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Lehrveranstaltung:Lehrveranstaltung:Digitale Systemeg y
Praktikums‐Vorbereitung (EW‐VOR)Dipl.‐Inf. Markus Appel10.04.2011, 11.04.2011,12.04.2011, 13.04.2011
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ÜbersichtÜbersicht
Ü• Übersicht über die Lehrveranstaltung• Vom Stromkreis zum digitalen GatterVom Stromkreis zum digitalen Gatter• Vorbereitung des EW‐Praktikums
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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
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Aufbau des PraktikumsAufbau des Praktikums
• 4 Praktikumsversuche– Fakultative Vorbereitungg– Betreutes SimulationspraktikumBetreutes Laborpraktikum (Anwesenheitspflicht)– Betreutes Laborpraktikum (Anwesenheitspflicht)
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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.
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SchulwissenSchulwissen
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StromkreisStromkreis
• Symbole für:Spannungsquelle (Batterie)– Spannungsquelle (Batterie)
– Schalter– Glühbirne
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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?
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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:
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MesspunkteMesspunkte
• Punkte im Netzwerk, an denen die Spannung in Bezug zur Masse gemessen werden könneng g
• Symbol:
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Quelle mit Umschalter (1)Quelle mit Umschalter (1)
+
5 V0 V
+
5 V5 V
-0 V
-0 V
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Quelle mit Umschalter (2)Quelle mit Umschalter (2)
+ +
-
5 V 0 V
-
5 V5 V
0 V 0 V
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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
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Quelle mit spannungsgesteuerten Umschaltern
+ +
-
5 V5 V
0 V-
0 V5 V
5 V
0 V 0 V
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Verkettung(1)Verkettung(1)
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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
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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
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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
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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
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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
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VorbereitungsaufgabenVorbereitungsaufgaben
• Grundverknüpfungen• HalbadderHalbadder• Multiplexer
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Grundverknüpfungen NOT (1)Grundverknüpfungen – NOT (1)
• Füllen sie die Schaltbelegungstabelle für das NOT – Gatter aus:
x y
00
1
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Grundverknüpfungen NOT (2)Grundverknüpfungen – NOT (2)
• Füllen sie die Schaltbelegungstabelle für das NOT – Gatter aus:
x y
0 10 1
1 0
• Symbol:
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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
![Page 25: Lehrveranstaltung: Digitale Systeme · Labor – Praktikum (1) • Voraussetzung ist der erfl ihfolgreiche Si l i hSimulationsversuch • Findet im Raum 4.316 statt – ab 17.00 Uhr](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041710/5e477e32cfb2e779fd47e8ac/html5/thumbnails/25.jpg)
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:
![Page 26: Lehrveranstaltung: Digitale Systeme · Labor – Praktikum (1) • Voraussetzung ist der erfl ihfolgreiche Si l i hSimulationsversuch • Findet im Raum 4.316 statt – ab 17.00 Uhr](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041710/5e477e32cfb2e779fd47e8ac/html5/thumbnails/26.jpg)
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
![Page 27: Lehrveranstaltung: Digitale Systeme · Labor – Praktikum (1) • Voraussetzung ist der erfl ihfolgreiche Si l i hSimulationsversuch • Findet im Raum 4.316 statt – ab 17.00 Uhr](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041710/5e477e32cfb2e779fd47e8ac/html5/thumbnails/27.jpg)
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:
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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
![Page 29: Lehrveranstaltung: Digitale Systeme · Labor – Praktikum (1) • Voraussetzung ist der erfl ihfolgreiche Si l i hSimulationsversuch • Findet im Raum 4.316 statt – ab 17.00 Uhr](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041710/5e477e32cfb2e779fd47e8ac/html5/thumbnails/29.jpg)
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:
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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
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Halbadder (2)Halbadder (2)
• Schaltbelegungstabelle:A B C (Übertrag) YA B C (Übertrag) Y
0 0
0 1
1 0
1 1
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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
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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
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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
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Halbadder (6)Halbadder (6)
• Skizzieren sie die Gatterschaltung für Y = A B und C = A B unter Verwendung gvon Grundverknüpfungen
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Halbadder (7)Halbadder (7)
• Skizzieren sie die Gatterschaltung für Y = A B und C = A B unter Verwendung gvon Grundverknüpfungen:
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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
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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
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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
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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
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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
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Multiplexer (6)Multiplexer (6)
• Skizzieren sie die Gatterschaltung y = (not(s) x0) (s x1) aus Grundgatterny ( ( ) 0) ( 1) g
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Multiplexer (7)Multiplexer (7)
• Skizzieren sie die Gatterschaltung y = (not(s) x0) (s x1) aus Grundgatterny ( ( ) 0) ( 1) g
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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
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MAX+PLUS II (1)MAX+PLUS II (1)
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MAX+PLUS II (2)MAX+PLUS II (2)
![Page 47: Lehrveranstaltung: Digitale Systeme · Labor – Praktikum (1) • Voraussetzung ist der erfl ihfolgreiche Si l i hSimulationsversuch • Findet im Raum 4.316 statt – ab 17.00 Uhr](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041710/5e477e32cfb2e779fd47e8ac/html5/thumbnails/47.jpg)
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)
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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
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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
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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
![Page 51: Lehrveranstaltung: Digitale Systeme · Labor – Praktikum (1) • Voraussetzung ist der erfl ihfolgreiche Si l i hSimulationsversuch • Findet im Raum 4.316 statt – ab 17.00 Uhr](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041710/5e477e32cfb2e779fd47e8ac/html5/thumbnails/51.jpg)
MAX+PLUS II (7)MAX+PLUS II (7)
• Schaltung mit Compiler übersetzen
![Page 52: Lehrveranstaltung: Digitale Systeme · Labor – Praktikum (1) • Voraussetzung ist der erfl ihfolgreiche Si l i hSimulationsversuch • Findet im Raum 4.316 statt – ab 17.00 Uhr](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041710/5e477e32cfb2e779fd47e8ac/html5/thumbnails/52.jpg)
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
![Page 53: Lehrveranstaltung: Digitale Systeme · Labor – Praktikum (1) • Voraussetzung ist der erfl ihfolgreiche Si l i hSimulationsversuch • Findet im Raum 4.316 statt – ab 17.00 Uhr](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041710/5e477e32cfb2e779fd47e8ac/html5/thumbnails/53.jpg)
MAX+PLUS II (9)MAX+PLUS II (9)
• Simulator starten, um Schaltung prüfen
![Page 54: Lehrveranstaltung: Digitale Systeme · Labor – Praktikum (1) • Voraussetzung ist der erfl ihfolgreiche Si l i hSimulationsversuch • Findet im Raum 4.316 statt – ab 17.00 Uhr](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041710/5e477e32cfb2e779fd47e8ac/html5/thumbnails/54.jpg)
Aufgaben im SimulationspraktikumAufgaben im Simulationspraktikum
• Halbadder• Optional VolladderOptional Volladder
![Page 55: Lehrveranstaltung: Digitale Systeme · Labor – Praktikum (1) • Voraussetzung ist der erfl ihfolgreiche Si l i hSimulationsversuch • Findet im Raum 4.316 statt – ab 17.00 Uhr](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041710/5e477e32cfb2e779fd47e8ac/html5/thumbnails/55.jpg)
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
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Labor Praktikum (2)Labor – Praktikum (2)