代码下载
摇杆Pmod控制器(顶层文件): pmod_joystick.vhd (10.1 KB)
SPI主控制器(必须同时包含在项目中): spi_master.vhd (8.9 KB)
特性
- Digilent Pmod JSTK2模块的简化接口VHDL源代码
- 持续输出最新x轴和y轴位置数据到并行总线
- 持续输出扳机和中心按钮的最新状态
- 处理SPI通信以获取摇杆Pmod数据
- 可配置系统时钟频率
简介
本文详述了与Digilent摇杆JSTK2 Pmod(如图1所示)接口的VHDL组件。图2展示了该摇杆Pmod控制器集成到系统中的典型实例。如图所示，摇杆Pmod控制器连接Pmod端口并执行事务以收集数据。数据持续更新并显示在2个简单并行总线(对应2个轴)和2个单比特输出(对应按钮)上，可连接至用户逻辑或FPGA输出端口。
图 1. Digilent摇杆JSTK2 Pmod模块
图 2. 应用示例
工作原理
摇杆Pmod控制器主要由状态机和SPI主控组件构成。它向Pmod请求7字节数据包，并解析获取位置数据和按钮状态。
状态机
设计采用图3所示状态机实现其操作。组件启动后立即进入初始 (start) 状态。在此状态保持100毫秒以确保Pmod有充足的上电时间。随后进入事务 初始化 (initiate_transaction) 状态。在此状态下设置Pmod的片选信号，等待15微秒后进入字节传输 (byte_transact) 状态。该状态通过SPI主控组件与游戏摇杆进行8位SPI通信。随后的字节间隔 (byte_pause) 状态记录已发送字节数，并在字节间执行10微秒的暂停。当数据包中所有字节传输完成后，进入结果输出 (output_results) 状态。结果通过x_position 、y_position 、trigger_button 和center_button 输出端口呈现，设计等待1毫秒后返回事务初始化 (initiate_transaction) 状态，开始获取下一组数据。虽未图示，但任何时候重置组件都会使其返回初始 (start) 状态。
图 3. 状态图
SPI 主控器
在字节传输 (byte_transact) 状态期间，状态机控制SPI主控组件与Pmod上的微控制器通信。SPI主控器文档详见此处。
本设计采用CPOL='0’和CPHA='0’模式的SPI主控器。根据系统时钟频率（通过clk_freq 通用参数指定，见下文）设置clk_div 参数，以1MHz总线速度与Pmod通信，该速度在Pmod参考手册中有明确规定。
本设计未使用SPI主控器的从机选择功能。Pmod具有非常规的时序要求，包括片选信号与首字节间需15微秒暂停，字节间需10微秒暂停。因此设计采用独立片选信号，且SPI主控器对数据包内每个字节执行独立事务。
系统时钟频率
必须将通用参数clk_freq 设置为Joystick Pmod控制器clk 端口所接系统时钟的频率。
端口描述
表1描述了Joystick Pmod控制器的端口。
表 1. 端口描述
连接方式
该Pmod配备一个6针连接器。表2列出了该连接器的引脚定义。需将Joystick Pmod控制器的端口分配给FPGA引脚，这些引脚已按所列方式路由至该连接器。
表 2. Joystick Pmod引脚定义及与Joystick Pmod控制器的连接
复位
reset_n输入端口必须保持逻辑高电平，Joystick Pmod控制器组件才能正常工作。该端口低电平将异步复位组件。复位期间，组件会中止与Pmod的当前事务，并清除x_position 、y_position 、trigger_button 和center_but ton 数据输出。复位释放后，Joystick Pmod控制器将重启操作，恢复采集并输出摇杆数据。
结论
本Joystick Pmod控制器是可编程逻辑组件，可与Digilent的Pmod JSTK2对接。它负责处理与该Pmod的所有通信，持续提供更新的位置和按键数据流。