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Esercitazioni pratiche di elettronica

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Copertina Introduzione Lezioni: Simulazione dei principali circuiti con amplificatore operazionale Differenza fra segnali analogici e segnali digitali Introduzione alle logiche TTL Classi fondamentali dei circuiti digitali I sistemi di numerazione Conversione da base 2 in base 10 Conversione da base 10 in base 2 Conversione da base 10 in base 16 Il ciclo di progetto Software ISE-XILINX Free Webpack: Finestra principale Creazione di un nuovo progetto Creazione di uno schema Creazione di un file VHDL Creazione di una Macchina a Stati Finiti Il file di piedinatura La simulazione L'implementazione su scheda e il test Esercitazioni di Laboratorio:[1] Logica Combinatoria: Implementazione di una funzione Dalla tabella della verità all'implementazione Il multiplexer Implementazione di una funzione tramite multiplexer Il Semisommatore o Half-Adder Il Sommatore completo o Full-Adder Sommare due parole di 4 bit Sommatore a 4 bit di tipo LOOK AHEAD CARRY Il Comparatore Il Comparatore a più bit Il decodificatore da BCD a sette segmenti Il decodificatore da BCD a 7 segmenti in VHDL Multiplexing di più display a 7 segmenti Logica Sequenziale: Flip Flop di tipo D Flip Flop di tipo JK Flip Flop di tipo T Contatore e-o divisore modulo 2 Contatori in cascata Macchine a Stati Finiti Elaborazione di Progetti Complessi Risorse per il laboratorio Laboratorio di Sistemi Acronimi Autori

Indice 1 HALF ADDER 1.1 La porta XOR - OR esclusivo 1.2 Tabella di verità 1.3 Simulazione 1.4 La somma aritmetica 1.5 Somma in base 2 ad un solo bit con riporto CY 1.6 Tabella di verità del Semisommatore 1.7 Funzione booleana che realizza la somma - SUM 1.8 Funzione booleana che realizza il riporto - CY 1.9 Lo schema del Semisommatore 1.10 La simulazione del semisommatore

[modifica] HALF ADDER

[modifica] La porta XOR - OR esclusivo

Analizziamo innanzitutto il funzionamento di una porta XOR, in quanto risulterà utile nella trattazione del Semisommatore o Half-Adder:

[modifica] Tabella di verità

La porta ha la seguente tabella della verità:

A1	A0	Y
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	0

Dove si nota che l'uscita assume il valore 1 logico sole se gli ingressi non sono uguali.

[modifica] Simulazione

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[modifica] La somma aritmetica

A differenza della somma logica, effettuare la somma aritmetica vuol dire operare come per la somma in base 10, tenendo conto anche di un eventuale riporto che chiameremo CY; se la somma viene effettuata ad una cifra numerica, il riporto interverrà quando la somma supera o eguaglia la base, e nel caso della base 2, effettuando la somma ad una sola cifra (ovvero ad un solo bit per volta) avremo il riporto quando la somma supera 1.

[modifica] Somma in base 2 ad un solo bit con riporto CY

[modifica] Tabella di verità del Semisommatore

B0	A0	SUM	CY
0	0	0	0
0	1	1	0
1	0	1	0
1	1	0	1

Come vedete ci troviamo di fronte ad un blocco di logica combinatoria con due ingressi: B₀ e A₀, e due uscite: SUM (la somma) e CY (il riporto). Dovremo quindi realizzare due funzioni booleane distinte, una per ogni uscita del nostro blocco di logica combinatoria, dove ciascuna funzione booleana sarà una funzione a due ingressi ed una sola uscita.

[modifica] Funzione booleana che realizza la somma - SUM

La funzione è quella che mostra le sue uscite nella terza colonna della tabella a partire da sinistra, ovvero la funzione con uscita SUM e ingressi B₀ e A₀; scriviamo i minterm:

B0	A0	SUM
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	0

E come vedete è identica alla funzione realizzata da una porta XOR.

[modifica] Funzione booleana che realizza il riporto - CY

La funzione è quella che mostra le sue uscite nella quarta colonna della tabella a partire da sinistra, ovvero la funzione con uscita CY e ingressi B₀ e A₀; scriviamo i minterm:

B0	A0	CY
0	0	0
0	1	0
1	0	0
1	1	1

CY = B₀A₀

E come vedete è identica alla funzione realizzata da una porta AND.

Allora andiamo a realizzare lo schema del nostro blocco di logica combinatoria che realizza il Semisommatore mettendo insieme i due schemi parziali delle due separate funzioni:

[modifica] Lo schema del Semisommatore

Questo e lo schema completo di un semisommatore. Si può ora passare all'implementazione sulla scheda e a relativo test, inviando gli ingressi a due switch, ad esempio A₀ a SW₁ e B₀ a SW₂ e le uscite SUM e CY ai led LD₁ e LD₈.

[modifica] La simulazione del semisommatore