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电子系统设计与EDA技术实验 兰州理工大学电信学院2005年3月 电子系统设计与EDA技术实验 实验体系 实验内容 指导思想 参考资料 实验体系 EDA实验体系 指导思想 3 EDA实验能使学生尽快掌握现代电子设计自动化技术的新方法 新工具和新手段 电子系统设计与EDA技术实验是电工电子课程体系改革和电工电子实践教学基地建设的重要内容 2 EDA实验教学的目标定位在系统地 科学地培养学生的实际动手能力 理论联系实际的能力 工程设计能力与创新意识 EDA实验也是学生参加各类电子设计竞赛中的一种重要的技术实现手段 电子系统设计与EDA技术实验 基础性实验部分 实验一组合逻辑3 8译码器的设计 实验目的 1 通过一个简单的3 8译码器的设计 让学生掌握组合逻辑电路的设计方法 2 掌握组合逻辑电路的静态测试方法 3 初步了解可编程器件设计的全过程 实验一组合逻辑3 8译码器的设计 1 在MaxplusII软件中输入原理图 2 电路的编译与适配 3 电路仿真与时序分析 4 管脚的重新分配与定位 5 器件的下载编程与硬件实现 6 结合电路功能 观察设计实现的正确结果 实验步骤 实验一组合逻辑3 8译码器的设计 用三位拨码开关代表译码器的输入A B C 将之分别与CPLD芯片定位后的3个管脚相连 用LED灯来表示译码器的输出 将D0 D7对应的管脚分别与8只LED等相连 ABCLED0LED1LED2LED3LED4LED5LED6LED7000亮灭灭灭灭灭灭灭100灭亮灭灭灭灭灭灭010灭灭亮灭灭灭灭灭110灭灭灭亮灭灭灭灭001灭灭灭灭亮灭灭灭101灭灭灭灭灭亮灭灭011灭灭灭灭灭灭亮灭111灭灭灭灭灭灭灭亮 实验一组合逻辑3 8译码器的设计 知识点 1 EDA实验的环节和过程及实验板的结构2 3 8译码器的原理图设计和VHDL语言设计 难点指导 1 EDA实验的步骤及实验板的结构2 软件环境的熟悉 参考实验指导书3 下载到实验板如何完成 参考实验指导书 实验一组合逻辑3 8译码器的设计 实验扩展 1 考虑如何设计优先译码器 2 在上述实验基础上 试用VHDL语言编制程序实现实验要求的电路功能 实验设备 计算机 MaxplusII软件平台 可编程器件EPF10K10LC84 4 北京精仪达盛EDA V型实验箱 北京精仪达盛EDA V型实验箱 实验二组合逻辑电路的设计 实验目的 1 掌握组合逻辑电路的设计方法 2 掌握组合逻辑电路的静态测试方法 3 加深PLD设计的过程 并比较原理图输入和文本输入的优劣 实验二组合逻辑电路的设计 1 设计一个四舍五入判别电路 其输入为8421BCD码 要求当输大于或等于5时 判别电路输出为1 反之为0 2 设计四个开关控制一盏灯的逻辑电路 要求合任一开关 灯亮 断任一开关 灯灭 即任一开关的合断改变原来灯亮灭的状态 3 设计一个优先权排队电路 其要求如下 排队顺序 A 1最高优先级B 1次高优先级C 1最低优先级要求输出端最高只能有一端为 1 即只能是优先级较高的输入端所对应的输出端为 1 实验内容 根据学时可自行选择 实验二组合逻辑电路的设计 知识点 1 组合逻辑电路的EDA设计方式2 原理图设计和VHDL语言设计比较 难点指导 1 MaxplusII软件输入方法的熟练掌握2 组合逻辑电路设计与应用3 VHDL语言的应用 实验二组合逻辑电路的设计 实验扩展 考虑如何设计彩灯循环等其他组合逻辑电路 实验设备 计算机 开发环境 硬件平台除外 输入 按键开关 常高 4个 拔码开关4位 输出 LED灯 主芯片 AlteraEPF10K10LC84 4 实验三触发器功能的模拟实现 实验目的 1 掌握触发器功能的测试方法 2 掌握基本RS触发器的组成及工作原理 3 掌握集成JK触发器和D触发器的逻辑功能及触发方式 4 掌握几种主要触发器之间相互转换的方法 实验三触发器功能的模拟实现 将基本RS触发器 同步RS触发器 集成J K触发器 D触发器同时集成一CPLD芯片中模拟其功能 并研究其相互转化的方法 实验内容 根据学时可自行选择 实验三触发器功能的模拟实现 知识点 1 触发器电路的EDA设计方式2 原理图设计和VHDL语言设计比较 难点指导 1 MaxplusII软件输入方法的熟练掌握2 触发器电路设计与应用3 VHDL语言的应用 时钟的使用 实验三触发器功能的模拟实现 实验扩展 1 考虑如何设计异步时序逻辑电路 2 体会CPLD芯片的高集成度和多I O口 实验设备 计算机 开发环境 硬件平台除外 输入 时钟 按键开关 拔码开关 逻辑 1 0 输出 LED灯 主芯片 AlteraEPF10K10LC84 4 实验四扫描显示电路的驱动 实验目的 了解EDA V型实验系统中8位八段数码管显示模块的工作原理 设计标准扫描驱动电路模块 实验四扫描显示电路的驱动 扫描显示电路又叫动态扫描显示电路 动态显示和静态显示的原理 LED显示原理 LED静态显示原理 实验四扫描显示电路的驱动 LED动态扫描电路 实验四扫描显示电路的驱动 两种显示电路的比较 静态显示电路 电路复杂 占用的管脚多 亮度高 成本高动态显示电路 电路简单 需要的管脚少 亮度较低 成本低在AlteraEPF10K10LC84 4的84管脚中 仅有60多个管脚是可用管脚 如做4位LED显示 静态 32个管脚动态 仅需12个管脚 实验四扫描显示电路的驱动 1 用拨码开关产生8421BCD码 用EPLD产生字形编码电路和扫描驱动电路 然后进行仿真 观察波形 正确后进行设计实现 适配下载 调节时钟频率 感受 扫描 的过程 并观察字符亮度和显示刷新的效果 2 编一个简单的从0 F轮换显示十六进制数的电路 实验内容 实验四扫描显示电路的驱动 例 编一个简单的从0 7轮换显示的电路 实验四扫描显示电路的驱动 知识点 1 扫描显示电路的EDA设计方式2 视觉暂态效果的应用 难点指导 1 MaxplusII软件输入方法的熟练掌握 2 扫描显示电路设计与应用 3 动态显示与静态显示的比较 实验四扫描显示电路的驱动 实验扩展 1 考虑如何设计 8 字循换程序 2 体会动态扫描显示电路中时钟的作用 实验设备 计算机 开发环境 硬件平台除外 输入 四位拔码开关 时钟 输出 8位八段数码显示器 主芯片 AlteraEPF10K10LC84 4 实验五计数器及时序电路 实验目的 1 了解时序电路的经典设计方法 D触发器和JK触发器和一般逻辑门组成的时序逻辑电路 2 了解通用同步计数器 异步计数器的使用方法 3 了解用同步计数器通过清零阻塞法和预显数法得到循环任意进制计数器的方法 4 理解时序电路和同步计数器加译码电路的联系 设计任意编码计数器 5 了解同步芯片和异步芯片的区别 实验五计数器及时序电路 1 用D触发器设计异步四位二进制加法计数器 2 用JK触发器设计异步二一十进制减法计数器 3 用两个74LS161级联成八位二进制同步计数器 4 用两个74LS390级联成八位二一十进制异步计数器 5 用74LS161用清零和置数法组成六进制和十二进制计数器 6 分别用D触发器和同步计数器加译码电路的方法构成7进制电路实现如下编码 0 2 5 3 4 6 1 7 用VHDL语言的方式实现上述要求 实验内容 根据学时可自行选择 实验五计数器及时序电路 知识点 1 同步时序逻辑电路的设计2 异步时序逻辑电路的设计 3 VHDL语言进程的应用 难点指导 1 同步时序逻辑电路的设计 2 异步时序逻辑电路的设计 3 多时钟系统的设计 实验五计数器及时序电路 实验扩展 1 考虑如何实现双向计数模块 2 同步 异步时序混合编程实现 3 说明芯片不同结构对于设计的实现有何不同 实验设备 计算机 开发环境 硬件平台除外 输入 时钟 输出 4位8段数码管 主芯片 AlteraEPF10K10LC84 4 电子系统设计与EDA技术实验 设计性实验部分 实验六数字钟 实验目的 1 掌握多位计数器相连的设计方法 2 掌握十进制 六进制 二十四进制计数器的设计方法 3 继续巩固多位共阴级扫描显示数码管的驱动 及编码 4 掌握扬声器的驱动 5 LED灯的花样显示 6 掌握CPLD技术的层次化设计方法 实验六数字钟 1 具有时 分 秒 计数显示功能 以24小时循环计时 2 具有清零 调节小时 分钟功能 3 具有整点报时功能 整点报时的同时LED灯花样显示 实验内容 实验六数字钟 实验六数字钟 知识点 1 顶层文件的设计 2 组合与时序逻辑的综合运用 难点指导 1 总体方案的确定 2 硬件系统引脚的锁定方法 3 毛刺的消除 系统的调试 实验六数字钟 实验扩展 1 考虑如何实现12小时制与24小时的转换 2 根据个人喜好设计个性化的秒表 实验设备 计算机 开发环境 硬件平台除外 输入 时钟 三个按键开关 清零 调小时 分钟 输出 扬声器 8个LED灯 6位8段数码管 主芯片 AlteraEPF10K10LC84 4 实验七字符发生器 实验目的 1 了解点阵字符的产生和显示原理 2 了解EEPROM和16 16点阵LED的工作机理 3 加强对于总线产生 地址定位的CPLD实现 实验七字符发生器 1 用EPF10K10芯片产生2864的地址和读信号 A4 A0 OE 2816的CS片选接 0 VPP接 1 2 接收2864的数据信号D7 D0 对外产生16 16点阵的扫描驱动电路 其中段驱动HOUT0 7 LOUT0 7 片选地址SEL3 SEL0 3 对2864中的字符地址映射 编写相应的顺序的读过程信号和写过程信号 以及相应的扫描顺序 4 在16 16扫描LED点阵上显示 兰州理工大学电工电子实验教学中心EDA实验室 等自己喜欢的语句 实验内容 步骤 连线 实验七字符发生器 实验七字符发生器 知识点 1 点阵字符的产生和显示原理 2 了解EEPROM和16 16点阵LED的工作机理 难点指导 1 点阵字符的产生和显示原理 2 系统总线的设计 实验七字符发生器 实验设备 计算机 开发环境 硬件平台除外 可变时钟源 带有事先编程好字库 字符的E2PROM2864 6 16扫描LED点阵 主芯片 AlteraEPF10K10LC84 4 实验八函数信号发生器 实验目的 1 了解D A转换的工作原理 熟悉AD558的使用方法 2 掌握状态机的设计方法 实验八函数信号发生器 1 AD558可将输入的数字量 8位 转化成0 2 56V的模拟电压量 用CPLD器件产生了四种循环变化的数据量 2 在示波器上产生递增斜波 递减斜波 三角波 递增阶梯波 实验内容 步骤 连线 实验八函数信号发生器 知识点 1 AD558的工作原理 2 系统总线的时序设计 难点指导 1 AD558的工作原理 2 系统状态机的设计 实验八函数信号发生器 实验设备 计算机 开发环境 硬件平台除外 时钟源 拨码开关 模拟功能块AD558 4位八段扫描显示数码管 示波器 主芯片 AlteraEPF10K10LC84 4 实验扩展 考虑如何实现与2864芯片配合 产生近似正弦波形 注 课程设计部分中各课题的顶层文件 gdf 均为电子信息专业02级部分学生的作品 电子信息综合训练 EDA 课程设计部分 课题一出租车计价器 设计内容设计一个基于CPLD的出租车计价器 要求 实现出租车计价器的每公里单价设置 当行程大于5公里时 每多行一公里在起步价 可设起步价为7元 的基础上增加一个单价 可设为1元 当出租车到达某地需要等候的时候 按下 等候 键 转计程为计时 本次课设由于没有出租车传感脉冲 故可用CLK信号做不同的分频处理 计时计费值可自行设定 LED显示器分别作里程和计价的显示 用EDA V型实验箱中的资源完成此次设计 提示 LED可用动态显示方式 设计的内容有计费转换 费用累加 里程计数 动态扫描显示等部分 1 写出具体的设计思想 2 画出各模块之间的逻辑电路图以及各模块的波形仿真图 3 编写完整的VHDL程序 4 进行上机调试 并书写本课题的设计任务书 课题一出租车计价器 设计要求 课题一出租车计价器 课题二数字式电压表 设计内容设计一台基于CPLD的数字显示的电压表 要求如下 设计CPLD的相关程序实现对ADC0809的转换状态控制 利用ADC0809测量0 5V的电压 用三个LED显示器作测量电压值的显示 测量精度不小于 0 1V 用EDA V型实验箱中的资源完成此次设计 提示 LED可用动态显示方式 设计的内容有A D转换状态机 工程量转换等部分 1 写出具体的设计思想 2 画出各模块之间的逻辑电路图以及各模块的波形仿真图 3 编写完整的VHDL程序 4 进行上机调试 并书写本课题的设计任务书 课题二数字式电压表 设计要求 课题二数字式电压表 注 该课题的设计完全用VHDL语言编写 部分程序见下页 课题二数字式电压表 libraryIEEE useIEEE STD LOGIC 1164 ALL useIEEE STD LOGIC UNSIGNED ALL entityvoltmeterisport D instd logic vector 7downto0 CLK INT RESET instd logic CS RD WR outstd logic DATOUT outstd logic vector 11downto0 endvoltmeter 课题二数字式电压表 architecturedoitofvoltmeterissignaldatain std logic vector 7downto0 signaldata1 data2 std logic vector 15downto0 signaldout1 dout2 dout3 dout4 std logic vector 11downto0 signaldo1 do2 do3 do4 c1 c2 c3 doo1 doo2 doo3 doo4 std logic vector 4downto0 typestatetypeis idle write swait read disp1 disp2 disp3 disp4 signalpresent state next state statetype beginP1 process present state next state INT begincasepresent stateiswhenidle CSCSCS 1 WR 1 RD 1 if INT 0 thennext state read else next stateCSCSCSCSCS 1 WR 1 RD 1 DATOUT dout4 next state write endcase endprocessP1 课题二数字式电压表 P2 process CLK RESET beginif RESET 0 thenpresent state idle datain 00000000 elsif CLK eventandCLK 1 thenpresent state next state if present state read thendatain D endif endif endprocessP2 课题三数字频率计 设计内容频率计是一种用途广泛的仪器 它的工作原理是在1秒的时间内对输入信号的跳变计数 最后将计数结果显示出来 设计一个4位十进制数字显示的数字式频率计 要求如下 4位十进制数字显示的数字式频率计 其频率测量范围为10 9999KHz 测量单位为KHz 当输入的信号小于10KHz时 输出显示全0 当输入的信号大于9999KHz时 输出显示全为H 用EDA V型实验箱中的资源完成此次设计 提示 需要设计测频控制信号发生器 十进制的计数器 为使显示的数据稳定 需设计锁存器 设计译码显示部分 1 写出具体的设计思想 2 画出各模块的逻辑电路图 3 编写完整的VHDL程序 4 进行上机调试 并书写本课题的设计任务书 课题三数字频率计 设计要求 课题三数字频率计 课题四洗衣机控制器 设计内容设计一个洗衣机的控制器 控制洗衣机作如下运转 1 按下启动键后开始运行洗衣程序 正转20秒 暂停10秒 反转20秒 暂停10秒 正转20秒 2 洗衣机有洗衣定时功能 当定时到则停止 停机发出音响信号 3 用两个数码管显示洗涤的预置时间 分钟数 按倒计时方式对洗涤过程作计时显示 直到时间到停机 洗涤过程由 开始 信号开始 4 三只LED灯表示 正转 反转 暂停 三个状态 1 写出具体的设计思想 2 画出各模块的逻辑电路图 3 编写完整的VHDL程序 4 进行上机调试 并书写本课题的设计任务书 课题四洗衣机控制器 设计要求 1 需要设计20秒 10秒定时电路 2 电路输出为 正转 反转 暂停 三个状态 3 按照设计要求 用定时器的 时间到 信号启动相应的下一个定时器工作 直到整个过程结束 课题四洗衣机控制器 设计提示 课题四洗衣机控制器 课题五数字电子钟 设计内容电子钟描述 数字电子钟是一种用数字显示秒 分 时的计时