aula 02 tutorial 2014 1

Experincia 02 PLD + Quartus II + Captura de Esquemtico Projeto de Sistemas Digitais utilizando PLDs

Pgina 1 de 37 Prof Dr Silvana Gasparotto de Souza



Atividade: Desenvolvimento e Simulao.

1. Objetivo

O objetivo desta aula a familiarizao com o ambiente de desenvolvimento integrado -

Quartus II da Altera Verso 8.1 Web Edition, no Projeto de Sistemas Digitais utilizando PLDs (Programmable Logic Devices Dispositivos de Lgica Programvel).

Utilizaremos o mtodo de Captura de Esquemtico para a descrio do Projeto.

Alm disso, pretende-se mostrar que um Problema pode ser implementado atravs das

funes booleanas bsicas, e compreender o funcionamento de cada uma destas funes.

2. Metodologia de Projeto de Sistemas Digitais utilizando PLDs com o auxlio da ferramenta de desenvolvimento integrado Quartus II da Altera Verso 8.1 Web Edition

Esta aula apresenta uma breve introduo ferramenta de desenvolvimento integrado Quartus

II da Altera Verso 8.1 Web Edition. Ela d uma viso geral de um processo tpico de CAD (Computer-Aided Design Projeto Assistido por Computador) para projetar circuitos que

so implementados usando dispositivos PLDs, e mostra como esse processo realizado no

software Quartus II. O processo de projeto utilizando o software Quartus II ilustrado passo-

a-passo atravs da implementao de um circuito simples, em um dispositivo PLD da Altera.

O ambiente de desenvolvimento integrado Quartus II da Altera inclui suporte completo para

todos os mtodos mais populares de inserir uma descrio do circuito desejado em um sistema

de CAD. Esta aula faz uso do mtodo de entrada denominado Captura de Esquemtico, no

qual o usurio desenha um diagrama grfico do circuito. O ltimo passo no processo de

projeto envolve a programao do circuito desenhado em um dispositivo PLD real. Para

mostrar como isso feito, utilizaremos uma Placa Didtica de Desenvolvimento a DE2 - 70 da Altera conectada a um computador que tenha o software Quartus II instalado. As telas apresentadas nesta aula foram obtidas utilizando o Quartus II da Altera Verso 8.1 Web Edition; se outras verses do software forem usadas, algumas das imagens podem ser

ligeiramente diferentes.

Todos os projetos criados no Quartus II da Altera Verso 8.1 Web Edition seguem a mesma metodologia, a qual ser detalhada nesta aula introdutria. O Projeto proposto bem simples,

pois o enfoque desta aula est em estabelecer um procedimento que pode ser posto em prtica

para criao de qualquer outro projeto, ou seja, uma referncia que pode ser consultada

quando se fizer necessrio.

Um processo tpico de CAD para projetar circuitos que so implementados usando

dispositivos PLDs est mostrado na Figura 1.



Figura 1 Um processo tpico de CAD.

NO

Descrio do Projeto

Design Entry

Sntese

Synthesis

Simulao Funcional

Functional Simulation

O funcionamento lgico do

Projeto est correto ?

Montagem do Circuito no PLD:

Disposio dos ELs e Roteamento

Fitting Place and Route

Anlise de Atraso de Propagao

Timing Analysis

Simulao com Atraso de Propagao

Timing Simulation

Os requisitos de Atraso de

Propagao foram

cumpridos ?

Programao e Configurao

Programming and Configuration

SIM

NO

SIM



O Processo de CAD envolve as seguintes etapas:

Descrio do Projeto (Design Entry):

O circuito desejado representado ou por meio de um esquema, descrio denominada de

Captura de Esquemtico, que o enfoque nesta disciplina; ou usando uma Linguagem de Descrio de Hardware (HDL Hardware Description Language), descrio que ser

abordada nas disciplinas de Sistemas Digitais II e III.

Sntese (Synthesis):

O Projeto descrito sintetizado (sintetizar = combinar elementos dispersos para formar um

todo) em um circuito que consiste de Elementos Lgicos (ELs) que compem o CI (Circuito

Integrado) do PLD.

Simulao Funcional (Functional Simulation):

O circuito sintetizado simulado para verificar se o seu funcionamento lgico est correto. A

Simulao Funcional no leva em conta os aspectos de implementao do Projeto, ou seja,

no considera informao relativa aos tempos de propagao reais de cada sinal (Timing) contido no mesmo.

Montagem do Circuito Desejado no PLD (Fitting - Place and Route ): A ferramenta CAD Fitter determina a disposio dos Elementos Lgicos, definida no netlist (um netlist descreve a conectividade de um projeto), que sero utilizados na

montagem do circuito desejado dentro do conjunto de Elementos Lgicos que constituem o CI do PLD aplicado Place. Esta ferramenta tambm escolhe o roteamento das ligaes

no CI para fazer as conexes necessrias entre os Elementos Lgicos j dispostos no PLD Route.

Anlise de Atraso de Propagao (Timing Analysis):

Os Atrasos de Propagao so analisados ao longo dos vrios caminhos do circuito montado

para fornecer uma indicao do desempenho esperado deste circuito.

Simulao com Atraso de Propagao (Timing Simulation): O circuito montado testado (Test Bench) para verificar se o seu funcionamento lgico

est correto e se o Atraso de Propagao aceitvel para as especificaes do projeto.

Programao e Configurao (Programming and Configuration):

O circuito montado implementado fisicamente no CI do PLD utilizado configurando os

Elementos Lgicos e estabelecendo as conexes necessrias.

Esta aula apresenta os recursos bsicos do software Quartus II. Tambm mostra como este software pode ser usado para projetar e implementar um circuito representado pelo mtodo de Captura de Esquemtico.

3. Primeiros passos Cada circuito lgico que est sendo projetado utilizando o software Quartus II chamado de Projeto. O software trabalha em um Projeto de cada vez e mantm todas as informaes

daquele Projeto em um nico diretrio (pasta de arquivos) no sistema de arquivos. Dessa



forma, para comear um novo Projeto de um circuito lgico, o primeiro passo criar um

diretrio para armazenar os arquivos deste Projeto.

Nesta disciplina, vamos utilizar o diretrio:

C:\Alunos\Aula_XY\Nome_do_Aluno_Nmero_do_Aluno

Exemplo: C:\Alunos\Aula_02\Nome_122100010

Iniciando o software Quartus II, uma tela semelhante da Figura 2 exibida. Esta tela constituda de vrias janelas (as quais so selecionadas com o mouse do computador) que do

acesso a todas as funcionalidades do software Quartus II.

Figura 2 Janela Principal do Quartus II.

A maioria dos comandos fornecidos pelo software Quartus II pode ser acessado por meio de

um conjunto de menus que esto localizados abaixo da Barra de Ttulo. Por exemplo, na Figura 2, aps fechar a janela Getting Started With Quartus II Software, clicar no boto

esquerdo do mouse sobre o menu nomeado File abre o menu mostrado na Figura 3. Clicar no

boto esquerdo do mouse sobre a opo Exit sai do software Quartus II. Em geral, quando o

mouse usado para selecionar alguma coisa, o boto esquerdo usado. Assim no vamos

normalmente especificar qual boto do mouse usar. Nos poucos casos em que necessrio

usar o boto direito do mouse, vai ser especificado explicitamente.

Barra de

Ttulos

Menu

Dinmico

Barra de

Atalhos

rea de

Trabalho

Projeto

Navegador do Projeto

Tarefas

Em

Execuo

Mensagens



Figura 3 Exemplo de Menu File Menu.

Para alguns comandos, necessrio acessar dois ou mais menus em seqncia. Ns usamos a

conveno Menu1 > Menu2 > Item para indicar que, para selecionar o comando desejado, o

usurio deve primeiro clicar no boto esquerdo do mouse sobre o Menu1, em seguida, dentro

do Menu1, clicar sobre o Menu2 e, em seguida, clicar dentro do Menu2, sobre o Item. Por

exemplo, File > Sair usa o mouse para sair do sistema. Muitos comandos podem ser

chamados, clicando em um cone exibido na Barra de Atalhos (Barra Horizontal de

Ferramentas). Para ver o comando associado com um determinado cone, basta posicionar o

mouse sobre o cone e uma informao com o nome do comando ser exibida logo abaixo do

cursor do mouse.

4. Ajuda Online do Quartus II O software Quartus II dispe de documentao online abrangente que responde a muitas

das questes que podem surgir quando se utiliza o software. Esta documentao pode ser

acessada a partir do menu Help. Para ter uma idia da extenso da documentao

apresentada, vale a pena navegar atravs do menu Help. Por exemplo, selecionando Help >

How to Use Help d uma indicao de que tipo de ajuda fornecido.

possvel pesquisar rapidamente atravs de tpicos do menu Help, selecionando Help >

Search, que abre uma caixa de dilogo dentro da qual palavras-chave podem ser inseridas.

Outro mtodo, a ajuda sensvel ao contexto, fornecido para encontrar rapidamente

documentao sobre tpicos especficos. Tambm, como na maioria dos aplicativos, o

acionamento da tecla de funo F1 no teclado abre uma tela de Ajuda que mostra os

comandos disponveis para o aplicativo.



5. O Projeto

Sistema simples de alarme de automvel para detectar, quando a Chave de Ignio est

ligada, se o Cinto de Segurana no est afivelado ou uma das Portas est aberta.

Figura 4 Luzes de Alerta para Cinto de Segurana e Porta Aberta.

Luz de Alerta para

Porta Aberta

Luz de Alerta para

Cinto de Segurana



6. Iniciar um Novo Projeto

Para comear a trabalhar em um projeto novo, primeiro temos que definir um escopo para este projeto. O software Quartus II facilita esta tarefa fornecendo suporte na forma de um Assistente (Wizard). A criao de um Novo Projeto segue as etapas detalhadas a seguir.

a) Selecionar File > New Project Wizard para iniciar o Assistente de Novo Projeto o qual direciona a criao e configuraes preliminares de um Novo Projeto.

b) Na janela New Project Wizard: Introduction (Figura 5), clicar em Next, o que leva

para a janela da Figura 6.

Figura 5 Janela New Project Wizard: Introduction.

c) A janela New Project Wizard: Directory, Name, Top-Level Entity (Figura 6) solicita

o caminho do Diretrio de Trabalho, o Nome do Projeto e o Nome da Entidade de

Projeto com hierarquia mais elevada.

c.1) Definir o diretrio de trabalho como:

C:\Alunos\Aula_XY\Nome_do_Aluno_Nmero_do_Aluno

Exemplo:

C:\Alunos|Aula_02\Nome_122100010

Pode-se usar algum outro diretrio de trabalho, contudo, este padro deve ser seguido para todas as atividades propostas nesta disciplina.

c.2) Definir Luzes_de_Alerta como nome para o Projeto e a Entidade de Projeto com hierarquia mais elevada:

O projeto deve ter um nome, que geralmente o mesmo que o da Entidade de Projeto com hierarquia mais elevada que ser includa no Projeto.

c.3) Clicar em Next.



Figura 6 Janela New Project Wizard: Directory, Name, Top-Level Entity.

Criao de um Novo Projeto.

d) Uma vez que o diretrio C:\Alunos\Aula_XY\Nome_do_Aluno_Nmero_do_Aluno

ainda no foi criado, o software Quartus II exibe a caixa de dilogo mostrada na

Figura 7, perguntando se ele deve criar o diretrio desejado. Clicar em Sim, o que leva

para a janela da Figura 8.

Figura 7 O software Quartus II pode criar um novo diretrio para o Projeto.

c.3)

c.1)

c.2)

c.2)

recurso

auto-completar



Figura 8 Janela New Project Wizard: Add Files. O Assistente de Novo Projeto

permite incluir arquivos pr-existentes (se houver) no Projeto.

e) Na janela New Project Wizard: Add Files, o Assistente de Novo Projeto (New

Project Wizard) permite incluir arquivos pr-existentes (se houver) no Projeto.

Assumindo que no haja arquivos existentes a incluir, clicar em Next, o que leva

janela da Figura 9.

Figura 9 Escolha da famlia do dispositivo e de um dispositivo especfico.

f.1)

f.2)

f.3)

f.4)



f) Na janela New Project Wizard: Family & Device Settings:

f.1) Especificar o tipo de dispositivo no qual o circuito projetado ser implementado.

No campo Device Family Family:, escolher Ciclone IITM como Famlia

do dispositivo de destino. f.2) Pode-se deixar o software Quartus II selecionar um dispositivo especfico na

famlia, ou podemos escolher o dispositivo explicitamente. Utilizaremos esta

ltima abordagem

No campo Target device escolher a opo Specific device selected in Available devices list.

f.3) No campo Available devices aparece uma lista de dispositivos disponveis,

escolher o dispositivo denominado EP2C70F896C6 que um PLD utilizado na

Placa Didtica de Desenvolvimento a DE2 - 70 da Altera. Pressione Next, o que abre a janela da Figura 10.

Figura 10 Outras ferramentas EDA (Eletronic Design Automation) podem ser especificadas.

g) Pode-se especificar ferramentas adicionais de terceiros (desenvolvidas e comercializadas por outras empresas que no a Altera) para serem usadas com o Projeto. Um termo comumente usado em software de CAD para circuitos eletrnicos so ferramentas EDA, onde a sigla significa Electronic Design Automation (esse

termo usado em mensagens do Quartus II para referir-se a ferramentas de terceiros).

Uma vez que utilizaremos apenas o Quartus II, no vamos escolher qualquer outra

ferramenta. Pressione Next.

h) Um resumo das configuraes escolhidas para o Projeto aparece na tela mostrada na Figura 11. Clique no boto Finish, que retorna janela principal do Quartus II, mas

especificando Luzes_de_Alerta como Novo Projeto. Observe a barra de ttulos e o

Navegador do Projeto (Figura 12).



Figura 11 Resumo das configuraes do Projeto.

Figura 12 Janela principal do Quartus II mostrando o Projeto criado.



7. Descrio do Projeto por Captura de Esquemtico Usando o Editor Grfico

Figura 13 Descrio do circuito do controlador das Luzes de Alerta para o Cinto de

Segurana e Portas Abertas no formato de Captura de Esquemtico.

Para descrever o circuito no formato de Captura de Esquemtico deve-se usar o Editor

Grfico do Quartus II, conforme as etapas detalhadas a seguir.

a) Selecionar File > New para obter a janela da Figura 14. Escolher Block Diagram /

Schematic File e clicar em OK. Isso abre a janela do Editor Grfico (Figura15).

Figura 14 Escolha para gerar o diagrama esquemtico.



Figura 15 Janela do Editor Grfico.

b) O primeiro passo especificar um nome para o arquivo que ser criado. Selecionar File > Save as ... que abre a caixa de dilogo mostrada na Figura 16.

b.1) No campo tipo: a opo Block Diagram/Schematic File (*. bdf) deve estar selecionada.

b.2) O campo name: deve conter o nome do arquivo, o mesmo nome dado ao arquivo que foi especificado quando o projeto foi criado.

b.3) A opo Add file to current Project deve estar selecionada. b.4) Clicar em Salvar, o que armazena o arquivo no diretrio

C:\Alunos|Aula_02\Nome_122100010 e leva janela do Editor Grfico exibida

na Figura 17.

Figura 16 Salvar o arquivo.



Figura 17 Janela do Editor Grfico.

7.1. Importar Smbolos de Portas Lgicas

O Editor Grfico oferece uma srie de bibliotecas que incluem elementos de circuito que

podem ser importados para um esquemtico. D um duplo clique no espao em branco na

janela do Editor Grfico, ou clique no cone na barra de ferramentas que se parece com uma porta AND (Figura 17). Uma caixa de dilogo, como mostrada na Figura 18, aparecer. Expandir a hierarquia na caixa libraries (Bibliotecas) como mostrado na Figura 19. Primeiro expandir libraries, em seguida, expandir a biblioteca primitives, seguido de expanso da biblioteca logic que compreende as portas lgicas. Selecione and2, que

uma Porta E de duas entradas, e clique em OK. Agora, o smbolo da Porta E aparecer na

janela do Editor Grfico. Usando o mouse, mova o smbolo para um local conveniente e

clique para coloc-lo l. Importar a segunda Porta AND, que pode ser feito simplesmente

posicionando o ponteiro do mouse sobre o smbolo da Porta AND j posicionada, clicando

com o boto direito e arrastando para fazer uma cpia do smbolo. Um smbolo na janela do

Editor Grfico pode ser movido, clicando nele e arrastando-o para um novo local com o boto do mouse pressionado. Em seguida, selecione or2 da biblioteca e importar a Porta OU de duas entradas para o diagrama. Em seguida, selecione not e importe a Porta NOT. Gire a

Porta NOT para a posio adequada, usando o cone Rotate left 90. Organizar as portas

como mostrado na Figura 20.

Barra de ferramentas

da janela do

Editor Grfico



Figura 18 Janela da Biblioteca de Smbolos.

Figura 19 Escolher um Smbolo de uma Biblioteca.



Figura 20 Importar os smbolos das Portas Lgicas e organiz-los na janela do Editor

Grfico.

7.2. Importar Smbolos de Entrada e Sada

Uma vez que os smbolos das Portas Lgicas j foram posicionados na janela do Editor

Grfico, agora necessrio introduzir os smbolos que representam as Portas de Entrada e

Sada do circuito. O procedimento o mesmo para importar as Portas Lgicas, mas escolhendo os smbolos da biblioteca Primitives/pin. Importar duas instncias da Porta de

Entrada e uma instncia da Porta de Sada. O texto pode ser inserido utilizando o cone da

barra de ferramentas. O cone permite dar (boto esquerdo do mouse) ou tirar de (boto

direito do mouse) um close com a lente zoom. O resultado pode ser visto na Figura 21.

Figura 21 Importar os Pinos de Entrada e Sada.



Atribuir nomes para os smbolos de entrada e sada da seguinte forma. Esteja certo de que

nada est selecionado clicando em um lugar vazio na janela do Editor Grfico. Aponte para a palavra pin_name sobre o smbolo do primeiro pino de entrada e d um clique duplo com o mouse. A caixa de dilogo Pin Properties da Figura 22 aparecer. No campo Pin name(s): digite o nome do pino, Chave_Ignicao, e clique em OK. Da mesma forma,

atribuir, respectivamente, para os pinos da segunda e terceira entrada os nomes Sensor_Cinto

e Sensor_Porta, e Alarme para o pino de sada (Figura 23). Alternativamente, possvel

mudar o nome de um elemento selecionando-o primeiro, e depois dando um duplo clique

sobre o nome e, em seguida, digitando um novo nome diretamente.

Figura 22 Nomear um pino.

Figura 23 Pinos de Entrada e Sada do circuito nomeados.



7.3. Conectar Ns com fios

O prximo passo desenhar linhas (fios) para conectar os smbolos no esquemtico. Clicar

sobre o cone Selection tool na barra de ferramentas vertical. Esta ferramenta permite que o Editor Grfico altere automaticamente entre os modos de seleo de um smbolo na rea

de edio ou desenhar os fios de interligao entre os smbolos do diagrama. O modo

apropriado escolhido dependendo de onde o mouse est apontando. Mova o ponteiro do

mouse em cima de qualquer smbolo posicionado na rea de edio. Ao apontar em qualquer

lugar do smbolo exceto na margem onde uma pequena linha de conexo est desenhada (esta pequena linha de conexo denominada de pinstub), o ponteiro do mouse aparece com o

formato de duas setas duplas cruzadas. Isso indica que o smbolo ser selecionado se o boto do mouse for pressionado. Mova o mouse para apontar para uma pinstub. O ponteiro do

mouse muda para um segmento ortogonal (parecido com o cone ) que indica a possibilidade de desenhar um fio para interconectar esta pinstub outra. Uma interconexo pode ser feita tambm ativando a ferramenta Orthogonal Node, representada pelo cone

na barra de ferramentas vertical, contudo, esta ferramenta ativa apenas o modo de desenhar os

fios de interligao.

Para que a conexo se estabelea, a ferramenta Rubberbanding deve ser ativada atravs do

cone que a representa na barra de ferramentas vertical . Ento aponte o mouse para o ponto inicial da ligao, clique e segure o boto do mouse arrastando seu ponteiro at atingir o

ponto final da ligao e, em seguida solte o boto. Uma linha desenhada pode ser

movimentada quando selecionada (Figura 24).

Figura 24 Interconectando pinstubs.

Uma conexo entre duas ou mais pinstubs em um esquemtico chamada de N. O nome

deriva da terminologia eltrica, onde o termo N refere-se a qualquer nmero de pontos em

um circuito que so interligados por cabos.

O nosso exemplo de esquemtico bastante simples e poderamos facilmente interligar todos

os smbolos sem gerar um diagrama confuso. No entanto, em esquemas maiores alguns ns

que precisam ser conectados podem estar muito distantes e no ser conveniente traar uma

linha entre eles. Nesses casos, os ns so conectados atravs da atribuio de rtulos para os

mesmos, em vez de desenhar uma linha. Vamos utilizar essa abordagem para conectar os

smbolos de entrada e sada e a porta NOT aos demais smbolos do esquemtico. Para isso,



basta desenhar uma pequena linha em cada pinstub que se deseja conectar, selecionar cada uma delas e com o boto direito do mouse escolher Properties. Na janela Node Properties, no campo name, colocar um rtulo (nome) para o referido n (Figura 25).

Figura 25 Utilizando o recurso de atribuir rtulo para ns.

Se algum erro for cometido durante a interconexo dos smbolos, a linha errada pode ser

selecionada com o mouse e, em seguida, removida pressionando-se a tecla Delete no teclado.

Os procedimentos descritos acima podem ser utilizados para obter o diagrama esquemtico

completo como mostrado na Figura 26.



Figura 26 O smbolo * no final do nome do arquivo um lembrete de que existem

alteraes que ainda no foram salvas.

Salvar o esquemtico usando File > Save ou File > Save All, ou atravs dos seus respectivos

cones na barra de ferramentas horizontal ( ou ).

Figura 27 O diagrama esquemtico completo



Vamos acrescentar trs sadas intermedirias no circuito como mostrado na Figura 28.

Figura 28 O diagrama esquemtico completo com sadas intermedirias.

8. Compilar o Circuito Projetado

O arquivo do diagrama esquemtico descrito Luzes_de_Alerta.bdf, ser processado por vrias ferramentas do Quartus II que iro analisar o arquivo, sintetizar o circuito, e gerar uma

implementao deste circuito para o chip de destino. Estas ferramentas so controladas pelo programa aplicativo chamado Compilador.

Para executar o Compilador selecionar Processing > Start Compilation, ou clicar no cone

da barra de ferramentas horizontal. medida que a compilao passa pelos vrios

estgios, seu progresso relatado em uma janela no lado esquerdo da tela do Quartus II (janela Tasks). O sucesso (ou insucesso) do processo de compilao indicado em uma

caixa de dilogo, conforme mostrado na Figura 29. O reconhecimento da mensagem deve ser

feito clicando em OK, o que leva a janela mostrada na Figura 30. Na janela de mensagens (message), na parte inferior da tela principal do Quartus II, vrias mensagens so exibidas.

Em caso de erros, haver mensagens apropriadas.



Figura 29 Janela mostrada aps o processo de Compilao ser realizado com sucesso.

Quando a compilao estiver concluda, gerado um relatrio de compilao. A janela que

mostra este relatrio aberta, automaticamente, como visto na figura 30. A janela pode ser

redimensionada, maximizada, ou fechada de forma normal, e pode ser aberta a qualquer

momento selecionando-se Processing > Compilation Report ou clicando sobre o cone .

O relatrio inclui uma srie de sees listadas no lado esquerdo da sua janela. A Figura 30

mostra a seco do Resumo do Processo que indica que so necessrios quatro elementos

lgicos e sete pinos para implementar este circuito no dispositivo selecionado.

Figura 30 Relatrio de Compilao.



8.1. Erros O software Quartus II exibe mensagens geradas durante o processo de compilao na janela de mensagens (Message). Se o arquivo que contem o esquemtico do circuito est correto,

uma das mensagens ser afirmar que a compilao foi bem sucedida e que no h erros.

Se o compilador no relatar zero erros, ento existe pelo menos um erro na descrio

esquemtica. Neste caso, uma mensagem correspondente para cada erro encontrado ser exibida na janela de mensagens (Message). Um duplo-clique em uma mensagem de erro

ir destacar a parte do circuito, na janela do Editor Grfico, que est desrespeitando as regras. Da mesma forma, o Compilador pode mostrar algumas mensagens de alerta (Warning).

Seus detalhes podem ser explorados da mesma forma como no caso de mensagens de erro.

Pode-se obter mais informaes sobre um erro ou mensagem de alerta, selecionando a

mensagem e pressionando a tecla de funo F1.

Para ver o efeito de um erro retire o fio que conecta a sada da porta lgica and2 entrada da

porta lgica or2. Salve e compile o projeto errado. Depois de tentar compilar o circuito, o

software Quartus II exibir uma caixa de dilogo indicando que a compilao no foi bem

sucedida. Reconhecer esta mensagem clicando em OK. A seco do Resumo do Processo do

Relatrio de Compilao, apresentada na Figura 31, confirma a falha no resultado. Expandir a seco Analysis & Synthesis e, em seguida, selecione Messages para ver as mensagens

de erro como exibidas na Figura 31. D um duplo clique sobre a primeira mensagem de erro, que afirma que est faltando fonte em um de ns. O software Quartus II responde exibindo o esquemtico Luzes_de_Alarme.bdf destacando a porta or2, que afetada pelo erro, como

mostrado na figura 32. Corrija o erro, salve e recompile o projeto.

Figura 31 As mensagens de erro.



Figura 32 Identificao da localizao do erro.

9. Simular o Circuito Projetado

Antes de implementar o circuito projetado no dispositivo da DE2-70, uma boa prtica simular o mesmo para verificar a sua exatido. O software Quartus II inclui uma

ferramenta de simulao que pode ser usada para prever o comportamento do circuito

projetado. Para que o circuito possa ser simulado, necessrio criar as formas de onda

desejadas, chamadas de vetores de teste, para representar os sinais de entrada. Tambm

necessrio especificar quais os resultados, bem como possveis pontos internos do circuito,

que se pretende observar. O simulador aplica os vetores de teste a um modelo do circuito

implementado e determina a resposta esperada. Usaremos o Editor de Formas de Onda do

Quartus II para desenhar os vetores de teste, como segue:

a) Para abrir a janela do Editor de Forma de Onda, selecionar File > New, que leva janela mostrada na Figura 33. Escolha Vector Waveform File e clique em OK.

Figura 33 Necessidade de elaborar um novo arquivo.



b) A janela do Editor de Forma de Onda mostrada na Figura 34. Salve o arquivo com o nome Luzes_de_Alerta.vwf, observe que isto muda o nome na janela exibida (que inicialmente Waveform1.vwf). Note tambm, que a extenso do arquivo .vwf

(Vector Waveform File).

Figura 34 Janela do Editor de Forma de Onda.

c) Agora, vamos definir um intervalo de tempo adequado para que a simulao desejada seja executada, por exemplo, de 0 a 500 ns. Isto feito selecionando Edit > End

Time... e colocando 500 ns no campo Time: na caixa de dilogo que aparece (Figura 35) e, em seguida clicando em OK (Figura 35). A dimenso da grade pode ser

alterada selecionando Edit > Grid Size... e definindo o valor desejado no campo

Period:, vamos adotar 50 ns (Figura 36 a). conveniente redimensionar a janela

para o seu tamanho mximo, ento, selecionar View > Fit in Windows que exibe o

intervalo inteiro de simulao, de 0 a 500 ns na janela do Editor de Formas de Onda

(Figura 36 b).

Figura 35 Janela End Time.



Figura 36 a) Janela Grid Size.

b) Janela do Editor de Formas de Onda redimensionada.

d) Em seguida, necessrio incluir os ns de entrada e sada do circuito a ser simulado. Clicar em Edit > Insert > Insert Node or Bus ... para abrir a janela mostrada na

Figura 37. possvel digitar o nome de um sinal (pino) no campo Name: da janela

aberta, mas mais fcil adotar outro procedimento clicando no boto Node Finder que abre a janela apresentada na Figura 38. A janela Node Finder tem um filtro que

usado para indicar o tipo de n que se deseja selecionar entre todos os ns que esto

disponveis. Como estamos interessados nos pinos de entrada e sada, configurar o

filtro para mostrar todos os pinos, selecionando All no campo Filter: Pins: (Figura

38). Ento, clicar no boto List (Figura 38) para encontrar os ns de entrada e sada,

como indicado no lado esquerdo da Figura 39.

No campo de ns encontrados Nodes Found:, clicar no sinal que se deseja inserir, e,

em seguida, clicar no cone > para adicion-lo ao campo de ns selecionados Selected Nodes:. Aps selecionar todos os ns desejados (Figura 40), clicar em OK para

fechar a janela Nodes Found:, e em OK para fechar a janela Insert Node or Bus. Isso faz com que a janela do Editor de Formas de Onda seja exibida com os sinais de

entrada e sadas que foram selecionados (Figura 41). Caso queira dispor os sinais em

uma ordem diferente da apresentada, possvel reorganiz-los. Para mover uma

forma de onda para cima ou para baixo na janela do Editor de Formas de Onda, clicar

com o mouse sobre o nome do n (na coluna Name), arrast-lo para cima e soltar o

boto do mouse.

a)

b)



Figura 37 Janela Insert Node or Bus.

Figura 38 Janela de seleo de ns que sero inseridos no Editor de Formas de Onda.

Figura 39 Ns encontrados.

Copiar para a Lista de Ns Selecionados

Copiar Todos para a Lista de Ns Selecionados

Remover da Lista de Ns Selecionados

Remover Todos da Lista de Ns Selecionados



Figura 40 Seleo dos ns que sero inseridos no Editor de Forma de Onda.

Figura 41 Ns necessrios para a simulao.

e) Vamos agora especificar os valores lgicos que sero utilizados para os sinais de entrada (Chave_Ignicao, Sensor_Cinto e Sensor_Porta) durante a simulao. Os

valores lgicos das sadas (Alarme, LED_Cinto, LED_Porta e /Sensor_Cinto) sero

gerados automaticamente pelo simulador. Para facilitar o desenho da forma de onda

desejada, o Editor de Formas de Onda apresenta (por padro) orientaes verticais e

fornece um recurso no qual o desenho se encaixa nestas grades (este recurso pode ser

desacionado/acionado selecionando View > Snap to Grid, ou atravs do cone .

Observe tambm uma linha vertical slida, que pode ser movida colocando o ponteiro

do mouse no seu topo e arrastando-o horizontalmente. Esta linha de referncia usada



para anlise de atraso de propagao do circuito, mov-la para a posio de tempo igual a zero. O cone (Detach/Attach Window) representa uma ferramenta que

permite desvincular/vincular a janela do Editor de Formas de Onda janela Principal

do Quartus II, ativando esta ferramenta pode-se visualizar a imagem mostrada na

Figura 42.

Figura 42 Ns necessrios para a simulao.

Para simular o comportamento de um circuito, o ideal seria prever todas as

combinaes possveis dos sinais de entrada e observar os valores esperados nos sinais

de sada. No entanto, em circuitos de grande porte isso pode no ser vivel, e ento se

aplica um nmero suficiente de combinaes dos sinais de entrada, ou seja, na prtica,

escolhe-se uma amostra relativamente pequena (mas representativa) das possveis

combinaes dos sinais de entrada. Contudo, para o nosso pequeno circuito, podemos

simular todas as oito combinaes possveis para os sinais de entrada, conforme

apresentado na Figura 43. Usaremos oito intervalos de tempo de 50 ns para aplicar os

oito vetores de teste.

Variveis de Entrada Variveis de Sada

Chave_Ignicao Sensor_Porta Sensor_Cinto LED_Porta LED_Cinto Alarme

0 0 0 0 0 0

0 0 1 0 0 0

0 1 0 0 0 0

0 1 1 0 0 0

1 0 0 0 1 1

1 0 1 0 0 0

1 1 0 1 1 1

1 1 1 1 0 1

Figura 43 Todas as combinaes possveis dos sinais de entrada e sada.

f) Podemos gerar a forma de onda da entrada desejada da seguinte maneira: Clicar no nome da forma de onda para um determinado n de entrada. Depois que uma forma

de onda for selecionada, os comandos de edio do Editor de Forma de Onda podem

ser utilizados para desenh-la (Figura 44). Esto disponveis comandos para a



definio de um sinal selecionado como 0 ( ), 1( ), desconhecido ( ), alta

impedncia ( ), irrelevante Dont Care ( ), inverso do seu valor atual ( ), ou a definio de um sinal de relgio ( ). Cada comando pode ser ativado usando o

comando Edit > Value, ou atravs da barra de ferramentas vertical na janela do Editor

de Formas de Onda. As formas de onda podem ser desenhadas com a ferramenta

Selection, que ativada selecionando o cone (neste caso, seleciona-se um trecho do sinal e define-se o valor lgico desse trecho atravs de um dos cones da

barra de ferramentas vertical que representam os diversos nveis lgicos que um sinal

pode assumir), ou pela ferramenta Waveform Editing, que ativada pelo cone

(neste caso, o nvel lgico do trecho selecionado invertido). O menu Edit tambm

pode ser aberto clicando o boto direito do mouse sobre o nome de uma forma de

onda.

g) Desenhar as formas de onda dos sinais de entrada prevendo todas as combinaes possveis destes sinais conforme detalhado na Tabela Verdade da Figura 43. Observe

que as formas de onda dos sinais de sada so apresentadas, no momento, com nvel

lgico desconhecido ( ), pois sero determinados durante o processo de simulao.

Isto deve gerar a imagem mostrada na Figura 45. Salve o arquivo.

Figura 44 Selecionar um sinal de entrada ativa a barra de ferramentas vertical.

Figura 45 Configurao dos vetores de teste.



h) Selecione o cone (Attach Window) para vincular a janela do Editor de Formas

de Onda janela Principal do Quartus II e ajuste esta janela para sua dimenso

mxima atravs do menu View > Fit in Window (Figura 46).

Figura 46 Configurao dos vetores de teste com a janela do Editor de Formas de Onda

vinculada janela Principal do Quartus II.

9.1. Realizao da Simulao

Um circuito projetado pode ser simulado de duas maneiras. A maneira mais simples

assumir que os elementos de lgica e fios de interconexo no PLD so ideais, de forma a no

causarem atraso na propagao dos sinais atravs do circuito. Este modo chamado de Simulao Funcional (Functional Simulation). Uma alternativa mais completa e realista levar em conta todos os atrasos de propagao, o que conduz Simulao com Atraso de

Propagao (Timing Simulation). Normalmente, a simulao funcional utilizada para verificar o comportamento funcional de um circuito durante a etapa de projeto. Isso leva

menos tempo, porque a simulao pode ser feita simplesmente usando as expresses que

definem a lgica do circuito.

9.1.1. Simulao Funcional Para executar a Simulao Funcional, selecionar Assignments > Settings para abrir a janela

Settings que permite realizar configuraes no projeto. No campo Category, localizado

do lado esquerdo desta janela, clicar em Simulator Settings para exibir a janela mostrada na Figura 47. No campo Simulation mode:, escolher Functional (o que especifica o tipo de simulao para estabelecer o foco da simulao atual) e clique em OK.



Figura 47 Configurao do processo de Simulao.

O simulador do Quartus II recebe os sinais de entrada e, a partir destes, gera os sinais de

sada, respeitando o que foi definido no arquivo Luzes_de_Alerta.vwf. Contudo, antes de executar a simulao funcional necessrio criar o netlist (um netlist descreve a

conectividade de um projeto) exigido, o que feito selecionando-se Processing > Gerate

Functional Netlist. Aps algum tempo, aparece a caixa de dilogo exibida na Figura 48,

reconhecer que o processo foi completado com xito clicando em OK.

Figura 48 O processo de gerao do Netlist foi completado com xito.

A execuo de uma simulao pode ser iniciada selecionando-se Processing > Start

Simulation, ou usando o cone na barra de ferramentas horizontal.



Figura 49 Final do processo de Simulao Funcional.

Figura 50 Resultado da Simulao Funcional.

No final da simulao, o software Quartus II indica a sua concluso bem-sucedida. Clicar

em OK para o devido reconhecimento, que leva a exibio de um relatrio de simulao

conforme ilustrado na Figura 50. Se a janela do relatrio no mostrar o intervalo de tempo da

simulao completa, clicar na janela do relatrio para selecion-la e escolher View > Fit in

Window. Observe que os sinais de sada esto em concordncia com o esperado e

previamente descritos na Tabela Verdade da figura 43.

Faa a captura desta tela atravs da tecla Print Screen do teclado e cole a figura no item 2

do Relatrio_02.doc.



9.1.2. Simulao com Atraso de Propagao

Uma vez que o comportamento funcional do circuito est correto, devemos agora fazer a

simulao levando em conta os atrasos de propagao para verificar como ele ir se

comportar quando for, realmente, implementado no dispositivo PLD escolhido. Para isso,

selecionar Assignments > Settings > Simulator Settings e obtenha a janela mostrada na

Figura 50. Clicar em OK.

Figura 50 Configurao do processo de Simulao.

Execute o simulador, que dever gerar as formas de onda apresentadas na Figura 51. Observe

a presena de atrasos da ordem de 20 ns quando ocorre mudana nos nveis lgicos dos sinais

de entrada. Isto se deve aos atrasos de propagao nos elementos lgicos e fios no dispositivo

PLD escolhido.



Figura 51 Resultado da Simulao com Atraso de Propagao.



10. Salvar o Projeto para utilizao futura

a) Na Barra de Menu selecionar Project Archive ....

b) No campo Salvar em:, colocar caminho para rea do aluno, ou Pen Drive. No usar o C:\Alunos para esta operao.

c) No campo Nome do Arquivo, colocar AULA_02

d) Este procedimento salva, corretamente, todos os arquivos do Projeto, em um arquivo compactado com extenso .qar (Quartus Arquive File).

e) Postar o arquivo Aula_02.qar no moodle na seo correspondente.

aula 02 tutorial 2014 1

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