Материал: MU_po_vypolneniyu_KP

рассмотрение процесса разработки цифровых устройств на ПЛИС средствами САПР представляется особенно актуальным.

Кроме выбора типа ИС при планировании выполняется и ряд подготовительных действий: выбор расположения входных и выходных контактов, определение временных и мощностных ограничений и др. Опираясь на возможности САПР, разработчик еще до этапа конструкторско-технологи- ческого проектирования может, например, получить предварительные оценки затрачиваемой мощности и временных характеристик.

Выбор ПЛИС как средств реализации проекта предопределяет допустимые семейства ИС и возможные САПР. Для курсового проекта круг возможных решений искусственно сокращен. Рекомендуемый выбор — фирма производитель Altera, САПР – Quartus II, семейство микросхем —

MAX3000 или MAX II.

. Реализация проекта в ПЛИС. Последовательность работы в САПР носит название проектный поток (Design Flow) и практически не зависит от сложности проекта. В основе проектного потока лежат этапы: ввод в той или иной форме информации о фрагментах схемы и их соединениях между собой, компиляция проекта и анализ полученных результатов. Типовая последовательность работы в САПР приведена в разделе 3. Подробные материалы о работе в среде Quartus II можно найти в литературе [ 2 ].

В курсовом проекте в основном используются два типа редакторов исходных фрагментов: графический редактор (Block Editor) и редактор создания

конечных автоматов (State Machine Editor). В отдельных случаях может использоваться символьный редактор (Block Symbol Editor). Подробно работа с редакторами описана в [ 2 ], кратко изложена ниже.

Для выбора элементов САПР предлагает три типа библиотек: мегафунк-

ции (megafunctions), примитивы (primitives) и прочие (others). В свою очередь мегафункции содержат библиотеки элементов: арифметических, вентильных, ввода/вывода и памяти. Отличительная особенность мегафункций — настройка параметров типовых узлов. Мегафункции позволяют использовать многоразрядные (шинные) подключения. Примитивы предлагают выбор среди библиотек: буферных и логических элементов, различных типов контактов, элементов памяти и оформления электрических схем.

Особо интересна библиотека прочих элементов (others). В ней, в частности, расположена библиотека под именем maxplus2, в которой помимо

11

набора типовых элементов вычислительной техники расположены адаптированные к реализации на ПЛИС аналоги ИС малой степени интеграции серий 74/54 фирмы Texas Instruments (TI), популярных среди разработчиков электронной аппаратуры.

В пояснительной записке должно быть дано описание наиболее значимых для проекта применяемых элементов с их условными графическими обозначениями и указанием назначений их выводов. Объем такого описания

не должен превышать 3…4 страниц.

2.7. Разработка принципиальной электрической схемы интерфейсной платы МП системы

Разработка устройства в курсовом проекте завершается проектированием электрической схемы, содержащей сконфигурированную ПЛИС, ее интерфейс с микропроцессорной системой, а также элементы обеспечивающие работу ПЛИС (генератор тактовых импульсов, разъем для входных, выходных и интерфейсных сигналов, элементы загрузки или реконфигурирования (разъем JTAG), элементы образования питающих напряжений (преобразователи DC-DC) и их фильтрации).

На этом этапе производится переход от составленной ранее функциональной схемы к схеме принципиальной электрической. При этом необходимо решить ряд вопросов. Схема принципиальная электрическая (именно такой порядок слов применяют в официальных документах согласно ГОСТу) должна исчерпывающим образом описывать состав всех имеющихся в ней элементов и их межсоединения.

Отдельно рассматривается вопрос организации цепей питания схемы, который не затрагивается на уровне разработки функциональных схем. В связи с существованием помех из-за связей между элементами по цепям питания, напряжения питания в цифровых устройствах обязательно фильтруются [ 1 ]. Самый распространенный способ фильтрации напряжений питания — подключение к шине питания сглаживающих конденсаторов. Обычно для каждого ТЭЗ (на входе схемы) вводится один низкочастотный электролитический конденсатор большой емкости (10 или более микрофарад), и около каждой микросхемы ( или для группы из определенного числа микросхем) (устанавливается высокочастотный (керамический) конденсатор с емкостью порядка долей микрофарады. Уточненные цифры для конкретных серий элементов приводятся в справочниках.

12

мязадающими элементами в виде цепочек, содержащих конденсаторы и резисторы.

В схеме рис. 5, а времязадающая цепочка RC определяет частоту выходных импульсов, равную приблизительно 0,53/RC при скважности около 0,6. Для стандартных элементов ТТЛ вследствие значительных входных токов сопротивление R должно быть малым. Рекомендуется выбирать его в пределах 200…400 Ом. Резистор R' в схемах на элементах ТТЛ не требуется.

При реализации схемы рис. 5,а на элементах КМОП сопротивление резистора R ввиду практического отсутствия входных токов инверторов может варьироваться в широких пределах (до сотен килоом). Резистор R' включается для защиты инвертора 1 от пробоя, его номинал выбирается в 2…3 раза больше номинала R. Времязадающей цепью по-прежнему является цепочка RC. При необходимости получить импульсы с другой скважностью (несимметричные) можно применить схему рис. 5, б с двумя времязадающими цепочками R1C1 и R2C2. Для этой схемы длительности импульса и паузы равны соответственно 0,8R1C1 и 0,8R2C2. Рекомендации по диапазону изменения сопротивлений для схем на элементах ТТЛ и КМОП остаются теми же, что и для схемы рис. 5, а. В обеих схемах генераторов инверторы 3 не входят в их основную часть, а играют роль формирователей, улучшающих форму генерируемых колебаний, приближая ее к прямоугольной.

2.9. О некоторых правилах оформления схем

Конструктивно проектируемый узел выполняется в виде печатной платы, которая для связей узла с другими устройствами и подключения питания снабжается соединителем (разъемом). В курсовом проекте разъем отображается табличкой с двумя столбцами (рис. 6, а). Все входные и выходные связи, питающие напряжения и, возможно, контрольные точки выводятся на разъем.

При выполнении принципиальной электрической схемы допустимо и целесообразно применение групповых линий связи (рис. 6, б). Проводники следует отмечать именами сигналов (на рисунке указано, что проводник передает сигнал А0). Вблизи микросхемы над линией проводника указывается номер вывода, к которому подключается проводник.

14