Allgemeines

• Projektordner herunterladen und entpacken
• Insgesamt gibt es 29 Punkte
• Die einzelnen Punkte bauen meist nicht aufeinander auf. Statt langer Fehlersuche lieber auf das nächste Beispiel wechseln.

Einschaltverzögerung

Vorbereitung

• Projekt led_delay/led_delay.xise öffnen

Aufgabenstellung

Es ist eine einfache Einschaltverzögerung zu entwerfen. Diese Einschaltverzögerung steuert eine LED an und wird mittels zwei Tasten bedient:

• button_toggle - Schaltet das Licht ein bzw. aus
• button_on - Schaltet das Licht in 3 Sekunden ein

Entwurf der Zustandsmaschine

5 Punkte

Zur Realisierung wird eine Zustandsmaschine genutzt.

• Bearbeite die Datei led_delay_fsm.vhd
• Definiere die drei Zuständen OFF, LIGHT und DELAY
• Der Startzustand ist OFF
• Der Eingang toggle_i wechselt von LIGHT nach OFF bzw. von OFF oder DELAY nach LIGHT
• Der Eingang on_i wechselt von OFF nach DELAY, bei den anderen Zuständen hat er keine Auswirkung
• Der Eingang timeout_i bewirkt ein Wechsel von DELAY nach LIGHT, bei den anderen Zuständen hat er keine Auswirkung
• Der Ausgang led_o ist auf '1', wenn die Zustandmaschine im Zustand LIGHT ist
• Der Ausgang timer_enable_o ist im Zustand DELAY auf '1', ansonsten '0'
• Der Ausgang timer_clear_o ist im Zustand OFF auf '1', ansonsten '0'

Testbench

Teste die Implementierung mittels der Testbench led_delay_fsm_tb.vhd. Mittels F6 lässt sich der gesamte Bereich zoomen.

Implementierung des Top Levels

5 Punkte

Zur Verfügung stehen die Komponenten counter, button_dectect und led_delay_fsm. Diese Komponenten werden genutzt, um im Top Level led_delay.vhd die gewünschte Funktionalität zu realisieren.

• Die Instanz der Komponente button_detect mit dem Namen toggle_detect_component ist bereits erstellt
  • button_i ist mit dem Eingang button_toggle_i verbunden
  • detect_o ist mit dem (bereits definiertem) Signal toggle_detect verbunden
• Erstelle eine Instanz der Komponente button_detect mit dem Namen on_detect_component analog zu toggle_detect_component
  • button_i ist mit dem Eingang button_on_i verbunden
  • detect_o ist mit dem (bereits definiertem) Signal on_detect verbunden
• Erstelle eine Instanz der Komponente led_delay_fsm mit dem Namen led_delay_fsm_component
  • toggle_i ist mit dem Signal toggle_detect verbunden
  • on_i ist mit dem Signal on_detect verbunden
  • timeout_i ist mit dem (bereits definiertem) Signal timeout verbunden
  • led_o ist mit dem Ausgang led_o verbunden
  • timer_enable_o ist mit dem (bereits definiertem) Signal timer_enable verbunden
  • timer_clear_o ist mit dem (bereits definiertem) Signal timer_clear verbunden
• Erstelle eine Instanz der Komponente counter mit dem Namen timeout_component
  • WIDTH in der generic map wird auf 28 gestellt (28 Bit)
  • MAXIMUM wird auf CLK_TIMEOUT_DIVIDER gestellt (ist im generic Teil des Top Levels bereits definiert)
  • enable_i ist mit dem Signal timer_enable verbunden
  • reset_i ist mit dem Signal timer_clear verbunden
  • value_o ist nicht verbunden (open)
  • overflow_o ist mit dem Signal timeout verbunden
• Jede Komponente hat einen Takteingang clk, welcher mit dem globalen clk verbunden wird

Testbench

Teste die Implementierung mittels der Testbench led_delay_tb.vhd.

Erweiterung der Constraints Datei

2 Punkte

In der Datei led_delay.ucf ist nur das Signal clk definiert. Erweitere die Datei um folgende Zuordnungen

• button_toggle_i wird durch den Taster BTN0 angesteuert
• button_on_i wird durch den Taster BTN1 angesteuert
• led_o ist die LED LD0

Pinout des BASYS2 Boards (Quelle: Digilent Inc. BASYS2 Manual, Lizenz © Digilent)

Test am Board

1 Punkt

Synthetisiere das Projekt und teste das Ergebnis am Board

Würfel

Vorbereitung

• Projekt dice/dice.xise öffnen

Aufgabenstellung

Mittels sieben LEDs wird ein Würfel dargestellt. Eine Taste startet durch das Drücken einen Zufallsgenerator und beim Loslassen wird das Ergebnis angezeigt. Dieser Zufallsgenerator ist ein Zähler, der mit 50Mhz die 6 möglichen Zustände durchwechselt.

Decoder testen

5 Punkte

Der Decoder wandelt den Eingang value_i (3 Bit) in die entsprechende 7 LEDs Darstellung leds_o (7 Bit) um. Dabei wird folgende kodierung verwendet:

• Die erste Zeile entspricht der Darstellung bei value_i gleich "000"
• Ein wird mittels '1' kodiert, Aus mittels '0'
• Bei nicht definierten Zustände sollen alle LEDs aus sein

Die Komponente ist in vier Ausführungen (Architectures) bereits in der Datei decoder.vhd beschrieben. Die Architectures lauten behave1, behave2, behave3 und behave4.

Erstelle in der Datei decoder_tb.vhd eine Testbench, die herausfindet, welche der vier Ausführungen funktioniert (es ist genau eine).

Komponente shuffle

5 Punkte

Erstelle die Komponente shuffle durch Bearbeitung der Datei shuffle.vhd nach folgender Skizze:

• Wenn enable_i auf '1' ist, soll der interne Zähler counter_reg bei einer steigenden Taktflanke hinaufzählen
• Der interne Zähler soll von 0 bis 5 zählen
• Das Register result_reg übernimmt bei einer steigenden Taktflanke den Wert von counter_reg, wenn enable_i gleich '0' ist

Testbench

Teste die Implementierung mittels der Testbench shuffle_tb.vhd.

Implementierung des Top Levels

5 Punkte

Zur Verfügung stehen die Komponenten shuffle, decoder. Diese Komponenten werden genutzt, um im Top Level dice.vhd die gewünschte Funktionalität zu realisieren.

Testbench

Teste die Implementierung mittels der Testbench dice_tb.vhd.

Test am Board

1 Punkt

Synthetisiere das Projekt und teste das Ergebnis am Board