FPGAでプリキュアの名前をランダムに表示する

これはプリキュア Advent Calendar 2014の10日目の記事です。

登録はしたが、ネタに困ったので最近買ったFPGAボードを使ってランダムにプリキュアの名前を表示する回路を作ることにしました。

FPGAはDigilentのBasys3（XilinxのArtix-7が入った評価ボード）を用います。
とは言っても、表示系にVGAを用いるのは時間を考えると辛いので、7セグに表示することにしました。
7セグなので当然認識しにくい文字もありますが、その辺は割り切ることにします。
＃大好きなキュアパインが識別できるならよい

まずは、仕様の確認です。
Basys3のマニュアル(pdf)を読むとアノードコモンの7セグが4つ付いていて、カソード側は4つの7セグで共通とのこと。

制御のタイミングもかかれているので、これを参考に入力を作ります。

Basys3のクロックは100MHzなので適当に分周して各アノードのトランジスタをONにする250usぐらいの信号を作ります。
1clk=1nsなので2^18カウントすると約262us。
このクロックでアノードを制御します。

さらに、4文字分しか表示できないのでスクロールする必要があるので、
分周したクロックを2^8カウントします。
このあたりは適当にチラつきとか動きが早すぎないか？遅すぎないか？と見ながら適当に調整します。

あとは、プリキュアの名前を7セグで表示するように変換します。

カソード側をON・OFFして文字を作るのでスイッチをONしたところが消灯して、OFFしたところ点灯します。
アルファベットはwikipediaの7セグをパターンを使うことにします。
1文字を{DP, CG, CF, CE, CD, CC, CB, CA}の順番に並べると
たとえば、"CURE PINE"であれば"11000110_11100011_10101111_10000110_11111111_10001100_11111011_10101011_10000110"となります。
あとは表示したいキャラ分これを作ってIDに対して名前を出力する回路を作ればOKです。
＃実際にはキャラクタ名は16文字分として確保して、余った部分は消灯で埋めています。
スクロールの実装はこのデータを8bit(1文字)ずつ循環させれば簡単にできます。

さて、全員分の名前が表示されるようになったら、ランダムに選択する部分を実装します。
回路でランダムっぽいのを実現するにはLFSRをつかうのが簡単です。
プリキュアのTVシリーズのメンバであれば63通りあれば充分なので、6bitのLFSRを計算し、ボタンを押した時の値をIDとして使います。

ということで、ボタンを押すとプリキュアの名前がランダムに表示される回路ができあがりました。

以上、プリキュアの名前をランダムに表示する回路でした。

https://github.com/a5teri5m/precure_7seg