ЗМІСТ

ВСТУП 2

РОЗДІЛ 1 АНАЛІЗ ПРЕДМЕТНОЇ ОБЛАСТІ ТА ПОСТАНОВКА ЗАДАЧІ 4

1.1 Загальні відомості про логічні інтегральні схеми 4

1.2 Програмовані логічні інтегральні схеми 6

1.2.1 Класифікація програмованих логічних пристроїв 6

1.3 SPLD (Прості PLD) 7

1.4 Пристрій CPLD 10

1.5. Пристрій FPGA 13

1.6 Основи периферійного сканування JTAG 16

1.7 Граф машини станів контролера TAP (Test Access Port) 18

ВСТУП

Головне завдання промисловості в динамічному, пропорційному розвитку суспільного виробництва і підвищення його ефективності, прискорення науково-технічного прогресу (НТП), зростання продуктивності праці, поліпшення якості продукції.

Швидке зростання існуючих і поява нових галузей промисловості викликає, в свою чергу, необхідність подальшого розвитку системи вищої освіти, підвищення якості підготовки молодих фахівців для всіх галузей промислового виробництва.

При цьому все чіткіше на перший план виступає потреба в підготовці не просто хороших фахівців, що володіють тією чи іншою певною мірою знань, а насамперед людей, які вміють творчо мислити, здатних швидко адаптуватися до безупинно мінливих вимог НТП.

Таким чином, завдання підготовки висококваліфікованих кадрів, озброєних сучасними знаннями, практичними навичками, є однією з найважливіших задач на даному етапі. Тому зараз, як ніколи гостро, відчувається необхідність докладання максимальних зусиль для вдосконалення змісту навчання, засобів і методів підготовки фахівців.

Одним з напрямків, за яким має йти це вдосконалення, є розвиток і зміцнення матеріально-технічної бази навчального закладу. Сюди відносяться, в першу чергу, широке впровадження технічних засобів навчання, оснащення лабораторій і кабінетів новітнім обладнанням та приладами, модернізація лабораторних стендів і макетів, з урахуванням останніх досягнень науки і техніки на сучасній компонентної бази.

Виконання студентами лабораторних робіт є важливим засобом більш глибокого засвоєння і вивчення навчального матеріалу, а також придбання практичних навичок з експериментального дослідження та поводження з радіовимірювальних приладів.

У дипломному проекті спроектовано і розглянуто лабораторний навчальний стенд на основі програмованих логічних інтегральних схем (ПЛІС). Коротко розглянута теорія по ПЛІС. Наведено і описана структурна схема стенда.

Розділ 1 аналіз предметної області та постановка задачі

1.1 Загальні відомості про логічні інтегральні схеми

Головним напрямком розвитку сучасної мікроелектроніки є створення однокристальних систем (SOC- System On Chip). Такі системи значно підвищують надійність, знижують енергоспоживання та вартість складних електронних приладів. Основними досягненнями в цій галузі є три типи однокристальних систем: мікроконтролери, спеціалізовані надвеликі інтегральні схеми (НВІС) та програмовані логічні інтегральні схеми (ПЛІС).

ПЛІС – це інтегральні мікросхеми, які складаються з програмованої або фіксованої матриці І, програмованої або фіксованої матриці АБО та так званих макрокомірок. Макрокомірки, як правило, складаються з тригера, тристабільного буфера та схеми ВИКЛЮЧАЮЧЕ АБО.

Історія розвитку програмованої логіки починається з появою програмованих постійних запам’ятовуючих пристроїв (ППЗП – Programmable Read Only Memory – PROM). Спочатку PROM використовувались виключно для зберігання даних, пізніше їх стали використовувати для реалізації логічних функції. Незручність використання PROM полягає у тому, що логічні функції перед записом необхідно приводити до довершеної диз’юнктивної нормальної форми (ДДНФ).

Спеціально для реалізації систем логічних функцій великої кількості змінних були розроблені програмовані логічні матриці (ПЛМ – Programmable Logic Arrays – PLA).

Удосконалення архітектури PLA призвело до появи програмованих матриць логіки (ПМЛ – Programmable Arrays Logic – PAL).

ППЗП, ПЛМ, ПМЛ розрізняють тим, яка з матриць І або АБО програмована, а яка фіксована:

ППЗП – матриця АБО програмована,а матриця І запрограмована при виготовленні на функцію повного дешифратора;

ПМЛ – матриця І програмована, матриця АБО має фіксоване налаштування;

ПЛМ – програмуються обидві матриці.

В даному дипломному проекті розглянуто процес проектування однокристальних систем на ПЛІС, які широко використовуються для швидкого створення цифрових систем різного призначення, особливо у випадку одиничного та малосерійного виробництва.

Фірма Xilinx, одна із провідних світових виробників ПЛІС, надає розробникам широкий спектр кристалів з різною технологією виробництва, ступенем інтеграції, архітектурою, швидкодією, споживаною потужністю й напругою живлення, що випускають у різних типах корпусів в декількох варіантах виконання, в тому числі промислове, військове й радіаційно стійке .

Переваги ПЛІС у порівнянні з «непрограмованою логікою»:

– висока швидкодія;

– можливість перепрограмування безпосередньо в системі;

– високий ступінь інтеграції, що дозволяє розмістити цифровий пристрій в одному кристалі й тим самим знизити час і витрати на трасування й виробництво друкованих плат;

– скорочення циклу розробки й виробництва;

– наявність потужних інструментальних САПР, що дозволяють усунути можливі помилки в процесі проектування пристроїв;

– порівняно низька вартість (у перерахуванні на один логічний вентиль);

– можливість подальшої реалізації проектів ПЛІС для серійного виробництва у вигляді замовлених НВІС, що дозволяє значно знизити їхню вартість.

Також розглянуто повний цикл розробки дискретних пристроїв на ПЛІС фірми Xilinx у вільно розповсюджуваному пакеті Webpack.