《EDA技術(shù)課程方案》實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容及實(shí)施安排表

1、1/ 12EDA 技術(shù)課程設(shè)計(jì)實(shí)踐教案內(nèi)容及實(shí)行安排表課程設(shè)計(jì)名稱EDA 技術(shù)課程設(shè)計(jì)參考教材或指導(dǎo)書1.陳忠平，高金定，高見芳.基于Quartusll的FPGA/CPLD設(shè)計(jì)與 實(shí)踐M.電子工業(yè)出版社，2018.2.潘松等編著.EDA技術(shù)實(shí)用教程M.科學(xué)出版社，2006.3. Pedroni, Winei A.Circuit Design with VHDLM. MIT press,2005.4.梁勇，王留奎編著，EDA技術(shù)教程M.人民郵電出版社，2018.5.周立功等編著.EDA實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐M.北京航空航天大學(xué)出版社，2007.6.侯建軍，郭勇編著.SOPC技術(shù)基礎(chǔ)教程M.清華大學(xué)出版社，2

2、008.教 案任 務(wù)一、 教案目的EDA課程設(shè)計(jì)注：EDA即電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化，Electronics DesignAutomation）是繼模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)、數(shù)子電子技術(shù)基礎(chǔ)、電 子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程后，電氣類、自控類和電子類等專業(yè)學(xué)生在電子技 術(shù)實(shí)驗(yàn)技能方面綜合性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練課程，是電子技術(shù)基礎(chǔ)的一個(gè)部分， 其目的和任務(wù)是通過(guò)一周的時(shí)間，讓學(xué)生掌握EDA的基本方法，熟悉一種EDA軟件vQuartus II），并能利用EDA軟件設(shè)計(jì)一個(gè)電子技術(shù)綜合問題， 并在實(shí)驗(yàn)板上成功下載，為以后進(jìn)行項(xiàng)目實(shí)際問題的研究打下設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。二、 內(nèi)容及要求以下課題供學(xué)生選擇，2人一組，小組間不重復(fù)選題，同時(shí)學(xué)生也可根

3、據(jù)自身興趣愛好自選綜合性設(shè)計(jì)項(xiàng)目，但需將選題情況報(bào)指導(dǎo)教師審查批 準(zhǔn)方可實(shí)行。課題1:脈沖寬度測(cè)量?jī)x電路設(shè)計(jì)1任務(wù)采用EDA技術(shù)，設(shè)計(jì)一個(gè)能測(cè)量脈沖信號(hào)寬度的系統(tǒng)。系統(tǒng)圖如下：2/ 12El2要求（1）脈沖信號(hào)寬度的測(cè)量精度為土1ms。（2）脈沖信號(hào)寬度的測(cè)量范圍為010s。（3）調(diào)試過(guò)程中可以用按鍵模擬脈沖信號(hào)。（4）測(cè)量值用5位數(shù)碼管顯示可以采用靜態(tài)顯示）。（5）輸入信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)TTL電平。（6）調(diào)試中既可以采用正脈沖，也可以采用負(fù)脈沖任選其一）（7）必須先進(jìn)行前仿真，并打印出仿真波形。（8）按湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院課程設(shè)計(jì)管理辦法要求提交課程設(shè) 計(jì)報(bào)告。課題2:搶答器設(shè)計(jì)1任務(wù)采用EDA技術(shù)，設(shè)

4、計(jì)一個(gè)4人搶答器。系統(tǒng)圖如下：2要求（1）1個(gè)主持鍵、4個(gè)搶答鍵。（2）搶答的鍵號(hào)用一個(gè)數(shù)碼管顯示可以采用靜態(tài)顯示）。（3）搶答的時(shí)間用兩位數(shù)碼管顯示可以采用靜態(tài)顯示），精確到0.1s。3/ 12（4）主持鍵按下，4個(gè)搶答鍵才有效，時(shí)間從0.0s開始計(jì)時(shí)。（5）當(dāng)時(shí)間到8.8s還沒人按搶答鍵，搶答停止，搶答鍵無(wú)效；當(dāng) 主持鍵再次按下才有效。（6）在規(guī)定時(shí)間內(nèi)搶答鍵按下時(shí)，顯示先按下的鍵號(hào)，時(shí)間停 止，搶答鍵無(wú)效；當(dāng)主持鍵再次按下才有效。（7）必須先進(jìn)行前仿真，并打印出仿真波形。（8）按湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院課程設(shè)計(jì)管理辦法要求提交課程設(shè) 計(jì)報(bào)告。課題3:數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)1.任務(wù)及要求（1）設(shè)計(jì)一個(gè)能測(cè)

5、量方波信號(hào)的頻率的頻率計(jì)。（2）測(cè)量的頻率范圍是0、999999Hz。（3）結(jié)果用十進(jìn)制數(shù)顯示。（4）按湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院課程設(shè)計(jì)管理辦法要求提交課程設(shè) 計(jì)報(bào)告。2、設(shè)計(jì)提示：（1）脈沖信號(hào)的頻率就是在單位時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的脈沖個(gè)數(shù)，其表 達(dá)式為f=N/T，f為被測(cè)信號(hào)的頻率，N為計(jì)數(shù)器所累計(jì)的脈沖個(gè)數(shù)，T為 產(chǎn)生N個(gè)脈沖所需的時(shí)間。所以，在1秒時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)器所記錄的結(jié)果，就 是被測(cè)信號(hào)的頻率。（2）被測(cè)頻率信號(hào)取自實(shí)驗(yàn)箱晶體振蕩器輸出信號(hào)，加到主控門 的輸入端。（3）再取晶體振蕩器的另一標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)，經(jīng)分頻后產(chǎn)生各種時(shí) 基脈沖：1ms，10ms，0.1s，1s等，時(shí)基信號(hào)的選擇可以控制，即量程可以

6、改變。（4）時(shí)基信號(hào)經(jīng)控制電路產(chǎn)生閘門信號(hào)至主控門，只有在閘門信 號(hào)采樣期間內(nèi)（時(shí)基信號(hào)的一個(gè)周期，輸入信號(hào)才通過(guò)主控門。（5）f=N/T，改變時(shí)基信號(hào)的周期T,即可得到不同的測(cè)頻范圍。（6） 當(dāng)主控門關(guān)閉時(shí)，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，顯示器顯示記錄結(jié)果， 此時(shí)控制電路輸出一個(gè)置零信號(hào)，將計(jì)數(shù)器和所有觸發(fā)器復(fù)位，為新的一 次采樣做好準(zhǔn)備。（7）改變量程時(shí)，小數(shù)點(diǎn)能自動(dòng)移位。課題4:出租車自動(dòng)計(jì)費(fèi)器的設(shè)計(jì)1任務(wù)及要求（1） 能實(shí)現(xiàn)計(jì)費(fèi)功能，起步費(fèi)為3.00元，并在車行1km后按1.8/km增加,當(dāng)計(jì)費(fèi)器達(dá)到或超過(guò)一定收費(fèi)（如20元時(shí)，每千M加收50%的車費(fèi)，車 停止計(jì)費(fèi)結(jié)束。（2）能實(shí)現(xiàn)預(yù)置起步費(fèi)、每千M

7、收費(fèi)、車行程加費(fèi)里。（3）能實(shí)現(xiàn)模擬汽車起動(dòng)、停止、暫停、車速等狀態(tài)。（4）能將車費(fèi)和路程用數(shù)碼管顯示，并有兩位小數(shù)。4/ 12（5）擴(kuò)充其它功能。（6）按湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院課程設(shè)計(jì)管理辦法要求提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告。2、設(shè)計(jì)提示:系統(tǒng)頂層框圖：顯示輸出顯示輸出課題5:彩燈控制器的設(shè)計(jì)1.任務(wù)及要求（1）設(shè)計(jì)一個(gè)彩燈控制器，使彩燈LED管）能連續(xù)發(fā)出四種以 上不同的顯示形式；（2）隨著彩燈顯示圖案的變化，發(fā)出不同的音響聲。（3）擴(kuò)充其它功能。（4）按湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院課程設(shè)計(jì)管理辦法要求提交課程設(shè) 計(jì)報(bào)告。2、設(shè)計(jì)提示：（1）彩燈顯示的不同形式可由不同進(jìn)制計(jì)數(shù)器驅(qū)動(dòng)LED顯示完成；（2）音響由選擇不同頻

8、率CP脈沖驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器形成。課題6:交通燈控制器的設(shè)計(jì)1任務(wù)及要求（1） 設(shè)計(jì)一個(gè)交通信號(hào)燈控制器，由一條主干道和一條支干道匯 合成十字路口，在每個(gè)入口處設(shè)置紅、綠、黃三色信號(hào)燈，紅燈亮禁止通 行，綠燈亮允許通行，黃燈亮則給行駛中的車輛有時(shí)間停在禁行線外。（2）紅、綠、黃發(fā)光二極管作信號(hào)燈，用傳感器或邏輯開關(guān)作檢 測(cè)車輛是否到來(lái)的信號(hào)。（3）主干道處于常允許通行的狀態(tài)，支干道有車來(lái)時(shí)才允許通 行。主干5/ 12道亮綠燈時(shí)，支干道亮紅燈；支干道亮綠燈時(shí)，主干道亮紅燈。（4）主、支干道均有車時(shí)，兩者交替允許通行，主干道每次放行45秒，支干道每次放行25秒，設(shè)立45秒、25秒計(jì)時(shí)、顯示電路。（5）在每

9、次由綠燈亮到紅燈亮的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，要亮5秒黃燈作為過(guò)渡，使行駛中的車輛有時(shí)間停到禁行線外，設(shè)立5秒計(jì)時(shí)、顯示電路。（6）按湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院課程設(shè)計(jì)管理辦法要求提交課程設(shè) 計(jì)報(bào)告。2設(shè)計(jì)提示（1）主、支干道用傳感器檢測(cè)車輛到來(lái)情況，實(shí)驗(yàn)電路用邏輯開 關(guān)代替。（2）選擇1HZ時(shí)鐘脈沖作為系統(tǒng)時(shí)鐘。（3）45秒、25秒、5秒定時(shí)信號(hào)可用順計(jì)時(shí)，也可用倒計(jì)時(shí)，計(jì) 時(shí)起始信號(hào)由主控電路給出，每當(dāng)計(jì)滿所需時(shí)間，即向主控電路輸出“時(shí) 間到”信號(hào)，并使計(jì)數(shù)器清零，由主控電路啟、閉三色信號(hào)燈或啟動(dòng)另一 計(jì)時(shí)電路。（4）主控電路是核心，這是一個(gè)時(shí)序電路，其輸入信號(hào)為：車輛檢測(cè)信號(hào)A，B，；45秒、25秒、5秒定時(shí)信

10、號(hào)C,D，E）,其輸出狀態(tài) 控制相應(yīng)的三色燈。主控電路可以由兩個(gè)JK觸發(fā)器和邏輯門構(gòu)成，其輸出 經(jīng)譯碼后，控制主干道三色燈R、G、丫和支干道三色燈r、g、y。設(shè)計(jì)7:拔河游戲機(jī)設(shè)計(jì)1任務(wù)及要求（1）設(shè)計(jì)一個(gè)能進(jìn)行拔河游戲的電路。（2）電路使用7個(gè)發(fā)光二極管，開機(jī)后只有中間一個(gè)發(fā)亮，此即 拔河的中心點(diǎn)。（3）游戲雙方各持一個(gè)按鈕，迅速地、不斷地按動(dòng)，產(chǎn)生脈沖，誰(shuí)按得快，亮點(diǎn)就向誰(shuí)的方向移動(dòng)，每按一次，亮點(diǎn)移動(dòng)一次。（4）亮點(diǎn)移到任一方終端二極管時(shí)，這一方就獲勝，此時(shí)雙方按 鈕均無(wú)作用，輸出保持，只有復(fù)位后才使亮點(diǎn)恢復(fù)到中心。（5）用數(shù)碼管顯示獲勝者的盤數(shù)。（6）按湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院課程設(shè)計(jì)管理辦法

11、要求提交課程設(shè) 計(jì)報(bào)告。2、設(shè)計(jì)提示（1）按鈕信號(hào)即輸入的脈沖信號(hào)，每按一次按鈕都應(yīng)能進(jìn)行有效 的計(jì)數(shù)。（2）用可逆計(jì)數(shù)器的加、減計(jì)數(shù)輸入端分別接受兩路脈沖信號(hào)，可逆計(jì)數(shù)器原始輸出狀態(tài)為0000,經(jīng)譯碼器輸出，使中間一只二極管發(fā)亮。（3）當(dāng)計(jì)數(shù)器進(jìn)行加法計(jì)數(shù)時(shí)，亮點(diǎn)向右移；進(jìn)行減法計(jì)數(shù)時(shí)， 亮點(diǎn)向左移。（4）由一個(gè)控制電路指示誰(shuí)勝誰(shuí)負(fù)，當(dāng)亮點(diǎn)移到任一方終端時(shí)， 由控制電路產(chǎn)生一6/ 12個(gè)信號(hào)，使計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。（5）將雙方終端二極管“點(diǎn)亮”信號(hào)分別接兩個(gè)計(jì)數(shù)器的“使 能”端，當(dāng)一方取勝時(shí)，相應(yīng)的計(jì)數(shù)器進(jìn)行一次計(jì)數(shù)，這樣得到雙方取勝 次數(shù)的顯示。（6）設(shè)置一個(gè)“復(fù)位”按鈕，使亮點(diǎn)回到中心，取勝

12、計(jì)數(shù)器也要 設(shè)置一個(gè)“復(fù)位”按鈕，使之能清零。設(shè)計(jì)&乒乓球比賽游戲機(jī)的設(shè)計(jì)1任務(wù)及要求（1）設(shè)計(jì)一個(gè)由甲、乙雙方參賽，有裁判的3人乒乓球游戲機(jī)。（2）用8個(gè)LED排成一條直線，以中點(diǎn)為界，兩邊各代表參賽雙方的位置，其中一只點(diǎn)亮的LED指示球的當(dāng)前位置，點(diǎn)亮的LED依此從 左到右，或從右到左，其移動(dòng)的速度應(yīng)能調(diào)節(jié)。（3）當(dāng)“球”（點(diǎn)亮的那只LED運(yùn)動(dòng)到某方的最后一位時(shí)，參賽 者應(yīng)能果斷地按下位于自己一方的按鈕開關(guān)，即表示啟動(dòng)球拍擊球。若擊中，則球向相反方向移動(dòng)；若未擊中，則對(duì)方得1分。（4）一方得分時(shí)，電路自動(dòng)響鈴3秒，這期間發(fā)球無(wú)效，等鈴聲 停止后方能繼續(xù)比賽。（5）設(shè)置自動(dòng)記分電路，

13、甲、乙雙方各用2位數(shù)碼管進(jìn)行記分顯 示，每計(jì)滿21分為1局。（6）甲、乙雙方各設(shè)一個(gè)發(fā)光二極管，表示擁有發(fā)球權(quán)，每隔5次自動(dòng)交換發(fā)球權(quán)，擁有發(fā)球權(quán)的一方發(fā)球才有效。（7）按湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院課程設(shè)計(jì)管理辦法要求提交課程設(shè) 計(jì)報(bào)告。2、設(shè)計(jì)提示（1） 用雙向移位寄存器的輸出端控制LED顯示來(lái)模擬乒乓球運(yùn)動(dòng) 的軌跡，先點(diǎn)亮位于某一方的第1個(gè)LED，由擊球者通過(guò)按鈕輸入開關(guān)信 號(hào)，實(shí)現(xiàn)移位方向的控制。（2）也可用計(jì)數(shù)譯碼方式實(shí)現(xiàn)乒乓球運(yùn)動(dòng)軌跡的模擬，如利用加/減計(jì)數(shù)器的2個(gè)時(shí)鐘信號(hào)實(shí)現(xiàn)甲、乙雙方的擊球，由表示球拍的按鈕產(chǎn)生計(jì)數(shù)時(shí)鐘，計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)經(jīng)譯碼驅(qū)動(dòng)LED發(fā)亮。（3）任何時(shí)刻都保持一個(gè)LED發(fā)

14、亮，若發(fā)亮的LED運(yùn)動(dòng)到對(duì)方的終點(diǎn)，但對(duì)方未能及時(shí)輸入信號(hào)使其向相反方向移動(dòng)，即失去1分。（4）控制電路決定整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)動(dòng)作，必須嚴(yán)格掌握各信號(hào)之 間的關(guān)系。設(shè)計(jì)9:樂曲演奏電路的設(shè)計(jì)1任務(wù)及要求（1）設(shè)計(jì)一樂曲演奏電路，能控制播放“梁?！?、“兩只老 虎”、“瀏陽(yáng)河”等曲7/ 12子。（2）具備順序播放的功能。（3）具備按鍵選擇播放曲子的功能。（4）具備LED彩燈閃爍功能。（5）其他功能。（6）按湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院課程設(shè)計(jì)管理辦法要求提交課程設(shè) 計(jì)報(bào)告。2設(shè)計(jì)提示（1）音樂硬件演奏電路基本原理：聲音的頻譜范圍約在幾十到幾千赫茲，若能利用程序來(lái)控制FPGA芯片某個(gè)引腳輸出一定頻率的矩形波，接上揚(yáng)

15、聲器就能發(fā)出相應(yīng)頻率的聲音。樂曲中的每一音符對(duì)應(yīng)著一個(gè) 確定的頻率，要想FPGA發(fā)出不同音符的音調(diào)，實(shí)際上只要控制它輸出相 應(yīng)音符的頻率即可。樂曲都是由一連串的音符組成，因此按照樂曲的樂譜 依次輸出這些音符所對(duì)應(yīng)的頻，就可以在揚(yáng)聲器上連續(xù)地發(fā)出各個(gè)音符的 音調(diào)。而要準(zhǔn)確地演奏出一首樂曲，僅僅讓揚(yáng)聲器能夠發(fā)生是不夠的，還 必須準(zhǔn)確地控制樂曲的節(jié)奏，即樂曲中每個(gè)音符的發(fā)生頻率及其持續(xù)時(shí)間 是樂曲能夠連續(xù)演奏的兩個(gè)關(guān)鍵因素。（2）音符頻率的獲得：多個(gè)不同頻率的信號(hào)可通過(guò)對(duì)某個(gè)基準(zhǔn)頻率進(jìn)行分頻器獲得。因?yàn)楦鱾€(gè)音符的頻率多為非整數(shù)，而分頻系數(shù)又不能為 小數(shù)，故必須將計(jì)算機(jī)得到的分頻系數(shù)四舍五入取整。若基

16、準(zhǔn)頻率過(guò)低，則分頻系數(shù)過(guò)小，四舍五入取整后的誤差較大。若基準(zhǔn)頻率過(guò)高，雖然可 以減少頻率的相對(duì)誤差，但分頻結(jié)構(gòu)將變大。實(shí)際上應(yīng)該綜合考慮這兩個(gè) 方面的因素，在盡量減少誤差的前提下，選取合適的基準(zhǔn)頻率。（3）簡(jiǎn)譜中音名與頻率的關(guān)系:音名頻率HZ）音名頻率HZ）音名頻率 正轉(zhuǎn)20秒-； 暫停10秒-； 反轉(zhuǎn)20秒-； 暫停10秒-;定時(shí)未到回到“正轉(zhuǎn)20秒， 暫停10秒 ”，定時(shí)到則停止；(2)若定時(shí)到，則停機(jī)發(fā)出音響信號(hào)；(3)用兩個(gè)數(shù)碼管顯示洗滌的預(yù)置時(shí)間，每個(gè)點(diǎn)的位置由其所在行和列確 定，一幅圖像就由這樣的點(diǎn)陣來(lái)顯示，像素點(diǎn)點(diǎn)亮的方式為從左到右，從10/ 12上到下一行一行地掃描，當(dāng)一屏掃元

17、也就元成了一幀圖像的顯示，一秒鐘 掃60幀圖像，其刷新率為60Hz。設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于：1、顯示某一顏色的位 置；2、如何由二進(jìn)制代表顏色。(2)應(yīng)當(dāng)注意，VGA顯示器每掃描完一行，再掃描一下行時(shí)會(huì)花一定時(shí)間來(lái)準(zhǔn)備，因此要滿足時(shí)序要求。Iill11 IIin11 i砒 耐韶 丨乂飜廠帝襯X下一疔麗Tg-VGA行掃描時(shí)序圖(3)同樣每掃描完一幀，再掃描下一幀行時(shí)也會(huì)花一定時(shí)間來(lái)準(zhǔn)備，因此也要滿足其時(shí)序要求。顏色編碼表顏色黑八、藍(lán)綠品紅青黃白R(shí)00001111G00110011B01010101設(shè)計(jì)13:數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)1任務(wù)及要求(1)使用FPGA控制ADC0809，設(shè)計(jì)一個(gè)量程為5V的數(shù)字電壓 表

18、。要求采用IITd_id1場(chǎng)同歩-41出丨場(chǎng)消隱廠 T!團(tuán)像VGA場(chǎng)掃描時(shí)序圖顯示的顏色用三位二進(jìn)制表示，共可以顯示八種顏色，對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表所 示：:丿1 如行同步 I 巴咋件TAR 蔚場(chǎng)洎陰11/ 123位數(shù)碼管顯示電壓值，可以顯示小數(shù)點(diǎn)的后兩位。(2)按湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院課程設(shè)計(jì)管理辦法要求提交課程設(shè) 計(jì)報(bào)告。2設(shè)計(jì)提示ADC0809采樣控制可采樣狀態(tài)機(jī)來(lái)完成，具體參考ADC0809采樣時(shí)序及特性表。12/ 12本課程設(shè)計(jì)時(shí)間2周，主要用到EDA技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，所有項(xiàng)目必須在實(shí) 驗(yàn)箱或開發(fā)板上實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)14：其余任選綜合性設(shè)計(jì)項(xiàng)目選題前須經(jīng)指導(dǎo)教師審核批準(zhǔn)。專 業(yè)班 級(jí)電子信息項(xiàng)目1001、1002、1004班；電子信息科學(xué)與技術(shù)1001學(xué)生人 數(shù)103分組安排共分為6組：電子信息項(xiàng)目1001班分為兩組，電子信息項(xiàng)目1002班 分為兩組，電子信息項(xiàng)目1004班一組，電子信息科學(xué)與技術(shù)1001班一 組。指 導(dǎo)教 師每組安排一位指導(dǎo)教師，共六位教師，具體安排見附件。時(shí) 間從6月17日至6月28日，小計(jì)：10天2周法定節(jié)假日除外）教 案地 占八、6教209等教室，具體安排見附件。13/ 12日 ?？?核及 成績(jī) 評(píng)疋 標(biāo)準(zhǔn)1、 日?？己擞芍笇?dǎo)老師做好每日學(xué)生考勤工作，并對(duì)學(xué)生的課程設(shè)計(jì)進(jìn)度、學(xué)習(xí) 態(tài)度、動(dòng)手能力等方面的表現(xiàn)做好相關(guān)記錄。2、成績(jī)組成1）平時(shí)考核滿分10分）主要考查