Aula 8: Estudo Guiado

Os LEDs estão alocados na faixa de endereços para E/S de escrita (entre 256 e 319), nos seguintes endereços:

• Endereço 256: 8 LEDs (LEDR0 até 7)

• Endereço 257: LEDR8;

• Endereço 258: LEDR9.

Vamos dividir essa faixa de 64 posições em duas metades:

• A primeira, de 256 até 287, conterá somente os LEDs;

• A segunda, de 288 até 319, conterá somente os Displays.

A linha de endereço que faz essa divisão é o sinal A5. Portanto, quando A5 tiver o valor ‘0’, estaremos na primeira metade da faixa. De forma complementar, quando A5 tiver o valor ‘1’, estaremos na segunda metade da faixa.

Para manter o edereçamento definido anteriormente para os LEDs, devemos adicionar às portas AND a linha de endereço A5 invertida, conforme a listagem abaixo.

Para o ativar o conjunto de 8 LEDs, no endereço 256, teremos uma porta AND com quatro entradas:

• A saída do decodificador de blocos S4 (endereços entre 256 e 319);

• O sinal de habilita escrita (WR);

• A saída do decodificador de endereços S0;

• A linha de endereços A5 invertida.

Para o ativar o LEDR8, no endereço 257, teremos uma porta AND com quatro entradas:

• A saída do decodificador de blocos S4 (endereços entre 256 e 319);

• O sinal de habilita escrita (WR);

• A saída do decodificador de endereços S1;

• A linha de endereços A5 invertida.

Para o ativar o LEDR9, no endereço 258, teremos uma porta AND com quatro entradas:

• A saída do decodificador de blocos S4 (endereços entre 256 e 319);

• O sinal de habilita escrita (WR);

• A saída do decodificador de endereços S2;

• A linha de endereços A5 invertida.

O circuito para os displays será similar, porém com a utilização da linha de endereço A5 sem inversão. Isso fará com que os displays sejam endereçados como mostrado a seguir.

O circuito, com todas as conexões desenhadas, ficaria como o mostrado abaixo.

Vamos implementá-lo em VHDL e testar o seu funcionamento utilizando um programa que escreva nesses endereços. Uma forma simples seria a utilização de uma sequência de incrementos e armazenamentos, como a mostrada abaixo.

O caractere arroba (@) indica um endereço de memória (RAM ou ROM) enquanto que o caractere cifrão ($) indica um valor constante (imediato).

Programa, igual ao acima, para ser copiado e utilizado na ROM, com os devidos ajustes nos endereçamentos.

LDI $1
STA @0
SOMA @0
STA @288
SOMA @0
STA @289
SOMA @0
STA @290
SOMA @0
STA @291
SOMA @0
STA @292
SOMA @0
STA @293
JMP @2

Para as chaves e botões, vamos utilizar um circuito similar. Porém, endereçado no Bloco 5 (endereço 320 até 383), ou seja, conforme o descrito abaixo:

• Endereço 320: as chaves SW0 até SW7 (A5 = 0);

• Endereço 321: a chave SW8 (A5 = 0);

• Endereço 322: a chave SW9 (A5 = 0);

• Endereço 352: o botão KEY0 (A5 = 1);

• Endereço 353: o botão KEY1 (A5 = 1);

• Endereço 354: o botão KEY2 (A5 = 1);

• Endereço 355: o botão KEY3 (A5 = 1);

• Endereço 356: o botão FPGA_RESET (A5 = 1).

Como vamos ler esses periféricos, devemos interligá-los ao barramento de leitura de dados e utilizar o sinal de Leitura (RD) na lógica das portas AND.

Para facilitar a leitura do diagrama, vamos eliminar as linhas e indicar as conexões através do nome do sinal sendo conectado. Isso faz com que o diagrama fique mais limpo e continue informando sobre as conexões feitas. Não podemos esquecer de que todos os pontos com o nome de um dado sinal devem ser interligados na hora de fazer o projeto em VHDL.

Vamos implementá-lo em VHDL e testar o seu funcionamento utilizando um programa que leia as chaves e botões e escreva os valores nos displays ou nos LEDs. Como o processador estará rodando a 50MHz, a sensação será de que as chaves e botões estão ligados diretamente aos displays e LEDs.

Como usamos KEY0 como botão de entrada, o clock deve vir de outro botão ou do Clock_50.

O caractere arroba (@) indica um endereço de memória (RAM ou ROM) enquanto que o caractere cifrão ($) indica um valor constante (imediato).

Programa, igual ao acima, para ser copiado e utilizado na ROM, com os devidos ajustes nos endereçamentos.

LDA @320
STA @288
LDA @321
STA @289
LDA @322
STA @290
LDA @352
STA @291
LDA @353
STA @292
LDA @354
STA @293
LDA @355
STA @257
LDA @356
STA @258
JMP @0

O botão KEY0 será usado para incrementar o contador. Dessa forma, cada vez que ele for pressionado devemos incrementar uma única vez o valor da contagem.

Para evitar que ocorram múltiplos incrementos, devemos garantir que os ruídos de chaveamento de KEY0 sejam eliminados. Isso é feito através do circuito de debounce implementado no edge detector, como mostrado no circuito abaixo.

Como o edge detector transforma o sinal do botão pressionado em apenas um pulso de clock, devemos utilizar um circuito de memorização da ativação desse botão (flag de botão apertado). Esse circuito de memorização deve ser limpo após qualquer leitura do botão que retorne a informação de botão pressionado.

Esse tipo de implementação está mostrado no circuito abaixo, onde qualquer acesso ao endereço de limpaLeitura (endereço 511 ou 0x1FF) fará com que o valor armazenado no flip-flop seja limpo (a saída Q assumirá o valor 0).

Precisaremos fazer a decodificação do endereço 511 para implementar a limpeza do flag. Como temos que decodificar um único endereço e não pode ter espelhamento em outro endereço (como ocorre com as outras decodificações que fizemos), devemos utilizar todos os oito bits de endereço nessa decodificação.

Como utilizamos o sinal escrita (WR) na decodificação do endereço 511/510, o acesso de escrita executará a limpeza do valor armazenado no flip-flop, ou seja, uma instrução STA 511.

Para testar o novo circuito, vamos fazer um programa parecido com o listado abaixo.

Como usamos KEY0 como botão de entrada, o clock deve vir de outro botão ou do Clock_50.

O caractere arroba (@) indica um endereço de memória (RAM ou ROM) enquanto que o caractere cifrão ($) indica um valor constante (imediato).

Neste programa, as instruções NOP são para facilitar a localização dos destinos de desvios. Em um programa normal elas não deveriam ser utilizadas para essa finalidade.

Programa, igual ao acima, para ser copiado e utilizado na ROM, com os devidos ajustes nos endereçamentos.

LDI $0
STA @0
STA @2
LDI $1
STA @1
NOP
LDA @352
STA @288
CEQ @0
JEQ @11
JSR @32
NOP
JMP @5


STA @511
LDA @2
SOMA @1
STA @2
STA @258
STA @293
RET

Problemas de Leitura de um Único Bit no Barramento

No caso de KEY0 e KEY1, a sua leitura não possui os 7 bits mais significativos. Isso pode gerar erros na leitura devido a esses bits não estarem conectados e poderem ser lidos tanto como valor alto como valor baixo.

Para resolver esse inconveniente, podemos utilizar uma porta tristate de oito bits com os sete bits mais significativos conectados ao nível lógico baixo.

No caso da leitura de KEY0, o circuito ficaria como o mostrado abaixo.

Outra solução, mais elegante, é a manutenção do circuito com um único bit e a implementação da instrução AND no processador. Assim, após cada leitura de KEY0 (ou KEY1) devemos fazer uma operação AND com a máscara adequada (b0000_0001) para limpar os bits 7 até 1 e deixar somente o valor do bit zero.

Como usamos KEY0 como botão de entrada, o clock deve vir de outro botão ou do Clock_50.

Programa, igual ao acima, para ser copiado e utilizado na ROM, com os devidos ajustes nos endereçamentos.

STA @511
LDI $1
STA @1
NOP
LDA @352
STA @288
AND @1
STA @289
NOP
JMP @3