2009-2010第一学期实验项目安排v31.doc

2009-2010第一学期实验项目安排与提示实验共24学时，按每次3学时共安排8个实验。E:EDA 提供了实验参考书上的全部实验代码在XD02计算机上设计资料 提供了实验1-8 VHDL代码与引脚信息。实验报告要求：实验内容，原理，平台，程序（要有简单注释），波形仿真，引脚锁定，硬件实现描述分析或照相。实验报告要求独立完成，相同者扣分。封面要求统一实验报告封面，正文用B5或16K打印。实验目录实验1 4/8位 层次化设计全加器1实验2 10/100计数扫描显示2（1）10计数扫描显示2（2）100计数扫描显示3（3）10计数显示3实验3 计数器的灵活使用（选作）4（1）简易数字钟4实验4 并行乘法器流水线设计5实验5波形发生器7实验6 嵌入式逻辑分析仪8实验7 交通灯控制器实验9实验8开放型设计实验（选作如下实验项目之一）10智能交通灯控制器设计10直接数字合成电路设计10多功能数字钟实验11i实验1 4/8位 层次化设计全加器参考实验e:EDALAB1; e:EDALAB8实验参考书实验1，实验8参考主要是参考引脚方案1：采用层次化设计方式进行的组合电路设计。采用实验参考书 实验1的引脚，可以进行两位的硬件验证。G：实验1设计资料1 提供4段程序代码，TCL脚本文件。顶层文件：qaddTCL脚本文件有关的引脚信息：set_location_assignment PIN_B21 -to b0set_location_assignment PIN_B22 -to b1set_location_assignment PIN_AC10 -to s0set_location_assignment PIN_W11 -to s1set_location_assignment PIN_W12 -to s2set_location_assignment PIN_AE8 -to s3set_location_assignment PIN_AF8 -to s4set_location_assignment PIN_AE7 -to s5set_location_assignment PIN_AF7 -to s6set_location_assignment PIN_AA11 -to s7set_location_assignment PIN_F6 -to a0set_location_assignment PIN_A21 -to a1注意：第一级的cin要在程序里设置0，否则会因为程序有不定态的问题导致无结果。l 采用革新SOPC/SOC开发平台完成该实验。不使用平台七个模块的功能，MODEL_SEL3，MEDEL_SEL2，MODEL_SEL1三个拨码开关置为分别OFF，OFF，OFF，即“111”。l 拨码开关置为MODEL_SEL5-8，全部置为ON，通过USB下载；全部置为OFF，则通过LAB_JTAG_PS_AS接口下载。l 实验硬件实现是用拨码开关SW1A,SW2A,SW3A,SW4A分别给出加数与被夹数的低两位，其加法的结果在LED灯上显示。Led0, Led1,Led2表示和数。方案2：采用层次化设计方式进行的8位全加器在实验参考书实验8的基础上，将4位全加器改为8位全加器。具体方法是将原来的4位全加器顶层代码作为元件，通过元件例化级联调用4位全加器产生8位全加器。原顶层代码是adder4b，8位全加器代码是qadd。测试方案也可以采用实验1的引脚，可以进行两位的硬件验证。引脚参考方案1确定。实验2 10/100计数扫描显示参考：实验e:EDALAB8; 参考书实验8l 采用革新SOPC/SOC开发平台完成该实验使用第一个功能单元，MODEL_SEL3，MEDEL_SEL2，MODEL_SEL1三个拨码开关置为分别ON，ON，ON，即“000”。l 拨码开关置为MODEL_SEL5-8，全部置为ON，通过USB下载；全部置为OFF，则通过LAB_JTAG_PS_AS接口下载。l DISP_SEL1-8，处于“OFF”状态。l 在DP1C-DP6C上显示被扫描的数值。（1）10计数扫描显示设计原理图：图2-1 10计数扫描显示原理图实验实现从0-9，10个计数值在阴极LED数码管1-6上每次加1的同时循环左移显示。顶层文件：acount10注意：仿真时与下载时是时钟分频是不一样的。仿真时constant N:Integer:=16;下载时constant N:Integer:=5000000;TCL脚本文件有关的引脚信息：set_location_assignment PIN_P25 -to clkset_location_assignment PIN_F6 -to Clr -sw1aset_location_assignment PIN_B22 -to en -sw4aset_location_assignment PIN_B21 -to EN6 -sw3aset_location_assignment PIN_H23 -to LEDCOM5set_location_assignment PIN_G26 -to LEDCOM4set_location_assignment PIN_G25 -to LEDCOM3set_location_assignment PIN_G24 -to LEDCOM2set_location_assignment PIN_G23 -to LEDCOM1set_location_assignment PIN_P18 -to LEDCOM0set_location_assignment PIN_F26 -to LEDSEG6set_location_assignment PIN_F25 -to LEDSEG5set_location_assignment PIN_J20 -to LEDSEG4set_location_assignment PIN_J21 -to LEDSEG3set_location_assignment PIN_F23 -to LEDSEG2set_location_assignment PIN_F24 -to LEDSEG1set_location_assignment PIN_E25 -to LEDSEG0仿真提示：最好能实现在屏幕上有10个数的显示,要达到此效果仿真end time要增大。如：10us。（2）100计数扫描显示实验实现在阴极LED数码管上1，2上动态显示0-99计数。顶层文件：acount100设计提示：为了在LCD上实现10进制的显示，应该采用BCD显示。采用10计数级联的方式很容易实现以10为倍数的BCD计数，方法就是将上一级的进位输出接到下一级的使能端。设计原理图图2-2 100计数扫描显示原理图（3）10计数显示实验箱静态LED显示提供了编码，可以直接将数字送到LED显示数码管上。TCL脚本文件有关的引脚信息：set_location_assignment PIN_P25 -to CLK set_location_assignment PIN_AE21 -to q10 set_location_assignment PIN_AB20 -to q11 set_location_assignment PIN_AC20 -to q12 set_location_assignment PIN_AF20 -to q13 实验3 计数器的灵活使用（选作）（1）简易数字钟在实验2的基础上，设计简易数字钟实验实现在阴极LED数码管上1-6上动态显示小时、分、秒，在0时撞钟。顶层文件：aclock引脚与10计数相同。图3-1 简易数字钟扫描显示原理图实验4 并行乘法器流水线设计参考：实验参考书实验19，实验20。分别完成在有流水线及无流水线的仿真，并下载测试。LAB19或LAB 20区别是，是有无流水线及否转换为十进制并采用共阳极LED数码管进行BCD码验证。LAB19或LAB 20测试结果都可以采用LED灯显示。实验19 TCL脚本文件有关的引脚信息：set_location_assignment PIN_AE6 -to A3set_location_assignment PIN_AB10 -to A2set_location_assignment PIN_AA10 -to A1set_location_assignment PIN_Y11 -to A0set_location_assignment PIN_B22 -to B3set_location_assignment PIN_B21 -to B2set_location_assignment PIN_A21 -to B1set_location_assignment PIN_F6 -to B0set_location_assignment PIN_AC10 -to DATA_OUT7set_location_assignment PIN_W11 -to DATA_OUT6set_location_assignment PIN_W12 -to DATA_OUT5set_location_assignment PIN_AE8 -to DATA_OUT4set_location_assignment PIN_AF8 -to DATA_OUT3set_location_assignment PIN_AE7 -to DATA_OUT2set_location_assignment PIN_AF7 -to DATA_OUT1set_location_assignment PIN_AA11 -to DATA_OUT0实验20，流水线并行乘法器由3个模块组成：时钟发生模块，乘法器模块，bcd转换模块，如图4-1所示。实验原理流水线结构的并行乘法器的最大有点就是速度快，尤其实在连续输入的乘法器中，可以达到近乎单周期的运算速度。流水线乘法器是组合逻辑电路实现无符号数乘法的方法上发展而来的。其关键是在组合逻辑电路的基础上插入寄存器。假如有被乘数A 和乘数B，首先用A 与B 的最低位相乘得到S1，然后再把A 左移1 位与B 的第2 位相乘得到S2，再将A 左移3 位与B 的第三位相乘得到S3，依此类推，直到把B 的所有位都乘完为止，然后再把乘得的结果S1、S2、S3相加即得到相乘的结果。需要注意的是，具体实现乘法器是，并不是真正的去乘，而是利用简单的判断去实现，举个简单的例子。假如A 左移n 位后与B 的第n 位相乘， 如果B 的这位为1， 那么相乘的中间结果就是A 左移n 位后的结果，否则如果B 的这位为0，那么就直接让相乘的中间结果为0 即可。带B 的所有位相乘结束后，把所有的中间结果相加即得到A 与B 相乘的结果。在此基础上插入寄存器即可实现流水线乘法器。实验箱硬件准备：l 采用革新SOPC/SOC开发平台完成该实验使用第七个功能单元，MODEL_SEL3，MEDEL_SEL2，MODEL_SEL1三个拨码开关置为分别OFF，OFF，ON，即“110”。l 拨码开关置为MODEL_SEL5-8，全部置为ON，通过USB下载；全部置为OFF，则通过LAB_JTAG_PS_AS接口下载。l DISP_SEL，处于00000X11即1，2处于“OFF”状态，3任意，4-8处于“ON”状态，这样可以使用静态共阳数码管。l DISP_SEL1，DISP_SEL2处于“OFF”状态，通过F1，F2的十六进制的输入，在静态共阳数码管DP1B，DP2B上显示输出。l 按 F1，F2键输入乘数、被乘数，结果转换成BCD码在LED0-LED7的指示灯和DP6B，DP5B，DP4B显示输出。实验20 TCL脚本文件有关的引脚信息：set_location_assignment PIN_P25 -to CLK set_location_assignment PIN_AE21 -to bcd0 set_location_assignment PIN_AB20 -to bcd1 set_location_assignment PIN_AC20 -to bcd2 set_location_assignment PIN_AF20 -to bcd3 set_location_assignment PIN_AE20 -to bcd4 set_location_assignment PIN_AD19 -to bcd5 set_location_assignment PIN_AC19 -to bcd6 set_location_assignment PIN_AA17 -to bcd7 set_location_assignment PIN_AA18 -to bcd8 set_location_assignment PIN_W17 -to bcd9 set_location_assignment PIN_V17 -to bcd10 set_location_assignment PIN_AB18 -to bcd11 set_location_assignment PIN_AC10 -to DATAOUT7set_location_assignment PIN_W11 -to DATAOUT6set_location_assignment PIN_W12 -to DATAOUT5set_location_assignment PIN_AE8 -to DATAOUT4set_location_assignment PIN_AF8 -to DATAOUT3set_location_assignment PIN_AE7 -to DATAOUT2set_location_assignment PIN_AF7 -to DATAOUT1set_location_assignment PIN_AA11 -to DATAOUT0set_location_assignment PIN_J21 -to AIN3set_location_assignment PIN_F23 -to AIN2set_location_assignment PIN_F24 -to AIN1set_location_assignment PIN_E25 -to AIN0set_location_assignment PIN_N18 -to BIN3set_location_assignment PIN_F26 -to BIN2set_location_assignment PIN_F25 -to BIN1set_location_assignment PIN_J20 -to BIN0实验5波形发生器参考：实验参考书实验34。说明：switch的最高位用于选择锯齿波上升还是下降。分别将Switch设置为001，010，000， 011可以得到锯齿波，三角波，正弦波，方波。TCL脚本文件有关的引脚信息：set_location_assignment PIN_B13 -to clkset_location_assignment PIN_F6 -to switch0set_location_assignment PIN_A21 -to switch1set_location_assignment PIN_B21 -to switch2set_location_assignment PIN_J25 -to dac_abset_location_assignment PIN_J26 -to dac_csset_location_assignment PIN_U26 -to dac_wrset_location_assignment PIN_G21 -to dout0set_location_assignment PIN_E23 -to dout1set_location_assignment PIN_E24 -to dout2set_location_assignment PIN_B24 -to dout3set_location_assignment PIN_B25 -to dout4set_location_assignment PIN_V21 -to dout5set_location_assignment PIN_V20 -to dout6set_location_assignment PIN_AE15 -to dout7实验6 嵌入式逻辑分析仪参考：实验参考书实验37。设计引脚与实验34同。此实验波形发生器连上。实验7 交通灯控制器实验参考：实验参考书实验16。设计要点：要将原设计参考书中的例子拷贝到自己新建的工程中，只将有用的引脚信息进行定义。TCL脚本文件有关的引脚信息：set_location_assignment PIN_P25 -to clkset_location_assignment PIN_F6 -to SMset_location_assignment PIN_A21 -to SBset_location_assignment PIN_AC10 -to MRset_location_assignment PIN_W12 -to MGset_location_assignment PIN_W11 -to MYset_location_assignment PIN_AE7 -to BRset_location_assignment PIN_AF7 -to BYset_location_assignment PIN_AA11 -to BG实验8开放型设计实验（选作如下实验项目之一）智能交通灯控制器设计参考书lab16l 要求在原有交通灯控制器设计的基础上增加倒计时显示功能。扩展要求，可自定义功能，如计时结束时蜂鸣，后5秒灯闪烁等。l 设计提示可参考lab20流水线乘法器中BIN2BCD进行2进制到BCD码转换程序。如果采用静态LED显示，引脚可用lab20流水线乘法器中的BCD码输出引脚。程序加库：Use ieee.std_logic_logic_unsigned.all;Use ieee.std_logic_logic_arith.all;可以应用函数Conv_std_logic_vector(a,位数)进行整数与std_logic_vector类型的转换。TCL脚本文件有关的引脚信息：set_location_assignment PIN_P25 -to clkset_location_assignment PIN_F6 -to SMset_location_assignment PIN_A21 -to SBset_location_assignment PIN_AC10 -to MRset_location_assignment PIN_W12 -to MGset_location_assignment PIN_W11 -to MYset_location_assignment PIN_AE7 -to BRset_location_assignment PIN_AF7 -to BYset_location_assignment PIN_AA11 -to BGset_location_assignment PIN_AE21 -to bcd0 set_location_assignment PIN_AB20 -to bcd1 set_location_assignment PIN_AC20 -to bcd2 set_location_assignment PIN_AF20 -to bcd3 set_location_assignment PIN_AE20 -to bcd4 set_location_assignment PIN_AD19 -to bcd5 set_location_assignment PIN_AC19 -to bcd6 set_location_assignment PIN_AA17 -to bcd7 set_location_assignment PIN_AA18 -to bcd8 set_location_assignment PIN_W17 -to bcd9 set_location_assignment PIN_V17 -to bcd10 set_location_assignment PIN_AB18 -to bcd11直接数字合成电路设计参考书lab23l 要求在此实验基础上增加相位控制与幅度控制，并用逻辑分析仪测试，或者通过da在示波器上测试验证。l 设计提示调频：可以通过分频时钟来实现对各种信号调频调幅：可以通过对输出波形进行移位的方式进行调幅调相：对于正弦波，可以在地址计数器与rom间加加法器来实现程序加库：Use ieee.std_logic_logic_unsigned.all;Use ieee.std_logic_logic_arith.all;可以适当应用转换函数。TCL脚本文件有关的引脚信息：set_location_assignment PIN_B13 -to clkset_location_assignment PIN_F6 -to switch0set_location_assignment PIN_A21 -to switch1set_location_assignment PIN_B21 -to switch2set_location_assignment PIN_J25 -to dac_abset_location_assignment PIN_J26 -to dac_csset_location_assignment PIN_U26 -to