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定番回路確認

　マイコンを利用した動作確認は、LEDチカチカ
　（Lチカと省略されてることが多い）ですが
　自分の中の定番回路は、蛍のエミュレートです。

　２個のLEDを使い、１個のLEDはジワリと点灯し
　他の１個は消灯ということを、交互に繰返し。

　ブレッドボード上の回路は、以下。



　発振回路を応用して、次のVHDLコードで実現。

  -- hotal
  iHOTAL(0) <= '1' when ( iCNT < iREG ) else '0' ;
  iHOTAL(1) <= not iHOTAL(0) ;

  -- PWM
  process ( nRESET , iACLK )
  begin
    if ( nRESET = '0' ) then
      iCNT <= 0 ;
    elsif rising_edge( iACLK ) then
      if ( iCNT = LAST ) then
        iCNT <= 0 ;
      else
        iCNT <= iCNT + 1 ;
      end if ;
    end if ;
  end process ;

  -- register
  process ( nRESET , iBCLK )
  begin
    if ( nRESET = '0' ) then
      iREG <= 19 ;
    elsif rising_edge( iBCLK ) then
      if ( iREG >= LAST ) then
        iREG <= 19 ;
      else
        iREG <= iREG + 3 ;
      end if ;
    end if ;
  end process ;

　２個のLEDを使うので、位相を１８０度変えて波形を出力。

　ジワリと点灯するのは、PWM波形をLEDに転送。
　PWM波形は、カウンタと参照レジスタを利用すれば
　簡単に生成できるので、process文を使って記述。

　カウンタは、０から99までを1kHzで生成。
　レジスタは、19から99までを1Hzで生成。
　レジスタは、増分を３にして変化の度合いを調整してます。

　システムクロックを4MHzとして、分周器を入れて
　1kHzと1Hzを生成します。ブロック図は、以下。



　ブロック図が描けば、VHDLコードに変換するだけ。

  -- divider
  process ( nRESET , CLOCK )
  begin
    if ( nRESET = '0' ) then
      iACNT <= 0 ;
    elsif rising_edge( CLOCK ) then
      if ( iACNT = ACNT_MAX ) then
        iACNT <= 0 ;
      else
        iACNT <= iACNT + 1 ;
      end if ;
    end if ;
  end process ;
  iACLK <= '1' when ( iACNT < ACNT_HALF ) else '0' ;

  process ( nRESET , iACLK )
  begin
    if ( nRESET = '0' ) then
      iBCNT <= 0 ;
    elsif rising_edge( iACLK ) then
      if ( iBCNT = BCNT_MAX ) then
        iBCNT <= 0 ;
      else
        iBCNT <= iBCNT + 1 ;
      end if ;
    end if ;
  end process ;
  iBCLK <= '1' when ( iBCNT < BCNT_HALF ) else '0' ;

　カウンタとレジスタのクロックでは、DUTY比が
　５０％になるように指定。

　定数は、CONSTANTを利用して定義。

  CONSTANT ACNT_MAX  : integer := 3999 ;
  CONSTANT BCNT_MAX  : integer :=  999 ;
  CONSTANT ACNT_HALF : integer := 2000 ;
  CONSTANT BCNT_HALF : integer :=  500 ;
  CONSTANT LAST      : integer :=   99 ;

　また、レジスタはintegerを利用してわかりやすく
　かつ範囲を限定してバグが入らないようにします。

  signal iACNT : integer range 0 to ACNT_MAX ;
  signal iBCNT : integer range 0 to BCNT_MAX ;

　rangeを利用すると、std_logic_vectorを
　使わずに、ビット幅を調整できます。

　ビット幅の計算は、２進数での範囲指定と
　なるので、面倒なことは処理系に一任して
　と考えて、余計なことに頭を使わないよう
　にします。

　まとめると、以下。

library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;

entity chotal is
  Port (
    -- system 
    nRESET : in  std_logic ;
    CLOCK  : in  std_logic ; -- 4MHz
    -- clock monitor
    ACLK   : out std_logic ;
    BCLK   : out std_logic ;
    -- output
    HOTAL : out std_logic_vector(1 downto 0) --;
  );
end chotal;

architecture Behavioral of chotal is
  --
  CONSTANT ACNT_MAX  : integer := 3999 ;
  CONSTANT BCNT_MAX  : integer :=  999 ;
  CONSTANT ACNT_HALF : integer := 2000 ;
  CONSTANT BCNT_HALF : integer :=  500 ;
  CONSTANT LAST      : integer :=   99 ;
  -- divider
  signal iACNT : integer range 0 to ACNT_MAX ;
  signal iACLK : std_logic ;
  signal iBCNT : integer range 0 to BCNT_MAX ;
  signal iBCLK : std_logic ;
  -- PWM
  signal iCNT  : integer range 0 to LAST ;
  -- register
  signal iREG  : integer range 0 to LAST ;
  -- hotal
  signal iHOTAL : std_logic_vector(1 downto 0) ;
begin
  -- output
  HOTAL <= iHOTAL ;
  ACLK  <= iACLK ;
  BCLK  <= iBCLK ;

  -- hotal
  iHOTAL(0) <= '1' when ( iCNT < iREG ) else '0' ;
  iHOTAL(1) <= not iHOTAL(0) ;

  -- divider
  process ( nRESET , CLOCK )
  begin
    if ( nRESET = '0' ) then
      iACNT <= 0 ;
    elsif rising_edge( CLOCK ) then
      if ( iACNT = ACNT_MAX ) then
        iACNT <= 0 ;
      else
        iACNT <= iACNT + 1 ;
      end if ;
    end if ;
  end process ;
  iACLK <= '1' when ( iACNT < ACNT_HALF ) else '0' ;

  process ( nRESET , iACLK )
  begin
    if ( nRESET = '0' ) then
      iBCNT <= 0 ;
    elsif rising_edge( iACLK ) then
      if ( iBCNT = BCNT_MAX ) then
        iBCNT <= 0 ;
      else
        iBCNT <= iBCNT + 1 ;
      end if ;
    end if ;
  end process ;
  iBCLK <= '1' when ( iBCNT < BCNT_HALF ) else '0' ;

  -- PWM
  process ( nRESET , iACLK )
  begin
    if ( nRESET = '0' ) then
      iCNT <= 0 ;
    elsif rising_edge( iACLK ) then
      if ( iCNT = LAST ) then
        iCNT <= 0 ;
      else
        iCNT <= iCNT + 1 ;
      end if ;
    end if ;
  end process ;

  -- register
  process ( nRESET , iBCLK )
  begin
    if ( nRESET = '0' ) then
      iREG <= 19 ;
    elsif rising_edge( iBCLK ) then
      if ( iREG >= LAST ) then
        iREG <= 19 ;
      else
        iREG <= iREG + 3 ;
      end if ;
    end if ;
  end process ;

end Behavioral;

　２種のクロックを生成していることが
　わかるよう、モニタピンを使ってます。

　ピンアサインは、以下。

# system
NET "nRESET" loc = "P39" ;
NET "CLOCK"  loc = "P5"  ;

# monitor
NET "ACLK"      loc = "P1" ;
NET "BCLK"      loc = "P2" ;

# hotal
NET "CHOTAL<0>" loc = "P8" ;
NET "CHOTAL<1>" loc = "P9" ;

　LEDの点滅は、次の基板に接続して確認しました。

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