FPGA実習ボードに備わる入力デバイスと確認用インディケータ

この文書では，実習ボードに備わった各種入力デバイスと，その確認用インディケータについて説明しています．入力デバイスにはトグルスイッチ，タクトスイッチ，反射型フォトインタラプタがあり，それらを使ってインストラクションを入力したり，モードを変換したりします．

1:CPUボードの表面に備わるデバイス

まずはどこにどのようなデバイスがあるのか説明します．下の図はCPUボードとディスプレイボードにあるデバイスを描いたものです．なお，FPGAボードは省略されています．

入力デバイスとして，下側と右側に18個のトグルスイッチ(SW1～18)，右下にタクトスイッチ(SW22)，左側に3個のスライドスイッチ(SW19～21)があります．スイッチの動作をまとめまて下の表に示します．見た目は同じであるSW15とSW16にはチャタリング防止機能が備わっています．

それぞれのスイッチとFPGAとの接続状況を下の表でまとめて示します．

なお，出力デバイスとして，上側に4桁の7セグメントLED(DP1～4)，2個のLED(LD1～2)，中央に幅8高8のドットマトリクスディスプレイMD1～8をまとめたものがあります．くわしくはLEDとFPGAの接続，7セグメントLEDの接続，ドットマトリクスディスプレイの接続をご覧ください．

2:CPUボードの裏面に備わるデバイス

下の図はCPUボードの裏面です．下側にフォトインタラプタPI1～16があります．ただし，実機にはカバーががかかっているため直接見ることはできません．

フォトインタラプタの構造を下に示します．このフォトインタラプタは反射型に属しには赤外線LEDと赤外線を感知するセンサが内蔵されているため，それらの下に置くものの色を感知することができます．例えば，白であれば赤外線が反射し赤外線を感知しますし，黒であれば赤外線が反射しないため赤外線を感知しません．

3:フォトインタラプタとSW1～16の切替

フォトインタラプタとトグルスイッチは共用になっており，どちらかしか使えません．正確には，フォトインタラプタとタクトスイッチが2入力のセレクタ(74HC157)に繋がっており，それで選ばれた信号がFPGAに接続されています．フォトインタラプタとトグルスイッチの対応は，PI1とSW1のように，数字が同じもの同士が対応しております．

フォトインタラプタとスイッチの切替にはSW20が使われ，SW20を上側にするとトグルスイッチ，下側にするとフォトインタラプタがFPGAに接続されます．

4:フォトインタラプタおよびSW1～16確認用LED

フォトインタラプで感知している状態とSW1～16の状態はLD1～16で確認できます．白色の紙がフォトインタラプタの下にあるとLEDは光り，黒色だとLEDは消えるようになっています．同様に，SW1～16のスイッチはオフだとLEDが光り，オンだと消えるようになっています．