eda實驗指導(dǎo)書(選修)

PAGEPAGE3EDA實驗指導(dǎo)書計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院計算機系應(yīng)用教研室2007-8目錄目錄 2使用本實驗指導(dǎo)書的缺省約定 3實驗用到的資源和原理 3實驗1二輸入與門原理圖輸入設(shè)計 5實驗2基于VHDL二輸入與門設(shè)計 8實驗32選1多路選擇器VHDL設(shè)計 10實驗4數(shù)控分頻器的設(shè)計 11實驗55人表決器的設(shè)計 12實驗6紅綠燈控制器設(shè)計 13實驗報告內(nèi)容 15

使用本實驗指導(dǎo)書的缺省約定本實驗指導(dǎo)書的所有實驗均采用軟件為QuartusII5.0,硬件芯片為ALTERA的Cyclone系列FPGA芯片EP1C6Q240C8。實驗用到的資源和原理實驗用到的資源包括1：邏輯開關(guān)2：發(fā)光二極管指示燈3：單脈沖/1M-8M數(shù)字邏輯實驗需要用到的輸入為邏輯0、1，由邏輯開關(guān)提供，實驗臺提供了16個邏輯開關(guān)，為SD0、SD1……SD15,和FPGA的連接關(guān)系如下表1。輸出的邏輯0、1接到發(fā)光二極管，實驗臺提供了很多發(fā)光二極管，具體只列了部分于表1－1中。表1FPGA引腳邏輯開關(guān)FPGA引腳發(fā)光二極管200SD041LEDIO41201SD142LEDIO42202SD243LEDIO43203SD344LEDIO44214SD445LEDIO45215SD546LEDIO46216SD647LEDIO47217SD748LEDIO48223SD857LEDIO57224SD958LEDIO58225SD1059LEDIO59226SD1160LEDIO60234SD1261LEDIO61235SD1362LEDIO62236SD1463LEDIO63237SD1564LEDIO6429單脈沖/1M-8M方波83LEDIO83從表中可以看出，SD0連接于200腳，SD1連接于200腳，41腳到83腳分別接有一個發(fā)光二極管指示燈。具體原理如下圖1所示（只列處了兩個邏輯開關(guān)和兩個發(fā)光二極管，其余同理）。通過撥動邏輯開關(guān)實現(xiàn)邏輯0、1的輸入，輸出的邏輯0、1通過發(fā)光二極管指示，1亮0滅。時序電路的實驗要用到脈沖和1M-8M方波，由29腳的提供，原理如下圖所示。當(dāng)短路子DZ3短接時，DZ4斷開時，29腳和單脈沖(按一下出一個高電平的單脈沖)連接，當(dāng)DZ4短接時，DZ3斷開時，29腳接方波，此時頻率由DZ5、DZ65、DZ75、DZ85的短接情況決定。DZ5短接時為8M,DZ6短接時為4M,DZ7短接時為2M,DZ8短接時為1M。圖1實驗1二輸入與門原理圖輸入設(shè)計1、實驗?zāi)康耐ㄟ^本實驗，理解QuartusII軟件工具的使用方法和流程。了解基于原理圖設(shè)計的方法。2、實驗原理本實驗通過在二輸入與門的兩個輸入加入信號（來自邏輯開關(guān)），控制加在二輸入與門輸出端的LED指示燈的亮和滅，對二輸入與門的原理進(jìn)行驗證，從而熟悉和理解QuartusII軟件工具的使用方法和流程。LED指示燈和邏輯開關(guān)的原理見“實驗用到的資源和原理”部分。3、實驗步驟：1）創(chuàng)建新的QuartusII工程（在創(chuàng)建新工程前，需要創(chuàng)建一個工作目錄）打開File—NewProjectWizard菜單，創(chuàng)建工程，并指定芯片為EP1C6Q240C8.建立頂層模塊設(shè)計文件（.bdf），選擇File－>New,選擇BlockDiagram/SchematicFile，按OK。注意：此文件必須與上一步驟的頂層文件名稱相同，Save時自動出現(xiàn)頂層文件名稱，保持不變。在BDF文件設(shè)計窗口內(nèi)的空白處雙擊,Symbol對話框出現(xiàn),選擇原件and2,如下圖所示:重新打開Symbol對話框，在Name欄輸入input，在BDF設(shè)計窗口中放入2個input，將其分別連接到AND2的兩個輸入端。用同樣方法放入一個output，連接到輸出端。3）編譯系統(tǒng)。 打開Processing-StartCompilation進(jìn)行編譯。4）建立向量波形文件（VectorWaveformFile）：選擇File->New，在出現(xiàn)的New窗口中選擇OtherFiles屬性頁，選中VectorWaveformFile，按OK結(jié)束，編輯文件，然后保存VectorWaveformFile，文件名稱必須與頂層文件名相同。5）仿真。 打開菜單Tools-SimulatorTool進(jìn)行相應(yīng)的仿真。6）引腳鎖定 打開Assignments-Pins進(jìn)行相應(yīng)的引腳鎖定。鎖定時參考“實驗用到的資源和原理”部分，把輸入鎖定到邏輯開關(guān)，輸出鎖定到LED發(fā)光二極管指示燈。7）編譯系統(tǒng)8）下載驗證打開Tools-Programmer,Mode選則JTAG，HarewareSetup選擇ByteBlasterII,編程文件選擇*.sof的文件，即可開始下載。下載完成后，撥動相應(yīng)的兩個開關(guān)，觀察LED顯示，驗證系統(tǒng)工作的正確性。

實驗2基于VHDL二輸入與門設(shè)計1、實驗?zāi)康模和ㄟ^本實驗，理解基于VHDL的硬件設(shè)計的基本思想和流程，近一步熟悉QuartusII軟件工具的使用方法和流程。2、實驗原理：本實驗依然采用邏輯開關(guān)、LED指示燈作為輸入和輸出，具體原理參考實驗1的原理部分。3、實驗要求：1）本實驗首先用VHDL語言實現(xiàn)二輸入與門，并用仿真和邏輯開關(guān)、LED指示燈驗證其正確性。2）把VHDL語言設(shè)計出的二輸入與門，生成模塊圖，基于次模塊，用原理圖設(shè)計四輸入與門并用并用仿真和邏輯開關(guān)、LED指示燈驗證其正確性。4、實驗步驟： 參考實驗一的步驟，在步驟2）時，采用VHDLfile作為輸入。其余相同。在完成基于VHDL語言實現(xiàn)二輸入與門設(shè)計和仿真驗證之后，打開File—CreatUpdate—CreatSymbolFilesforCurrentFile,從而創(chuàng)建一個自己設(shè)計的二輸入與門。此后重復(fù)和實驗1一樣的設(shè)計步驟，在不關(guān)閉當(dāng)前工程的前提下，首先選擇File－>New,選擇BlockDiagram/SchematicFile，按OK。出現(xiàn)如下窗口，用鼠標(biāo)展開Project（如下圖標(biāo)識所示），選中其中的我們設(shè)計的二輸入與門。此后的設(shè)計和實驗1步驟完全一致。用鼠標(biāo)展開此處

用鼠標(biāo)展開此處

實驗32選1多路選擇器VHDL設(shè)計1、實驗?zāi)康模和ㄟ^本實驗，進(jìn)一步理解基于VHDL的硬件設(shè)計的基本思想和流程，熟悉QuartusII軟件工具的使用方法和流程。為接下來的設(shè)計打好基礎(chǔ)。2、實驗原理：本實驗依然采用邏輯開關(guān)、LED指示燈作為輸入和輸出，具體原理參考“實驗用到的資源和原理”部分。3、實驗要求：1）本實驗首先用VHDL語言實現(xiàn)2選1多路選擇器的設(shè)計并仿真；2）采用三個邏輯開關(guān)，其中兩個作為數(shù)據(jù)輸入（一個置“1”，一個置“0”）、一個作為選擇輸入端，輸出接到LED指示燈。通過撥動選擇輸入端，分別選擇兩路輸入（一路為“0”，一路為4、實驗步驟： 參考實驗2的VHDL設(shè)計部分。

實驗4數(shù)控分頻器的設(shè)計1、實驗?zāi)康模簩W(xué)習(xí)基于VHDL的數(shù)控分頻器的設(shè)計、分析和測試方法。2、實驗原理：數(shù)控分頻器的功能就是當(dāng)在輸入端給定不同輸入數(shù)據(jù)時，將對輸入的時鐘信號有不同的分頻比。3、實驗要求： 1）采用實驗臺提供的8M晶陣作為時鐘源（29 2）可以實現(xiàn)2到256分頻； 3）具體的VHDL設(shè)計程序并仿真。4、具體實驗步驟和方法自行設(shè)計

實驗55人表決器的設(shè)計1、實驗?zāi)康模和ㄟ^5人表決器電路的設(shè)計，熟悉和理解基于VHDL的硬件設(shè)計，進(jìn)一步掌握普通組合邏輯電路的設(shè)計。2、實驗原理：本實驗依然采用邏輯開關(guān)、LED指示燈作為輸入和輸出，具體原理參考“實驗用到的資源和原理”部分。3、實驗要求：1）5人中，有一特權(quán)者，只要他否決，即一票否決，在特權(quán)者贊成的前提下，多數(shù)通過原則，即贊成者>=3即通過2）采用邏輯開關(guān)作為輸入，輸出接到LED指示燈。4、具體實驗步驟和方法自行設(shè)計

實驗6紅綠燈控制器設(shè)計1、實驗?zāi)康模和ㄟ^一個實際的紅綠燈控制系統(tǒng)設(shè)計，近一步理解和掌握基于VHDL的硬件設(shè)計的方法和優(yōu)點，從而掌握用VHDL語言設(shè)計實際應(yīng)用系統(tǒng)的能力。2、實驗原理：本實驗需要采用LED指示燈模擬紅黃綠交通燈，同時，還要進(jìn)行倒計時時間的顯示，因為本實驗臺無7段碼顯示器，故用5個LED指示燈顯示倒計時時間的二進(jìn)制數(shù)。3、實驗要求：系統(tǒng)的整體設(shè)計設(shè)計系統(tǒng)的整體模塊圖，分別說明每個模塊的功能。2）各個模塊的設(shè)計給出各個模塊的接口和具體的VHDL設(shè)計程序并仿真。3）整體仿真4）本實驗的具體實現(xiàn)功能要求南北方向和東西方向的共六個顏色燈（紅、黃、綠）按給定延遲時間循環(huán)點亮。東西方向通行30妙，南北方向通行20妙。選用5個LED指示燈顯示時間（以二進(jìn)制），進(jìn)行倒計時。當(dāng)時間到后，進(jìn)行紅黃綠燈顯示切換。交通燈控制器用一個有限狀態(tài)機來實現(xiàn)上述功能，它定義了4個狀態(tài)，見下表：交通燈控制器的4個狀態(tài)南北公路東西公路狀態(tài)0綠紅狀態(tài)1