《FPGA課外學(xué)分》教學(xué)大綱.doc

電子信息工程專業(yè)數(shù)字邏輯系統(tǒng)設(shè)計(jì)課外學(xué)分教學(xué)大綱一、 課程信息：課程代碼： 112413009課程中文名稱：數(shù)字邏輯系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 課程英文名稱：Course Project Design of Digital Logic System 時間安排（學(xué)期/學(xué)年）： （5/3） 學(xué)時學(xué)分： 學(xué)時：30 學(xué)分：1 二、實(shí)習(xí)教學(xué)的目的：本實(shí)習(xí)為綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)習(xí)，目的是加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐技能，提高學(xué)生綜合分析問題，解決問題的能力。三、實(shí)習(xí)教學(xué)的基本要求：1、加深對數(shù)字邏輯系統(tǒng)設(shè)計(jì)、數(shù)字電子技術(shù)課程所學(xué)理論的認(rèn)識和理解，分析課題的要求，明確課題的內(nèi)容。2、根據(jù)系統(tǒng)劃分，正確寫出VHDL源程序并仿真驗(yàn)證，最后下載到實(shí)驗(yàn)箱上進(jìn)行驗(yàn)3、掌握課題電路的作用原理及主要電路的設(shè)計(jì)方法，掌握課題中各關(guān)鍵部件的描述方法四、實(shí)習(xí)教學(xué)的內(nèi)容：1、掌握軟件Quartus 的使用及EDA層次化的設(shè)計(jì)方法；2、底層功能模塊VHDL程序代碼的編譯和功能仿真；3、頂層原理圖的繪制及功能仿真；4、對工程進(jìn)行設(shè)置，定義引腳，全程編譯，下載到FPGA器件上進(jìn)行設(shè)計(jì)功能的演示。五、實(shí)習(xí)教學(xué)的方式：1、原理要求講解2、收集資料做方案3、編寫VHDL源程序及仿真4、下載驗(yàn)證5、寫出實(shí)習(xí)報告六、實(shí)習(xí)地點(diǎn)選擇原則：1、原理要求講解、寫出實(shí)習(xí)報告可選擇在教室或?qū)嶒?yàn)室2、收集資料做方案可選擇在圖書館或教室3、編寫VHDL源程序及仿真、下載驗(yàn)證選擇在實(shí)驗(yàn)室七、實(shí)習(xí)教學(xué)的考核與成績評定：1、課程設(shè)計(jì)報告內(nèi)容：（1）封面 （2）內(nèi)容提要 （3）目錄 （4）正文課題名稱：概述所作題目的意義，設(shè)計(jì)的主要功能，小組成員各自所做的工作；實(shí)驗(yàn)資源的安排、有關(guān)設(shè)計(jì)框架、設(shè)計(jì)原理；軟件流程、完整程序清單（要求注釋）；仿真性能及頂層模塊圖及引腳分配；調(diào)試故障的檢測與分析；收獲體會建議；系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件列表；參考資料2、課程設(shè)計(jì)報告要求實(shí)習(xí)報告篇幅要求1500以上。各組獨(dú)立完成，可以相互討論，不準(zhǔn)相互抄襲及抄襲他人已經(jīng)發(fā)表的論文，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，要求重新撰寫論文并降分處理。3、考核與成績評定演示所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)；回答教師所提出的問題；查看課程設(shè)計(jì)報告；考勤情況。1）實(shí)驗(yàn)箱演示驗(yàn)證，占總成績50%；2）平時考勤，占總成績20%。3）課程設(shè)計(jì)報告，占總成績30%八、實(shí)習(xí)教學(xué)的教材及主要參考書：1、電子設(shè)計(jì)自動化（EDA）技術(shù)實(shí)驗(yàn)教程 王祖強(qiáng) 主編 山東大學(xué)出版社，2005年2、數(shù)字邏輯系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書（校內(nèi)自編教材），電子工程學(xué)院 3、VHDL數(shù)字電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)踐教程，王振紅 主編，機(jī)械工業(yè)出版社，2003年 執(zhí)筆人：羅靜 審核人：胡日新 審定：電子工程學(xué)院附錄：課外學(xué)分（FPGA）選題清單 一、8路搶答器電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求本課題介紹一款采用D觸發(fā)器數(shù)字集成電路制成的數(shù)字顯示八路搶答器,它利用數(shù)字集成電路的鎖存特性。在單向晶閘管的控制下。實(shí)現(xiàn)優(yōu)先搶答、音響提示和數(shù)字顯示等功能，要求如下：1、計(jì)一個可供8名選手參加比賽的8路數(shù)字顯示搶答器。他們的編號分別為“1”“2”“3”“4”各用一個搶答按鈕，編號與參賽者的號碼一一對應(yīng)，此外還有一個按鈕給主持人用來清零。2、搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存功能，并將鎖存的數(shù)據(jù)用LED數(shù)碼管顯示出來。在主持人將系統(tǒng)清零后，若有參賽者按動按鈕，數(shù)碼管立即顯示出最先動作的選手的編號，（也可同時用蜂鳴器發(fā)出間歇聲響，并保持到主持人清零以后。3、搶答器對搶答選手動作的先后有很強(qiáng)的分辨能力，即使他們的動作僅相差幾毫秒，也能分辨出搶答者的先后來，即不顯示后動作的選手編號。4、 主持人有控制開關(guān)，可以手動清零復(fù)位。二、五人智力競賽搶答器的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求：1 五人參賽每人一個按鈕，主持人一個按鈕，按下就開始；2 每人一個發(fā)光二極管，搶中者燈亮；3有人搶答時，喇叭響兩秒鐘；4答題時限為10秒鐘，從有人搶答開始，用數(shù)碼管倒計(jì)時間，0、9、81、0；倒計(jì)時到0的時候，喇叭發(fā)出兩秒聲響。三、高樓電梯自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和要求：1. 系統(tǒng)控制的電梯往返于19層樓。2. 乘客要去的樓層數(shù)可手動輸入并顯示（設(shè)為A數(shù)）。3. 電梯運(yùn)行的樓層數(shù)可自動顯示（設(shè)為B數(shù)）。4. 當(dāng)AB時，系能輸出使三相電機(jī)正轉(zhuǎn)的時序信號，使電梯上升；當(dāng)AB時，系統(tǒng)輸出使三相電機(jī)反轉(zhuǎn)的時序信號，使電梯下降；當(dāng)A=B時，系統(tǒng)輸出使三相電機(jī)停機(jī)的信號，使電梯停止運(yùn)行開門；5. 電梯是上升還是下降各層電梯門外應(yīng)有指示；各層電梯門外應(yīng)有使電梯上升或下降到乘客所在樓層的控制開關(guān)。四、轉(zhuǎn)速測量及顯示邏輯電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求：1.測速顯示范圍為09999轉(zhuǎn)/分。2.單位時間選為一分鐘，且有數(shù)字顯示。3.轉(zhuǎn)速顯示是前一分鐘轉(zhuǎn)速測量的結(jié)果，或者數(shù)字連續(xù)顯示計(jì)數(shù)過程，并將每分鐘最后時刻的數(shù)字保持顯示一個給定時間，例如5秒或10秒，而后再重復(fù)前述過程。五、數(shù)字頻率計(jì)邏輯電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求：設(shè)計(jì)一個八位的頻率計(jì)數(shù)器邏輯電路。1. 八位十進(jìn)制數(shù)字顯示。2.測量范圍為1Hz10MHz。3. 量程分為四檔，分別為1、10、100、1000。六、復(fù)印機(jī)控制電路設(shè)計(jì)任務(wù)和要求：1.從鍵盤(09)可輸入復(fù)印的數(shù)字，并能顯示。2.數(shù)字顯示為3位，最大數(shù)為999。3.復(fù)印一次，數(shù)字顯示減少一次，直到“0”停機(jī)。4.按運(yùn)行鍵“RUN”后，機(jī)器能自動進(jìn)行循環(huán)控制。七、定時控制邏輯電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求：1. 具有電子鐘功能，顯示為四位數(shù)。2.可設(shè)定定時開始時間與定時結(jié)束時間。3.定時開始，指示燈亮；定時結(jié)束，指示燈滅。4.定時范圍可以選擇。八、家用電風(fēng)扇控制邏輯電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求：用中小規(guī)模數(shù)字集成電路實(shí)現(xiàn)電風(fēng)扇控制器的控制功能。1.用三個按鍵來實(shí)現(xiàn)“風(fēng)速（弱、中、強(qiáng)）”、“風(fēng)種（正常、自然、睡眠）”、“停止”的不同選擇。2.用六個發(fā)光二極管分別表示風(fēng)速、風(fēng)種的三種狀態(tài)。3.電扇在停轉(zhuǎn)狀態(tài)時，只有按“風(fēng)速”鍵才有效，按其余兩鍵不響應(yīng)。九、乒乓球游戲機(jī)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求：1 用8個發(fā)光二極管表示球；用兩個按鈕分別表示甲乙兩個球員的球拍；2 一方發(fā)球后，球以固定速度向另一方運(yùn)動（發(fā)光二極管依次點(diǎn)亮），當(dāng)球達(dá)到最后一個發(fā)光二極管時，對方擊球（按下按鈕）球?qū)⑾蛳喾捶较蜻\(yùn)動，在其他時候擊球視為犯規(guī)，給對方加1分；都犯規(guī)，各自加1分；3甲、乙各有一數(shù)碼管計(jì)分；4裁判有一個按鈕，是系統(tǒng)初始化，每次得分后，按下一次。十、交通燈控制器設(shè)計(jì)任務(wù)和要求：1東西方向?yàn)橹鞲傻?，南北方向?yàn)楦备傻溃?主干道通行40秒后，若副干道無車，仍主干道通行，否則轉(zhuǎn)換；3換向時要有4秒的黃燈期；4南北通行時間為20秒，到時間則轉(zhuǎn)換，若未到時，但是南北方向已經(jīng)無車，也要轉(zhuǎn)換。5附加：用數(shù)碼管顯示計(jì)時。十一、雙鈕電子鎖設(shè)計(jì)任務(wù)和要求：1 有兩個按鈕A和B，開鎖密碼可自設(shè)，如（3、5、7、9）；2若按B鈕，則門鈴響；（滴、嗒）；3開鎖過程：按3下A，按一下B，則3579中的“3”即被輸入；接著按5下A，按一下B，則輸入“5”；依此類推，直到輸入完“9”，按B，則鎖被打開用發(fā)光管KS表示；4報警：在輸入3、5、6、9過程后，如果輸入與密碼不同，則報警；用發(fā)光管BJ表示，同時發(fā)出“嘟、嘟的報警聲音；5用一個開關(guān)表示關(guān)門（即閉鎖）。十二、速度表設(shè)計(jì)任務(wù)和要求：1顯示汽車Km/h數(shù)；2車輪每轉(zhuǎn)一圈，有一傳感脈沖；每個脈沖代表1m的距離；3采樣周期設(shè)為10S；4要求顯示到小數(shù)點(diǎn)后邊兩位；5用數(shù)碼管顯示；6，最高時速小于300Km/h。十三、出租車計(jì)價器設(shè)計(jì)任務(wù)和要求：1.具有總復(fù)位開關(guān)，復(fù)位后計(jì)費(fèi)器顯示00.0元；2.具有啟動開關(guān)，啟動后，車行，計(jì)費(fèi)器計(jì)費(fèi)；車停，計(jì)費(fèi)器計(jì)費(fèi)停止。3.白天（6:0022:00）起步價為05.0元；晚上（22:006:00）起步價為06.0元；4.行程超過三公里后，白天1元/公里，晚上1.5元/公里；5.系統(tǒng)時鐘是秒脈沖。十四、自動打鈴器設(shè)計(jì)任務(wù)和要求：1有數(shù)字鐘功能；（不包括校時等功能）2可設(shè)置六個時間，定時打鈴；2 響鈴5秒鐘。十五、脈沖按鍵電話按鍵顯示器設(shè)計(jì)任務(wù)和要求：1 設(shè)計(jì)一個具有八位顯示的電話按鍵顯示器；2能準(zhǔn)確反映按鍵數(shù)字；3顯示器顯示從低位向高位前移，逐位顯示，最低位為當(dāng)前輸入位；4重按鍵時，能首先清除顯示；5摘下話機(jī)后才能撥號有效，掛機(jī)后熄滅顯示。十六、病房呼叫系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求：1 用15個開關(guān)模擬5個病房的呼叫輸入信號，1號優(yōu)先級最高；15優(yōu)先級依次降低；2用一個數(shù)碼管顯示呼叫信號的號碼；沒信號呼叫時顯示0；又多個信號呼叫時，顯示優(yōu)先級最高的呼叫號（其它呼叫號用指示燈顯示）；3凡有呼叫發(fā)出5秒的呼叫聲；4對低優(yōu)先級的呼叫進(jìn)行存儲，處理完高優(yōu)先級的呼叫，再進(jìn)行低優(yōu)先級呼叫的處理（附加）。十七、具有數(shù)字顯示的洗衣機(jī)時控電路設(shè)計(jì)任務(wù)和要求：1洗衣機(jī)工作時間可在115分鐘內(nèi)任意設(shè)定（整分鐘數(shù)）；2規(guī)定電動機(jī)運(yùn)行規(guī)律為正轉(zhuǎn)20s、停10s、反轉(zhuǎn)20s、停10s、再正轉(zhuǎn)20s，以后反復(fù)運(yùn)行；3要求能顯示洗衣機(jī)剩余工作時間，每當(dāng)電機(jī)運(yùn)行一分鐘，顯示計(jì)數(shù)器自動減1，直到顯示器為“0”時，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)；4電機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)要有指示燈指示。十八、籃球比賽數(shù)字計(jì)分牌設(shè)計(jì)任務(wù)和要求：1分別記錄兩隊(duì)得分情況；2進(jìn)球得分加2分，罰球進(jìn)球得分加1分；3糾正錯判得分減2分或1分；4分別用三個數(shù)碼管顯示器記錄兩隊(duì)的得分情況。十九、電子日歷設(shè)計(jì)任務(wù)和要求：1 能顯示年、月、日，星期；2 例如：“01.11.086”，星期日顯示“8”；3 年月日，星期可調(diào)；4 不考慮閏年。二十、用電器電源自動控制電路設(shè)計(jì)任務(wù)和要求：1控制電路能使用電器的電源自動開啟30s，然后自動關(guān)閉30s，如此周而復(fù)始的工作，要有工作狀態(tài)指示；2當(dāng)電源接通時，可隨時采用手動方式切斷電源；當(dāng)電源切斷時，可隨時采用手動方式接通電源；3若手動接通，可由定時信號斷開，然后進(jìn)入自動運(yùn)行狀態(tài)，反之亦然4定時范圍0分60分，要有分秒的倒計(jì)時顯示。二十一、數(shù)字顯示電子鐘（一）設(shè)計(jì)和要求：設(shè)計(jì)一個能顯示秒、分、時和星期的數(shù)字電子鐘邏輯電路，要求如下： 1.由石英多諧振蕩器和分頻器產(chǎn)生1Hz標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖。 2.“秒電路”、“分電路”均為0059的六十進(jìn)制計(jì)數(shù)、譯碼、顯示電路。 3.“時電路”為0023的二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)、譯碼、顯示電路。 4.“星期電路”為七進(jìn)制計(jì)數(shù)、譯碼、顯示電路，其中，七段數(shù)碼管顯示器能顯示1、2、3、 4、5、6和8。顯示的1、2、3、4、5、6代表星期一、二、三、四、五、六，8代表星期日。 5.能手動校時。只要將開關(guān)置于“校時”位置，就能分別對秒、分、時、星期進(jìn)行手動脈沖的校正。 6.能整點(diǎn)報時。整點(diǎn)報時電路在每個整點(diǎn)前，從5955開始鳴叫五聲低音（音頻約500Hz），整點(diǎn)時再鳴叫一聲高音（音頻約為1000Hz）。夜間不報時（時段自定）。二十二、數(shù)字顯示電子鐘（二）設(shè)計(jì)任務(wù)和要求設(shè)計(jì)一個能顯示秒、分、時和星期的數(shù)字電子鐘邏輯電路，要求如下： 1.由石英多諧振蕩器和分頻器產(chǎn)生1Hz標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖。 2.“秒電路”、“分電路”均為0059的六十進(jìn)制計(jì)數(shù)、譯碼、顯示電路。 3.“時電路”為0011的十二進(jìn)制計(jì)數(shù)、譯碼、顯示電路(自動顯示AM和PM)。 4.能手動校時。只要將開關(guān)置于“校時”位置，就能分別對秒、分、時、星期進(jìn)行手動脈沖的校正，且校正對象閃爍。（校正開關(guān)允許用五個）。 5.能整點(diǎn)報時。整點(diǎn)報時電路在每個整點(diǎn)前，從5955開始鳴叫五聲低音（音頻約500Hz），整點(diǎn)時再鳴叫一聲高音（音頻約為1000Hz）。夜間不報時（