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--- 引脚分频说明 [2017/05/27 09:31]
anran [STEP BaseBoard V2.X外设资源引脚分配说明]
+++ 引脚分频说明 [2020/01/18 21:25] (当前版本)
gongyu
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-======STEP BaseBoard V2.X外设资源引脚分配说明======
+### STEP-BaseBoard外设资源引脚分配说明
 本节将和大家一起了解[[STEP-Baseboard]]的资源及管脚分配的明细。
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 [[STEP-Baseboard]]是我们针对小脚丫核心板设计的扩展板，集成了大量常见外设，同时兼容[[STEP-MXO2第二代 ]]和[[STEP-MAX10 ]]两种小脚丫核心板，为开发者提供更多选择。
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-====硬件说明====
+为什么单独将引脚分配拉出来作为单独的一个章节呢，我们整个外设驱动后续所有章节都是只讲外设驱动模块的，在设计中往往只是作为其中的一个模块，作为桥接系统与人机界面的模块，很多引脚都是连接到系统的，无需分配管脚，所以就不在每个章节中谈管脚分配的话题了，这里独立一章同一说明。
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-在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式，使用行线和列线分别连接到按键开关的两端，这样我们就可以通过4根行线和4根列线（共8个I/O口）连接16个按键，而且按键数量越多优势越明显。
-FPGA驱动矩阵按键模块，首先我们来了解矩阵按键的硬件连接：
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+#### 引脚分配
-{{ :矩阵按键.jpg?800 |}}
+在FPGA设计的过程中，综合(synthesize)完成之后一定要配置FPGA的引脚到相应的外设，这样下载FPGA程序后才能达到我们想要的效果。
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-上图为4x4矩阵按键的硬件电路图，可以看到4根行线（ROW1、ROW2、ROW3、ROW4）和4根列线（COL1、COL2、COL3、COL4），同时列线通过上拉电阻连接到VCC电压（3.3V），对于矩阵按键来讲：
-  - 4根行线是输入的，是由FPGA控制拉高或拉低，
-  - 4根列线数输出的，是由4根行线的输入及按键的状态决定，输出给FPGA
-当某一时刻，FPGA控制4根行线分别为ROW1=0、ROW2=1、ROW3=1、ROW4=1时，
-  *   对于K1、K2、K3、K4按键：按下时对应4根列线输出COL1=0、COL2=0、COL3=0、COL4=0，不按时对应4根列线输出COL1=1、COL2=1、COL3=1、COL4=1，
-  *   对于K5~~~K16之间的按键：无论按下与否，对应4根列线输出COL1=1、COL2=1、COL3=1、COL4=1，
-通过上面的描述：在这一时刻只有K1、K2、K3、K4按键被按下，才会导致4根列线输出COL1=0、COL2=0、COL3=0、COL4=0，否则COL1=1、COL2=1、COL3=1、COL4=1，反之当FPGA检测到列线（COL1、COL2、COL3、COL4）中有低电平信号时，对应的K1、K2、K3、K4按键应该是被按下了。
-按照扫描的方式，一共分为4个时刻，分别对应4根行线中的一根拉低，4个时刻一次循环，这样就完成了矩阵按键的全部扫描检测，我们在程序中以这4个时刻对应状态机的4个状态。
-至于循环的周期，根据我们基础教程里可知，按键抖动的不稳定时间在10ms以内，所以对同一个按键采样的周期大于10ms，这同样取20ms时间。20ms时间对应4个状态，每5分钟进行一次状态转换。
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-{{ :矩阵按键程序框图.jpg?800 |}}
+因为底板可同时兼容两款小脚丫核心板，当使用不同的核心板时外设的管脚资源改变，为了方便快速查找各资源的管脚分配信息，我们做了下面的表格：
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-{{ :矩阵按键扫描法原理.jpg |}}
+{{ :step_baseboard_v2.2_引脚分配.jpg?1200 |}}
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-====Verilog代码====
+上图中橙色表格中是我们底板[[STEP-BaseBoard]]集成的外设资源端口，下面为大家一一介绍：
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-<code verilog>
-// --------------------------------------------------------------------
+  * I2C_SCL和I2C_SDA 为 底板上集成的I2C总线的SCL和SDA信号
-// >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> COPYRIGHT NOTICE <<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
+  * TXD和RXD 为 底板上集成的CP2102的UART功能中的收发端口
-// --------------------------------------------------------------------
+  * 595_DIN、595_RCK和595_SCK 为 底板上数码管模块的驱动芯片74HC595的串行端口
-// Module: Array_KeyBoard
+  * A_OUT、B_OUT和D_OUT 为 底板上旋转编码器EC11的三个接口
-//
+  * COL1、COL2、COL3、COL4 和 ROW4、ROW3、ROW2、ROW1 分别为 底板矩阵按键的列信号和行信号端口
-// Author: Step
+  * PS2_CLK和PS2_DAT 为 PS2座子的信号端口
-//
+  * VSYNC、HSYNC、VGA_B、VGA_G、VGA_R 分别为 底板VGA接口的行场同步信号和RGB色彩信号端口
-// Description: Array_KeyBoard
+  * DS18B20Z 为 底板上温度传感器DS18B20Z芯片的信号端口
-//
+  * LCD_BL、LCD_D/C、LCD_RES、LCD_SDA、LCD_SCL 为 底板1.8寸RGB彩色液晶屏的信号端口
-// Web: www.stepfapga.com
+  * PD、PC、PB、PA 为 底板集成的PMOD接口的信号
-//
+  * BEEP 为 底板集成的无源蜂鸣器的控制端口
-// --------------------------------------------------------------------
-// Code Revision History :
-// --------------------------------------------------------------------
-// Version: |Mod. Date:   |Changes Made:
-// V1.0     |2015/11/11   |Initial ver
-// --------------------------------------------------------------------
-module Array_KeyBoard #
-(
-	parameter			NUM_FOR_200HZ = 60000	//定义计数器cnt的计数范围，例化时可更改
-)
-(
-	input					clk_in,			//系统时钟
-	input					rst_n_in,		//系统复位，低有效
-	input			[3:0]	col,			//矩阵按键列接口
-	output	reg		[3:0]	row,			//矩阵按键行接口
-	output	reg		[15:0]	key_out			//消抖后的信号
-);
-/*
-因使用4x4矩阵按键，通过扫描方法实现，所以这里使用状态机实现，共分为4种状态
-在其中的某一状态时间里，对应的4个按键相当于独立按键，可按独立按键的周期采样法采样
-周期采样时每隔20ms采样一次，对应这里状态机每隔20ms循环一次，每个状态对应5ms时间
-对矩阵按键实现原理不明白的，请去了解矩阵按键实现原理
-*/
-	localparam			STATE0 = 2'b00;
-	localparam			STATE1 = 2'b01;
-	localparam			STATE2 = 2'b10;
-	localparam			STATE3 = 2'b11;
-	//计数器计数分频实现5ms周期信号clk_200hz
+上图中黄色表格中是我们核心板集成的资源端口，图中已有相应注释，这里也不在赘述，也可以参考小脚丫核心板[[STEP-MXO2第二代 ]]和[[STEP-MAX10 ]]获取更详细的信息。
-	reg		[15:0]		cnt;
-	reg					clk_200hz;
-	always@(posedge clk_in or negedge rst_n_in) begin
-		if(!rst_n_in) begin		//复位时计数器cnt清零，clk_200hz信号起始电平为低电平
-			cnt <= 16'd0;
-			clk_200hz <= 1'b0;
-		end else begin
-			if(cnt >= ((NUM_FOR_200HZ>>1) - 1)) begin	//数字逻辑中右移1位相当于除2
-				cnt <= 16'd0;
-				clk_200hz <= ~clk_200hz;	//clk_200hz信号取反
-			end else begin
-				cnt <= cnt + 1'b1;
-				clk_200hz <= clk_200hz;
-			end
-		end
-	end
-	reg		[1:0]		c_state;
+上图中绿色表格中是我们以上所有资源对应小脚丫核心板[[STEP-MXO2第二代 ]]的管脚分配信息。
-	//状态机根据clk_200hz信号在4个状态间循环，每个状态对矩阵按键的行接口单行有效
-	always@(posedge clk_200hz or negedge rst_n_in) begin
-		if(!rst_n_in) begin
-			c_state <= STATE0;
-			row <= 4'b1110;
-		end else begin
-			case(c_state)
-				STATE0: begin c_state <= STATE1; row <= 4'b1101; end	//状态c_state跳转及对应状态下矩阵按键的row输出
-				STATE1: begin c_state <= STATE2; row <= 4'b1011; end
-				STATE2: begin c_state <= STATE3; row <= 4'b0111; end
-				STATE3: begin c_state <= STATE0; row <= 4'b1110; end
-				default:begin c_state <= STATE0; row <= 4'b1110; end
-			endcase
-		end
-	end
-	//因为每个状态中单行有效，通过对列接口的电平状态采样得到对应4个按键的状态，依次循环
-	always@(negedge clk_200hz or negedge rst_n_in) begin
-		if(!rst_n_in) begin
-			key_out <= 16'hffff;
-		end else begin
-			case(c_state)
-				STATE0:key_out[3:0] <= col;		//采集当前状态的列数据赋值给对应的寄存器位
-				STATE1:key_out[7:4] <= col;
-				STATE2:key_out[11:8] <= col;
-				STATE3:key_out[15:12] <= col;
-				default:key_out <= 16'hffff;
-			endcase
-		end
-	end
-endmodule
+上图中蓝色表格中是我们以上所有资源对应小脚丫核心板[[STEP-MAX10 ]]的管脚分配信息。
-</code>
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-\\
-====引脚分配====
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-综合(synthesize)完成之后一定要配置FPGA的引脚到相应的外设，这样下载FPGA程序后才能达到我们想要的效果。
-\\
-我们使用PCLK充当程序中的clk_in，使用按键KEY1充当rst_n_in，col和row的引脚按照高低顺序分频，key_out可以分配给LED灯、三色灯、PMOD等FPGA控制输出的引脚上，通过观察或示波器测量检验设计
-\\
-{{ :step_baseboard_v2.2_引脚分配.jpg?1200 |}}
-\\
-====小结====
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-本节主要为大家讲解了矩阵按键的工作原理及软件设计，需要大家掌握的同时自己创建工程，通过整个设计流程，生成FPGA配置文件加载测试。
-\\
-如果你对Diamond软件的使用不了解，请参考这里：[[lattice_diamond的使用|Diamond的使用]]。
-====相关资料====
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+#### 相关资料
-后期会有链接到云盘
+[[STEP-BaseBoard]] 硬件原理图 {{:step-baseboard_v2.2.pdf|}}