中國地質(zhì)大學(xué)EDA實驗報告

EDA實驗報告姓名：肖敬軒學(xué)號：20101000639班級：075102老師：王巍院系：機(jī)電學(xué)院實驗一、3/8譯碼器的實現(xiàn)一．實驗?zāi)康模?．學(xué)習(xí)QuartusⅡ的基本操作2．熟悉教學(xué)實驗箱的使用3．設(shè)計一個3/8譯碼器4．初步掌握VHDL語言和原理圖的設(shè)計輸入，編譯，仿真和調(diào)試過程二．實驗說明：1、本實驗要求使用VHDL語言描述3/8譯碼器，并在實驗平臺上面實現(xiàn)這個譯碼器。描述的時候要注意VHDL語言的結(jié)構(gòu)和語法，并熟悉QuartusⅡ的文本編輯器的使用方法。嘗試使用不同的VHDL語言描述語句實現(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綜合結(jié)果的影響。將程序下載到實驗箱上，分別用按鍵和LED作為輸入和輸出對結(jié)果進(jìn)行驗證，進(jìn)一步熟悉所用EDA實驗箱系統(tǒng)。2、所用器件：EDA實驗箱、EP1K10TC100-3器件三．實驗步驟：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（原理圖方式時選擇BlockDiagram/SchematicFile），后單擊OK，就能創(chuàng)建一個后綴名為.vhd（*.bdf）的文本（原理圖）文件。此vhd文件名必須與設(shè)計實體名相同。另外，如果已經(jīng)有設(shè)計文件存在，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)引腳分配在試驗箱上進(jìn)行連線，使用LED進(jìn)行顯示；9、程序下載，觀察實驗結(jié)果并記錄；Diagram/SchematicFile），后單擊OK，就能創(chuàng)建一個后綴名為.vhd（*.bdf）的文本（原理圖）文件。此vhd文件名必須與設(shè)計實體名相同。另外，如果已經(jīng)有設(shè)計文件存在，可以按File菜單里面的Open來選擇你的文件。四．實驗要求：1、用VHDL語言編寫3/8譯碼器（if語句，case語句，布爾方程，以及并行語句中的when??else語句，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平臺上仿真；4、在實驗板上面實現(xiàn)這個3/8譯碼器。實驗二、BCD七段顯示譯碼器實驗一．實驗內(nèi)容：1、寫出七段譯碼器的工作原理；2、用VHDL語言進(jìn)行硬件描述的過程；3、寫出實驗步驟；4、畫出實驗原理圖（或邏輯構(gòu)造圖），寫出實驗源程序；二．實驗?zāi)康模?、了解和熟悉組合邏輯電路的設(shè)計方法和特點；2、掌握LED顯示器的工作原理；3、設(shè)計一個BCD七段顯示的譯碼器，并在實驗箱上面實現(xiàn)你的譯碼器。三．實驗說明：LED數(shù)碼顯示器是數(shù)字系統(tǒng)實驗里面經(jīng)常使用的一種顯示器件，因為它經(jīng)常顯示的是十進(jìn)制或十六進(jìn)制的數(shù)，所以我們就要對實驗里面所用到的二進(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兩種，本實驗使用的是共陰的連接，高電平有效。輸入信號為D0，D1，D2，D3，相應(yīng)的輸出8段為a、b、c、d、e、f、g、Dp。四．實驗要求：1、用VHDL語言進(jìn)行描寫；代碼必須有注釋！2、進(jìn)行波形仿真測試；3、嚴(yán)格按照實驗流程進(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；實驗三、數(shù)字鐘設(shè)計一．實驗?zāi)康?）熟練地運用數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計方法進(jìn)行數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計；2）能進(jìn)行較復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計；3）按要求設(shè)計一個數(shù)字鐘。二．功能設(shè)計1）有時、分、秒計數(shù)顯示功能,以24小時循環(huán)計時；2）設(shè)置復(fù)位、清零等功能；3）有校時功能,可以分別對時及分進(jìn)行單獨校時,使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時間；4）時鐘計數(shù)顯示時有LED燈顯示；5）具有整點報時功能。三．性能指標(biāo)1）時、分、秒計時器：時計時器為一個24進(jìn)制計數(shù)器，分、秒計時器均為60進(jìn)制計數(shù)器。當(dāng)秒計時器接受到一個秒脈沖時，秒計數(shù)器開始從1計數(shù)到60，此時秒顯示器將顯示00、01、02、...、59、00；每當(dāng)秒計數(shù)器數(shù)到00時，就會產(chǎn)生一個脈沖輸出送至分計時器，此時分計數(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)分計數(shù)器數(shù)到00時，就會產(chǎn)生一個脈沖輸出送至?xí)r計時器，此時時計數(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)字鐘運行到23點59分59秒時，當(dāng)秒計時器在接受一個秒脈沖，數(shù)字鐘將自動顯示00點00分00秒。2）校時電路：當(dāng)開關(guān)撥至校時檔時，電子鐘秒計時工作，通過時、分校時開關(guān)分別對時、分進(jìn)行校對，開關(guān)每按1次，與開關(guān)對應(yīng)的時或分計數(shù)器加1，當(dāng)調(diào)至需要的時與分時，撥動reset開關(guān)，電子鐘從設(shè)置的時間開始往后計時。總體方框圖數(shù)字時鐘數(shù)字時鐘控制單元時調(diào)整分調(diào)整使能端信號CLK信號時顯示分顯示秒顯示24進(jìn)制60進(jìn)制60進(jìn)制LED顯示整點報時花樣顯示四．詳細(xì)設(shè)計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)生一個頻率為1Hz的、非常穩(wěn)定的計數(shù)時鐘脈沖。2.調(diào)時、調(diào)分信號的產(chǎn)生由計數(shù)器的計數(shù)過程可知，正常計數(shù)時，當(dāng)秒計數(shù)器（60進(jìn)制）計數(shù)到59時，再來一個脈沖，則秒計數(shù)器清零，重新開始新一輪的計數(shù)，而進(jìn)位則作為分計數(shù)器的計數(shù)脈沖，使分計數(shù)器計數(shù)加1?，F(xiàn)在我們把電路稍做變動：把秒計數(shù)器的進(jìn)位脈沖和一個頻率為2Hz的脈沖信號同時接到一個2選1數(shù)據(jù)選擇器的兩個數(shù)據(jù)輸入端，而位選信號則接一個脈沖按鍵開關(guān)，當(dāng)按鍵開關(guān)不按下去時（即為0），則數(shù)據(jù)選擇器將秒計數(shù)器的進(jìn)位脈沖送到分計數(shù)器，此時，數(shù)字鐘正常工作；當(dāng)按鍵開關(guān)按下去時（即為1），則數(shù)據(jù)選擇器將另外一個2Hz的信號作為分計數(shù)器的計數(shù)脈沖，使其計數(shù)頻率加快，當(dāng)達(dá)到正確時間時，松開按鍵開關(guān)，從而達(dá)到調(diào)時的目的。調(diào)節(jié)小時的時間也一樣的實現(xiàn)。3.計數(shù)顯示電路由計數(shù)部分、數(shù)據(jù)選擇器、譯碼器組成，是時鐘的關(guān)鍵部分。1、計數(shù)部分：由兩個60進(jìn)制計數(shù)器和一個24進(jìn)制計數(shù)器組成，其中60進(jìn)制計數(shù)器可用6進(jìn)制計數(shù)器和10進(jìn)制計數(shù)器構(gòu)成；24進(jìn)制的小時計數(shù)同樣可用6進(jìn)制計數(shù)器和10進(jìn)制計數(shù)器得到：當(dāng)計數(shù)器計數(shù)到24時，“2”和“4”同時進(jìn)行清零，則可實現(xiàn)24進(jìn)制計數(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，因為本實驗用到了8個數(shù)碼管（有兩個用來產(chǎn)生隔離符號‘—’）。3、譯碼器：七段譯碼器。譯碼器必須能譯出‘—’，由實驗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)計思路根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求,系統(tǒng)設(shè)計采用自頂向下設(shè)計方法,由時鐘分頻部分、計時部分、按鍵部分調(diào)時部分和顯示部分五個部分組成。這些模塊都放在一個頂層文件中。1）時鐘計數(shù)：首先下載程序進(jìn)行復(fù)位清零操作,電子鐘從00：00：00計時開始。sethour可以調(diào)整時鐘的小時部分,setmin可以調(diào)整分鐘,步進(jìn)為1。由于電子鐘的最小計時單位是1s,因此提供給系統(tǒng)的內(nèi)部的時鐘頻率應(yīng)該大于1Hz,這里取100Hz。CLK端連接外部10Hz的時鐘輸入信號clk。對clk進(jìn)行計數(shù),當(dāng)clk=10時,秒加1,當(dāng)秒加到60時,分加1；當(dāng)分加到60時,時加1；當(dāng)時加到24時,全部清0,從新計時。用6位數(shù)碼管分別顯示“時”、“分”、“秒”,通過OUTPUT(6DOWNTO0)上的信號來點亮指定的LED七段顯示數(shù)碼管。時間設(shè)置：手動調(diào)節(jié)分鐘、小時，可以對所設(shè)計的時鐘任意調(diào)時間，這樣使數(shù)字鐘真正具有使用功能。我們可以通過實驗板上的鍵7和鍵4進(jìn)行任意的調(diào)整，因為我們用的時鐘信號均是1HZ的，所以每LED燈變化一次就來一個脈沖，即計數(shù)一次。3）清零功能：reset為復(fù)位鍵，低電平時實現(xiàn)清零功能，高電平時正常計數(shù)?？梢愿鶕?jù)我們自己任意時間的復(fù)位。4）蜂鳴器在整點時有報時信號產(chǎn)生，蜂鳴器報警。產(chǎn)生“滴答.滴答”的報警聲音。數(shù)字鐘控制邏輯電路計數(shù)顯示電路計數(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數(shù)顯示電路計數(shù)器數(shù)據(jù)選擇器2選1數(shù)據(jù)選擇器位選信號發(fā)生器譯碼器工程項目的編譯單擊工具條上的編譯符號開始編譯，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選項的下拉菜單中選擇器件Device，如圖：7.時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”對話框，單擊該對話框的“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引腳，也可以只選其中的的一部分，根據(jù)實際情況決定。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)定仿真時間寬度。選擇Edit→Endtime…選項，在Endtime選擇窗中選擇適當(dāng)?shù)姆抡鏁r間域，以便有足夠長的觀察時間。波形文件存盤。選擇File→Saveas選項，直接存盤即可。運行仿真器。在菜單中選擇項，直到出現(xiàn)，仿真結(jié)束。引腳鎖定將設(shè)計編程下載進(jìn)選定的目標(biāo)器件中，如EPF10K10，作進(jìn)一步的硬件測試，將設(shè)計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應(yīng)的端口信號名(如D[0])；然后雙擊對應(yīng)的欄的《new》,在出現(xiàn)的下拉欄中選擇對應(yīng)的端口信號名的期間引腳號。9.硬件測試10.實驗結(jié)果實驗箱使用模式7，鍵8為復(fù)位按鍵，鍵8為1時正常工作。鍵4設(shè)置小時，鍵7設(shè)置分鐘。下載成功后，按下鍵8，及使六個LED復(fù)位清零，顯示數(shù)秒的自動計時，可以通過4鍵設(shè)置小時數(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，秒數(shù)在加一則顯示00:00:00，之后從新計時。五．設(shè)計總結(jié)通過這次課程設(shè)計，我進(jìn)一步加深了對EDA的了解，并進(jìn)一步熟練的掌握了對QuartusII軟件的操作。在自己設(shè)計的東西的時候，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)大了知識面。在編寫程序