ESTRUCTURA DE COMPUTADORES

Transcripción

1 Departamento de Tecnología Electrónica ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA INFORMÁTICA 1º Ingeniería Informática ESTRUCTURA DE COMPUTADORES Enunciados de Prácticas de Laboratorio Práctica: Análisis del contenido de la ROM de un cartucho de la videoconsola Atari Feb pracatari_25feb08.fm

2 Nota importante: La presentación del estudio teórico escrito es obligatoria para la realización de la práctica. Se presentará un estudio por persona y se entregará al profesor durante la sesión de prácticas. El estudio ha de dar respuesta a cada una de las cuestiones planteadas en el punto 2. Debe ser detallado, completo, claro y bien presentado. El profesor podrá realizar preguntas o pedir aclaraciones sobre el estudio teórico realizado. 1. OBJETIVOS Esta práctica tiene tres objetivos principales: 1. Introducir el manejo del analizador lógico. Este es un nuevo instrumento de laboratorio 1, que facilita enormemente el testado de circuitos y sistemas digitales que poseen un alto número de entradas y salidas. En nuestro laboratorio disponemos de analizadores lógicos sobre PC, esto es, una tarjeta de adquisición y un programa sobre PC que funcionan como tal analizador. Actualmente hay dos modelos diferentes, el LA-2124 (está en el laboratorio G1.30) y el LA-2132 (está en el laboratorio G1.32). 2. Realizar el testado a nivel lógico de un sistema digital sencillo, en concreto, de la ROM de un juego para una consola Atari Usar un emulador de Atari 2600 que permite jugar en el PC sin necesidad del Atari El propio acceso al juego es una comprobación experimental de que la práctica se ha desarrollado con éxito. 1. Ver la Sección 7 del manual Introducción al Laboratorio de Electrónica Digital (C. Baena, J. I. Escudero, Mª P. Parra y M. Valencia), publicado para Fundamentos de Computadores (I I e ITIS) y Estructura y Tecnología de Computadores (ITIG), Dpto. de Tecnología Electrónica. Pág. 2

3 2. ESTUDIO TEÓRICO Antes de responder a las cuestiones del estudio teórico, deberá leer el estudio experimental (sección 3. del presente documento). Como verá, en esta práctica va a manejar una placa que contiene los circuitos que van a ser testados, entre ellos la ROM de Atari. Para hacer que esta placa funcione, necesitará el instrumental habitual: fuente de tensión para suministrar la alimentación a los circuitos y generador de señales para generar la señal de reloj del circuito. Por otra parte, para observar las señales digitales del circuito, se usará el analizador lógico que, obviamente, ha de ser conectado a la placa. La conexión se hace a través de unas sondas o cables. El analizador lógico opera en dos fases: primero, adquiere el valor lógico de las señales y los almacena en una memoria; después, representa estos valores en un monitor mediante una herramienta que facilita los recursos de visualización y medida. Por último, para poder jugar, utilizará un programa de emulación que, a partir de los datos adquiridos, los ejecuta en el PC como si se tratase de una consola Atari Escriba el orden en que debe hacer las siguientes tareas. Debe resaltar si hay alguna que necesariamente deba ser hecha antes de otra: Activar el programa del analizador lógico. Activar el programa del emulador. Adquirir los valores de las señales. Alimentar, si se necesita, el analizador lógico. Alimentar la placa y hacerle llegar la señal de reloj. Configurar el analizador lógico. Encender el PC. Generar las señales adecuadas de reloj y de alimentación. Hacer las conexiones entre placa y analizador lógico. Hacer las conexiones entre PC y analizador lógico. Insertar la ROM de Atari en la placa. Jugar al juego de Atari. 2. Las ROMs de Atari son de 4KB, esto es, bits. Para comprobar el funcionamiento de la ROM en el laboratorio se realizará una lectura de todas sus 4Kposiciones de memoria. Esto se consigue generando todas las posibles direcciones de memoria, desde 0 hasta 4095 ($000 a $FFF en hexadecimal). El circuito utilizado (Figura 1) utiliza tres contadores comerciales Pág. 3

4 P1 Q10 Q00 CE U/D Q20 Q30 P0 CP RC TC PL P2 P3 P1 Q11 P0 Q01 CP CE RC U/D TC Q21 PL Q31 P2 P3 P0 CP RC TC PL P2 P3 P1 Q12 Q02 CE U/D Q22 Q CLK Q31 Q21 Q11 Q01 Q30 Q20 Q10 Q00 CLK A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 O0 O1 O2 ROM A8 A9 OE CS A10 A11 O7 O6 O5 O4 O3 Q02 Q12 Q22 Q32 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Figura 1 Conexionado de la placa conectados en cascada, para generar las entradas de dirección de la ROM. Dibuje de forma simple el circuito de la Figura 1 mostrando un único contador equivalente, con su entrada de cuenta, sus salidas de estado de cuenta y las salidas de fin de ciclo TC0,1,2 (llamadas FC0,1,2 en la Figura 2, que se activan a 1 cuando su contador vale 1111). 3. Escriba las secuencias de valores de cuenta (en hexadecimal) y de TC2, TC1 y TC0 durante 10 ciclos de reloj si el valor inicial de cuenta es: 3.1. $ $1ED 3.3. $FFD 4. Suponga que los contenidos de las 5 posiciones de ROM más bajas ($000, $001,...,$004) son respectivamente $00, $FF, $37, $A9 y $1D y que el contenido de la posición de memoria más alta es $00. Considere $FFF como estado inicial de los contadores. Dibuje un cronograma con más 5 ciclos de reloj mostrando la secuencia de datos que tienen lugar. 5. Sobre la secuencia de datos anterior, dibuje los instantes de adquisición del analizador lógico si la adquisición ocurre con el flanco de bajada del reloj de la placa y pinte los valores adquiridos por el analizador. Repita si la adquisición es con el flanco de subida. 2. En ese circuito cada es un contador ascendente de 4 bits. Las señales activadas son CE (habilitación) y U/D (modo Up); la señal de cuenta es CP (Clock Pulse) y es activa en el flanco de subida; TC es una salida fin de ciclo (se activa en 1111) y RC (Ripple Clock) deja pasar el último semiciclo de reloj cuando TC está activa. Las entradas P3-0, que son las de carga en paralelo (PL: Parallel Load), están desactivadas. Pág. 4

5 3. ESTUDIO EXPERIMENTAL Instrumental y componentes: Analizador lógico, generador de ondas, fuente de alimentación, placa con los contadores y tarjeta de cartucho de Atari Montaje del circuito e instrumental. a) Realice el conexionado de la placa (ver sección 3.2 en la página 6) con los diferentes equipos del laboratorio (analizador lógico, fuente de alimentación y generador de ondas). (Recuerde que Vcc = +5V y que la señal de reloj debe oscilar entre 0V y 5V). b) Configure el analizador de forma apropiada para realizar el testado de la ROM (ver sección 3.2 en la página 6). 2. Compruebe que el circuito opera correctamente visualizando las formas de onda de las señales de entrada y salida de la ROM en el analizador lógico. 3. Realice un volcado de los datos leidos y compruebe que se corresponden con un programa de Atari 2600 como se detalla en las secciones 3.2 y DESCRIPCIÓN DE LA PLACA La placa disponible en el laboratorio tiene la estructura mostrada en la Figura 2. Se observa que externamente consta de: Un conector donde se conecta la tarjeta con la ROM donde está el juego de Atari. La ROM está configurada de forma que siempre está activa en el modo de lectura de manera que en las salidas (señales de D 7 hasta D 0 ) aparece el contenido de la palabra direccionada. Tres contadores de 4 bits (C.I ) que están conectados en cascada formando un contador módulo 4096, cuyas 12 salidas proporcionan las entradas de la ROM. Con ellas se barre todo el rango de direcciones de la ROM. La ROM tiene escritas las instrucciones y datos del programa del correspondiente juego de Atari Un conjunto de puntos de conexión para la alimentación, la señal de reloj, las de fin de ciclo (FC2, FC1 y FC0) y las entradas y salidas de la ROM. Con ellos se pueden conectar con facilidad las sondas del analizador lógico a las señales de interés. Pág. 5

6 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 CONECTOR DE LA ROM CLK A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A FC0 FC FC2 Figura 2 Circuito implementado en la placa 3.2 DESARROLLO EXPERIMENTAL DE LA PRÁCTICA El objetivo es realizar el volcado de la ROM completa, visualizando en el analizador tanto las señales de fin de cuenta de los contadores como la salida de la ROM. Para conseguir este fin se procederá de la siguiente forma: En primer lugar se extraerá la ROM del cartucho y se insertará en el zócalo de la placa. ES MUY IMPORTANTE NO INSERTARLA AL REVÉS: La cara con el chip de la ROM debe estar orientada hacia los pines de datos D0-D7. A continuación se realizarán las conexiones conectando los terminales del circuito bajo test a las sondas del sistema de adquisición de datos del analizador que, por otro lado, irá conectado al ordenador. El conexionado debe realizarse antes de alimentar la placa con la fuente de continua. Se dispone de dos tipos de analizadores: LA-2124, que se conecta al PC a través del puerto paralelo y que requiere una fuente de alimentación externa. El orden de las conexiones con la placa será de de la Tabla I: a cada terminal de la sonda se asocia el color de su cable (NE es negro; GR, gris; etc.) y la correspondiente señal de la placa según la Figura 2. Pág. 6

7 Terminal de la sonda CLK Color del cable NE GR AM VE MA RO NA BL VI AZ NE NA NE Terminal de la placa D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 FC0 FC1 FC2 CLK Terminal de la sonda Color del cable GR AM VE MA RO VI NA RO MA VE AM GR Terminal de la placa A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 Tabla I Conexiones con el sistema de adquisición LA-2124 LA-2132, que se conecta al PC a través del puerto USB y no requiere fuente de alimentación adicional. El orden de las conexiones se muestra en la Tabla II. Terminal de la sonda Color del cable MARONAAMVEAZVIGR Terminal de la placa D0 D1 D2 D3 D4D5D6D7 Terminal de la sonda Color del cable MARONAAMVEAZVIGRMARO NA AM VE AZ VI NE GR Terminal de la placa A0 A1 A2 A3 A4 A5A6 A7 A8 A9 A10A11FC0FC1FC2CLK Tabla II Conexiones con el sistema de adquisición LA-2132 La señal de reloj de la placa debe variar entre 0 y 5 voltios y tener una frecuencia aproximada de 100 Khz. Tras el conexionado se comprueba la tensión de alimentación (5V), se ajusta el limitador de intensidad y, después, se conecta la alimentación a la placa. Con lo anterior el circuito ya está leyendo cíclicamente el bloque de 4K de la ROM. A continuación tenemos que ejecutar el software del analizador. El procedimiento a seguir depende del modelo del mismo (LA-2124 en el aula G1.30 y LA-2132 en el aula G1.32) Ejecución y manejo del software del LA-2124 Hay que tener en cuenta que antes de la ejecución debemos conectar el analizador a su fuente de alimentación y al puerto paralelo del PC. Tras esto arrancamos el Windows 98 y pulsamos sobre el icono LA A grandes rasgos, la ventana de aplicación presenta un marco superior que contiene los distintos menús (File, View, Serial,...), una fila de comandos u opciones que se pueden ejecutar (Salvar, Zoom,...) y el resto de la pantalla que está dividida en tres bloques: Pág. 7

8 * La esquina superior izquierda donde se encuentran los controles de los 5 cursores/ marcadores que tiene el sistema. * La ventana superior derecha donde aparece la evolución de los datos adquiridos en los distintos canales de adquisición de datos en formato lista. * La ventana inferior que está dedicada a presentar los datos adquiridos en los distintos canales de adquisición de datos como formas de ondas. Debemos visualizar las señales de la placa con el analizador lógico. Como paso previo, estableceremos las condiciones de trabajo para la adquisición y representación de sus valores: Para ello tendremos que: - Establecer que la adquisición de datos vaya sincronizada con el flanco de bajada del reloj externo (el del sistema). (Menú Clock) - Establecer la agrupación de canales. Se crearán tres grupos. El primero, llamado 'contenido', estará constituido por los 8 bits correspondientes a la salida de la ROM. El segundo, llamado dirección estará constituido por los 12 bits correspondientes a las entradas de dirección de la ROM. El tercero, llamado 'fincuenta' contendrá las señales de fin de cuenta de cada uno de los tres contadores. (Menú State -> Group Define) Asimismo, se requiere que la representación de los datos se realice en hexadecimal para los dos primeros grupos y en binario para el tercero (úsese statelist setup). (Menú State -> statelist setup) - Establecer la condición de disparo del analizador lógico (momento a partir del cual el analizador comenzará su adquisición de datos). En nuestro caso queremos que el disparo ocurra justo después de que se activen todas las señales de fin de cuenta. Para ello debemos poner a 1 las señales FC2-0 y marcar lo opción Trigger false. (Menú Trigger-Trigger word) Pág. 8

9 En general, antes de proceder a la adquisición de los datos especificaremos, por un lado, que la memoria donde se irán guardando estos datos adquiridos sea de 128K (Menú Clock). Y por otro lado, que el modo de adquisición sea único (Menú Trigger - Mode - Single). Una vez modificados todos estos menús se puede pasar a la adquisición de los datos. Para ello pulse la tecla (Go) y comenzará la adquisición al ritmo marcado por el reloj. Tras finalizar la adquisición aparecerán actualizadas tanto el listado de las líneas como las distintas formas de ondas en la pantalla. Para guardar los datos leídos de la ROM en un fichero operaremos como sigue: - Situamos el cursor A sobre la misma muestra que el cursor de disparo (por defecto la muestra número 10). - El cursor B se sitúa en la posición 4105 (10. De esta forma, el curso B está 4095 (10 muestras 3 detrás del cursor A, ya que éste está sobre la muestra Seleccionamos en el menú File-Export. - Seleccionamos el grupo 'contenido', modo binario, inicio en cursor A y fin en cursor B. - Tras pulsar ok seleccionamos un directorio (por ejemplo c:\roms ) y elegimos un nombre de archivo. Conviene que el nombre tenga menos de 8 caracteres para acceder a él directamente desde la línea de comandos. Para comprobar el programa en un emulador de Atari 2600 debemos convertir el archivo a binario. Para ello desde la línea de comandos del PC ejecutamos: cd directorio_con_el_fichero_salvado csv2bin archivo_original.csv fichero_salida A continuación se usará el emulador Stella (sección 3.3) Manejo del software del LA-2132 Hay que tener en cuenta que antes de la ejecución debemos conectar el analizador al puerto USB del PC. El programa del LA2132, disponible en Windows XP, está preparado 3. Las 4Kdirecciones (4096 (10 ) abarcan desde la posición 0 hasta la 4095 (10. Pág. 9

10 también para la versión LA-2164, por lo que se ejecuta pulsando sobre el icono LA-2164 diponible en el escritorio. A grandes rasgos, la ventana de aplicación presenta un marco superior que contiene los distintos menús (File, View, Timing,...), una fila de comandos u opciones que se pueden ejecutar (Go, Stop,...) y una ventana dividida en dos partes: * La parte superior contiene los controles de los cursores/marcadores eel sistema, los controles de zoom y una barra para desplazarnos a lo largo de las capturas. * La parte inferior está dedicada a presentar los datos capturados en los distintos canales de adquisición. Antes de adquirir y visualizar las señales de entrada y salida de la ROM debemos establecer las condiciones de trabajo. Para ello pulsamos con el botón derecho sobre la ventana inferior y, en la ventana recién aparecida, seleccionamos las siguientes opciones: - En la entrada Trig Word (en la que aparecen los canales en el orden 31, 30, 29,.., 0), escribimos 1 en las posiciones correspondientes a los canales 22, 21 y 20, es decir, los canales correspondientes a las señales de fin de cuenta de los contadores. El analizador no comenzará a capturar los datos hasta que el valor de los contadores coincida con esta entrada (palabra de disparo), es decir, hasta que la salida de los contadores no sea $FFF. - Para establecer que la adquisición de datos vaya sincronizada con el flanco de bajada del reloj externo (el de nuestra placa), en la entrada Source seleccionamos External falling. - Para que el tamaño de la captura sea de 8K muestras seleccionamos 8K en la entrada Memory. - Para que realice una sola captura seleccionamos Single en la entrada Acquire. Tras cerrar la ventana emergente establecemos la agrupación de canales en el menú View -> Group edit. Para cada grupo de canales hay que establecer su nombre (entrada Name ), base en la que se visualizará el valor de sus canales (entrada Base ), número de canales que lo forman (entrada Number ) y cuáles son dichos canales. Para cambiar de grupo se pulsa sobre las flechas de la parte superior de la ventana. Se crearán tres grupos. El primero, Pág. 10

11 llamado 'contenido', estará constituido por los 8 bits correspondientes a la salida de la ROM y se mostrará en hexadecimal. El segundo, llamado dirección estará constituido por los 12 bits correspondientes a las entradas de dirección de la ROM y se mostrará también en hexadecimal. El tercero, llamado 'Fin Cuenta' contendrá las señales de fin de cuenta de cada uno de los tres contadores y se mostrará en binario. Una vez modificados todos estos menús se puede pasar a la adquisición de los datos. Para ello pulse la tecla (Go) y comenzará la adquisición al ritmo marcado por el reloj. Tras finalizar la adquisición aparecerán actualizadas tanto el listado de las líneas como las distintas formas de ondas en la pantalla. Para guardar los datos leidos de la ROM en un fichero operaremos como sigue: - Seleccionamos en el menú File-Save data-save data as. - Elegimos un directorio (por ejemplo c:\roms ) y elegimos un nombre de archivo. Conviene que el nombre tenga menos de 8 caracteres para acceder a él directamente desde la línea de comandos. Para comprobar el programa en un emulador de Atari 2600 debemos extraer del archivo recien guardado los datos correspondientes al contenido de la ROM. Para ello desde la línea de comandos del PC ejecutamos: cd directorio_con_el_fichero_salvado dso2bin archivo_original.dso fichero_salida 3.3 COMPROBACIÓN DEL VOLCADO Finalmente comprobaremos el volcado con el emulador Stella. Para ello: a) Se pulsa sobre su icono, que está en el escritorio. b) Se hace doble click sobre el fichero creado y, si todo ha ido bien, se juega un ratillo. Las teclas básicas son: F2 (start, comienzo de partida), espacio (disparo), y los cursores. Pág. 11

12 Departamento de Tecnología Electrónica ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA INFORMÁTICA 1º Ingeniería Informática ESTRUCTURA DE COMPUTADORES Enunciados de Prácticas de Laboratorio Práctica: Testado de un multiplicador combinacional 4x4 con el analizador lógico 26 - Feb MultiplicadorCombinacional_0708.fm

13 Nota importante: La presentación del estudio teórico escrito es obligatoria para la realización de la práctica. Se presentará un estudio por persona y se entregará al profesor durante la sesión de prácticas. El estudio ha de dar respuesta a cada una de las cuestiones planteadas en el punto 2. Debe ser detallado, completo, claro y bien presentado. El profesor podrá realizar preguntas o pedir aclaraciones sobre el estudio teórico realizado. 1. OBJETIVOS Esta práctica tiene los siguientes objetivos: 1. Progresar y adquirir destreza en el manejo del analizador lógico. En concreto, se experimentarán las posibilidades que ofrecen las diferentes formas de adquisisción de datos en el analizador lógico. 2. Operar con un multiplicador de dos números binarios de 4 bits implementado por el método look-up-table (LUT) 1. El método LUT es una estructura de datos que permite sustituir la computación de un algoritmo que consume mucho tiempo, en nuestro caso la multiplicación, por una simple mirada en esa estructura de datos. En este caso se utilizará una ROM para almacenar los resultados de la multiplicación de los dos números. 3. Realizar el testado de un sistema digital sencillo cuya operación se conoce. En particular, habrá de encontrarse, si los hay, fallos en el LUT. 4. Medir de forma aproximada tiempos de propagación y frecuencias máximas de operación. 1. El famoso bug en el procesador P6 (primera versión del Pentium Pro) de Intel fue un error de un bit en el LUT de la unidad de punto flotante. Pág. 2

14 P1 Q11 Q01 CE U/D Q21 Q31 P1 Q10 Q00 CE U/D Q20 Q30 P0 CP RC TC PL P2 P P0 CP RC TC PL P2 P3 Ck Q31 Q21 Q11 Q01 Q30 Q20 Q10 Q00 Ck A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 O0 O1 O2 ROM 28C16A A8 A9 WE OE A10 CE O7 O6 O5 O4 O3 B3 B2 B1 B0 A3 A2 A1 A0 O7 O6 O5 O4 03 O2 O1 O0 Figura 1 Conexionado de la placa 2. ESTUDIO TEÓRICO Considere la implementación de un multiplicador combinacional de dos números A y B de 4 bits basándose en una ROM de 2 8 palabras de 8 bits. En 4 de las líneas de dirección va el factor A y en las otras 4 el factor B. En la palabra direccionada estará escrito el resultado del producto A B. Para comprobar el funcionamiento del multiplicador se realizará un testado exhaustivo: se analizarán todos los posibles productos A B, variando A y B desde ambos a 0 hasta ambos a 15 ($F en hexadecimal). Observe que el circuito de la Figura 1 utiliza dos contadores 74191, cada uno mód. 16 y disparados por flanco de subida. Ambos contadores están conectados en cascada formando un contador módulo 256, cuyas 8 salidas ($H 1 H 0 ) proporcionan las entradas A y B de ambos factores binarios con las cuales se barre todo el rango de multiplicación posible. En cada dirección $H 1 H 0, la EPROM utilizada tiene escrito, salvo error, el valor de la multiplicación H 1 * H Dé una tabla con el contenido correcto que debe tener ROM, preferiblemente en hexadecimal. 2. Considere $5D como estado inicial de los contadores. Dibuje un cronograma con los valores de los contadores y de la salida de la EPROM durante 5 ciclos de reloj. 3. Vuelva a dibujar ese cronograma suponiendo que el retraso de cada contador es C y el de la EPROM es EP ( EP > C ), siendo EP mucho menor que el período de reloj, T Ck. Pág. 3

15 4. Si la adquisición de datos del analizador se realiza con el flanco negativo del reloj del circuito multiplicador, indique qué datos adquiere el analizador para el caso Considere que la frecuencia del reloj externo (C k del multiplicador) es de 10 KHz. Indique qué datos adquiere el analizador para el caso 2, si hace la adquisición con su reloj interno a una frecuencia de: a) 10 KHz b) 20 KHz 6. Complete el cronograma siguiente con lo que adquiere el analizador lógico si la captura de datos la hace con el reloj interno operando a 100 MHz. A la vista de dicho cronograma, indique entre qué límites se encontraría el retraso del multiplicador y el de la EPROM: Ck ext [CONT] $49 $4A [$CONT] $24 $28 Ck int ContA ContB AxB ROM 7. Suponga que en el Analizador Lógico sólo se almacenan 2Kmuestras. Si el reloj externo es, p. ej., de 10 KHz y la captura se hace con el reloj interno a 100 MHz, cuántos resultados de multiplicación distintos podrá recoger el Analizador Lógico? Manteniendo esas condiciones de operación, es posible medir el tiempo de retraso utilizando adecuadamente la condición de disparo (palabra de disparo, Trigger word) del Analizador Lógico, ya que esto permite seleccionar el instante en que se empiezan a muestrear los datos (recuérdese la Práctica 1). Qué condición de disparo se debe poner en el Analizador Lógico para medir el retraso en la multiplicación del caso siguiente: $5 $A? Pág. 4

16 3. ESTUDIO EXPERIMENTAL Instrumental y componentes: Analizador lógico, generador de ondas, fuente de alimentación, placa con el multiplicador 4x4. Para realizar esta parte, lea las secciones 4. y Montaje del circuito e instrumental. a) Realice el conexionado de la placa con los diferentes equipos del laboratorio (analizador lógico, fuente de alimentación y generador de ondas, véase sección 4.). Recuerde que Vcc=+5V y que la señal de reloj debe oscilar entre 0V y 5V. b) Configure el analizador apropiadamente (véase sección 5.). 2. Realice el test del multiplicador para comprobar que el circuito opera correctamente. a) Compare todos los valores obtenidos con su tabla anotando los errores, si los hay. b) Visualice las formas de onda de las señales de entrada y salida del multiplicador en el analizador lógico. 3. Cambie el modo de adquisición de datos en el analizador lógico utilizando ahora un reloj interno y verifique experimentalmente su respuesta al punto 5. de su estudio teórico. Además, obtenga una medida aproximada del tiempo de propagación del multiplicador (vea el punto 7. de su estudio teórico). 4. Vuelva al modo de adquisición con el flanco de bajada de CK ext, pero elija ahora el modo de disparo Auto. Aumente la frecuencia de operación de CK ext probando si se alcanza el límite máximo de buena operación observando los datos capturados: a) En la representación Formas de ondas b) En la representación Tabla de valores 5. Use libremente el analizador lógico. (Explore sus distintas opciones de representación y medida.) 4. DESCRIPCIÓN DE LA PLACA Hay disponibles en el laboratorio varias placas ligeramente diferentes. En cada una de ellas está implementado el circuito multiplicador de dos números binarios de 4 bits cada uno. Pág. 5

17 Analizando la estructura de su placa (p. ej., la de la figura 2) observará que externamente consta de un conjunto de puntos de conexión (para la alimentación, para la señal de reloj y para las entradas y salidas del multiplicador) y tres circuitos integrados; una EPROM (C.I. 28C16A o C.I. 27C128) y dos contadores de 4 bits (C.I ). En la EPROM es donde está implementado el multiplicador de 4x4, como un circuito combinacional de 8 entradas ($H 1 H 0 ) y 8 salidas (H 1 *H 0 ). La EPROM está configurada de forma que siempre está activa en el modo de lectura de manera que en las salidas (señales de O 7 hasta O 0 ) aparece el contenido de la palabra direccionada. La memoria está programada con los datos que corresponden a la operación de multiplicar dos números de 4 bits (i.e., B 3 B 2 B 1 B 0 x A 3 A 2 A 1 A 0 ). La placa está preparada para poder conectar con relativa facilidad las sondas del analizador lógico a las señales de entrada y salida del multiplicador (figura 2) CLK 28C16A B3 B2 B1 B0 A3 A2 A1 A0 O7 O6 O5 O4 O3 O2 O1 O0 Figura 2 Circuito implementado en la placa 5. DESARROLLO EXPERIMENTAL DE LA PRÁCTICA El objetivo es comprobar la operación de un multiplicador combinacional de dos números binarios de 4 bits, visualizando en la pantalla del ordenador tanto los datos de entrada, A y B, como el resultado de la multiplicación (AxB). Para conseguir este fin se procederá de la siguiente forma: En primer lugar se realizarán las conexiones conectando los terminales de la placa del circuito bajo test a los terminales del sistema de adquisición de datos del analizador que, por Pág. 6

18 otro lado, va conectado al ordenador a través del puerto paralelo. Para ello, estando la placa sin alimentación, se hacen dichas conexiones en el orden que se muestra en la siguiente tabla (contiene el número del terminal correspondiente): Sistema de adquisición Placa 00 A0 01 A1 02 A2 03 A3 04 B0 05 B1 06 B2 07 B3 Sistema de Placa adquisición 08 O0 09 O1 10 O2 11 O3 12 O4 13 O5 14 O6 15 O7 Sistema de adquisición CLK Placa CK Las conexiones deben hacerse SIN ALIMENTACIÓN A continuación se ejecuta el programa que simula al analizador. Para ello se enciende el PC (Windows 98) y se acciona el icono correspondiente (LA2124). La tarjeta de adquisición debe estar conectada al transformador y éste a la red eléctrica antes de accionar el icono LA2124. Tras esto se entra en el entorno gráfico del simulador. A grandes rasgos, la ventana de aplicación presenta un marco superior que contiene los distintos menús (File, View, Serial,...), una fila de comandos u opciones que se pueden ejecutar (Salvar, Zoom,...) y el resto de la pantalla que está dividida en tres bloques: * La esquina superior izquierda donde se encuentran los controles de los 5 cursores/ marcadores que tiene el sistema. * La ventana superior derecha donde aparece la evolución de los datos adquiridos en los distintos canales de adquisición de datos en formato lista. * La ventana inferior que está dedicada a presentar los datos adquiridos en los distintos canales de adquisición de datos como formas de ondas. Posteriormente, se alimentará la placa entre 0 y 5V en los pines correspondientes (véase Figura 2). Por otro lado, con el generador de funciones se obtendrá la señal CK, siendo ésta una señal periódica, cuadrada, entre 0 y 5V y de una frecuencia de aproximadamente 10KHz; es importante asegurarse de los niveles de 0 y 5V en esta señal antes de conectarla a la placa. Con ello a el circuito ya está operando como multiplicador, por lo que en adelante nos centraremos en cómo visualizar las señales con el analizador lógico. Pág. 7

19 El primer paso consiste en configurar el analizador lógico para establecer las condiciones de trabajo: - Establecer que la adquisición de datos vaya sincronizada con el flanco negativo del reloj externo (el de la placa). (Menú Clock) - Establecer la agrupación de canales. Se crearán tres grupos. El primero, llamado datoa, estará constituido por los cuatro bits correspondientes al dato de entrada A. El segundo, llamado datob, contendrá los cuatro bits correspondientes al dato de entrada B. Y el tercero, llamado AxB, lo formarán los ocho bits de salida del resultado de la multiplicación. (Menú State -> Group Define) - Representar los datos en hexadecimal. (Menú State -> statelist setup) - Establecer la condición de disparo del analizador lógico (momento a partir del cual el analizador comenzará su adquisición de datos). En nuestro caso queremos que el disparo ocurra cuando los datos de entrada, A y B, sean 0. (Menú Trigger -> Trigger word) En general, antes de proceder a la adquisición de los datos especificaremos, por un lado, que la memoria donde se irán guardando estos datos adquiridos sea de 2K (Menú Clock). Y por otro lado, que el modo de adquisición sea único (Menú Trigger - Mode - Single). A continuación se pasa a la adquisición de los datos: pulse la tecla (Go) y comenzará la adquisición al ritmo marcado por el reloj. Tras finalizar la adquisición aparecerán actualizadas tanto el listado de las líneas como las distintas formas de ondas en la pantalla. Compruebe los resultados obtenidos comparándolos con los que previamente obtuvo en el estudio teórico. Pág. 8