Objetivo: Mediante el uso de un teclado controlar un display de 7 segmentos para que marque una numeración del 0 – 9 y de A – F. Material:
Tarjeta fpga Teclado Programas (VHDL, XILINX)
Introducción: 7 segmentos display Se llama visualizador (display) a un dispositivo de ciertos aparatos electrónicos que permite mostrar información al usuario de manera visual. Un visualizador de una señal de video se lo llama más comúnmente pantalla. Visualizador de matriz La matriz de 5x7 permite representar letras mayúsculas y minúsculas, signos de puntuación y caracteres especiales con un grado de legibilidad excelente. A las matrices de 5x7 siguen las líneas de caracteres, principalmente LCD y VFD, presentándose en múltiples formatos, de una a cuatro líneas de ocho a cuarenta caracteres. Visualizador electromecánico Los problemas de los primeros visualizadores para su uso a la intemperie: falta de luminosidad y fragilidad condujeron al desarrollo de otros tipos de visualizador, en los que se mueve mecánicamente alguna pieza que oculta o muestra un símbolo o leyenda. Pertenecen a este tipo los visualizadores "de cortinilla", que constan de un motor paso a paso que va pasando las "hojas" que contienen distintas leyendas hasta llegar al mensaje deseado. Visualizador de segmentos En un visualizador de 7 segmentos se representan los dígitos 0 a 9 iluminando los segmentos adecuados. Existen dos tipos de display de 7 segmentos: 1) Ánodo Común: es aquel donde los ánodos de todos los Leds se conectan internamente al punto de unión U y los cátodos se encuentran disponibles desde afuera del integrado. La conexión interna de los cátodos de todos los LEDs, dejando disponible externamente solo el punto de su unión. Cuando las 8 llaves están abiertas, no circula ninguna corriente y los 8 LEDs están apagados, al cerrar cualquiera de las llaves, por la misma circulara una corriente que hace encender el LED correspondiente. El terminal de unión U se conecta siempre al terminal negativo. 2) Cátodo Común: es aquel donde los cátodos de todos los LEDs se conectan internamente al punto de unión U y los ánodos se encuentran disponibles desde afuera del integrado. Los ánodos los que se encuentran conectados internamente y por tal razón el punto unión ahora se conectan al terminal positivo de la batería, cerrando cualquiera de las llaves, se encenderá el segmento correspondiente. El terminal de unión U se conecta siempre al terminal positivo.
Nexys-2 Spartan La tarjeta tiene las siguientes características (Fig. 01): Una base para que el usuario conecte un oscilador a una frecuencia diferente de 50 MHz, que es la frecuencia base del funcionamiento del componente Spartan 3E. Un puerto de salida de video VGA. Un puerto de comunicación serial RS232. 4 puertos de E/S digital de 12 bit con línea de 3.3V y tierra. Un puerto PS-2. Un puerto de expansión de 43 bit. La tarjeta NEXYS 2 cuenta con una interfaz para utilizar un teclado normal de computadora con conector PS2 para usuario. Sin embargo, actualmente la mayoría de teclados ya son para conexión con interfaz USB, y obsoleto la Fig. 01 interfaz PS2. Además aplicaciones solamente requerimos utilizar pocas teclas. Debido a lo anterior, el objetivo de esta interfaz es tener una interacción más directa con el usuario, utilizando un teclado matricial de 16 caracteres. La tarjeta puede programarse desde dos diferentes puertos, el puerto JTAG o un puerto mini-USB, el programa puede enviarse directamente al FPGA o a una FLASH, para que el FPGA cargue el programa automáticamente, después de que es alimentada la tarjeta. En la figura 1 se observa cómo en realidad es sólo por el puerto JTAG por el que se tiene acceso al FPGA y a la Flash. La salida del controlador USB va dirigida hacia el puerto JTAG. Puerto PS2 El puerto PS/2 toma su nombre de la serie de ordenadores IBM Personal System/2 en que fue creada por IBM en 1987, y empleada para conectar teclados y ratones. Muchos de los adelantos presentados fueron inmediatamente adoptados por el mercado del PC, siendo este conector uno de los primeros. La comunicación en ambos casos es serial (bidireccional en el caso del teclado), y controlada por microcontroladores situados en la placa madre. No han sido diseñados para ser intercambiados en caliente, y el hecho de que al hacerlo no suela ocurrir nada es más debido a que los microcontroladores modernos son mucho más resistentes a cortocircuitos en sus líneas de entrada/salida. Para el uso del puerto PS2 usando la Nexis-2 se debe usar de referencia la fig.02.
Fig. 02
Teclado El teclado de la computadora consta de una matriz de contactos, que al presionar una tecla, cierran el circuito. Un microcontrolador detecta la presión de la tecla, y genera un código. Al soltarse la tecla, se genera otro código. De esta manera el chip localizado en la placa del teclado puede saber cuándo fue presionada y cuándo fue soltada, y actuar en consecuencia.Los códigos generador son llamados Codigos de barrido (Scan code, en inglés). Una vez detectada la presión de la tecla, los códigos de barrido son generados, y enviados de forma serial a través del cable y con el conector del teclado, llegan a la placa madre de la PC. Allí, el código es recibido por el microcontrolador conocido como BIOS DE TECLADO. Este chip compara el código de barrido con el correspondiente a la Tabla de caracteres (Fig. 03). Genera una interrupción por hardware, y envía los datos al procesador.
Fig. 03
Desarrollo: library IEEE; use IEEE.STD_LOGIC_1164.all;
entityReg_Der_S_P is generic (n: in integer:= 33); --Trabaja a 11x3 para asegurar que no haya perdida de datos port( CLK_T: in std_logic; RST : in std_logic; R : in std_logic; Q : outstd_logic_vector (8 downto 1)--Se toma 1 en lugar de 0 porque el primero es mas significativo que el segundo ); endReg_Der_S_P; architectureRegistro of Reg_Der_S_P is signalQn,Qp: std_logic_vector (n-1 downto 0); begin Combinacional: process (Qp,R) begin Qn(n-1) <= R; fori in n-2 downto 0 loop Qn(i) <= Qp(i+1); end loop; Q <= Qn(8 downto 1); end process Combinacional; Secuencial: process (CLK_T,RST) begin if (RST = '1')then Qp<= (others => '0'); --Cuando se presiona un pulso (0) elsif (CLK_T'event and CLK_T = '1') then -- al mismo tiempor que se envia un pulso sucede un evento Qp<= Qn; end if; end process Secuencial; endRegistro; --Qn(0) <= stop --Qn(8) ->Qn (1) <= Data --Qn(9) <= Parity --Qn(10) <= Stept
-----------------------------------------------library IEEE; use IEEE.STD_LOGIC_1164.all; useIEEE.STD_LOGIC_ARITH.all; useIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.all; entity Interfaz_7_Seg is
port( CLK,RST: in std_logic; E0,E1: in std_logic_vector (4 downto 1); E2,E3: in std_logic_vector (8 downto 5); S: out std_logic_vector (1 to 7); A: out std_logic_vector (3 downto 0); P: out std_logic ); end Interfaz_7_Seg; architectureJerarquico of Interfaz_7_Seg is signalKn,Kp: std_logic_vector (12 downto 0); signalQn,Qp: std_logic_vector (1 downto 0); signal SMX: std_logic_vector (1 downto 0); signal M: std_logic_vector (3 downto 0); signal H: std_logic; begin Pre_Escalador: process (Kp) begin if (Kp = "0000000000000") then H <= '1'; else H <= '0'; end if; Kn<= Kp + 1; end process Pre_escalador; Cont_Mod4: process (H,Qp) begin if (H = '1') then Qn<= Qp + 1; else Qn<= Qp; end if; SMX <= Qp; end process Cont_Mod4; Mux: process (E0,E1,E2,E3, SMX) begin case SMX is when "00" => M <= E0; when "01" => M <= E1; when "10" => M <= E2; when others => M <= E3; end case; end process Mux; DeMux: process (SMX) begin case SMX is
when "00" => A <= "1110"; when "01" => A <= "1101"; when "10" => A <= "1011"; when others => A <= "0111"; end case; end process DeMux; Deco_Hex7: process (M) begin case M is --------------------"abcdefg" when "0000" => S <= "0000001"; --0 when "0001" => S <= "1001111"; --1 when "0010" => S <= "0010010"; --2 when "0011" => S <= "0000110"; --3 when "0100" => S <= "1001100"; --4 when "0101" => S <= "0100100"; --5 when "0110" => S <= "0100000"; --6 when "0111" => S <= "0001110"; --7 when "1000" => S <= "0000000"; --8 when "1001" => S <= "0000100"; --9 when "1010" => S <= "0001000"; --A when "1011" => S <= "1100000"; --b when "1100" => S <= "1110001"; --c when "1101" => S <= "1000010"; --d when "1110" => S <= "0110000"; --e when others => S <= "0111000"; --f end case; end process Deco_Hex7; P <= '1'; Secuencial: process (CLK,RST) begin if (RST = '1') then Qp<= (others => '0'); Kp<= (others => '0'); elsif (CLK'event and CLK = '1') then Qp<= Qn; Kp<= Kn; end if; end process Secuencial; endJerarquico; -----------------------------------------------library IEEE; use IEEE.STD_LOGIC_1164.all; entityTeclado is
port( CLK : in std_logic; CLK_T: in std_logic; RST : in std_logic; R : in std_logic; S : out std_logic_vector (1 to 7); A : out std_logic_vector (3 downto 0); P : out std_logic ); endTeclado;
architectureTeclado of Teclado is signal Q: std_logic_vector (8 downto 1); signal E0,E1: std_logic_vector (4 downto 1); signal E2,E3: std_logic_vector (8 downto 5); component Interfaz_7_Seg is port( CLK,RST: in std_logic; E0,E1,E2,E3: in std_logic_vector (3 downto 0); S: out std_logic_vector (1 to 7); A: out std_logic_vector (3 downto 0); P: out std_logic ); end component; componentReg_Der_S_P is generic (n: in integer:= 33); --Trabaja a 11x3 para asegurar que no haya perdida de datos port( CLK_T: in std_logic; RST : in std_logic; R : in std_logic; Q : outstd_logic_vector (8 downto 1)--Se toma 1 en lugar de 0 porque el primero es mas significativo que el segundo ); end component; begin BLK_1: Interfaz_7_Seg port map (CLK,RST,E0,E1,E2,E3,S,A,P); BLK_2: Reg_Der_S_P port map (CLK_T,RST,R,Q); end Teclado;
Una vez realizada la programación correspondiente y que esta este correcta ser procedió a trasladar el programa a XILINX (Fig. 04), para verificar el programa y que este no tenga erores para que abra la ventana de asignación de Pines (Fig. 05).
Fig. 04
Fig. 05
Evidencias: Una vez que el programa este asignado los pines se procede a probar el sistema mediante la tarjeta, como se puede ver en las Fig. 06 y 07, al presionar una tecla
esta se ve repesentada en el Display mostrando el código (ASII) que se le asigna a dicha tecla.
Fig. 06
Fig. 07
Conclusión General Se tuvo problemas al momento de cargar el programa, ya que al momento de correrlo este no mostraba el código correspondiente a la tecla, presionada. Para realizar la corrección de esto, primero se comprobó que la asignación del teclado y el display fuera correcta probándolo de manera individual y trabajando únicamente con 2 de los 4 display, sin embargo por separado no mostraron error alguno, luego de pedir ayuda a otros compañeros, se encontró el origen del problema, en la asignación del teclado debió sustituirse la salida Q por las salida correspondiente a cada display E0 y E1 ya que solo se usaron estas salidas, para asegurarnos de disminuir los posibles errores al tener menos salidas. Una vez corregido el error el programa logro correr con éxito mostrando el resultado esperado.
