क्वार्ट्ज II ​​और थोड़ा वेरिलॉग का उपयोग करके FPGA घड़ी

इस विषय में मैं बात करना चाहता हूं कि आप FPGA पर एक घड़ी कैसे लागू कर सकते हैं। यह कुछ अजीब लग सकता है, अनावश्यक - लेकिन आपको कहीं न कहीं से शुरुआत करनी होगी, इसलिए, यह विषय उन शुरुआती लोगों के लिए उपयोगी होगा जो एलइडी के साथ पलक झपकते हैं और कुछ और दिलचस्प चाहते हैं।


तो हमारे पास है:
1) तारेसिक डे0-नैनो डिबग बोर्ड विथ साइक्लोन IV।

2) सात खंडों वाले एक ब्रेडबोर्ड पर टांका लगा होता है, जिस पर हम घंटों और मिनटों को प्रदर्शित करेंगे /
इन दो बिंदुओं के लिए, पसंद की पूर्ण स्वतंत्रता लगभग कोई भी FPGA करेगा, और हर कोई संकेतक के साथ मॉक-अप करेगा जिस तरह से वह करता है।

अब प्रोजेक्ट के बारे में।
हम क्रम में जाएंगे। सबसे पहले, हम खुद से पूछते हैं: घड़ी क्या है? एक घड़ी एक उपकरण है जो समय की गणना करता है। इसे गिनने के लिए, हमें एक सटीक स्रोत की आवश्यकता है। हमारे बोर्ड में 50 मेगाहर्ट्ज की घड़ी है। बहुत अधिक है, इसलिए हमें 1 हर्ट्ज (एक "टिक" प्रति सेकंड) की आवृत्ति प्राप्त करने के लिए इसे 50,000,000 से विभाजित करने की आवश्यकता है। कैसे साझा करें? मैंने इसे दो चरणों में किया: पीएलएल का उपयोग, 50 से विभाजित और काउंटर का उपयोग करके, एक मिलियन से विभाजित।
PLL क्या है? मोटे तौर पर, यह एक ऐसी चीज है जो घड़ी के संकेत को बदल सकती है: गुणा करें, विभाजित करें, चरण में बदलाव करें, कर्तव्य चक्र को बदलें। चक्रवात IV में उनमें से 4 हैं, तो एक का उपयोग क्यों नहीं किया ...

ऐसा करने के लिए, MegaWizard Plugin Manager खोलें और IO अनुभाग से ALT_PLL का उपयोग करें:
1) इनपुट आवृत्ति को 50 मेगाहर्ट्ज पर सेट करें:

2) अनावश्यक इनपुट अक्षम करें:

3) तीन बार नेक्स्ट पर क्लिक करें और सिग्नल पैरामीटर चुनने के लिए विंडो में जाएं, जहां हमने डिवीजन फैक्टर 50 निर्धारित किया है:

तब आप प्रोजेक्ट में सुरक्षित रूप से समाप्त, सहेजें और पेस्ट पर क्लिक कर सकते हैं।
यहाँ हमें प्राप्त होने वाली सुंदरता है:


बायां इनपुट 50 मेगाहर्ट्ज, दायां 1 मेगाहर्ट्ज है।
अब हमें एक और मिलियन से विभाजित करने की आवश्यकता है - इसके लिए हम एक काउंटर मोडुलो 1,000,000 का उपयोग करते हैं। गिनती मॉड्यूल काउंटर के संभावित राज्यों की संख्या है।
हम इसे उसी MegaWizard का उपयोग करते हुए बनाते हैं, जिसमें LPM_Counter का उपयोग किया जाता है।
100 बिट्स की गणना मापांक के साथ बिट की लंबाई 20 बिट्स पर सेट करें, और मापांक चुनें।
हमें यह मिलता है:


अब हमारे पास एक साफ 1 हर्ट्ज है, जिसे वरिष्ठ (19) डिस्चार्ज से प्राप्त किया जा सकता है।

अगला, हमें 3 काउंटरों का एक झरना लागू करने की आवश्यकता है: दो मोडुलो 60 (मिनट और सेकंड), और एक मोडुलो 24 (जाहिर है, घंटे)।
दूसरा काउंटर - एसिंक्रोनस रीसेट के साथ, जो तब होता है जब कोई भी बटन दबाया जाता है (घंटे / मिनट सेटिंग)

जैसा कि आप देख सकते हैं, कैरी आउट आउटपुट का उपयोग किया जाता है (अगले काउंटर पर अतिप्रवाह के दौरान स्थानांतरण), और सेकंड एलईडी पर प्रदर्शित होते हैं।

निम्नलिखित 2 काउंटर उसी तरह से बनाए गए हैं, एक अपवाद के साथ: समय निर्धारित करने के लिए, 1 हर्ट्ज से अधिक तेजी से एक घड़ी संकेत लागू करना आवश्यक है, ताकि ट्यूनिंग के दौरान सो न जाए। :)
ऐसा करने के लिए, बटन-नियंत्रित मल्टीप्लेक्सर्स का उपयोग करें:


ऊपरी मल्टीप्लेक्स का उपयोग काउंटर के इनपुट पर लागू करने के लिए कौन सी आवृत्ति का चयन करने के लिए किया जाता है, और निचला वाला चयन करता है कि इनपुट सिनेमा को क्या भेजा जाए: दूसरे काउंटर के कॉट से स्थानांतरण, या बस लॉग स्तर। "1"।
इनपुट सिनेमा का सार यह है कि काउंटर केवल तभी गिना जाता है जब इस इनपुट पर एक तार्किक इकाई स्तर होता है। यही है, जब दूसरा काउंटर ओवरफ्लो होता है, तो यह कॉट को बढ़ाता है। यह "1" अगले काउंटर के इनपुट सिनेमा पर जाता है और यह एक मिनट की रिपोर्ट करता है, और इसी तरह।
इस प्रकार, जब कुंजी [0] जारी की जाती है, तो मिनट काउंटर प्रति मिनट 1 बार (जो तार्किक है) गिना जाता है, और जब दबाया जाता है - प्रति सेकंड 4 बार।

इसी तरह घंटे मीटर के लिए:

ऊपरी मल्टीप्लेक्सर एक पल के अपवाद के साथ स्थानांतरण, और निम्न आवृत्ति का प्रबंधन करता है: जब कुंजी [0] दबाया जाता है, तो मीटर के पानी पर कोई घड़ी संकेत नहीं आते हैं (ऐसा इसलिए किया जाता है ताकि मिनट सेट करते समय यह भटक न जाए)। यह AND तत्व के कारण किया जाता है, जिसके इनपुट के लिए एक घड़ी संकेत और कुंजी [0] की आपूर्ति की जाती है। जब कुंजी [0] पर बटन जारी किया जाता है, तो स्तर उच्च होता है और q [19] इसके माध्यम से गुजरता है, जब दबाया जाता है, तो स्तर "0" है और आउटपुट भी "0" है। सिद्धांत रूप में, काउंटर इनपुट "काउंट इनेबल" को चालू करना और इसके माध्यम से काउंटर को बंद करना संभव होगा - इस कार्य में यह अप्रत्याशित है।

अब हमें काउंटरों से डेटा प्रदर्शित करने की आवश्यकता है। ऐसा करने के लिए, हमें बाइनरी से बाइनरी दशमलव में एक कनवर्टर बनाने की आवश्यकता है। यह बाइनरी कोड में एक दशमलव संख्या का ऐसा प्रतिनिधित्व है, जब प्रत्येक दशमलव अंक एक अलग 4 बाइनरी अंकों द्वारा निर्दिष्ट किया जाता है।
एक उदाहरण:
738 = 0111 0011 1000।

इस रूपांतरण के लिए, हम डबल-डबल एल्गोरिथम का उपयोग करेंगे।
एल्गोरिथ्म का सार:
1) बाइनरी नंबर को एक अंक से बाईं ओर शिफ्ट करें।
2) यदि 4 पारियों - "दसियों" और "इकाइयों" कॉलम में बीसीडी की संख्या। एल्गोरिथ्म का अंत
3) यदि किसी भी कॉलम में संख्या 4 से अधिक है - 3 जोड़ें।
चरण 1 पर जाएं।

यहाँ एक उदाहरण है:


और यहां हमें लागू करने की आवश्यकता है ताकि यह रूपांतरण बिना देरी के किया जाए:
s16.radikal.ru/i191/1107/a4/59618e3101ca.png
प्रत्येक मॉड्यूल C इनपुट में 3 जोड़ता है यदि इनपुट पर 4 से अधिक संख्या है।

यहाँ वह है और उसके काम की सत्य तालिका:

इस पूरी अर्थव्यवस्था को लागू करने के लिए, हम दो ऐसे मॉड्यूल verilog पर लिखते हैं:

module add3(in,out);
input [3:0] in;
output [3:0] out;
reg [3:0] out;

always @ (in)
case (in)
4'b0000: out <= 4'b0000;
4'b0001: out <= 4'b0001;
4'b0010: out <= 4'b0010;
4'b0011: out <= 4'b0011;
4'b0100: out <= 4'b0100;
4'b0101: out <= 4'b1000;
4'b0110: out <= 4'b1001;
4'b0111: out <= 4'b1010;
4'b1000: out <= 4'b1011;
4'b1001: out <= 4'b1100;
default: out <= 4'b0000;
endcase
endmodule

module binary_to_BCD(A,ONES,TENS);
input [5:0] A;
output [3:0] ONES, TENS;

wire [3:0] c1,c2,c3;
wire [3:0] d1,d2,d3;

assign d1 = {1'b0,A[5:3]};
assign d2 = {c1[2:0],A[2]};
assign d3 = {c2[2:0],A[1]};
add3 m1(d1,c1);
add3 m2(d2,c2);
add3 m3(d3,c3);
assign ONES = {c3[2:0],A[0]};
assign TENS = {1'b0,c1[3],c2[3],c3[3]};
endmodule

हम प्रोजेक्ट में दो टुकड़ों में बचत करते हैं और सम्मिलित करते हैं:

एक घंटे के लिए होगा, दूसरा मिनटों के लिए।

अब आपको हमारे संकेतक पर एक विषयांतर करने की आवश्यकता है।
मैंने लाइट-ऑन ltc-4727js का उपयोग किया।
डेटाशीट के अनुसार, इसमें प्रत्येक अंक के लिए एक सामान्य कैथोड के साथ खंड होते हैं + प्रत्येक अंक के खंडों के एनोड के इनपुट संयुक्त होते हैं। इसका मतलब यह है कि हम एक बार में केवल 1 अंक प्रकाश कर सकते हैं। इससे कोई फर्क नहीं पड़ता, हम उन्हें एक-एक करके रोशन करेंगे, हम केवल बहुत जल्दी स्विच करेंगे। इतनी तेजी से कि चक नॉरिस भी झिलमिलाहट नोटिस नहीं होगा ;-)
डेटाशीट से सबसे दिलचस्प भाग:

और

मैंने इसे कैसे जोड़ा?
लेकिन इन पिनों का उपयोग करना:

खंडों के साथ, मुझे लगता है, सब कुछ स्पष्ट है, लेकिन रहस्यमय अंक क्या है [4..0] ... यह सरल है - अंक [4..1] -
ये हमारे अंक हैं, और अंक [0] सहायक खंड हैं (2 और 3 अंकों के बीच एक बृहदान्त्र)। मैं आपको बताता हूँ, सबसे मुश्किल बात यह है कि सब कुछ सही ढंग से कनेक्ट करना और FPGA आउटपुट और हमारे पिन से सही ढंग से मेल खाना है!

अब हम संकेतक के लिए आउटपुट तंत्र का विश्लेषण करेंगे।
यह राक्षस डिजाइन यह कर रहा है:

बाईं ओर हमारे पास बिन-टू-बीसीडी कन्वर्टर्स हैं। फोकस 5-इनपुट 4-बिट मल्टीप्लेक्स पर है। पहले 4 इनपुट नंबर हैं, पांचवां इनपुट डॉट्स (जो एक सेकंड में फ्लैश होता है) को इग्नोर करने के लिए है। नीचे आप एक डायग्राम देख सकते हैं जो 1111 या 1110 को इस दूसरे इनपुट पर भेजता है। मल्टीप्लेक्स के नियंत्रण इनपुट के लिए क्या संयोजन आता है, इसके आधार पर, यह डिकोडर के लिए आवश्यक बिट को आउटपुट करता है (डिवाइस जिसके बारे में हम थोड़ी देर बाद विचार करेंगे)। इसके ऊपर एक ऐसा उपकरण है जो वांछित खंड को प्रकाश में लाने के लिए "0" फीड करने के लिए कैथोड का चयन करता है। यहाँ उनके आग्रह हैं:

module segment_select (in,out,sel);
input in;
output reg [4:0] out;
output reg [2:0] sel;

always @ (posedge in)
if (sel == 4)
sel = 0;
else sel = sel + 1;

always @(*)
case (sel)
0: out <= 5'b0zzzz;
1: out <= 5'bz0zzz;
2: out <= 5'bzz0zz;
3: out <= 5'bzzz0z;
4: out <= 5'bzzzz0;
default: out <= 5'bzzzzz;
endcase
endmodule

5'b0zzzz जैसे रिकॉर्ड पर ध्यान दें। यहां 5'b का अर्थ है कि हम बाइनरी फॉर्म में 5 बिट्स निर्दिष्ट करते हैं, 0 शून्य स्तर है, z उच्च प्रतिरोध वाली स्थिति है (वर्तमान पिन में प्रवाह नहीं करता है)। और ठीक 0 क्यों? हां, क्योंकि हमारे पास एक अंक पर एक सामान्य कैथोड है, वर्तमान प्रवाह एनोड से कैथोड तक जाता है, या 1 से 0. तक हम कैथोड पर 0 और एनोड पर 0 सेट करते हैं।

अब डिकोडर डिवाइस:

module decoder_7seg (BCD, segA, segB, segC, segD, segE, segF, segG, segDP);

input [3:0] BCD;
output segA, segB, segC, segD, segE, segF, segG, segDP;
reg [7:0] SevenSeg;
always @(BCD)
case(BCD)
4'h0: SevenSeg = 8'b11111100;
4'h1: SevenSeg = 8'b01100000;
4'h2: SevenSeg = 8'b11011010;
4'h3: SevenSeg = 8'b11110010;
4'h4: SevenSeg = 8'b01100110;
4'h5: SevenSeg = 8'b10110110;
4'h6: SevenSeg = 8'b10111110;
4'h7: SevenSeg = 8'b11100000;
4'h8: SevenSeg = 8'b11111110;
4'h9: SevenSeg = 8'b11110110;
4'b1111: SevenSeg = 8'b11000000;
default: SevenSeg = 8'b00000000;
endcase

{segA, segB, segC, segD, segE, segF, segG, segDP} असाइन करें = सेवेनसेग;
endmodule
यहां, हमें किस आंकड़े की आवश्यकता है, इसके आधार पर, यह चुना जाता है कि किस सेगमेंट में प्रकाश डाला जाए।
दो बिंदु रुचि के हैं - डिफ़ॉल्ट और संख्या 1111। जब हमारा बीसीडी दिए गए (1110, जो पहले उल्लेख किया गया था) से अलग मूल्य लेता है, तो सभी खंड बंद कर दिए जाते हैं। जब 1111 यहां आता है, तो ए और बी खंडों को प्रज्वलित किया जाता है। जैसा कि आप डेटाशीट से देख सकते हैं, वे बिंदु L1 और L2 से भी जुड़े हैं।

वह, वास्तव में, सब है।
हम सब कुछ एक ढेर में डालते हैं , एक परियोजना, पिन असाइन करते हैं, संकलन करते हैं (हाँ, हमारे शक्तिशाली कंकड़ का 1% से भी कम का उपयोग किया जाता है) और इसे FPGA में भरें।

यहाँ परियोजना है:
ifolder.ru/24865983
आपको अपना FPGA, और पुन: असाइन पिन चुनना होगा। सच है, मैंने PLL का उपयोग किया है ... इसलिए, जब एक परियोजना को दूसरे FPGA में स्थानांतरित किया जाता है, तो आपको अपनी इनपुट आवृत्ति को विभाजित करने की आवश्यकता होगी (इस तथ्य पर नहीं कि आपके पास वहां 50 मेगाहर्ट्ज होगा)।
ये रहा वीडियो:

www.youtube.com/watch?v=iUoiOO8wYls
सूत्रों का कहना है:
1) संकेतक पर डेटाशीट:
pdf.eicom.ru/datasheets/lite-on_pdfs/ltc-4727js/ltc-4727js.pdf
2) BIN से BCD में स्थानांतरण:
www.johnloomis.org/ece314/notes/devices/binary_to_BCD/bin_to_bcd.html
www.ece.msstate.edu/courses/ece4743/fall2007/Shift_add_3.pdf
3) सेगमेंट में आउटपुट:
www2.engr.arizona.edu/~rlysecky/courses/ece274-07f/labs/lab4.pdf
we.easyelectronics.ru/Shematech/dinamicheskaya-indikaciya_2.html
www.fpga4fun.com/Opto4.html
4) विकोडक:
www.fpga4fun.com/Opto3.html

आपका ध्यान के लिए धन्यवाद, मुझे आशा है कि कोई काम आता है!
युपीडी
सभी को टिप्पणियों के लिए धन्यवाद!
मुझे नहीं पता कि यह इस ब्लॉग पर कैसे निकला। मैं मानदंडों के चित्रों को भरना चाहता था, कुछ का रीमेक बनाना चाहता था ... लेकिन आज मैं हैबर नहीं गया!
एक विचार है कि बाहर से समय कैसे निकालना है, उदाहरण के लिए एनटीपी के माध्यम से।
होस्टिंग के बारे में - मुझे वहां पर पीएम की सलाह दी गई।
यह मेरा पहला विषय है, इस अनुभव से पहले कोई प्रकाशन नहीं थे, चित्रों को पहली होस्टिंग में अपलोड किया गया था जो मुझे याद था।
मैं अभी अपने गृहनगर में और सामान्य इंटरनेट के साथ समाप्त हुआ। कल मैं इच्छा के अनुसार कटूंगा!