моделирование работы лифта в Quartus II. Контрольная работа. Контрольная работа по дисциплине Основы проектирования и технология электронной компонентной базы на тему Проектирование логического автомата на плис
 Скачать 0.79 Mb.
|
|
Контрольная работа по дисциплине «Основы проектирования и технология электронной компонентной базы» на тему «Проектирование логического автомата на ПЛИС» Выполнил: Студент группы 5ПЭба-1 ОглавлениеВведение 3 1.Постановка задачи 5 2.Разработка проекта 6 3.Проверка проекта в Quartus II 10 ВведениеПрограмма Quartus II фирмы Altera относится к САПР ПЛИС (EDA Tool), то есть поддерживает весь цикл проектирования цифровых устройств на основе программируемой и реконфигурируемой логики, например, ПЛИС семейства MAX3000 и ППВМ семейств Flex10K, APEX20K, ACEX1K, Cyclon. Quartus II содержит в своем составе средства для разработки устройств при помощи графического схемного редактора или на языке VHDL, компилятор и редактор для размещения разработанной схемы на логику целевого устройства, средства анализа временных характеристик устройства, таких как время задержки сигнала между входом и выходом и максимальная тактовая частота работы устройства, редактор временных диаграмм для тестирования и отладки разрабатываемого устройства, программатор для переноса конфигурации устройства из проекта в интегральные схемы (ИС). Аналогами и конкурентами Quartus II являются MAX+PLUS II той же фирмыAltera, предлагавшаяся ранее для создания подобных проектов и Xilinx ISE фирмы Xilinx для поддержки ПЛИС и ППВМ собственного производства. Высокопроизводительные СБИС ПЛ серии Stratix являются основой для создания современного высокотехнологичного электронного оборудования и позволяют выпускать его на рынок в минимальные сроки и с минимальными рисками. Благодаря сочетанию большой логической ёмкости, высокой производительности и широкого спектра аппаратных возможностей, СБИС ПЛ серии Stratix позволяют интегрировать в проекте множество различных функций и обеспечить максимальную пропускную способность создаваемой системы. Программируемые логические интегральные схемы – ПЛИС являются одними из самых перспективных элементов цифровой схемотехники. ПЛИС представляет собой кристалл, на котором расположено большое количество простых логических элементов. Изначально эти элементы не соединены между собой. Соединение элементов (превращение разрозненных элементов в электрическую схему) осуществляется с помощью электронных ключей, расположенных в этом же кристалле. Электронные ключи управляются специальной памятью, в ячейки которой заносится код конфигурации цифровой схемы. Таким образом, записав в память ПЛИС определенные коды, можно собрать цифровое устройство любой степени сложности (это зависит от количества элементов на кристалле и параметров ПЛИС). В отличие от микропроцессоров, в ПЛИС можно организовать алгоритмы цифровой обработки на аппаратном (схемном) уровне. При этом быстродействие цифровой обработки резко возрастает. Компания Altera является основным конкурентом компании Xilinx, причем по всем основным направлениям. Главное из них - это производство ПЛИС как типа FPGA, так и типа CPLD. В мае 2008 года Altera представила новое семейство из серии Stratix высокопроизводительных микросхем типа FPGA - Stratix IV, работающих на 40-нм архитектуре. Для менее ресурсоемких задач компания Altera предлагает серию ПЛИС FPGA Cyclone, а в качестве компромисса между производительными Stratix и недорогими Cyclone - серию Arria. Для мобильных устройств выпускается серия Max на основе ПЛИС типа CPLD. Микросхемы компании Altera активно применяются во многих областях, например, на рынке беспроводных и проводных коммуникаций, в военных технологиях, в области телевещания, а также в различных мобильных устройствах. Постановка задачиВ соответствие с заданием необходимо спроектировать блок управления лифтом трѐхэтажного дома. Имеется три датчика положения лифта (по одному на каждом этаже) и три кнопки управления лифтом (Движение на первый этаж, движение на второй этаж, движение на третий этаж). Выходные сигналы – «движение вверх», «движение вниз». Алгоритм работы – перемещение лифта в заданном кнопками направлении до остановки на требуемом этаже. При движении вниз - остановка на всех промежуточных этажах, на которых нажата кнопка вызова. Требуется: 1. Составить таблицу функционирования автомата. 2. Минимизировать полученные логические функции. 3. Составить схему автомата в базисе – произвольный. 4. Спроектировать схему в САПР Quartus II. 5. Выполнить моделирование работы схемы. Разработка проектаПо условию задачи необходимо спроектировать логический автомат, управляющий движением лифта. Направление движения определяется текущим положением лифта, т.е. состоянием датчиков, и управляющим нажатием кнопок. Поскольку лифт не может находиться одновременно на разных этажах, то активен может быть только один датчик. Остальные состояния датчиков считаются запрещенными. Если отжаты все кнопки, лифт остается без движения, управляющие сигналы нулевые. Остальные состояния управляющих сигналов зависят от нажатой кнопки и текущего положения лифта. Для составления блок-схемы автомата необходимо определить основные переменные системы. Входными переменными являются сигналы нажатия кнопок выбора этажа. Поскольку нажатия могут быть кратковременными, необходимо зафиксировать состояние кнопки. Это можно выполнить с помощью триггера-защелки. Сброс триггера осуществляется при достижении лифтом нужного этажа. Это выполняется с помощью схемы совпадения состояния кнопки и датчика этажа. Внутренними переменными являются сигналы датчиков этажей. Их состояние можно промоделировать с помощью реверсивного регистра сдвига с бегущей единицей. Направление сдвига – вправо или влево – определяется направлением движения лифта – вверх или вниз. Сдвиг нужно производить только при движении лифта. Остановка прекращает сдвиг. Сигналы движения лифта вверх или вниз являются выходными переменными автомата и вырабатываются схемой управления лифта, входными переменными для которой служат сигналы состояния кнопок и датчиков этажей. Блок-схема автомата управления лифтом приведена на рис. 2.1.  Рис. 2.1. Блок-схема автомата управления лифтом Защелки реализуются на основе асинхронных RS-триггеров (рис. 2.2).  Рис. 2.2. Защелка фиксации положения кнопки Поскольку в Altera асинхронные входы триггера управляются низким уровнем напряжения, на входах предусмотрены инверторы. Реверсивный регистр сдвига строится из обычного регистра сдвига с дополнительной логикой на входах разрядов, управляющей направлением сдвига (рис. 2.3).  Рис. 2.3. Реверсивный регистр сдвига Перед запуском системы регистр устанавливается в начальное положение «100», что соответствует положению лифта на первом этаже. Для схемы совпадений составим таблицу истинности (табл. 2.1). Таблица 2.1 Таблица истинности схемы совпадений
Выбирая ячейки с единицами, получим логическую функцию схемы совпадений:  (2.1)Здесь учтена инверсия для управления защелкой. Для реализации схемы управления лифтом составим таблицу истинности (табл. 2.2). Таблица 2.2 Таблица истинности логического автомата
Если отжаты все кнопки, лифт стоит. При нажатии кнопки 3 этажа, лифт движется вверх при условии, что были активны датчики 1 или 2 этажа. В случае, если лифт находился на 3 этаже, движения не будет. Если нажата кнопка 2 этажа, то, если лифт на 1, движение вверх, на 3 – вниз, на 2 – стоит. При нажатии кнопки 1 этажа движение вниз при нахождении на 2 или 3 этажах, стоп, если на 1. Выбирая ячейки с 1 при минимизации по базису «ИЛИ», получим формулу функционирования автомата: up = Д1∩К2+Д1∩К3+Д2∩К3; down = Д2∩К1+Д3∩К1+Д3∩К2. (2.2) Для проверки разработанной системы управления лифтом составим принципиальную схему в среде проектирования ПЛИС Quartus II. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||