1MieruPC Project

MieruPC-2008 ハードウェアのセットアップ

と動作確認

MieruPCMieruPC--2008 2008 ハードウェアのセットアップハードウェアのセットアップ

と動作確認と動作確認

Version 2009Version 2009--0202--24 24 吉瀬謙二吉瀬謙二 （東京工業大学）（東京工業大学）

2MieruPC Project

知識ユニット

• MieruPC-2008 ハードウェアのセットアップ（１０分）

• MieruPC-2008 ハードウェアの動作確認（１０分）

このスライドは，講義および演習などのために自由に利用することができます．ただし，スライドに含まれる画像などの取り扱いには注意してください．

3MieruPC Project

MieruPC-2008の内容

電源ケーブル

USB電源ケーブル

SDカードディスプレイケーブル

キーボード

本体とディスプレイ

4MieruPC Project

添付される２枚のSDカードについて

• アプリケーションのシールが添付されたSDカード１枚

– アプリケーションが保存されています．MieruPC-2008に挿入して実行を確認してください．

• シールが添付されていないSDカード１枚

– データが保存されていないSDカードです．

– アプリケーションは保存されていません．作成したアプリケーションをコピーしてご利用ください．

• MieruPC-2008では8MBのSDカードのみが利用可能です．

5MieruPC Project

（１） ディスプレイケーブルを接続しましょう．

6MieruPC Project

（２） 電源ケーブルを接続しましょう．

• 電源ケーブルには，コンセントに接続するタイプと，USBに接続するタイ

プに２種類があります．どちらも同様に電源を供給できます．

• ノートPCなどから電源を取るためにUSBタイプを利用すると便利です．

7MieruPC Project

（３） スイッチオン

電源スイッチ

リセットボタン

7

8MieruPC Project

（４） アプリケーションの入ったSDカードを挿入

リセットによりアプリケーションが起動（製品版には特別ゲームが付属）

キーボードコネクタ（キーボード入力が必要な場合には接続）

9MieruPC Project

本体とディスプレイは固定できます

• 付属のネジとナットを使って，本体とディスプレイを固定できます．強くネジを締めすぎないでください．

10MieruPC Project

FPGA開発のためのMieruPC-2008 ハード

ウェアのセットアップ

FPGAFPGA開発のための開発のためのMieruPCMieruPC--2008 2008 ハードハード

ウェアのセットアップウェアのセットアップ

Version 2009Version 2009--0505--14 14 吉瀬謙二吉瀬謙二 （東京工業大学）（東京工業大学）

11MieruPC Project

知識ユニット

• FPGA開発のためのMieruPC-2008 ハードウェアのセット

アップ（２０分）

– MieruPC-2008に搭載されているFPGA (Field Programmable Gate Array) に独自開発の回路をコンフィ

ギュレーションする場合に必要となる設定です．

– CPUの構成変更やFPGA開発が必要ではない場合にはこの

設定は不要です．

このスライドは，講義および演習などのために自由に利用することができます．ただし，スライドに含まれる画像などの取り扱いには注意してください．

12MieruPC Project

Digilent USBケーブルと接続ケーブル

• Digilent USBケーブル （左）

– パソコンのUSB端子とFPGAとを接続するケーブルです．

– 精密機械です．取り扱いに十分注意してください．

• MieruPC-2008用の接続ケーブル（右）

– Digilent USBケーブルをMieruPC-2008のFPGAに接続するため

の変換ケーブルです．

Digilent USBケーブル

MieruPC-2008用の接続ケーブル

13MieruPC Project

コンフィギュレーション用ケーブルの接続

• Digilent USBケーブルのVDDとMieruPC-2008用の接続

ケーブルの赤い線が揃う様に接続します（下図参照）．

• MieruPC-2008用の接続ケーブルをSUZAKUに図の様に

接続します．

14MieruPC Project

オプションのSUZAKU JP2 の設定

• この作業は通常は必要ありません．

– 電源投入後にSPIフラッシュメモリから自動でFPGAにコンフィギュレーションすることを禁止したい（電源投入後にMieruPCのコンフィギュレーションを停止したい）場合には，SUZAKU JP2 をショートしてください．

– 具体的には，JP2 にジャンパーピンを取り付けます．

15MieruPC Project

コンフィギュレーション用ケーブルを接続の補足

• コンフィギュレーション用ケーブルを接続するためには，MieruPC-2008基板をケースから取り外す必要があります．

• ケース裏の４つのネジを外して，基板をケースから取り出して作業をおこなってください．

16MieruPC Project

SUZAKUのLEDを点滅させる (sample01)SUZAKUSUZAKUののLEDLEDを点滅させるを点滅させる (sample01)(sample01)Version 2009Version 2009--0505--13 13

吉瀬謙二吉瀬謙二 （東京工業大学）（東京工業大学）

17MieruPC Project

知識ユニット

• Xilinx ISE の使い方の基礎 （3０分）

• Verilog HDL記述の基礎 （1０分）

• Digilent ExPortの使い方の基礎 （１０分）

• MieruPCを用いた動作検証の基礎 （１０分）

• 演習 （３０分）

Xilinx ISE, Digilent ExPort のインストールが終了していること．MieruPC-2008とコンフィギュレーションケーブルの設定が終わっていること．

このスライドは，講義および演習などのために自由に利用することができます．ただし，スライドに含まれる画像などの取り扱いには注意してください．

18MieruPC Project

Xilinx ISEにてプロジェクトを新規作成(1)

• Xilinx ISEを起動する．

• File -> New Project

19MieruPC Project

Xilinx ISEにてプロジェクトを新規作成(2)

• New Project Wizard が起動する．

• この画面にてプロジェクト名 sample01 を指定

20MieruPC Project

Xilinx ISEにてプロジェクトを新規作成(3)

• デバイス名などを正しく設定する．

21MieruPC Project

Xilinx ISEにてプロジェクトを新規作成(4)

• ソースコードは後に追加するのでここでは設定しなくてよい．

22MieruPC Project

Xilinx ISEにてプロジェクトを新規作成(5)

• 確認画面．Finish をクリックする．

23MieruPC Project

Xilinx ISEにてプロジェクトを新規作成(6)

• xc3s1200e-4fg430 として登録される．

24MieruPC Project

Verilog HDLソースコード main.v の追加 (1)

• Project -> New Source

25MieruPC Project

Verilog HDLソースコード main.v の追加 (2)

• テキストエディタにて記述するので，ここでポート名などを追加しなくてもよい．

26MieruPC Project

Verilog HDLソースコード main.v の追加 (3)

• main.v が追加される．

27MieruPC Project

Verilog HDLソースコード main.v の編集(1)

module main(CLK, ULED);input CLK;output ULED;reg [31:0] cnt;assign ULED = cnt[20];

always @(posedge CLK) begincnt <= cnt + 1;

endendmodule

CLKは，3.6864MHz の入力クロックULEDは，ユーザ制御のLED

28MieruPC Project

Verilog HDLソースコード main.v の編集(2)

• ソースコードを記述

29MieruPC Project

UCFファイル main.ucf の追加 (1)

• Project -> New Source

30MieruPC Project

UCFファイル main.ucf の追加 (1)

• Implementation Constraints File（UCFファイル）を選択する．

• ファイル名 main.ucf を指定する．

31MieruPC Project

UCFファイルの編集(1)

• main (main.v) の左の + をクリックすることで，main.ucf が

現れる．

32MieruPC Project

UCFファイルの編集(2)

• User Constraints の左の + をクリックすることで，Edit Constraints (Text) が表示される．

33MieruPC Project

UCFファイルの編集（３）

• Edit Constraints (Text) をダブルクリックして編集する．

• エディタ画面にて，CLK, ULED のピンを指定する．

34MieruPC Project

論理合成，実装，プログラミングファイルの作成

• main (main.v) を選択する．

• Generate Programming File をダブルクリックする．

– プログラミングファイルの作成，時間を要することがある．

35MieruPC Project

FPGAのコンフィギュレーション(1)

• Digilent ExPort を起動する．

• Initialize Chain でデバイス (XC3S1200E) を認識する．

エラーが表示される場合には，ハードウェアの接続，電源が投入されているか，などを確認すること．

36MieruPC Project

FPGAのコンフィギュレーション(2)

• Browse -> main.bit を選択

• はい (Y) を選択

37MieruPC Project

FPGAのコンフィギュレーション(3)

• コンフィギュレーションが完了する．エラーが表示される場合には，ハードウェアの接続などを確認すること．

38MieruPC Project

MieruPCを用いた動作検証

• FPGAボード(SUZAKU)の赤色LED(発光ダイオード，Light Emitting Diode)が点滅する．

39MieruPC Project

演習問題(1)

module main(CLK, ULED);input CLK;output ULED;reg [31:0] cnt;assign ULED = cnt[21];

always @(posedge CLK) begincnt <= cnt + 1;

endendmodule

Verilog HDLの記述を右に変更するとLEDの点滅はどのように変化するか．

修正して確認すること．

40MieruPC Project

演習問題(2)

• 入力のクロックは 3.6864MHz である．

• １秒の周期でLEDが点滅を繰り返す様にVerilog HDLを修

正せよ．

• ハードウェアを用いて，点滅の周期が正しいことを検証せよ．

41MieruPC Project

GPIOを用いたLEDの点滅 (sample02)GPIOGPIOを用いたを用いたLEDLEDの点滅の点滅 (sample02)(sample02)Version 2009Version 2009--0505--13 13

吉瀬謙二吉瀬謙二 （東京工業大学）（東京工業大学）

42MieruPC Project

知識ユニット

• MieruPC-2008 GPIOの使い方の基礎 （２０分）

• シンプルな拡張ボードの実装 （２０分）

「SUZAKUのLEDを点滅させる (sample01)」 を学習済みであること．

このスライドは，講義および演習などのために自由に利用することができます．ただし，スライドに含まれる画像などの取り扱いには注意してください．

43MieruPC Project

MieruPC-2008の汎用I/O (GPIO)

• 16本のGPIO, VDD 5.0V, VCC 3.3V, GND

GPIO[1]GPIO[3]

GPIO[5]

GPIO[7]

GPIO[9]

GPIO[11]

GPIO[13]

GPIO[15]

VDD 5.0V VCC 3.3V

GNDGND

GPIO[2]GPIO[4]

GPIO[6]

GPIO[8]

GPIO[10]

GPIO[12]

GPIO[14]

GPIO[16]

44MieruPC Project

UCFファイル main.ucf の編集

#### GPIO(CPU) ####NET GPIO[1] LOC="N5"; # SUZAKU CON2-07NET GPIO[2] LOC="N4"; # SUZAKU CON2-08NET GPIO[3] LOC="M6"; # SUZAKU CON2-09NET GPIO[4] LOC="M5"; # SUZAKU CON2-10NET GPIO[5] LOC="M3"; # SUZAKU CON2-11NET GPIO[6] LOC="M4"; # SUZAKU CON2-12NET GPIO[7] LOC="L5"; # SUZAKU CON2-13NET GPIO[8] LOC="L6"; # SUZAKU CON2-14NET GPIO[9] LOC="L4"; # SUZAKU CON2-15NET GPIO[10] LOC="L3"; # SUZAKU CON2-16NET GPIO[11] LOC="L2"; # SUZAKU CON2-17NET GPIO[12] LOC="L1"; # SUZAKU CON2-18NET GPIO[13] LOC="C9"; # SUZAKU CON2-20NET GPIO[14] LOC="D9"; # SUZAKU CON2-22NET GPIO[15] LOC="K5"; # SUZAKU CON2-23NET GPIO[16] LOC="K6"; # SUZAKU CON2-24

• 汎用I/O(GPIO)は GPIO[16:1] として利用する．

• main.ucf を編集して以下を追加する．

45MieruPC Project

MieruPC-2008の汎用I/O (GPIO)

• GPIO[11] を 0V に設定する．

• GPIO[15] を制御することでLEDを点滅させる．

GPIO[1]GPIO[3]

GPIO[5]

GPIO[7]

GPIO[9]GPIO[11]

GPIO[13]

GPIO[15]

VDD 5.0V VCC 3.3V

GNDGND

GPIO[2]GPIO[4]

GPIO[6]

GPIO[8]

GPIO[10]

GPIO[12]

GPIO[14]

GPIO[16]

LED

３００Ω程度

46MieruPC Project

Verilog HDLソースコード main.v の編集

module main(CLK, ULED, GPIO);input CLK;output ULED;output [16:1] GPIO;reg [31:0] cnt;assign ULED = cnt[20];

assign GPIO[11] = 0;assign GPIO[15] = cnt[19];

always @(posedge CLK) begincnt <= cnt + 1;

endendmodule

sample01 の main.v をベースに修正．

CLKは，3.6864MHz の入力クロックULEDは，ユーザ制御のLEDGPIOは，汎用I/O

47MieruPC Project

論理合成，実装，プログラミングファイルの作成

• sample01 をベースに main.v と main.ucf を編集し，プロ

グラミングファイルを作成する．

48MieruPC Project

MieruPCを用いた動作検証

• ユニバーサル基板を用いて拡張ボードを実装する．

拡張ボード（表）

拡張ボード（裏） コンフィギュレーションして動作確認をおこなう．

49MieruPC Project

リセット付きのLED点滅回路 (sample03)リセット付きのリセット付きのLEDLED点滅回路点滅回路 (sample03)(sample03)Version 2009Version 2009--0505--13 13

吉瀬謙二吉瀬謙二 （東京工業大学）（東京工業大学）

50MieruPC Project

知識ユニット

• MieruPC-2008 リセットスイッチの使い方 （２０分）

「SUZAKUのLEDを点滅させる (sample01)」 を学習済みであること．

このスライドは，講義および演習などのために自由に利用することができます．ただし，スライドに含まれる画像などの取り扱いには注意してください．

51MieruPC Project

UCFファイル main.ucf の編集

NET RST_X LOC="A14";

• リセット信号 RST_X を追加する．

52MieruPC Project

Verilog HDLソースコード main.v の編集

module main(CLK, RST_X, ULED);input CLK;input RST_X;output ULED;reg [31:0] cnt;assign ULED = cnt[20];

always @(posedge CLK or negedge RST_X) beginif(!RST_X)

cnt <= 0;else

cnt <= cnt + 1;end

endmodule

sample01 の main.v をベースに修正．

CLKは，3.6864MHz の入力クロックULEDは，ユーザ制御のLEDRST_Xは，リセット信号

53MieruPC Project

MieruPCを用いた動作検証

• FPGAボード(SUZAKU)の赤色LED(発光ダイオード，Light Emitting Diode)が点滅する．

• リセットスイッチを押すと，リセットされ，LEDが点灯する．

54MieruPC Project

ブザーの取り付けと利用方法 (sample06)ブザーの取り付けと利用方法ブザーの取り付けと利用方法 (sample06)(sample06)Version 2009Version 2009--0505--26 26

吉瀬謙二吉瀬謙二 （東京工業大学）（東京工業大学）

55MieruPC Project

知識ユニット

• ブザーと抵抗の取り付け （20分）

• ブザーの使い方 （20分）

このスライドは，講義および演習などのために自由に利用することができます．ただし，スライドに含まれる画像などの取り扱いには注意してください．

56MieruPC Project

ブザーの取り付け（オプションです）

• MieruPCのマザーボードにはブザーを取り付けることができます．

– 秋月電子商会 電子ブザー [HDB06LFPN] を想定しています．

– 33Ω程度の抵抗が必要です．

• 33Ω程度の抵抗を接続してください．

• ブザーを取り付けます．極性があるので注意してください．下図では，右がプラス，左がマイナスです．

＋-

57MieruPC Project

Verilog HDLソースコード main.v と ucfファイル

module main(CLK, RST_X, ULED, BUZ);input CLK;input RST_X;output ULED;output BUZ;

reg [31:0] cnt;assign ULED = cnt[20];assign BUZ = cnt[20] & cnt[19] & cnt[18] & cnt[17];

always @(posedge CLK or negedge RST_X) beginif(!RST_X)

cnt <= 0;else

cnt <= cnt + 1;end

endmodule

NET CLK LOC="U10"; NET RST_X LOC="A14"; NET ULED LOC="T3"; NET BUZ LOC="K12";

BUZを１とすることでブザーが鳴ります．

58MieruPC Project

PS/2キーボードからの入力 (sample04)PS/2PS/2キーボードからの入力キーボードからの入力 (sample04)(sample04)Version 2009Version 2009--0505--25 25

吉瀬謙二吉瀬謙二 （東京工業大学）（東京工業大学）

59MieruPC Project

知識ユニット

• PS/2接続キーボード（シリアル転送）の理解 （60分）

• シンプルなキーボードモジュールの実装 （60分）

このスライドは，講義および演習などのために自由に利用することができます．ただし，スライドに含まれる画像などの取り扱いには注意してください．

60MieruPC Project

PS/2キーボードコネクタ（Mini-DIN 6ピン）

• 1 : KEY_IN• 3 : GND• 4 : 5V• 5 : KEY_CLK

1 (KEY_IN)2

3 (GND)

4 (5V)

5 (KEY_CLK)

6

4 (5V) 3 (GND)

1 (KEY_IN)5 (KEY_CLK)

61MieruPC Project

PS/2キーボードからシステムへの信号

St(0) D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 Pa Sp(1)

• KEY_CLK, KEY_IN はキーボードが生成する点に注意．

• 入力データはクロックの立ち下がりで取得する．

KEY_CLK

KEY_IN

62MieruPC Project

Ps2keyboardモジュールのタイミングとインタフェース

St(0) D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 Pa Sp(1)

KEY_CLK

KEY_IN

dataKEY_DOUT

KEY_READY

negedge ps2_clock

PS2KBD

module PS2KBD01(RST_X, KEY_CLK, KEY_IN, KEY_DOUT, KEY_READY)input RST_X, KEY_CLK, KEY_IN;output [7:0] KEY_DOUT;output KEY_READY;

RST_XKEY_CLKKEY_IN

KEY_DOUTKEY_READY

63MieruPC Project

Verilog HDLソースコード main.v の編集

module main(CLK, RST_X, ULED, KEY_IN, KEY_CLK);input CLK;input RST_X;input KEY_IN; // Keyboard input datainput KEY_CLK; // Keyboard input clockoutput ULED;

reg led;

wire key_ready;wire [7:0] key_dout;assign ULED = led;

always @(posedge CLK or negedge RST_X) beginif(!RST_X) led <= 0;else if(key_ready) begin

if(key_dout==8'h1c) led <= 1; // 'A' is pushedif(key_dout==8'h32) led <= 0; // 'B' is pushed

endend

PS2KBD01 ps2kbd(RST_X, KEY_CLK, KEY_IN, key_dout, key_ready);endmodule

64MieruPC Project

Verilog HDLソースコード keyboard.v の編集

mod

ule

PS2K

BD01

(RST

_X, K

EY_C

LK, K

EY_I

N, K

EY_D

OU

T, K

EY_R

EAD

Y);

inpu

t RS

T_X

, KEY

_CLK

, KEY

_IN

;ou

tput

[7:0

] KEY

_DO

UT;

outp

ut K

EY_R

EAD

Y;

reg

KEY_

REA

DY;

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EY_D

OU

T;re

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ata_

cnt;

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RST_

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REA

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Y_D

OU

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/ st

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bit

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t!=0

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ata_

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8 bi

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OU

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, KEY

_DO

UT[

7:1]

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ta_c

nt<=

dat

a_cn

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a_cn

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DO

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arit

yda

ta_c

nt<=

dat

a_cn

t+

1;KE

Y_RE

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Y <=

1;

end

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ata_

cnt=

=10

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EY_D

OU

T!=8

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) beg

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/ st

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itda

ta_c

nt<=

0;

KEY_

REA

DY

<= 0

;en

del

se if

(dat

a_cn

t==2

1) d

ata_

cnt

<= 0

; //

for

brea

k co

deel

se d

ata_

cnt

<= d

ata_

cnt

+ 1;

end

end

end

endm

odul

e

65MieruPC Project

UCFファイル main.ucf の編集

NET CLK LOC="U10"; NET ULED LOC="T3"; NET RST_X LOC="A14";

NET KEY_IN LOC="A16" | IOSTANDARD=LVTTL | SLEW=SLOW; NET KEY_CLK LOC="C14" | IOSTANDARD=LVTTL | SLEW=SLOW; NET KEY_CLK CLOCK_DEDICATED_ROUTE = FALSE;

66MieruPC Project

MieruPCを用いた動作検証

• キーボードのAを押すと，FPGAボード(SUZAKU)のLEDが消える．

• キーボードのBを押すと，FPGAボードのLEDが点灯する．

67MieruPC Project

補足

• PS/2キーボードは，キーが押されたときにメークコードを出

力し，キーが離されたときにブレークコードを出力する．

• if(key_dout==8‘h1c) led <= 1; のコードは，Aのメークコード 8’h1c が得られた時に，LEDの出力を変更する．

• メークコードとアスキーコードは対応しないので注意が必要．

• 実用的なキーボードコントローラとして利用するためには，アスキーコードへの変換，チャタリング対策などが必要です．

68MieruPC Project

液晶モジュールのテスト (sample05)液晶モジュールのテスト液晶モジュールのテスト (sample05)(sample05)Version 2009Version 2009--0505--25 25

吉瀬謙二吉瀬謙二 （東京工業大学）（東京工業大学）

69MieruPC Project

知識ユニット

• 液晶モジュールの使い方 （６０分）

このスライドは，講義および演習などのために自由に利用することができます．ただし，スライドに含まれる画像などの取り扱いには注意してください．

70MieruPC Project

Verilog HDLソースコード main.v の編集

`define LCDPUT_WAIT 1000000module main(CLK, RST_X, ULED, LCD);

input CLK, RST_X;output ULED, LCD;

reg [31:0] bcnt; // counter for LCDPUT modulereg [7:0] data; //reg WE;

wire ready;assign ULED = ready;

always @(posedge CLK or negedge RST_X) beginif(!RST_X) begin

WE <= 0;bcnt <= 0;data <= 8'h40;

end else beginbcnt <= bcnt + 1;if(bcnt>`LCDPUT_WAIT && ready) begin

data <= data + 1;WE <= 1;bcnt <= 0;

end else if(WE) WE <= 0;end

end

LCDPUTC lcdc(CLK, RST_X, data, WE, ready, LCD);endmodule

71MieruPC Project

Verilog HDLソースコード lcdput.v の編集(1)m

odul

e LC

DPU

TC(C

LK, R

ST_X

, DA

TA, W

E, R

EAD

Y, T

XD

);in

put

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//

inpu

t cl

ock

inpu

t

RS

T_X

; //

inpu

t re

set

inpu

t

W

E;

//

Wri

te E

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ein

put

[7:0

] DA

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ut

RE

AD

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o in

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e is

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tput

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//

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init

; //

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==1

if t

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lize

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:0]

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; /

/re

g[7

:0]

dou

t; /

/ 1b

yte

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a to

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laye

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g[7

:0]

dt;

/

/ da

ta o

ut s

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for

DA

TA1

wire

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read

y;wi

re T

XD

_X;

wi

re [1

35:0

] ini

t_cm

d; /

/ LC

D in

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gn T

XD

= ‾T

XD

_X;

assi

gn in

it_c

md

= {{

8'h2

7, 8

'h0d

},

/

/ '[

0d]

{8'h

43, 8

'h4c

, 8'h

57, 8

'h0d

}, //

CLW

:

whit

e ch

ar{8

'h44

, 8'h

53, 8

'h30

, 8'h

0d},

// D

S0[0

d]:

{8'h

50, 8

'h53

, 8'h

30, 8

'h0d

}, //

PS0

[0d]

:{8

'h45

, 8'h

52, 8

'h0d

}};

/

/ ER

[0d]

: er

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(pos

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CLK

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) beg

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_X) b

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os< 1

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init

_cm

d>>

{16-

pos,

3'h

0};

end

else

beg

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D_X

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dmod

ule

72MieruPC Project

Verilog HDLソースコード lcdput.v の編集(2)

`def

ine

LCD

PUT1

B_W

AIT

192

//

3.68

64M

Hz

cloc

k, 1

9200

bps

(368

6400

/192

00=1

92)

mod

ule

LCD

PUT1

B(CL

K, R

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TA, R

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Y, T

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endm

odul

e

73MieruPC Project

MieruPCを用いた動作検証

• 液晶モジュールにA,B,C … という文字が表示される．

• リセットにより画面がクリアされる．