LAB 5. Tarjeta de Desarrollo Spartan-3. Laboratorio de Sistemas Digitales ELO212 Primer Semestre de 2010

Transcripción

1 LAB 5 Tarjeta de Desarrollo Spartan-3 Laboratorio de Sistemas Digitales ELO212 Primer Semestre de 2010

2 Objetivos Generales Controlar dispositivos mediante una FPGA. Conocer la interfaz PS/2 para conexión de un teclado. Aprender el menejo de: pulsadores, interruptores, leds, display de 7 segmentos.

3 Interfaz PS/2 Permite conectar periféricos teclado y mouse. Protocolo de comunicación serial bidireccional. Para teclados se garantiza el conjunto 2 de los scan codes. Responden a todos los comandos enviados, sin embargo no actúan en todos ellos.

4 Socket y Pinout Pin 1: Data Pin 2: Reservado Pin 3: Ground Pin 4: Vcc (+5V) Pin 5: Clock Pin 6: Reservado

5 Comunicación Bidireccional Estado IDLE: Data y Clock en alto Estado INHIBIT: Data en alto y Clock en bajo Estado REQUEST TO SEND: Data en bajo y Clock en alto

6 PS/2 Frame (1) 1 bit de partida: siempre es 0. 8 bits de datos: LSB a MSB. 1 bit de paridad (impar) 1 bit de parada: siempre es 1. 1 bit de ack: sólo para comunicación host teclado/mouse.

7 PS/2 Frame (2)

8 Scan Code (1) Hay varios tipos de scan codes, el más popular (por omisión) es el número 2. Cada tecla tiene asociado un scan code compuesto por: make code, que se emite al presionar una tecla breake code, que se emite al soltar la tecla

9 Scan Code (2): Ejemplos Key Make Break ASCII A 1C F0,1C 41 B 32 F0,32 42 C 21 F0,21 43 D 23 F0,23 44 E 24 F0,24 45 F 2B F0,2B 46 G 34 F0,34 47 H 33 F0,33 48 I 43 F0,43 49

10 PS/2 Driver Verilog (1) kd ShiftRegSig1 ShiftRegSig2 kc kbs value 0 xxxxxxxx

11 PS/2 Driver Verilog (1) kd ShiftRegSig1 ShiftRegSig2 kc 0 x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x kbs value 0 xxxxxxxx

12 PS/2 Driver Verilog (1) kd ShiftRegSig1 ShiftRegSig2 kc 0 0 x x x x x x x x x x x x x x x x x x x kbs value 0 xxxxxxxx

13 PS/2 Driver Verilog (1) kd ShiftRegSig1 ShiftRegSig2 kc x x x x x x x x x x x x x x x x x x kbs value 0 xxxxxxxx

14 PS/2 Driver Verilog (1) kd ShiftRegSig1 ShiftRegSig2 kc x x x x x x x x x x x x x x x x x kbs value 0 xxxxxxxx

15 PS/2 Driver Verilog (1) kd ShiftRegSig1 ShiftRegSig2 kc x x x x x x x x x x x x x x x x kbs value 0 xxxxxxxx

16 PS/2 Driver Verilog (1) kd ShiftRegSig1 ShiftRegSig2 kc x x x x x x x x x x x x x x x kbs value 0 xxxxxxxx

17 PS/2 Driver Verilog (1) kd ShiftRegSig1 ShiftRegSig2 kc x x x x x x x x x x x x x x kbs value 0 xxxxxxxx

18 PS/2 Driver Verilog (1) kd ShiftRegSig1 ShiftRegSig2 kc x x x x x x x x x x x x x kbs value 0 xxxxxxxx

19 PS/2 Driver Verilog (1) kd ShiftRegSig1 ShiftRegSig2 kc x x x x x x x x x x x x kbs value 0 xxxxxxxx

20 PS/2 Driver Verilog (1) kd ShiftRegSig1 ShiftRegSig2 kc x x x x x x x x x x x kbs value 0 xxxxxxxx

21 PS/2 Driver Verilog (1) kd ShiftRegSig1 ShiftRegSig2 kc x x x x x x x x x x kbs value 0 xxxxxxxx

22 PS/2 Driver Verilog (1) kd ShiftRegSig1 ShiftRegSig2 kc x x x x x x x x x kbs value 0 xxxxxxxx

23 PS/2 Driver Verilog (1) kd ShiftRegSig1 ShiftRegSig2 kc x x x x x x x x kbs value 0 xxxxxxxx

24 PS/2 Driver Verilog (1) kd ShiftRegSig1 ShiftRegSig2 kc x x x x x x x kbs value 0 xxxxxxxx

25 PS/2 Driver Verilog (1) kd ShiftRegSig1 ShiftRegSig2 kc x x x x x x kbs value 0 xxxxxxxx

26 PS/2 Driver Verilog (1) kd ShiftRegSig1 ShiftRegSig2 kc x x x x x kbs value 0 xxxxxxxx

27 PS/2 Driver Verilog (1) kd ShiftRegSig1 ShiftRegSig2 kc x x x x kbs value 0 xxxxxxxx

28 PS/2 Driver Verilog (1) kd ShiftRegSig1 ShiftRegSig2 kc x x x kbs value 0 xxxxxxxx

29 PS/2 Driver Verilog (1) kd ShiftRegSig1 ShiftRegSig2 kc x x kbs value 0 xxxxxxxx

30 PS/2 Driver Verilog (1) kd ShiftRegSig1 ShiftRegSig2 kc x kbs value 0 xxxxxxxx

31 PS/2 Driver Verilog (1) kd ShiftRegSig1 ShiftRegSig2 kc kbs value 1 xxxxxxxx

32 PS/2 Driver Verilog (1) kd ShiftRegSig1 ShiftRegSig2 kc kbs value 0 1C

33 PS/2 Driver Verilog (2a) module kbd(rst, clk, kd, kc, kbs, value); input rst, clk, kd, kc; // reset, clock, k-data, k-clock output reg kbs; // keyboard stroke (negedge) output reg [7:0] value; // scan code // // -- Signal Declarations // reg kdi, kci; reg dff1, dff2; reg [10:0] ShiftRegSig1; reg [10:1] ShiftRegSig2; reg kbs_tmp;

34 PS/2 Driver Verilog (2b) // // -- Module Implementation // // --Flip Flops used to condition signals coming from PS2-- (posedge clk or posedge rst) begin if (rst == 1) begin dff1 <= 0; dff2 <= 0; kdi <= 0; kci <= 0; end else begin dff1 <= kd; kdi <= dff1; dff2 <= kc; kci <= dff2; end end

35 PS/2 Driver Verilog (2c) // --Shift Registers used to clock in scan codes from PS2-- kci or posedge rst) begin if (rst == 1) begin ShiftRegSig1 <= 11'b ; ShiftRegSig2 <= 10'b ; end else begin ShiftRegSig1[10:0] <= {kdi, ShiftRegSig1[10:1]}; ShiftRegSig2[10:1] <= {ShiftRegSig1[0], ShiftRegSig2[10:2]}; end end

36 PS/2 Driver Verilog (2d) // --Wait for scan code rst or posedge kci) begin if (rst == 1) begin value <= 8'b ; kbs_tmp <= 0; end else if (ShiftRegSig2[9:2] == 8'b ) begin value <= value; kbs_tmp <= 1; end else if (ShiftRegSig2[8:1] == 8'b ) begin value <= ShiftRegSig1[8:1]; kbs_tmp <= 0; end end clk) kbs <= kbs_tmp; endmodule

37 Ejemplo Uso Driver PS/2 module kbduse(rst, clk, kd, kc, led); input rst, clk, kd, kc; output reg [7:0] led; wire [7:0] value; kbd kbd0(rst, clk, kd, kc, kbs, value); (negedge rst or negedge kbs) if (rst == 0) led <= 0; else led <= led + 1; endmodule

38 Display 7 segmentos 4 dígitos (7 segmentos). No dispone de conversores BCD / 7 segmentos. Ánodo común. 12 salidas para controlar el display. Se debe multiplexar en el tiempo para poder ver números de más de 1 dígito.

39 Configuración del Display

40 Conexiones

41 Driver Verilog BCD/7Seg. module ssdec(val, pt, type, ssg); input [3:0] val; // binary value input pt, type; // point, display type (0: anode, 1: cathode) output [7:0] ssg; // segments assign ssg = ((type == 1)? 8'h0 : 8'hff) ^ ( (val == 0)? {pt, 7'b } : (val == 1)? {pt, 7'b } : (val == 2)? {pt, 7'b } : (val == 3)? {pt, 7'b } : // (val == 11)? {pt, 7'b } : (val == 12)? {pt, 7'b } : (val == 13)? {pt, 7'b } : (val == 14)? {pt, 7'b } : {pt, 7'b }); endmodule

42 Driver Verilog Display 7Seg. (1) module display(clk, num, type, pts, sseg, an); input clk, type; input [3:0] pts; input [15:0] num; output [7:0] sseg; output reg [3:0] an; // fill in. endmodule

43 Contador BCD module bcdcounter(rst, clk, value); input rst, clk; output reg [15:0] value; // reset, clock // 4 bcd digits clk or posedge rst) begin if (rst == 1) value <= 0; else begin if (value[3:0] == 9) begin value[3:0] <= 0; if (value[7:4] == 9) begin value[7:4] <= 0; if (value[11:8] == 9) begin value[11:8] <= 0; if (value[15:12] == 9) value[15:12] <= 0; else value[15:12] <= value[15:12] + 1; end else value[11:8] <= value[11:8] + 1; end else value[7:4] <= value[7:4] + 1; end else value <= value + 1; end end endmodule

44 Uso de Pulsadores, Interruptores y leds module (btn, swt, led); input [0:3] btn; input [0:7] swt; output [0:7] led; assign led[0:3] = btn; assign led[4:7] = swt[0:3]; endmodule

45 Trabajo Previo (1) Diseño de un módulo para visualizar una cuenta en el display Completar diseño del módulo display. Usar display para mostrar tiempo MM.SS. Hacer simulación funcional y temporal. Módulo para uso de leds, interruptores y pulsadores. Leds reflejan el estado del interruptor. Pulsador 0: enciende todos los leds. Pulsador 1: apaga todos los leds. Pulsador 2: invierte estado de los leds. Hacer simulación funcional.

46 Trabajo Previo (2) Diseño de un módulo que permita: Visualizar scan codes de teclado en display 7 segmentos, dígitos menos significativos. Visualizar el valor de teclas numéricas en los dígitos más significativos, o FF si no es número.

47 En el Laboratorio Revisión actividades previas. Sintetizar y demostrar el funcionamiento del módulo reloj en formato MM.SS. Sintetizar el módulo para uso de pulsadores, interruptores y leds. Demostrar el funcionamiento del módulo que despliega scan codes del teclado PS/2. Diseño de una máquina digital.

48 Máquina Digital (1) Op Contenido del display y leds Contador BCD ascendente X Hz. Contador BCD descendente Y Hz. Contador ascendente binario de X Hz. Contador descendente binario de Y Hz. Cuenta el número de teclas presionadas.

49 Máquina Digital (2) Op Contenido del display y leds Número de repeticiones de una tecla. 2MSD op. 0, 2LSD op. 1. Display off, se mantienen las cuentas. Leds pestañean X Hz, se mantienen las cuentas. Comportamiento dinámico para leds y puntos.

50 Máquina Digital (2) Op Contenido del display y leds 2LSD último pulsador (0-3); mantiene cuentas. Tiempo [ms] entre 2 eventos PS/2, máx Tiempo transcurrido en MM.SS.

51 Máquina Digital (3) Pulsador Descripción operación Resetea todas las cuentas. Display rotate right (eg. 1): Display rotate left (eg. 1): Blinking leds at Y Hz.