INSTRUKCJA UŻYTKOWANIA

INSTRUKCJA UŻYTKOWANIA KOMPILATORA UKŁADÓW CYFROWYCH ACTIVE CAD Opis układów przy pomocy edytora schematów Opracował dr inż. Piotr Kawalec Warszawa, 2000 rok

SPIS TREŚCI str. 1. WSTĘP... 3 2. TWORZENIE SCHEMATÓW IDEOWYCH UKŁADÓW... 3 2.1 Uruchamianie programu... 3 2.2 Rysowanie układów logicznych... 5 2.3 Rysowanie połączeń między elementami... 7 2.4 Usuwanie zbędnych elementów i połączeń... 8 3. SYMULACJA DZIAŁANIA UKŁADU... 9 3.1 Oznaczanie obserwowanych miejsc... 9 3.2 Generowanie wektorów testowych... 10 3.3 Przebieg... 12 4. DRUKOWANIE SCHEMATÓW I WYNIKÓW SYMULACJI... 14 4.1 Drukowanie schematów... 14 4.2 Drukowanie wyników... 14 2

1. WSTĘP ACTIVE - CAD firmy ALDEC jest pakietem umożliwiającym projektowanie układów cyfrowych oraz symulację ich działania zarówno w trybie funkcjonalnym, pozwalającym na badanie zależności logicznych, jak i w trybie czasowym, umożliwiającym uwzględnienie czasów propagacji sygnałów w poszczególnych elementach logicznych. Program ten pozwala stosować następujące sposoby specyfikacji projektowanych układów: przy pomocy edytora schematów (Schematic Capture), umożliwiającego tworzenie schematów ideowych budowanych układów; przy pomocy grafów przejść automatów skończonych FSM (Finite State Machine ); przy użyciu języka opisu sprzętu VHDL. W I części instrukcji użytkowania symulatora przedstawione zostaną zasady projektowania i weryfikacji układów cyfrowych z wykorzystaniem edytora schematów, pozwalającym na analizę i syntezę układów cyfrowych ze standardowych układów scalonych. Przy pomocy edytora schematów, z wykorzystaniem zawartych w pakiecie bibliotek układów scalonych, będzie tworzony schemat ideowy projektowanego układu. Schematy ideowe do chwili obecnej są powszechnie stosowanym sposobem specyfikacji prostych układów cyfrowych i są podstawą do sprzętowej realizacji układów na stanowiskach montażowych, z elementów zadanej rodziny układów scalonych. 2. TWORZENIE SCHEMATÓW IDEOWYCH UKŁADÓW. 2.1. Uruchamianie programu. Program działa w środowisku WINDOWS, należy więc uruchomić komputer w tym trybie i wywołać aplikację ACTIVE-CAD 2.5, co spowoduje zgłoszenie się programu Project Manager. Rys. 2.1. Otwieranie nowego projektu. Nowy projekt tworzymy poleceniem New Project z pliku File (rys.2.1.), albo przyciskiem na pasku narzędzi. Nazwa projektu może zawierać do 8 znaków i powinna zawierać oznaczenie grupy i numer zespołu laboratoryjnego. Tworzony projekt musi być typu generic (rys. 2.2). 3

Rys.2.2. Wprowadzanie nazwy nowego projektu. Istniejący projekt uruchamiamy poleceniem Open Project z pliku File (rys.2.1.), lub przyciskiem na pasku narzędzi. Następnie do projektu należy dołączyć bibliotekę (lub biblioteki) elementów, jakie będą wykorzystywane w czasie budowy zadanego układu cyfrowego. Biblioteki wywołuje się poleceniem Project Libraries z pliku File (rys. 2.3.), lub przyciskiem Rys. 2.3. Wybieranie bibliotek W przypadku posiadania pełnej biblioteki układów TTL wybieramy bibliotekę ttl, natomiast w wersji tylko Starter Kit a bibliotekę testlib (rys. 2.4) Rys. 2.4. Dołączanie biblioteki do projektu. 4

Po zaznaczeniu biblioteki (bibliotek) w lewym oknie dołączamy ją podwójnym kliknięciem, albo poleceniem Add do projektu o nazwie podanej w prawym oknie. Po wykonaniu tych czynności zamykamy to okno i wywołujemy edytor schematów Schematic Capture klikając blok Schematic na schemacie blokowym w programie Project Manager (rys. 2.3.). Po uruchomieniu edytora schematów otrzymamy na ekranie pole na którym będzie tworzony schemat ideowy projektowanego układu, z umieszczonymi na jego obramowaniu paskami narzędzi. Funkcje realizowane po wybraniu podstawowych przycisków zostały opisane na ekranie edytora schematów ( rys. 2.5.). Zaznaczanie elementów lub połączeń Skalowanie schematu Zaznaczanie punktów obserwacji Uruchamianie Rysowanie układów Rysowanie linii połączeń Rysowanie magistral Definiowanie wejść i wyjść układu Rys. 2.5. Ekran edytora schematów 2.2. Rozmieszczanie układów logicznych. Rozmieszczanie układów logicznych odbywa się na ekranie edytora schematów po wywołaniu funkcji rysowania układów logicznych przyciskiem (rys.2.5.). Wywołanie tej funkcji powoduje wyświetlenie okna SC Symbols zawierającego listę elementów, wraz z ich funkcjami. Z listy elementów należy wybrać serię 74xxxx, przewijając listę lub wpisując oznaczenie serii w najniższe pole okna SC Symbols (rys. 2.6.). Brak listy elementów w oknie SC Symbols oznacza, że do projektu nie dołączono żadnej biblioteki. Operację dołączania bibliotek można zrealizować dodatkowo z edytora schematu poleceniem Project Libraries z pliku File (rys. 2.3.) 5

analogicznie jak opisano to powyżej, albo wywołując funkcję dołączania bibliotek przyciskiem z okna SC Symbols (rys. 2.6.). Definiowanie wejść i wyjść układu Uaktywnienie listy elementów Lista elementów Dołączanie i zmiana bibliotek Filtr rodzaju elementów Pole opisu elementu Pole wpisu rodzaju elementu Rys. 2. 6. Przeznaczenie poszczególnych pól i przycisków w oknie SC Symbols. Po wybraniu konkretnego elementu można go przenieść w odpowiednie miejsce ekranu i pozostawić (rys. 2.7.) Element można powielać klikając na nim i przemieszczając kolejny pojawiający się element do miejsca przeznaczenia. Bramki i układy innego rodzaju pobiera się w analogiczny sposób z listy elementów. Rys. 2. 7. Ekran rozmieszczania elementów 6

Po rozmieszczeniu wszystkich elementów projektowanego układu (na rys. 2.7. pokazano przykładowe rozmieszczenie bramek NAND oraz bramek NOT ), można zamknąć okno SC Symbols dwukrotnym kliknięciem znacznika okna. Zmieniając przyciskiem skalę rysunku, możemy sprawdzić, w chwili pojawienia się ramki z tabliczką, położenie projektowanego układu na arkuszu wydruku. 2.3. Rysowanie połączeń między elementami. Między elementami możliwe są połączenia przy pomocy pojedynczych linii lub magistrali, a więc w zależności od rodzaju połączenia należy wybrać odpowiednio przycisk albo w edytorze schematów. Po wybraniu sposobu łączenia na ekranie pojawia się pióro umożliwiające rysowanie połączeń. Kliknięciem przyciskiem myszy rozpoczynamy rysowanie linii lub magistrali, a kończymy ponownym kliknięciem myszki ( na rys 2.8. pokazano przykładowe połączenie pojedynczymi liniami między bramkami logicznymi). Rys. 2.8. Rysowanie połączeń między bramkami logicznymi. Po wykonaniu wszystkich połączeń należy zdefiniować wejścia i wyjścia dla projektowanego układu korzystając z przycisku na pasku narzędzi. Wciśnięcie przycisku wywołuje okno I/O Terminal (rys 2.9.) do której należy wpisać nazwę wyprowadzenia oraz jego rodzaj i po zamknięciu okna umieścić to wyprowadzenie na ekranie, łącząc je z elementem lub odpowiednią linią połączeń. Uwaga: Jeśli sygnał podawany jest na wejścia kilku elementów równocześnie, to należy wyprowadzenie tego sygnału dołączyć do linii połączeń między elementami, zapewni to pewne podanie sygnału na wejścia wszystkich elementów. 7

Rys.2.9. Definiowanie wejść i wyjść układu. 2.4. Usuwanie zbędnych elementów i połączeń, oraz przeciąganie elementów na schemacie. W celu usunięcia zbędnych elementów i połączeń, bądź umożliwienia przeciągania elementów lub połączeń na schemacie należy przyciskiem wybrać zaznaczanie elementów i połączeń, a następnie kliknąć element lub połączenie. Zaznaczony element znajdzie się w ramce (rys. 2.10.) i wówczas, poleceniem Delete z klawiatury, usunąć go, lub kliknąć i trzymając wciśnięty przycisk myszki, przeciągnąć w inne miejsce na ekranie. Równocześnie zostaną usunięte albo przeciągnięte połączenia związane z danym elementem. Zaznaczona kliknięciem linia lub magistrala połączenia, zostaje wyróżniona (zmienia kolor na czerwony) i może zostać usunięta lub przemieszczona analogicznie jak w przypadku elementu. Element zaznaczony do usunięcia lub przeciągania Rys. 2.10. Usuwanie lub przeciąganie elementów. 8

3. SYMULACJA DZIAŁANIA UKŁADU 3.1. Oznaczanie obserwowanych miejsc Dla sprawdzenia poprawności syntezy układu, oraz zbadania występujących w nim zależności czasowych, należy przeprowadzić symulację działania zaprojektowanego układu przedstawionego w postaci schematu ideowego w edytorze schematów. W tym celu należy na schemacie zaznaczyć te wyprowadzenia elementów, których stany chcemy obserwować. Zwykle będą to sygnały wejściowe i wyjściowe, oraz charakterystyczne punkty wewnątrz układu. Proces oznaczania uruchamiany jest przyciskiem na pasku narzędzi, co powoduje wywołanie okna SC Probes (rys. 3.1), umożliwiającego wybór rodzaju funkcji związanych z symulacją. Zaznaczanie punktów Podawanie wymuszeń Uruchamianie Usuwanie punktów Przejście do kolejnego zdarzenia Kolejny krok Zapis przebiegów Rys.3.1. Zaznaczanie punktów. Dla zaznaczenia na schemacie pojedynczego punktu należy na niego naprowadzić myszką znacznik i kliknąć. Potwierdzeniem zaznaczenia jest pojawienie się szarego kwadratu obok wyprowadzenia. Jeśli chcemy do zaznaczać kilka wyprowadzeń elementu, można kliknąć ten element i z rozwiniętej listy wyprowadzeń (pinów) elementu wybrać te, które chcemy zaznaczyć do, a następnie dołączyć je poleceniem Add. Zaznaczenie będzie również potwierdzone szarym kwadratem. Okno SC Probes umożliwia również: usuwanie zaznaczenia wszystkich punktów, uruchamianie, wykonanie kroku, przejście lub cofnięcie się do kolejnych zdarzeń, oraz zapamiętywanie przebiegów ( rys. 3.1). 9

3.2. Generowanie wektorów testowych (wymuszeń) do procesu Po oznakowaniu wszystkich punktów obserwowanych w trakcie, należy uruchomić proces przyciskiem z paska narzędzi edytora schematów lub identycznym przyciskiem z okna SC Probes (rys. 3.1). Efektem tego będzie wyświetlenie ekranu symulatora Logic Simulator umożliwiającego zadanie wartości zmiennych wejściowych do procesu (rys.3.2), oraz odwzorowanie stanu wszystkich zaznaczonych punktów w postaci przebiegów czasowych Waveform Viewer. Pole zmiany sygnałów Usuwanie przebiegów Opis układu scalonego Wywołanie klawiatury Skala czasu Gaszenie skali czasu Oznaczenie rodzaju wyprowadzenia Pole opisu punktów Rys. 3.2. Ekran symulatora logicznego. Ekran symulatora logicznego ma pięć kolumn, w których zawarte są dane dotyczące składowych wektorów testujących, przy czym kolejne kolumny powinny zawierać: 1. rodzaj wyprowadzenia wejście lub wyjście ( i/o) oznaczenie to automatycznie ustawia program; 2. opis punktów wprowadzane jest automatycznie przez program na podstawie oznaczeń ze schematu ideowego; 3. oznaczenie zmiennych wprowadzane z klawiatury (rys. 3.3) w trakcie generowania wektorów testowych tylko dla wyprowadzeń typu (i)! ; 4. wartość logiczną sygnałów poziom niski lub wysoki (L lub H) zmieniany w trakcie procesu ; 10

5. przebiegi czasowe uzyskane w procesie dla każdego z oznaczonych punktów obserwacji. Generowanie wektorów testowych polega na zdefiniowaniu wartości zmiennych wejściowych w następujący sposób: wywołać przyciskiem, lub poleceniem Signal Add Stimulators (rys. 3.2) okno Stimulator Selection zawierające klawiaturę (rys.3.3), umożliwiającą oznaczenie zmiennych; Oznaczanie sygnałów wejściowych Wybór zegara Kasowanie oznaczeń sygnałów wejściowych Wybór częstotliwości i fazy zegara Rys. 3.3. Funkcje wybierane przy pomocy klawiatury. podświetlić pierwszy wiersz w polu opisu punktów odpowiadający sygnałowi wejściowemu; z klawiatury wybrać dowolną literę, będzie ona pomocniczą zmienną logiczną generującą sygnał wejściowy, równocześnie w kolejnej kolumnie pojawi się linia odpowiadająca temu sygnałowi zmiany wartości sygnału wejściowego można dokonać z klawiatury wciskając klawisz odpowiadający wybranej literze, albo klikając odpowiednią linię w polu zmiany sygnału; czynności te powtórzyć dla wszystkich sygnałów wejściowych; jeśli na jakieś wejście chcemy podać sygnały z generatora, ( np. zegarowe), należy po podświetleniu odpowiadającego mu wiersza, wybrać sygnał zegarowy w odpowiedniej fazie i częstotliwości ( rys. 3.3) przy czym; sygnał z górnego paska (czerwonego) rozpoczyna się poziomem H, natomiast z dolnego - poziomem L; 11

liczby podane przy paskach stanowią wykładnik potęgi 2 k, przez którą jest dzielona częstotliwość podstawowa; po wygenerowaniu wszystkich sygnałów wejściowych należy klawiaturę zamknąć. 3.3. Przebieg. Jeśli składowe wektora testowego zostały wygenerowane dla wszystkich wejść można przystąpić do działania projektowanego układu wykorzystując okienko narzędziowe Simulator (rys. 3.4.). Symulacja funkcjonalna Symulacja czasowa Przebiegi czasowe Rodzaj odwzorowania Tryb FN - funkcjonalna TN - czasowa Przejście do edytora schematów Symulacja z krótkim krokiem Symulacja z długim krokiem Poruszanie się po przebiegach czasowych Załączanie zasilania Zatrzymanie Rys.3.4. Wybór funkcji w ACTIVE-CAD 2.5. Przed rozpoczęciem możliwe jest ustawienie (rys.3.3 oraz rys.3.4) następujących parametrów (w nawiasach zalecane ustawienia): parametr skali czasu; ( 5 ns/dz.) ; załączenie / wyłączenie wyświetlania skali czasu ( skala załączona) ; tryb - symulacja funkcjonalna FN oraz symulacja czasowa TN uwzględniająca czasy propagacji elementów (należy badać układy w obu trybach ); rodzaj odwzorowania - przebiegi w funkcji czasu, zdarzeń, wykrywania błędów, pułapek itd. ( Tag ) 12

Uruchamianie i wybór rodzaju ( mały lub duży krok przebiegu ) wybierany jest przyciskami Step lub Long (rys. 3.4). Należy wybierać symulację o krótkim kroku Step. Na rys.3.4 pokazano przebiegi funkcjonalnej i czasowej układu, którego schemat przedstawiono na rys. 3.1. W pakiecie ACTIVE-CAD 3.0 zmieniono wygląd ekranu symulatora przenosząc funkcje okienka narzędziowego Simulator na pasek narzędzi z pewną modyfikacją oznaczeń (rys. 3.5). Pole trybu Pole rodzaju odwzorowania Rys. 3.5. Ekran symulatora w pakiecie ACTIVE-CAD 3.0. W dowolnym miejscu przebiegów czasowych można, klikając lewym przyciskiem myszki umieścić znacznik w postaci niebieskiej linii. Klikając prawym przyciskiem myszki na znaczniku rozwijane jest menu podręczne widoczne na rys. 3.5. W każdym z pakietów przebiegi czasowe mogą być usuwane z menu podręcznego lub przy użyciu poleceń Waveform - Delete - All Waveform with Power on. Natomiast usunięcie wszystkich oznaczeń i przebiegów czasowych jest możliwe poleceniami Signal - Delete All Waveforms z opcjami podanymi w menu podręcznym (rys.3.5.). W trakcie możliwe jest przełączenie się do edytora schematów przyciskiem i obserwacja procesu na schemacie układu. Na schemacie, w kwadratach związanych z zaznaczonymi wyprowadzeniami, można obserwować stany logiczne w kolejnych krokach (rys. 3.6.). Taka 13

możliwość obserwowania wyników ułatwia analizę poprawności działania układu, szczególnie w przypadkach wykorzystywania wymuszeń zegarowych. Kolejne kroki uruchamia się przyciskiem Step w oknie SC Probes (rys. 3.6). Rys. 3.6. Odwzorowanie procesu na schemacie układu. 4. DRUKOWANIE SCHEMATÓW I WYNIKÓW SYMULACJI 4.1. Drukowanie schematów. Drukowanie schematów odbywa się z ekranu edycji schematów Schematic Capture ( rys. 2.5) poleceniem File - Print. Należy jednak wcześniej upewnić się o prawidłowym dobraniu skali rysunku do wymiarów papieru. W tym celu po sprawdzeniu wymiaru papieru w opcjach Printer Setup, ( dla dużych schematów zalecany jest wydruk w formacie A3),, należy przejść do Page Setup i po wybraniu wymiaru rysunku z Sheet Format, wrócić do schematu sprawdzając przyciskiem skali rysunku rozmieszczenie schematu w ramkach arkusza wydruku. Przed drukowaniem schematu można zaktualizować dane w tabelce opisu układu funkcją File Table Setup. 4.2. Drukowanie wyników. Drukowanie wykresów czasowych odbywa się z ekranu wyników Logic Simulator ( rys. 3.2) poleceniem File - Print. Należy jednak wcześniej sprawdzić w Page Setup czy ustawiony w Print Options zakres wydruku odpowiada zakresowi otrzymanych przebiegów. W opcji From możliwy jest wybór zakresu wydruku od -do w pikosekundach, nanosekundach, mikrosekundach i milisekundach. 14