Tester obvodu 7400

Záverečný projekt predmetu MIPS / LS2024 - Jakub Macák

Zadanie

Mojou úlohou bolo spraviť tester obvodu 7400 (4xNAND), pripojeného k doske Arduino UNO

Obvod 7400 (4xNAND).

Literatúra:

• Dokumentácia k obvodu

Analýza a opis riešenia

Obvod 7400 (4xNAND) je obvod, ktorý obsahuje štyri samostatné NAND brány, pričom každá brána má dva vstupy a jeden výstup. Najskôr som si musel zistiť PIN layout tohto obvodu a následne obvod správne zapojiť. Po zapojení som spravil program, ktorý posiela do obvodu kombinácie (1) jednotiek a (0) núl. Obvod kombinácie vyhodnotí a odošle hodnotu na základe danej kombinácie. Keďže to je NAND obvod, v prípade kombinácie 1-1 vracia 0, pre každú inú kombináciu vracia 1.

PIN layout obvodu.

Zapojenie

Zapojenie som realizoval zapojením pinu 1 na D8, 2 na D7 a 3 na D6. Pin 7 na GND a 14 na Vcc.

Schéma zapojenia obvodu 7400 (4xNAND).

Algoritmus a program

Algoritmus programu je....

AVR C-codeuart.huart.c

#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>
#include <stdio.h>
#include "uart.h"

FILE mystdout = FDEV_SETUP_STREAM(uart_putc, NULL, _FDEV_SETUP_WRITE);

#define F_CPU 16000000UL
#define BAUD 9600

#define NAND_A_PIN PD6
#define NAND_B_PIN PD7
#define NAND_OUT_PIN PB0

#define NAND_C_PIN PD5
#define NAND_D_PIN PD4
#define NAND_OUT2_PIN PD3

#define NAND_E_PIN PC0
#define NAND_F_PIN PC1
#define NAND_OUT3_PIN PC2

#define NAND_G_PIN PB3
#define NAND_H_PIN PB4
#define NAND_OUT4_PIN PB5

// This part includes necessary libraries and defines macros and pins.
// Sets communication via UART.

void init_pins() {
    DDRD |= (1 << NAND_A_PIN) | (1 << NAND_B_PIN) | (1 << NAND_C_PIN) | (1 << NAND_D_PIN);
    DDRB |= (1 << NAND_G_PIN) | (1 << NAND_H_PIN);
    DDRC |= (1 << NAND_E_PIN) | (1 << NAND_F_PIN);

    DDRB &= ~(1 << NAND_OUT_PIN);
    DDRD &= ~(1 << NAND_OUT2_PIN);
    DDRC &= ~(1 << NAND_OUT3_PIN);
    DDRB &= ~(1 << NAND_OUT4_PIN);
}

void send_input_signals(uint8_t a, uint8_t b, uint8_t c, uint8_t d, uint8_t e, uint8_t f, uint8_t g, uint8_t h) {
    if (a) PORTD |= (1 << NAND_A_PIN);
    else PORTD &= ~(1 << NAND_A_PIN);
    if (b) PORTD |= (1 << NAND_B_PIN);
    else PORTD &= ~(1 << NAND_B_PIN);

    if (c) PORTD |= (1 << NAND_C_PIN);
    else PORTD &= ~(1 << NAND_C_PIN);
    if (d) PORTD |= (1 << NAND_D_PIN);
    else PORTD &= ~(1 << NAND_D_PIN);

    if (e) PORTC |= (1 << NAND_E_PIN);
    else PORTC &= ~(1 << NAND_E_PIN);
    if (f) PORTC |= (1 << NAND_F_PIN);
    else PORTC &= ~(1 << NAND_F_PIN);

    if (g) PORTB |= (1 << NAND_G_PIN);
    else PORTB &= ~(1 << NAND_G_PIN);
    if (h) PORTB |= (1 << NAND_H_PIN);
    else PORTB &= ~(1 << NAND_H_PIN);
}

uint8_t read_output_signal(uint8_t pin, uint8_t port) {
    switch (port) {
        case 'B':
            return (PINB & (1 << pin)) != 0;
        case 'D':
            return (PIND & (1 << pin)) != 0;
        case 'C':
            return (PINC & (1 << pin)) != 0;
        default:
            return 0;
    }
}

int main() {
    init_pins();
    uart_init();
    stdout = &mystdout;
    printf("Kombinacie:\n");

    for (;;) {
        send_input_signals(1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0);
        int output = read_output_signal(NAND_OUT_PIN, 'B');
        printf("Vystup pro 10: %d\r\n", output);
        if (output == 1) {
            printf("OK\n");
        } else {
            printf("Nie je OK\n");
        }
        _delay_ms(1000);

        send_input_signals(1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0);
        int output2 = read_output_signal(NAND_OUT2_PIN, 'D');
        printf("Vystup pro 11: %d\r\n", output2);
        if (output2 == 1) {
            printf("Nie je OK\n");
        } else {
            printf("OK\n");
        }
        _delay_ms(1000);

        send_input_signals(0, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0);
        int output3 = read_output_signal(NAND_OUT3_PIN, 'C');
        printf("Vystup pro 01: %d\r\n", output3);
        if (output3 == 1) {
            printf("OK\n");
        } else {
            printf("Nie je OK\n");
        }
        _delay_ms(1000);

        send_input_signals(0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0);
        int output4 = read_output_signal(NAND_OUT4_PIN, 'B');
        printf("Vystup pro 00: %d\r\n", output4);
        if (output4 == 1) {
            printf("OK\n");
        } else {
            printf("Nie je OK\n");
        }
        _delay_ms(1000);
    }

    return 0;
}

/* ************************************************************************* */
/* FileName:             uart.h                                              */
/* ************************************************************************* */
#define LED PB5  // internal on-board LED 

 /* na testovanie su uz zadefinovane */
 // bit_is_set(PINB, SW1)
 // bit_is_clear(PINB, SW1)

 /* na cakanie su preddefinovane slucky */
 // loop_until_bit_is_set(PINB, SW1);    // cakanie na uvolnenie tlacitka
 // loop_until_bit_is_clear(PINB, SW1);  // cakanie na stlacenie tlacitka


#define set_bit(ADDRESS,BIT) (ADDRESS |= (1<<BIT))
#define clear_bit(ADDRESS,BIT) (ADDRESS &= ~(1<<BIT))

#ifndef UART_H_
#define UART_H_

#include <stdio.h>

#define BAUD_PRESCALE  (((F_CPU / (BAUDRATE * 16UL))) - 1)  // vzor?ek z datasheetu

void hw_init( void );
void uart_init( void );
     
/* Following definition is compatible with STDIO.H, for more
 * information see https://www.appelsiini.net/2011/simple-usart-with-avr-libc/
 */
	 
int uart_putc( char c, FILE *stream );
void uart_puts( const char *s );

char uart_getc( void );

void delay(int delay); 

#endif /* UART_H_ */

/* ************************************************************************* */
/* FileName:             uart.c                                              */
/* ************************************************************************* */

#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>
#include "uart.h"

void hw_init( void )
{ 
  DDRB |= (1<<LED);    // PORTB.5 kde je LED ma byt OUTPUT
  /* sem si mozete dopisat svoje vlastne inicializacne prikazy */ 	
}

void uart_init( void ) 
{
//  for different BAUD rate change the project settings, or uncomment 
//  following two lines:	
//	#undef  BAUD           // avoid compiler warning
//  #define BAUD 115200
	
   #include <util/setbaud.h>  // requires defined BAUD
   
   UBRR0H = UBRRH_VALUE;
   UBRR0L = UBRRL_VALUE;
   #if USE_2X                 // defined in setbaud.h 
    UCSR0A |= (1 << U2X0);
   #else
    UCSR0A &= ~(1 << U2X0);
   #endif


    UCSR0C = _BV(UCSZ01) | _BV(UCSZ00); /* 8-bit data */
    UCSR0B = _BV(RXEN0) | _BV(TXEN0);   /* Enable RX and TX */	
}


int uart_putc( char c, FILE *stream )
{
   if (c == '\n') 
      uart_putc('\r',stream);
   
   loop_until_bit_is_set(UCSR0A, UDRE0); /* Wait until data register empty. */
   UDR0 = c;
   return 0;
}


void uart_puts(const char *s)
{
  /* toto je vasa uloha */
}

char uart_getc(void) 
{
    loop_until_bit_is_set(UCSR0A, RXC0); /* Wait until data exists. */
    return UDR0;
}

void delay(int delay)      // vlastna funkcia pre dlhsie casy 
{
  for (int i=1; i<=delay; i++)
  _delay_ms(1);
}

//V tejto časti sa inicializujú piny, UART komunikácia, a je nastavený výstup pre stdout pre použitie funkcie printf(). Následne sa v nekonečnej slučke posielajú rôzne kombinácie vstupných signálov pomocou send_input_signals() a číta sa a vypisuje výstupný signál pomocou printf() a read_output_signal() do Serialu. </source></tab> </tabs>

Zdrojový kód: Macáksemestralna.zip

Overenie

Na overenie toho, či naozaj tento obvod funguje správne, použijeme Serial na vypisovanie kombinácií jednotiek a núl, a hodnôt, ktoré obvod vracia.

Ukážka zapojeného obvodu pre všetky piny.

Video: