Тема: Программное и методическое обеспечение лабораторного комплекса по дисциплине «Проектирование цифровых устройств»

В связи с появлением программируемых логических интегральных схем (ПЛИС) начали широко использоваться soft-процессоры. Такие процессоры удобны в разработке и использовании, поскольку все процессы и элементы прописываются программно и легко записываются на отладочные платы, в составе которых расположены ПЛИС и необходимые периферийные устройства. В связи с этим было решено на уровне кафедры «Инфокоммуникацион- ные технологии» внедрить в учебный процесс комплекс лабораторных работ по дисциплине «Проектирование цифровых устройств», посвященных изучению и модификации микропроцессорной системы, реализуемой на ПЛИС.
При разработке собственного программного и методического обеспечения были учтены возможности и особенности разработанных ранее моделей.
Были рассмотрены работы других ВУЗов и сделаны выводы о составе, структуре и периферии разрабатываемого лабораторного комплекса.
При изучении разработанных ранее моделей были рассмотрены методические указания НГТУ по курсу «Схемотехническое проектирование с помощью программируемых логических интегральных схем» [1]. В данном цикле лабораторных работ изучается построение цифровых схем на ПЛИС MAX II с помощью САПР Quartus II. На примере этих методических указаний можно убедиться, что идея выбрать основой лабораторного стенда ПЛИС рациональной, поскольку микросхемы программируемой логики являются одним из наиболее мощных и гибких инструментов проектирования цифровых схем. Однако в данном лабораторном комплексе не ставилась целью отработка навыков программирования на языках описания аппаратуры интегральных схем.
Другим примером выполнения лабораторного комплекса по смежной теме стали методические указания по дисциплине «Проектирование аппаратно-программных средств» БНТУ [1]. В данном комплексе основной задачей ставится ознакомление с принципами и способами проектирования цифро- 5
вых схем на основе ПЛИС на языке VHDL. В этой работе, по сравнению с предыдущей, изучаются основы языка описания аппаратуры VHDL. В данной дипломной работе идея ознакомления с базой цифровой схемотехники модернизируется до уровня изучения простой микропроцессорной системы, что позволит студентам ближе изучить более сложные модели построения цифровых схемотехнических моделей.
Два рассмотренных далее методических указания основываются на уже готовых микропроцессорных системах серии КР580. Эти лабораторные комплексы разработаны для дисциплин «Микропроцессорные средства автоматизации» и «Микропроцессорные устройства автоматики» КемТИПП [3] и СибАДИ [4]. Относительно разрабатываемого в дипломной работе лабораторного комплекса, данные работы сделаны на изготовленных микропроцессорных системах, что не позволяет студентам наглядно изучить устройство этих систем.
Помимо этого, создание собственной модели комплекса было обусловлено тем, что уже имеющиеся на кафедре модели не могли позволить программную работу того уровня, который требуется для студентов выбранной специальности и направления.
Разработка учебного микропроцессорного комплекса базируется на работе, в которой использовался стенд ОАВТ и сменная плата и изучались принципы работы арифметико-логического устройства. Недостатками такого стенда является его высокая габаритность, трудоёмкость выполнения работы и ручное устройство управления. Также на данном стенде не удастся реализовать задачи проектирования на программном языке VHDL, который изучается по выбранному типу специальности.
В целях всего перечисленного выявилась необходимость более современного, функционального и удобного оборудования для изучения учебного микропроцессорного комплекта на базе программируемых логических интегральных схем (ПЛИС).
В данной дипломной работе описывается микропроцессорная система на основе ПЛИС MAX II фирмы Altera. Подробно предоставляется информация о характеристиках микропроцессора и периферийных устройств, расположенных на отладочной плате. Описывается система команд, реализуемых на микропроцессоре. На основе микропроцессорной системы разрабатывается цикл лабораторных работ, основанный на знаниях, полученных студентами при изучении дисциплины «Проектирование цифровых устройств». Структура лабораторных работ предоставляет студенту на практике изучить простую микропроцессорную систему, а также модифицировать систему команд и код самого soft-процессора. В конце пояснительной записки подводятся итоги, содержащие в себе сведения об актуальности разработки и внедрения в учебный процесс комплекса лабораторных работ, а также перспективы развития описанной микропроцессорной системы.

Купить

В результате выполнения дипломной работы было разработано программное и методическое обеспечение лабораторного комплекса по дисциплине «Проектирование цифровых устройств» предназначено для использования в составе лабораторного стенда на базе отладочной платы ПЛИС MAX II EPM1270F256C5 фирмы Altera при проведении лабораторных работ.
Лабораторный цикл включает в себя три работы, каждая из которых постепенно позволяет студентам отработать ряд навыков, связанных с программируемой логикой и с языком описания аппаратуры. Комплекс лабораторных работ нацелен на практическое изучение таких аспектов, как:
- структура микропроцессорной системы;
- язык низкого уровня микропроцессора;
- язык описания аппаратуры VHDL;
- программная модификация логических элементов на языке VHDL.
Кроме того, одно из основных назначений данного курса работ - подробное изучение работы микропроцессорной системы на простом примере. Такая система позволяет наглядно проследить методику работы процессора, понять фундаментальные основы разработки более сложных моделей микропроцессорных систем.
Так как микропроцессорная система была разработана для учебного процесса, микропроцессор ограничивается набором из шестнадцати команд, среди которых отсутствуют команды перехода и прерываний.
Если применение лабораторного комплекса окажется достаточно эффективным, впоследствии он может быть подвержен модернизации. Это не представит проблем, поскольку микропроцессорная система была разработана программно. Перспективы усложнения процессора довольно обширны. Внутри программного автомата может быть расширена система команд. В таком случае можно будет реализовать команды условного перехода, безусловного перехода, команды прерываний. Кроме того, можно модернизировать арифметико-логическое устройство, добавив побитовые операции, отрицательные значения, добавить флаг отрицательных значений.
Таким образом, в учебном процессе по дисциплине «Проектирование цифровых устройств» появился новый, усовершенствованный комплекс лабораторных работ, позволяющий студентам на практике изучить и частично модифицировать микропроцессорную систему, реализованную на основе ПЛИС.

Купить