Compuerta OR-Exclusiva y descripción estructural. Oscar Alvarado Nava. 16-Primavera, mayo de 2016

Transcripción

1 Diseño Lógico Compuerta OR-Exclusiva y descripción estructural Oscar Alvarado Nava oan@correo.azc.uam.mx Departamento de Electrónica División de Ciencias Básicas e Ingeniería Universidad Autónoma Metropolitana, Unidad Azcapotzalco 16-Primavera, mayo de 2016 Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco Compuerta OR-Exclusiva y descripción estructural 1/36

2 Contenido Compuerta OR-Exclusiva 1 Compuerta OR-Exclusiva Función lógica 2 Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco Compuerta OR-Exclusiva y descripción estructural 2/36

3 Disyunción inclusiva Compuerta OR-Exclusiva Función lógica Una disyunción lógica simbolizada como (disyunción inclusiva) entre dos proposiciones es un conector lógico cuyo valor de la verdad resulta en falso sólo si ambas proposiciones son falsas, y en cierto de cualquier otra forma Esta disyunción lógica se conoce como OR y sigue la siguiente tabla de verdad x y f Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco Compuerta OR-Exclusiva y descripción estructural 3/36

4 Disyunción exclusiva Compuerta OR-Exclusiva Función lógica La disyunción exclusiva simbolizada como es un tipo de disyunción lógica de dos operandos que es verdad si solo un operando es verdadero pero no ambos Esta disyunción lógica se conoce como OR-Exclusiva o XOR y sigue la siguiente tabla de verdad x y f Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco Compuerta OR-Exclusiva y descripción estructural 4/36

5 Tabla de verdad de la XOR Función lógica x y f La función lógica XOR será verdadera si una, y solo una de las entradas es verdadera La función lógica XOR será falsa si ambas variables son falsas o si ambas variables son verdaderas Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco Compuerta OR-Exclusiva y descripción estructural 5/36

6 Otros usos de la XOR Función lógica x y f La XOR también representa la función de la desigualdad, es decir, la salida es verdadera si las entradas no son iguales, de otro modo el resultado es falso La XOR también se puede ver como adición módulo 2 (sin acarreo de salida) Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco Compuerta OR-Exclusiva y descripción estructural 6/36

7 Ecuación de Boole de la XOR Función lógica x y f Si se toman los minitérminos de la tabla de verdad se tiene f (x, y) = m(1, 2) La ecuación de Boole resultante es f (x, y) = x y + x y Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco Compuerta OR-Exclusiva y descripción estructural 7/36

8 Función lógica Implementación de la funcionalidad XOR Utilizando la representación en compuertas de las funciones lógicas básicas (AND, OR y NOT) se puede construir la compuerta lógica XOR Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco Compuerta OR-Exclusiva y descripción estructural 8/36

9 Función lógica Circuito lógico de la funcionalidad XOR Ecuación de Boole f (x, y) = x y + x y x y f Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco Compuerta OR-Exclusiva y descripción estructural 9/36

10 Símbolo de la compuerta XOR Función lógica Debido al uso extensivo de esta funcionalidad, se le asignó un símbolo para representarlo en circuitos lógicos a través de compuertas x y f Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco Compuerta OR-Exclusiva y descripción estructural 10/36

11 Tipos de descripción Compuerta OR-Exclusiva La función XOR se puede describir a través del lenguaje VHDL de tres formas Por medio del operador lógico xor Por medio de una ecuación concurrente con operadores básicos not, and, or Por medio del alambrado de compuertas lógicas descritas previamente: descripción estructural Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco Compuerta OR-Exclusiva y descripción estructural 11/36

12 Consideraciones Compuerta OR-Exclusiva Para todos los casos la entidad será la misma El nombre de la entidad compxor2 Dos puertos de entrada x y y y un puerto de salida f Debido a que la entidad será la misma y lo único que cambiaremos en cada versión será la funcionalidad, el circuito de pruebas test bench será el mismo para todas las versiones Las versiones de operador y sentencia concurrente, se analizarán y enlazarán los archivos compxor2.vhdl y tb compxo2.vhdl Para la versión estructural será necesario analizar y enlazar compnot1.vhdl, compor2.vhdl, compand2.vhdl, compxor2.vhdl y tb compxor2.vhdl Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco Compuerta OR-Exclusiva y descripción estructural 12/36

13 Directorios de trabajo o proyectos Crearemos un directorio general llamado xor donde se colocarán las versiones Subdirectorio op contendrá la versión hecha por el operador Subdirectorio sc contendrá la versión hecha por una sentencia concurrente Subdirectorio es contendrá la versión hecha de manera estructural Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco Compuerta OR-Exclusiva y descripción estructural 13/36

14 Entidad de una compuerta compxor2 x y compxor2 f 1 -- Diseno Logico, Oscar Alvarado Nava 2 -- Compuerta XOR de dos entradas 3 entity compxor2 is 4 port ( 5 x:in bit ; 6 y:in bit ; 7 f: out bit 8 ); 9 end entity compxor2 ; Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco Compuerta OR-Exclusiva y descripción estructural 14/36

15 Descripción a través del operador xor 1 -- Diseno Logico, Oscar Alvarado Nava 2 -- Compuerta XOR de dos entradas. Archivo : compxor2. vhdl 3 entity compxor2 is 4 port ( 5 x:in bit ; 6 y:in bit ; 7 f: out bit 8 ); 9 end entity compxor2 ; architecture beh of compxor2 is 12 begin sentencia concurrente utilizando el operador xor 15 f <= x xor y; end architecture beh ; Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco Compuerta OR-Exclusiva y descripción estructural 15/36

16 Esquema del test bench tb_compxor2 botonx botony x y compxor2 f ledf Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco Compuerta OR-Exclusiva y descripción estructural 16/36

17 Diagrama de tiempos Compuerta OR-Exclusiva 0ns 10ns 20ns 30ns 40ns 50ns 60ns 70ns 80ns botony botonx ledf Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco Compuerta OR-Exclusiva y descripción estructural 17/36

18 Descripción del test bench (1/2) 1 -- Diseno Logico, Oscar Alvarado Nava 2 -- test bench para compuerta XOR de dos entradas. Archivo : tb_compxor2. vhdl 3 entity tb_compxor2 is 4 end entity tb_compxor2 ; 5 6 architecture beh of tb_compxor2 is 7 component compxor2 is 8 port ( 9 x:in bit ; 10 y:in bit ; 11 f: out bit 12 ); 13 end component compxor2 ; 14 signal botonx : bit := 0 ; 15 signal botony : bit := 0 ; 16 signal ledf : bit ; begin 19 u0: compxor2 20 port map ( 21 x=>botonx, 22 y=>botony, 23 f=> ledf 24 ); Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco Compuerta OR-Exclusiva y descripción estructural 18/36

19 Descripción del test bench (2/2) 25 estimuloy : process --proceso para y 26 begin 27 wait for 10 ns; 28 botony <= 1 ; 29 wait for 10 ns; 30 botony <= 0 ; 31 end process estimuloy ; estimulox : process --proceso para x 34 begin 35 wait for 20 ns; 36 botonx <= 1 ; 37 wait for 20 ns; 38 botonx <= 0 ; 39 end process estimulox ; end architecture beh ; Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco Compuerta OR-Exclusiva y descripción estructural 19/36

20 Directorio de trabajo y edición oskr@kro: $ mkdir xor oskr@kro: $ cd xor oskr@kro: /xor$ mkdir op oskr@kro: /xor$ cd op oskr@kro: /xor/op$ gedit compxor2.vhdl oskr@kro: /xor/op$ gedit tb compxor2.vhdl Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco Compuerta OR-Exclusiva y descripción estructural 20/36

21 Análisis, enlazado, ejecución y resultados oskr@kro: /xor/op$ ghdl -a compxor2.vhdl oskr@kro: /xor/op$ ghdl -a tb compxor2.vhdl oskr@kro: /xor/op$ ghdl -e tb compxor2 oskr@kro: /xor/op$./tb compxor2 --stop-time=100ns --vcd=tb compxor2.vcd oskr@kro: /xor/op$ gtkwave tb compxor2.vcd Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco Compuerta OR-Exclusiva y descripción estructural 21/36

22 Ecuación de Boole y sentencia de VHDL Ecuación de Boole f (x, y) = x y + x y Sentencia en VHDL f <= (not x and y) or (x and not y); Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco Compuerta OR-Exclusiva y descripción estructural 22/36

23 Descripción a través sentencia concurrente 1 -- Diseno Logico, Oscar Alvarado Nava 2 -- Compuerta XOR de dos entradas. Archivo : compxor2. vhdl 3 entity compxor2 is 4 port ( 5 x:in bit ; 6 y:in bit ; 7 f: out bit 8 ); 9 end entity compxor2 ; architecture beh of compxor2 is 12 begin sentencia concurrente 14 f <= ( not x and y) or (x and not y); end architecture beh ; Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco Compuerta OR-Exclusiva y descripción estructural 23/36

24 Directorio de trabajo para versión de sentencia concurrente /xor$ mkdir sc /xor$ ls sc op /xor$ cd sc /xor/sc$ gedit compxor2.vhdl /xor/sc$ gedit tb compxor2.vhdl Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco Compuerta OR-Exclusiva y descripción estructural 24/36

25 Análisis, enlazado, ejecución y resultados oskr@kro: /xor/sc$ ghdl -a compxor2.vhdl oskr@kro: /xor/sc$ ghdl -a tb compxor2.vhdl oskr@kro: /xor/sc$ ghdl -e tb compxor2 oskr@kro: /xor/sc$./tb compxor2 --stop-time=100ns --vcd=tb compxor2.vcd oskr@kro: /xor/sc$ gtkwave tb compxor2.vcd Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco Compuerta OR-Exclusiva y descripción estructural 25/36

26 Diagrama de nodos para la descripción estructural x y a1 a0 u0 x u1 compnot1 compnot1 f a2 a3 u2 compand2 x y u3 compand2 x y f f a4 a5 u4 compor2 x y f f x f Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco Compuerta OR-Exclusiva y descripción estructural 26/36

27 Descripción de la compuerta NOT de un entrada 1 -- Diseno Logico, Oscar Alvarado Nava 2 -- compuerta NOT de una entrada. Archivo : compnot1. vhdl 3 entity compnot1 is 4 port ( 5 x:in bit ; 6 f: out bit 7 ); 8 end entity compnot1 ; 9 architecture beh of compnot1 is 10 begin sentencias concurrentes 12 f <= not x; 13 end architecture beh ; Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco Compuerta OR-Exclusiva y descripción estructural 27/36

28 Descripción de la compuerta AND de dos entradas 1 -- Diseno Logico, Oscar Alvarado Nava 2 -- compuerta AND de dos entradas. Archivo : compand2. vhdl 3 entity compand2 is 4 port ( 5 x:in bit ; 6 y:in bit ; 7 f: out bit 8 ); 9 end entity compand2 ; 10 architecture beh of compand2 is 11 begin sentencias concurrentes 13 f <= x and y; 14 end architecture beh ; Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco Compuerta OR-Exclusiva y descripción estructural 28/36

29 Descripción de la compuerta OR de dos entradas 1 -- Diseno Logico, Oscar Alvarado Nava 2 -- compuerta OR de dos entradas. Archivo : compor2. vhdl 3 entity compor2 is 4 port ( 5 x:in bit ; 6 y:in bit ; 7 f: out bit 8 ); 9 end entity compor2 ; 10 architecture beh of compor2 is 11 begin sentencias concurrentes 13 f <= x or y; 14 end architecture beh ; Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco Compuerta OR-Exclusiva y descripción estructural 29/36

30 Estructural (1/3) Compuerta OR-Exclusiva 1 -- Diseno Logico, 16 -I, Oscar Alvarado Nava 2 -- Sumador completo. Archivo : compxor2. vhdl 3 entity compxor2 is 4 port ( 5 x:in bit ; 6 y:in bit ; 7 f: out bit 8 ); 9 end entity compxor2 ; 10 architecture beh of compxor2 is 11 component compnot1 is 12 port ( 13 x:in bit ; 14 f: out bit 15 ); 16 end component compnot1 ; 17 component compand2 is 18 port ( 19 x:in bit ; 20 y:in bit ; 21 f: out bit 22 ); 23 end component compand2 ; Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco Compuerta OR-Exclusiva y descripción estructural 30/36

31 Estructural (2/3) Compuerta OR-Exclusiva 24 component compor2 is 25 port ( 26 x:in bit ; 27 y:in bit ; 28 f: out bit 29 ); 30 end component compor2 ; 31 signal a0,a1,a2,a3,a4,a5,a6:bit ; 32 begin 33 a0 <=x; 34 a1 <=y; 35 u0: compnot1 36 port map ( 37 x=>a0, 38 f=>a2 39 ); 40 u1: compnot1 41 port map ( 42 x=>a1, 43 f=>a3 44 ); Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco Compuerta OR-Exclusiva y descripción estructural 31/36

32 Estructural (3/3) Compuerta OR-Exclusiva 45 u2: compand2 46 port map ( 47 x=>a2, 48 y=>a1, 49 f=>a4 50 ); 51 u3: compand2 52 port map ( 53 x=>a0, 54 y=>a3, 55 f=>a5 56 ); 57 u4: compor2 58 port map ( 59 x=>a4, 60 y=>a5, 61 f=>f 62 ); 63 end architecture beh ; Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco Compuerta OR-Exclusiva y descripción estructural 32/36

33 Directorio de trabajo y edición oskr@kro: /xor$ ls ec op oskr@kro: /xor$ mkdir es oskr@kro: /xor$ cd es oskr@kro: /xor/es$ gedit compxor2.vhdl oskr@kro: /xor/es$ gedit tb compxor2.vhdl Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco Compuerta OR-Exclusiva y descripción estructural 33/36

34 Análisis, enlazado, ejecución y resultados oskr@kro: /xor/es$ ghdl -a compnot1.vhdl oskr@kro: /xor/es$ ghdl -a compand2.vhdl oskr@kro: /xor/es$ ghdl -a compor2.vhdl oskr@kro: /xor/es$ ghdl -a compxor2.vhdl oskr@kro: /xor/es$ ghdl -a tb compxor2.vhdl oskr@kro: /xor/es$ ghdl -e tb compxor2 oskr@kro: /xor/es$./tb compxor2 --stop-time=100ns --vcd=tb compxor2.vcd oskr@kro: /xor/es$ gtkwave tb compxor2.vcd Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco Compuerta OR-Exclusiva y descripción estructural 34/36

35 Reglas y dependencias de compilación y enlazado 1 # Reglas y dependecias para compilar compxor2. Archivo : Makefile 2 all : tb_compxor2 3 4 tb_compxor2 : compnot1.o compand2.o compor2.o compxor2.o tb_compxor2.o 5 ghdl -e tb_compxor2 6./ tb_compxor2 --stop -time =100ns --vcd=tb_compxor2.vcd 7 gtkwave tb_compxor2. vcd 8 9 compxor2.o: compxor2.vhdl 10 ghdl -a compxor2. vhdl compand2.o: compand2.vhdl 13 ghdl -a compand2. vhdl compor2.o: compor2.vhdl 16 ghdl -a compor2. vhdl compnot1.o: compnot1.vhdl 19 ghdl -a compnot1. vhdl tb_compxor2.o: tb_compxor2.vhdl 22 ghdl -a tb_compxor2. vhdl clean : 25 rm *.o *. cf *. vcd tb_compxor2 Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco Compuerta OR-Exclusiva y descripción estructural 35/36

36 Análisis, enlazado, ejecución y resultados oskr@kro: /xor/es$ make Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco Compuerta OR-Exclusiva y descripción estructural 36/36