Тема: Синтез дешифратора адреса

Цель работы:

Получение навыков синтеза и моделирования заданных комбинационных схем в САПР Altera MAX+PLUS II.

Задачи:

Синтезировать комбинационную схему дешифратора адреса с заданными параметрами в САПР Altera Max+plus II в режиме графического редактора (Graphic Editor). Произвести исследование временных параметров полученной схемы (Simulator).

Теоретические сведения:

Дешифратор адреса (ДшА) - это комбинационная схема с М-входами и 1-выходом, формирующая на выходе ''1'' в том случае, когда число, подаваемое на его входы, попадает в указанный, при проектировании ДшА диапазон.

Дешифратор адреса, например, используется в системах с Общей Шиной, когда все элементы системы одновременно к ней подключены. В таком случае, запрос попадает ко всем элементам сразу, но обрабатывается только тем, чей адрес совпал с адресом, содержащимся в запросе. Число входов М при этом зависит от количества адресуемых элементов, максимальное число которых равно 2^М.

Другой пример, это когда дешифратор адреса используется как один из функциональных блоков плат ввода-вывода.

Выполнение работы:

Выполнение практической работы можно разделить на следующие этапы:

1) На основе заданных параметров определяется фиксированная и переменная часть адреса.

2) Для фиксированной части адреса: строится булева функция.

3) Для переменной части адреса:

· строится карта Карно;

· по карте Карно рассчитывается булева функция.

4) Объединяются функции фиксированной и переменной частей адреса.

5) С использованием графического редактора пакета MAX+PLUS (Graphic Editor) по получившейся булевой функции строится схема.

6) Выполняется компилирование схемы (Compiler).

7) С помощью редактора WaveForm Editor задаются внешние воздействия, необходимые для проверки работоспособности схемы. В данном случае необходимо, чтобы на входы подавались все адреса, на которые должен реагировать ДшА, и несколько других адресов для проверки их отсечения схемой.

8) Запускается симулятор работы схемы (Simulator).

9) Измеряются временные задержки, возникающие при работе схемы. Измерение задержек можно проводить как вручную в WaveForm Editor, так и с помощью Timing Analyzer.

Требования к защите работы:

1) Демонстрация схемы дешифратора и результатов моделирования на компьютере.

2) Отчет по практической работе (оформленный в соответствии с Приложением 4).

3) Правильные ответы на вопросы преподавателя по теме работы.

Пример выполнения практической работы:

Задание:

Вариант №1. Необходимо синтезировать дешифратор 12-разрядного адреса с диапазоном адресов 0xF00 – 0xF0F, исключая адреса 0xF06 и 0xF0A.

Выполнение работы:

Синтезируем булеву функцию, описывающую работу дешифратора адреса (F). С целью снижения числа переменных для метода карт Карно определяем фиксированную и переменную часть заданного диапазона. Для нашего задания фиксированная часть - это 0xF0 (старшие 8 бит). Переменная часть: 0х0 – 0хF (младшие 4 бита).

F(a_0, a_1, .. a₁₁) = Z(a_4, a_5, .. a₁₁) ANDY(a_0, a_1, .. a₃)

где функция Z дешифрирует из диапазона старшую часть адреса, а Y дешифрирует младшую часть адреса.

Строим булеву функцию(Z) для фиксированной части адреса:

Если записать таблицу истинности для функции Z , то мы получим таблицу размера 256 x 8. Функция будет выдавать истинное значение только при равенстве входных аргументов величине 0xF0 (или в двоичном виде: 11110000).

Данному адресу соответствует булева функция .

При подстановке адреса в функцию получаем:

Строим булеву функцию(Y) для переменной части адреса:

Запишем для нее таблицу истинности:

Строим для нее карту Карно для 4-х переменных ( ). По вертикали ( ) , по горизонтали ( ). Отмечаем клетки, попадающие в заданный диапазон символом (X), а клетки, в него не попадающие, символом (0)

	X	X	X	X
	X	X	X	X
	X	X	X	X
	X		X

По методу Карно осуществляем склейку следующих строк и столбцов:

Столбец 00 (терм ), столбец 11 (терм ), Строки 00 и 01 (терм ), Строки 01 и 11 (терм ).Полученный результат:

Осуществляем проверку:

Возьмем три адреса 0х1, 0х6 , 0xA.

0x1: 0001 -

0x6: 0110 -

0xA: 1010 -

Булева функция для переменной части адреса составлена правильно.

Объединяем функции в одну:

По полученной функции строим схему, заменяя логические функции, соответствующими элементами. Изображение схемы построенной в Altera Max+plus II приведено на рис.1-1.

Исходный файл схемы (lab1.gdf).

Рис.1-1 Схема дешифратора в редакторе Graphic Editor (Altera Max+plus II)

На рис.1-2 отображены результаты работы схемы и отклик дешифратора на входное воздействие. На вход по шине адреса A[11..0] подаются адреса в диапазоне 0xEFE – 0xF11. На выходе CS можно видеть отклик дешифратора на него. Исходный файл lab1.sсf

Рис.1-2 Входной сигнал и отклик дешифратора в Waveform Editor (Altera Max+plus II)

С помощью средств Waveform Editor производим замер временных задержек на каждом переключении с указанием кода переключения (рис.1-3).

Пример:

T (0xF05 – 0xF06) = 6.0 нс.

T (0xF06 – 0xF07) = 6.0 нс.

…

Рис.1-3 Измерение задержек переключения в Waveform Editor (Altera Max+plus II)

Результаты измерения задержек переключения элементов с помощью Timing Analyzer показаны на рис.1-4. При использовании данного метода отпадает необходимость в ручном измерении задержек переключения, т.к. их все можно найти в сводной таблице задержек.

Рис.1-4 Timing Analyzer (Altera Max+plus II)

Вопросы к работе:

1. От чего зависит максимальная частота работы схемы и как она связана со временем задержки срабатывания?

2. Какая связь между таблицей истинности функции и картой Карно?

3. Какому закону булевой алгебры соответствует операция минимизации по методу карт Карно?

4. По умолчанию, Simulator осуществляет симулирование работы схемы в течение 1мк. Как изменить этот параметр?

Практическое занятие № 2