VerilogHDL可綜合設(shè)計(jì)舉例

第7章VerilogHDL可綜合設(shè)計(jì)舉例7.1跑馬燈把握器設(shè)計(jì)7.28位數(shù)碼掃描顯示電路設(shè)計(jì)7.3數(shù)控分頻器的設(shè)計(jì)7.4樂曲硬件演奏電路設(shè)計(jì)7.5數(shù)字跑表和數(shù)字鐘設(shè)計(jì)7.6VerilogHDL狀態(tài)機(jī)A/D采樣把握電路7.7交通把握器設(shè)計(jì)7.8空調(diào)把握器設(shè)計(jì)7.9飲料自動(dòng)售賣機(jī)設(shè)計(jì)7.10小結(jié)7.1跑馬燈把握器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求：共8個(gè)LED燈，連成一排。要求實(shí)現(xiàn)幾種燈的組合顯示。具體要求如下：〔1〕模式1：先奇數(shù)燈即第1/3/5/7燈亮0.25s，然后偶數(shù)燈即第2/4/6/8燈亮0.25s；依次類推。〔2〕模式2：依據(jù)1、2、3、4、5、6、7、8的挨次依次點(diǎn)亮全部燈，間隔0.25s；然后再按1、2、3、4、5、6、7、8的挨次依次熄滅全部燈，間隔0.25s。〔3〕模式3：依據(jù)1/8、2/7、3/6、4/5的挨次依次點(diǎn)亮全部燈，間隔0.25s，每次同時(shí)點(diǎn)亮兩個(gè)燈；然后再依據(jù)1/8、2/7、3/6、4/5的挨次依次熄滅全部燈，間隔0.25s，每次同時(shí)熄滅兩個(gè)燈?！?〕以上模式可以選擇。7.1跑馬燈把握器設(shè)計(jì)7.1跑馬燈把握器設(shè)計(jì)7.1跑馬燈把握器設(shè)計(jì)圖7-3跑馬燈仿真波形圖7.1跑馬燈把握器設(shè)計(jì)圖7-4引腳鎖定狀況7.1跑馬燈把握器設(shè)計(jì)擴(kuò)展局部：請(qǐng)讀者思考其他LED顯示方式，并實(shí)現(xiàn)之。例如：先循環(huán)左移，再循環(huán)右移〔任一時(shí)刻只有一個(gè)LED燈亮〕，然后從兩頭至中間〔任一時(shí)刻只有兩個(gè)LED亮〕，之后不斷重復(fù)以上行為。7.28位數(shù)碼掃描顯示電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求：共8個(gè)數(shù)碼管，連成一排，要求可以任意顯示其中一個(gè)或多個(gè)數(shù)碼管。具體要求如下：〔1〕依次選通8個(gè)數(shù)碼管，并讓每個(gè)數(shù)碼管顯示相應(yīng)的值，比方：讓每個(gè)數(shù)碼管依次顯示13579BDF。〔2〕要求能在試驗(yàn)臺(tái)上演示出數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示過(guò)程。7.28位數(shù)碼掃描顯示電路設(shè)計(jì)圖7-5共陰數(shù)碼管及其電路7.28位數(shù)碼掃描顯示電路設(shè)計(jì)圖7-68位數(shù)碼掃描顯示電路7.28位數(shù)碼掃描顯示電路設(shè)計(jì)圖7-7數(shù)碼管頂層模塊框圖7.28位數(shù)碼掃描顯示電路設(shè)計(jì)圖7-8數(shù)碼管仿真波形圖7.28位數(shù)碼掃描顯示電路設(shè)計(jì)圖7-9引腳鎖定狀況7.28位數(shù)碼掃描顯示電路設(shè)計(jì)擴(kuò)展局部：讀者嘗試完成以下幾種顯示方式：〔1〕8個(gè)數(shù)碼管同時(shí)顯示，8個(gè)段依次顯示，即a、b、c、d、e、f、g、dp依次顯示，每個(gè)段持續(xù)顯示時(shí)間為0.25s時(shí)間。〔2〕8個(gè)段和8個(gè)數(shù)碼管依次顯示，a段顯示在第1個(gè)數(shù)碼管上，b段顯示在第2個(gè)數(shù)碼管上，……，dp段顯示在第8個(gè)數(shù)碼管上，顯示持續(xù)時(shí)間0.25s?！?〕將0~F這16個(gè)十六制數(shù)依次顯示在數(shù)碼管中，每個(gè)時(shí)刻只有一個(gè)數(shù)碼管顯示，持續(xù)時(shí)間為0.25s：0顯示在第1個(gè)數(shù)碼管、1顯示在第2個(gè)數(shù)碼管、……、7顯示在第8個(gè)數(shù)碼管、8顯示在第1個(gè)數(shù)碼管、……、F顯示在第8個(gè)數(shù)碼管。7.3數(shù)控分頻器的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求：〔1〕對(duì)于任意頻率可以實(shí)現(xiàn)數(shù)控分頻；〔2〕對(duì)于預(yù)定頻率，均可以通過(guò)分頻得到。7.3數(shù)控分頻器的設(shè)計(jì)圖7-10分頻器模塊端口框圖7.3數(shù)控分頻器的設(shè)計(jì)圖7-11數(shù)控分頻器的仿真結(jié)果7.3數(shù)控分頻器的設(shè)計(jì)圖7-12引腳鎖定7.3數(shù)控分頻器的設(shè)計(jì)擴(kuò)展局部：〔1〕利用本節(jié)的數(shù)控分頻器得到的頻率，其占空比為50%。假設(shè)占空比可調(diào)，比方占空比為30%，如何實(shí)現(xiàn)？提示：可使用兩個(gè)8位輸入數(shù)據(jù)把握輸出脈沖的凹凸電平持續(xù)時(shí)間?！?〕嘗試使用其他分頻器的設(shè)計(jì)方法。例如第4章提出的方法，并比較這些方法的異同。7.4樂曲硬件演奏電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求：〔1〕利用7.3節(jié)的數(shù)控分頻器設(shè)計(jì)硬件樂曲演奏電路。〔2〕了解樂譜的一些根本學(xué)問(wèn)，可以將樂譜轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的QuartusII文件，把握其演奏原理。〔3〕把握本設(shè)計(jì)各模塊的功能，能夠填入并演奏一些新的曲子。7.4樂曲硬件演奏電路設(shè)計(jì)圖7-13簡(jiǎn)譜中音名與音頻的對(duì)應(yīng)關(guān)系7.4樂曲硬件演奏電路設(shè)計(jì)圖7-14簡(jiǎn)譜中音頻與分頻預(yù)置數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系7.4樂曲硬件演奏電路設(shè)計(jì)圖7-15硬件樂曲演奏電路構(gòu)造7.4樂曲硬件演奏電路設(shè)計(jì)圖7-16引腳鎖定7.4樂曲硬件演奏電路設(shè)計(jì)圖7-17梁祝簡(jiǎn)譜7.4樂曲硬件演奏電路設(shè)計(jì)圖7-18兩只老虎的簡(jiǎn)譜7.4樂曲硬件演奏電路設(shè)計(jì)擴(kuò)展局部：1〕填入新的樂曲，如“梁祝”、或其它生疏的樂曲。操作步驟如下：a、依據(jù)所填樂曲可能消逝的音符，修改例7-11的音符數(shù)據(jù)，同時(shí)留意每一音符的節(jié)拍長(zhǎng)短；b、假設(shè)樂曲比較長(zhǎng)，可增加模塊NOTETABA中計(jì)數(shù)器的位數(shù)，如9位時(shí)可達(dá)512個(gè)根本節(jié)拍?！?〕在一個(gè)ROM裝上多首歌曲，可手動(dòng)或自動(dòng)選擇歌曲。〔3〕結(jié)合本試驗(yàn)，讀者可以查閱電子琴相關(guān)學(xué)問(wèn)并設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易電子琴?！?〕例7-8中的進(jìn)程DelaySpkS對(duì)揚(yáng)聲器發(fā)聲有什么影響？在電路上應(yīng)當(dāng)滿足哪些條件，才能用數(shù)字器件直接輸出的方波驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲？7.5數(shù)字跑表和數(shù)字鐘設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求：〔1〕計(jì)時(shí)功能：編寫一個(gè)具有“百分秒、秒、分、小時(shí)”計(jì)時(shí)功能的數(shù)字跑表，可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)小時(shí)以內(nèi)準(zhǔn)確至百分之一秒的計(jì)時(shí)。要求具有復(fù)位和暫停功能：復(fù)位后，從00:00:00:00開頭計(jì)數(shù)；暫停后，保持現(xiàn)有計(jì)數(shù)值不變?！?〕校準(zhǔn)功能：依據(jù)當(dāng)前時(shí)間校準(zhǔn)鬧鐘。即增加一個(gè)校時(shí)鍵，增加時(shí)、分預(yù)置初值按鈕，這樣可以對(duì)小時(shí)、分鐘進(jìn)展校準(zhǔn)。7.5數(shù)字跑表和數(shù)字鐘設(shè)計(jì)圖7-22數(shù)字鐘頂層模塊設(shè)計(jì)7.5數(shù)字跑表和數(shù)字鐘設(shè)計(jì)圖7-23仿真波形7.5數(shù)字跑表和數(shù)字鐘設(shè)計(jì)圖7-27引腳鎖定7.5數(shù)字跑表和數(shù)字鐘設(shè)計(jì)圖7-28256Hz轉(zhuǎn)換為100Hz的仿真波形7.5數(shù)字跑表和數(shù)字鐘設(shè)計(jì)擴(kuò)展局部：〔1〕校時(shí)功能：增加一個(gè)校時(shí)鍵，增加4個(gè)時(shí)、分預(yù)置初值按鍵分別用來(lái)調(diào)整時(shí)、分的各位，這一步由讀者自己完成?！?〕鬧鐘功能：即增加一個(gè)鬧鐘功能鍵，同時(shí)使用校時(shí)功能中用到的4個(gè)銨鍵來(lái)設(shè)置輸入鬧鐘時(shí)間。假設(shè)當(dāng)前時(shí)間與設(shè)置的鬧鐘時(shí)間一樣，則揚(yáng)聲器發(fā)出蜂鳴聲?！?〕思考對(duì)于任意系統(tǒng)頻率，比方6MHz或者256Hz，如何獲得100Hz的百分秒頻率。下面給出將256Hz轉(zhuǎn)換成為100Hz的一種實(shí)現(xiàn)代碼，讀者也可以承受其他方法實(shí)現(xiàn)。7.6VerilogHDL狀態(tài)機(jī)A/D采樣把握電路實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求：理解把握ADC0809芯片的工作時(shí)序要求；要求承受狀態(tài)機(jī)來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809的采樣把握電路。7.6VerilogHDL狀態(tài)機(jī)A/D采樣把握電路實(shí)現(xiàn)圖7-29ADC0809工作時(shí)序7.6VerilogHDL狀態(tài)機(jī)A/D采樣把握電路實(shí)現(xiàn)圖7-30把握ADC0809采樣的狀態(tài)圖7.6VerilogHDL狀態(tài)機(jī)A/D采樣把握電路實(shí)現(xiàn)圖7-32采樣把握模塊內(nèi)部構(gòu)造圖7.6VerilogHDL狀態(tài)機(jī)A/D采樣把握電路實(shí)現(xiàn)圖7-33引腳鎖定7.6VerilogHDL狀態(tài)機(jī)A/D采樣把握電路實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展局部：〔1〕在本試驗(yàn)的根底上，增加存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易存儲(chǔ)示波器。〔2〕假設(shè)不承受集成電路芯片ADC0809，可否承受比較器和D/A器件實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換功能。請(qǐng)查閱相關(guān)資料，并給出電路設(shè)計(jì)。7.7交通把握器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求：實(shí)現(xiàn)一個(gè)常見的十字路口交通燈把握功能。一個(gè)十字路口的交通燈一般分為兩個(gè)方向，每個(gè)方向具有紅燈、綠燈和黃燈3種。具體要求如下：〔1〕十字路口包含A、B兩個(gè)方向的車道。A方向放行1分鐘〔綠55s，黃5s〕，同時(shí)B方向禁行〔紅60s〕；然后A方向禁行1分鐘〔紅60s〕，同時(shí)B方向放行〔綠燈55s，黃燈5s〕，以此類推，循環(huán)往復(fù)。〔2〕實(shí)現(xiàn)正常的倒計(jì)時(shí)功能，用2組數(shù)碼管作為A和B兩個(gè)方向的倒計(jì)時(shí)顯示?！?〕當(dāng)遇特殊狀況時(shí)，可通過(guò)按hold鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)特殊的功能。使A、B方向的紅燈亮并且警告燈不停閃爍；計(jì)數(shù)器停頓計(jì)數(shù)并保持在原來(lái)的狀態(tài)；特殊狀況處理完畢后可通過(guò)按hold鍵使交通燈正常運(yùn)行，并正常計(jì)數(shù)?！?〕系統(tǒng)已有時(shí)鐘為64Hz。7.7交通把握器設(shè)計(jì)圖7-34交通把握器模塊框圖7.7交通把握器設(shè)計(jì)圖7-35仿真波形圖7.7交通把握器設(shè)計(jì)圖7-36仿真細(xì)節(jié)〔局部仿真圖〕7.7交通把握器設(shè)計(jì)圖7-37引腳鎖定7.7交通把握器設(shè)計(jì)擴(kuò)展局部：穿插路口簡(jiǎn)潔多樣，因此交通把握器設(shè)計(jì)也會(huì)變化多端。請(qǐng)依據(jù)周邊的實(shí)際穿插路口狀況，設(shè)計(jì)相應(yīng)的交通把握器。比方，可以考慮在每個(gè)方向增加一個(gè)左轉(zhuǎn)向燈。7.8空調(diào)把握器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求：〔1〕承受按鍵1/2設(shè)定溫度；通過(guò)按鍵8設(shè)定2種工作方式：手動(dòng)和自動(dòng)；按鍵7〔正反轉(zhuǎn)，高電平正轉(zhuǎn)低電平反轉(zhuǎn)〕、6〔停頓〕在手動(dòng)方式下把握電機(jī)。并將溫度設(shè)定值在數(shù)碼管7和8上顯示出來(lái)?！?〕承受A/D的一個(gè)通道〔可調(diào)電阻〕作為溫度傳感器，檢測(cè)環(huán)境溫度〔0-42℃〕。并在數(shù)碼管上1和2上顯示出來(lái)。〔3〕把握直流電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停頓。且正轉(zhuǎn)模擬加熱裝置制熱，反轉(zhuǎn)模擬壓縮機(jī)制冷；停頓模擬既不制熱也不制冷。承受流水燈指示電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)和停的狀態(tài)。即：正轉(zhuǎn)時(shí)，流水燈運(yùn)動(dòng)方向從左向右；反轉(zhuǎn)時(shí)，流水燈運(yùn)動(dòng)方向從右向左；停立刻，流水燈熄滅。〔4〕把握溫度精度為±1℃。即當(dāng)把握器設(shè)定在自動(dòng)〔AUTO〕模式下，當(dāng)環(huán)境溫度低于設(shè)定溫度1℃時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)——制熱；當(dāng)環(huán)境溫度高于設(shè)定溫度1℃時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)——制冷；當(dāng)環(huán)境溫度在設(shè)定溫度±1℃范圍之內(nèi)時(shí)，電機(jī)停轉(zhuǎn)。7.8空調(diào)把握器設(shè)計(jì)圖7-38空調(diào)把握模擬系統(tǒng)整體框圖7.8空調(diào)把握器設(shè)計(jì)圖7-39空調(diào)把握器的仿真波形7.8空調(diào)把握器設(shè)計(jì)圖7-40引腳鎖定7.8空調(diào)把握器設(shè)計(jì)擴(kuò)展局部：考慮為空調(diào)把握器增加風(fēng)扇轉(zhuǎn)速顯示和把握功能。在空調(diào)把握系統(tǒng)中，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速準(zhǔn)備了溫度變化的快慢，是空調(diào)把握器中的一個(gè)比較重要的把握變量。7.9飲料自動(dòng)售賣機(jī)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求：〔1〕自動(dòng)售飲料機(jī)。假定該自動(dòng)售飲料機(jī)僅供給一種飲料，每盒售價(jià)為1.5元，該機(jī)器上有銨鍵，按下后表示購(gòu)置該飲料；〔2〕投幣器只能承受1元硬幣和5角硬幣；〔3〕具有找零功能，即只找贖5角；〔4〕有兩個(gè)輸出口，一個(gè)輸出飲料，另一個(gè)輸出找零；在輸出飲料和找零時(shí)，使用兩個(gè)指示燈，分別用于提示用戶取走飲料和找零；〔5〕在界面上顯著位置顯示投幣總額和找零值。7.9飲料自動(dòng)售賣機(jī)設(shè)計(jì)圖7-41狀態(tài)圖7.9飲料自動(dòng)售賣機(jī)設(shè)計(jì)圖7-43仿真結(jié)果7.9飲料自動(dòng)售賣機(jī)設(shè)計(jì)圖7-44引腳鎖定7.9飲料自動(dòng)售賣機(jī)設(shè)計(jì)擴(kuò)展局部：〔1〕為本設(shè)計(jì)添加一個(gè)退出購(gòu)置按鈕：按動(dòng)此鈕，則將已投錢幣全額退出?！?〕本設(shè)計(jì)每次僅購(gòu)置飲料的數(shù)量為1，同時(shí)供給飲料和找贖功能；請(qǐng)?jiān)诒驹O(shè)計(jì)的根底上，增加一次可購(gòu)置的飲料數(shù)量為N的功能。〔3〕本飲料自動(dòng)售賣機(jī)僅供給一種飲料；請(qǐng)?jiān)诒驹O(shè)計(jì)的根底上，將可供給的飲料種類為兩種，每種飲料每盒售價(jià)為1.5元和2.5元，在相應(yīng)的飲料下方有銨鍵。7.10小結(jié)在本章，我們爭(zhēng)論了以下學(xué)問(wèn)點(diǎn)：本章重點(diǎn)介紹了跑馬燈把握器8位數(shù)碼掃描顯示電路數(shù)控分頻器樂曲硬件演奏電路數(shù)字跑表