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Sommaire

1 TP 3

TP 3

Exercice 1

Question 1

La table de vérité donnée dans wikipédia est :

A	B	C_in	S	C_out
0	0	0	0	0
0	0	1	1	0
0	1	0	1	0
0	1	1	0	1
1	0	0	1	0
1	0	1	0	1
1	1	0	0	1
1	1	1	1	1

Nous allons la modifier légèrement pour ses entrées et sorties : les 3 entrées sont regroupées et les 2 sorties sont aussi regroupées ensemble

Table de vérité

Entrées			Sorties
e(2)=C_in	e(1)=B	e(0)=A	S(1)=C_out	S(0)=S
0	0	0	0	0
0	0	1	0	1
0	1	0	0	1
0	1	1	1	0
1	0	0	0	1
1	0	1	1	0
1	1	0	1	0
1	1	1	1	1

ATTENTION : Nous avons aussi volontairement changé l'ordre ses entrées et des sorties.Il est préférable d'avoir les sorties dans ce sens pour avoir le poids fort des deux bits de sortie à gauche. Pour les entrées c'est moins important.

Voici le fichier VHDL correspondant :

library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
ENTITY add1bit IS PORT(
  e : in std_logic_vector(2 downto 0); -- Cin, B, A
  s : out std_logic_vector(1 downto 0)); -- Cout, S
END add1bit;

ARCHITECTURE arch of add1bit IS 
BEGIN
  with e select
    S <= "00" when "000", --0+0+0=00
         "01" when "001", --0+0+1=01
         "01" when "010", --0+1+0=01
         "10" when "011", --0+1+1=10
         "01" when "100", --1+0+0=01
         "10" when "101", --1+0+1=10
         "10" when "110", --1+1+0=10
         "11" when others;--1+1+1=11
END arch;

Question 2

Il faut déjà définir les entrées et sorties de notre problème, autrement dit définir l'entité. Parmi les diverses solutions possibles, nous allons choisir

library IEEE; 
use IEEE.std_logic_1164.all; 
--use IEEE.std_logic_arith.all; 
--use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.all; 

ENTITY add4 IS
PORT (A,B : IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
      Cin : IN STD_LOGIC; --retenue entrée dans le schéma
      S : OUT STD_LOGIC_VECTOR(4 DOWNTO 0)); --retenue en S(4)
END add4;

Si l'on compare au schéma de l'énoncé :

on impose ainsi les correspondances suivantes :

Schéma <-> VHDL

R_Entrée <-> Cin
A₃ <-> A(3)
A₂ <-> A(2)
A₁ <-> A(1)
A₀ <-> A(0)
B₃ <-> B(3)
B₂ <-> B(2)
B₁ <-> B(1)
B₀ <-> B(0)
R_Sortie <-> S(4)
S₃ <-> S(3)
S₂ <-> S(2)
S₁ <-> S(1)
S₀ <-> S(0)

Le programme VHDL devient :

library IEEE; 
use IEEE.std_logic_1164.all; 
--use IEEE.std_logic_arith.all; 
--use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.all; 

ENTITY add4 IS
PORT (A,B : IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
      Cin : IN STD_LOGIC; --retenue entrée dans le schéma
      S : OUT STD_LOGIC_VECTOR(4 DOWNTO 0)); --retenue en S(4)
END add4;

ARCHITECTURE arch_add4 of add4 IS

  COMPONENT add1bit IS PORT(
    e : in std_logic_vector(2 downto 0); -- Cin, B, A
    s : out std_logic_vector(1 downto 0)); -- Cout, S
  END COMPONENT add1bit;

  SIGNAL R1, R2, R3 : std_logic; --fils internes non nommés dans le schéma : R1 à droite
BEGIN
  i0: add1bit PORT MAP(
                 e(2) => Cin,
                 e(1) => B(0),
                 e(0) => A(0),
                 S(1) => R1,
                 S(0) => S(0)); --Il n'y a aucune ambiguité pour VHDL ici
  i1: add1bit PORT MAP(
                 e(2) => R1,
                 e(1) => B(1),
                 e(0) => A(1),
                 S(1) => R2,
                 S(0) => S(1));
  i2: add1bit PORT MAP(
                 e(2) => R2,
                 e(1) => B(2),
                 e(0) => A(2),
                 S(1) => R3,
                 S(0) => S(2));
  i3: add1bit PORT MAP(
                 e(2) => R3,
                 e(1) => B(3),
                 e(0) => A(3),
                 S(1) => S(4),
                 S(0) => S(1));                     
END arch_add4

--******** Composant à câbler *********
library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

ENTITY add1bit IS PORT(
  e : in std_logic_vector(2 downto 0); -- Cin, B, A
  s : out std_logic_vector(1 downto 0)); -- Cout, S
END add1bit;

ARCHITECTURE arch of add1bit IS 
BEGIN
  with e select
    S <= "00" when "000", --0+0+0=00
         "01" when "001", --0+0+1=01
         "01" when "010", --0+1+0=01
         "10" when "011", --0+1+1=10
         "01" when "100", --1+0+0=01
         "10" when "101", --1+0+1=10
         "10" when "110", --1+1+0=10
         "11" when others;--1+1+1=11
END arch;

Le fichier de contraintes peut être simpllifié à :

To,Direction,Location,I/O Bank,VREF Group,Fitter Location,I/O Standard,Reserved,Current Strength,Slew Rate,Differential Pair,Strict Preservation

A[0],Unknown,PIN_C10,7,B7_N0,PIN_C10,3.3-V LVTTL,,,,,
A[1],Unknown,PIN_C11,7,B7_N0,PIN_C11,3.3-V LVTTL,,,,,
A[2],Unknown,PIN_D12,7,B7_N0,,3.3-V LVTTL,,,,,
A[3],Unknown,PIN_C12,7,B7_N0,,3.3-V LVTTL,,,,,
B[0],Unknown,PIN_A12,7,B7_N0,,3.3-V LVTTL,,,,,
B[1],Unknown,PIN_B12,7,B7_N0,,3.3-V LVTTL,,,,,
B[2],Unknown,PIN_A13,7,B7_N0,,3.3-V LVTTL,,,,,
B[3],Unknown,PIN_A14,7,B7_N0,,3.3-V LVTTL,,,,,
Cin,Unknown,PIN_B14,7,B7_N0,,3.3-V LVTTL,,,,,

S[0],Unknown,PIN_A8,7,B7_N0,PIN_A8,3.3-V LVTTL,,,,,
S[1],Unknown,PIN_A9,7,B7_N0,,3.3-V LVTTL,,,,,
S[2],Unknown,PIN_A10,7,B7_N0,,3.3-V LVTTL,,,,,
S[3],Unknown,PIN_B10,7,B7_N0,,3.3-V LVTTL,,,,,
S[4],Unknown,PIN_D13,7,B7_N0,,3.3-V LVTTL,,,,,

Exercice 2

Il n'est pas inutile de comprendre ce que fait le schéma de l'énoncé, en particulier la présence des OU EXCLUSIFs.

Passer du binaire au code EXCESS-3 revient à ajouter 3, d'où la présence de l'additionneur avec les entrées (B3,B2,B1,B0) fixées à (GND,GND,Vcc,Vcc) c'est à dire (0,0,1,1)₂ c'est à dire 3. C'est vrai que l'on passe à travers des OU EXCLUSIFs mais si vous mettez le Cin Global à 0 les OU EXCLUSIFS sont équivalents à des fils simples !!!!
Si vous mettez le Cin Global à 1, les OU EXCLUSIFS sont équivalents à des inverseurs logiques ce qui rentre donc dans (B3,B2,B1,B0) est (0,0,1,1)₂ c'est à dire le complément bit à bit de 3₁₀ + la retenue Cin = 1. On fait donc un complément logique bit à bit auquel on ajoute un et cela s'appelle un complément à deux qui revient à faire une soustraction.

Comme d'habitude la résolution du problème passe par la définition des entrées/sorties c'est à dire de l'entité. On vous propose donc l'entité suivante :

library IEEE; 
use IEEE.std_logic_1164.all; 

ENTITY XS3Reversible IS
PORT (E : IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
      Cin : IN STD_LOGIC; --retenue pour choix du sens de codage
      Cout : OUT STD_LOGIC; -- il y a une retenue en sortie de add4 : S(4)
      s : OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0)); 
END XS3Reversible;

Voici donc le code VHDL global :

library IEEE; 
use IEEE.std_logic_1164.all; 
--use IEEE.std_logic_arith.all; 
--use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.all;
 
ENTITY XS3Reversible IS
PORT (E : IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
      Cin : IN STD_LOGIC; --retenue pour choix du sens de codage
      Cout : OUT STD_LOGIC; -- il y a une retenue en sortie de add4
      s : OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0)); 
END XS3Reversible;

ARCHITECTURE arch_XS3Reversible OF XS3Reversible IS
--Question 2 de l'exercice 1
  COMPONENT add4 IS
  PORT (A,B : IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
        Cin : IN STD_LOGIC; --retenue entrée dans le schéma
        S : OUT STD_LOGIC_VECTOR(4 DOWNTO 0)); --retenue en S(4)
  END COMPONENT add4;
-- fils internes entre les sorties des ou exclusifs et les entrées B(i) de l'additionneur
  SIGNAL s_B : STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
BEGIN
  -- Fabrication des fils internes avec les OU EXCLUSIFs
  s_B(0) <= B(0) XOR Cin;
  s_B(1) <= B(0) XOR Cin;
  s_B(2) <= B(2) XOR Cin;
  s_B(3) <= B(3) XOR Cin;
  -- cablage du 7483 = add4
  i0: add4 PORT MAP(
              A => E,
              B => s_B,
              Cin => Cin,
              S(3 DOWNTO 0) => S,
              S(4) => Cout);
END arch_XS3Reversible;

auquel vous ajoutez votre code de l'exercice 1 (question 2) ou le code plus compact de l'énoncé qui a la même entité.

Le fichier de contrainte peut être simplifié à :

To,Direction,Location,I/O Bank,VREF Group,Fitter Location,I/O Standard,Reserved,Current Strength,Slew Rate,Differential Pair,Strict Preservation

E[0],Unknown,PIN_C10,7,B7_N0,PIN_C10,3.3-V LVTTL,,,,,
E[1],Unknown,PIN_C11,7,B7_N0,PIN_C11,3.3-V LVTTL,,,,,
E[2],Unknown,PIN_D12,7,B7_N0,,3.3-V LVTTL,,,,,
E[3],Unknown,PIN_C12,7,B7_N0,,3.3-V LVTTL,,,,,
Cin,Unknown,PIN_A12,7,B7_N0,,3.3-V LVTTL,,,,,

S[0],Unknown,PIN_A8,7,B7_N0,PIN_A8,3.3-V LVTTL,,,,,
S[1],Unknown,PIN_A9,7,B7_N0,,3.3-V LVTTL,,,,,
S[2],Unknown,PIN_A10,7,B7_N0,,3.3-V LVTTL,,,,,
S[3],Unknown,PIN_B10,7,B7_N0,,3.3-V LVTTL,,,,,
Cout,Unknown,PIN_D13,7,B7_N0,,3.3-V LVTTL,,,,,

Exercice 3

Première partie

Le comparateur très simplifié est donné maintenant :

library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.all;
use ieee.std_logic_unsigned.all;

entity COMPM4_exo3 is 
port(
    GT  : out std_logic;
    LT  : out std_logic;

    A  : in std_logic_vector(3 downto 0);
    B  : in std_logic_vector(3 downto 0);
  );
end COMPM4_exo3;

architecture COMPM4_exo3_V of COMPM4_exo3 is 

begin
   GT <= '1' when (A > B ) else '0';
   LT <= '1' when (A < B) else '0';
     
end COMPM4_exo3_V;

Ce comparateur peut être essayé tout seul avec le fichier de contraintes :

To,Direction,Location,I/O Bank,VREF Group,Fitter Location,I/O Standard,Reserved,Current Strength,Slew Rate,Differential Pair,Strict Preservation

A[0],Unknown,PIN_C10,7,B7_N0,PIN_C10,3.3-V LVTTL,,,,,
A[1],Unknown,PIN_C11,7,B7_N0,PIN_C11,3.3-V LVTTL,,,,,
A[2],Unknown,PIN_D12,7,B7_N0,,3.3-V LVTTL,,,,,
A[3],Unknown,PIN_C12,7,B7_N0,,3.3-V LVTTL,,,,,
B[0],Unknown,PIN_A12,7,B7_N0,,3.3-V LVTTL,,,,,
B[1],Unknown,PIN_B12,7,B7_N0,,3.3-V LVTTL,,,,,
B[2],Unknown,PIN_A13,7,B7_N0,,3.3-V LVTTL,,,,,
B[3],Unknown,PIN_A14,7,B7_N0,,3.3-V LVTTL,,,,,

GT,Unknown,PIN_A8,7,B7_N0,PIN_A8,3.3-V LVTTL,,,,,
LT,Unknown,PIN_A9,7,B7_N0,,3.3-V LVTTL,,,,,

Deuxième partie

Table de vérité du comparateur à 9

Entrées				Sorties
A3	A2	A1	A0	GT
0	0	0	0	0
0	0	0	1	0
0	0	1	0	0
0	0	1	1	0
0	1	0	0	0
0	1	0	1	0
0	1	1	0	0
0	1	1	1	0
1	0	0	0	0
1	0	0	1	0
1	0	1	0	1
1	0	1	1	1
1	1	0	0	1
1	1	0	1	1
1	1	1	0	1
1	1	1	1	1

Le programme VHDL est donc :

library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
--use ieee.std_logic_arith.all;
--use ieee.std_logic_unsigned.all;

entity comp9 is port(
  A : in std_logic_vector(3 downto 0); -- 8 entrées pour deux digits en entree
  GT out std_logic); -- deux digits de 7 segments en sortie
end exo4a;

ARCHITECTURE behavior OF comp9 IS
  
BEGIN
  with A select
    GT <= '1' WHEN "1010"|"1011"|"1100"|"1101"|"1110"|"1111",
          '0' WHEN OTHERS;
END behavior;

Maintenant pour l'équation simplifiée, on remplit le tableau de Karnaugh :

Table de Karnaugh
S	A1 A0	00	01	11	10
A3 A2	\
00		0	0	0	0
01		0	0	0	0
11		1	1	1	1
10		0	0	1	1

Ce tableau de Karnaugh donne l'équation simplifiée : GT = A3.A2 + A3.A1

Soit en VHDL :

library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
--use ieee.std_logic_arith.all;
--use ieee.std_logic_unsigned.all;

entity comp9 is port(
  A : in std_logic_vector(3 downto 0); -- 8 entrées pour deux digits en entree
  GT out std_logic); -- deux digits de 7 segments en sortie
end exo4a;

ARCHITECTURE behavior OF comp9 IS
  
BEGIN
   GT <= (A(3) AND A(2)) OR (A(3) AND A(1));
END behavior;

Exercice 4

La synthèse en MUX n'a pas beaucoup d'intérêt avec les FPGA.

Pour ceux qui voudraient s'y lancer, nous vous rappelons que le principe est le suivant :

On câble les entrées sur les entrées de sélections (ici "sel")
on met les 1 et 0 sur les entrées 8 entrées du multiplexeur dans l'ordre de la table de vérité si nos poids sur "sel" ont été choisi dans le même ordre que le table de vérité.

Cours:TP M1102 TP 3 Corr

Sommaire

TP 3

Exercice 1

Question 1

Question 2

Exercice 2

Exercice 3

Première partie

Deuxième partie

Exercice 4

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