Programmeerbare Logica Deel 1 Inleiding Versie 2011-2012

Programmeerbare logica deel 1 inleiding Pagina

Robotica - ICT 1

ste leerjaar 3

de graad Elektriciteit - Elektronica VTI Torhout

1

1 Inleiding

1.1 Discrete logica

In de digitale elektronica beschikt men over een brede keuze aan componenten om

logische schakelingen te ontwikkelen. De conventionele ICs uit de standaard logica, ook

wel discrete logica genoemd (TTL, CMOS) voeren een vaste functie uit, gedefinieerd door

de fabrikant van de component. De gebruiker dient een aantal verschillende componenten

met elkaar te verbinden om de gewenste schakeling op te bouwen.

Zoek de prijs op bij www.farnell.com van

AND poort in DIP behuizing 74LS09N: .................................................................................

NAND poort in DIP behuizing 74HC00: ................................................................................

Voordeel:

...........................................................................................................................................

Nadelen

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

De ontwikkelingstijd voor dergelijke schakelingen is vrij lang wat invloed heeft op de

kostprijs.

1.2 ASIC

Een ASIC (Application Specific Integrated Circuit) is een IC waarvan de functie eveneens

specifiek is voor een toepassing, maar bepaald wordt door de gebruiker. ASICs zijn

opgebouwd uit een groot aantal logische cellen: poorten, flipflops, en zelfs meer complexe

functies zoals controllers, RAM enz.. De realisatie van een ASIC vergt echter

productietechnieken die enkel door een gespecialiseerde fabrikant kunnen worden

uitgevoerd. Ondanks de hoge integratiegraad kunnen ook hier de ontwikkelingstijden vrij

lang zijn, zeker indien tijdens de ontwerpfase fouten worden gemaakt en de ICs opnieuw

geproduceerd moeten worden. Om rendabel te zijn dienen deze bouwstenen in grote

aantallen te worden aangemaakt.


Robotica - ICT 1

ste leerjaar 3


2

1.3 PLDs

Een programmeerbare logische bouwsteen of PLD (Programmable Logic Device) is een

IC dat door de gebruiker zelf kan geconfigureerd worden om een bepaalde logische

functie uit te voeren. PLDs vervangen meestal een hele reeks discrete componenten. Zij

bestaan uit cellen samengesteld uit poorten en (eventueel) flipflops die via een bepaalde

procedure intern aan elkaar worden gekoppeld tot een schakeling met de door de gebruiker

gewenste functionaliteit. Dit proces is dikwijls omkeerbaar.

Een geconfigureerde (geprogrammeerde) PLD kan dan in zijn oorspronkelijke toestand

hersteld worden. Dit betekent dat de verbindingen tussen de logische cellen gewist

worden en door andere kunnen vervangen worden, zodat een IC-bouwsteen met een

nieuwe functie ontstaat. Dit is vooral belangrijk tijdens de ontwerpfase, zodat fouten snel

kunnen gecorrigeerd worden.

Zoek de prijs op bij www.farnell.com van

Atmel ATF16V8CZ in DIP behuizing: ..................................................................................

Altera EPM7128SLC84-7N in PLCC behuizing: ..................................................................

Altera EPF10K70RC240-3N in RQFP behuizing: .................................................................

Altera EP3C25E144C8N in FBGA behuizing: ......................................................................

Voordelen:

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

Nadeel

...........................................................................................................................................

Een PLD koppelt de voordelen van discrete componenten aan de voordelen van ASICs:

Eenvoud in ontwerp en productie, zonder tussenkomst van een gespecialiseerd

fabrikant.

Veel keuze aan PLDs. Sommige zijn geschikt voor zeer hoge snelheden, andere

hebben een zeer laag verbruik.

Sterke vereenvoudiging van de print (PCB) doordat 1 PLD veel componenten (discrete

logica) vervangt.

Grote flexibiliteit bij het kiezen van in- en output pinnen.

Veel hogere snelheid mogelijk dan bij discrete logica.

Betrouwbaardere schakeling.


Robotica - ICT 1

ste leerjaar 3


3

Lagere kosten bij ontwerp

Via simulatie kan een deel van het ontwerp getest worden.

Om al deze redenen zal de programmeerbare logica meer en meer de voorkeur krijgen

boven de klassieke oplossingen met discrete componenten. Wat de verdere indeling van de

programmeerbare logische bouwstenen in PLDs, FPGAs (Field Programmable Gate

Arrays) en CPLDs (Complex Programmable Logic Devices ) betreft onthouden we enkel

dat dit te maken heeft met de interne structuur, de oplopende inwendige complexiteit en

het steeds groter wordende aantal logische cellen per IC in de vermelde volgorde van PLD,

over FPGA tot CPLD.

Deze indeling kan nog meer worden verfijnd en verschilt soms per fabrikant.

Figuur 1: overzicht logische bouwstenen

De twee grootste producenten van FPGAs en CPLDs zijn:

Altera

Xilinx

Beide producenten hebben demoborden voor het onderwijs beschikbaar en stellen gratis

software ter beschikking.

2 Demobord

Het gebruikte demoboard is de DE0 van terasic. Het demobord bevat 1 CPLD en 1 FPGA

Altera Cyclone III EP3C16F484C6N (FPGA)

Altera MAX II EPM240T100C3N (CPLD)

De CPLD wordt juist gebruikt als USB Blaster circuit.


Robotica - ICT 1

ste leerjaar 3


4

Om een programma rechtstreeks in de PFGA te laden moet het bord in RUN mode staan.

Figuur 2: FPGA rechtstreeks programmeren

Bij het uitschakelen of wegvallen van de spanning is het programma niet meer aanwezig.

Het is echter mogelijk om het programma in een EEPROM geheugen te bewaren. Hiervoor

moet het programma in de PROG mode staan.

Figuur 3: FPGA via EEPROM geheugen programmeren

De FPGAs en CPLDs van Altera kunnen geprogrammeerd worden met de Quartus II

software. De Web edition van deze software is gratis beschikbaar.


Robotica - ICT 1

ste leerjaar 3


5

2.1 Beschikbare onderdelen op demobord

2.1.1 Drukknoppen

Op het demobord zijn 3 drukknoppen beschikbaar die verbonden zijn met de FPGA. Iedere

drukknop zorgt voor een 0 bij het indrukken en een 1 wanneer de drukknop niet

ingedrukt is.

Figuur 4: drukknoppen op DE0 bord

De drukknoppen zijn aangesloten op volgende pinnen van de FPGA:

H2

G3

F1


Robotica - ICT 1

ste leerjaar 3


6

2.1.2 Schakelaars

Op het demobord zijn 10 schakelaars aanwezig die verbonden zijn met de FPGA.

Figuur 5: schakelaars op DE0 bord

De schakelaars zijn verbonden met volgende pinnen.

Figuur 6: verbinding schakelaars met FPGA op DE0 bord


Robotica - ICT 1

ste leerjaar 3


7

2.1.3 Leds

Op het demo bord zijn 10 leds verbonden met de FPGA.

Figuur 7: leds op DE0 bord

De leds zijn verbonden met volgende pinnen.

Figuur 8: verbindingen FPGA met leds op DE0 bord


Robotica - ICT 1

ste leerjaar 3


8

2.1.4 7 segments display

Op het DE0 bord zijn 4 7-segmets displays aanwezig.

Figuur 9: 7 segment display op DE0 bord

De positie van ieder segment is:

Figuur 10: positie leds op 7 segment display


Robotica - ICT 1

ste leerjaar 3


9

Pinaansluiting 7-segment displays


Robotica - ICT 1

ste leerjaar 3


10

2.1.5 VGA connector

Op het demobord is een VGA connector aanwezig die verbonden is met de FPGA. De

gebruikte klemmen kunnen terug gevonden worden in de databladen.

2.1.6 PS/2 connector

Op het demobord is een PS/2 connector aanwezig die verbonden is met de FPGA. De


2.1.7 RS 232

Op het demobord is plaats voorzien voor een RS 232 connector. De gebruikte klemmen

kunnen terug gevonden worden in de databladen.

2.1.8 SD card socket

Op het demobord is een SD card socket aanwezig die verbonden is met de FPGA. De


2.1.9 Uitbreidingspinnen

Op het demobord zijn 80 uitbreidingspinnen aanwezig die verbonden is met de FPGA. Ze

De gebruikte klemmen kunnen terug gevonden worden in de databladen.

Programmeerbare Logica Deel 1 Inleiding Versie 2011-2012

Documents

Transcript of Programmeerbare Logica Deel 1 Inleiding Versie 2011-2012