Formato para prácticas de laboratorio

Formuló

M.C. Jorge Eduardo

Ibarra Esquer

Revisó

M.C. Gloria E. Chávez

Valenzuela

Aprobó Autorizó

CARRERA

_ESTUDIO

_ASIGNATURA

NOMBRE DE LA ASIGNATURA

IC 2003-1

5040

Circuitos

Digitales

Avanzados

PRÁCTICA

No.

LABORATORIO DE

DURACIÓN

(HORA)

6

NOMBRE DE LA

_PRÁCTICA

Multiplicador binario

4

1 INTRODUCCIÓN

La multiplicación binaria es una operación aritmética que requiere de varios pasos para llevarse a cabo. Existen varios algoritmos para resolverla. El que se utilizará en esta práctica se conoce como sumas y corrimientos.

2 OBJETIVO (COMPETENCIA)

Construir un circuito para realizar una multiplicación binaria mediante el algoritmo de sumas y corrimientos. Diseñar y construir una unidad de control para realizar una operación aritmética.

3 FUNDAMENTO

Existen varios algoritmos para realizar multiplicaciones. El funcionamiento de cada uno de ellos es el siguiente:

• Multiplicación en paralelo: La operación se realiza conectando varios sumadores en paralelo, recorridos cada uno de ellos una posición hacia la izquierda.

• Tablas de búsqueda: Los resultados de cada posible multiplicación están guardados en dispositivos de memoria, que son direccionados de acuerdo al valor de los operandos.

• Sumas sucesivas: Se suma y acumula el multiplicando, tantas veces como el valor del multiplicador.

• Sumas y corrimientos: Se realizan sumas dependiendo del valor de cada bit del multiplicador y se van realizando corrimientos hasta obtener el resultado.

3 FUNDAMENTO

Entre ellos, el de sumas y corrimientos ofrece las siguientes ventajas:

• Tiempo máximo y mínimo de ejecución bien definido.

• El circuito no requiere de mucho espacio físico.

• Resulta sencillo ampliar el tamaño de los operandos utilizados.

En la figura 1 se muestra la estructura física de un circuito para multiplicar dos números de 4 bits. Consta de los siguientes elementos:

• Un registro de corrimiento de 9 bits. Antes de iniciar la operación, el multiplicador se carga en la parte baja de este registro, llenando los bits más significativos con ceros. Al terminar, los 8 bits menos significativos tienen el producto de la multiplicación.

• Un registro de 4 bits para cargar el multiplicando.

• Un sumador de 2 números de 4 bits.

• Una unidad de control. Esta recibe como entradas una señal de reloj (CLK), un pulso de inicio (I) y el bit del multiplicador (M) que se vaya a utilizar en cada iteración del algoritmo. Genera un pulso de suma (PS) y un pulso de corrimiento (PC).

3 FUNDAMENTO

En la figura 2 se muestra el diagrama de flujo de este algoritmo.

Figura 2. Diagrama de flujo del algoritmo de multiplicación por sumas y corrimientos, para dos números de 4 bits.

4 PROCEDIMIENTO (DESCRIPCIÓN)

A EQUIPO

NECESARIO

MATERIAL

DE

APOYO

Tarjeta UP2 de Altera. Se utilizará el FPGA Flex10K Software Quartus II

Protoboard

Teclado matricial y codificador 74922

Circuitos integrados: Sumador, registros de corrimiento. Display de 7 segmentos y codificador

Material bibliográfico.

Applet simulador del algoritmo de sumas y corrimientos disponible en

http://yaqui.mxl.uabc.mx/~jorgeeie/digitales/aplicacion es/multiplicador.html

Se requiere la versión 1.6 de Java para utilizar el Applet

4 PROCEDIMIENTO (DESCRIPCIÓN)

B

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

Se implementará un circuito que realice la multiplicación binaria de 2 números de 4 bits, Utilizando el algoritmo de sumas y corrimientos. Para la práctica se construirán los siguientes componentes:

• Circuito del multiplicador: Registros de corrimiento y sumador (En el protoboard).

• Circuito para mostrar resultados en displays de 7 segmentos. Se mostrarán 3 dígitos en BCD.

• Circuito de control para el algoritmo de la multiplicación.

• Detector de instrucciones desde el teclado.

• Módulo de RAM. Se almacenarán hasta 16 resultados de 8 bits en RAM. Se deben cumplir los siguientes requerimientos:

• Todos los componentes, con excepción del circuito para la multiplicación, se construirán utilizando el software Quartus II y se cargarán en el FPGA Flex10K.

• Deberá utilizarse VHDL para la elaboración de componentes individuales, pudiendo interconectarlos en diagramas esquemáticos de Quartus.

• Son necesarios, además, un convertidor de BCD a binario (2 dígitos BCD a 4 bits) y un convertidor de binario a BCD (8 bits a 3 dígitos BCD).

Los comandos que se deberán introducir a través del teclado son los siguientes:

Descripción Secuencia Cargar multiplicando

# 1 D U

# 2 D U

# 3

# 4

# 5

# 6 P

# 7 P

D -

decena

U

-

Unidad

P

–

Posición en la memoria (0-15)

Es importante diseñar cada uno de los componentes del circuito de manera independiente, pero tomando en cuenta las entradas y salidas que deben tener para poder comunicarse entre ellos.

C

CÁLCULOS Y REPORTE

Se entregará un reporte de la práctica que contenga los siguientes puntos: - Resumen - Descripción de la práctica - Desarrollo - Resultados - Conclusiones

5 RESULTADOS Y CONCLUSIONES

Se presentará el circuito con todos los módulos funcionando.

Deberá presentarse el resultado de la simulación de cada uno de los módulos de manera independiente.