Allgemeines

• Projektordner herunterladen und entpacken
• Insgesamt gibt es 20 Punkte
• Die einzelnen Punkte bauen meist nicht aufeinander auf. Statt langer Fehlersuche lieber auf das nächste Beispiel wechseln.

Serielle Datenübertragung

Vorbereitung

• Projekt transmitter.xise öffnen

Aufgabenstellung

Um Daten zu übertragen wird oft die serielle Schnittstelle verwendet. In diesem Beispiel soll ein Transmitter entsprechend RS232 realisiert werden.

RS232 Timingdiagramm (Quelle: Gerald.deppe, Lizenz Public Domain)

Zum Testen soll mittels der acht Umschaltern (SW0 bis SW7) ein 8 Bit Datenwort definiert werden und durch Drücken des Tasters BTN0 wird dieses dann versendet. Zum Versenden wird der Pegel der Sendeleitung mittels LED angezeigt. Die Baudrate wird auf 1 Baud gestellt.

uart_tx Komponente

Zustandsmaschine

10 Punkte

• Die erforderliche Zustandsmaschine hat die Zustände IDLE, START, DATA und STOP
• Eingänge:
  • send_i - startet die Übertragung
  • Überlauf den Baudraten Generators - wechselt bei einer laufenden Übertragung zum nächsten Symbol
• Ausgänge:
  • tx_o - das zu sendende Bit (bzw. Symbol)
  • busy_o - zeigt eine laufende Übertragung an ('1' wenn eine Übertragung läuft)
• Wenn die Zustandsmaschine im Zustand IDLE ist und send_i gleich '1' ist, dann wird in den Zustand START gewechselt.
• Vom Zustand START wird in den Zustand DATA gewechselt, sobald der Zähler für die Baudrate übergelaufen ist
• Im Zustand DATA läuft ein Bit Zähler und zählt die Bits von 0 bis 7 (LSB zuerst)
• Jedes Bit wird für die Dauer ausgegeben, die sich aus der Baudrate ergibt
• Nach dem 8. Datenbit wird in den Zustand STOP gewechselt
• Vom Zustand STOP wird in den Zustand IDLE gewechselt, sobald der Zähler für die Baudrate übergelaufen ist
• Ausgabe von tx_o
  • Ist in IDLE und STOP auf '1'
  • Ist in START auf '0'
  • Entspricht während DATA dem zu übertragenden Datenbit

Baudratengenerierung

2 Punkte

Für die Baudratengenerierung wird der bestehende Zähler (counter) verwendet. Die Entity enthält die beiden Generics BAUDRATE_WIDTH und BAUDRATE_DIVIDER, die den Zähler konfigurieren.

Bit Zähler

2 Punkte

Um die einzelnen Datenbits zu zählen (während des Zustands DATA) wird eine weitere Zählerinstanz verwendet. Diese Zählerinstanz zählt von 0 bis 7.

Der Ausgang value_o des Bit Zählers ist vom Typ std_ulogic_vector. Dieser muss zuerst in einen unsigned und dann mittels to_integer in einen Integer gewandelt werden, um mittels Indexzugriff das gewünschte Bit aus dem data_i Vektor zu holen (z.B. data_i(0) holt Bit 0 des Vektors).

Blockschaltbild

Dieses Blockschaltbild zeigt die einzelnen Komponenten der uart_tx Komponente. Die resultierende VHDL Beschreibung sollte äquivalent zu diesem Blockschaltbild sein.

Testbench

Teste die Implementierung mittels der Testbench uart_tx_tb.vhd.

Implementierung des Top Levels

3 Punkte

Zur Verfügung stehen die Komponenten button_detect und uart_tx. Diese Komponenten werden genutzt, um im Top Level transmitter.vhd die gewünschte Funktionalität zu realisieren.

Einige benötigte Signale sind bereits vordefiniert.

Erstelle das Top Level anhand des folgenden Blockschaltbildes:

Testbench

Teste die Implementierung mittels der Testbench transmitter_tb.vhd.

Erweiterung der Constraints Datei

2 Punkte

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

• button_send_i liegt an Pin G12
• switches_data_i(0) liegt an Pin P11
• switches_data_i(1) liegt an Pin L3
• switches_data_i(2) liegt an Pin K3
• switches_data_i(3) liegt an Pin B4
• switches_data_i(4) liegt an Pin G3
• switches_data_i(5) liegt an Pin F3
• switches_data_i(6) liegt an Pin E2
• switches_data_i(7) liegt an Pin N3
• led_tx_o liegt an Pin M5
• led_busy_o liegt an Pin M11

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