EDA與數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計

1、 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and AutomationEDAEDA與數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計與數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計教材：教材：EDAEDA與數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計與數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計李國麗李國麗 朱維勇朱維勇 何劍春主編何劍春主編 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation幾點注意：幾點注意： 1 1、遵守實驗室紀律，保持實驗室環(huán)境，注意電腦、遵守實驗室紀律，保持實驗室環(huán)境，注意電腦病毒病毒。每次實驗開始前先簽到，完成后匯報實驗結(jié)。每次實驗開始前先簽到，完成后匯報實驗結(jié)果，結(jié)束后必須整理實驗臺

2、。果，結(jié)束后必須整理實驗臺。 2 2、原則上不允許互借器件，尤其不要用、原則上不允許互借器件，尤其不要用U U盤互拷文盤互拷文件。所有工程文件夾建立在桌面上，不要亂翻硬盤件。所有工程文件夾建立在桌面上，不要亂翻硬盤里其他文件夾，可能激活殘留的病毒。里其他文件夾，可能激活殘留的病毒。 3 3、及時、及時備份備份，不要隨意覆蓋存檔。，不要隨意覆蓋存檔。 4 4、每天及時總結(jié)整理報告文檔。、每天及時總結(jié)整理報告文檔。 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation課程時間安排課程時間安排進度進度(AM(AM：08:30-11:30

3、08:30-11:30 PM PM：14:00-17:00)14:00-17:00)課程內(nèi)容課程內(nèi)容實踐內(nèi)容實踐內(nèi)容 0819 AM 0819 AMFPGAFPGA簡介；簡介；建立工程的方法；建立工程的方法；邏輯門邏輯門/ /譯碼器譯碼器模塊；模塊；（1 1、建立、建立/ /命名命名/ /保存；保存；2 2、分配引、分配引腳腳/ /時序圖仿真；時序圖仿真；3 3、下載、下載/ /調(diào)試；）調(diào)試；） 0819 PM 0819 PM模塊封裝模塊封裝/ /調(diào)用；調(diào)用；十六進制十六進制/ /任意進制任意進制計數(shù)器；計數(shù)器；（1 1、74160/74161/749074160/74161/7490芯片方案

4、；芯片方案；2 2、D D觸發(fā)器方案；）觸發(fā)器方案；） 0820 AM 0820 AMVHDLVHDL簡介；簡介；二十四進制、六十進制二十四進制、六十進制計數(shù)計數(shù)器模塊器模塊（VHDLVHDL方案）；方案）； 0820 PM 0820 PM數(shù)字鐘設(shè)計；數(shù)字鐘設(shè)計；校時校時模塊；模塊； 0821 AM 0821 AM鬧鐘鬧鐘模塊；模塊； 0821 PM 0821 PM系統(tǒng)系統(tǒng)聯(lián)調(diào)、精簡聯(lián)調(diào)、精簡； 0822 AM 0822 AM課程設(shè)計報告課程設(shè)計報告； 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and AutomationFPGA FPGA FPG

5、AFPGA（FieldFieldProgrammable Gate ArrayProgrammable Gate Array），即），即現(xiàn)現(xiàn)場可編程門陣列場可編程門陣列，它是在，它是在PALPAL、GALGAL、CPLDCPLD等可編程等可編程器件的基礎(chǔ)上進一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集器件的基礎(chǔ)上進一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路（成電路（ASICASIC）領(lǐng)域中的一種）領(lǐng)域中的一種半定制半定制電路而出現(xiàn)的，電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點。件門電路數(shù)有限的缺點。 電氣工程與自動化學院College

6、 of Electrical Engineering and Automation Quartus Quartus上手上手 新建一個工程；新建一個工程； 創(chuàng)建文件；創(chuàng)建文件； 編譯工程；編譯工程； 分配引腳；分配引腳； 時序仿真；時序仿真； 下載調(diào)試；下載調(diào)試； 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation File - New Project WizardFile - New Project Wizard 第一個空格里填工程第一個空格里填工程文件夾保存地址，文件夾保存地址，地址地址不支持包含中文不支持包含中文； 第二個空

7、格填上工程第二個空格填上工程的名稱（注意：與的名稱（注意：與“模模塊名塊名”區(qū)分），不支持區(qū)分），不支持中文，且中文，且前三個字符不前三個字符不允許數(shù)字允許數(shù)字； 第三個空格默認與第第三個空格默認與第二個空格一致；二個空格一致； 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation NextNext 是否有已建立文件需要是否有已建立文件需要導入。沒有直接下一步。導入。沒有直接下一步。 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation NextNext 選擇選擇FP

8、GAFPGA的芯片型號。的芯片型號。必須與實際使用的必須與實際使用的FPGAFPGA芯片芯片型號一致型號一致，否則無法進行引，否則無法進行引腳分配。具體芯片型號刻蝕腳分配。具體芯片型號刻蝕在芯片正面。在芯片正面。系列系列引腳數(shù)引腳數(shù) 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation Quartus Quartus上手上手 新建一個工程；新建一個工程； 創(chuàng)建文件；創(chuàng)建文件； 編譯工程；編譯工程； 分配引腳；分配引腳； 時序仿真；時序仿真； 下載調(diào)試；下載調(diào)試； 電氣工程與自動化學院College of Electrical En

9、gineering and Automation File - New - Block Diagram/Schematic File File - New - Block Diagram/Schematic File 該文件格式是大家熟悉的該文件格式是大家熟悉的電原理圖形式。電原理圖形式。 對于熟悉硬件描述語言的對于熟悉硬件描述語言的高級研發(fā)人員，多選擇高級研發(fā)人員，多選擇AHDLAHDL、VerilogVerilog HDL HDL或或VHDLVHDL格式。格式。 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation 加入模塊加

10、入模塊在繪圖區(qū)雙擊鼠標左鍵，即彈出添加符號元件的窗口：在繪圖區(qū)雙擊鼠標左鍵，即彈出添加符號元件的窗口：LogicLogic：基本邏輯：基本邏輯器件，如器件，如TTLTTL門電門電路、芯片路、芯片pinpin：引腳，輸入：引腳，輸入輸出等輸出等快速調(diào)用：按元件快速調(diào)用：按元件名搜索，如輸入名搜索，如輸入“VccVcc”、“7490”,7490”,快速調(diào)用電源?？焖僬{(diào)用電源。 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation加入一個輸入引腳，一個非門，一個輸出引腳：加入一個輸入引腳，一個非門，一個輸出引腳： 給輸入輸出引腳命名給輸

11、入輸出引腳命名雙擊輸入引腳原理圖雙擊輸入引腳原理圖的圖標，彈出屬性框，如的圖標，彈出屬性框，如將上面輸入命名為將上面輸入命名為“in”in”。 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation 給引腳命名將方便后面的操作。給引腳命名將方便后面的操作。 另外還有一個好處：在系統(tǒng)中，另外還有一個好處：在系統(tǒng)中，兩個引腳只要名稱相同，即兩個引腳只要名稱相同，即認為它們是相連的認為它們是相連的。因此在電路器件較多連線交錯的情況下，。因此在電路器件較多連線交錯的情況下，采用這種采用這種“虛連虛連”的方法，可以大大降低工作量和錯誤率，的方

12、法，可以大大降低工作量和錯誤率，也使得電路更簡潔清爽。也使得電路更簡潔清爽。ld1.4ld1.4：這是一種：這是一種“總線總線”名，表示名，表示“l(fā)d1/ld2/ld3/ld4ld1/ld2/ld3/ld4這四根線這四根線”。 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation Quartus Quartus上手上手 新建一個工程；新建一個工程； 創(chuàng)建文件；創(chuàng)建文件； 編譯工程；編譯工程； 分配引腳；分配引腳； 時序仿真；時序仿真； 下載調(diào)試；下載調(diào)試； 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engin

13、eering and Automation Processing - StartCompilationProcessing - StartCompilation，或者：，或者： 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation Quartus Quartus上手上手 新建一個工程；新建一個工程； 創(chuàng)建文件；創(chuàng)建文件； 編譯工程；編譯工程； 分配引腳；分配引腳； 時序仿真；時序仿真； 下載調(diào)試；下載調(diào)試； 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation Ass

14、ignments - PinsAssignments - Pins，或者：，或者： 注意，許多引腳的功注意，許多引腳的功能相對受限，比如并能相對受限，比如并不是所有引腳都可以不是所有引腳都可以作為作為CLKCLK輸入端，推輸入端，推薦做薦做CLKCLK端的引腳也端的引腳也盡量不要用作盡量不要用作I/OI/O。 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation Quartus Quartus上手上手 新建一個工程；新建一個工程； 創(chuàng)建文件；創(chuàng)建文件； 編譯工程；編譯工程； 分配引腳；分配引腳； 時序仿真；時序仿真； 下載調(diào)試；下

15、載調(diào)試； 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation 如果沒有硬件，可以建立一個時序仿真來檢驗工程的如果沒有硬件，可以建立一個時序仿真來檢驗工程的效果。這不是一個必須的過程，但在效果。這不是一個必須的過程，但在DebugDebug的時候非的時候非常有用。常有用。 File - New - Vector Wave FileFile - New - Vector Wave File ，如下圖所示：，如下圖所示： 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automatio

16、n 可以對工程中所有引腳邏輯進行仿真，也可僅對其中部可以對工程中所有引腳邏輯進行仿真，也可僅對其中部分引腳進行仿真，但選擇的部分引腳必須滿足所仿輸出分引腳進行仿真，但選擇的部分引腳必須滿足所仿輸出引腳的邏輯充分性。引腳的邏輯充分性。NameName區(qū)雙擊鼠標，彈出區(qū)雙擊鼠標，彈出要加入的引腳對話框要加入的引腳對話框點擊點擊“NodeFilderNodeFilder”選擇選擇“PinPin：all”all”，然，然后單擊后單擊“List”List”按鈕按鈕選擇需要仿真的邏輯引腳，選擇需要仿真的邏輯引腳，點擊點擊“”加入加入 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engi

17、neering and Automation 在加給定信號之前，先設(shè)置仿真時間。在加給定信號之前，先設(shè)置仿真時間。 Edit - End TimeEdit - End Time ，在該窗口中設(shè)置仿真的時間長短。，在該窗口中設(shè)置仿真的時間長短。 仿真時間未必一定與仿真時間未必一定與實際時間一致。比如實際時間一致。比如測試一個測試一個6060進制計數(shù)進制計數(shù)器，可以將器，可以將CLKCLK信號信號設(shè)置成設(shè)置成1000Hz1000Hz，這樣，這樣仿真時間只需要仿真時間只需要60ms60ms就足夠了。就足夠了。 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering a

18、nd Automation 接下來就是給要仿真的輸入引腳加接下來就是給要仿真的輸入引腳加給定信號給定信號。注意若輸。注意若輸出引腳也加入給定信號的話，仿真就失去意義了。出引腳也加入給定信號的話，仿真就失去意義了。輸入波形輸入波形 最常用的就是最常用的就是“時鐘信號時鐘信號”和和“高高/ /低電平低電平”三種。三種。輸出波形輸出波形 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation 給定高給定高/ /低電平，只需要拖選時間軸上特定區(qū)域，點擊低電平，只需要拖選時間軸上特定區(qū)域，點擊“激勵源激勵源”上需要的信號就可以了。上需要的信號

19、就可以了。 對于時鐘信號則需要設(shè)置對于時鐘信號則需要設(shè)置“起止時間起止時間”，“周期周期”，“相位相位”及及“占空比占空比”。開始時間開始時間終止時間終止時間信號頻率信號頻率初相位初相位占空比占空比 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation Processing - Start SimulationProcessing - Start Simulation，系統(tǒng)開始對電路進，系統(tǒng)開始對電路進行仿真?；蛘撸盒蟹抡?。或者：0000 00000000 00000010 00110010 00110000 00000000 0

20、000 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation Quartus Quartus上手上手 新建一個工程；新建一個工程； 創(chuàng)建文件；創(chuàng)建文件； 編譯工程；編譯工程； 分配引腳；分配引腳； 時序仿真；時序仿真； 下載調(diào)試；下載調(diào)試； 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation Tools - Programmer Tools - Programmer , ,或者：或者： 首先，點擊首先，點擊“Hardware Setup”Hardware Setup

21、”查看設(shè)備接線是否查看設(shè)備接線是否正常，點擊正常，點擊“Model”Model”查看當查看當前模型是不是你要前模型是不是你要下載到下載到FPGAFPGA的模型，的模型，無誤后點擊無誤后點擊“Start”Start”?！癙rogress”Progress”達到達到100%100%就下載完成了。就下載完成了。 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation 模塊封裝模塊封裝/ /調(diào)用調(diào)用 選擇選擇“File”File”菜單中的菜單中的“Create/Update”Create/Update”子菜單子菜單中的中的“Create S

22、ymbol Files for Current File”Create Symbol Files for Current File” 命令。命令。 將將源工程源工程文件夾里的工程文件、原理圖元件、模塊文件夾里的工程文件、原理圖元件、模塊元件圖拷貝到元件圖拷貝到目的工程目的工程文件夾中，就可以在目的工文件夾中，就可以在目的工程中像調(diào)用基礎(chǔ)元件一樣調(diào)用封裝的模塊了程中像調(diào)用基礎(chǔ)元件一樣調(diào)用封裝的模塊了 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation VHDL VHDL語言語言 File- New - Device Design

23、File - VHDL FileFile- New - Device Design File - VHDL File VHDLVHDL文件的封裝方式與文件的封裝方式與SchematicSchematic文件一致，只是調(diào)文件一致，只是調(diào)用的時候要少拷貝一個原理圖，代之以一個用的時候要少拷貝一個原理圖，代之以一個代碼文件代碼文件。 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automationlibrary ieee ;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;ent

24、ity jsq34 is port(clk,reset:in std_logic;qh,ql:buffer std_logic_vector (3 downto 0);end jsq34;architecture one of jsq34 isbeginprocess (clk,reset)beginif(reset=0) then qh=0011;ql=0100;elsif (clkevent and clk=1) then if (qh=0000 and ql=0001)then qh=0011;ql=0100;elsif (ql=0000)then qh=qh-1;ql=1001;els

25、e ql=ql-1;定義總線定義總線定義端口定義端口 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation設(shè)計要求設(shè)計要求 設(shè)計一個能進行時、分、秒計時的二十四小時制設(shè)計一個能進行時、分、秒計時的二十四小時制的數(shù)字鐘，并具有調(diào)時與鬧鐘功能，能在設(shè)定的的數(shù)字鐘，并具有調(diào)時與鬧鐘功能，能在設(shè)定的時間發(fā)出鬧鈴音，能非常方便地對小時、分鐘和時間發(fā)出鬧鈴音，能非常方便地對小時、分鐘和秒進行手動調(diào)節(jié)以校準時間，每逢整點，產(chǎn)生報

26、秒進行手動調(diào)節(jié)以校準時間，每逢整點，產(chǎn)生報時音報時。時音報時。 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation 主控電路主控電路 計數(shù)器模塊計數(shù)器模塊 數(shù)碼管顯示數(shù)碼管顯示 設(shè)計提示設(shè)計提示 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation總體框圖總體框圖 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation 正常走時計數(shù)器模塊：正常走時計數(shù)器模塊：2424進制進制計算器計算器6060進制進制計

27、算器計算器6060進制進制計算器計算器VccVcc1Hz1HzclockclockCLKCLKCLKCLKCLKCLKCoCoCoCo數(shù)顯數(shù)顯數(shù)顯數(shù)顯數(shù)顯數(shù)顯 虛線內(nèi)部分封裝待用。虛線內(nèi)部分封裝待用。 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation 校時電路：校時電路：2424進制進制計算器計算器6060進制進制計算器計算器6060進制進制計算器計算器VccVcc1Hz1HzclockclockCLKCLKCLKCLKCLKCLKCoCoCoCo手動脈沖手動脈沖手動脈沖手動脈沖CLRCLR 如何用一個按鍵分別給如何用一個按鍵

28、分別給兩個計數(shù)器加脈沖？兩個計數(shù)器加脈沖？ 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation “斷開自動脈沖，轉(zhuǎn)接手動脈沖斷開自動脈沖，轉(zhuǎn)接手動脈沖”的基本思想就是的基本思想就是“選通選通”，實際就是一個最簡單的，實際就是一個最簡單的“1-21-2譯碼器譯碼器”： 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation 鬧鈴模塊鬧鈴模塊: : 24 60 24 60 24 - 60 - 6024 - 60 - 601Hz1Hzclockclock 如何用同一組數(shù)顯分

29、別顯示兩如何用同一組數(shù)顯分別顯示兩個計數(shù)器組的狀態(tài)？個計數(shù)器組的狀態(tài)？ 如何控制發(fā)聲方式？如何控制發(fā)聲方式？8 8輸入輸入與門與門逐位逐位“同或同或”揚聲器揚聲器手動脈沖手動脈沖 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation揚揚聲聲器器 直接將比較信號接揚聲器將會產(chǎn)生長達直接將比較信號接揚聲器將會產(chǎn)生長達60s60s的報警。應(yīng)將其的報警。應(yīng)將其轉(zhuǎn)化成少量的斷續(xù)信號，例如：轉(zhuǎn)化成少量的斷續(xù)信號，例如：1010個脈沖響聲個脈沖響聲。&1(60s)1(60s)十進制十進制計數(shù)器計數(shù)器CLKCLKCoCo6+6+進制進制計

30、數(shù)器計數(shù)器CLKCLKn n9 9：1 11Hz10s: 000010s: 0001 10s: 1111對對“0000”0000”譯碼譯碼比較信號比較信號ENENENEN1010 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation 模塊精簡模塊精簡: : 非同時作用的按鍵都可以功能合并，就數(shù)字鐘來非同時作用的按鍵都可以功能合并，就數(shù)字鐘來說就可以精簡至說就可以精簡至兩個按鍵兩個按鍵：一個：一個“功能鍵功能鍵”（實（實現(xiàn)狀態(tài)切換），一個現(xiàn)狀態(tài)切換），一個“脈沖鍵脈沖鍵”（使當前選中計（使當前選中計算器算器+1 +1 ）。）。狀態(tài)狀

31、態(tài)序號序號邏輯狀態(tài)邏輯狀態(tài)輸出特征輸出特征0 0正常走時正常走時所有特殊功能模塊都不選通所有特殊功能模塊都不選通1 1時鐘調(diào)時鐘調(diào)“分分” 選通調(diào)時電路，開放脈沖鍵向選通調(diào)時電路，開放脈沖鍵向“分計數(shù)器分計數(shù)器”的通路的通路2 2時鐘調(diào)時鐘調(diào)“時時” 選通調(diào)時電路，開放脈沖鍵向選通調(diào)時電路，開放脈沖鍵向“時計數(shù)器時計數(shù)器”的通路的通路3 3鬧鐘設(shè)鬧鐘設(shè)“分分” 選通鬧鐘設(shè)置電路，開放脈沖鍵向選通鬧鐘設(shè)置電路，開放脈沖鍵向“分計數(shù)器分計數(shù)器”的通路的通路4 4鬧鐘設(shè)鬧鐘設(shè)“時時” 選通鬧鐘設(shè)置電路，開放脈沖鍵向選通鬧鐘設(shè)置電路，開放脈沖鍵向“時計數(shù)器時計數(shù)器”的通路的通路 電氣工程與自動化學院C

32、ollege of Electrical Engineering and Automation 設(shè)置一個隨設(shè)置一個隨“功能鍵功能鍵”的輸入增計的五進制計數(shù)器，的輸入增計的五進制計數(shù)器，與相應(yīng)電路配合。除了計數(shù)器與相應(yīng)電路配合。除了計數(shù)器+1+1之外所有模式切換，之外所有模式切換，例如調(diào)時、鬧鐘設(shè)置均由這一個鍵選擇。例如調(diào)時、鬧鐘設(shè)置均由這一個鍵選擇。 五進制五進制 計數(shù)器計數(shù)器CLKCLKA AB BC CD D模式選擇鍵模式選擇鍵（Key1）模式0激活 3-83-8 譯碼器譯碼器A AB BC CD DY0Y0Y1Y1Y2Y2Y3Y3Y4Y4模式1激活模式2激活模式3激活模式4激活 電氣工程

33、與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation任務(wù)與要求任務(wù)與要求 設(shè)計一個交通信號燈控制器，由一條主干道和一條支干道匯合設(shè)計一個交通信號燈控制器，由一條主干道和一條支干道匯合成十字路口，在每個入口處設(shè)置紅、綠、黃三色信號燈，紅燈成十字路口，在每個入口處設(shè)置紅、綠、黃三色信號燈，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間停在禁行線外。間停在禁行線

34、外。 用紅、綠、黃發(fā)光二極管作信號燈，用傳感器或邏輯開關(guān)作檢用紅、綠、黃發(fā)光二極管作信號燈，用傳感器或邏輯開關(guān)作檢測車輛是否到來的信號。測車輛是否到來的信號。 主干道處于常允許通行的狀態(tài)，支干道有車來時才允許通行。主干道處于常允許通行的狀態(tài)，支干道有車來時才允許通行。主干道亮綠燈時，支干道亮紅燈；支干道亮綠燈時，主干道亮主干道亮綠燈時，支干道亮紅燈；支干道亮綠燈時，主干道亮紅燈。紅燈。 主、支干道均有車時，兩者交替允許通行，主干道每次放行主、支干道均有車時，兩者交替允許通行，主干道每次放行4545秒，支干道每次放行秒，支干道每次放行2525秒，設(shè)立秒，設(shè)立4545秒、秒、2525秒計時、顯示電

35、路。秒計時、顯示電路。 在每次由綠燈亮到紅燈亮的轉(zhuǎn)換過程中，要亮在每次由綠燈亮到紅燈亮的轉(zhuǎn)換過程中，要亮5 5秒黃燈作為過秒黃燈作為過渡，使行駛中的車輛有時間停到禁行線外，設(shè)立渡，使行駛中的車輛有時間停到禁行線外，設(shè)立5 5秒計時、顯秒計時、顯示電路。示電路。 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation設(shè)計思路設(shè)計思路 主、支干道用傳感器檢測車輛到來情況，實驗電主、支干道用傳感器檢測車輛到來情況，實驗電路

36、用邏輯開關(guān)代替。路用邏輯開關(guān)代替。 4545秒、秒、2525秒、秒、5 5秒定時信號可用順計時，也可用倒秒定時信號可用順計時，也可用倒計時，計時起始信號由主控電路給出，定時結(jié)束計時，計時起始信號由主控電路給出，定時結(jié)束信號也輸入到主控電路，由主控電路啟、閉三色信號也輸入到主控電路，由主控電路啟、閉三色信號燈或啟動另一計時電路信號燈或啟動另一計時電路。 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation設(shè)計思路設(shè)計思路 主控電路是核心，這是一個時序電路，其輸入信號為：主控電路是核心，這是一個時序電路，其輸入信號為： (1) (1)

37、 車輛檢測信號車輛檢測信號（A A，B B）；）； (2) 45(2) 45秒、秒、2525秒、秒、5 5秒定時信號秒定時信號（C C，D D，E E）。）。 其狀態(tài)表為：其狀態(tài)表為：狀態(tài)狀態(tài) 主干道主干道 支干道支干道 時間時間0 0 綠燈亮，允許通行綠燈亮，允許通行 紅燈亮，禁止通行紅燈亮，禁止通行 4545秒秒1 1 黃燈亮，停車黃燈亮，停車 紅燈亮，禁止通行紅燈亮，禁止通行 5 5秒秒2 2 紅燈亮，禁止通行紅燈亮，禁止通行 綠燈亮，允許通行綠燈亮，允許通行 2525秒秒3 3 紅燈亮，禁止通行紅燈亮，禁止通行 黃燈亮，停車黃燈亮，停車 5 5秒秒 電氣工程與自動化學院College

38、of Electrical Engineering and Automation 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation具體設(shè)計具體設(shè)計 時鐘產(chǎn)生電路產(chǎn)生時鐘產(chǎn)生電路產(chǎn)生1HZ1HZ系統(tǒng)時鐘。系統(tǒng)時鐘。 主控電路由兩個主控電路由兩個JKJK觸發(fā)器和邏輯門構(gòu)成，其輸出經(jīng)觸發(fā)器和邏輯門構(gòu)成，其輸出經(jīng)譯碼后，控制主干道三色燈譯碼后，控制主干道三色燈R R、G G、Y Y和支干道三色和支干道三色燈燈r r、g g、y y。 三個定時器分別產(chǎn)生三個定時器分別產(chǎn)生4545秒、秒、2525秒、秒、5 5秒定時信號，秒定時信號，電路

39、都是計數(shù)器，并受主控電路和來自主、支干道電路都是計數(shù)器，并受主控電路和來自主、支干道車輛信號控制，每當計滿所需時間，即向主控電路車輛信號控制，每當計滿所需時間，即向主控電路輸出輸出“時間到時間到”信號，并使計數(shù)器清零。信號，并使計數(shù)器清零。 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation 設(shè)：設(shè)：A A：主干道車輛情況，有車為主干道車輛情況，有車為“1”1”，無車為，無車為“0”0”B B：支干道車輛情況，有車為支干道車輛情況，有車為“1”1”，無車為，無車為“0”0”C C：4545秒定時信號，秒定時信號，4545秒定時已

40、到為秒定時已到為“1”1”，4545秒定時未秒定時未到為到為“0”0”D D：2525秒定時信號，秒定時信號，2525秒定時已到為秒定時已到為“1”1”，2525秒定時未秒定時未到為到為“0”0”E E：5 5秒定時信號，秒定時信號，5 5秒定時已到為秒定時已到為“1”1”，5 5秒定時未到秒定時未到為為“0”0” 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and AutomationS0S1S2S3BAC=0BAC=1E=0E=1BAD=1BAD=0E=0E=1 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineerin

41、g and Automation狀態(tài)編碼：狀態(tài)編碼： S0=00 S1=01 S2=11 S3=10S0=00 S1=01 S2=11 S3=10若選若選JKJK觸發(fā)器，其輸出為觸發(fā)器，其輸出為Q2 Q1Q2 Q1則狀態(tài)表為：則狀態(tài)表為： A B C D E Q2A B C D E Q2n n Q1Q1n n Q2Q2n+1 n+1 Q1Q1n+1n+1 x 0 x x x 0 0 0 0 x 0 x x x 0 0 0 0 1 1 0 x x 0 0 0 0 1 1 0 x x 0 0 0 0 0 1 x x x 0 0 0 1 0 1 x x x 0 0 0 1 1 1 1 x x 0 0

42、 0 1 1 1 1 x x 0 0 0 1 x x x x 0 0 1 0 1 x x x x 0 0 1 0 1 x x x x 1 0 1 1 1 x x x x 1 0 1 1 1 1 1 x 0 x 1 1 1 1 1 1 x 0 x 1 1 1 1 0 1 x x x 1 1 1 1 0 1 x x x 1 1 1 1 x 0 x x x 1 1 1 0 x 0 x x x 1 1 1 0 x x x x 0 1 0 1 0 x x x x 0 1 0 1 0 x x x x x 1 0 0 0 x x x x x 1 0 0 0維持維持S0 45S0 45秒定時秒定時由由S0S1

43、S0S1維持維持S1S1由由S1S2S1S2維持維持S2S2 由由S2S3S2S3 維持維持S3S3 由由S3S0S3S05 5秒定時秒定時2525秒定時秒定時5 5秒定時秒定時 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation從狀態(tài)表得狀態(tài)方程從狀態(tài)表得狀態(tài)方程得觸發(fā)器驅(qū)動方程：得觸發(fā)器驅(qū)動方程：nnnnnQEQEQQQ211212)( )()(212111DABQQCABQQQnnnnn )(21CABQJn )(21DABQKn nEQJ12 EQKn 12 電氣工程與自動化學院College of Electrical

44、 Engineering and Automation45S45S、25S25S、5S5S定時器定時器CPCP脈沖驅(qū)動方程脈沖驅(qū)動方程脈脈沖沖CPEQQBAQQCP)(121245 脈脈沖沖CPEQQBQQCP121225 脈沖脈沖CPQQCP215 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation則主控電路和各定時電路如圖則主控電路和各定時電路如圖1-5-31-5-3所示所示 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation計數(shù)器驅(qū)動脈沖如圖計數(shù)器驅(qū)動脈沖如

45、圖1-5-41-5-4所示所示 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation譯碼驅(qū)動電路真值表譯碼驅(qū)動電路真值表 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation譯碼驅(qū)動電路如圖譯碼驅(qū)動電路如圖1-5-51-5-5所示所示 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation此例也可以完全由此例也可以完全由VerilogVerilog HDL HDL文件完成文件完成 電氣工程與自動化學院Col

46、lege of Electrical Engineering and Automation具有四種信號燈的交通燈控制器具有四種信號燈的交通燈控制器 設(shè)計一個具有四種信號燈的交通燈控制器。設(shè)計一個具有四種信號燈的交通燈控制器。設(shè)計要求是：由一條主干道和一條支干道匯合成設(shè)計要求是：由一條主干道和一條支干道匯合成十字路口，在每個入口處設(shè)置紅、綠、黃、左拐十字路口，在每個入口處設(shè)置紅、綠、黃、左拐允許四盞信號燈，紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許允許四盞信號燈，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間停在禁行通行，黃燈亮則給行駛中的車輛有時間停在禁行線外，左拐燈亮允許車輛向左拐彎。信號燈變

47、換線外，左拐燈亮允許車輛向左拐彎。信號燈變換次序為：主支干道交替允許通行，主干道每次放次序為：主支干道交替允許通行，主干道每次放行行40S40S，亮，亮5S5S紅燈讓行駛中的車輛有時間停到禁行紅燈讓行駛中的車輛有時間停到禁行線外，左拐放行線外，左拐放行1515秒，亮秒，亮5S5S紅燈；支干道放行紅燈；支干道放行30S30S，亮亮5S5S黃燈，左拐放行黃燈，左拐放行1515秒，亮秒，亮5S5S紅燈紅燈。各計。各計時電路為倒計時顯示。時電路為倒計時顯示。 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation系統(tǒng)框圖如圖系統(tǒng)框圖如圖4-

48、7-14-7-1所示所示 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation設(shè)計要求設(shè)計要求 設(shè)計一個能進行拔河游戲的電路。 電路使用15個(或9個)發(fā)光二極管表示拔河的“電子繩”，開機后只有中間一個發(fā)亮，此即拔河的中心點。 游戲雙方各持一個按鈕，迅速地、不斷地按動，產(chǎn)生脈沖，誰按得快，亮點就向誰的方向移動，每按一次，亮點移動一次。 亮點移到任一方終端二極管時，這一方就獲勝，此時雙方按鈕均無作用，輸出保持，只有復

49、位后才使亮點恢復到中心。 由裁判下達比賽開始命令后，甲乙雙方才能輸入信號，否則，輸入信號無效。 用數(shù)碼管顯示獲勝者的盤數(shù)，每次比賽結(jié)束自動給獲勝方加分。 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation設(shè)計提示設(shè)計提示 加/減計數(shù)器 譯碼器 得分計數(shù)顯示電路 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation 電氣工程與自動化學院College

50、of Electrical Engineering and Automation設(shè)計要求設(shè)計一個可容納四組參賽的數(shù)字式搶答器，每組設(shè)一個設(shè)計一個可容納四組參賽的數(shù)字式搶答器，每組設(shè)一個按鈕供搶答使用。搶答器具有第一信號鑒別和鎖存功能，按鈕供搶答使用。搶答器具有第一信號鑒別和鎖存功能，使除第一搶答者外的按鈕不起作用；設(shè)置一個主持人使除第一搶答者外的按鈕不起作用；設(shè)置一個主持人“復位復位”按鈕，主持人復位后，開始搶答，第一信號鑒按鈕，主持人復位后，開始搶答，第一信號鑒別鎖存電路得到信號后，用指示燈顯示搶答組別，揚聲別鎖存電路得到信號后，用指示燈顯示搶答組別，揚聲器發(fā)出器發(fā)出 秒的音響。秒的音響。*

51、設(shè)置犯規(guī)電路，對提前搶答和超時答題（例如設(shè)置犯規(guī)電路，對提前搶答和超時答題（例如3分鐘）分鐘）的組別鳴笛示警，并由組別顯示電路顯示出犯規(guī)組別。的組別鳴笛示警，并由組別顯示電路顯示出犯規(guī)組別。 設(shè)置一個計分電路，每組開始預置分，由主持人設(shè)置一個計分電路，每組開始預置分，由主持人記分，答對一次加分，答錯一次減分。記分，答對一次加分，答錯一次減分。 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation設(shè)計提示設(shè)計提示 鑒

52、別鎖存模塊 答題計時模塊 計分電路模塊 掃描顯示模塊 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation 1此模塊的關(guān)鍵是準確判斷出第一搶答者并將其鎖存，實現(xiàn)的方法可使用觸發(fā)器或鎖存器，在得到第一信號后將輸入封鎖，使其它組的搶答信號無效。 2形成第一搶答信號后，用編碼、譯碼及數(shù)碼顯示電路顯示第一搶答者的組別，控制揚聲器發(fā)出音響，并啟動答題計時電路。鑒別鎖存模塊 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation洗衣機控制器 電氣工程與自動化學院College of

53、 Electrical Engineering and Automation設(shè)計要求設(shè)計要求 設(shè)計一個洗衣機洗滌程序控制器，控制洗衣機的電機作如下規(guī)律運轉(zhuǎn)： 用兩位數(shù)碼管預置洗滌時間（分鐘數(shù)），洗滌過程在送入預置時間后開始運轉(zhuǎn)，洗滌中按倒計時方式對洗滌過程作計時顯示，用LED表示電機的正、反轉(zhuǎn)，如果定時時間到，則停機并發(fā)出音響信號。 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation設(shè)計提示設(shè)計提示 洗滌預置時間

54、編碼模塊 減法計數(shù)顯示 時序電路 譯碼驅(qū)動模塊 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation設(shè)計要求設(shè)計要求 1設(shè)計一個能測量方波信號頻率的頻率計，測量結(jié)果用十進制數(shù)顯示。 2.測量的頻率范圍是110KHz，分成兩個頻段，即1999Hz，1KHz10KHz，用三位數(shù)碼管顯示測量頻率，用LED顯示表示單位，如亮綠燈表示Hz，亮紅燈表示KHz。3.具有自動校驗和測量兩種功能，即能用標準時鐘校驗測量精度。4.具有

55、超量程報警功能，在超出目前量程檔的測量范圍時，發(fā)出燈光和音響信號。 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation設(shè)計提示設(shè)計提示 脈沖信號的頻率就是在單位時間內(nèi)所產(chǎn)生的脈沖個數(shù)，其表達式為f=N/T，f為被測信號的頻率，N為計數(shù)器所累計的脈沖個數(shù)，T為產(chǎn)生N個脈沖所需的時間。所以，在1秒時間內(nèi)計數(shù)器所記錄的結(jié)果，就是被測信號的頻率。 測量/校驗選擇模塊* 計數(shù)器模塊 送存選擇報警模塊 鎖存模塊 掃描顯示模塊

56、 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation測量/校驗選擇模塊*輸入信號：選擇信號selet 被測信號meas 測試信號test輸出信號:CP1當selet=0時，為測量狀態(tài)，CP1=meas；當selet=1時，為校驗狀態(tài)，CP1=test。校驗與測量共用一個電路，只是被測信號CP1不同而已。 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation 設(shè)置1秒定時信號（周期為2秒），在1秒定時時間內(nèi)的所有被測信號送計數(shù)器輸入端。 計數(shù)器對CP1信號進行計數(shù)，在

57、1秒定時結(jié)束后，將計數(shù)器結(jié)果送鎖存器鎖存，同時將計數(shù)器清零，為下一次采樣測量做好準備。 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation 設(shè)置量程檔控制開關(guān)K，單位顯示信號Y，當K=0時，為1999Hz量程檔，數(shù)碼管顯示的數(shù)值為被測信號頻率值，Y顯示綠色，即單位為Hz；當K=1時，為1KHz10KHz量程檔，被測信號頻率值為數(shù)碼管顯示的數(shù)值乘1000，Y顯示紅色，即單位為KHz。 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation 設(shè)置超出量程檔測量范圍示警信號

58、alert。計數(shù)器由四級十進制計數(shù)構(gòu)成（帶進位C）。若被測信號頻率小于1KHz（K=0），則計數(shù)器只進行三級十進制計數(shù)，最大顯示值為999.Hz，如果被測信號頻率超過此范圍，示警信號驅(qū)動燈光、揚聲器報警；若被測信號為1KHz10KHz（K=1），計數(shù)器進行四位十進制計數(shù)，取高三位顯示，最大顯示值為9.99KHz，如果被測信號頻率超過此范圍，報警。 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation左第一位左第一位 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation

59、 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation設(shè)計要求設(shè)計要求 設(shè)計一個電子密碼鎖，在鎖開的狀態(tài)下輸入密碼，密碼共4位，用數(shù)據(jù)開關(guān)K1K10分別代表數(shù)字1、2、9、0，輸入的密碼用數(shù)碼管顯示，最后輸入的密碼顯示在最右邊的數(shù)碼管上，即每輸入一位數(shù)，密碼在數(shù)碼管上的顯示左移一位。可刪除輸入的數(shù)字，刪除的是最后輸入的數(shù)字，每刪除一位，密碼在數(shù)碼管的顯示右移一位，并在左邊空出的位上補充“0”。用一位輸出電平的狀態(tài)代表鎖的開閉狀態(tài)。為保證密碼鎖主人能打開密碼鎖，設(shè)置一個萬能密碼，在主人忘記密碼時使用。 電氣工程與自動化學院Colle

60、ge of Electrical Engineering and Automation設(shè)計提示設(shè)計提示 密碼輸入刪除控制模塊 寄存模塊 比較模塊 掃描顯示 模塊 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation脈沖按鍵電話按鍵顯示器 電氣工程與自動化學院College of Electrical Engineering and Automation設(shè)計要求設(shè)計要求設(shè)計一個具有7位顯示的電話按鍵顯示器，顯示器應(yīng)能正確反映按鍵數(shù)字，顯示器顯示從低位向高位前移，逐位顯示按鍵數(shù)字，最低位為當前顯示位，七位數(shù)字輸入完畢后，電話接通，揚聲器發(fā)出“