ELETRÔNICA DIGITAL Tutorial Quartus II
Este tutorial explica aspectos básicos da simulação com o software Quartus II. Iniciaremos apresentando o software de simulação. A versão do Quartus a ser utilizada é a 9.1 SP2 da Altera. 1. Familiarizando-se com o QUARTUS II.
1.1 Abra o software Quartus II. A Janela da figura 1 aparece.
Fig. 1. Janela principal do Quartus II.
1.2. Criação de um novo projeto. Para criar um novo projeto, no qual serão colocados todos os
arquivos de simulação, esquemáticos, etc, execute a seqüência de comandos mostrados a seguir, e também indicados na seguinte figura.
File New
A seguinte caixa de diálogo aparece. Escolha a opção Block Diagram/ Schematic File, tal como indicado (fig. 3). Uma janela para a entrada de esquemáticos é aberta. É nessa janela que serão editados os diferentes esquemáticos.
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Fig. 2. Criação de um novo projeto.
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Fig. 4. Janela para entrada de esquemáticos.
A seguir, nomeie o arquivo que vai ser editado atribuindo um nome específico. Ao se designar um nome, o programa pede que seja informado o nome do projeto e do próprio esquemático. Use a seguinte seqüência de comandos, conforme a figura 5:
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Fig. 5. Atribuindo um nome ao arquivo.
Atribua um nome como indicado na figura 6, em um diretório criado no desktop do computador.
ELETRÔNICA DIGITAL Responda sim a pergunta que aparece na caixa da figura 7.
Fig. 7. Criação do projeto. A janela seguinte é apresentada.
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Na caixa: What is the name of the Project?, escreva o nome do projeto (neste exemplo, DeMorgan). Neste exemplo, nomeie com indicado na figura 9. A última caixa será preenchida automaticamente com o mesmo nome.
Fig. 9. Atribuindo nome a projeto e ao arquivo de edição de esquemáticos.
É possível que o nome do diretório de trabalho não exista. Neste caso, responda sim quando o programa solicitar o nome do diretório. Clique no botão next repetidamente, até que a tela da figura 10 seja mostrada:
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Fig.10. Listagem da estrutura do projeto criado.
A figura 10 mostra o nome do diretório de trabalho, o nome do projeto que foi criado, neste caso DeMOrgan, e o nome do esquemático que você estará criando. Usaremos esta estrutura de criação de projetos neste e nos próximos laboratórios. Neste primeiro exemplo, o nome do esquemático é DeMorgan, visto que utilizaremos os teoremas de DeMorgan como exemplo.
Obs: O nome da família ALTERA e o nome do dispositivo, que aparecem na figura, foram
selecionados automaticamente. Esses nomes correspondem ao hardware específico da ALTERA que você utilizaria, caso fosse programar o mesmo (baixar o programa para o dispositivo lógico progranmável). Por enquanto, utilizaremos o dispositivo selecionado automaticamente pela ALTERA.
Clique no botão finish para terminar de criar o projeto.
2. Acrescentando as portas lógicas no esquemático.
Clique no ícone representando uma porta AND (figura 11). Esse ícone representa a ferramenta para a captura de símbolos.
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Fig. 11. Comandos de menu gráficos.
Dentro do subdiretório primitives, encontra-se o subdiretório logic. Neste último se encontram os diferentes símbolos de portas lógicas que você usará.
Fig. 12. Ilustração da estrutura de diretórios para a escolha de portas lógicas.
Insira uma porta nor de duas entradas (nor2). Para inserir os pinos de entrada e de saída, dentro da categoria primitives, navegue até encontrar o subdiretório pin (ou escreva na caixa ENTRADA o termo input ou output). Acrescente os pinos de entrada e de saída. Renomeie os pinos com as letras
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x e y para pinos de entrada e a letra z para o pino de saída. Seu desenho deve ser similar ao da
figura 13: Para unir dois pontos, basta posicionar o mouse sobre um ponto e arrasta-lo até o ponto desejado.
Fig. 13. Esquemático utilizado para a demonstração do teorema de DeMorgan.
A seguir, é feita a verificação do arquivo e a compilação do mesmo (save & check), e save & compile.
Fig. 14. Ilustração de comandos para salvar e compilar o desenho.
A linha violeta une os dois pontos
ELETRÔNICA DIGITAL 3. Criando os diagramas de tempo para simulação. Abra o simulador como mostrado na figura
Fig. 15. Sequência de comandos para abrir o editor de formas de onda. A seguinte janela aparece. Clique em open como mostrado. Clique em open.
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O editor de forma de ondas aparece como ilustrado a seguir (figura 17):
Fig. 17. Interface gráfica do editor de forma de ondas.
Visto que o projeto já foi verificado, salvo e compilado, o editor de forma de ondas pode reconhecer os sinais que foram criados. Siga a sequência de comandos ilustrados nas seguintes figuras. Observe que deve ser clicado duas vezes no campo mostrado na figura anterior.
Clique em node finder:
Fig. 18. Sequência de comandos para a exibição no editor de formas de onda dos sinais que foram criados no
esquemático (cont.). Clique duas
vezes neste campo
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Na janela que aparece (figura 19) certifique-se que a caixa filter esteja preenchida com Pins:all. Clique no botão list. Todas as variáveis (sinais) aparecem listadas na caixa, do lado esquerdo da janela. Clique na seta dupla indicada na figura para colocar todas as variáveis na caixa da direita tal como mostrado. Clique em OK.
Fig. 19. Seqüência de comandos para a exibição no editor de formas de onda dos sinais que foram criados no
esquemático (cont.).
Agora, todas as variáveis aparecem no diagrama de tempo. O passo seguinte é editar esse diagrama para inserir os eventos de tempo como você desejar. Execute os seguintes comandos (figura 20a e 20b) para definir a base de tempo a ser utilizada.
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Fig. 20a. Comandos usados para definir a base de tempo.
Escreva o tempo total desejado para a simulação, definido em ns (nano segundos), us (micro segundos), ou ms (mili segundos).
Fig. 20b. Definição da base de tempo da simulação.
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Fig. 21. Comandos para a definição do intervalo de simulação.
ELETRÔNICA DIGITAL Neste exemplo, uma duração de 5 ms foi escolhida.
Ajuste o diagrama de tempo na tela com o comando fit window (o botão direito sobre o diagrama de tempo trará o comando zoom e fit window).
Edite os intervalos para estabelecer passos de 1 ms, conforme ilustrado na figura 22.
Fig. 22. Modificação da grade para melhor visualização do diagrama de tempo.
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Fig. 23. Botão de menu para a edição das formas de onda.
Clique no sinal x e depois no botão de edição das ondas de tempo. Repita para o sinal y. Tente introduzir o padrão de tempo como indicado a seguir (figura 24):
Fig. 24. Diagrama de tempo obtido depois da edição das formas de onda. Pronto!!!. A simulação já pode ser executada.
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Execute os comandos da figura 25 (clique em start) para realizar a simulação.
Fig. 25. Comandos para executar a simulação.
Quando a simulação estiver completa, a janela da figura 26 aparece. Clique em report para trazer os resultados da simulação. Arranje a janela com o comando fit window para uma melhor visualização.
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Fig. 26. Resultado da simulação para a porta NOR de duas entradas. 4. Interpretação dos resultados.
4.1 Interprete os resultados da simulação. A simulação está correta? Guarde esse resultado em um
arquivo. Precisará dele posteriormente para comparação, quando o lado direito da igualdade do teorema de DeMorgan for simulado.
4.2 Agora que você já simulou, mude o esquemático da figura de forma a representar o outro lado
da igualdade do teorema de DeMorgan, ou seja, uma porta and com as duas entradas x e y complementadas.
4.3 Siga a sequência de passos ilustrada anteriormente para estabelecer as condições de simulação
adequadas para esta porta. Certifique-se de preservar os mesmos intervalos de tempo para uma melhor comparação.
4.4 Após verificado o teorema de DeMorgan, experimente mudar os eventos nos diagramas de
tempo dos sinais e observe os resultados.
4.5 Experimente mudar também o tempo de simulação, por exemplo, de 5 ms para 10 ms. Observe
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Verificação na Placa da ALTERA.
Para esta parte do tutorial, será utilizada a versão 11.1 da ALTERA. Baixe esta versão do site da ALTERA.
Tabém será necessário dispor do manual de usuário do KIT. Baixe da internet o manual veja o link abaixo):
https://www.intel.com/content/dam/altera-www/global/en_US/portal/dsn/42/doc-us-dsnbk-42-1404062209-de2-115-user-manual.pdf
As tabelas da pinagem do cyclone aparecem no manual a partir da página 36. Siga os seguintes passos:
1. Abra o projeto criado na versão 9.1 na versão 11.1. O procedimento ilustro a seguir é o projeto de um flip-flop tipo D, mas pode ser utilizado para qualquer circuito, incluindo o circuito mostrado acima neste tutorial.
2. Abra o circuito (ffd).
3. Nessa versão deverá trocar o chip cyclone pelo cyclone IV E. 4. No menu assignments, clique em device:
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Fig. 27(b). Ilustração da mudança de chip para o cyclone IV E.
A seguir, será descrita a verificação de um circuito no KIT DE2-115 da ALTERA. Para tal finalidade será utilizado o esquemático de um flip-flop tipo D com preset e clear (ver figura 28).
OBS: Este passo pressupõe que o esquemático do circuito foi criado e simulado na versão 9.1.
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Fig. 28. Circuito a ser verificado na placa DE2-115.
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Fig. 29. Abrindo o pin planner.
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Fig. 30. Associação dos pinos do circuito com os pinos do FPGA.
Escolha os pinos do FPGA para as entradas e saídas e escreva o código do pin que aparece nas tabelas do manual. O código deve ser escrito em frente ao nome do pino embaixo da aba location destacada na figura 30. Por exemplo, para o pino do relógio, CK, poderia se escolher o push button
KEY[0], que conforme a tabela corresponde com o pino PIN_M23 do FPGA. Completar a
associação dos pinos do circuito com os pinos do FPGA.
• Compilar o projeto.
• Fazer o download do projeto para o FPGA.
• Escolha: Tools > Programmer. A seguinte janela é aberta (janela do programador): Pinos do
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Fig. 31. Janela para transferência do circuito para o FPGA.
Ao termino da transferência, a janela Progress, destacada na figura mostra 100% de compilação. Nesse instante o circuito está pronto para ser verificado na placa.
