

0110 10 0101

0110 11 0011

0111 00 0010

0111 01 1000

0111 10 0110

0111 11 0010

1000 00 0001

1000 01 1001

1000 10 0111

1000 11 0001

1001 00 0000

1001 01 1001

1001 10 1000

1001 11 0000



PRÁCTICA 8

Reconocimiento de secuencia binaria mediante un

lenguaje HDL

OBJETIVO:

El alumno aprenderá el manejo del flujo de datos. ESPECIFICACIONES:

Diseñar una chapa digital que reconozca la siguiente secuencia binaria. 0 1 0 1 1 1 0 1 1 Cuando se tecleé una secuencia igual, la señal de salida de reconocimiento deberá activarse. Tenga en cuenta que el primer bit de la secuencia es el que se localiza a la derecha, mientras que el último bit de la secuencia es el que se localiza a la izquierda.




CARTA ASM:

universidad nacional autonoma de mexico facultad de...

Documents