Titelaufnahme

Titel
Entwicklung von Hardware-Erweiterungen mit passenden VHDL-Codes für das Digilent Nexys2 Board
Weitere Titel
Development of hardware extensions with compatible VHDL-codes for the Digilent Nexys2 Board
VerfasserHahn, Andreas
Betreuer / BetreuerinHalter, Christian
Erschienen2012
Datum der AbgabeJuni 2012
SpracheDeutsch
DokumenttypBachelorarbeit
Schlagwörter (DE)16-Segmantanzeige / Aufzugsimulation / Aufzugsteuerung / Digilent Nexys2 Board / FPGA-Programmierung / Hardware-Erweiterung / Programmierbare Logikbausteine / PS2-Tastatur / Sechzehnsegmentanzeige / Temperatursensor / Temperaturmessung / VHDL-Code / VHDL-Programm
Schlagwörter (EN)16-segment display / elevator simulation / elevator control / Digilent Nexys2 Board / FPGA programming / hardware extension / programmable logic arrays / PS2 keyboard / sixteen-segment display / temperature sensor / temperature measurement / VHDL code / VHDL program
Zugriffsbeschränkung
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung von Programmierübungen für das Digi-lent Nexys2 Board. Im Speziellen werden Übungsannahmen für Programmiereinsteige-rInnen definiert, welche über die on-Board verfügbare Peripherie hinausgeht. Dazu wer-den drei externe Hardware-Erweiterungen entwickelt, dimensioniert, designt und tatsäch-lich realisiert. Des Weiteren wird für jede der drei Hardware-Erweiterungen ein funktions-fähiger VHDL-Code für die Programmierung des FPGAs erstellt. Dieser VHDL-Code deckt auch eine mögliche Übungsannahme in Bezug auf die jeweilige externe Hardware ab. Zu jeder Hardware wird außerdem ein Informationsblatt erstellt, welches die wichtigs-ten Informationen (z.B. die Pinbelegung) enthält und mögliche Übungsannahmen auflistet.

Die erste Hardware-Erweiterung enthält vier 16-Segmentanzeigen. Damit können einge-lesene, alphanummerische Zeichen, einer über das Digilent Nexys2 Board angeschlos-senen und ausgewerteten PS2-Tastatur, an externer Hardware dargestellt werden. Für das Einlesen der PS2-Tastatur und das Ausgeben an den 16-Segmentanzeigen wird zur Unterstützung der ProgrammiereinsteigerInnen eine VHDL-Library mit den wichtigsten Keycodes und den entsprechenden Ausgangsansteuerungen der 16-Segmentanzeige erstellt.

Die zweite Hardware-Erweiterung entspricht der Simulation einer Aufzugssteuerung. Bei der Auslegung dieser Platine wird speziell darauf geachtet, dass ein eventuell späteres Aufzugsmodel, mit genau dem gleichen VHDL-Code betrieben werden kann. D.h., dass ein real umzusetzendes Aufzugsmodell mit den definierten Signalen und der festgelegten Pinbelegung der externen Hardware auskommt. Definiert werden drei Stockwerke (EG, 1.OG, 2.OG) mit beleuchteten Drucktastern für die Funktionen „Aufzug rufen“ in den ein-zelnen Stockwerken und für die Zielwahltasten in der Kabine. Weiters werden die Mo-torsteuerungen der Türen in den einzelnen Stockwerken und die Motorsteuerung der Ka-bine berücksichtigt. Außerdem sind Sensoren berücksichtigt wie „Türen sind geschlossen“ und „Kabine befindet sich in Stockwerk Nr…“.

Die dritte Hardware-Erweiterung ist für eine einfache Temperaturauswertung vorgesehen worden. Dazu befinden sich auf der Platine ein Temperatursensor und ein AD-Wandler. Der AD-Wandler kann schließlich über die Schnittstelle zum Digilent Nexys2 Board ange-steuert und ausgelesen werden. Eine weitere Auswertung und Anzeige der ausgelesenen Werte muss schließlich über den FPGA bzw. die on-Board verfügbare Peripherie vorge-sehen werden.

Zusammenfassung (Englisch)

This thesis deals with the development of programming exercises for the Digilent Nexys2 board. Exercise examples for beginners in programming, which go beyond the periphery available on-board, are defined. Therefore, three external hardware extensions are de-veloped, dimensioned, designed and implemented. Furthermore, for all three hardware extensions, a functional VHDL code for the programming of the FPGA is created. This VHDL code also includes a possible exercise example with regard to the respective hardware. In addition, a datasheet, which includes the most important information such as the pin assignment and possible exercise examples, is created for each hardware exten-sion.

The first hardware extension contains four 16-segment displays. Using them, alphanu-meric characters, which are read in from a PS2 keyboard via the Digilent Nexy2 Board, can be displayed. To support future programmers in reading in the PS2 keyboard and output on the 16-segment display, a VHDL library containing the most important keycodes and the respective output code is produced.

The second hardware extension is the simulation of an elevator control system. During the planning of the printed circuit board, particular attention is paid to ensure that a possible future elevator model can be run with the exact same VHDL code. This means that a real elevator model can work with the defined signals and pin assignment of the hardware. Three floors (EG = first floor, 1.OG = second floor, 2.OG = third floor) are defined, with illuminated push buttons for the function “Aufzug rufen” (call elevator) on each floor and for the target keys in the elevator. Furthermore, the motor control for the doors on each floor and the motor control for the elevator are simulated. Additionally, sensors for “doors are closed” and “elevator is in floor No. ....” are simulated.

The third hardware extension is designed for a simple temperature evaluation. For this purpose, a temperature sensor and an AD converter are positioned on the printed circuit board. The AD converter can be controlled and read out over the interface to the Digilent Nexys2 Board. Further evaluation and display of the readout has to run over the FPGA or the periphery available on board, respectively.