TodoElectrodo: Máquina Rotativa

En la siguiente entrada, vamos a realizar un ejercicio práctico de cómo implementar una máquina de estados tipo Mealy en el CPLD XC9572.

¿Qué es una máquina de estados tipo Mealy?

Es un tipo de máquina de estados finitos, en la cual las salidas cambian en función de las entradas.

Ejercicio a implementar:

Se desea proyectar el gobierno de un conmutador rotativo, que permite realizar un ciclo completo cuando el tambor

haya efectuado una vuelta completa.

El disco solidario del tambor lleva un saliente para actuar sobre el contacto (a).

El pulsador (b) (botón de impulsos) da comienzo al ciclo.

1) Estado inicial (reposo) a=1, b=0, M=0.

2) (b) es accionado y después desaccionado rápidamente (impulso) -> M=1.

3) Cuando el disco ha dado una vuelta, (a) es accionado por el saliente y el disco se para.

Vamos a entender en primer lugar el funcionamiento de la maquina rotativa:

La máquina está formada por un pulsador de marcha (b), un contacto(a), y un disco accionado por un motor (m).

En el momento que pulsamos el botón de marcha (b), se genera un pulso o un cambio de nivel, que activa el motor (m), produciendo el giro del disco. En el momento que se activa el contacto(a), el motor se para.

Vamos a observar ahora la tabla de estados:

Mediante la tabla de estados, se puede apreciar los estados estables que va a poseer la máquina.

Por último y para comprender mejor el ejercicio, tenemos el diagrama de flujo, que nos expresa gráficamente la secuencia del proceso de la máquina rotativa.

Una vez que tenemos analizado el ejercicio, nos pondremos manos a la obra y crearemos un proyecto nuevo, que yo he llamado M_ROTATIVA.

Como en los casos anteriores, tenemos que configurar el CPLD, como la familia, dispositivo, encapsulado, velocidad…Seleccionaremos los mismos que anteriormente(deberían estar guardados por defecto).

A continuación añadiremos una nueva fuente de tipo esquemático, para poder implementar posteriormente nuestro diseño. La hemos llamado maq_rota.

Una vez añadida la fuente de tipo esquemático, añadiremos una nueva fuente de tipo “State Diagram”.

Xilinx nos ofrece una herramienta llamada “State Cad”, la cual es un entorno de diseño gráfico, que nos permite diseñar autómatas de máquinas de estados.

State Cad

Una vez añadida la fuente tipo “State Diagram”, automáticamente nos cargará el entorno State Cad, en el cual voy a especificar las funciones principales.

Explicadas las funciones, nos pondremos manos a la obra e iremos insertando los estados que dispone nuestra máquina.

Mediante la opción añadir transición, iremos uniendo las transiciones disponibles entre estados, analizando claramente la tabla de estados y el diagrama.

A continuación añadiremos el Reset.

Nos preguntará si lo queremos en modo asíncrono o síncrono. En nuestro caso será Asíncrono.

El siguiente paso será editar las transiciones, para ello simplemente hacemos doble click en cada una de ellas.

En el campo condición, definiremos cuáles serán las condiciones de entrada.

Después hacemos click en “Output Wizard”, y configuraremos las condiciones de salida.

Podemos configurar las variables, para ello, hacemos click en Options->Variable, apareciéndonos la siguiente ventana, podremos configurar el tipo, activo, pin/nodo.

Una vez acabado este será nuestro resultado final, ahora comprobaremos los estados y transiciones de que estén bien, para ello haremos utilizaremos la herramienta “StateBench”.

Al haber hecho click en “StateBench”, nos ha aparecido abajo las herramientas del TestBench, con las cuales tenemos dos opciones, podemos hacer la verificación manualmente por ciclos o que nos haga la verificación de forma automática.

Aquí se puede observar el resultado al seleccionar “Automatic TestBench”. No recomiendo hacerlo automático, ya que la mejor forma de comprobar nuestra máquina de estados es de forma manual por ciclos.

Por último para finalizar con el programa State Cad, vamos a generar el código VHDL, haremos click en “Generate HDL”. Aquí se puede ver el resultado de la compilación, si hubiera algún error nos lo mostraría.

Al hacer click en “Close”, nos aparecerá el código en VHDL en una ventana, esté código es el componente en sí, que vamos a insertar en la fuente esquemática.

Guardaremos el proyecto, y volveremos al entorno de Xilinx, para añadir una fuente seleccionando, el archivo que hemos generado en StateCad, en este caso le hemos llamado M_rota.vhd.

Una vez añadida, en la ventana de procesos, hacemos doble click en “Create Schematic Symbol”, para que nos genere el componente. Si nos ha completado con éxito, nos tiene que aparecer en la ventana de abajo que se ha completado con éxito.

Ahora ya podemos añadir el componente en la fuente de tipo esquemático.

Creado el componente, pasaremos a establecer las Marcas I/O, e insertaremos los BUFG y BUFGSR en Clock y Reset.

Asignación de restricciones

Ahora pasaremos a crear el fichero de restricciones *.ucf, para ello añadiremos una nueva fuente, como tipo “Implementation Constraints File”.

Generada la nueva fuente, nos cargará el entorno PACE tal y como se aprecia en la foto.

Ahora asignaremos los pines como Input/Output.

Generar archivo *.jed

Por último, antes de la programación del CDPL, crearemos el archivo *.jed haciendo doble click en "implemente design".

Si todo ha salido correctamente nos aparecerán todas las partes con un tick verde. En la ventana del editor de la derecha nos cargará un resumen con los datos del proyecto.

Proceso descarga al Cpld

Como en los casos anteriores abriremos Impact y crearemos un nuevo proyecto.

A continuación configuramos el dispositivo utilizando Boundary-Scan(Jtag)

Una vez que nos haya cargado el entorno de Impact y se haya establecido la comunicación, abriremos el archivo rotativa.jed. Podemos realizar un borrado con la opción erase.

Finalizado el borrado, hacemos doble click en "Program" para iniciar la descarga

Como ya tenemos programado el Cpld, simplemente realizaremos el conexionado en la TAD que nos quedará de la siguiente forma según el archivo de restricciones generado. Debo añadir, que tuve que modificar el archivo de restricciones, asignando los pines 25 y 17 para el pulsador B y el F.carrera A, y el global clock en el pin 10.