中國(guó)地質(zhì)大學(xué)EDA實(shí)驗(yàn)報(bào)告

EDA實(shí)驗(yàn)報(bào)告姓名：肖敬軒學(xué)號(hào)：20101000639班級(jí)：075102老師：王巍院系：機(jī)電學(xué)院實(shí)驗(yàn)一、3/8譯碼器的實(shí)現(xiàn)一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?．學(xué)習(xí)QuartusⅡ的基本操作2．熟悉教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱的使用3．設(shè)計(jì)一個(gè)3/8譯碼器4．初步掌握VHDL語(yǔ)言和原理圖的設(shè)計(jì)輸入，編譯，仿真和調(diào)試過程二．實(shí)驗(yàn)說明：1、本實(shí)驗(yàn)要求使用VHDL語(yǔ)言描述3/8譯碼器，并在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上面實(shí)現(xiàn)這個(gè)譯碼器。描述的時(shí)候要注意VHDL語(yǔ)言的結(jié)構(gòu)和語(yǔ)法，并熟悉QuartusⅡ的文本編輯器的使用方法。嘗試使用不同的VHDL語(yǔ)言描述語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)3/8譯碼器，并查看其RTL結(jié)構(gòu)區(qū)別，理解不同描述方法對(duì)綜合結(jié)果的影響。將程序下載到實(shí)驗(yàn)箱上，分別用按鍵和LED作為輸入和輸出對(duì)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，進(jìn)一步熟悉所用EDA實(shí)驗(yàn)箱系統(tǒng)。2、所用器件：EDA實(shí)驗(yàn)箱、EP1K10TC100-3器件三．實(shí)驗(yàn)步驟：按照教學(xué)課件《QUARTUSII使用方法》，學(xué)習(xí)QuartusⅡ軟件的使用方法：1、在WINDOWS界面雙擊QuartusⅡ圖標(biāo)進(jìn)入QuartusⅡ環(huán)境；2、單擊File菜單下的NewProjectWizard:Introduction按照向?qū)Ю锩娴慕榻B新建一個(gè)工程并把它保存到自己的路徑下面。（注意路徑當(dāng)中不要有中文和空格）3、單擊File菜單下的New，選擇VHDLFile（原理圖方式時(shí)選擇BlockDiagram/SchematicFile），后單擊OK，就能創(chuàng)建一個(gè)后綴名為.vhd（*.bdf）的文本（原理圖）文件。此vhd文件名必須與設(shè)計(jì)實(shí)體名相同。另外，如果已經(jīng)有設(shè)計(jì)文件存在，可以按File菜單里面的Open來選擇你的文件。4、輸入完成后檢查并保存，編譯。5、改錯(cuò)并重新編譯；6、建立仿真波形文件并進(jìn)行仿真。單擊File菜單下的New，選擇VectorWaveformFile，單擊OK，創(chuàng)建一個(gè)后綴名為*.vwf的仿真波形文件，按照課件上的方法編輯輸入波形，保存，進(jìn)行仿真，驗(yàn)證仿真結(jié)果是否正確；7、選擇器件及分配引腳，重新編譯；8、根據(jù)引腳分配在試驗(yàn)箱上進(jìn)行連線，使用LED進(jìn)行顯示；9、程序下載，觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果并記錄；Diagram/SchematicFile），后單擊OK，就能創(chuàng)建一個(gè)后綴名為.vhd（*.bdf）的文本（原理圖）文件。此vhd文件名必須與設(shè)計(jì)實(shí)體名相同。另外，如果已經(jīng)有設(shè)計(jì)文件存在，可以按File菜單里面的Open來選擇你的文件。四．實(shí)驗(yàn)要求：1、用VHDL語(yǔ)言編寫3/8譯碼器（if語(yǔ)句，case語(yǔ)句，布爾方程，以及并行語(yǔ)句中的when??else語(yǔ)句，with??select??when）；2、編寫3/8譯碼器模塊的源程序，完成半加器的原理圖；3、在QuartusII平臺(tái)上仿真；4、在實(shí)驗(yàn)板上面實(shí)現(xiàn)這個(gè)3/8譯碼器。實(shí)驗(yàn)二、BCD七段顯示譯碼器實(shí)驗(yàn)一．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、寫出七段譯碼器的工作原理；2、用VHDL語(yǔ)言進(jìn)行硬件描述的過程；3、寫出實(shí)驗(yàn)步驟；4、畫出實(shí)驗(yàn)原理圖（或邏輯構(gòu)造圖），寫出實(shí)驗(yàn)源程序；二．實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、了解和熟悉組合邏輯電路的設(shè)計(jì)方法和特點(diǎn)；2、掌握LED顯示器的工作原理；3、設(shè)計(jì)一個(gè)BCD七段顯示的譯碼器，并在實(shí)驗(yàn)箱上面實(shí)現(xiàn)你的譯碼器。三．實(shí)驗(yàn)說明：LED數(shù)碼顯示器是數(shù)字系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)里面經(jīng)常使用的一種顯示器件，因?yàn)樗?jīng)常顯示的是十進(jìn)制或十六進(jìn)制的數(shù)，所以我們就要對(duì)實(shí)驗(yàn)里面所用到的二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行譯碼，將它們轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制的或是十六進(jìn)制的數(shù)。LED數(shù)碼顯示器分為共陰和共陽(yáng)兩種，本實(shí)驗(yàn)使用的是共陰的連接，高電平有效。輸入信號(hào)為D0，D1，D2，D3，相應(yīng)的輸出8段為a、b、c、d、e、f、g、Dp。四．實(shí)驗(yàn)要求：1、用VHDL語(yǔ)言進(jìn)行描寫；代碼必須有注釋！2、進(jìn)行波形仿真測(cè)試；3、嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)流程進(jìn)行；4、管腳映射按芯片要求進(jìn)行，在數(shù)碼管上顯示譯碼后的數(shù)字；5、查看資料，描述七段譯碼器的工作原理；實(shí)驗(yàn)三、數(shù)字鐘設(shè)計(jì)一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）熟練地運(yùn)用數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)；2）能進(jìn)行較復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)；3）按要求設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字鐘。二．功能設(shè)計(jì)1）有時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)顯示功能,以24小時(shí)循環(huán)計(jì)時(shí)；2）設(shè)置復(fù)位、清零等功能；3）有校時(shí)功能,可以分別對(duì)時(shí)及分進(jìn)行單獨(dú)校時(shí),使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間；4）時(shí)鐘計(jì)數(shù)顯示時(shí)有LED燈顯示；5）具有整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能。三．性能指標(biāo)1）時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)器：時(shí)計(jì)時(shí)器為一個(gè)24進(jìn)制計(jì)數(shù)器，分、秒計(jì)時(shí)器均為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器。當(dāng)秒計(jì)時(shí)器接受到一個(gè)秒脈沖時(shí)，秒計(jì)數(shù)器開始從1計(jì)數(shù)到60，此時(shí)秒顯示器將顯示00、01、02、...、59、00；每當(dāng)秒計(jì)數(shù)器數(shù)到00時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖輸出送至分計(jì)時(shí)器，此時(shí)分計(jì)數(shù)器數(shù)值在原有基礎(chǔ)上加1，其顯示器將顯示00、01、02、...、59、00；每當(dāng)分計(jì)數(shù)器數(shù)到00時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖輸出送至?xí)r計(jì)時(shí)器，此時(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器數(shù)值在原有基礎(chǔ)上加1，其顯示器將顯示00、01、02、...、23、00。即當(dāng)數(shù)字鐘運(yùn)行到23點(diǎn)59分59秒時(shí)，當(dāng)秒計(jì)時(shí)器在接受一個(gè)秒脈沖，數(shù)字鐘將自動(dòng)顯示00點(diǎn)00分00秒。2）校時(shí)電路：當(dāng)開關(guān)撥至校時(shí)檔時(shí)，電子鐘秒計(jì)時(shí)工作，通過時(shí)、分校時(shí)開關(guān)分別對(duì)時(shí)、分進(jìn)行校對(duì)，開關(guān)每按1次，與開關(guān)對(duì)應(yīng)的時(shí)或分計(jì)數(shù)器加1，當(dāng)調(diào)至需要的時(shí)與分時(shí)，撥動(dòng)reset開關(guān)，電子鐘從設(shè)置的時(shí)間開始往后計(jì)時(shí)。總體方框圖數(shù)字時(shí)鐘數(shù)字時(shí)鐘控制單元時(shí)調(diào)整分調(diào)整使能端信號(hào)CLK信號(hào)時(shí)顯示分顯示秒顯示24進(jìn)制60進(jìn)制60進(jìn)制LED顯示整點(diǎn)報(bào)時(shí)花樣顯示四．詳細(xì)設(shè)計(jì)1.數(shù)字鐘的基本工作原理：由晶振產(chǎn)生的頻率非常穩(wěn)定的脈沖，經(jīng)整形、穩(wěn)定電路后，產(chǎn)生一個(gè)頻率為1Hz的、非常穩(wěn)定的計(jì)數(shù)時(shí)鐘脈沖。2.調(diào)時(shí)、調(diào)分信號(hào)的產(chǎn)生由計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)過程可知，正常計(jì)數(shù)時(shí)，當(dāng)秒計(jì)數(shù)器（60進(jìn)制）計(jì)數(shù)到59時(shí)，再來一個(gè)脈沖，則秒計(jì)數(shù)器清零，重新開始新一輪的計(jì)數(shù)，而進(jìn)位則作為分計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖，使分計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)加1?，F(xiàn)在我們把電路稍做變動(dòng)：把秒計(jì)數(shù)器的進(jìn)位脈沖和一個(gè)頻率為2Hz的脈沖信號(hào)同時(shí)接到一個(gè)2選1數(shù)據(jù)選擇器的兩個(gè)數(shù)據(jù)輸入端，而位選信號(hào)則接一個(gè)脈沖按鍵開關(guān)，當(dāng)按鍵開關(guān)不按下去時(shí)（即為0），則數(shù)據(jù)選擇器將秒計(jì)數(shù)器的進(jìn)位脈沖送到分計(jì)數(shù)器，此時(shí)，數(shù)字鐘正常工作；當(dāng)按鍵開關(guān)按下去時(shí)（即為1），則數(shù)據(jù)選擇器將另外一個(gè)2Hz的信號(hào)作為分計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖，使其計(jì)數(shù)頻率加快，當(dāng)達(dá)到正確時(shí)間時(shí)，松開按鍵開關(guān)，從而達(dá)到調(diào)時(shí)的目的。調(diào)節(jié)小時(shí)的時(shí)間也一樣的實(shí)現(xiàn)。3.計(jì)數(shù)顯示電路由計(jì)數(shù)部分、數(shù)據(jù)選擇器、譯碼器組成，是時(shí)鐘的關(guān)鍵部分。1、計(jì)數(shù)部分：由兩個(gè)60進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一個(gè)24進(jìn)制計(jì)數(shù)器組成，其中60進(jìn)制計(jì)數(shù)器可用6進(jìn)制計(jì)數(shù)器和10進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成；24進(jìn)制的小時(shí)計(jì)數(shù)同樣可用6進(jìn)制計(jì)數(shù)器和10進(jìn)制計(jì)數(shù)器得到：當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到24時(shí)，“2”和“4”同時(shí)進(jìn)行清零，則可實(shí)現(xiàn)24進(jìn)制計(jì)數(shù)。2、數(shù)據(jù)選擇器：84輸入14輸出的多路數(shù)據(jù)選擇器，因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)用到了8個(gè)數(shù)碼管（有兩個(gè)用來產(chǎn)生隔離符號(hào)‘—’）。3、譯碼器：七段譯碼器。譯碼器必須能譯出‘—’，由實(shí)驗(yàn)二中譯碼器真值表可得：字母F的8421BCD碼為“1111”，譯碼后為“1000111”，現(xiàn)在如果只譯出‘—’，即字母F的中間一橫，則譯碼后應(yīng)為“0000001”，這樣，在數(shù)碼管上顯示的就為‘—’。4.設(shè)計(jì)思路根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求,系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用自頂向下設(shè)計(jì)方法,由時(shí)鐘分頻部分、計(jì)時(shí)部分、按鍵部分調(diào)時(shí)部分和顯示部分五個(gè)部分組成。這些模塊都放在一個(gè)頂層文件中。1）時(shí)鐘計(jì)數(shù)：首先下載程序進(jìn)行復(fù)位清零操作,電子鐘從00：00：00計(jì)時(shí)開始。sethour可以調(diào)整時(shí)鐘的小時(shí)部分,setmin可以調(diào)整分鐘,步進(jìn)為1。由于電子鐘的最小計(jì)時(shí)單位是1s,因此提供給系統(tǒng)的內(nèi)部的時(shí)鐘頻率應(yīng)該大于1Hz,這里取100Hz。CLK端連接外部10Hz的時(shí)鐘輸入信號(hào)clk。對(duì)clk進(jìn)行計(jì)數(shù),當(dāng)clk=10時(shí),秒加1,當(dāng)秒加到60時(shí),分加1；當(dāng)分加到60時(shí),時(shí)加1；當(dāng)時(shí)加到24時(shí),全部清0,從新計(jì)時(shí)。用6位數(shù)碼管分別顯示“時(shí)”、“分”、“秒”,通過OUTPUT(6DOWNTO0)上的信號(hào)來點(diǎn)亮指定的LED七段顯示數(shù)碼管。時(shí)間設(shè)置：手動(dòng)調(diào)節(jié)分鐘、小時(shí)，可以對(duì)所設(shè)計(jì)的時(shí)鐘任意調(diào)時(shí)間，這樣使數(shù)字鐘真正具有使用功能。我們可以通過實(shí)驗(yàn)板上的鍵7和鍵4進(jìn)行任意的調(diào)整，因?yàn)槲覀冇玫臅r(shí)鐘信號(hào)均是1HZ的，所以每LED燈變化一次就來一個(gè)脈沖，即計(jì)數(shù)一次。3）清零功能：reset為復(fù)位鍵，低電平時(shí)實(shí)現(xiàn)清零功能，高電平時(shí)正常計(jì)數(shù)。可以根據(jù)我們自己任意時(shí)間的復(fù)位。4）蜂鳴器在整點(diǎn)時(shí)有報(bào)時(shí)信號(hào)產(chǎn)生，蜂鳴器報(bào)警。產(chǎn)生“滴答.滴答”的報(bào)警聲音。數(shù)字鐘控制邏輯電路計(jì)數(shù)顯示電路計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)選擇器2選1數(shù)據(jù)選擇器數(shù)字鐘控制邏輯電路計(jì)數(shù)顯示電路計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)選擇器2選1數(shù)據(jù)選擇器位選信號(hào)發(fā)生器譯碼器工程項(xiàng)目的編譯單擊工具條上的編譯符號(hào)開始編譯，并隨著進(jìn)度不斷變化，編譯完成后的屏幕如圖所示：6.目標(biāo)芯片的選擇Assignments選項(xiàng)的下拉菜單中選擇器件Device，如圖：7.時(shí)序仿真建立波形文件：選擇File→New，在New窗中選中“OtherFile”標(biāo)簽。在出現(xiàn)的屏幕中選擇“VectorWaveformFile”項(xiàng)出現(xiàn)一新的屏幕。在出現(xiàn)的新屏幕中，雙擊“Name”下方的空白處，彈出“InsertNodorBus”對(duì)話框，單擊該對(duì)話框的“NodeFinder……”。在屏幕中的Filter中選擇Pins，單擊“List”。而后，單擊“>>”，所有輸入/輸出都被拷貝到右邊的一側(cè)，這些正是我們希望的各個(gè)引腳，也可以只選其中的的一部分，根據(jù)實(shí)際情況決定。然后單擊屏幕右上腳的“OK”。在出現(xiàn)的小屏幕上單擊“OK”。設(shè)定仿真時(shí)間寬度。選擇Edit→Endtime…選項(xiàng)，在Endtime選擇窗中選擇適當(dāng)?shù)姆抡鏁r(shí)間域，以便有足夠長(zhǎng)的觀察時(shí)間。波形文件存盤。選擇File→Saveas選項(xiàng)，直接存盤即可。運(yùn)行仿真器。在菜單中選擇項(xiàng)，直到出現(xiàn)，仿真結(jié)束。引腳鎖定將設(shè)計(jì)編程下載進(jìn)選定的目標(biāo)器件中，如EPF10K10，作進(jìn)一步的硬件測(cè)試，將設(shè)計(jì)的所有輸入輸出引腳分別與目標(biāo)器件的EPF10K10的部分引腳相接，操作如下：1．選擇Assignments→AssignmentsEditor,即進(jìn)入AssignmentsEditor編輯器。在Category欄選擇Pin，或直接單擊右上側(cè)的Pin按鈕。2．雙擊TO欄的《new》,在出現(xiàn)的的下拉欄中選擇對(duì)應(yīng)的端口信號(hào)名(如D[0])；然后雙擊對(duì)應(yīng)的欄的《new》,在出現(xiàn)的下拉欄中選擇對(duì)應(yīng)的端口信號(hào)名的期間引腳號(hào)。9.硬件測(cè)試10.實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)箱使用模式7，鍵8為復(fù)位按鍵，鍵8為1時(shí)正常工作。鍵4設(shè)置小時(shí)，鍵7設(shè)置分鐘。下載成功后，按下鍵8，及使六個(gè)LED復(fù)位清零，顯示數(shù)秒的自動(dòng)計(jì)時(shí)，可以通過4鍵設(shè)置小時(shí)數(shù)，7鍵設(shè)置分鐘數(shù)。當(dāng)秒數(shù)滿60則進(jìn)一位，分鐘數(shù)滿60進(jìn)一位，當(dāng)顯示為23:59:59時(shí)，秒數(shù)在加一則顯示00:00:00，之后從新計(jì)時(shí)。五．設(shè)計(jì)總結(jié)通過這次課程設(shè)計(jì)，我進(jìn)一步加深了對(duì)EDA的了解，并進(jìn)一步熟練的掌握了對(duì)QuartusII軟件的操作。在自己設(shè)計(jì)的東西的時(shí)候，可以通過上網(wǎng)查閱自己的想要了解的東西，解決自己所不懂的東西，擴(kuò)大了知識(shí)面。在編寫程序