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Atividade Prática Circuito Lógico em FPGA
Centro Universitário UNINTER Curso de Engenharia Elétrica Luciano Barbosa Moreira [email protected], RU 1385604
Resumo. Entender o funcionamento de um circuito lógico combinacional fazendo a imple- mentação em dispositivo FPGA e comparando com o equivalente em circuitos integrados TTL para comprovar o seu funcionamento.
Palavras chave: Quartus II, FPGA, Altera
1 Introdução
Os dispositivos lógicos programáveis (PLDs), juntamente com a teoria básica de eletrônica digital, permitem a implementação e síntese de circuitos digitais desde simples portas lógicas até os mais complexos sistemas digitais em um único chip.
2 Procedimento Experimental
Este experimento consiste em realizar 2 montagens de 1 circuito lógico combinacional, onde no item 2.1 será informado o circuito escolhido. As 2 montagens são: 1ª – Em protoboard montar o circuito lógico escolhido utilizando circuitos integrados TTL (por- tas AND, OR, NOT). 2ª – No kit FPGA em conjunto com um protoboard (para montagem de chaves e LEDs; inclu- indo os resistores necessários) testar o projeto VHDL do circuito lógico escolhido, gravando no chip Cyclone II. Deve-se realizar o comparativo entre a operação do projeto implementado no kit FPGA Cyclone II e o circuito lógico com circuitos integrados TTL. O teste a ser realizado deve ser a comprovação da operação dos circuitos com base em sua tabela verdade, testando todas as combinações. Deve ser implementado o código VHDL em um projeto criado no ambiente Altera Quartus II, associando-se às portas de entrada e saída definidas na entidade de projeto os pinos do kit Cyclone II por meio da ferramenta Pin Planner do Quartus II. Observações sobre a tensão de alimentação e tensão aplicável aos pinos de entrada e saída:
-No kit FPGA Altera Cyclone os pinos de I/O operam com níveis de tensão de 0V a 3,3V. -Para os circuitos integrados TTL deve-se utilizar uma fonte de alimentação específica de 5V, sendo que os seus pinos de I/O irão trabalhar com níveis de tensão de 0V a 5V. Não deve haver interconexão entre o circuito de teste do projeto realizado no kit FPGA Cyclone com o circuito de teste do circuito lógico combinacional com circuitos integrado TTL, visto que ambos trabalham com tensão diferente de operação das suas portas de I/O.
2.1 Opções de Circuito a ser Projetado/Montado
O circuito escolhido é a opção 3 definida pela expressão lógica abaixo: Opção 3: S = NOT ((A AND B) OR C)
3. Resultados do Experimento 1) Apresente o diagrama esquemático e a tabela verdade do circuito escolhido.
Figura 1: Diagrama Esquemático
Figura 2: Tabela Verdade
- Apresente o diagrama de tempo da simulação VWF do circuito implementado em VHDL no Quartus II com todas as condições da tabela verdade.
Figura 5: Diagrama de tempo da simulação
- Apresente fotos da montagem do circuito de teste, tanto do kit FPGA como do circuito combinacional com portas lógicas. Inclua telas do Analisador Lógico apresentando os valores das entradas e da saída correspondente.
Figura 6: Foto do experimento
Figura 7: Detalhe da montagem do circuito TTL Em análise no osciloscópio Hantek, foi definido os seguintes canais para as entradas e saída: Channel 5 para a entrada A Channel 6 para a entrada B Channel 7 para a entrada C Channel 8 para a saída S
Figura 8: A=1, B=0, C=0 e S=
Figura 11: A=0, B=1, C=1 e S=
Figura 12: A=1, B=1, C=1 e S=
4 Conclusão
Este experimento foi bem interessante, onde conseguimos verificar a prática relacionada a teoria. Foi possível observar através da simulação que o funcionamento do circuito FPGA substitui de forma eficaz um circuito montado com circuitos integrados, sendo viável e vantajoso o emprego dos FPGA´s. A simulação no software Quartus II, ocorreu de forma bastante satisfatória não sendo observado nenhum erro na compilação dos códigos e assim conseguimos obter a simulação do diagrama de tempo em VWF do circuito implementado.
A montagem do circuito TTL também ocorreu sem dificuldade, onde conseguimos realizar os testes no analisador lógico comprovando sua tabela verdade. Quanto a montagem física no Kit Altera Ciclone II, este não foi possível, pois mesmo instalando o drive do USB Blaster, o mesmo não reconheceu o dispositivo e desta forma não sendo possível a comunicação do hardware com o software, não foi possível transferir a programação realizada para o Ciclone II e concluir o teste físico. De modo geral, se considerarmos as duas simulações tanto no programa Quartus II, quanto a análise feita no osciloscópio Hantek, podemos dizer que ambos os circuitos possuem o mesmo funcionamento.
5 Referências
[1] COSTA, C. Projeto de Cicuitos Digitais com FPGA. 3 ed. rev e atual. ed. São Paulo: Saraiva, 2014. [2] D'AMORE, R. VHDL Descrição e Sintese de Circuitos Digitats. 2ª. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2012.
