Tiêu đề Аверченко А. П. Система проектирования.pdf ✅

МИНОБРНАУКИ РОССИИ –––––––––––– Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Омский государственный технический университет» А. П. Аверченко СИСТЕМА ПРОЕКТИРОВАНИЯ QUARTUS PRIME ПРОГРАММИРУЕМЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ. СХЕМНЫЙ РЕДАКТОР ВЕРСИЯ 8 (дополненная / неофициальная) 28.02.2024 Учебное текстовое электронное издание локального распространения Рекомендовано редакционно-издательским советом Омского государственного технического университета Омск Издательство ОмГТУ2021 –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Сведения об издании: 1, 2 © ОмГТУ, 2021 ISBN 978-5-8149-3366-9
2 УДК 621.3.049.77 ББК 32.844.150.2 А19 Рецензенты: К. С. Фадеев, канд. техн. наук, доцент, зав. кафедрой «Телекоммуникационные, радиотехнические системы и сети» ОмГУПС; И. Г. Афонин, зам. генерального директора по системным исследованиям и разработкам АО ОмПО «Радиозавод им. А. С. Попова» Аверченко, А. П. Система проектирования Quartus Prime. Программируемые логические интегральные схемы. Схемный редактор : практикум / А. П. Аверченко ; Минобрнауки России, Ом. гос. техн. ун-т. – Омск : Изд-во ОмГТУ, 2021. – 1 CD-ROM (18,12 Мб). – Систем. требования: процессор с частотой 1,3 ГГц и выше ; 256 Мб RAM и более ; свободное место на жестком диске 300 Мб и более ; Windows XP и выше ; разрешение экрана 1024×768 и выше ; CD/DVD-ROM дисковод ; Adobe Acrobat Reader 5.0 и выше. – Загл. с титул. экрана. – ISBN 978-5-8149-3366-9. Практикум ориентирован на начальное освоение технологий проектирования устройств на программируемых логических интегральных схемах. Все проекты демонстрируются в схемном редакторе бесплатной версии САПР Quartus (Quartus Prime 20.1) Lite Edition. Издание содержит полное описание всех этапов проектирования с соответствующими графическими изображениями, а также задания для самостоятельного выполнения. Лабораторные работы рекомендовано выполнять последовательно, так как в каждой следующей лабораторной работе используются знания, полученные в результате выполнения предыдущей работы. Для студентов технических вузов, а также специалистов в области прикладной математики, интересующихся алгоритмами и технологиями проектирования на ПЛИС. Редактор К. В. Обухова Компьютерная верстка Е. В. Макарениной Для дизайна этикетки использованы материалы из открытых интернет-источников –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Сводный темплан 2021 г. © ОмГТУ, 2021 Подписано к использованию 25.10.21. Объем 18,12 Мб.
3 СОДЕРЖАНИЕ
4 ВВЕДЕНИЕ Как следует из булевой алгебры, любая функция алгебры логики, а следовательно, и любое цифровое устройство, функционирование которого всегда описывается с помощью булевой алгебры, может быть представлена в совершенной дизъюнктивной (или конъюнктивной) нормальной форме. То есть любая функция алгебры логики может быть реализована с помощью минимального логического базиса, состоящего из вентилей одного типа: И-НЕ или ИЛИ-НЕ. Для этого могут быть использованы микросхемы, относящиеся к микросхемам малой степени интеграции (МИС). Однако всегда важную роль играет не только уверенность в том, что устройство можно создать в принципе, но и возможность сделать это устройство более быстродействующим, более экономичным, малогабаритным и имеющим минимальную стоимость, что обеспечивается минимизацией функций алгебры логики и повышением уровня интеграции микросхем. Эти задачи могут быть решены с использованием больших интегральных схем (БИС) и сверхбольших интегральных схем (СБИС). В то же время на пути реализации схем в виде БИС/СБИС возникают значительные затраты, как финансовые, так и временные, которые окупаются лишь при многосерийном производстве. Противоречие между желаниями и возможностями применения БИС/ СБИС в специализированных устройствах и системах повлекло за собой создание устройств программируемой и репрограммируемой структур, объединяемых общим термином – программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС – PLD, Programmable Logic Device). ПЛИС представляют собой цифровые интегральные микросхемы, состоящие из программируемых логических блоков и программируемых соединений между этими блоками. Возможность конфигурировать эти устройства позволяет инженерам-разработчикам решать множество различных задач.
5 На сегодняшний день многим компаниям, занимающимся инновационными разработками, требуются специалисты, умеющие проектировать устройства с использованием ПЛИС. Проводятся семинары по работе с ПЛИС и курсы по обучению, которые являются весьма дорогостоящими. Для работы желательно знание специфических языков программирования (хотя бы одного), называемых языками описания аппаратуры высокого уровня или просто HDL (Hardware Description Language). Умение работать с современными ПЛИС, знание их прикладных возможностей и сфер применения позволяет специалисту рассчитывать на перспективное и хорошо оплачиваемое место работы. Программируемая логическая интегральная схема – электронный компонент, используемый для создания цифровых интегральных схем. Логика работы ПЛИС не определяется при изготовлении, а задаётся посредством программирования. Для программирования используются отладочные среды, позволяющие задать желаемую структуру цифрового устройства в виде принципиальной электрической схемы или программы на специальных языках Verilog, VHDL и др. Альтернативой ПЛИС являются заказные БИС, которые существенно дороже, о чем уже говорилось ранее, и микроконтроллеры, которые из-за программного способа реализации алгоритмов медленнее ПЛИС. Микросхемы программируемой логики являются одним из наиболее мощных и гибких инструментов для построения цифровых схем. Удобные и доступные системы проектирования позволяют разработчику создавать свои собственные приборы и устройства при минимальных затратах времени и средств. Большинство пояснений представлено на канале видеохостинга https://www.youtube.com/c/PLISOVOD Также ссылки на соответствующие ролики будут находиться по ходу изложения материала в тексте данного практикума.