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Einführung in
Computer Microsystems
Sommersemester 2010
Wolfgang Heenes
3. Aufgabenblatt
05.05.2010
Aufgabe 1: Kombinatorischer always-Block
a) Betrachtet wird die folgende Beschreibung eines 4:1 Multiplexers in Verilog HDL.
module mux4(
input a,
input b,
input c,
input d,
input [1:0] select,
output reg y
);
always @(a, b, c, d, select) begin
case (select)
0: y = a;
1: y = b;
2: y = c;
3: y = d;
default: y = 1’bz;
endcase
end
endmodule
Simulieren Sie den 4:1 Multiplexer.
b) Betrachten Sie nun das Ergebnis der Synthese 1 . Klicken Sie dazu im Fenster Processes unter dem Punkt Synthesize -
XST auf View Technology Schematic. Anschließend müssen alle Primitive markiert und mit Add hinzugefügt werden.
Das Schematic wird über Create Schematic generiert.
1
Zur Erinnerung: Mit den Begriffen High-Level-Synthese, Architektursynthese oder Mikroarchitektursynthese bezeichnet man in der Literatur
die Umsetzung einer algorithmischen Spezifikation in eine Schaltungsstruktur auf der Registertransferebene unter Einhaltung bestimmter
Randbedingungen.
Einführung in Computer Microsystems - Sommersemester 2010 1

Machen Sie sich das Ergebnis der Synthese anhand der Struktur einer Logic Cell 2 klar. Eine Logic Cell besteht aus
einer Look-Up Tabelle und einem Flip-Flop.
Aufgabe 2: Verhaltensbeschreibung in Verilog HDL
Implementieren Sie die folgende Schaltung in Verilog HDL in zwei Varianten.
a) Als boolesche Gleichung unter Verwendung boolescher Operatoren.
b) Unter Verwendung der erforderlichen Primitiven. Geben Sie die Verbindungen zwischen den Primitiven explizit als
wires an.
c) Betrachten Sie nun die Ergebnisse der Synthese.
Aufgabe 3: Entwurf der Steuerung einer Stanzmaschine
Die folgende Abbildung zeigt eine Stanzmaschine.
2
Bei FPGAs der Firma Altera wird der Begriff des Logic Elements verwendet.
Einführung in Computer Microsystems - Sommersemester 2010 2

Die zu entwerfende Steuerung soll folgende Funktion realisieren.
Wird das zu stanzende Werkstück, z. B. von einem Gabelstapler auf das Förderband zwischen die Lichtschranke (E1)
gelegt, so wird das Förderband (Motor M2) gestartet. Das Förderband läuft solange bis die hintere Lichtschranke (E2)
erreicht ist. Danach kann der Stanzvorgang (Motor M1) gestartet werden. Der Ende-Schalter (E4) signalisiert, dass das
Stanzen erfolgt ist. Danach muss die Stanze wieder in die Ausgangsposition gefahren werden. Das Erreichen signalisiert
ein Ende-Schalter (E3). Schließlich soll das Werkstück wieder zurück transportiert werden. Es kann davon ausgegangen
werden, dass sich immer nur ein Werkstück auf dem Förderband befindet. Die Steuerung soll, um Unfälle zu vermeiden,
beim Start eines Stanzvorgangs kontrollieren, ob sich der Stempel in seiner Grundposition befindet (E3).
a) Entwerfen Sie für die Stanzmaschine den Zustandsgraphen des Automaten (Moore) mit symbolischen Eingaben,
Ausgaben und Zuständen. Zeichnen Sie den Zustandsgraphen. Kodieren Sie die Zustände des Steuerwerkes.
b) Implementieren Sie den Moore-Automaten in Verilog HDL. Weisen Sie die korrekte Funktionsweise des Automaten
durch Simulation nach. Wieviele Flip-Flops werden zur Realisierung Ihres Schaltwerks benötigt? Die Kodierung
der Zustände ist Ihnen überlassen.
Einführung in Computer Microsystems - Sommersemester 2010 3