基于LMP_ROM的流水灯控制器设计与调试实验

实验七 基于 LPM_ROM的 LED流水灯设计与调试一、实验目的1、掌握 QuartusII采用原理图结合 VHDL编程方式进行设计的流程。2、学会调用 LPM 模块的操作步骤。掌握基于 LPM_ROM 设计的基本方法。二、实验原理：基于 LPM_ROM的 LED流水灯控制器的顶层原理图文件图 7-1 所示，包含 2 个部分：由 6位二进制计数器担任的 ROM的地址信号发生器和由 LPM_ROM模块构成一个存储显示花样数据的 ROM。在系统时钟的作用下，地址计数器轮流读出 LPM_ROM中的数据，使实验箱上的 8个 LED根据预先存储在 ROM中的数据按各种花样变化。IED7.0OUTPUTclk05 dout5.0cnt16inst8 bits64 wordsBlock type: AUTOaddress5.0clockq7.0LEDROMinst1三、实验步骤在 QuartusII中可以用 LPM模块设计 ROM、RAM、FIFO、PLL，在本实验中将以 ROM为例，介绍 LPM功能的使用。1、建立工程在 F盘建立新的工程2、分模块设计1）地址计数器模块（CNT16VHD）设计：a) 建立 VHDL文件，写入程序。 （源程序略）b) 编译通过之后，将 VHDL文档封装生成 CNT16元件（当前 VHDL编辑界面下，点击 FileCreat/UpdateCreat Symbol Files for current File）2）设计 ROM 初始化数据文件在此首先确定图 7-1 中 ROM 内的数据文件。QuartusII 能接受的 LPM_ROM 中的初始化数据文件的格式有 2 种：Memory Initialization File （.mif）格式和 Hexadecimal（Intel-Format）File（.hex）格式。实际应用中只要使用其中一种格式文件即可。以下以 64点 LED花样显示数据为例说明（.mif）文件的建立。首先在 Quartus II 中选择 ROM 数据文件编辑窗，即在 File 菜单中选择 New，并在 New窗中选择 Other files 页，再选择 Memory Initialization File 项，单击 OK 按钮后产生 ROM 数据文件大小选择窗。根据 LED流水灯的设计要求，可选 ROM 的数据数 Number 为 64，数据宽 Word size 取 8 位。图 4-1 mif ROM 文件编辑窗 图 4-2 ROM 大小选择窗口单击OK 按钮，将出现如图7-3 所示的mif 数据表格，然后将数据填入此表中，表格中的数据格式可通过鼠标右键点击窗口边缘的地址数据弹出的窗口选择。此表中任一数据（如第四行的0F）对应的地址为左列与顶行数之和（如24+3=27，十六进制为21H，即00100001）。其中的数据还可以用Excel或者Matlab等工具批量生成，具体方法请自行研究。完成后，在File 菜单中单击Save as 按钮，保存此数据文件，在这里不妨取名为 LED.mif。 （.hex）格式文件的建立请参阅教材。3)LEDROM 宏模块的定制：新建一个.bdf的文件(File-New-BlockDiagram/SchematicFile) 点击Tools-MegaWizard Plug in Manager,（或者双击原理图纸空白处，出现的对话框中点击MegaWizard Plug in Manage下图所示）选择Create a new custom 项即开始定制一个新的模块（如果要修改一个已编辑好的LPM 模块，则选择Edit an existing custom 项）。创建宏模块本设计选择ROM:1 PORT ，命名为ledrom;设定ROM内为64字节的数据，每个字节对应一个16位的输出数据的地址；勾选q output part,选择地址锁存信号clock.为ledrom引入初始化数据，指向的数据为前面已建立好的led.mif文件。完成宏模块ledrom后将其放置到原理图纸中；在我们新建的.btf文件可以看到已经设置完毕的LPM_ROM。大家可以根据MegaWizard Plug-In Manger用类似的方法自行设计RAM、FIFO等其他宏模块。4) 完成电路原理图连接：调入宏模块ledrom和CNT16元件后加入输入输出引脚端口，双击端口给其命名:clk ,led7.0(总线型)；完成图7.1所示的顶层电路原理图的连接3、编译该项目同实验一4、进行波形仿真同实验一5、管脚分配同实验三6、配置FPGA同实验三四、实验内容：1、在 Quartus上进行编辑、编译、仿真。说明例中各语句的作用，详细描述示例的功能特点，给出其所有信号的时序仿真波形。2、完成引脚锁定以及硬件下载测试，在实验系统上硬件验证该实验的功能。目标器件是 EP1C3T144C8。3、通过修改 LEDROM 宏模块和对应的地址计数器使 LED 流水灯具有丰富的变换花样，并重复以上实验过程。五、实