6.1. Introducción a las prácticas de Electrónica Digital¶

Esta guía de prácticas de la asignatura Electrónica Digital contendrá toda la información necesaria para que los estudiantes puedan realizar las prácticas. Las prácticas se realizarán en el Laboratorio de ASICs y Sistemas Digitales con las siguientes herramientas y tarjeta de prototipado:

Software Altera Quartus II
Software de simulación Modelsim-Altera
Tarjeta de prototipado: Terasic DE10-Lite

6.1.1. Intel/Altera Quartus II¶

El software de diseño Altera Quartus II proporciona un entorno de diseño completo y multiplataforma que se adapta fácilmente a las necesidades de los diseños específicos. Es un entorno integral para el diseño de sistema en chip programable (SOPC). Es de acceso gratuito y se puede conseguir en la siguiente dirección:

https://fpgasoftware.intel.com/?edition=lite

La versión que se utilizará en las prácticas es la 19.1 Lite y debe incluir el software de simulación Modelsim-Altera y la configuración para el dispositivo MAX10.

6.1.2. Terasic DE10-Lite¶

La tarjeta de prototipado Terasic DE10-Lite incluye una FPGA de la familia Altera MAX10 (en concreto la 10M50DAF484C7G). Más información se puede ver en el Anexo (Información sobre la tarjeta DE10-Lite) y en el manual de la tarjeta. De los distintos elementos que dispone la tarjeta (ver Figura 6.1) en las prácticas de Electrónica Digital se usarán los siguientes:

Entrada de información:
1. 2 pulsadores (en la Figura Button x2).
2. 10 interruptores de entrada (en la Figura Switch x10).
Salida/representación de la información:
1. 10 LEDs.
2. 6 displays de 7 segmentos (en la Figura 7-Segment Displays x6).

Para la conexión de la tarjeta al ordenador se usará el USB tipo B (5V Power USB-Blaster) que permitirá configurar la FPGA y alimentar la tarjeta DE10-Lite.

Figura 6.1 Tarjeta de prototipado DE10-Lite.¶

Nota

Esta tarjeta está disponible en el Laboratorio de práctias (Laboratorio de ASICS y Sistemas Digitales).

6.1.3. Otras herramientas usadas¶

6.1.3.1. Eda Playground¶

La herramienta que se utilizará en la primera práctica es la siguiente:

EDA playground (https://www.edaplayground.com/). Incluye las herramientas EDA Playground y EPWave que permiten introducir una descripción VHDL y ver las formas de onda. EDAPlayground requiere registrarse en la página web y se pueden ir almacenando los diseños en un espacio propio.

6.1.3.2. Otras-heramientas¶

Otras herramientas interesantes son las siguientes:

VHDL-tool (https://www.vhdltool.com/tryit). Herramienta que chequea la sintaxis de una descripción VHDL. Se puede usar desde la página web (recomendado) o se puede descargar e instalar, pero solo está disponible en Linux.
Testbench Generator (https://vhdl.lapinoo.net/testbench/). Herramienta que genera el esqueleto de un banco de pruebas (testbench) para un diseño determinado. Este testbench luego puede ser utilizado en el EDAPlayground.

6.1.3.3. Procedimiento¶

Para la realización del trabajo previo de cada una de las prácticas se recomienda usar se siguiente procedimiento para utilizar estas herramientas (ver el Anexo Simulación de descripciones VHDL en el entorno Eda_Playground Anexo 2):

Se inicia sesión en EDAPlayground y se realiza la descripción VHDL del circuito que se quiere diseñar.
Se comprueba la sintaxis de la descripción realizada con VHDL tool. Para ello se hace un copy&paste del diseño y se lleva a la página https://www.vhdltool.com/tryit.
Si no hay errores, se hace un copy&paste de la descripción VHDL en el Testbench Generator y se genera un testbench para el diseño.
Se hace un copy&paste de este testbench y se lleva al EDAPlayground. Se completan los estímulos y se realiza la simulación.

No obstante, en muchas prácticas es obligatorio realizar el trabajo previo en el Campus Virtual mediante la realización de un VPL.

6.1.3.4. Editores de texto¶

Tambien es recomendable el uso del Notepad++ como editor de ficheros VHDL (https://notepad-plus-plus.org/). Cuando se selecciona el lenguaje VHDL dentro de Notepad++ el editor remarcará los elementos de la sintaxis en diversos colores, facilitando su lectura.

6.1.4. Uso de esta guía de prácticas¶

Léase bien y por completo el guion de cada práctica. Observe que en la mayoría de los casos es necesario realizar cálculos, diseños y/o simulaciones para su realización. Se exige que con carácter primordial realice previamente los cálculos, diseños y/o simulaciones que se precisen. Este trabajo previo siempre se debe de entregar o de realizar en el Campus Virtual en unas frechas preestablecidas. La realización de las prácticas no requiere de material adicional.

Cada práctica tiene una estructura que incluye al menos los siguientes apartados:

Duración: tiempo disponible en el Laboratorio para terminar la práctica. No incluye el tiempo necesario para hacer el trabajo previo.
Objetivos: Objetivos docentes de la práctica.
Trabajo previo:. Trabajo que debe realizarse antes de realizar la práctica en el Laboratorio. Cada práctica define bajo este epígrafe todos los cálculos, diseños y simulaciones que debe hacer para afrontar la práctica en el laboratorio.

Advertencia

Queda bajo la responsabilidad del estudiante las consecuencias que se deriven de que no se realicen dichos cálculos, diseños y/o simulaciones.
Trabajo de laboratorio: Trabajo que debe realizarse en el Laboratorio y en el tiempo especificado en la duración de la práctica.
Entregables: Documentos/circuitos que deben entregarse como justificación de haber realizado la práctica.

Advertencia

Los entregables se pueden referir al trabajo previo, que deben entregarse antes de las sesiones de Laboratorio en el Campus Virtual; o pueden referirse al trabajo de laboratorio que se entregarán al finalizar la práctica en el Laboratorio.
Comentarios sobre la práctica: Comentarios informativos sobre la práctica, entre los cuales se incluyen los conceptos imprescindibles que deben aprenderse de teoría antes de afrontar la práctica. En cualquier caso, es necesario que los estudiantes asimilen los conceptos de teoría antes de afrontar las prácticas.

6.1.5. Resumen de las prácticas¶

6.1.5.1. Práctica 1. Simulación de descripciones VHDL en el entorno Eda Playground¶

Objetivo:	Familiarizarse con el uso del entorno Eda Playground
Duración:	2 horas en el laboratorio (1 sesión).
Temas:	Temas 1 de la asignatura.

6.1.5.2. Práctica 2. Introducción al Quartus II¶

Objetivo:	Familiarizarse con el uso de la herramienta Quartus II
Duración:	3 horas en el laboratorio (2 sesiones de 90 minutos).
Temas:	Temas 2 y 3 de la asignatura.

6.1.5.3. Práctica 3. Funciones lógicas, minimización e implementación¶

Objetivo:	Minimizar e implementar una función lógica
Duración:	2 horas en el laboratorio (1 sesión).
Temas:	Tema 4 de la asignatura.

6.1.5.4. Práctica 4. Máquina de Estados Finitos (MEF)¶

Objetivo:	Diseñar una MEF, describirla en VHDL e implementarla en Quartus II
Duración:	4 horas en el laboratorio (2 sesiones).
Temas:	Temas 5 y 6 de la asignatura.

6.1.5.5. Práctica 5. Unidad Aritmético Lógica (ALU)¶

Objetivo:	Diseño e implementación de una ALU que realiza operaciones aritméticas
Duración:	2 horas en el laboratorio (1 sesión).
Temas:	Tema 8 de la asignatura.

6.1.5.6. Práctica 6. Circuitos secuenciales¶

Objetivo:	Realizar un contador ascendente-descendente con límite de cuenta
Duración:	2 horas en el laboratorio (1 sesión).
Temas:	Tema 9 de la asignatura.

6.1.6. Resumen de entregables¶

Por hacer

ET1.1. Memoria de trabajo incluyendo el diagrama de ejecución del multiplicador.

ET1.2. Diagrama de bloques completo del Multiplicador serie.