[FPGA] Tutorial 3 - Shift Registers em VHDL

Olá pessoal,

Nesse tutorial a gente vai falar sobre shift registers, o que são? Para que serve? E ainda montar um projeto com um resultado muito interessante, o resultado vocês podem ver no vídeo abaixo.

- O que é um shift registers?

Shift registers, como o próprio nome propõe, é um circuito digital que possui dados que são armazenados e shifted, ou seja, "substituidos" como se saltassem a cada clock, juntos. 
Eu recomendo ao leitor dar uma olhada na página do wikipedia sobre shift registers e conferir todas as imagens e entedê-las.

Esse tipo de circuito é bem útil e usado para os vários propósitos, e em projetos maiores ele pode ser conveniente.


- O nosso projeto

Como de costume, abra o Quartus (aqui estamos utilizando a v. 13.1) e crie um novo projeto. 

Figura 1: Criando um novo projeto.

Qualquer maior dificuldades nesse passo, consulte o tutorial 01. Em File > New > VHDL File, crie um arquivo VHDL em branco.

Figura 2: Criando um novo arquivo VHDL.

Agora é só descrever o nosso hardware.

-- declara ao compilador a biblioteca usada

LIBRARY ieee;

USE ieee.std_logic_1164.all;

USE ieee.numeric_std.all;

                                              

-- entidade shift_register           

ENTITY shift_register IS             

-- listagem de entradas e saidas 

PORT(                                      

LEDG: OUT STD_LOGIC_VECTOR (9 downto 0);

SW:         IN STD_LOGIC_VECTOR (9 downto 0);

CLOCK_50:                 IN STD_LOGIC                                

);                           

END shift_register;   

                             

-- descrever o comportamento do circuito

ARCHITECTURE behavioral OF shift_register IS

-- contador para o tempo (aprx. um quarto de segundo)

SIGNAL temporal: INTEGER RANGE 0 TO 12500000 := 0; 

-- inicialmente nenhum LED é ligado.

SIGNAL vetor_temp: STD_LOGIC_VECTOR (9 downto 0) := (OTHERS => '0');

-- indice para deslocar o vetor

SIGNAL i: INTEGER RANGE 0 TO 9 := 0;

BEGIN

-- LEDs possuirao o valor de vetor_temp

LEDG <= vetor_temp;

-- CLOCK_50 na lista de sensibilidade do process

PROCESS (CLOCK_50)

BEGIN

-- na borda de subida do clock

IF rising_edge(CLOCK_50) THEN

-- caso tenha percorrido 1/4 segundo

IF(temporal = 12500000) THEN

-- reseta a variavel

temporal <= 0;

-- desloca os valores

vetor_temp(9 downto 1) <= vetor_temp (8 downto 0);

-- transfere valor da chave compassadamente para o vetor_temp(0)           

vetor_temp(0) <= SW(9-i);

-- reseta o indice quando chegar no limite

IF (i = 9) THEN

i <= 0;

ELSE            

i <= i + 1;

END IF;        

ELSE                    

-- senao, continua contando (tempo correndo...)

temporal <= temporal + 1;

END IF;

END IF;

END PROCESS;

END behavioral;

Antes de compilar, importamos (ou declaramos) os pinos da placa. Para isso, Assignments -> Import Assignments.

Figura 3: Declarando os pinos da placa.

E finalmente, Processing> Start Compilation. 

Nota: qualquer dificuldade em algum desses passos, leia os tutoriais anteriores.

- Existem outras maneiras de fazê-lo?

Claro que sim. Assim como existem várias maneiras de descrever um objeto, existem várias maneiras de descrever um shift register em VHDL. Talvez uma possível solução seria utilizando o for loop e executar a mudança dos valores dentro do loop... seria um ótimo exercício tentar uma outra aproximação para arranjar o shift register.

É isso pessoal, e não esqueçam de ler a página do wikipédia :-) .