Lección 18.V124. Descripción como máquina de estado, testbench y simulación de un sumador serie.

En este video realizo una nueva descripción de un sumador serie, esta vez como máquina de estado. Uso la sentencia “case”. Porqué necesité usar reset asincrónico. Te explico las dificultades que tuve para solucionar un comportamiento muy particular que descubrí al sintetizar el circuito en la plaqueta DE1 y que también obtuve en el testbench. Te explico la solución. Luego explico el testbench y la simulación con GTKwave.

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Puedes ver y descargar mis códigos fuente de: https://github.com/susanacanel/proyectos-vhdl.

Lección 16.V116. Testbench: que usa archivos y datos string y std_logic_vector. Conversión de datos.

En este video te explico el testbench para el conversor de BCD binario natural a código BCD Aiken (contempla la posibilidad de que haya valores que no correspondan a un BCD binario natural válido). Uso archivos para la lectura de los datos y la escritura de los resultados. Los datos serán leídos desde el archivo de entrada, usando el tipo de datos “string” para posteriormente convertirlos al tipo “std_logic_vector”. Te muestro el archivo de entrada, con los datos que incluyen valores que no corresponden a un BCD binario natural válido. Convierto los subíndices que varían e n forma creciente (1 a 4) en otros en forma decreciente (de 3 a 0). Te comento porqué no uso el package de Synopsys. Puedes consultar sobre el problema de compatibilidad en:

http://ghdl.free.fr/ghdl/IEEE-library-pitfalls.html

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Lección 15.V108. Descripción de una máquina de estado antirrebote (debouce). Ejecución en la plaqueta DE1.

Explico una máquina de estados que resuelve el problema del rebote de los interruptores y luego el código para implementarla. Genero, state machine, con la herramienta tools, netlist viewers del Quartus II, comprobando el diseño de la máquina de estados. Uso pin planner para la asignación de terminales. Bajo la descripción, en formato .sof, a la RAM de la FPGA Cyclone II de la plaqueta DE1 de Altera. Acciono el interruptor y el reset para comprobar el correcto funcionamiento. Con cada acción vemos que los 4 leds muestran el incremento de una cuenta en binario. Te muestro todo el proceso de programación de la plaqueta.

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Lección 15.V106. Divisor de frecuencia, con 2 contadores anidados. Descripción, testbench y simulación.

En este video te muestro un divisor de frecuencia realizado con dos contadores anidados a fin de poder obtener una frecuencia muy pequeña, Hz, por ejemplo, a partir de frecuencias de decenas de MHz. Realizo la simulación con relaciones de frecuencia pequeñas, 1/24, para poder analizar las formas de las ondas.

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Lección 15.V102. Sumador serie. Casteo y acondicionamiento de operandos.

En este video describo un sumador serie basado en dos registros de desplazamiento, un sumador completo de 1 bit y un flip-flop tipo D, como muestro en un esquema. Explico cómo generar el flip-flop D y porqué es necesario incluirlo. Explico una solución para realizar la suma de 1 bit cuando los operandos contienen 1 solo bit de un std_logic_vector. Te muestro ejemplos de sumas realizadas de esta manera.

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Lección 12.V70. Descripción de un registro PIPO genérico, sincrónico, con reset.

En este video te muestro la descripción VHDL de un registro PIPO (parallel input, parallel output), sincrónico, genérico. Es muy sencillo, consta de un único proceso explícito que se dispara con la señal de reloj. El reset es sincrónico. Luego de compilar, vemos los warnings. Te muestro también el circuito esquemático generado por “Technology Map Viewer” de “Tool” y lo analizo.

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Lección 11.V68. Contador sincrónico, de módulo arbitrario, ejemplo contador decimal.

En este video te explico la descripción de un contador sincrónico, genérico, de módulo M, que no es potencia de 2. Consta de la señal de reset para darle un valor inicial y de la señal de habilitación. Detecta el valor valor máximo de la cuenta, M-1 para reinicializar la cuenta. Explico porqué se compara con el valor del módulo menos uno. Explico qué instrucción va a producir un warning, posteriormente en la simulación con el ModelSim y porqué se produce. Luego analizo el circuito esquemático Technology Map Viewer que genera el Quartus II. Una celda de lógica combinacional sintetizó el detector del 9 (el ejemplo usa una constante M=10, se trata de un contador decimal) usando una compuerta OR. La salida de esa compuerta se niega para generar el port de salida tc_o (cuenta terminal), y se usa para resetear en forma sincrónica los flip-flops, generándose así el valor inicial de la cuenta.

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Technology Map Viewer.

Lección 11.V66. Contador binario, sincrónico, genérico, bidireccional.

En este video comparo dos descripciones para un contador sincrónico, genérico, bidireccional. Te muestro el RTL Viewer en ambos casos para justificar la segunda descripción (ahorra recuersos de hardware). En esa descripción uso una señal auxiliar “dir” para lograr que el contador incremente el valor de la cuenta cuando la señal del port de entrada “up_i” esté en ‘1’ o que lo decremente cuando” up_i” esté en ‘0’. Uso una señal integer y el atributo “range”, explico porqué es conveniente definir un rango. También comento la diferencia entre usar señales o usar variables. Compilo y analizo el Technology Map Viewer. Muestro que la señal auxiliar “dir” no se sintetizó.

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Technology Map Viewer.

Te muestro el código “clásico” de un contador bidireccional, para que compares ambos diseños, fíjate cómo el primero es más claro, en él se evitó tener una gran cantidad de sentencias “if” anidadas que ensucian el código. Y, además, a continuación te muestro el esquemático RTL Viewer que generó el Quartus II para que lo compares con el anterior y compruebes cómo el primer diseño optimizó los recursos del hardware.

RTL Viewer.

Lección 11.V64. Contador binario, habilitación y reset sincrónicos, cuenta terminal y estado.

En este video te explico la descripción de un contador genérico, sincrónico, binario, de módulo potencia de 2, con salidas: cuenta terminal y estado (valor de la cuenta). Analizo una sentencia que en la simulación va a producir un “Warning: metavalue detected”. Analizo el circuito generado.

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Esquema circuital producido por Technology Map Viewer.

Detalle de las celdas lógicas combinacionales.

Lección 11.V62. Descripción de un contador binario sincrónico, genérico, con reset sincrónico.

En este video te explico la descripción VHDL de un contador binario, genérico, de módulo potencia de 2, con reset sincrónico, también llamado cíclico. Tiene la entrada de pulsos a contar (reloj) y la de reset y como salida el estado de la cuenta. Como uso una señal de tipo unsigned incluyo el package numeric_std. Uso la función rising_edge. Compilo y controlo los “warnings”. Luego recurro a la herramienta “Tool” del Quartus II y selecciono “Technology Map Viewer” para ver y analizar el circuito esquemático generado.

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Desplegando el contenido de las celdas combinacionales vemos la señal de reset que llega a todas para generar en forma sincrónica el estado inicial del contador.