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.

Zdrojový kód: Macáksemestrálna2.zip

Overenie

Na overenie toho, či naozaj tento obvod funguje správne, použijeme Serial na vypisovanie kombinácií jednotiek a núl, a hodnôt, ktoré obvod vracia. V seriáli môžme vidieť vzpísanie všetkých kombinácií pre všetky piny, ak je výstup správny, vypíše sa nám slovo "OK", ak je výstup nesprávny, vypíše sa"Nie je OK". Pri každej kombinácií pre všetky piny nám vypísalo "OK", preto môžme povedať, že mikroprocesor funguje správne.

Ukážka zapojeného obvodu pre všetky piny.

Video: