Classificador de lixo CPE 133: 14 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:39

Para nossa aula de CPE 133 na Cal Poly, fomos instruídos a criar um projeto VHDL / Basys 3 que ajudasse o meio ambiente e fosse simples o suficiente para que pudéssemos implementá-lo com nosso novo conhecimento de design digital. A ideia por trás do nosso projeto de que, em geral, as pessoas não pensam onde jogam o lixo. Decidimos criar uma máquina que obrigasse as pessoas a pensar onde colocar o lixo. Nosso classificador de lixo recebe a entrada do usuário por meio de três interruptores, cada um representando lixo, reciclagem ou compostagem. Assim que o usuário selecionar o tipo de resíduo (s) que gostaria de eliminar, ele pressiona um botão. Este botão fará com que as tampas do recipiente correspondente sejam abertas. A máquina também usou o display no Basys 3 para indicar se alguma das tampas está aberta no momento. Quando o botão é liberado, as tampas se fecham novamente para que a máquina esteja pronta para o próximo usuário.

Etapa 1: Materiais

Os materiais necessários para este projeto são:

Tabuleiro Basys 3

Computador com Vivado instalado

3x servo *

Fio de cobre de 3 pés

Cortador de fio / descascador

Ferro de solda e solda

* porque os servos são caros e somos estudantes universitários, substituímos um resistor de 68 ohms e LED para cada servo como um protótipo (o código funciona da mesma maneira)

Etapa 2: Começando a codificação

Há muito código a ser escrito para este projeto. Estaremos usando código VHDL escrito em Vivado. Para começar, queremos criar um novo projeto. Primeiro, você nomeará o projeto e especificará o tipo de projeto. Certifique-se de selecionar as mesmas configurações da ilustração. Quando você chegar à tela de fontes, você desejará adicionar seis fontes chamadas "top", "flip_flop", "segmentos", "servo_top", "servo_sig" e "clk_div". Certifique-se de selecionar VHDL para o idioma de cada arquivo, não Verilog. Na tela de restrições, você deve criar um arquivo para a atribuição do pino. O nome deste arquivo não é importante. Em seguida, será solicitado que você selecione o tabuleiro que usará. Certifique-se de selecionar o correto. Fotos de referência para seleção correta. A última etapa solicitará que você especifique as entradas e saídas de cada arquivo de origem. Esta etapa pode ser codificada posteriormente, então clique em Avançar.

Etapa 3: Arquivo de restrições

Nesta etapa, escreveremos o arquivo de restrições. Isso informa ao Vivado quais pinos enviarão / receberão quais sinais do circuito. Precisaremos do relógio, três interruptores, o display de sete segmentos (sete cátodos e quatro ânodos), um botão e os três pinos PMOD de saída que o servo / LED usará. Fotos de referência de como o código deve ser.

Etapa 4: Arquivo Flip Flop

O próximo arquivo que iremos escrever é o arquivo fonte flip_flip. Esta será uma implementação VHDL de um D flip-flop. Em outras palavras, ele só passará sua entrada para a saída na borda ascendente do sinal de clock e quando o botão for pressionado. Terá o relógio, D e o botão como uma entrada e produzirá Q. consulte as fotos para obter o código. O objetivo deste arquivo é permitir que as caixas abram apenas quando o botão é pressionado, em vez de abrir diretamente cada vez que a chave é virada e fechando apenas quando a chave é virada de volta.

Etapa 5: Arquivo de segmentos

O próximo arquivo a ser gravado é o arquivo de segmentos. Isso levará o botão como em valores de entrada e saída para os sete cátodos e quatro ânodos do display de sete segmentos do Basys 3. Este arquivo faz com que a exibição de sete segmentos mostre um "C" quando as caixas estão fechadas e um "O" quando as caixas estão abertas. Para ver o código, consulte a foto em anexo.

Etapa 6: Arquivo do divisor de relógio

Os servos funcionam tomando um sinal PWM com uma frequência de 64k Hz enquanto o relógio embutido no Basys 3 funciona a 50MHz. O arquivo divisor de relógio converterá o relógio padrão em uma freqüência amigável para o servo. O arquivo terá o relógio e um sinal de reinicialização como entrada e produzirá um novo sinal de relógio. Veja a foto em anexo para obter o código.

Etapa 7: Arquivo de sinal servo

O arquivo de sinal do servo terá uma entrada de relógio, uma entrada de reset e uma entrada de posição desejada. Ele emitirá um sinal PWM que conduzirá o servo à posição desejada. Este arquivo usa o sinal de clock criado no último arquivo para criar um sinal PWM para o servo com diferentes ciclos de trabalho dependendo da posição desejada. Isso nos permite girar os servos que controlam as tampas das lixeiras. Veja a foto em anexo para obter o código.

Etapa 8: Arquivo Servo Top

O objetivo deste arquivo é compilar os dois últimos arquivos em um driver servo funcional. Isso levará um relógio, um reset e uma posição como uma entrada e produzirá o sinal do servo PWM. Ele usará o divisor de relógio e o arquivo de sinal do servo como componentes e incluirá um sinal de relógio interno para passar o relógio modificado do divisor de relógio para o arquivo de sinal do servo. Veja as fotos em

Etapa 9: Arquivo principal

Este é o arquivo mais importante do projeto, pois envolve tudo o que criamos juntos. Ele terá o botão, os três interruptores e o relógio como entradas. Ele dará os sete cátodos, os quatro ânodos e os três sinais servo / LED como saídas. Ele usará flip-flop, segmentos e arquivos servo_top como componentes e terá uma chave interna e um sinal de servo interno.

Etapa 10: Teste no Vivado

Executar Síntese, implementação e gravação de bitsream no Vivado. Se você encontrar qualquer mensagem de erro, encontre o local do erro e, em seguida, compare com o código fornecido. Trabalhe nos erros até que todas essas execuções sejam concluídas com êxito.

Etapa 11: Criação de introdução de hardware

Nesta etapa, você criará o hardware de LED que usamos em nosso protótipo. Se estiver usando servos, o projeto deve estar pronto para funcionar, desde que os pinos corretos sejam usados. Se estiver usando LEDs, siga as etapas abaixo.

Etapa 12: Preparação

Corte o fio em seis pedaços iguais. Retire as pontas de cada pedaço de fio o suficiente para que a soldagem possa ocorrer. Separe LEDs, resistores e fios em três grupos. Aqueça o ferro de soldar.

Etapa 13: Solda

Solde cada um dos resistores de 68 ohm no lado negativo de seu LED correspondente. Solde um fio no lado positivo do LED e outro fio no lado do resistor não soldado ao led. Você deve ter três das engenhocas de LED na foto acima.

Etapa 14: Final

Insira cada fio positivo no pino PMOD correspondente e cada fio negativo em um pino PMOD aterrado. Opcionalmente, adicione latas de papelão para representar as lixeiras e esconder sua bagunça de solda. Depois que os fios estiverem conectados corretamente e o código for carregado corretamente na placa, sem erros, a máquina deve funcionar conforme o esperado. Se algo estiver errado, volte às etapas anteriores para solucionar o problema. Divirta-se com o seu novo "classificador de lixo".