Autor: Kai-Frederik Nessitt
Einführung
Nach dem mooreschen Gesetz verdoppelt sich alle 18 Monate die Komplexität integrierter Schaltkreise ohne zusätzlichen Kostenaufwand im Vergleich zur vorherigen Systemgeneration. Dies führt dazu, dass sich nicht nur die Komponentendichte auf einem IC erhöht, sondern dass auch neue Funktionen verfügbar werden.
Um diesen Effekt jedoch wirtschaftlich nutzen zu können, ist die Industrie gezwungen, innerhalb kürzester Zeit neue Systeme zu entwickeln, damit sie langfristig betrachtet wettbewerbsfähig bleiben kann.
Als Antwort auf dieses Problem werden digitale Systeme heutzutage mithilfe von Softwaretools entworfen, simuliert und getestet, bevor sie auf den Markt gebracht werden.
Eine dieser Möglichkeiten zur einfachen Konstruktion eines digitalen Systems bietet die Hardwarebeschreibungssprache VHDL (Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language) mit der dazugehörigen Entwicklungsumgebung Quartus II der Firma Altera. Dabei wird mit einem Code, vergleichbar mit einer Programmiersprache, das zu entwickelnde System hardwaretechnisch beschrieben. Mit einem Synthesetool wird daraus eine Netzliste generiert, die wiederum über ein Routingtool auf einem FPGA (Field Programmable Gate Array) so implementiert wird, dass sich eine lauähige Version dieses Systems ergibt. Das hat den Vorteil, dass innerhalb kürzester Zeit neue Systeme eingesetzt und im Nachhinein angepasst und verbessert werden können. Die Möglichkeit fehlerhafte Chips in hohen Stückzahlen zu produzieren wird somit ausgeschlossen.
In diesem Projekt soll genau dieses Verfahren am Beispiel eines neu entwickelten Systems zur Kodierung und Dekodierung von Morsesignalen eingesetzt und geübt werden.
Zielsetzung
Ziel dieses Projektes ist es, einen Morsedecoder und -encoder mit der Hardwarebeschreibungssprache VHDL zu spezifizieren. Als Grundlage für diese Aufgabe dient das Buch Kompaktkurs VHDL von Paul Molitor und Jörg Ritter. [MR13]
Zusätzlich sollen in diesem Projekt mittels einer Tastatureingabe über einen PS2-Anschluss die eingelesenen Zeichen als Morsecode ausgegeben werden können. Dafür sollen die Morsezeichen durch ein Audiosignal repräsentiert werden.
Weiterhin soll die Wortgeschwindigkeit, mit der ein Morsesignal erzeugt wird, einstellbar sein.
Ebenfalls sollen die decodierten Morsesignale auf einer Anzeige, wie zum Beispiel einer Siebensegment-Anzeige oder einem Liquid Crystal Display (kurz: LCD), dargestellt werden.
Die Umsetzung dieses Projektes erfolgt in der Entwicklungsumgebung Quartus II und wird auf dem Altera Entwicklungsboard DE2-115 implementiert, auf dem ein Cyclone IV-FPGA verbaut ist. [Ter13]