Grundläggande stoppur med VHDL och Basys3 Board: 9 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:45

Välkommen till instruktionen om hur man bygger ett stoppur med grundläggande VHDL och Basys 3 -kort. Vi är glada att kunna dela vårt projekt med dig! Detta var ett slutprojekt för kurs CPE 133 (Digital Design) på Cal Poly, SLO hösten 2016. Projektet vi byggde är ett enkelt stoppur som startar, återställer och pausar tid. Den tar in tre tryckknappar på Basys3-kortet som ingångar, och tiden visas på kortets fyrsiffriga sjusegmentsdisplay. Den förflutna tiden visas i formatet sekunder: centisekunder. Den använder kortets systemklocka som en ingång för att hålla reda på den förflutna tiden och matar ut tiden till de fyra siffrorna i sjusegmentsdisplayen.

Steg 1: Material

Materialet du behöver för detta projekt:

• 1 dator med Vivado Design Suite WebPack installerat från Xilinx (föredrar version 2016.2)
• 1 Digilent Basys3 Xilinx Artix-7 FPGA-kort
• 1 USB -portkabel

Steg 2: Ställa in och utgångar

Figuren ovan visar ett blockdiagram över huvudnivån för huvudurens urklockmodul. Stoppuret tar in ingångar "CLK" (klocka), "S1" (startknapp), "S2" (pausknapp) och "RST" (återställning) och har en 4-bitars utgång "Anoder", en 7-bitars utgång utmatningssegment och en enda bitars utgång "DP" (decimalpunkt). När ingången "S1" är hög börjar stoppuret räkna tid. När "S2" är låg pausar stoppuret tiden. När "RST" är hög, stoppar stoppuret och återställer tiden. Det finns fyra delmoduler i kretsen: klockavdelaren, sifferräknaren, sju-segmentdisplaydrivrutinen och sjusegmentskodaren. Stoppurets huvudmodul kopplar ihop alla delmoduler och till ingångar och utgångar.

Steg 3: Gör klockor

Klockavdelningsmodulen tar in en systemklocka och använder en divisoringång för att skapa en klocka med valfri hastighet som inte är större än systemklockans. Stoppuret använder två olika klockmoduler, en som skapar en 500 Hz klocka och en annan som skapar en 100 Hz klocka. Schemat för klockavdelaren visas i figuren ovan. Klockavdelaren tar in en en-bitars ingång "CLK" och en 32-bitars ingång "Divisor" och en-bitars utgången "CLKOUT". "CLK" är systemklockan och "CLKOUT" är den resulterande klockan. Modulen innehåller också en NOT -grind, som växlar signalen "CLKTOG" när räkningen når värdet på avdelaren.

Steg 4: Räkna till tio

Siffräknaren räknar varje siffra från 0 till 10 och skapar en annan klocka för nästa siffra att fungera från den oscillerar när räkningen når 10. Modulen tar in tre enkelbitsingångar "S", "RST" och "CLK "och resulterar i en enda bitars utgång" N "och en 4-bitars utgång" D ". Ingång "S" är aktiveringen i ingången. Klockan slås på när "S" är högt och avstängt när "S" är lågt. "RST" är återställningsingången så att klockan återställs när "RST" är hög. "CLK" är klockingången för sifferräknaren. "N" är klockutgången som blir ingångsklockan för nästa siffra. Utgång "D" presenterar det binära värdet för den siffra som räknaren är på.

Steg 5: Visa nummer

Den sju-segmentiga skärmkodaren kommer att koda det binära numret som tas emot från sju-segmentdisplaydrivarmodulen och förvandla den till en ström av bitar som kommer att tolkas som "1" eller "0" -värden för varje segment av displayen. Det binära talet tas emot av modulen som 4-bitars ingång "siffra" och resulterar i 7-bitars utmatning "segment". Modulen består av ett enda fallprocessblock som tilldelar en specifik 7-bitars ström för varje möjligt ingångsvärde från 0 till 9. Varje bit i sjubitsströmmarna representerar ett av de sju segmenten av siffrorna på displayen. Ordningen på segmenten i strömmen är "abcdefg" med "0: er" som representerar segmenten som lyser upp för det givna numret.

Steg 6: Hur man visar stoppuret

I sju-segment display-drivrutinsmodulen finns fyra 4-bitars ingångar "D0", "D1", "D2" och "D3", var och en representerar de fyra siffror som ska visas. Ingång "CLK" är systemets klocksignal. En-bitars utgång "DP" representerar decimalpunkten på sjusegmentsdisplayen. 4-bitars utgången "Anoder" bestämmer vilken siffra på sjusegmentsdisplayen och 4-bitars utgång "temp" beror på tillståndet för 2-bitars kontrollingången "SEL". Modulen använder 4 multiplexrar för styringången "SEL" och de tre utgångarna; "Anoder", "temp" och "DP".

Steg 7: Samla allt

Ett 'om' processblock som körs av 500Hz -klockan används för att skapa start- och pausknapparna. Koppla sedan ihop alla delmoduler i stoppurets huvudmodul genom att deklarera komponenterna i varje enskild delmodul och använda olika signaler. Siffermodulerna tar in klockutgången från den föregående siffrans submodul med den första som tar in 100Hz -klockan. "D" -utgångarna från siffrans submoduler blir sedan "D" -ingångarna för sju segment display -drivrutinsmodulen. Och slutligen blir "temp" -utgången från sju segments display -drivrutinsmodulen "temp" -ingång för sju segmentskodningsmodulen.

Steg 8: Begränsningar

Använd 3 tryckknappar (W19, T17 och U18) för ingångar "RST", "S1" och "S2". W19 är återställningsknappen, T17 är startknappen (S1) och U18 är pausknappen (S2). En begränsning för klockingångsinmatningen krävs också med port W5. Kom också ihåg att lägga till den här raden i klockbegränsningen:

create_clock -add -name sys_clk_pin -period 10.00 -vågform {0 5} [get_ports {CLK}]

Länka också anoderna och segmenten till kortet så att stoppuret visas på sjusegmentsdisplayen som visas i begränsningsfilen.

Steg 9: Testning

Se till att din enhet fungerar genom att spela med de tre knapparna: tryck och håll dem i varje möjlig ordning för att hitta eventuella problem med din kod.