7seg 時計

時計を作るためには、外部から入力した 50MHz のクロック周波数を使って、FPGA で "1 秒間隔のパルス信号" を作る必要がありました。

まずは、Cyclone® 10 LP 評価キットの基板に搭載されているクロック周波数 50 MHz で動作するアップカウンターを作りました。

これで 50,000,000 を数えたら そこで 1 秒間。

そのカウンターをリセットさせ、同時にクロック 1 周期分のパルスを生成させました。

このパルス信号を、秒用のカウンターのクロックイネーブル信号に用いれば、

1 秒で動作するカウンターのできあがり！

　

続いて、時・分・秒 に それぞれに 1桁目用と2桁目用のカウンターを用意。

秒 と 分 のカウンターは、この2桁が 60 になるタイミングで、クロック 1 周期分のパルスを生成させ

下図のように 分、時 それぞれのカウンターのクロックイネーブルに使いました。

　

あとは、プッシュボタンが押されているか否かで、時 & 分 / 秒 のどちらを 7seg に表示するか選択させました。

ドットマトリクス LED

7seg 時計を Verilg HDL で記述した際に採用したダイナミック点灯を応用し、カウンターを使って 50000ns 経過する間に

1つのドットマトリクス LED 上のすべての LED に対して、点灯・消灯を制御する記述をしました。

こうすれば、人間の目には点灯している箇所が、同時に点いたように見えるんです！

表情を変化させる

7seg 時計の時刻と、プッシュボタンの押下状態によって点灯パターンを変えるため、2つの変数を用いました。

2つの変数の組み合わせにより、4パターンの表情を作ることができました。

そんなこんなで、ステップ 2 の課題を終えました。

振り返ってみると...

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知らヤバ 1. デコーダーって何？

前回の #1 <仕様書・基板作成編> で「まぁ いけるっしょ(笑)」と思ったのは、下図の点線枠内を作れば完成だと思った 勘違いのせいでした。

時計回路を Verilog HDL で仕上げ、"ヨシ！強敵を倒した！" と思いきや
その出力信号をピンアサインしようと考えたときに　… あれ？どうつなげれば良いんだろう？
その後段で何をすれば LED を点灯・消灯させられるのか、無知無知くんには 謎 でした。

先輩たち相談すると、"デコーダー" という用語が。

その後 自分で調べて、その処理がナニモノかを知ったときには 「マジかよ！そういうことかーーーッ！！！」 と声に出てしまいました。

そんな強大なアイテムがあったとは。そして、それを知らなかったオレ。

そのときは もう 自分に対して絶望しかありませんでした Ozn

知らヤバ 2. ダイナミック点灯 & case 文の使い方

前回の#1 <仕様書・基板作成編>で、7セグメント LED の使い方はダイナミック点灯で

動作させることがわかりましたが、実際にそのやり方までは全く分かっていませんでした。

　

　

グー〇ル先生や先輩たちに聞いて、どうにかこうにか辿り着いた結論が こんな感じです。

例えば 1230 と表示させる場合は、下図のとおりに各 LED を点灯させなければなりません。

でも 4桁の 7seg LED のピン仕様は各 LED との接続が 1対1 ではないので、同時に点灯させられません。そこで、各桁の 7seg LED を ある一定の時間だけ 順次点灯させる方法にしました。

グー〇ル先生で調べてみると
人間が目で追える点滅の速さは 50ms ~ 100ms くらいだそうなので
点灯時間を 10000ns に決めました。

具体的には
1ns 周期で 40000 回カウントアップするカウンター(cnt) を作成し、
case 文を使って以下のように制御しました。

         0 ns ~  9999 ns で seg1 が点灯

10000 ns ~ 19999 ns で seg2 が点灯

20000 ns ~ 29999 ns で seg3 が点灯

30000 ns ~ 39999 ns で seg4 が点灯

[10000ns 間隔は速すぎて人間の目には追えない ＝ 同時に点灯しているように見える] ということだったんですね！

これで、無事にダイナミック点灯ができました。

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