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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
PRÁCTICAS DE LABORATORIO PARA DISEÑO DIGITAL VLSI
DISEÑO DE SISTEMAS DIGITALES VLSI 2
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.
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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.
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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
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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 :
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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:
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TABLA DE VERDAD:
DIAGRAMA DEL CIRCUITO :
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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:
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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
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DIAGRAMA DEL CIRCUITO :
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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:
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DIAGRAMA DEL CIRCUITO :
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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:
DIAGRAMA DEL CIRCUITO :
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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:
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CARTA ASM:
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DIAGRAMA DEL CIRCUITO :
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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.
DIAGRAMA DE BLOQUES:
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TABLA DE TRANSICIÓN DE ESTADOS DEL CONTADOR DE LUGARES DISPONIBLES :
Estado presente SE SS Lugares disponibles
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DIAGRAMA DEL CIRCUITO :
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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.
DIAGRAMA DE BLOQUES:
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CARTA ASM: