Lab01 roteiro

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA 
EEL5105 – Circuitos e Técnicas Digitais 
Prof. Eduardo L. O. Batista 
EXPERIMENTO 1 – INTRODUÇÃO AO LABORATÓRIO 
A. Introdução 
O Quartus II é um software utilizado para o projeto de circuitos e sistemas lógicos com foco nos 
dispositivos lógicos programáveis (FPGAs – field-programmable gate arrays - e CPLDs – complex 
programmable logic devices) produzidos pela Altera Corporation. A DE2 é uma placa educacional e de 
desenvolvimento que possui, além de diversos periféricos (chaves, botões, leds, displays de cristal líquido 
e 7 segmentos, rede, wireless, VGA, serial, dentro outros), um FPGA da Altera como componente 
principal. Assim, iremos utilizar, ao longo desse semestre, o Quartus II para a realização dos projetos de 
circuitos lógicos e a DE2 para o seu teste e avaliação. Nesse contexto, o objetivo da primeira aula de 
laboratório é familiarizar o aluno com o Quartus II e a DE2. 
B. Ligando a placa DE2 
1) O primeiro passo para ligar a placa DE2 é retirá-la de sua caixa e colocá-la sobre a bancada. 
Atenção: o manuseio da DE2 deve ser feito com muito cuidado. Segure a placa apenas pelas 
suas laterais ou pela proteção acrílica superior transparente. Evite colocar os dedos nos 
componentes uma vez que a energia estática do seu corpo pode danificá-los. 
2) Com a placa colocada sobre a bancada, pegue a fonte de energia, também disponível na caixa da 
DE2, e ligue essa fonte no conector indicado como 9V DC Power Supply Connector na Figura 1. 
Com a fonte ligada na placa, ligue também a sua outra extremidade na tomada. 
3) Agora, pegue o cabo USB disponível na caixa da placa, ligue uma extremidade desse cabo na USB 
Blaster Port, indicada na Figura 1, e a outra extremidade em uma das portas USB do computador. 
Atenção: não ligue o cabo USB na entrada USB Device da placa pois nesse caso não será 
possível estabelecer comunicação com o computador. 
4) Realizados os passos anteriores, aperte o botão liga/desliga (ver Power ON/OFF Switch na Figura 
1) e sua placa deverá funcionar corretamente. 
 
Figura 1. Visão geral da placa DE2 da Altera. 
C. Familiarização com a placa e o ambiente de desenvolvimento 
1) Com a placa em funcionamento, baixe o arquivo “Lab01_projeto.zip” disponível no site da 
disciplina e descompacte esse arquivo na pasta “c:\alunos\EEL5105\lab01”. Atenção: o caminho 
do diretório para o qual o arquivo será descompactado não deve conter espaços. 
2) Agora, execute o software Quartus II 10.0sp1 Web Edition (a versão 9.1sp2 também pode ser 
utilizada). Com o software em funcionamento, acesse o menu File e a opção Open Project (File → 
Open Project...) para abrir o projeto “ProjetoLab01.qpf” disponível na pasta destino da 
descompactação. Atenção: não use a opção “File → Open” para abrir o projeto, mas sim a 
“File → Open Project”. 
3) Uma vez aberto o projeto, clique na entidade “ProjetoLab01” disponível na aba Hierarchy do 
Project Navigator do Quartus II (ver a caixa vermelha de número 1 na Figura 2). 
4) Com o projeto e a entidade principal abertos, você deverá ver uma janela similar à apresentada na 
Figura 2. O espaço indicado pela caixa azul de número 2 nessa figura é a área de trabalho onde 
serão projetados circuitos digitais através de uma metodologia de projeto em modo esquemático. 
Observe que estão disponíveis, nessa área de trabalho, grupos de chaves, botões, leds vermelhos e 
leds verdes. Esses grupos de entradas (chaves e botões) e saídas (leds vermelhos e verdes) têm 
correspondência direta com alguns dos dispositivos disponíveis na placa DE2. Assim, sempre que 
chaves, botões e/ou leds da placa forem utilizados, ligações apropriadas deverão ser feitas na área de 
trabalho para que essas ligações sejam depois mapeadas para a placa. Para testar esse procedimento, 
faça algumas ligações de chaves em leds utilizando a ferramenta Orthogonal Node Tool 
disponível na barra de ferramentas Drawing Tools (ver caixa verde de número 3 na Figura 2). 
Atenção: você não deve ligar duas entradas (chaves ou botões) em um mesmo caminho/ponto 
pois isso irá gerar erros que poderão danificar a placa. 
5) Com algumas ligações feitas, o próximo passo é mapear o projeto desenvolvido para o FPGA 
disponível na placa clicando no botão Start Compilation disponível na barra de ferramentas 
padrão do Quartus II (ver caixa laranja de número 4 na Figura 2). Ao final do processo de 
mapeamento/compilação você deverá receber uma mensagem de sucesso do Quartus II. Em caso de 
mensagem de erro, verifique se os passos anteriores foram seguidos corretamente e, se necessário, 
chame o professor. 
6) Finalizada a compilação, o próximo passo é gravar o projeto no FPGA disponível na placa, o que é 
feito clicando no botão Programmer disponível na barra de ferramentas padrão do Quartus II 
(caixa laranja de número 4 na Figura 2). Ao clicar nesse botão, uma janela similar à apresentada na 
Figura 3 será aberta. Caso o botão presente nessa janela esteja desativado, verifique 
primeiramente se a placa está ligada corretamente, depois clique em e selecione 
a USB-Blaster como hardware ativo (usando a opção Currently selected hardware). Clique então 
no botão para iniciar o processo de gravação. 
7) Terminado o processo de gravação, feche a janela Programmer, para garantir que em um próximo 
processo de gravação uma compilação antiga seja utilizada, e teste o mapeamento de ligações que 
você fez acionando os botões e chaves da placa. 
 
 
Figura 2. Captura de tela do Quartus II com o “ProjetoLab01” aberto. 
 
Figura 3. Captura da tela de programação de dispositivo do Quartus II. 
D. Convertendo números binários puros para BCD 
Após o primeiro contato com o Quartus II e a placa DE2, vamos agora implementar um sistema digital 
que faz a conversão de um número binário puro para BCD. Esse sistema foi projetado previamente e você 
deverá fazer sua inclusão na área de trabalho e o seu mapeamento para a DE2. 
1) Primeiramente, apague todas as ligações que foram feitas entre entradas e saídas a partir das 
instruções do exemplo anterior. Para apagar essas ligações, utilize a Selection Tool [disponível 
na barra de ferramentas Drawing Tools (caixa verde de número 3 na Figura 2)] para selecionar as 
ligações existentes e depois a tecla delete do teclado para apagá-las. 
1 
2 
3
4
2) Agora, para inserir o conversor binário para BCD previamente projetado, clique na Symbol Tool 
 para abrir uma nova janela de seleção de símbolos. No campo Libraries (presente nessa nova 
janela) expanda o grupo Project, selecione o símbolo “bin2bcd” e clique em Ok. Agora você 
poderá adicionar o conversor de binário puro para BCD em seu projeto posicionando o símbolo em 
uma posição qualquer da área de trabalho (de preferência na parte central entre os símbolos de 
chaves e de leds) e dando um clique com o botão esquerdo do mouse. Feito isso, aperte ESC para 
voltar ao uso da Selection Tool . 
3) O símbolo do conversor binário para BCD que você deverá estar observando em sua área de 
trabalho é o apresentado na Figura 4(a). À esquerda desse símbolo temos as 4 entradas (X[0] a 
X[3]), que devem receber um número binário puro, enquanto que à direita temos as 8 saídas (Y[0] a 
Y[7]) nas quais serão apresentados os 8 bits correspondentes ao código BCD do número binário 
colocado nas entradas. De maneira geral, essa é a notação dos blocos que vamos utilizar: entradas à 
esquerda e saídas à direita. Faça agora a ligação das entradas do seu conversor binário para BCD em 
4 chaves e também a ligação das saídas em 8 leds. Faça essa ligação em uma seqüência coerente 
(por exemplo, X[3] a X[0] em SW[3] a SW[0] e, ainda, Y[7] a Y[0] em LEDG[7] a LEDG[0]) para 
que você possa entender claramente o que está acontecendo. 
4) Com as ligações prontas, repita o processo de compilação e gravação descritos nos itens 5 e 6 da 
seção anteriore teste o conversor binário para BCD acionando as chaves da placa. 
5) Com o conversor binário para BCD em funcionamento, monte uma tabela relacionando todos os 
valores possíveis que podemos ter nas entradas com os valores que deveriam ser obtidos nas saídas, 
conferindo posteriormente os valores da tabela com os obtidos a partir do sistema em 
funcionamento. Além disso, explique por que o conversor binário para BCD que estamos utilizando 
possui 8 bits de saída. 
E. Convertendo BCD para binário puro 
Agora que você já está familiarizado com a montagem e a conexão de um circuito digital usando o 
Quartus II e a DE2, faça a montagem de um conversor BCD para binário e teste o seu funcionamento. 
Para tal, você deverá: (a) remover os itens que você incluiu em sua área de trabalho a partir as instruções 
da seção anterior; (b) incluir o bloco “bcd2bin” (previamente projetado) em sua área de trabalho 
seguindo os passos 1 a 4 da seção anterior. Esse bloco, ilustrado na Figura 4(b), realiza a conversão de 
um número BCD para binário, possuindo 8 entradas para um número codificado em BCD, 7 saídas onde 
será apresentado o binário puro correspondente e, ainda, uma saída de erro. Com o objetivo de facilitar o 
entendimento do funcionamento do bloco “bcd2bin”, faça a ligação das suas entradas em chaves (de 
forma seqüencial), das suas saídas Y[6] a Y[0] em leds verdes (também de forma seqüencial) e da saída 
de erro em um led vermelho. Posteriormente, faça a compilação, a gravação e o teste do circuito que você 
projetou. Ainda, explique a função da saída de erro e por que o bloco “bcd2bin” possui 7 saídas para 
apresentar o resultado da conversão numérica. 
 
(a) 
 
(b) 
 
(c) 
Figura 4. Símbolos dos diferentes blocos utilizados nesse primeiro experimento. 
F. Conversão BCD para binário puro com memória 
Para finalizar o primeiro experimento, você deverá implementar e verificar o funcionamento de um 
conversor BCD para binário puro com memória. Assim como nos casos anteriores, esse conversor já foi 
previamente projetado, sendo que você deve incluir o seu bloco “bcd2binmem” na área de trabalho e 
fazer as ligações apropriadas. Note que esse conversor possui uma entrada extra denominada “GRAVA”. 
Faça as ligações da seguinte forma: entradas X[0] a X[7] em chaves, entrada “GRAVA” em um dos 
botões (KEY[0] por exemplo), saídas Y[0] a Y[6] em leds verdes e saída de erro em um led vermelho. 
Faça a compilação, a gravação e o teste do projeto com os objetivos de entender o funcionamento do 
bloco “bcd2binmem” e observar a sua característica de memória.