Pagina documente » Politehnica » Utilizarea circuitelor logice programabile in implementarea unor functii de masurare

Despre lucrare

lucrare-licenta-utilizarea-circuitelor-logice-programabile-in-implementarea-unor-functii-de-masurare
Aceasta lucrare poate fi descarcata doar daca ai statut PREMIUM si are scop consultativ. Pentru a descarca aceasta lucrare trebuie sa fii utilizator inregistrat.
lucrare-licenta-utilizarea-circuitelor-logice-programabile-in-implementarea-unor-functii-de-masurare


Cuprins

Cuprins
CAPITOLUL I. Introducere 1
CAPITOLUL II. Circuite logice programabile 3
II.1. Introducere in PLD 3
II.1.1. Viziune de ansamblu 3
II.1.2. Tehnici utilizate in realizarea CLP 5
II.1.2.1. Perfectionarea CMOS 5
II.1.2.2. Tehnologii Bipolare 7
II.1.2.3. BiCMOS 7
II.1.2.4. GaAs 8
II.1.3. Tipuri de dispozitive logice programabile 9
II.1.3.1. Reconfigurarea prin metode electrice 10
II.1.3.2. Consum de putere scazut 10
II.1.3.3. Consum de putere nul (Zero standby) 11
II.2. CPLD 12
II.2.1. Blocul functional 13
II.2.2. Macrocelula 14
II.2.3. Blocurile configurabile de intrare/iesire (IOB) 15
II.2.4. Avantajele circuitelor PLD fata de alte circuite 16
II.3. FPGA. Circuitele XC4000 fabricate de XILINX 19
II.3.1. Descrierea structurii interne 20
II.3.2. Descrierea functionala 20
II.3.2.1. Blocurile logice configurabile (CLB) 21
II.3.2.2. Blocurile de intrare/iesire (Input/Output Blocks-IOBs) 23
II.3.2.3. Interconexiunile programabile 25
II.4. Furnizori importanti 31
II.5. Descrierea clasei de circuite MAX 35
II.5.1. Descrierea generala 35
II.5.2. Descrierea functionala 36
II.5.2.1. Aria de blocuri logice 36
II.5.2.2. Macrocelula 37
II.5.2.3. Termenii produs expandati 39
II.5.2.4. Aria de conexiuni programabile - PIA 39
II.5.2.5. Blocurile de control I/O (I/O Control Blocks) 40
II.5.2.6. Programarea circuitului In-System ISP 41
II.5.2.7. Controlul programarii vitezei si puterii consumate 41
II.5.2.8. Interfata I/O multivolt (MultiVolt I/O Interface) 42
II.5.2.9. Securizarea proiectului 42
II.6. Descrierea clasei de circuite FLEX 43
II.6.1. Descrierea generala 43
II.6.2. Descrierea functionala 44
II.6.2.1. Blocurile de arii incorporate EAB (Embedded Array Block) 46
II.6.2.2. Modurile de operare ale LE 49
II.6.2.3. Pista de interconexiuni FTI (FastTrack Interconnect) 51
II.6.2.4. Elementul Intrare/Iesire 52
II.6.2.5. Configurarea circuitului 53
II.7. Software de programare a CPLD. MAX+PLUS II 54
II.7.1. Imagine de ansamblu 54
II.7.2. Modelarea datelor de intrare in vederea proiectarii 56
II.7.3. Aplicatiile MAX+PLUS II 58
II.7.3.1. Editorul grafic MAX+PLUS II 59
II.7.3.2. Editorul de simboluri MAX+PLUS II 60
II.7.3.3. Editorul de texte MAX+PLUS II 61
II.7.3.4. Editarea formelor de unda cu MAX+PLUS II 62
II.7.3.5. MAX+PLUS II Floorplan Editor 63
II.7.4. Megafunctii, macrofunctii si functii primitive 63
II.7.4.1. Functiile primitive 63
II.7.4.2. Megafunctiile 64
II.7.4.3. Vechile macrofunctii 64
II.7.4.4. Concluzie 64
II.7.5. Limbaje de configurare a circuitelor logice programabile 65
II.7.5.1. Introducere 65
II.7.5.2. VHDL 66
II.7.5.3. VERILOG 71
II.7.6. Programarea circuitelor CPLD 78
CAPITOLUL III. Filtre numerice 79
III.1. Introducere 79
III.2. Clasificari ale filtrelor numerice 81
III.3. Filtre Numerice cu Raspuns Finit la Impuls (FIR) 85
III.3.1. Generalitati 85
III.3.2. Metode de proiectare 87
III.3.2.1. Proiectarea bazata pe utilizarea ferestrelor de ponderare 87
III.3.2.2. Metoda Seriilor Fourier 89
III.3.2.3. Metoda esantionarii in frecventa 90
III.3.2.4. Metoda optimizarii 92
III.4. Filtre numerice cu Raspuns Infinit la Impuls (IIR) 95
III.4.1. Generalitati 95
III.4.2. Tehnici de proiectare 97
III.4.2.1. Metoda invariantei impulsului 98
III.4.2.2. Metoda transformatei biliniare 101
III.5. Tipuri de filtre analogice prototip 103
III.5.1. Filtrul Butterworth 103
III.5.2. Filtrul Cebisev 104
III.5.3. Filtrul eliptic 105
III.6. Elemente de aritmetica numerelor in virgula mobila 107
III.6.1. Introducere 107
III.6.2. Sisteme de numeratie. Reprezentarea numerelor. 107
III.6.3. Reprezentarea in virgula mobila 108
III.6.4. Standardul IEEE754 110
III.6.4.1. Formate 110
III.6.4.2. Rotunjirea 111
III.6.4.3. Valori speciale 111
III.6.4.4. Operatii 112
III.6.4.5. Terminologia folosita in legatura cu erorile de calcul 112
CAPITOLUL IV.
Realizarea practica a unui filtru de tip IIR cu CLP 114
IV.1. Descrierea schemei bloc sub forma canonica 114
IV.1.1. Descrierea generala a IIR 114
IV.1.2. Descrierea functionala a IIR 114
IV.1.2.1. Structura formei directe 115
IV.1.2.2. Structura in cascada 116
IV.1.2.3. Structura paralela 116
IV.2. Programarea in MAX+PLUS II a filtrului 117
IV.2.1. Proiectarea filtrului 117
IV.2.2. Obtinerea coeficientilor 118
IV.3. Descrierea blocurilor componente 122
IV.3.1. Adunarea datelor 125
IV.3.2. inmultirea datelor 130
IV.3.2. Normalizarea datelor 133
CAPITOLUL V. Concluzii 138
ANEXA 140
Bibliografie 144
Cuprins

EXTRAS DIN DOCUMENT

?II. Circuite Logice Programabile Introducere in PLD?CAPITOLUL I

Introducere

Masurarea reprezinta una din operatiile esentiale din cadrul unui proces industrial. De calitatea masurarii depind atat calitatea produsului final al procesului, cat si precautiile ce trebuie luate in vederea evitarii functionarii anormale a procesului si impiedicarii aparitiei unor evenimente neplacute.

Elementele procesului de masurare (mijloacele, metodele, unitatile de masura si etaloanele) au suferit in decursul evolutiei cunoasterii umane profunde transformari si au tinut intotdeauna pasul cu progresul tehnologic.

In ultimii 50 de ani, instrumentele de masurat au evoluat atat in flexibilitate cat si ca posibilitate de a fi integrate in computere sau in sisteme complexe mai mari. In prima generatie erau preponderente instrumentele de masurat analogice, controlate manual prin folosirea unor butoane de pe panoul frontal. Masuratorile facute cu aceste instrumente sunt inregistrate manual, iar utilizatorul are posibilitatea de a adauga functii noi sau de a modifica modul de prezentare a rezultatelor.

Inventarea tehnicilor digitale a reprezentat un pas urias in dezvoltarea instrumentelor de lucru in ansamblu si a celor de masura in particular. In prezent, majoritatea functiilor unui proces de masura pot fi implementate utilizand tehnici digitale. Exceptie fac functiile de interfata a mijlocului de masurare cu marimea de masurat, care in general are caracter continuu si sunt necesare componente analogice.

In ultimul deceniu, data fiind spectaculoasa dezvoltare a retelelor de calculatoare cu apogeul lor Internetul, s-a pus tot mai mult problema transmiterii la distanta a rezultatelor masurarii si chiar realizarea de comenzi utilizand aceste retele. S-a adaugat astfel o functie care in cazul instrumentelor clasice analogice era foarte greu sau chiar imposibil de realizat: transmiterea la distanta a informatiei de masura fara pierderi. In aceasta privinta, configuratiile legaturilor si ale interfetelor de comunicare joaca un rol

esential in obtinerea unor rezultate de calitate. S-au dezvoltat astfel conceptele de masurari distribuite si instrumentatie virtuala care, in virtutea faptului ca intreg procesul de masurare este condus si controlat prin programe de calculator, ofera o extraordinara flexibilitate si precizii remarcabile. Utilizatorul isi cladeste un sistem cu mai multe instrumente, interfatate cu un computer PC, pe care le citeste secvential pentru a-si efectua masuratorile aplicatiei.

La ora actuala se utilizeaza combinatii de instrumente numerice programabile de sine statatoare controlate de calculator, cu instrumente ce sunt incorporate in calculator prin utilizarea de cartele aditionale si software adecvat. Generatia curenta ofera mai multa flexibilitate si performanta datorita faptului ca instrumentul este construit ca parte componenta a calculatorului, ceea ce face ca puterea de calcul si de prezentare a datelor sa poata fi folosite in operatia de masurare.

La nivelul componentelor hardware ale mijloacelor de masurare, electronica este folosita aproape exclusiv in aparatura de masura moderna. S-au facut numeroase progrese si in acest sens, datorita avansului tehnologic in microelectronica. In prezent, intregul instrument de masura poate fi integrat intr-un singur chip, beneficiind de avantajul producerii in serie mare si a reducerii semnificative a costului. Singurul dezavantaj il reprezinta faptul ca functiile de masura, odata implementate in chip, nu mai pot fi schimbate, determinand astfel o foarte redusa flexibilitate in utilizarea aparatului.

Proiectul de fata isi propune sa prezinte cateva posibilitati de implementare a unor functii de masurare utilizand circuitele logice programabile si sa analizeze avantajele si dezavantajele ce decurg din utilizarea acestor dispozitive in aparatura de masura.

In primele 3 capitole se prezinta in amanunt structurile existente la momentul actual pe piata, cu particularitatile lor constructive, iar in capitolul al 4-lea este descris modul cum a fost implementata o functie de filtrare numerica de tip RII pe un CPLD de tip Flex produs de firma Altera. Programarea circuitului s-a realizat prin interfata grafica a programului Max+Plus II.

CAPITOLUL II

Circuite logice programabile

II.1. Introducere in PLD

II.1.1. Viziune de ansamblu

Este bine cunoscut ca pentru a proiecta un sistem digital, in afara de microprocesoare si microcontrolere mai sunt necesare si alte dispozitive cum ar fi portile logice si circuitele SSI (Small Scale Integration), MSI (Medium Scale Integration) sau VLSI (Very Large Scale Integration). De asemenea pentru a testa astfel de sisteme, intrarile si iesirile lor trebuie sa fie conectate prin switch-uri, generatoare de frecventa, LED-uri etc. Acest lucru nu numai ca transforma proiectarea intr-un proces complicat, dar conduce la cheltuieli ridicate si necesita mult timp. Mai mult, este dificil sa proiectam un sistem nou, utilizand parti ale proiectelor anterioare sau placi imprimate utilizate in sistemele digitale realizate anterior.

Metodele traditionale, cum ar fi tabelele de adevar, minimizarile si toate celelalte calcule pe care noi le putem realiza, de cele mai multe ori conduc la erori cu totul neasteptate. Exista totusi o modalitate care imbunatateste considerabil proiectarea sistemelor digitale si, desi aceasta nu este foarte diferita de celelalte modalitati clasice, totusi cu ajutorul ei se poate ajunge la rezultatele dorite mult mai usor, intr-un timp mai scurt si cu costuri mai mici. Aceasta metoda foloseste si ea calcule manuale, ca de exemplu tabele de adevar sau diagrame de stari, insa confera posibilitatea de a verifica proiectul detaliat utilizand simularea software in asa fel incat in final proiectul devine functional. Daca rezultatele simularii sunt cele dorite, circuitul proiectat este bun. Însa, daca la acest pas exista erori, circuitul nu trebuie reproiectat si nici nu trebuie construit o placa experimentala pentru a gasi erorile. Proiectul digital este de fapt implementat printr-un software special in circuitele logice care au o structura interna configurabila,

la fel ca o memorie si aceasta structura poate fi modificata sau complet reproiectata in orice moment fara a modifica in nici un fel legaturile externe.

Circuitele logice care au o structura interna ce poate fi modificata in concordanta cu un fisier de configurare se numesc Dispozitive Logice Programabile (Programmable Logic Devices - PLD). Aceste circuite folosesc un software special pentru conexiuni si pentru implementarea functiilor logice in interiorul structurii integrate si astfel alcatuiesc proiectul digital dorit.

Ustensilele de proiectare ofera posibilitatea unei utilizari a resurselor hardware intr-un mod eficient fara chinul programarii manuale. Implementarea proiectului poate fi realizata printr-o schema sau prin limbaje de programare care utilizeaza un editor de text accesibil. Indiferent de metoda utilizata, performantele circuitului pot fi verificate, chiar si din punct de vedere al raspunsului in timp al circuitelor integrate. Dupa aceea proiectul este incadrat in circuit pentru a putea fi configurat. Astfel eliminarea erorilor se reduce la corectarea schemelor sau a programului introdus.

Fig.2.1.

În figura de mai jos este prezentat un grafic care reprezinta raporturile dintre costurile fiecarei clasa de circuite. Aprecierea costurilor este mai dificil de facut intrucat acestea se reduc in mod continuu.

Se prezinta in continuare timpul necesar producerii unor anumite tipuri de circuite:

Anul

Arii de Porti

Celule Standard

Circ.Specializate

1986