Lehrveranstaltung: Digitale Systeme · Labor – Praktikum (1) • Voraussetzung ist der erfl...

Lehrveranstaltung:Lehrveranstaltung:Digitale Systemeg y

Praktikums‐Vorbereitung (EW‐VOR)Dipl.‐Inf. Markus Appel10.04.2011, 11.04.2011,12.04.2011, 13.04.2011

ÜbersichtÜbersicht

Ü• Übersicht über die Lehrveranstaltung• Vom Stromkreis zum digitalen GatterVom Stromkreis zum digitalen Gatter• Vorbereitung des EW‐Praktikums

Übersicht über die LehrveranstaltungÜbersicht über die Lehrveranstaltung

• Die Lehrveranstaltung besteht aus:– 4 SWS Vorlesungen (Dr. Winkler, Dr. Sommer)g ( , )– 1 SWS Praktikum (Dr. Günther, Dipl.‐Inf. Appel, verschiedene Tutoren)verschiedene Tutoren)

– 1 SWS Übung (Dr. Sommer, Dipl.‐Inf. Dittrich)

• Prüfungsvoraussetzung:– Praktikumsschein + Übungsscheing

Aufbau des PraktikumsAufbau des Praktikums

• 4 Praktikumsversuche– Fakultative Vorbereitungg– Betreutes SimulationspraktikumBetreutes Laborpraktikum (Anwesenheitspflicht)– Betreutes Laborpraktikum (Anwesenheitspflicht)

Termine für das PraktikumTermine für das PraktikumGruppe Tag Zeit EW-

VOREW-

SIM + LAB

KS-VOR

KS-SIM

KS-LAB

SS-VOR

SS-SIM

SS-LAB

MP-VOR

MP-SIM

MP-LAB

LAB

0 fak. Di 17-19 10.04. 24.04. 29.05. 19.06.

0 Di 17-19 17.04. 08.05. 22.05. 05.06. 12.06. 26.06. 03.07.

1 fak. Di 17-19 10.04. 24.04. 29.05. 19.06.

1 Mi 17-19 18.04. 09.05. 23.05. 06.06. 13.06. 27.06. 04.07.

2 fak. Mi 17-19 11.04. 25.04. 30.05. 20.06.

2 Do 17-19 19.04. 10.05. 24.05. 07.06. 14.06. 28.06. 05.07.

3 fak. Mi 17-19 11.04. 25.04. 30.05. 20.06.

3 Fr 11-13 20.04. 11.05. 25.05. 08.06. 15.06. 29.06. 06.07.

4 fak. Do 17-19 12.04. 26.04. 31.05. 21.06.

4 Fr 13-15 13.04. 27.04. 11.05. 01.06. 08.06. 22.06. 29.06.

5 f k D 17 19 12 04 26 04 31 05 21 065 fak. Do 17-19 12.04. 26.04. 31.05. 21.06.

5 Fr 15-17 13.04. 27.04. 11.05. 01.06. 08.06. 22.06. 29.06.

6 fak. Do 17-19 12.04. 26.04. 31.05. 21.06.

6 Mo 17-19 16.04. 07.05. 14.05. 04.06. 11.06. 25.06. 02.07.

7 fak. Fr 11-13 13.04. 27.04. 01.06. 22.06.

7 Fr 13-15 20.04. 11.05. 25.05. 08.06. 15.06. 29.06. 06.07.

8 fak. Fr 11-13 13.04. 27.04. 01.06. 22.06.

8 Fr 15-17 20.04. 11.05. 25.05. 08.06. 15.06. 29.06. 06.07.8 Fr 15 17 20.04. 11.05. 25.05. 08.06. 15.06. 29.06. 06.07.

9 fak. Fr 11-13 13.04. 27.04. 01.06. 22.06.

9 Mo 17-19 23.04. 14.05. 21.05. 11.06. 18.06. 02.07. 09.07.

SchulwissenSchulwissen

StromkreisStromkreis

• Symbole für:Spannungsquelle (Batterie)– Spannungsquelle (Batterie)

– Schalter– Glühbirne

SchalterlogikSchalterlogik

• Reihenschaltung von Schaltern

• Parallelschaltung von Schaltern

Mit welchen Schalterstellungen (S1 S2) leuchten dieMit welchen Schalterstellungen (S1, S2) leuchten die Lampen?Welche logischen Funktionen werden realisiert?Welche logischen Funktionen werden realisiert? 

MasseMasse

• ist ein beliebig festlegbarer Punkt im elektrischen Stromkreis

• meist ist der elektrische Minuspol der speisenden Spannung zugleich Massespeisenden Spannung zugleich Masse

• wird im Regelfall mit 0 V definiert• Bezugspotential für alle anderen SignalspannungenSignalspannungen

• Symbol: 

MesspunkteMesspunkte

• Punkte im Netzwerk, an denen die Spannung in Bezug zur Masse gemessen werden könneng g

• Symbol:

Quelle mit Umschalter (1)Quelle mit Umschalter (1)

+

5 V0 V

+

5 V5 V

-0 V

-0 V

Quelle mit Umschalter (2)Quelle mit Umschalter (2)

+ +

-

5 V 0 V

-

5 V5 V

0 V 0 V

Spannungsgesteuerte UmschalterSpannungsgesteuerte Umschalter

• Idee: Verwendung von Schaltern, die sich mit Spannungs‐pegeln schalten lassenFü d t llt P i i d i i b it d• Für das vorgestellte Prinzip werden zwei invers arbeitende Schalter benötigt

P Typ– P‐Typ • bei anliegender positiver Spannung geöffnet

– N‐TypN Typ• bei anliegender Spannung von null geöffnet

Quelle mit spannungsgesteuerten Umschaltern

+ +

-

5 V5 V

0 V-

0 V5 V

5 V

0 V 0 V

Verkettung(1)Verkettung(1)

Verkettung (2)Verkettung (2)

• Spannung schalten Spannungen• Gemeinsame SpannungsquelleGemeinsame Spannungsquelle• Im geschalteten Zustand fließt kein Strom• Voraussetzung für den Aufbau von komplexen Schaltungen aus einfachen Struktureng

Interpretation der SpannungspegelInterpretation der Spannungspegel

• Es treten zwei verschiedene Spannungspegel auf

• Wie können diese interpretiert werden?{ h f l h} {0 1} { kti i kti }– {wahr, falsch}, {0, 1}, {aktiv, inaktiv}

• Zuordnung ist notwendig:– 5 V  1 – 0 V 0– 0 V  0 

• ca. 5 V = High  1, ca. 0 V = Low  0 

Logik GatterLogik‐Gatter + ++

E1=0 E2=0

+

E1=0 E2=1

A=1 A=1

++

A=0

E1=1 E2=1

A=1

E1=1 E2=0

Logik Gatter 2Logik‐Gatter 2

Funktion Symbol

A = not(E1 and E2)( )

Schaltbelegungstabelle

E1 E2 A

0 0 1

0 1 10 1 1

1 0 1

1 1 0

Ziele des EW Simulations PraktikumsZiele des EW‐Simulations‐Praktikums

i b i i d f• Einarbeitung in das Entwurfssystems ALTERA MAX+PLUS II mit Hilfe einfacher digitaler Schaltungen

• Testentwurf einer kombinatorischen Schaltung gfür die Implementierung in einem programmierbaren Schaltkreis Alterap gEPM7064SLC44‐10 vorbereiten

• Funktionsweise der entworfenen Schaltung• Funktionsweise der entworfenen Schaltung durch Simulation überprüfen

VorbereitungsaufgabenVorbereitungsaufgaben

• Grundverknüpfungen• HalbadderHalbadder• Multiplexer

Grundverknüpfungen NOT (1)Grundverknüpfungen – NOT (1)

• Füllen sie die Schaltbelegungstabelle für das NOT – Gatter aus:

x y

00

1

Grundverknüpfungen NOT (2)Grundverknüpfungen – NOT (2)

• Füllen sie die Schaltbelegungstabelle für das NOT – Gatter aus:

x y

0 10 1

1 0

• Symbol:

Grundverknüpfungen NAND (1)Grundverknüpfungen – NAND (1)

• Füllen sie die Schaltbelegungstabelle für das NAND – Gatter aus:

x1 x0 y

0 00 0

0 1

1 0

1 1

Grundverknüpfungen NAND (2)Grundverknüpfungen – NAND (2)

• Füllen sie die Schaltbelegungstabelle für das NAND – Gatter aus:

x1 x0 y

0 0 10 0 1

0 1 1

1 0 1

1 1 0

• Symbol: 

Grundverknüpfungen NOR (1)Grundverknüpfungen – NOR (1)

• Füllen sie die Schaltbelegungstabelle für das NOR – Gatter aus:

x1 x0 y

0 00 0

0 1

1 0

1 1

Grundverknüpfungen NOR (2)Grundverknüpfungen – NOR (2)

• Füllen sie die Schaltbelegungstabelle für das NOR – Gatter aus:

x1 x0 y

0 0 10 0 1

0 1 0

1 0 0

1 1 0

• Symbol: 

Grundverknüpfungen XOR (1)Grundverknüpfungen – XOR (1)

• Füllen sie die Schaltbelegungstabelle für das XOR – Gatter aus:

x1 x0 y

0 00 0

0 1

1 0

1 1

Grundverknüpfungen XOR (2)Grundverknüpfungen – XOR (2)

• Füllen sie die Schaltbelegungstabelle für das XOR – Gatter aus:

x1 x0 y

0 0 00 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 0

• Symbol: 

Halbadder (1)Halbadder (1)

• Entwerfen sie die Schaltbelegungstabelle für die Addition zweier 1 Bit – Dualzahlen A und B

• Schreiben sie die Schaltbelegungstabelle aufE i l i di b id S h l f k i• Ermitteln sie die beiden Schaltfunktionen 

• Skizzieren sie die Gatterschaltung unter gVerwendung von Grundverknüpfungen

Halbadder (2)Halbadder (2)

• Schaltbelegungstabelle:A B C (Übertrag) YA B C (Übertrag) Y

0 0

0 1

1 0

1 1

Halbadder (3)Halbadder (3)

• Schaltbelegungstabelle:A B C (Übertrag) YA B C (Übertrag) Y

0 0 0 0

0 1 0 1

1 0 0 1

1 1 1 0

Halbadder (4)Halbadder (4)

• Ermitteln sie die Schaltfunktionen für C und Y aus der Schaltbelegungstabelle:  g g

A B C (Übertrag) Y

0 0 0 0

0 1 0 1

1 0 0 1

1 1 1 0

Halbadder (5)Halbadder (5)

• Y = A  B • C = A BC   A  B

A B C (Übertrag) Y

0 0 0 00 0 0 0

0 1 0 1

1 0 0 11 0 0 1

1 1 1 0

Halbadder (6)Halbadder (6)

• Skizzieren sie die Gatterschaltung für                Y = A  B und C = A  B unter Verwendung gvon Grundverknüpfungen

Halbadder (7)Halbadder (7)

• Skizzieren sie die Gatterschaltung für                Y = A  B und C = A  B unter Verwendung gvon Grundverknüpfungen:

Multiplexer (1)Multiplexer (1)

• Entwerfen sie eine Multiplexer‐Schaltung aus Grundgattern, die es ermöglicht, von 2 g gdigitalen Eingangssignalen wahlweise jeweils eines auf einen gemeinsamen Ausgang zueines auf einen gemeinsamen Ausgang zu schalten

Multiplexer (2)Multiplexer (2)

• Schaltbelegungstabelle:s x x ys x1 x0 y

0 0 0

0 0 1

0 1 0

0 1 1

1 0 0

1 0 1

1 1 01 1 0

1 1 1

Multiplexer (3)Multiplexer (3)

• Schaltbelegungstabelle:s x x ys x1 x0 y

0 0 0 0

0 0 1 1

0 1 0 0

0 1 1 1

1 0 0 0

1 0 1 0

1 1 0 11 1 0 1

1 1 1 1

Multiplexer (4)Multiplexer (4)

• Ermitteln sie die Schaltfunktion für y s x x ys x1 x0 y

0 0 0 0

0 0 1 1

0 1 0 0

0 1 1 1

1 0 0 0

1 0 1 0

1 1 0 11 1 0 1

1 1 1 1

Multiplexer (5)Multiplexer (5)

• y = (not(s)  x0)  (s  x1) s x x ys x1 x0 y

0 0 0 0

0 0 1 1

0 1 0 0

0 1 1 1

1 0 0 0

1 0 1 0

1 1 0 11 1 0 1

1 1 1 1

Multiplexer (6)Multiplexer (6)

• Skizzieren sie die Gatterschaltung                      y = (not(s)  x0)  (s  x1) aus Grundgatterny ( ( ) 0) ( 1) g

Multiplexer (7)Multiplexer (7)

• Skizzieren sie die Gatterschaltung                      y = (not(s)  x0)  (s  x1) aus Grundgatterny ( ( ) 0) ( 1) g

Vorstellung der Software MAX+PLUS IIVorstellung der Software MAX+PLUS II

Si l ti ktik fi d t i Wi d P l• Simulationspraktikum findet im Windows‐Pool (3.216) oder Mittwoch im Pool (4.307) statt

• rdesktop k de f d MS tornado|orkan• rdesktop –k de –f –d MS tornado|orkan• Falls nicht vorhanden:

V bi d d N t l f k U it ih– Verbinden des Netzlaufwerkes U: mit ihrem Homelaufwerk (\\home\homes)

– Verbinden des Netzlaufwerkes S: für dasVerbinden des Netzlaufwerkes S: für das Entwurfswerkzeug MAX+PLUS II (\\repl311.informatik.hu‐berlin de\echip\echip\windows\)berlin.de\echip\echip\windows\) 

– Verbindungen sollte so konfiguriert werden, dass sie bei Anmeldung wiederhergestellt wirdg g

MAX+PLUS II (1)MAX+PLUS II (1)

MAX+PLUS II (2)MAX+PLUS II (2)

MAX+PLUS II (3)MAX+PLUS II (3)

hi di i b d h l• Graphic Editor zur Eingabe der Schaltungen• Waveform Editor zur Eingang von Testmustern g gfür die Simulation

• Compiler zum Erstellen der ProgrammierdateiCompiler zum Erstellen der Programmierdatei für den Logik‐Schaltkreis

• Simulator zur Überprüfung der erstellten• Simulator zur Überprüfung der erstellten Schaltung

• Programmer zum Programmieren des Schaltkreises (wird im Labor benötigt)

MAX+PLUS II (4)MAX+PLUS II (4)

• Graphic Editor zur Eingabe der Schaltungen• Rechte Maustaste Enter SymbolRechte Maustaste  Enter Symbol

– Bibliothek mit den Gattern befindet sich unter s:\maxplus2\max2lib\prim\*s:\maxplus2\max2lib\prim\*

– auf Gatter klicken, um es auszuwählen

MAX+PLUS II (5)MAX+PLUS II (5)

• Schaltung speichern• Projekt auf die aktuelle Datei setzenProjekt auf die aktuelle Datei setzen

– File  Project  Set Project to current file

MAX+PLUS II (6)MAX+PLUS II (6)

• Schaltkreis einstellen – Assign Deviceg– In Familie 7000SShow Only Fastest Speed Grades abwählen– Show Only Fastest Speed Grades abwählen

– ALTERA EPM 7064S LC44‐10 auswählen

MAX+PLUS II (7)MAX+PLUS II (7)

• Schaltung mit Compiler übersetzen

MAX+PLUS II (8)MAX+PLUS II (8)

• Waveform Editor starten, um ein Testszenario für Schaltung zu erstelleng– Enter Nodes from SNF  Inputs und Outputs auswählen (auf List drücken)auswählen (auf List drücken)

– Signale an die Eingänge anlegen 

MAX+PLUS II (9)MAX+PLUS II (9)

• Simulator starten, um Schaltung prüfen

Aufgaben im SimulationspraktikumAufgaben im Simulationspraktikum

• Halbadder• Optional VolladderOptional Volladder

Labor Praktikum (1)Labor – Praktikum (1)

V i d f l i h Si l i h• Voraussetzung ist der erfolgreiche Simulationsversuch • Findet im Raum 4.316 statt

– ab 17.00 Uhr wird die Tür automatisch verschlossen Klingel verwenden und warten, bis jemand diese für sie öffnetöffnet

• Nehmen sie die 4 für sie reservierten Labor‐Termine unbedingt wahr und kommen sie pünktlichg p

• Lesen sie sich im Vorfeld ihres Labor‐Termins die Aufgabenstellung für das Labor ang g

• Versuchen sie, die Vorbereitungsaufgaben für das Labor‐Praktikum zu machen

Labor Praktikum (2)Labor – Praktikum (2)