EDA實(shí)驗(yàn)教案下學(xué)期

課程教案課程名稱：EDA技術(shù)實(shí)驗(yàn)任課教師：胡紅艷所屬院部：電氣與信息工程學(xué)院教學(xué)班級(jí)：通信1201-1202教學(xué)時(shí)間：2014—2015學(xué)年第一學(xué)期湖南工學(xué)院課程基本信息課程名稱EDA技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程代碼G0290534總計(jì)：16學(xué)時(shí)講課：學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)：16學(xué)時(shí)上機(jī)：16學(xué)時(shí)課程設(shè)計(jì)：周學(xué)分G0290534類別必修課（）選修課（）理論課（）實(shí)驗(yàn)課（）任課教師胡紅艷職稱高級(jí)實(shí)驗(yàn)師授課對(duì)象專業(yè)班級(jí)：通信1201、通信1202共2個(gè)班課程簡(jiǎn)介（不超過1000字）EDA技術(shù)是一門綜合性學(xué)科，它融合多學(xué)科于一體，又滲透于各學(xué)科之中，打破了軟件和硬件間的壁壘，使計(jì)算機(jī)的軟件技術(shù)與硬件實(shí)現(xiàn)、設(shè)計(jì)效率和產(chǎn)品性能合二為一，它代表了電子設(shè)計(jì)技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展方向。EDA技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程是EDA技術(shù)理論的重要實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，本實(shí)驗(yàn)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生能力要求：1、通過實(shí)驗(yàn)強(qiáng)化學(xué)生的工程實(shí)踐訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)調(diào)試、綜合分析及計(jì)算機(jī)仿真應(yīng)用能力，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)，為今后能設(shè)計(jì)更大規(guī)模的電路系統(tǒng)打好基礎(chǔ)。2、根據(jù)教學(xué)計(jì)劃，本學(xué)期EDA技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程共開設(shè)8個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目2學(xué)時(shí)，共計(jì)16學(xué)時(shí)。具體安排依次為:PROTEL99原理圖的繪制,PCB板的制作，有時(shí)鐘使能的二位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器原理圖輸入設(shè)計(jì)，7段數(shù)碼顯示譯碼器設(shè)計(jì)，數(shù)控分頻器的設(shè)計(jì)，循環(huán)彩燈控制器的設(shè)計(jì)，四位十進(jìn)制數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)，頻率計(jì)的綜合設(shè)計(jì)共八個(gè)實(shí)驗(yàn)。3、通過本課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)使學(xué)生能掌握自頂向下的設(shè)計(jì)方法，將系統(tǒng)分解為各個(gè)模塊，使用VHDL語(yǔ)言對(duì)硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行說明、建模、邏輯及結(jié)構(gòu)綜合、行為及功能仿真、硬件測(cè)試等最終完成設(shè)計(jì)。4、學(xué)生在完成每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目后，要求認(rèn)真撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告（實(shí)驗(yàn)名稱、目的要求、設(shè)計(jì)步驟、實(shí)驗(yàn)電路、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析、總結(jié)與討論），并鼓勵(lì)學(xué)生在報(bào)告中發(fā)表自己的獨(dú)到見解和所做的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新?；窘滩暮椭饕獏⒖假Y料教材：理論教材：潘松黃繼業(yè)編著.EDA技術(shù)實(shí)用教程.科學(xué)出版社,第三版.實(shí)驗(yàn)教材：自編EDA技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書參考書[1]王振紅主編.VHDL數(shù)字電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)踐教程.機(jī)械工業(yè)出版社,2003.[2]譚會(huì)生主編.EDA技術(shù)基礎(chǔ)。湖南大學(xué)出版社,2004。[3]李國(guó)麗朱維勇等編著.EDA與數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)出版社,2004.實(shí)驗(yàn)一PROTEL99原理圖的繪制一、本次課主要內(nèi)容繪制一張完整的電源電路原理圖.1．繪制電源電路的原理圖，并填上正確的封裝，完成后將文件存盤。2．對(duì)完成的電路圖進(jìn)行ERC校驗(yàn)，若有錯(cuò)誤，則加以改正，直到校驗(yàn)無誤后，存盤.2．對(duì)修改后的電路圖進(jìn)行編譯，產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)表文件，將網(wǎng)絡(luò)表文件存盤后退出3．根據(jù)以上的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并將繪制好的完整電源電路圖打印出來貼在報(bào)告中，分析實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題，總結(jié)用到的知識(shí)點(diǎn)。二、教學(xué)目的與要求1．熟練掌握PROTEL99的基本操作。2．學(xué)會(huì)繪制電路原理圖。3．掌握電路圖的ERC校驗(yàn)、電路錯(cuò)誤修改和網(wǎng)絡(luò)表的生成三、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：調(diào)用元件；創(chuàng)建原理圖元件庫(kù)；網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)。難點(diǎn)：原理圖元件庫(kù)的創(chuàng)建四、教學(xué)方法和手段采用課堂講授大概20分鐘時(shí)間，對(duì)原理圖繪制的方法與技巧運(yùn)用多媒體進(jìn)行演示、制作教學(xué)幻燈片。五、作業(yè)與習(xí)題布置寫出完整的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并回答下面問題。1、為什么要給元器件定義封裝形式？是否所有原理圖中的元器件都要定義封裝形式？2、放置元器件時(shí)系統(tǒng)提示沒有打開元器件庫(kù)，應(yīng)如何解決？3、使用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)時(shí)應(yīng)注意哪些問題？4、總線和一般連線有何區(qū)別？使用中應(yīng)注意哪些問題？教學(xué)后記：實(shí)驗(yàn)一PROTEL99原理圖的繪制一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖炀氄莆誔ROTEL99的基本操作。學(xué)會(huì)繪制電路原理圖。掌握電路圖的ERC校驗(yàn)、電路錯(cuò)誤修改和網(wǎng)絡(luò)表的生成。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟新建文檔，設(shè)置參數(shù)的基本操作。進(jìn)入ADVANCEDSCHEMATIC，新建一張?jiān)韴D，并設(shè)置它的工作空間參數(shù)和文檔參數(shù)。其中，電路圖大小設(shè)置為A4，橫向放置，標(biāo)題欄選擇標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)題欄，柵格大小均選為20mil。裝入元器件庫(kù)。執(zhí)行相關(guān)命令，放置元器件。按照如圖1-1所示，從元器件庫(kù)中放置相應(yīng)的元器件到電路圖中，并對(duì)元器件做移動(dòng)，旋轉(zhuǎn)等操作，同時(shí)進(jìn)行屬性設(shè)置。各元器件的元器件標(biāo)號(hào)及標(biāo)稱值均采用小四號(hào)宋體，完成后將文件存盤。全局修改。利用SCH的全局修改功能，將圖1-1中電阻的標(biāo)號(hào)和標(biāo)稱值均由小四號(hào)宋體改為五號(hào)黑體，并將電阻的編號(hào)R*由大寫改為小寫r*，完成后將文件改名存盤。繪制電源電路圖。按照如1-1所示，繪制電源電路的原理圖，并填上正確的封裝，完成后將文件存盤。對(duì)完成的電路圖進(jìn)行ERC校驗(yàn)，若有錯(cuò)誤，則加以改正，直到校驗(yàn)無誤后，存盤對(duì)修改后的電路圖進(jìn)行編譯，產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)表文件，將網(wǎng)絡(luò)表文件存盤后退出圖1-1電源電路圖三.儀器設(shè)備計(jì)算機(jī),打印機(jī)四.思考題為什么要給元器件定義封裝形式？是否所有原理圖中的元器件都要定義封裝形式？放置元器件時(shí)系統(tǒng)提示沒有打開元器件庫(kù)，應(yīng)如何解決？使用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)時(shí)應(yīng)注意哪些問題？總線和一般連線有何區(qū)別？使用中應(yīng)注意哪些問題？實(shí)驗(yàn)二單面板的制作一、本次課主要內(nèi)容1.導(dǎo)入實(shí)驗(yàn)一中己完成的電源電路的原理圖.設(shè)置好相關(guān)的參數(shù),繪制好電源電路PCB圖.將文件存盤退出.2.將繪制好的PCB圖打印出來貼在報(bào)告中.3.制作電源實(shí)物二、教學(xué)目的與要求1.熟練掌握PCB的基本操作。2.基本掌握PCB元器件庫(kù)的編輯方法。3.掌握單面板的制作。三、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：圖紙參數(shù)設(shè)置;調(diào)用PCB元件；創(chuàng)建PCB元件庫(kù)；元件布局與排列;網(wǎng)絡(luò)走線.難點(diǎn)：元件布局與走線注意：?jiǎn)蚊姘遄呔€不能有交叉,布線前元件布局時(shí)盡量不能有飛線交叉四、教學(xué)方法和手段采用課堂講授(大概20分鐘時(shí)間)，對(duì)PCB板圖繪制的方法與技巧運(yùn)用多媒體進(jìn)行演示、并制作教學(xué)幻燈片,并制作教學(xué)幻燈片。其余時(shí)間指導(dǎo)學(xué)生上機(jī)操作,并解答學(xué)生提問.五、作業(yè)與習(xí)題布置回答下面問題:1.簡(jiǎn)述自動(dòng)布局的步驟。2.自動(dòng)布線前,要進(jìn)行哪些設(shè)置?3.何種類型的電路，在設(shè)計(jì)印制板時(shí)要使用鋪銅?寫出完整的實(shí)驗(yàn)報(bào)告:要求制作直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)實(shí)物，能輸出+5V、-5V、+12V、-12V、+3.3V教學(xué)后記：實(shí)驗(yàn)二單面板的制作一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)熟練掌握PCB的基本操作。(2)基本掌握PCB元器件庫(kù)的編輯方法。(3)掌握單面板的制作。(4)繪制出電源PCB圖（單面板）二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(1)進(jìn)入SCH，打開在實(shí)驗(yàn)一中己完成的電源電路的原理圖(圖1-1)，設(shè)置好電路圖中各元器件的封裝，執(zhí)行相關(guān)菜單命令，生成此電路圖的網(wǎng)絡(luò)表。(2)新建一個(gè)PCB文件,打開標(biāo)準(zhǔn)元器件庫(kù),設(shè)置好工作空間參數(shù)和文檔參數(shù),其中信號(hào)層選擇底層,將此文件更名為dydl.PCB保存.(3)在禁止布線層上繪制電路版圖的邊框,給邊框加上尺寸標(biāo)注.(4)調(diào)入電源電路的網(wǎng)絡(luò)表,若網(wǎng)絡(luò)表中存在錯(cuò)誤,則加以修改,完全正確后,按下EXECUTE按鈕確定.(5)通過自動(dòng)布局以及人工調(diào)整的方法，合理布局元器件，布局調(diào)整時(shí)應(yīng)盡量減少飛線交叉。(6)設(shè)置設(shè)計(jì)規(guī)則，其中，電源以及接地線要求的銅膜線寬最小為30mil,最大為40mil,其余的線寬均為10mil.(7)執(zhí)行手動(dòng)布線，并參考自動(dòng)布線。(8)在PCB中，生成此電路板圖的網(wǎng)絡(luò)表，重新回到SCH中，與原理圖的網(wǎng)絡(luò)表進(jìn)行比較，若發(fā)現(xiàn)不符，尋找原因，加以改正。(9)進(jìn)行DRC檢查，生成報(bào)告文件，若有錯(cuò)誤，則加以修改。(10)給電路板圖加上鋪銅，鋪銅與地相連，并且去除死銅，最后完成電源電路印制電路圖，將文件存盤退出.(11)打印電路圖三、思考題(1)簡(jiǎn)述自動(dòng)布局的步驟。(2)自動(dòng)布線前,要進(jìn)行哪些設(shè)置?(3)何種類型的電路，在設(shè)計(jì)印制板時(shí)要使用鋪銅?四、作業(yè)要求：要求制作直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)實(shí)物，能輸出+5V、-5V、+12V、-12V、+3.3V要求在實(shí)物上敷銅表示出班級(jí)、姓名、學(xué)號(hào)、制作日期（沒有者不計(jì)成績(jī)）。表1.1電路板所需要的器材器材名稱規(guī)格單價(jià)（元）所需數(shù)量總計(jì)焊錫絲0.8mm（50g）1卷松香10g一盒三氯化鐵（無水、粉末狀的）500克1袋PCB板子（雙面）200mm*150mm*11塊打孔針（直柄麻花鉆）0.8mm2根1.2mm1根砂紙1張總計(jì)另：微型鉆臺(tái)1臺(tái)，電熨斗1臺(tái)（可每個(gè)班共用1臺(tái)）表1.2電源元器件清單名稱規(guī)格數(shù)量單價(jià)（元）合計(jì)變壓器(中心軸頭)12V輸出20w1六角開關(guān)6mm*6mm1電解質(zhì)電容25v2200uF2電解質(zhì)電容25v470uF4瓷片電容1044LM7812TO-2201LM7912TO-2201LM7805TO-2201LM7905TO-2201LM1117-3.3TO-2631發(fā)光二極管0.5mm5電阻470、1k2電阻3001單排針1散熱片7805用4散熱片固定螺釘、螺帽4整流橋2W102A/1000V1220V電源插頭線1米1總計(jì)實(shí)驗(yàn)三有時(shí)鐘使能的兩位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器原理圖輸入設(shè)計(jì)一、本次課主要內(nèi)容設(shè)計(jì)一個(gè)有時(shí)鐘使能的兩位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，在QUARTUSIIL軟件平臺(tái)上繪制出完的電路原理圖，并進(jìn)行編譯，仿真，測(cè)試。二、教學(xué)目的與要求1.掌握帶有時(shí)鐘輸入的數(shù)字電路原理圖輸入設(shè)計(jì)方法；2.進(jìn)一步掌握時(shí)序波形的真；3.了解VHDL初步的基本知識(shí)。4..根據(jù)以上的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并將仿真波形圖打印出來貼在報(bào)告中，分析實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題，總結(jié)用到的知識(shí)點(diǎn)三、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn):QUARTUSII使用,文件命名與保存,調(diào)元件庫(kù),網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào),總線設(shè)置,波形仿真難點(diǎn):波形仿真,總線設(shè)置,四、教學(xué)方法和手段采用課堂講授(大概20分鐘時(shí)間)，對(duì)QUARTUSII軟件的使用方法運(yùn)用多媒體進(jìn)行演示、并制作教學(xué)幻燈片。其余時(shí)間指導(dǎo)學(xué)生上機(jī)操作,并解答學(xué)生提問.實(shí)驗(yàn)設(shè)備：EDA系統(tǒng)箱一臺(tái)，裝有PROTEL軟件的計(jì)算機(jī)一臺(tái)，打印機(jī)一臺(tái)五、作業(yè)與習(xí)題布置對(duì)仿真波形結(jié)果進(jìn)行分析。用VHDL編寫有時(shí)鐘輸入的兩位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器源程序。寫出完整的實(shí)驗(yàn)報(bào)告教學(xué)后記：實(shí)驗(yàn)三有時(shí)鐘使能的兩位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器原理圖輸入設(shè)計(jì)一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆諑в袝r(shí)鐘輸入的數(shù)字電路原理圖輸入設(shè)計(jì)方法；進(jìn)一步掌握時(shí)序波形的真；了解VHDL初步的基本知識(shí)。二.實(shí)驗(yàn)原理與步驟1.實(shí)驗(yàn)步驟見第五章第一節(jié)介紹的方法。2.電路設(shè)計(jì)原理：頻率計(jì)設(shè)計(jì)的基本步驟與上一個(gè)實(shí)驗(yàn)介紹的完全一樣，只是需要考慮從哪一個(gè)電路模塊開始。圖3-1用74390設(shè)計(jì)一個(gè)有時(shí)鐘使能的兩位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器原理圖3-2調(diào)出元件74390圖3-2調(diào)出元件74390圖3-3從Help中了解74390的詳細(xì)功能圖3-3從Help中了解74390的詳細(xì)功能1、設(shè)計(jì)電路原理圖，頻率計(jì)的核心元件之一是含有時(shí)鐘使能及進(jìn)位擴(kuò)展輸出的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。為此這里擬用一個(gè)雙十進(jìn)制計(jì)數(shù)74390和其它一些輔助元件來完成。電路原理圖如圖2-1所示。圖中，74390連接成兩個(gè)獨(dú)立的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，待測(cè)頻率信號(hào)clk通過一個(gè)與門進(jìn)入74390的計(jì)數(shù)器1的時(shí)鐘輸入端1CLKA，與門的另一端由計(jì)數(shù)使能信號(hào)enb控制：當(dāng)enb='1'時(shí)允許計(jì)數(shù)；enb='0'時(shí)禁止計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器1的4位輸出q[3]、q[2]、q[1]和q[0]并成總線表達(dá)方式即q[3..0]，由圖2-1左下角的OUTPUT輸出端口向外輸出計(jì)數(shù)值，同時(shí)由一個(gè)4輸入與門和兩個(gè)反相器構(gòu)成進(jìn)位信號(hào)進(jìn)入第2個(gè)計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘輸入端2CLKA。第2個(gè)計(jì)數(shù)器的4位計(jì)數(shù)輸出是q[7]、q[6]、q[5]和q[4]，總線輸出信號(hào)是q[7..4]。這兩個(gè)計(jì)數(shù)器的總的進(jìn)位信號(hào)，即可用于擴(kuò)展輸出的進(jìn)位信號(hào)由一個(gè)6輸入與門和兩個(gè)反相器產(chǎn)生，由cout輸出。clr是計(jì)數(shù)器的清零信號(hào)。2、計(jì)數(shù)器電路實(shí)現(xiàn)，在此首先從實(shí)現(xiàn)圖3-1所示的電路的繪制和測(cè)試開始，用鼠標(biāo)雙擊“EnterSymbol”窗中SymbolLibraries欄的e:\maxplus2\max2lib\mf的宏功能元件庫(kù)，于是可以在SymbolFiles欄中看到絕大多數(shù)74系列的元件（圖3-2）。這些器件的詳細(xì)功能及其它們的邏輯真值表可以通過查閱“Help”選項(xiàng)來獲得。為了查閱74390的功能，可如圖3-3所示，在Help菜單中選Old-StyleMacrofunctions項(xiàng)，然后選Counters項(xiàng)。圖3-4兩位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器工作波形向原理圖編輯窗中調(diào)入宏功能元件如圖3-2所示，直接在上端的SymbolName欄中鍵入器件的名稱，如74390等，然后點(diǎn)擊OK鍵即可。如果要了解74390內(nèi)部的情況，可以用鼠標(biāo)在其上雙擊。最后根據(jù)圖2-1在原理圖編輯窗中完成該電路的全部繪制。繪制過程中應(yīng)特別注意圖形設(shè)計(jì)規(guī)則中信號(hào)標(biāo)號(hào)和總線的表達(dá)方式：若將一根細(xì)線變成以粗線顯示的總線，可以先將其點(diǎn)擊使其變成紅色，再選Option選項(xiàng)中的LineStyle；若在某線上加信號(hào)標(biāo)號(hào)，也應(yīng)該在該線某處點(diǎn)擊使其變成紅色，然后鍵入標(biāo)號(hào)名稱，標(biāo)有相同標(biāo)號(hào)的線段可視作連接線段，但可不必直接連接。對(duì)于以標(biāo)號(hào)方式進(jìn)行總線連接可以如圖3-1那樣。例如一根8位的總線bus1(7..0)欲與另3根分別為1、3、4位的連線相接，它們的標(biāo)號(hào)可分別表示為bus1(0)，bus1(3..1)，bus1(7..4)。3、波形仿真，按照第一章介紹的流程能夠很容易地得到圖2-1電路的仿真波形（圖3-4）。由波形圖3-4可見，圖2-1電路的功能完全符合原設(shè)計(jì)要求：當(dāng)clk輸入時(shí)鐘信號(hào)時(shí)，clr信號(hào)具有清0功能，當(dāng)enb為高電平時(shí)允許計(jì)數(shù)，低電平時(shí)禁止計(jì)數(shù)；當(dāng)?shù)?位計(jì)數(shù)器計(jì)到9的向高4位計(jì)數(shù)器進(jìn)位，另外由于圖3-4中沒有顯示高4位計(jì)數(shù)器計(jì)到9，故看不到count的進(jìn)位信號(hào)。如果本設(shè)計(jì)電路的存盤文件名為conter8.gdf，則按照步驟5的第9段介紹的方法，將此項(xiàng)設(shè)計(jì)包裝成一個(gè)元件存入庫(kù)中以備后用，該電路對(duì)應(yīng)的元件名是conter8。三、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1、輸入文件名不能用漢字或關(guān)鍵字、非法字符；2、注意文件在編譯連接時(shí)的路徑；3.注意引腳分配與對(duì)應(yīng)的FPGA芯片相匹配；4.注意信號(hào)標(biāo)號(hào)與總路線的表達(dá)方式。四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備EDA系統(tǒng)一套，計(jì)算機(jī)一臺(tái)，打印機(jī)一臺(tái)五、實(shí)驗(yàn)思考1.用VHDL編寫有時(shí)鐘輸入的兩位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器源程序。2.對(duì)仿真波形結(jié)果進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)四7段數(shù)碼顯示譯碼器的設(shè)計(jì)一、本次課主要內(nèi)容設(shè)計(jì)一個(gè)7段數(shù)碼顯示譯碼器，能夠顯示0-9，A-F數(shù)字。1．編寫7段數(shù)碼顯示譯碼器的VHDL源程序；2.在MAX+PLUSII上進(jìn)行編譯、綜合、適配、仿真測(cè)試，引腳鎖定、下載測(cè)試。二、教學(xué)目的與要求1．學(xué)習(xí)7段數(shù)碼顯示譯碼器的設(shè)計(jì)方法；2．掌握多層次的VHDL程序設(shè)計(jì)方法。三、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn):QUARTUSII使用,文件命名與保存,波形仿真，配置器件的選擇與設(shè)置難點(diǎn):配置器件的選擇與設(shè)置，波形仿真,。四、教學(xué)方法和手段采用課堂講授(大概20分鐘時(shí)間)，對(duì)QUARTUSII軟件的使用方法運(yùn)用多媒體進(jìn)行演示、并制作教學(xué)幻燈片。其余時(shí)間指導(dǎo)學(xué)生上機(jī)操作,并解答學(xué)生提問.五、作業(yè)與習(xí)題布置寫出完整的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容包括：程序設(shè)計(jì)、軟件編譯、仿真分析、硬件測(cè)試和詳細(xì)實(shí)驗(yàn)過程；硬件測(cè)試分析報(bào)告、仿真波形圖及其分析報(bào)告。討論語(yǔ)句WHENOTHERS=>NULL的作用。對(duì)于不同的VHDL綜合器，此句是否具有相同含義和功能？教學(xué)后記：實(shí)驗(yàn)四7段數(shù)碼顯示譯碼器的設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)目的1.學(xué)習(xí)7段數(shù)碼顯示譯碼器的設(shè)計(jì)方法；2.掌握多層次的VHDL程序設(shè)計(jì)方法。二、設(shè)計(jì)要求1.編寫7段數(shù)碼顯示譯碼器的VHDL源程序；2.在MAX+PLUSII上進(jìn)行編譯、綜合、適配、引腳鎖定、下載測(cè)試；3.進(jìn)行仿真波形的測(cè)試；4.寫出設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)報(bào)告。三、設(shè)計(jì)原理說明1、實(shí)驗(yàn)原理說明：7段數(shù)碼是純組合電路，通常的小規(guī)模專用IC，如74或4000系列的器件只能作十進(jìn)制BCD碼譯碼，然而數(shù)字系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算都是2進(jìn)制的，所以輸出表達(dá)都是16進(jìn)制的，為了滿足16進(jìn)制數(shù)的譯碼顯示，最方便的方法就是利用VHDL譯碼程序在FPGA或CPLD中實(shí)現(xiàn)。本項(xiàng)實(shí)驗(yàn)很容易實(shí)現(xiàn)這一目的。例6-21作為7段BCD碼譯碼器的設(shè)計(jì)，輸出信號(hào)LED7S的7位分別接如圖6-21數(shù)碼管的7個(gè)段，高位在左，低位在右。例如當(dāng)LED7S輸出為"1101101"時(shí)，數(shù)碼管的7個(gè)段：g、f、e、d、c、b、a分別接1、1、0、1、1、0、1，接有高電平的段發(fā)亮，于是數(shù)碼管顯示“5”2、引腳鎖定以及硬件下載測(cè)試提示：建議選實(shí)驗(yàn)電路模式6，用數(shù)碼8顯示譯碼輸出（PIO46--PIO40），鍵8、鍵7、鍵6、鍵5四位控制輸入，硬件驗(yàn)證譯碼器的工作性能。四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備EDA系統(tǒng)一套，計(jì)算機(jī)一臺(tái)，打印機(jī)一臺(tái)五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求根據(jù)以上的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告，包括程序設(shè)計(jì)、軟件編譯、仿真分析、硬件測(cè)試和詳細(xì)實(shí)驗(yàn)過程；設(shè)計(jì)原程序，程序分析報(bào)告、仿真波形圖及其分析報(bào)告。六、實(shí)驗(yàn)思考和總結(jié)1.討論語(yǔ)句WHENOTHERS=>NULL的作用。對(duì)于不同的VHDL綜合器，此句是否具有相同含義和功能？2.用VHDL例化語(yǔ)句（參考實(shí)驗(yàn)2）按圖3-25的方式，以本章第一節(jié)實(shí)驗(yàn)三和本節(jié)實(shí)驗(yàn)一為底層元件，完成頂層文件設(shè)計(jì)，并重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)過程。注意圖3-25中的tmp是4位總線，led是7位總線。對(duì)于引腳鎖定和實(shí)驗(yàn)，建議仍選實(shí)驗(yàn)電路模式6，用數(shù)碼8顯示譯碼輸出，用鍵3作為時(shí)鐘輸入（每按2次鍵為1個(gè)時(shí)鐘脈沖），或直接時(shí)鐘信號(hào)clock0。圖4-1計(jì)數(shù)器和譯碼器連接電路的頂層文件原理圖3.對(duì)實(shí)驗(yàn)思考2進(jìn)行分析和總結(jié)。實(shí)驗(yàn)五數(shù)控分頻器的設(shè)計(jì)一、本次課主要內(nèi)容設(shè)計(jì)一個(gè)能實(shí)現(xiàn)數(shù)控分頻的分頻器。1．編寫數(shù)控分頻器的VHDL源程序；2．在MAX+PLUSII上進(jìn)行編譯、綜合、適配、引腳鎖定、下載測(cè)試；3．輸入不同的CLK和預(yù)置值進(jìn)行仿真波形的測(cè)試；二、教學(xué)目的與要求1．學(xué)習(xí)數(shù)控分頻器的設(shè)計(jì)、分析、測(cè)試方法；2．牢固掌握用VHDL語(yǔ)言編寫程序的方法和技巧。3．頻率可選65536Hz或更高（確保分頻后落在音頻范圍）；三、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn):實(shí)體與結(jié)構(gòu)體的關(guān)鍵詞及進(jìn)程的使用，分頻的原理，波形仿真，配置器件的選擇與設(shè)置，程序設(shè)計(jì)中進(jìn)程的作用難點(diǎn):配置器件的選擇與設(shè)置，分頻器的原理。四、教學(xué)方法和手段采用課堂講授(大概20分鐘時(shí)間)，對(duì)分頻器的原理及VHDL程序編寫方法運(yùn)用多媒體進(jìn)行演示、并制作教學(xué)幻燈片。其余時(shí)間指導(dǎo)學(xué)生上機(jī)操作,并解答學(xué)生提問.五、作業(yè)與習(xí)題布置對(duì)所完成的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)和分析并寫出完整的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容包括：程序設(shè)計(jì)、軟件編譯、仿真分析、硬件測(cè)試和詳細(xì)實(shí)驗(yàn)過程.教學(xué)后記：實(shí)驗(yàn)五數(shù)控分頻器的設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)目的1.學(xué)習(xí)數(shù)控分頻器的設(shè)計(jì)、分析、測(cè)試方法；2.牢固掌握用VHDL語(yǔ)言編寫程序的方法和技巧。二、設(shè)計(jì)要求1、編寫數(shù)控分頻器的VHDL源程序；2、在MAX+PLUSII上進(jìn)行編譯、綜合、適配、引腳鎖定、下載測(cè)試；3、輸入不同的CLK和預(yù)置值進(jìn)行仿真波形的測(cè)試；4、寫出設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)報(bào)告。三、設(shè)計(jì)原理說明1.實(shí)驗(yàn)原理說明：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(shí)，將對(duì)輸入的時(shí)鐘信號(hào)有不同的分頻比，可用計(jì)數(shù)值可并行預(yù)置的加法計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)完成，方法是將計(jì)數(shù)溢出位與預(yù)置數(shù)加載輸入信號(hào)相接即可。2.引腳鎖定及下載測(cè)試提示：如果目標(biāo)器件是EPF10K10，建議選實(shí)驗(yàn)電路模式1，鍵2/鍵1（PIO7-PIO0）負(fù)責(zé)輸入8位預(yù)置數(shù)D；CLK由clock0輸入，頻率可選65536Hz或更高（確保分頻后落在音頻范圍）；輸出FOUT接揚(yáng)聲器（SPKER：PIN3）。編譯下載后進(jìn)行硬件測(cè)試：改變鍵2/鍵1的輸入值，可聽到不同音調(diào)的聲音。四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備EDA系統(tǒng)一套，計(jì)算機(jī)一臺(tái)，打印機(jī)一臺(tái)五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求根據(jù)以上的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告，包括程序設(shè)計(jì)、軟件編譯、仿真分析、硬件測(cè)試和詳細(xì)實(shí)驗(yàn)過程；設(shè)計(jì)原程序，程序分析報(bào)告、仿真波形圖及其項(xiàng)目分析。六、實(shí)驗(yàn)思考和總結(jié)1.闡述程序設(shè)計(jì)中進(jìn)程的作用。2.對(duì)所完成的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)和分析。3.寫出完成時(shí)鐘上升沿的語(yǔ)句。附：數(shù)控分頻器的設(shè)計(jì)程序LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITYPULSEISPORT(CLK:INSTD_LOGIC;D:INSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);FOUT:OUTSTD_LOGIC);END;ARCHITECTUREoneOFPULSEISSIGNALFULL:STD_LOGIC;BEGINP_REG:PROCESS(CLK)VARIABLECNT8:STD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);BEGINIFCLK'EVENTANDCLK='1'THENIFCNT8="11111111"THENCNT8:=D;--當(dāng)CNT8計(jì)數(shù)計(jì)滿時(shí)，輸入數(shù)據(jù)D被同步預(yù)置給計(jì)數(shù)器CNT8FULL<='1';--同時(shí)使溢出標(biāo)志信號(hào)FULL輸出為高電平ELSECNT8:=CNT8+1;--否則繼續(xù)作加1計(jì)數(shù)FULL<='0';--且輸出溢出標(biāo)志信號(hào)FULL為低電平ENDIF; ENDIF;ENDPROCESSP_REG;P_DIV:PROCESS(FULL)VARIABLECNT2:STD_LOGIC;BEGINIFFULL'EVENTANDFULL='1'THENCNT2:=NOTCNT2;--如果溢出標(biāo)志信號(hào)FULL為高電平，D觸發(fā)器輸出取反IFCNT2='1'THENFOUT<='1';ELSEFOUT<='0';ENDIF;ENDIF;ENDPROCESSP_DIV;END;實(shí)驗(yàn)六循環(huán)彩燈控制器的設(shè)計(jì)一、本次課主要內(nèi)容設(shè)計(jì)一種樓梯照明控制器，該控制器控制紅、綠、黃三個(gè)發(fā)光管循環(huán)發(fā)光，要求紅燈亮2秒，綠燈亮3秒，黃燈亮1秒。二、教學(xué)目的與要求1．學(xué)習(xí)用狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)特色電路；2．掌握用VHDL語(yǔ)言編寫狀態(tài)機(jī)程序的方法和技巧。三、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn):實(shí)體與結(jié)構(gòu)體的關(guān)鍵詞及進(jìn)程的使用，彩燈的工作過程，波形仿真，配置器件的選擇與設(shè)置，程序設(shè)計(jì)中狀態(tài)機(jī)的設(shè)置。難點(diǎn):配置器件的選擇與設(shè)置，狀態(tài)機(jī)的設(shè)置四、教學(xué)方法和手段采用課堂講授(大概20分鐘時(shí)間)，對(duì)彩燈的工作過程及VHDL程序編寫方法運(yùn)用多媒體進(jìn)行演示、并制作教學(xué)幻燈片。其余時(shí)間指導(dǎo)學(xué)生上機(jī)操作,并解答學(xué)生提問.五、作業(yè)與習(xí)題布置對(duì)所完成的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)和分析并寫出完整的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容包括：程序設(shè)計(jì)、軟件編譯、仿真分析、硬件測(cè)試和詳細(xì)實(shí)驗(yàn)過程，設(shè)計(jì)原程序，程序分析報(bào)告、仿真波形圖及其項(xiàng)目分析。教學(xué)后記：實(shí)驗(yàn)六循環(huán)彩燈控制器的設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)目的1、學(xué)習(xí)用狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)特色電路；2、牢固掌握用VHDL語(yǔ)言編寫狀態(tài)機(jī)程序的方法和技巧。二、設(shè)計(jì)要求1、編寫循環(huán)彩燈控制器的VHDL源程序；2、在MAX+PLUSII上進(jìn)行編譯、綜合、適配、引腳鎖定、下載測(cè)試；3、在MAX+PLUSII上進(jìn)行波形仿真的測(cè)試；4、寫出設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)報(bào)告。三、設(shè)計(jì)說明1、設(shè)計(jì)一種樓梯照明控制器，該控制器控制紅、綠、黃三個(gè)發(fā)光管循環(huán)發(fā)光，要求紅燈亮2秒，綠燈亮3秒，黃燈亮1秒。2、引腳鎖定及下載測(cè)試提示：如果目標(biāo)器件是EPF10K10，自行鎖定引腳。3、設(shè)計(jì)的VHDL程序所用時(shí)鐘頻率為1HZ。四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備EDA系統(tǒng)一套，計(jì)算機(jī)一臺(tái)，打印機(jī)一臺(tái)五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求根據(jù)以上的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告，包括程序設(shè)計(jì)、軟件編譯、仿真分析、硬件測(cè)試和詳細(xì)實(shí)驗(yàn)過程；設(shè)計(jì)原程序，程序分析報(bào)告、仿真波形圖及其項(xiàng)目分析。實(shí)驗(yàn)七四位十進(jìn)制頻率計(jì)的設(shè)計(jì)一、本次課主要內(nèi)容1．設(shè)計(jì)一個(gè)4位十進(jìn)制的頻率計(jì)。其頻率測(cè)量范圍為0－9999HZ，測(cè)量單位為HZ；2．編寫頻率計(jì)的VHDL源程序，并進(jìn)行編譯、引腳鎖定、下載測(cè)試；3．進(jìn)行頻率計(jì)仿真波形的測(cè)試與分析；二、教學(xué)目的與要求1．掌握計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)方法；2．學(xué)習(xí)較復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法；3．掌握實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘上升沿的設(shè)計(jì)方法。三、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn):實(shí)體與結(jié)構(gòu)體的關(guān)鍵詞及進(jìn)程的使用，頻率計(jì)的工作過程，波形仿真，配置器件的選擇與設(shè)置，程序設(shè)計(jì)中狀態(tài)機(jī)的設(shè)置。難點(diǎn):配置器件的選擇與設(shè)置，狀態(tài)機(jī)的設(shè)置四、教學(xué)方法和手段采用課堂講授(大概20分鐘時(shí)間)，對(duì)四位頻率計(jì)的工作過程及VHDL程序編寫方法運(yùn)用多媒體進(jìn)行演示、并制作教學(xué)幻燈片。其余時(shí)間指導(dǎo)學(xué)生上機(jī)操作,并解答學(xué)生提問.五、作業(yè)與習(xí)題布置對(duì)所完成的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)和分析并寫出完整的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容包括：程序設(shè)計(jì)、軟件編譯、仿真分析、硬件測(cè)試和詳細(xì)實(shí)驗(yàn)過程，設(shè)計(jì)原程序，程序分析報(bào)告、仿真波形圖及其項(xiàng)目分析。教學(xué)后記：

實(shí)驗(yàn)七四位十進(jìn)制頻率計(jì)的設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)方法；2.學(xué)習(xí)較復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法；3.掌握實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘上升沿的設(shè)計(jì)方法。二、設(shè)計(jì)要求1、編寫4位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的VHDL源程序,其頻率測(cè)量范圍為1－9999HZ，測(cè)量單位為HZ；2、進(jìn)行編譯、引腳鎖定、下載測(cè)試；3、進(jìn)行頻率計(jì)仿真波形的測(cè)試與分析；4.寫出設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)報(bào)告。三、設(shè)計(jì)原理與電路說明圖7－1四位十進(jìn)制頻率計(jì)頂層文件原理圖1、實(shí)驗(yàn)原理：根據(jù)頻率的定義和頻率測(cè)量的基本原理，測(cè)定信號(hào)的頻率必須有一個(gè)脈寬為1秒的對(duì)輸入信號(hào)脈沖計(jì)數(shù)允許的信號(hào)；1秒計(jì)數(shù)結(jié)束后，計(jì)數(shù)值鎖入鎖存器的鎖存信號(hào)和為下一測(cè)頻計(jì)數(shù)周期作準(zhǔn)備的計(jì)數(shù)器清0信號(hào)。這3個(gè)信號(hào)可以由一個(gè)測(cè)頻控制信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生，如圖1中的TESTCTL，它的設(shè)計(jì)要求是，TESTCTL的計(jì)數(shù)使能信號(hào)CNT_EN能產(chǎn)生一個(gè)1秒脈寬的周期信號(hào)，并對(duì)頻率計(jì)的每一計(jì)數(shù)器CNT10的ENA使能端進(jìn)行同步控制。當(dāng)CNT_EN高電平時(shí)，允許計(jì)數(shù)；低電平時(shí)停止計(jì)數(shù)，并保持其所計(jì)的脈沖數(shù)。在停止計(jì)數(shù)期間，首先需要一個(gè)鎖存信號(hào)LOAD的上跳沿將計(jì)數(shù)器在前1秒鐘的計(jì)數(shù)值鎖存進(jìn)各鎖存器REG4B中，并由外部的7段譯碼器譯出，顯示計(jì)數(shù)