《Xilinx FPGACPLD設計初級教程》課件實驗三

實驗三

鍵控走馬燈

1.實驗目的

◆初步掌握用VerilogHDL硬件描述語言編寫程序。

◆掌握ISE9.1i綜合工具的使用。

◆掌握ModelSimSE6.2b仿真工具的使用。

◆掌握引腳分配方法。

◆掌握JTAG下載工具的使用。

2.實驗內容

本實驗要求以EZBoard為開發(fā)板，完成邏輯設計后并下板測試。實現(xiàn)功能為：一只pb鍵作為復位鍵，另一只pb鍵作為開始、暫停和取反鍵，按一下pb鍵為開始，LED發(fā)光二極管依次熄滅，循環(huán)顯示，亮滅占空比為500ms，再按一下pb鍵為暫停，長按pb鍵三秒后，LED燈按位取反。EZBoard開發(fā)板上的晶振頻率為4MHz，按鍵pb(1)～pb(4)在按下時為低電平，LED1、LED2、…、LED10這10個LED燈高電平點亮，低電平熄滅。

設計的端口連接如圖T3.1所示，方框里的名稱為設計模塊中定義的名稱(此名稱是本實驗參考程序中定義的名稱)，方框外的名稱為對應EZBoard開發(fā)板上的器件名稱。圖T3.1鍵控走馬燈端口連接要完成此實驗，應按照下面的步驟一步一步進行。

(1)使用ISE9.1i新建工程項目。

(2)使用ISE9.1i文本編輯器進行電路邏輯設計。

(3)使用ISE9.1i綜合工程項目。

(4)使用ISE9.1i文本編輯器編寫測試文件。

(5)使用ModelSimSE6.2b工具進行仿真測試。

(6)使用ISE9.1i工具進行引腳分配、布線并生成下載的jed文件。

(7)通過JTAG下載線將PC機與EZBoard板卡連接起來，使用ISE9.1i的iMPACT工具將jed文件下載至EZBoard板卡上。

(8)通過按鍵，驗證EZBoard板卡上10只LED燈的熄滅情況，以此來驗證邏輯設計的正確性。

3.實驗步驟

(1)建立ISE工程。

具體步驟如下：

①打開ISE9.1i，選擇“開始”→“程序”→“XilinxISE9.1i”→“ProjectNavigator”(或者直接雙擊桌面圖標啟動ISE)。

②新建一個工程項目，選擇菜單命令“File”→“NewProject”(如果打開ISE后，上面已經(jīng)有存在的工程項目，請選擇“File”→“CloseProject”)，如圖T3.2所示。圖T3.2新建工程圖T3.3新建工程向導④在彈出的“DeviceProperties”對話框中選擇FPGA的型號、仿真工具和硬件描述語言類型，如圖T3.4所示。

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Family:XC9500XLCPLDs。

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Device:XC95144XL。

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Package:TQ100。

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Speed:–10。

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SynthesisTool:XST(VHDL/Verilog)。

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Simulator:Modelsim-SEVerilog。

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PreferredLanguage:Verilog(如果是VHDL語言用戶，請選擇VHDL)。圖T3.4“DeviceProperties”對話框⑤點擊“Next”按鈕，彈出“CreateNewSource”對話框，如圖T3.5所示。圖T3.5“CreateNewSource”對話框⑥點擊“Next”按鈕，彈出“AddExistingSources”對話框，如圖T3.6所示。圖T3.6“AddExistingSources”對話框⑦點擊“Next”按鈕，在彈出的“ProjectSummary”對話框中點擊“Finish”按鈕，完成工程項目的建立，如圖T3.7所示。圖T3.7“ProjectSummary”對話框

(2)使用文本編輯形式完成對電路功能的描述，并完成綜合。

具體步驟如下：

①在新建工程向導完成以后，點擊“New”按鈕，如圖T3.8所示。圖T3.8點擊“New”按鈕②在出現(xiàn)的“New”對話框里選擇“TextFile”，點擊“OK”按鈕，如圖T3.9所示。圖T3.9選擇“TextFile”③此時在新建的文本對話框中，?按照本實驗的功能說明，用VerilogHDL或VHDL語言完成此實驗功能的邏輯編程。

④待程序設計完成后，選擇菜單“File”→“SaveAs”保存文件，在“文件名”里填寫要保存文件的名字(這里以lab3.v為例)，然后點擊“保存”按鈕，如圖T3.10所示。圖T3.10保存文件⑤在工程項目的“Sources”窗口中右擊“xc95144xl-10TQ100”，選擇“AddSource…”，如圖T3.11所示。圖T3.11加入源代碼⑥通過上一步驟會出現(xiàn)“AddExistingSourecs”對話框，在此對話框中選擇lab3.v文件，點擊“打開”按鈕，如圖T3.12所示。圖T3.12選擇源代碼⑦在隨后出現(xiàn)的“AddingSourceFiles…”對話框中點擊“OK”按鈕，如圖T3.13所示。圖T3.13添加源文件⑧在工程項目的“Sources”窗口中，單擊lab3.v，在工程項目的資源操作窗口(Processes)中展開“ImplementDesign”，雙擊“Synthesize–XST”，進行綜合，綜合完成后如圖T3.14所示。圖T3.14綜合設計注意：綜合完成后，在“Synthesize-XST”上會顯示一個小圖標，表示該步驟的完成情況。有些警告是可以忽略的。圖標的含義如下：

●“對號”表示該操作步驟成功完成。

●“嘆號”表示該操作步驟雖完成，但有警告信息。

●“叉號”表示該操作步驟因錯誤而未完成。

如果編寫的程序有錯誤，可查看“errors”窗口里的提示信息，并修改相應的錯誤代碼，然后保存，再進行綜合。

(3)使用ModelSimSE6.2b仿真工具對電路進行前仿真測試。具體步驟如下：

①在ISEProjectNavigator中，選擇菜單“File”→“New”,在出現(xiàn)的“New”對話框中選擇“TextFile”，點擊“OK”按鈕，此時在新建的文本對話框里編寫仿真程序。

②待編寫完仿真程序后，選擇菜單“File”→“SaveAs”，在出現(xiàn)的保存文本對話框的“文件名”中輸入lab3_tp.v，然后點擊“保存”按鈕。

③在ISEProjectNavigator中，選擇菜單“Project”→“AddSource”，指向上一步驟保存的lab3_tp.v文件夾目錄，選擇lab3_tp.v文件，點擊“打開”按鈕。在彈出的“AddingSourceFiles…”對話框中，點擊“OK”按鈕，如圖T3.15所示。圖T3.15添加仿真文件④在工程項目的“Sources”窗口中，確保“Sourcesfor”的選項為“BehavioralSimulation”，如圖T3.16所示。圖T3.16確認選中“BehavioralSimulation”⑤在工程項目的“Sources”窗口中，選中工程的頂層文件lab3_tp.v(注意這很關鍵，不然仿真的波形出不來)，然后展開工程的資源操作窗口(Processes)里的“ModelSimSimulator”選項，雙擊“SimulateBehavioralModel”，如圖T3.17所示。之后會出現(xiàn)進入“ModelSimSE6.2b”仿真環(huán)境，如圖T3.18所示。圖T3.17雙擊“SimulateBehavioralModel”圖T3.18進入“ModelSimSE6.2b”仿真環(huán)境⑥進入ModelSimSE后，觀察在“wave-default”窗口中有沒有出現(xiàn)不想觀看波形的端口，如果有此端口，請在此端口上點鼠標右鍵，選擇“Delete”選項，如圖T3.19所示。圖T3.19“wave-default”窗口刪除此端口后，就將需要觀察的寄存器或者wire型變量添加到觀察窗口中，在“Workspace”窗口中選擇“uut”，然后在“Objects”窗口中選擇想要觀看波形的端口，再在此端口上右鍵選擇“AddtoWave”→“SelectedSignals”，如圖T3.20所示。圖T3.20添加觀察變量⑦在工具欄的紅色標記編輯框中設置仿真時間，如圖T3.21所示，時間自行設定，建議設置為500ms。圖T3.21設置仿真時間⑧點擊工具欄中紅色標記框內的按鈕，開始仿真，如圖T3.22所示。圖T3.22開始仿真圖T3.23時序波形圖T3.24雙擊“AssignPackagePins”②在出現(xiàn)的“ProjectNavigator”對話框里，點擊“Yes”按鈕，如圖T3.25所示。圖T3.25確定配置引腳③在XilinxPACE中瀏覽“DesignObjectList-I/OPins”窗口，在Loc中輸入對應的引腳。圖T3.26為配置好的此實驗的引腳圖表。圖T3.26參考“l(fā)ab3_ucf.txt”文件配置引腳④在XilinxPACE窗口中，選擇“File”→“Save”。在出現(xiàn)的“BusDelimiter”對話框里，選擇默認的“XSTDefault”形式，點擊“OK”按鈕，如圖T3.27所示。圖T3.27“BusDelimiter”對話框⑤關閉XilinxPACE窗口。在工程的資源操作窗口(Processes)里雙擊“ImplementDesign”，進行布局布線并生成jed下載文件，如圖T3.28所示。圖T3.28進行布局布線注意：布局布線完成后，如有錯誤出現(xiàn)，請查看芯片類型和引腳配置是否正確。

(5)接通板卡電源和JATG下載線，并下載jed程序到板卡上進行測試。

具體步驟如下：

①用JTAG-USB下載線將PC機與EZBoard板卡JTAG接口連接起來，具體連線如圖T3.29所示。

②展開“GenerateProgrammingFile”，雙擊“ConfigureDevice(iMPACT)”，如圖T3.30所示。在出現(xiàn)“iMPACT-WelcometoiMPACT”對話框后，單擊“Finish”按鈕，如圖T3.31所示。圖T3.29JTAG下載線與EZBoard板卡JTAG接口連接圖圖T3.30啟動iMPA