[[dtpr_versuch_4]]

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Das Ziel dieses Versuchs ist die Beschreibung von kombinatorischen Schaltungen mit Hilfe von

  • Booleschen Ausdrücken
  • with select Beschreibung

Als praktisches Beispiel soll eine Schaltung entworfen werden, die aus vier Eingangssignalen die Steuersignale für eine Siebensegmentanzeige erzeugt. Die Eingänge der Schaltung werden mit den Schaltern verbunden und die Ausgänge werden mit der Siebensegmentanzeige verbunden.

Um ihre lokalen Projektdateien mit eventuellen neuen Dateien auf dem git Server zu aktualisieren können sie im Verzeichnis “digitaltechnikpraktikum”

git pull 

eingeben. Dann werden neue oder geänderte Daten vom git server geladen.

Im Projektverzeichnis finden Sie als Beispiel für die Darstellung von kombinatorischen Schaltungen die Datei ledcomb_rtl.vhd. Dazu passend gibt es das Simulationsverzeichnis “sim/ledcomb” und das Syntheseverzeichnis “pnr/ledcomb”.

Die Schaltung ledcomb hat als Eingänge die Schalter “SW”. Die Ausgänge sind die roten LEDs “LEDR” und die grünen LEDs “LEDG”. Die roten LEDS zeigen den Zustand der Schalter an. An den grünen LEDs werden verschiedene boolesche Funktionen dargestellt. In der Schaltung ledcomb gibt es weiterhin zwei Signale s0 und s1. Die Signale können wie Netze in einem Schaltplan verstanden werden.

  1. Skizzieren Sie die Schaltungen für die Ausgänge LEDG(0), LEDG(1), LEDG(2), LEDG(3)
  2. Für welche Schalterkombinationen leuchtet der Ausgang LEDG(0)?
  3. Für welche Schalterkombinationen leuchtet der Ausgang LEDG(1)?
  4. Für welche Schalterkombinationen leuchtet der Ausgang LEDG(2)?
  5. Für welche Schalterkombinationen leuchtet der Ausgang LEDG(3)?
  6. Für welche Schalterkombinationen leuchtet der Ausgang LEDG(4)?
  7. Der Ausgang LEDG(4) wird über eine with .. select Anweisung beschrieben. Skizzieren Sie eine Schaltung, die die gleiche boolesche Funktion hat.
  8. Erläutern Sie wie die Ausgänge LEDG(7..5) von den Eingängen SW(9..6) abhängen.

In der Datei t_ledcomb.vhd befindet sich die Testbench für das Design in ledcomb.vhd. Starten Sie im Verzeichnis “sim/ledcomb” die Simulation der Schaltung. Erläutern Sie das Verhalten der Ausgänge LEDG und LEDR im Simulator!

Wechseln Sie jetzt in das Verzeichnis “pnr/ledcomb”, starten Sie die Schaltungssynthese und laden Sie das Design auf das FPGA Board.

  1. Prüfen Sie ob das Ergebnis im Simulator mit dem Verhalten auf dem Board übereinstimmt.
  2. Welche Tests fehlen für welche Schaltungsteile noch?
  3. Prüfen Sie die fehlenden Tests auf dem Board nach.
  4. Wie und Warum unterscheiden sich die Dateien ledcomb_pins.tcl und ledsw_pins.tcl?

In der Datei cntones_rtl.vhd finden Sie eine Schaltungsbeschreibung für eine Schaltung, die die Anzahl der Einsen an den vier Eingängen zählt. Zu der Schaltung gibt es eine Testbench t_cntones.vhd. Wechseln Sie in das Verzeichnis “sim/cntones” und starten Sie die Simulation.

  1. Funktioniert die Schaltung für die vorhandenen Testmuster in der Simulation?

Diese Einserzählschaltung soll jetzt genutzt werden um die Anzahl der Einsen an den SW(3..0) und SW(9..6) zu zählen. Das Ergebnis für SW(3..0) soll an LEDG(2..0) und für SW(9..6) an LEDG(7..5) dargestellt werden.

In der Datei ledcntsw_rtl.vhd finden Sie die Schaltungsbeschreibung, die die Schaltung cntones zweimal instantiiert und mit den entsprechenden Eingängen und Ausgängen verbindet.

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  • by beckmanf