Td tp vhdl registres à décalage partie 3 exercices VHDL Télé
Télécharger PDFTD/TP Langage de description VHDL : Partie n°3
Ce document propose une série d'exercices pratiques (TD/TP) axés sur la description et la simulation de circuits numériques en VHDL, un langage de description matérielle essentiel dans la conception électronique.
Exercice n°1 : Registre à décalage à droite
Un registre à décalage à droite est un composant séquentiel capable de stocker des bits et de les déplacer un à un vers la droite à chaque impulsion d'horloge. Le bit le plus à droite est généralement perdu ou décalé vers une autre entrée, tandis qu'un nouveau bit est introduit à l'extrémité gauche.
Soit le registre à décalage à droite représenté par le schéma suivant :
La compréhension du schéma structurel est cruciale pour une description VHDL précise. Vous devrez modéliser le comportement de décalage des données.
Donnez une description VHDL de ce registre. Réalisez les simulations pour vérifier le fonctionnement du programme.
Exercice n°2 : Registre à décalage à droite à autorisation d'horloge
Cette variante du registre à décalage inclut une entrée d'autorisation d'horloge (ou "clock enable"), qui permet de contrôler quand les opérations de décalage peuvent avoir lieu, ajoutant ainsi une couche de contrôle au circuit.
Soit le registre à décalage à droite à autorisation d'horloge représenté par le schéma suivant :
NB : Le circuit est une association de Bascules D et de Multiplexeurs.
Une analyse attentive du rôle des multiplexeurs est nécessaire pour implémenter correctement la fonction d'autorisation d'horloge.
Donnez une description VHDL de ce registre. Réalisez les simulations pour vérifier le programme.
Exercice n°3 : Registre à décalage à chargement parallèle synchrone
Un registre à décalage à chargement parallèle synchrone combine les fonctionnalités d'un registre de chargement parallèle et d'un registre à décalage. Il peut charger des données simultanément sur toutes ses entrées et les décaler ensuite.
Soit le registre à décalage à chargement parallèle synchrone représenté par le schéma suivant :
NB : Le circuit est une association de Bascules D et de Multiplexeurs.
La conception VHDL devra prendre en compte les deux modes de fonctionnement : chargement parallèle et décalage série.
Donnez une description VHDL de ce registre. Réalisez les simulations pour vérifier le programme.
Exercice n°4 : Compteur en anneau : génération de séquence
Un compteur en anneau est un type de registre à décalage où la sortie du dernier étage est connectée à l'entrée du premier étage, formant une boucle. Cela permet de générer des séquences binaires répétitives très spécifiques.
Soit le Compteur en anneau, générateur de séquences, représenté par le schéma suivant :
NB : Le circuit est une association de Bascules D et un inverseur.
La boucle de rétroaction avec l'inverseur est la clé pour déterminer la séquence générée par ce type de compteur.
Donnez une description VHDL de ce registre. Réalisez les simulations pour vérifier le programme.
Exercice n°5 : Compteur en anneau : génération de séquence pseudo-aléatoire
Ces compteurs sont souvent appelés registres à décalage à rétroaction linéaire (LFSR). Ils sont utilisés pour générer des séquences binaires qui, bien que entièrement déterministes, possèdent des propriétés statistiques similaires à celles des séquences aléatoires.
Soit le Compteur en anneau, générateur de séquences pseudo-aléatoire, représenté par le schéma suivant :
NB : Le circuit est une association de Bascules D et un OU Exclusif (XOR).
Ici, on a décrit un générateur de séquence binaire pseudo-aléatoire à 5 étages. On démontre que la longueur maximale de la séquence d'un tel générateur (avant de retrouver la même configuration) est de 2^n - 1 (n étant le nombre d'étages).
Il existe de nombreuses autres possibilités dans les rebouclages qui conduisent à des résultats semblables. Si l'on se contente d'un rebouclage par un seul OU Exclusif à 2 entrées, on peut citer les configurations suivantes (qui seraient détaillées par un polynôme irréductible ou un schéma de connexion spécifique) :
Donnez une description VHDL de ce registre. Réalisez les simulations pour vérifier le programme.
FAQ sur les registres à décalage et le VHDL
Qu'est-ce qu'un registre à décalage et à quoi sert-il ?
Un registre à décalage est un type de circuit numérique séquentiel constitué de bascules D connectées en cascade. Il permet de stocker des données binaires et de les déplacer (décaler) bit par bit, soit vers la gauche, soit vers la droite. Il est couramment utilisé pour la conversion série-parallèle ou parallèle-série, pour les retards de signal, ou pour la génération de séquences.
Quelle est la fonction d'un générateur de séquence pseudo-aléatoire (LFSR) ?
Les générateurs de séquences pseudo-aléatoires (LFSR - Linear Feedback Shift Register) sont des registres à décalage avec une logique de rétroaction (généralement des portes XOR) qui produisent une séquence de bits apparemment aléatoire. Ces séquences sont utilisées dans divers domaines tels que la cryptographie, les tests de circuits, la modulation de spectre étalé, et la simulation de Monte Carlo, grâce à leurs bonnes propriétés statistiques et leur reproductibilité.
Comment s'effectue la vérification d'un design VHDL par simulation ?
La vérification d'un design VHDL par simulation implique l'écriture d'un banc de test (testbench) en VHDL, qui agit comme un environnement de test pour le module conçu. Ce banc de test génère des stimuli d'entrée (signaux d'horloge, resets, données) et observe les sorties du circuit. Un simulateur VHDL exécute le banc de test, permettant d'analyser les formes d'onde et de confirmer que le comportement du circuit correspond aux spécifications fonctionnelles.