［新連載］ＣＰＬＤ入門！
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いつか使うことになるだろうと思ってはいたのですが。
何を今頃になって、というようなものですが。
ようやく本気で、ＣＰＬＤと四つに取り組みます。
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［第１０２回］
●プッシュスイッチカウントプログラム
サンプルプログラムですから簡単なプログラムを…。
というつもりだったのですが、結構長いプログラムになってしまいました。
７セグメントＬＥＤはダイナミックドライブで表示を行なっています。
ダイナミックドライブは出力端子が少なくて済むというメリットがあるのですが、その分プログラムが複雑になってしまいます。
下がプッシュスイッチカウントプログラムのソースプログラムリストです。
--cpld training swin-counter
--19/5/31 8/22
--
library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
library ARITHMETIC;
use ARITHMETIC.std_logic_arith.all;
entity trngswcntr1c is
PORT (
SEGOUT:out std_logic_vector(7 downto 0);
LEDOUT:out std_logic_vector(3 downto 0);
CK1:in std_logic;
SWA:in std_logic;
SWB:in std_logic;
SWC:in std_logic
);
end trngswcntr1c;
architecture rtl of trngswcntr1c is
signal cntr1:std_logic_vector(11 downto 0);--1khz 4096=2**12
signal tm1:std_logic_vector(3 downto 0);--1/1000 sec
signal cntrss0:std_logic_vector(3 downto 0);--1/100 sec
signal cntrss1:std_logic_vector(3 downto 0);--1/10 sec
signal leddatabf0:std_logic_vector(3 downto 0);
signal leddatabf1:std_logic_vector(3 downto 0);
signal leddatabf2:std_logic_vector(3 downto 0);
signal leddatabf3:std_logic_vector(3 downto 0);
signal leddatawk:std_logic_vector(3 downto 0);
signal segdata:std_logic_vector(7 downto 0);
signal ledoutbf:std_logic_vector(3 downto 0);
signal ledcntr:std_logic_vector(2 downto 0);
signal ledadrs:std_logic_vector(2 downto 0);
signal swcntrb0:std_logic_vector(3 downto 0);
signal swcntrb1:std_logic_vector(3 downto 0);
signal swcntrc0:std_logic_vector(3 downto 0);
signal swcntrc1:std_logic_vector(3 downto 0);
signal swbon:std_logic;
signal swcon:std_logic;
--
begin
-- 7seg drive clock 1KHz from 4096KHz
process(CK1)
begin
if CK1'event and CK1='1' then
cntr1<=cntr1+"000000000001";
end if;
end process;
-- led drive,LEDOUT
process(cntr1)
begin
if cntr1(11)'event and cntr1(11)='0' then
ledcntr<=ledcntr+"001";
ledoutbf<=ledoutbf(2 downto 0) & '0';
end if;
if ledcntr(2)='1' then
ledcntr<="000";
ledoutbf<="0001";
end if;
end process;
--
LEDOUT<=ledoutbf;
SEGOUT<=segdata;
--
-- led data out
process(ledcntr)
begin
if ledcntr(1 downto 0)="00" then
leddatawk<=leddatabf0;
elsif ledcntr(1 downto 0)="01" then
leddatawk<=leddatabf1;
elsif ledcntr(1 downto 0)="10" then
leddatawk<=leddatabf2;
elsif ledcntr(1 downto 0)="11" then
leddatawk<=leddatabf3;
end if;
end process;
--segment change
process(leddatawk)
begin
if leddatawk="0000" then
segdata<="01011100";
elsif leddatawk="0001" then
segdata<="00000110";
elsif leddatawk="0010" then
segdata<="01011011";
elsif leddatawk="0011" then
segdata<="01001111";
elsif leddatawk="0100" then
segdata<="01100110";
elsif leddatawk="0101" then
segdata<="01101101";
elsif leddatawk="0110" then
segdata<="01111101";
elsif leddatawk="0111" then
segdata<="00000111";
elsif leddatawk="1000" then
segdata<="01111111";
elsif leddatawk="1001" then
segdata<="01101111";
end if;
end process;
--
--1/1000
process(cntr1(11))
begin
if cntr1(11)'event and cntr1(11)='0' then
tm1<=tm1+"0001";
end if;
if tm1="1010" then
tm1<="0000";
end if;
end process;
-- 1/100sec
process(tm1(3))
begin
if tm1(3)'event and tm1(3)='0' then
cntrss0<=cntrss0+"0001";
end if;
if cntrss0="1010" then
cntrss0<="0000";
end if;
end process;
--
--1/10sec
process(cntrss0(3))
begin
if cntrss0(3)'event and cntrss0(3)='0' then
cntrss1<=cntrss1+"001";
end if;
if cntrss1="1010" then
cntrss1<="0000";
end if;
end process;
--
-- ******* sw in counter ******
--sw on check
process(cntrss0(3))--10ms
begin
if cntrss0(3)'event and cntrss0(3)='1' then
swbon<=SWB;
swcon<=SWC;
end if;
end process;
--cntrb
--
process(SWA,swbon)
begin
if swbon'event and swbon='0' then
swcntrb0<=swcntrb0+"0001";
end if;
if swcntrb0="1010" or SWA='0' then
swcntrb0<="0000";
end if;
end process;
--
process(swcntrb0(3))
begin
if swcntrb0(3)'event and swcntrb0(3)='0' then
swcntrb1<=swcntrb1+"0001";
end if;
if swcntrb1="1010" or SWA='0' then
swcntrb1<="0000";
end if;
end process;
--cntrc
--
process(SWA,swcon)
begin
if swcon'event and swcon='0' then
swcntrc0<=swcntrc0+"0001";
end if;
if swcntrc0="1010" or SWA='0' then
swcntrc0<="0000";
end if;
end process;
--
process(swcntrc0(3))
begin
if swcntrc0(3)'event and swcntrc0(3)='0' then
swcntrc1<=swcntrc1+"0001";
end if;
if swcntrc1="1010" or SWA='0' then
swcntrc1<="0000";
end if;
end process;
--
--7seg disp
--
leddatabf3<=swcntrc0;
leddatabf2<=swcntrc1;
leddatabf1<=swcntrb0;
leddatabf0<=swcntrb1;
--
end rtl;
|
プッシュスイッチＢを押すたびにカウントアップし、結果を７セグメントＬＥＤの上位２桁（左側の２桁）に表示します。
これだけでは面白くないので、もうひとつカウンタを作りました。
プッシュスイッチＣを押すたびにカウントアップし、結果を７セグメントＬＥＤの下位２桁（右側の２桁）に表示します。
そしてプッシュスイッチＡを押すと２つのカウンタをともに０クリアします。
プログラムの説明です。
４．０９６ＭＨｚ（４０９６ＫＨｚ）を１２ビットのバイナリカウンタでカウントします。
begin
-- 7seg drive clock 1KHz from 4096KHz
process(CK1)
begin
if CK1'event and CK1='1' then
cntr1<=cntr1+"000000000001";
end if;
end process;
|
７セグメントＬＥＤをダイナミックドライブするためのクロックとして１ＫＨｚを得るためです。
プログラムの次のところでその１ＫＨｚを利用して７セグメントＬＥＤのダイナミックドライブのためのカウンタの処理を行なっています。
-- led drive,LEDOUT
process(cntr1)
begin
if cntr1(11)'event and cntr1(11)='0' then
ledcntr<=ledcntr+"001";
ledoutbf<=ledoutbf(2 downto 0) & '0';
end if;
if ledcntr(2)='1' then
ledcntr<="000";
ledoutbf<="0001";
end if;
end process;
|
１２ビットのカウンタｃｎｔｒ１の最上位ビットｃｎｔｒ１（１１）が１から０に変わるとき、ということはｃｎｔｒ１がオーバフローしたとき、という意味になります。
１１１１１１１１１１１１が００００００００００００になったときということです。
これは１ＫＨｚのタイミングです。
つまり１ＫＨｚのクロックで、ｌｅｄｃｎｔｒをカウントアップします。
ｌｅｄｃｎｔｒは”１００”になると”０００”にクリアされます。
４桁の７セグメントＬＥＤをドライブするための０、１、２、３のクロックを得ています。
同時に実際に７セグメントＬＥＤをドライブする４ビットのデータを”０００１”→”００１０”→”０１００”→”１０００”の順に左シフトしています。
このデータはトランジスタをＯＮにする信号として出力されます。
’１’になった出力の先にあるトランジスタがＯＮになることで、その桁の７セグメントＬＥＤのカソードがＬアクティブになります。
カソードがアクティブになる期間はわずか１／１０００秒です。
シフトデータによって順に４桁をドライブしますから各桁は１／１０００秒間点灯し、次の３／１０００秒は消灯するということを繰り返します。
１秒間に２５０回それが繰り返されることになります。
非常にわずかな時間ごとの点灯ですが、最近のＬＥＤは高速高輝度なので、これでもそれなりに光ります（前回の写真参照）。
プログラムの次のところでは、今度は７セグメントＬＥＤに出力する各桁のデータを処理しています。
LEDOUT<=ledoutbf;
SEGOUT<=segdata;
--
-- led data out
process(ledcntr)
begin
if ledcntr(1 downto 0)="00" then
leddatawk<=leddatabf0;
elsif ledcntr(1 downto 0)="01" then
leddatawk<=leddatabf1;
elsif ledcntr(1 downto 0)="10" then
leddatawk<=leddatabf2;
elsif ledcntr(1 downto 0)="11" then
leddatawk<=leddatabf3;
end if;
end process;
|
ＬＥＤＯＵＴ＜＝ｌｅｄｏｕｔｂｆ；
は上で説明したシフトデータをトランジスタドライブのための出力端子に出力するところですが、その下の
ＳＥＧＯＵＴ＜＝ｓｅｇｄａｔａ；
のｓｅｇｄａｔａはまだ出てきていません。
ＶＨＤＬプログラムは原則としてどこにどの順番に書いてもよいので、ここに書いてしまいましたが、この行はもっと下の方で書いたほうがわかりやすかったかもしれません。
ｓｅｇｄａｔａは各桁に表示する数字をセグメントデータに変換したもので、それをセグメント表示用出力端子に出力しています。
その次のｐｒｏｃｅｓｓ文のところは、４桁分の表示データ（実際の数値）を格納しているデータバッファｌｅｄｄａｔａｂｆ０〜ｌｅｄｄａｔａｂｆ３の値をセグメントデータに変換するため、０、１、２、３の表示タイミングごとに一旦ｌｅｄｄａｔａｗｋに入れています。
その次のところでは、ｌｅｄｄａｔａｗｋに入れた数値（０〜９）をセグメント表示データに変換しています。
--segment change
process(leddatawk)
begin
if leddatawk="0000" then
segdata<="01011100";
elsif leddatawk="0001" then
segdata<="00000110";
elsif leddatawk="0010" then
segdata<="01011011";
elsif leddatawk="0011" then
segdata<="01001111";
elsif leddatawk="0100" then
segdata<="01100110";
elsif leddatawk="0101" then
segdata<="01101101";
elsif leddatawk="0110" then
segdata<="01111101";
elsif leddatawk="0111" then
segdata<="00000111";
elsif leddatawk="1000" then
segdata<="01111111";
elsif leddatawk="1001" then
segdata<="01101111";
end if;
end process;
|
変換後の値はｓｅｇｄａｔａに入れられます。
このｓｅｇｄａｔａは上で説明した
ＳＥＧＯＵＴ＜＝ｓｅｇｄａｔａ；
のところで７セグメントＬＥＤの出力データとして出力されます。
説明の途中ですが、ちょっと長くなってしまいましたので、本日はここまでにいたします。
次回に続きます。
ＣＰＬＤ入門！［第１０２回］
２０１９．８．２５ｕｐｌｏａｄ
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