VerilogHDL可綜合設(shè)計舉例

7.1跑馬燈控制器設(shè)計

設(shè)計要求：共8個LED燈，連成一排。要求實現(xiàn)幾種燈的組合顯示。具體要求如下：（1）模式1：先奇數(shù)燈即第1/3/5/7燈亮0.25s，然后偶數(shù)燈即第2/4/6/8燈亮0.25s；依次類推。（2）模式2：按照1、2、3、4、5、6、7、8的順序依次點亮所有燈，間隔0.25s；然后再按1、2、3、4、5、6、7、8的順序依次熄滅所有燈，間隔0.25s。（3）模式3：按照1/8、2/7、3/6、4/5的順序依次點亮所有燈，間隔0.25s，每次同時點亮兩個燈；然后再按照1/8、2/7、3/6、4/5的順序依次熄滅所有燈，間隔0.25s，每次同時熄滅兩個燈。（4）以上模式可以選擇。7.1跑馬燈控制器設(shè)計

7.1跑馬燈控制器設(shè)計

7.1跑馬燈控制器設(shè)計

圖7-3跑馬燈仿真波形圖7.1跑馬燈控制器設(shè)計

圖7-4引腳鎖定情況7.1跑馬燈控制器設(shè)計

擴展部分：請讀者思考其他LED顯示方式，并實現(xiàn)之。例如：先循環(huán)左移，再循環(huán)右移（任一時刻只有一個LED燈亮），然后從兩頭至中間（任一時刻只有兩個LED亮），之后不斷重復以上行為。7.28位數(shù)碼掃描顯示電路設(shè)計設(shè)計要求：共8個數(shù)碼管，連成一排，要求可以任意顯示其中一個或多個數(shù)碼管。具體要求如下：（1）依次選通8個數(shù)碼管，并讓每個數(shù)碼管顯示相應的值，比如：讓每個數(shù)碼管依次顯示13579BDF。（2）要求能在實驗臺上演示出數(shù)碼管的動態(tài)顯示過程。7.28位數(shù)碼掃描顯示電路設(shè)計圖7-5共陰數(shù)碼管及其電路7.28位數(shù)碼掃描顯示電路設(shè)計圖7-68位數(shù)碼掃描顯示電路7.28位數(shù)碼掃描顯示電路設(shè)計圖7-7

數(shù)碼管頂層模塊框圖7.28位數(shù)碼掃描顯示電路設(shè)計圖7-8數(shù)碼管仿真波形圖7.28位數(shù)碼掃描顯示電路設(shè)計圖7-9引腳鎖定情況7.28位數(shù)碼掃描顯示電路設(shè)計擴展部分：讀者嘗試完成以下幾種顯示方式：（1）8個數(shù)碼管同時顯示，8個段依次顯示，即a、b、c、d、e、f、g、dp依次顯示，每個段持續(xù)顯示時間為0.25s時間。（2）8個段和8個數(shù)碼管依次顯示，a段顯示在第1個數(shù)碼管上，b段顯示在第2個數(shù)碼管上，……，dp段顯示在第8個數(shù)碼管上，顯示持續(xù)時間0.25s。（3）將0~F這16個十六制數(shù)依次顯示在數(shù)碼管中，每個時刻只有一個數(shù)碼管顯示，持續(xù)時間為0.25s：0顯示在第1個數(shù)碼管、1顯示在第2個數(shù)碼管、……、7顯示在第8個數(shù)碼管、8顯示在第1個數(shù)碼管、……、F顯示在第8個數(shù)碼管。7.3數(shù)控分頻器的設(shè)計設(shè)計要求：（1）對于任意頻率可以實現(xiàn)數(shù)控分頻；（2）對于預定頻率，均可以通過分頻得到。7.3數(shù)控分頻器的設(shè)計圖7-10分頻器模塊端口框圖7.3數(shù)控分頻器的設(shè)計圖7-11數(shù)控分頻器的仿真結(jié)果7.3數(shù)控分頻器的設(shè)計圖7-12引腳鎖定7.3數(shù)控分頻器的設(shè)計擴展部分：（1）利用本節(jié)的數(shù)控分頻器得到的頻率，其占空比為50%。若占空比可調(diào)，比如占空比為30%，如何實現(xiàn)？提示：可使用兩個8位輸入數(shù)據(jù)控制輸出脈沖的高低電平持續(xù)時間。（2）嘗試使用其他分頻器的設(shè)計方法。例如第4章提出的方法，并比較這些方法的異同。7.4樂曲硬件演奏電路設(shè)計設(shè)計要求：（1）利用7.3節(jié)的數(shù)控分頻器設(shè)計硬件樂曲演奏電路。（2）了解樂譜的一些基本知識，可以將樂譜轉(zhuǎn)換為相應的QuartusII文件，掌握其演奏原理。（3）掌握本設(shè)計各模塊的功能，能夠填入并演奏一些新的曲子。7.4樂曲硬件演奏電路設(shè)計圖7-13簡譜中音名與音頻的對應關(guān)系7.4樂曲硬件演奏電路設(shè)計圖7-14

簡譜中音頻與分頻預置數(shù)的對應關(guān)系7.4樂曲硬件演奏電路設(shè)計圖7-15硬件樂曲演奏電路結(jié)構(gòu)7.4樂曲硬件演奏電路設(shè)計圖7-16引腳鎖定7.4樂曲硬件演奏電路設(shè)計圖7-17梁祝簡譜7.4樂曲硬件演奏電路設(shè)計圖7-18兩只老虎的簡譜7.4樂曲硬件演奏電路設(shè)計擴展部分

：1）填入新的樂曲，如“梁祝”、或其它熟悉的樂曲。操作步驟如下：a、根據(jù)所填樂曲可能出現(xiàn)的音符，修改例7-11的音符數(shù)據(jù)，同時注意每一音符的節(jié)拍長短；b、如果樂曲比較長，可增加模塊NOTETABA中計數(shù)器的位數(shù)，如9位時可達512個基本節(jié)拍。（2）在一個ROM裝上多首歌曲，可手動或自動選擇歌曲

。（3）結(jié)合本實驗，讀者可以查閱電子琴相關(guān)知識并設(shè)計一個簡易電子琴。（4）例7-8中的進程DelaySpkS對揚聲器發(fā)聲有什么影響？在電路上應該滿足哪些條件，才能用數(shù)字器件直接輸出的方波驅(qū)動揚聲器發(fā)聲？7.5數(shù)字跑表和數(shù)字鐘設(shè)計設(shè)計要求：（1）計時功能：編寫一個具有“百分秒、秒、分、小時”計時功能的數(shù)字跑表，可以實現(xiàn)一個小時以內(nèi)精確至百分之一秒的計時。要求具有復位和暫停功能：復位后，從00:00:00:00開始計數(shù)；暫停后，保持現(xiàn)有計數(shù)值不變。（2）校準功能：根據(jù)當前時間校準鬧鐘。即增加一個校時鍵，增加時、分預置初值按鈕，這樣可以對小時、分鐘進行校準。7.5數(shù)字跑表和數(shù)字鐘設(shè)計圖7-22數(shù)字鐘頂層模塊設(shè)計7.5數(shù)字跑表和數(shù)字鐘設(shè)計圖7-23

仿真波形7.5數(shù)字跑表和數(shù)字鐘設(shè)計圖7-27

引腳鎖定7.5數(shù)字跑表和數(shù)字鐘設(shè)計圖7-28256Hz轉(zhuǎn)換為100Hz的仿真波形7.5數(shù)字跑表和數(shù)字鐘設(shè)計擴展部分：（1）校時功能：增加一個校時鍵，增加4個時、分預置初值按鍵分別用來調(diào)整時、分的各位，這一步由讀者自己完成。（2）鬧鐘功能：即增加一個鬧鐘功能鍵，同時使用校時功能中用到的4個銨鍵來設(shè)置輸入鬧鐘時間。如果當前時間與設(shè)置的鬧鐘時間相同，則揚聲器發(fā)出蜂鳴聲。（3）思考對于任意系統(tǒng)頻率，比如6MHz或者256Hz，如何獲得100Hz的百分秒頻率。下面給出將256Hz轉(zhuǎn)換成為100Hz的一種實現(xiàn)代碼，讀者也可以采用其他方法實現(xiàn)。7.6VerilogHDL狀態(tài)機A/D采樣控制電路實現(xiàn)

設(shè)計要求：理解掌握ADC0809芯片的工作時序要求；要求采用狀態(tài)機來設(shè)計實現(xiàn)對A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809的采樣控制電路。7.6VerilogHDL狀態(tài)機A/D采樣控制電路實現(xiàn)

圖7-29ADC0809工作時序7.6VerilogHDL狀態(tài)機A/D采樣控制電路實現(xiàn)

圖7-30控制ADC0809采樣的狀態(tài)圖

7.6VerilogHDL狀態(tài)機A/D采樣控制電路實現(xiàn)

圖7-32采樣控制模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖7.6VerilogHDL狀態(tài)機A/D采樣控制電路實現(xiàn)

圖7-33引腳鎖定7.6VerilogHDL狀態(tài)機A/D采樣控制電路實現(xiàn)

擴展部分：（1）在本實驗的基礎(chǔ)上，增加存儲器用于存儲AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，設(shè)計一個簡易存儲示波器。（2）若不采用集成電路芯片ADC0809，可否采用比較器和D/A器件實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換功能。請查閱相關(guān)資料，并給出電路設(shè)計。7.7交通控制器設(shè)計設(shè)計要求：實現(xiàn)一個常見的十字路口交通燈控制功能。一個十字路口的交通燈一般分為兩個方向，每個方向具有紅燈、綠燈和黃燈3種。具體要求如下：（1）十字路口包含A、B兩個方向的車道。A方向放行1分鐘（綠55s，黃5s），同時B方向禁行（紅60s）；然后A方向禁行1分鐘（紅60s），同時B方向放行（綠燈55s，黃燈5s），以此類推，循環(huán)往復。（2）實現(xiàn)正常的倒計時功能，用2組數(shù)碼管作為A和B兩個方向的倒計時顯示。（3）當遇特殊情況時，可通過按hold鍵來實現(xiàn)特殊的功能。使A、B方向的紅燈亮并且警告燈不停閃爍；計數(shù)器停止計數(shù)并保持在原來的狀態(tài)；特殊情況處理完畢后可通過按hold鍵使交通燈正常運行，并正常計數(shù)。（4）系統(tǒng)已有時鐘為64Hz。7.7交通控制器設(shè)計圖7-34交通控制器模塊框圖7.7交通控制器設(shè)計圖7-35仿真波形圖7.7交通控制器設(shè)計圖7-36仿真細節(jié)（部分仿真圖）7.7交通控制器設(shè)計圖7-37

引腳鎖定7.7交通控制器設(shè)計擴展部分：交叉路口復雜多樣，因此交通控制器設(shè)計也會變化多端。請根據(jù)周邊的實際交叉路口情況，設(shè)計相應的交通控制器。比如，可以考慮在每個方向增加一個左轉(zhuǎn)向燈。7.8空調(diào)控制器設(shè)計設(shè)計要求：（1）采用按鍵1/2設(shè)定溫度；通過按鍵8設(shè)定2種工作方式：手動和自動；按鍵7（正反轉(zhuǎn)，高電平正轉(zhuǎn)低電平反轉(zhuǎn)）、6（停止）在手動方式下控制電機。并將溫度設(shè)定值在數(shù)碼管7和8上顯示出來。（2）采用A/D的一個通道（可調(diào)電阻）作為溫度傳感器，檢測環(huán)境溫度（0-42℃）。并在數(shù)碼管上1和2上顯示出來。（3）控制直流電機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止。且正轉(zhuǎn)模擬加熱裝置制熱，反轉(zhuǎn)模擬壓縮機制冷；停止模擬既不制熱也不制冷。采用流水燈指示電機的正、反轉(zhuǎn)和停的狀態(tài)。即：正轉(zhuǎn)時，流水燈運動方向從左向右；反轉(zhuǎn)時，流水燈運動方向從右向左；停止時，流水燈熄滅。（4）控制溫度精度為±1℃。即當控制器設(shè)定在自動（AUTO）模式下，當環(huán)境溫度低于設(shè)定溫度1℃時，電機正轉(zhuǎn)——制熱；當環(huán)境溫度高于設(shè)定溫度1℃時，電機反轉(zhuǎn)——制冷；當環(huán)境溫度在設(shè)定溫度±1℃范圍之內(nèi)時，電機停轉(zhuǎn)。7.8空調(diào)控制器設(shè)計圖7-38空調(diào)控制模擬系統(tǒng)整體框圖7.8空調(diào)控制器設(shè)計圖7-39空調(diào)控制器的仿真波形7.8空調(diào)控制器設(shè)計圖7-40

引腳鎖定7.8空調(diào)控制器設(shè)計擴展部分：考慮為空調(diào)控制器增加風扇轉(zhuǎn)速顯示和控制功能。在空調(diào)控制系統(tǒng)中，風扇轉(zhuǎn)速決定了溫度變化的快慢，是空調(diào)控制器中的一個比較重要的控制變量。7.9飲料自動售賣機設(shè)計設(shè)計要求：（1）自動售飲料機。假定該自動售飲料機僅提供一種飲料，每盒售價為1.5元，該機器上有銨鍵，按下后表示購買該飲料；（2）投幣器只能接受1元硬幣和5角硬幣；（3）具有找零功能，即只找贖5角；（4）有兩個輸出口，一個輸出飲料，另一個輸出找零；在輸出飲料和找零時，使用兩個指示燈，分別用于提示用戶取走飲料和找零；（5）在界面上顯著位置顯示投幣總額和找零值。7.9飲料自動售賣機設(shè)計圖7-41狀態(tài)圖7.9飲料自動售賣機設(shè)計圖7-43

仿真結(jié)果7.9飲料自動售賣機設(shè)計圖7-44

引腳鎖定7.9飲料自動售賣機設(shè)計擴展部分：（1）為本設(shè)計添加一個退出購買按鈕：按動此鈕，則將已投錢幣全額退出。（2）本設(shè)計每次僅購買飲料的數(shù)量為1，同時提供飲料和找贖功能；請在本設(shè)計的基礎(chǔ)上，增加一次可購買的飲料數(shù)量為N的功能。（3）本飲料自動售賣機僅提供一種飲料；請在本設(shè)計的基礎(chǔ)上，將可提供的飲料種類為兩種，每種飲料每盒售價為1.5元和2.5元，在相應的飲料下方有銨鍵。7.10小結(jié)在本章，我們討論了以下知識點：本章重點介紹了跑馬燈控制器8位數(shù)碼掃描顯示電路數(shù)控分頻器樂曲硬件演奏電路