南昌大學(xué)數(shù)字電路及邏輯設(shè)計課件第8章

1、第第8章章 8.1 用宏模塊設(shè)計用宏模塊設(shè)計12進制計數(shù)器進制計數(shù)器 8.1.1 建立工程并編輯電路原理圖建立工程并編輯電路原理圖 圖圖8-1 十二進制加法計數(shù)器進位測試電路十二進制加法計數(shù)器進位測試電路 圖圖8-2 74161真值表真值表 8.1.2 時序仿真與進位信號評估時序仿真與進位信號評估 圖圖8-3 圖圖8-1電路的時序仿真波形電路的時序仿真波形 8.1.2 時序仿真與進位信號評估時序仿真與進位信號評估 圖圖8-4 將進位輸出與清將進位輸出與清0端相接端相接 圖圖8-5 圖圖8-4電路的時序仿真波形電路的時序仿真波形 8.1.3 進位控制電路改進進位控制電路改進 圖圖8-6 圖圖8-

2、1的改進型電路的改進型電路 圖圖8-7 圖圖8-6的時序仿真波形的時序仿真波形 8.1.3 進位控制電路改進進位控制電路改進 圖圖8-8 十二進制加法計數(shù)器十二進制加法計數(shù)器 圖圖8-9 圖圖8-8電路的時序仿真波形電路的時序仿真波形 8.1.3 進位控制電路改進進位控制電路改進 圖圖8-10 控制同步加載端的計數(shù)器電路控制同步加載端的計數(shù)器電路 圖圖8-11 圖圖8-10電路的時序仿真波形電路的時序仿真波形 8.1.4 利用預(yù)置數(shù)據(jù)控制計數(shù)器進位利用預(yù)置數(shù)據(jù)控制計數(shù)器進位 圖圖8-12 利用利用74161的數(shù)據(jù)預(yù)置口構(gòu)成的計數(shù)器的數(shù)據(jù)預(yù)置口構(gòu)成的計數(shù)器 圖圖8-13 圖圖8-12的時序仿真波

3、形的時序仿真波形 /(2)NcoutclkffD/7coutclkff8.2 基于一般模型的任意進制計數(shù)器設(shè)計基于一般模型的任意進制計數(shù)器設(shè)計 8.2.1 基于一般模型的基于一般模型的10進制計數(shù)器設(shè)計進制計數(shù)器設(shè)計 圖圖8-14 十進制計數(shù)器電路原理圖十進制計數(shù)器電路原理圖 8.2.1 基于一般模型的基于一般模型的10進制計數(shù)器設(shè)計進制計數(shù)器設(shè)計 圖圖8-15 元件元件CNT10的的CASE語句表述語句表述 8.2.1 基于一般模型的基于一般模型的10進制計數(shù)器設(shè)計進制計數(shù)器設(shè)計 圖圖8-16 計數(shù)器資源使用報告計數(shù)器資源使用報告 8.2.1 基于一般模型的基于一般模型的10進制計數(shù)器設(shè)計進

4、制計數(shù)器設(shè)計 圖圖8-17 圖圖8-14電路時序仿真波形電路時序仿真波形 圖圖8-18 觀察仿真波形的延時情況觀察仿真波形的延時情況 8.2.1 基于一般模型的基于一般模型的10進制計數(shù)器設(shè)計進制計數(shù)器設(shè)計 圖圖8-19 計數(shù)器時序分析情況計數(shù)器時序分析情況 8.2.2 含自啟動電路的含自啟動電路的10進制計數(shù)器的設(shè)計進制計數(shù)器的設(shè)計 圖圖8-20 CNT10的另兩種數(shù)據(jù)表述方式的另兩種數(shù)據(jù)表述方式 圖圖8-21 資源占用報告資源占用報告 8.2.3 有限狀態(tài)機討論有限狀態(tài)機討論 圖圖8-22 圖圖8-14狀態(tài)機電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖狀態(tài)機電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 S0S1S2S3S4S5S6S7S10S1

5、1S12S13S14S15S8S98.3 任意進制異步控制型計數(shù)器設(shè)計任意進制異步控制型計數(shù)器設(shè)計 圖圖8-23 另一種形式的計數(shù)器電路結(jié)構(gòu)另一種形式的計數(shù)器電路結(jié)構(gòu) 8.3 任意進制異步控制型計數(shù)器設(shè)計任意進制異步控制型計數(shù)器設(shè)計 圖圖8-24 CNT4BIT數(shù)據(jù)描述數(shù)據(jù)描述 圖圖8-25 元件元件COMP2的的HDL描述描述 8.3 任意進制異步控制型計數(shù)器設(shè)計任意進制異步控制型計數(shù)器設(shè)計 圖圖8-26 圖圖8-23電路的時序仿真波形電路的時序仿真波形 8.4 四位同步自動預(yù)置型計數(shù)器設(shè)計四位同步自動預(yù)置型計數(shù)器設(shè)計 圖圖8-27 4位同步可預(yù)置式位同步可預(yù)置式N（N小于等于小于等于16）

6、進制計數(shù)器）進制計數(shù)器 8.4 四位同步自動預(yù)置型計數(shù)器設(shè)計四位同步自動預(yù)置型計數(shù)器設(shè)計 圖圖8-28 元件元件MUX4的的CASE語句描述語句描述 8.4 四位同步自動預(yù)置型計數(shù)器設(shè)計四位同步自動預(yù)置型計數(shù)器設(shè)計 圖圖8-29 圖圖8-27電路的時序仿真波形（進位含毛刺脈沖）電路的時序仿真波形（進位含毛刺脈沖） 圖圖8-30 去除了用于數(shù)據(jù)加載的進位信號毛刺的計數(shù)器電路去除了用于數(shù)據(jù)加載的進位信號毛刺的計數(shù)器電路 圖圖8-31 圖圖8-30電路的時序仿真波形（無毛刺脈沖）電路的時序仿真波形（無毛刺脈沖） 8.5 基于基于LPM宏模塊的計數(shù)器設(shè)計宏模塊的計數(shù)器設(shè)計 圖圖8-32 定制新的宏功能

7、塊定制新的宏功能塊 圖圖8-33 選擇選擇LPM宏功能模塊宏功能模塊圖圖8-34 選擇計數(shù)位數(shù)和計數(shù)方式選擇計數(shù)位數(shù)和計數(shù)方式 圖圖8-35 選擇計數(shù)模式和時鐘控制方式選擇計數(shù)模式和時鐘控制方式 圖圖8-36 選擇各種同步、異步控制端選擇各種同步、異步控制端 圖圖8-37 調(diào)入以設(shè)定好參數(shù)的調(diào)入以設(shè)定好參數(shù)的LPM宏功能塊元件宏功能塊元件 圖圖8-38 編輯信號輸入口，以待測試編輯信號輸入口，以待測試 圖圖8-39 LPM計數(shù)器時序仿真波形計數(shù)器時序仿真波形 8.6 步進電機控制電路設(shè)計步進電機控制電路設(shè)計 8.6.1 步進電機原理簡介步進電機原理簡介 圖圖8-40 步進電機控制模型步進電機控

8、制模型 8.6.1 步進電機原理簡介步進電機原理簡介 圖圖8-41 步進電機控制時序步進電機控制時序 8.6.2 步進電機單向旋轉(zhuǎn)控制電路設(shè)計步進電機單向旋轉(zhuǎn)控制電路設(shè)計 圖圖8-42 步進電機單轉(zhuǎn)向控制電路步進電機單轉(zhuǎn)向控制電路 8.6.2 步進電機單向旋轉(zhuǎn)控制電路設(shè)計步進電機單向旋轉(zhuǎn)控制電路設(shè)計 圖圖8-43 MOTL模塊程序模塊程序 圖圖8-44 狀態(tài)機流程圖狀態(tài)機流程圖 000110118.6.2 步進電機單向旋轉(zhuǎn)控制電路設(shè)計步進電機單向旋轉(zhuǎn)控制電路設(shè)計 圖圖8-45 圖圖8-42電路時序仿真波形電路時序仿真波形 8.6.2 步進電機單向旋轉(zhuǎn)控制電路設(shè)計步進電機單向旋轉(zhuǎn)控制電路設(shè)計 圖

9、圖8-46 輸出信號被輸出信號被CLK下降沿鎖存的控制電路下降沿鎖存的控制電路 8.6.2 步進電機單向旋轉(zhuǎn)控制電路設(shè)計步進電機單向旋轉(zhuǎn)控制電路設(shè)計 圖圖8-47 狀態(tài)機輸出被鎖存后的時序仿真波形狀態(tài)機輸出被鎖存后的時序仿真波形 8.6.3 步進電機雙向旋轉(zhuǎn)控制電路設(shè)計步進電機雙向旋轉(zhuǎn)控制電路設(shè)計 圖圖8-48 步進電機雙向轉(zhuǎn)動控制電路步進電機雙向轉(zhuǎn)動控制電路 8.6.3 步進電機雙向旋轉(zhuǎn)控制電路設(shè)計步進電機雙向旋轉(zhuǎn)控制電路設(shè)計 圖圖8-49 元件元件MOTR程序程序 8.6.3 步進電機雙向旋轉(zhuǎn)控制電路設(shè)計步進電機雙向旋轉(zhuǎn)控制電路設(shè)計 圖圖8-50 元件元件MUX2程序程序 8.6.3 步進

10、電機雙向旋轉(zhuǎn)控制電路設(shè)計步進電機雙向旋轉(zhuǎn)控制電路設(shè)計 圖圖8-51 電路圖電路圖8-48的時序仿真波形的時序仿真波形 8.6.3 步進電機雙向旋轉(zhuǎn)控制電路設(shè)計步進電機雙向旋轉(zhuǎn)控制電路設(shè)計 圖圖8-52 步進電機雙向轉(zhuǎn)動控制簡化電路步進電機雙向轉(zhuǎn)動控制簡化電路 8.6.3 步進電機雙向旋轉(zhuǎn)控制電路設(shè)計步進電機雙向旋轉(zhuǎn)控制電路設(shè)計 圖圖8-53 元件元件MOTRL 8.7 模型電飯煲狀態(tài)機控制電路設(shè)計模型電飯煲狀態(tài)機控制電路設(shè)計 1. 狀態(tài)機輸入信號定義狀態(tài)機輸入信號定義 （1）SW：電飯煲啟動信號。：電飯煲啟動信號。（2）B0：電飯煲煮沸信號。：電飯煲煮沸信號。（3）T1：高溫保持定時器啟動信號

11、。：高溫保持定時器啟動信號。（4）T0：次高溫保持定時器啟動信號。：次高溫保持定時器啟動信號。 2. 狀態(tài)機輸出信號定義：狀態(tài)機輸出信號定義： （1）BL：煮沸控制信號。：煮沸控制信號。BL=1，打開煮沸電子開關(guān)；，打開煮沸電子開關(guān)；BL=0，關(guān)閉此開關(guān)；，關(guān)閉此開關(guān)；（2）LF：LF=1，打開高溫保持電子開關(guān)，此時高溫保持，打開高溫保持電子開關(guān)，此時高溫保持定時器自動啟動。定時器自動啟動。LF=0，關(guān)閉高溫保持電子開關(guān)。，關(guān)閉高溫保持電子開關(guān)。（3）SF：SF=1，打開次高溫保持電子開關(guān)，此時次高溫，打開次高溫保持電子開關(guān)，此時次高溫保持定時器自動啟動。保持定時器自動啟動。SF=0，關(guān)閉次高

12、溫保持電子開關(guān)。，關(guān)閉次高溫保持電子開關(guān)。 3. 狀態(tài)機控制流程確定狀態(tài)機控制流程確定 ST6ST7ST0ST1ST2ST3ST4ST5SW0=0B0=1T1=1T1=0圖圖8-54 電飯煲控制狀態(tài)流程圖電飯煲控制狀態(tài)流程圖 4. 狀態(tài)機電路及狀態(tài)機轉(zhuǎn)換真值表對應(yīng)的程序設(shè)計狀態(tài)機電路及狀態(tài)機轉(zhuǎn)換真值表對應(yīng)的程序設(shè)計 圖圖8-55 電飯煲控制電路電飯煲控制電路4. 狀態(tài)機電路及狀態(tài)機轉(zhuǎn)換真值表對應(yīng)的程序設(shè)計狀態(tài)機電路及狀態(tài)機轉(zhuǎn)換真值表對應(yīng)的程序設(shè)計 圖圖8-56 元件元件DFB程序程序 5. 狀態(tài)機電路的仿真測試狀態(tài)機電路的仿真測試 圖圖8-57 圖圖8-55電路的時序仿真波形電路的時序仿真波形

13、5. 狀態(tài)機電路的仿真測試狀態(tài)機電路的仿真測試 圖圖8-58 RTL電路圖觀察選擇菜單電路圖觀察選擇菜單 8.8 序列檢測器狀態(tài)機設(shè)計序列檢測器狀態(tài)機設(shè)計 圖圖8-59 序列檢測器電路序列檢測器電路 8.8 序列檢測器狀態(tài)機設(shè)計序列檢測器狀態(tài)機設(shè)計 圖圖8-60 組合電路模塊組合電路模塊SCHK狀態(tài)轉(zhuǎn)換狀態(tài)轉(zhuǎn)換CASE語句表述文件語句表述文件 8.8 序列檢測器狀態(tài)機設(shè)計序列檢測器狀態(tài)機設(shè)計 圖圖8-61 圖圖8-59電路的時序仿真波形電路的時序仿真波形 8-1用宏模塊設(shè)計用宏模塊設(shè)計12進制計數(shù)器進制計數(shù)器根據(jù)根據(jù)8.1節(jié)，首先用節(jié)，首先用74161模塊設(shè)計一個模塊設(shè)計一個12進制加法計數(shù)器

14、，并注意計進制加法計數(shù)器，并注意計數(shù)的可行性和可靠性考察；然后根據(jù)圖數(shù)的可行性和可靠性考察；然后根據(jù)圖8-12設(shè)計一個數(shù)控分頻器。利用設(shè)計一個數(shù)控分頻器。利用QuartusII創(chuàng)建工程，繪制電路圖，全程編譯，時序仿真，并根據(jù)仿真創(chuàng)建工程，繪制電路圖，全程編譯，時序仿真，并根據(jù)仿真波形作說明，引腳鎖定編譯，下載波形作說明，引腳鎖定編譯，下載FPGA中，在實驗系統(tǒng)上硬件驗證。完中，在實驗系統(tǒng)上硬件驗證。完成實驗報告。成實驗報告。8-2基于一般模型的十進制計數(shù)器設(shè)計基于一般模型的十進制計數(shù)器設(shè)計根據(jù)根據(jù)8.2節(jié)，設(shè)計一個基于一般模型的十進制加法計數(shù)器，注意計數(shù)器的節(jié)，設(shè)計一個基于一般模型的十進制加法

15、計數(shù)器，注意計數(shù)器的自啟動問題。利用自啟動問題。利用QuartusII創(chuàng)建工程，繪制電路圖，全程編譯，時序創(chuàng)建工程，繪制電路圖，全程編譯，時序仿真，并根據(jù)仿真波形作說明，引腳鎖定編譯，下載于仿真，并根據(jù)仿真波形作說明，引腳鎖定編譯，下載于FPGA中，在實驗中，在實驗系統(tǒng)上硬件驗證。完成實驗報告。系統(tǒng)上硬件驗證。完成實驗報告。8-3任意進制異步控制型計數(shù)器設(shè)計任意進制異步控制型計數(shù)器設(shè)計根據(jù)根據(jù)8.3節(jié)，設(shè)計一個任意進制異步控制型計數(shù)器。利用節(jié)，設(shè)計一個任意進制異步控制型計數(shù)器。利用QuartusII創(chuàng)建創(chuàng)建工程，時序仿真，并根據(jù)仿真波形作說明；引腳鎖定編譯，下載工程，時序仿真，并根據(jù)仿真波形作

16、說明；引腳鎖定編譯，下載FPGA中，中，在實驗系統(tǒng)上硬件驗證。完成實驗報告。在實驗系統(tǒng)上硬件驗證。完成實驗報告。 8-48位同步自動預(yù)置型數(shù)控分頻率器設(shè)計位同步自動預(yù)置型數(shù)控分頻率器設(shè)計根據(jù)根據(jù)8.4節(jié)，完成節(jié)，完成8位同步自動預(yù)置型數(shù)控分頻器的設(shè)計。利用位同步自動預(yù)置型數(shù)控分頻器的設(shè)計。利用QuartusII創(chuàng)建創(chuàng)建工程、時序仿真、并根據(jù)仿真波形作說明；引腳鎖定編譯，下載工程、時序仿真、并根據(jù)仿真波形作說明；引腳鎖定編譯，下載FPGA中，在實中，在實驗系統(tǒng)上硬件驗證。完成實驗報告。驗系統(tǒng)上硬件驗證。完成實驗報告。8-5基于基于LPM的的16位可逆計數(shù)器設(shè)計位可逆計數(shù)器設(shè)計根據(jù)根據(jù)8.5節(jié)，完

17、成基于節(jié)，完成基于LPM_COUNTER的的16位可逆可預(yù)置型計數(shù)器設(shè)計。利用位可逆可預(yù)置型計數(shù)器設(shè)計。利用QuartusII創(chuàng)建工程、時序仿真、并根據(jù)仿真波形作說明；引腳鎖定編譯，下載創(chuàng)建工程、時序仿真、并根據(jù)仿真波形作說明；引腳鎖定編譯，下載FPGA中，在實驗系統(tǒng)上硬件驗證。完成實驗報告。中，在實驗系統(tǒng)上硬件驗證。完成實驗報告。8-6雙向旋轉(zhuǎn)可控型雙向旋轉(zhuǎn)可控型4相步進電機控制電路設(shè)計相步進電機控制電路設(shè)計根據(jù)根據(jù)8.6節(jié)，利用狀態(tài)機完成雙向旋轉(zhuǎn)可控型節(jié)，利用狀態(tài)機完成雙向旋轉(zhuǎn)可控型4相步進電機控制電路設(shè)計。相步進電機控制電路設(shè)計。（1）按照單）按照單4拍方式驅(qū)動步進電機；（拍方式驅(qū)動步進

18、電機；（2）按照）按照4相相8拍方式驅(qū)動步進電機。拍方式驅(qū)動步進電機。利用利用QuartusII創(chuàng)建工程、時序仿真、并根據(jù)仿真波形作說明；引腳鎖定編譯，創(chuàng)建工程、時序仿真、并根據(jù)仿真波形作說明；引腳鎖定編譯，下載下載FPGA中，在實驗系統(tǒng)上硬件驗證。完成實驗報告。中，在實驗系統(tǒng)上硬件驗證。完成實驗報告。 8-7模型電飯煲控制電路設(shè)計模型電飯煲控制電路設(shè)計（1）根據(jù)）根據(jù)8.7節(jié)，利用狀態(tài)機完成模型電飯煲控制電路設(shè)計。節(jié)，利用狀態(tài)機完成模型電飯煲控制電路設(shè)計。（2）設(shè)計一個洗衣機控制電路，洗衣機控制條件和狀態(tài)條件自行設(shè)定。）設(shè)計一個洗衣機控制電路，洗衣機控制條件和狀態(tài)條件自行設(shè)定。（3）設(shè)計一個）設(shè)計一個4層電梯控制電路，電梯控制條件和狀態(tài)條件自行設(shè)定。層電梯控制電路，電梯控制條件和狀態(tài)條件自行設(shè)定。利用利用QuartusII創(chuàng)建工程、時序仿真、并根據(jù)仿真波形詳細(xì)說明控制電路的工作創(chuàng)建工程、時序仿真、并根據(jù)仿真波形詳細(xì)說明控制電路的工作流程；引腳鎖定編譯，下載流程；引腳鎖定編譯，下載FPGA中，在實驗系統(tǒng)上硬件驗證。完成實驗報告。中，在實驗系統(tǒng)上硬件驗證。完成實驗報告。8-8設(shè)計一個序