Lab 5 - Ramos Departamento de Electrónica
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1. TA MARIA DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA Mn ELO212 Laboratorio de Sistemas Digitales Todos los datos son enviados de un byte por vez y cada byte es enviado dentro de un frame de 11 o 12 bit e bit de partida siempre es 0 e 8 bit de datos se comienza por el menos significativo e bit de paridad se utiliza paridad impar e bit de parada siempre es 1 e 1 bit de confirmaci n s lo para comunicaci n desde el host al dispositivo El bit de paridad es colocado en alto si hay un n mero par de 1 s en los bit de datos y colocado en bajo si hay un n mero impar La idea es que el n mero de 1 s de los bit de datos m s el bit de paridad siempre sean un n mero impar paridad impar Esto se utiliza para la detecci n de errores en la transmisi n Si el dispositivo detecta un error responde como que se le ha enviado un comando inv lido La Figura 2 muestra la comunicaci n del dispositivo con el host Cuando el teclado o mouse desean mandar informaci n deben asegurarse que la l nea de clock debe estar en alto por lo menos 50 us antes de que el dispositivo pueda comenzar a enviar datos El teclado mouse escribe un bit en la l nea de data cuando el reloj est alto y es le do en el host cuando el reloj est bajo Como se trata de una comunicaci n desde el dispositivo hacia el host no se env a un bit de confirmaci n CLOCK DATA START DATAO DATATI DATA2 DATA3 DATA4 DATAS DATAG DATA7 PARITY STOP Fi2. UNIVERSIDAD TECNICA FEDERICO SANTA MARIA DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA Bm ad ELO212 Laboratorio de Sistemas Digitales a a Laboratorio 5 Tarjeta de Desarrollo Spartan 3 Objetivos e Usar la interfaz serial sincr nica PS 2 como dispositivo de entrada de datos e Dise ar un multiplexor con divisi n de tiempo para manejo de display de 7 segmentos e Desarrollar m todos de prueba para m dulos individuales y el circuito completo Tarjeta de Desarrollo Spartan 3 de Digilent En este laboratorio se utilizar n algunos recursos internos que dispone la tarjeta de desarrollo con el fin de aprender su funcionamiento Espec ficamente se utilizar n como entrada de datos la interfaz PS 2 los pulsadores e interruptores y como salida se usar n leds y displays de 7 segmentos Para cada uno de estos recursos se dise ar n peque os m dulos que permitan aprender su funcionamiento La interfaz PS 2 que dispone la tarjeta de desarrollo corresponde al est ndar IBM y ser presentada con m s detalle en la pr xima secci n En el sitio del curso se ha dispuesto de material de apoyo adicional Adem s la tarjeta dispone de 8 leds y 4 displays de 7 segmentos como salida de datos Los leds se activan con un 1 l gico Los segmentos de los displays se activan con un O l gico Para reducir la cantidad de pines necesarios para la activaci n de los displays de 7 segmentos stos se encuentran conectados en paralelo La activaci n de un displa
3. ay Lab 5 24 05 2012 P gina 4 de 6 UNIVERSIDAD TECNICA FEDERICO SANTA MARIA DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA A aad ELO212 Laboratorio de Sistemas Digitales Un contador BCD facilita la visualizaci n decimal de cuentas binarias El siguiente m dulo es un contador en BCD de 4 d gitos module bcdcounter rst clk value input rst clk reset clock output reg 15 0 value 4 bcd digits always Q negedge clk or posedge rst begin if rst 1 value lt 0 else begin if value 3 0 9 begin value 3 0 lt 0 if value 7 4 9 begin value 7 4 lt 0 if value 11 8 9 begin value 11 8 lt 0 if value 15 12 9 value 15 12 lt 0 else value 15 12 lt value 15 12 1 end else value 11 8 lt value 11 8 1 end else value 7 4 lt value 7 4 1 end else value lt value 1 end end endmodule Utilizando los m dulos anteriores dise e un m dulo que permita la visualizaci n en el display del tiempo transcurrido desde que se presion un pulsador cualquiera de los 4 pulsadores en formato MM SS Construya un m dulo de prueba para simular el dise o incluyendo las secciones de inicializaci n que sean necesarias pero que no son relevantes para la s ntesis P5 2 Uso de Pulsadores Interruptores y Leds Dise e un m dulo que permita asociar a cada interruptor de la tarjeta de desarrollo un led para desplegar el estado del interruptor respectivo A ada la posibilidad de
4. encender apagar invertir y hacer una rotaci n hacia la derecha del estado de los leds al presionar el pulsador 0 1 2 y 3 respectivamente La cantidad a rotar depender de la cantidad de interruptores activos del momento Ej sea swt 0x15 el estado de los interruptores es decir interruptores 0 2 y 4 est n activos el pulsador O muestra led Oxff pulsador 1 muestra led 0x0 el pulsador 2 muestra led OxEA y el pulsador 3 muestra OxA2 Construya un m dulo de prueba para verificar el dise o mediante simulaci n P5 3 Interfaz PS 2 Utilizando el m dulo display desarrollado en el punto P5 1 y el driver PS 2 dise e un m dulo que muestre el scan code de la tecla presionada en los d gitos menos significativos del display y la interpretaci n de la tecla en los d gitos m s significativos para al menos 10 teclas e g tecla 1 despliega 0116 Si es necesario construya m dulos de prueba para verificar su dise o Lab 5 24 05 2012 P gina 5 de 6 UNIVERSIDAD TECNICA FEDERICO SANTA MARIA DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA ca N ELO212 Laboratorio de Sistemas Digitales di yi y L5 En el Laboratorio L5 1 Revisi n Actividades Previas Muestre al profesor o ayudantes la simulaci n funcional y temporal de los m dulos desarrollados en los puntos P5 1 y P5 2 Muestre al profesor el dise o del m dulo del punto P5 3 que usa el driver PS 2 L5 2 Contador BCD Sintetice el dise o del reloj BCD del punto P3 1 y verif
5. gura 2 Comunicaci n PS 2 Host Scan Codes En los teclados se distinguen distintos conjuntos de scan codes para identificar la tecla o teclas que se presionan Se utiliza por omisi n el conjunto 2 Cada tecla tiene asociado un scan code compuesto de dos c digos un make code que se emite cada vez que se presiona una tecla y un break code que se emite cuando se suelta la tecla En general estos c digos suelen tener entre 1 y 2 byte pero existen ciertos scan codes que son m s largos debido a que corresponden a una combinaci n de teclas m s elaborada En http www computer engineering org ps2keyboard scancodes2 html se encuentra disponible los scan codes del conjunto 2 as como tambi n en el manual de referencia de la tarjeta de desarrollo cap tulo 6 disponible en el sitio de la asignatura Lab 5 24 05 2012 P gina 3 de 6 UNIVERSIDAD TECNICA FEDERICO SANTA MARIA DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA Bm ad ELO212 Laboratorio de Sistemas Digitales AAA Driver PS 2 En el sitio de la asignatura se encuentra disponible un driver PS 2 escrito en lenguaje Verilog kba v La Figura 3 muestra la idea principal del funcionamiento del driver kd l ShiftRegSigl ShiftRegSig2 kc 10 0 10 1 Figura 3 Conexi n L gica para la Captura de Datos en Serie El driver de teclado realiza la captura de datos en serie v a la l nea kad para lo que utiliza 2 registros de desplazamiento de 11 y 10 bit respectivamente El reloj de sincroni
6. ique su funcionamiento L5 3 Uso de Pulsadores Interruptores y Leds Sintetice el dise o del punto P5 2 y verifique su funcionamiento L5 4 Interfaz PS 2 Sintetice el dise o del punto P5 3 y verifique su funcionamiento L5 5 Calculadora B sica Dise e una calculadora b sica usando notaci n postfija eg 4 12 1 con J la tecla enter con las operaciones de suma resta y multiplicaci n para n meros hexadecimales sin signo de 16 bit La entrada de datos es v a teclado Estos n meros ingresan en la posici n menos significativa del n mero posterior a un corrimiento del operando en 4 bit hacia la izquierda e g al presionar la tecla 4 seguida de la tecla 5 se visualiza el n mero 0045 en el display Usando pulsadores implemente las funciones CE Clear Everything C Clear para borrar todos los registros y borrar el ltimo operando respectivamente No se preocupe de rebalses ni de los signos de los operandos El display debe desplegar en todo momento el ltimo operando ingresado el resultado de la ltima operaci n Al presionar otro pulsador el display muestra el segundo operando o O si no se ha ingresado a n L5 6 Contadores Interruptores y Leds Al circuito de la Calculadora B sica a ada tres contadores en BCD para indicar la cantidad de veces que se ha ejecutado la operaci n de suma resta y multiplicaci n La cuenta se muestra en el display seg n la posici n de dos interruptores Debe inc
7. luir para cada contador un reset de la cuenta al presionar un pulsador distinto al usado para CE o C Finalmente utilice los leds para mostrar las se ales CE y C para indicar que lo que se muestra en el display es el resultado de una operaci n de suma resta o multiplicaci n el estado de los interruptores y la solicitud de reset de una cuenta Lab 5 24 05 2012 P gina 6 de 6
8. rto con resistencias de pull up para fijar ambas l neas en alto El mouse y teclado PS 2 implementan un protocolo de comunicaci n serial bidireccional El bus de comunicaci n se encuentra en estado idle cuando ambas l neas data y clock se encuentran en alto Este es el nico estado en que al dispositivo teclado o mouse le est permitido enviar informaci n al host computador o en nuestro caso tarjeta de desarrollo Spartran 3 El host tiene el control ltimo sobre el bus y puede inhibir la comunicaci n en cualquier instante colocando la l nea de clock en nivel bajo 6 pin Mini DIN PS 2 Data No Implementado Ground Vec 5V Clock No Implementado Plug Socket Du Eh un Figura 1 Interfaz PS 2 El dispositivo siempre genera la se al de clock Si el host desea enviar datos debe primero inhibir la comunicaci n desde el dispositivo colocando la l nea de clock en nivel bajo Luego debe colocar en nivel bajo la l nea de data y subir la l nea de clock Este estado es conocido como Request to Send con lo cual el host se aliza al dispositivo que comience a generar pulsos de reloj a trav s de la l nea clock para enviar los datos Por lo tanto el bus puede estar en uno de los siguientes tres estados e IDLE Data y Clock en alto INHIBIT Data en alto y Clock en bajo e REQUEST TO SEND Data en bajo y Clock en alto Lab 5 24 05 2012 P gina 2 de 6 UNIVERSIDAD TECNICA FEDERICO SAN
9. smo kc proviene de la misma fuente de los datos y est conectado a ambos registros El bit m s significativo del registro 1 es el que recibe los datos seriales Al capturar el valor hexadecimal F0 en el registro 2 se ha recibido el break code de una tecla cuyo valor est almacenado en el registro 1 entre los bit 8 al 1 P5 Actividades Previas P5 1 Contador BCD En el sitio de la asignatura se encuentra el c digo en Verilog de un conversor binario a 7 segmentos ssdec v Este c digo tiene como entradas el dato en binario de 4 bit el estado de punto decimal y el tipo de dispositivo nodo o c todo com n La salida del m dulo es el estado de cada segmento del display incluido el punto decimal Debido a la configuraci n de los display 7 segmentos en la tarjeta de desarrollo para poder observar varios d gitos encendidos ser necesario multiplexar en el tiempo las se ales de control refrescando continuamente el display Complete el m dulo display respetando las siguientes caracter sticas de entrada y salida module display clk num ssg dctl input clk input 15 0 num output 7 0 ssg output reg 3 0 dctl ill in endmodule donde c1k es una se al de reloj con una frecuencia tal que permita multiplexar el control del display en el tiempo num es el valor de entrada de 16 bit ssg y dct1 corresponden a las salidas de los segmentos incluido el punto y las se ales de control para el encendido del displ
10. y se logra mediante un pin de control conectado al nodo com n del display mediante un O l gico conectado a la base de un transistor que alimenta al display Con esto se logra reducir la cantidad de salidas requeridas de 36 a 12 Para poder observar varios d gitos encendidos pseudo simult neamente es necesario multiplexar en el tiempo las se ales de control refrescando continuamente los displays Una descripci n detallada se encuentra en el cap tulo 3 del manual del usuario Interfaz PS 2 La interfaz de comunicaci n PS 2 es una interfaz propuesta por IBM para comunicar dispositivos seriales en forma sincr nica tanto teclado como Mouse Las principales caracter sticas de un teclado PS 2 son e Gran n mero de teclas 101 a 104 e Conector de 5 o 6 pines incluyen adaptadores e Protocolo de comunicaci n serial bidireccional PS 2 e Garantizan s lo el conjunto 2 de los scan codes e Responden a todos los comandos enviados sin embargo no act an en todos ellos La interfaz f sica que usualmente se utiliza se muestra en la Figura 1 Lab 5 24 05 2012 P gina 1 de 6 UNIVERSIDAD TECNICA FEDERICO SANTA MARIA DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA no ELO212 Laboratorio de Sistemas Digitales La alimentaci n del teclado mouse corresponde a Vcc 5 V y una corriente m xima de 100 mA Se recomienda no conectar el teclado a la tarjeta mientras se encuentre encendida Las l neas de Data y Clock son ambas de colector abie
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