广东工业大学eda课程设计报告-FPGA（现场可编程门阵列）芯片的设计实践

课程设计报告 课程名称 EDA课程设计 学 院 信息工程学院 年级班别 学 号 学生姓名 指导老师 罗思杰 2017年12月09日目录一、设计目的和要求：3二、EDA设计：3三、 硬件测试：15四、 设计和调试过程中遇到的问题及解决方法15五、 完成课程设计后的收获或体会：15六、 设计参考文献：15一、设计目的和要求： 1、设计目的： 通过对FPGA（现场可编程门阵列）芯片的设计实践，使学生掌握一般的PLD（可编程逻辑器件）的设计过程、设计要求、设计内容、设计方法，能根据要求及工艺需要进行电子芯片设计并制定有关技术文件。培养学生综合运用已学知识解决实际工程技术问题的能力、查阅图书资料和各种工具书的能力、撰写技术报告和编制技术资料的能力，接受一次电子设计自动化方面的基本训练。培养学生利用EDA技术知识，解决电子设计自动化中常见实际问题的能力，使学生积累实际EDA编程经验。通过本课程设计的学习，学生将复习所学的专业知识，使课堂学习的理论知识应用于实践，通过本课程设计的实践使学生具有一定的实践操作能力。2、设计要求：（1）以EDA技术的基本理论为指导，将设计实验分为基本功能电路和较复杂的电子系统两个层次，要求利用数字电路或者EDA方法去设计并完成特定功能的电子电路的仿真、软硬件调试；（2）熟悉掌握常用仿真开发软件，比如：QuartusII或XilinxISE的使用方法。（3）能熟练运用上述开发软件设计并仿真电路并下载到FPGA中进行调试；（4）学会用EDA技术实现数字电子器件组成复杂系统的方法；学习电子系统电路的安装调试技术。二、EDA设计：（1） 方案比较：1、数字电子钟设计设计一个时钟电路，包括时钟、分钟、秒钟的显示。要求可对时钟、分钟进行预置和修改操作；可设置3组闹铃时间，时间到时给出10秒的报警声或音乐并给出灯光提示。具体输入/输出要求如下： 4位LED数码显示器，分别显示“小时：分钟”或“分钟：秒”时钟；根据需要选择几个LED发光二极管。 3个按键，具体功能描述如下：MODE键模式转换键，具有“正常小时（校准）分钟（校准）小时（闹铃）分钟（闹铃）”等5种模式，每按一次，转换一种模式。假设当前处于正常模式，按一下此键，“小时”闪烁，表示进入“小时”调校模式，再按一次，转入分钟模式，如此类推，正常模式下不闪烁。还可以配合LED灯来显示不同的模式。/状态机键加“1”键，按下此键，被选中的项目加“1”键减“1”键，按下此键，被选中的项目减“1” 1路蜂鸣器，用于报警或按键声。在设计时，学生可充分发挥自己的特长和想象力，自行扩充功能，如“秒表”功能，通信功能，整点报时功能等。并可进一步将其设计为万年历。2、 简易电子琴设计用实验装置提供的7个按键对应中音的7个音符，设计一个简易电子琴。用数码管显示当前的音符，用LED灯显示节拍，并能演奏一段或多段预存的音乐。3、 简易十字路口的交通灯控制系统设计用EDA技术设计一个十字路口的交通信号灯控制器，控制A、B两条交叉道路上的车辆通行，具体要求如下：每条道路设一组信号灯，每组信号灯由红黄绿3个灯组成，绿灯表示允许通行，红灯表示禁止通行，黄灯表示该车道上已过停车线的车辆继续通行，未过停车线的车辆停止通行。每条道路上每次通行的时间为25s。每次变换通行车道之前，要求黄灯先亮5s，才能变换通行车道。黄灯亮时，要求每秒钟闪烁一次。4、其他。经过本人查阅资料以及根据本人实际能力，最后本人选择了难度相对较小的第二个方案，利用Verilog语言实现简易电子琴的制作。（2） Verilog代码编写：Module top(LED_AN,key,clk,rst_n,Led,auto,speaker,tone_7s,high_7s,mid_7s,low_7s);input clk,auto,rst_n;/时钟输入，自动演奏，键盘输入input 7:0 key;wire 7:0 key;/键盘输入信号 output 6:0 tone_7s;/数码管显示音调output reg speaker; output 6:0 high_7s;/显示乐曲高音音符output 6:0 mid_7s;/显示乐曲中音音符output 6:0 low_7s;/显示乐曲低音音符 output 7:0 Led; /led灯显示wire 7:0 Led;output 3:0 LED_AN; /选择所要显示的数码reg 3:0 LED_AN = 4b1000; /初始化，并选择其中一个数码管reg 20:0 i; /控制分频比参数reg clk4; reg3:0 high,mid,low,tone; /高中低音信号和键盘音调信号reg13:0 divider,origin; /自动演奏分频系数和初始值reg carry;reg musicout; /乐谱输出信号reg 19:0 count20; reg7:0 counter;reg 23:0 clk_cnt;assign Led0=(key0); /led高电平有效,assign Led1=(key1); assign Led2=(key2);assign Led3=(key3);assign Led4=(key4);assign Led5=(key5);assign Led6=(key6);assign Led7=(key7);parameter zero=8b10000000,one=8b01000000,two=8b00100000, three=8b00010000, four=8b00001000, five=8b00000100, six=8b00000010, seven=8b00000001; always ( posedge clk or negedge rst_n) if (!rst_n) clk_cnt = 24d0; else clk_cnt = clk_cnt + 1b1; wire clk6m = (clk_cnt2|(clk_cnt1&clk_cnt0);/ 50M降为6M,用于方便控制音调always (posedge clk6m) /通过置数，改变分频比。6M降频到3Mbegin if(divider=16383 ) / 16383begin carry=1;/carry的周期根据origin的值到16383的距离而改变divider=origin; /初始值控制end elsebegin divider=divider+1d1;carry=0;endendalways (posedge carry) /3Mbeginmusicout=musicout; /2分频产生方波信号 /因为carry周期是随时改变,musicout的周期也随时改变endalways (posedge clk6m) begin if(auto)speaker=musicout;/如果automusic为真，输出乐谱else begin /否则判断键盘key的输入case(key) zero:beginspeaker=0;tone=4b0000;i=5736)beginspeaker=!speaker;tone=4b0001; /sperker翻转就会出声，i是用于控制音调i=0;endelsei=5111)beginspeaker=!speaker;tone=4b0010;i=0;endelsei=4552)beginspeaker=!speaker;tone=4b0011;i=0;endelsei=4298)beginspeaker=!speaker;tone=4b0100;i=0;endelsei=3827)beginspeaker=!speaker;tone=4b0101;i=0;endelsei=3409)beginspeaker=!speaker;tone=4b0110;i=0;endelsei=3036)beginspeaker=!speaker;tone=4b0111;i=0;endelsei=i+1d1;enddefault:beginspeaker=0;tone=4b0000;i=0;endendcaseendend always (posedge clk6m) /从6Mhz得到4hz,6M除以2除以4.控制音乐拍子begin if(!auto)begincount20=20d0;clk4=0;endelse if(count20=20d750000) /3000000%4begincount20=20d0;clk4=clk4;endelse count20=count20+20d1;end/reg3:0 high,mid,low,tone; /高中低音信号和键盘音调信号always (posedge clk4) /分频比预置begin case(high,mid,low)h001:origin=4933;h002:origin=6179;h003:origin=7294;h004:origin=7787;h005:origin=8730; h006:origin=9565;h007:origin=10310;/低音h010:origin=10647; h020:origin=11272; h030:origin=11831;h040:origin=12085;h050:origin=12556; h060:origin=12974;h070:origin=13347;/中音h100:origin=13515;h200:origin=13830;h300:origin=14107;h400:origin=14236;h500:origin=14470;h600:origin=14678;h700:origin=14865;/高音endcaseendalways (posedge clk4)begin if(counter=49) counter=0; /计时，以实现循环演奏else counter=counter+1d1;case(counter) /记谱0: high,mid,low=h050;1: high,mid,low=h050; 2: high,mid,low=h100; 3: high,mid,low=h060; 4: high,mid,low=h060;5: high,mid,low=h050; 6: high,mid,low=h050;7: high,mid,low=h050;8: high,mid,low=h050;9: high,mid,low=h030; 10: high,mid,low=h050;11: high,mid,low=h060; 12: high,mid,low=h100;13: high,mid,low=h050;14: high,mid,low=h050; 15: high,mid,low=h050;16: high,mid,low=h050; 17: high,mid,low=h060; 18: high,mid,low=h060;19: high,mid,low=h050; 20: high,mid,low=h030; 21: high,mid,low=h020;22: high,mid,low=h020;23: high,mid,low=h020;24: high,mid,low=h020;25: high,mid,low=h030;26: high,mid,low=h030;27: high,mid,low=h050;28: high,mid,low=h030;29: high,mid,low=h020;30: high,mid,low=h030;31: high,mid,low=h010;32: high,mid,low=h010;33: high,mid,low=h060;34: high,mid,low=h060;35: high,mid,low=h050;36: high,mid,low=h050;37: high,mid,low=h060;38: high,mid,low=h060;39: high,mid,low=h050;40: high,mid,low=h030;41: high,mid,low=h030;42: high,mid,low=h060;43: high,mid,low=h060;44: high,mid,low=h050;45: high,mid,low=h050;46: high,mid,low=h030;47: high,mid,low=h020;48: high,mid,low=h010;49: high,mid,low=h010;endcaseendled_7s u1(high,high_7s); /高音音符显示 led_7s u2(mid,mid_7s); /中音音符显示 led_7s u3(low,low_7s); /低音音符显示 led_7s u4(tone,tone_7s); /键盘输入音调显示endmodulemodule led_7s(datain,ledout); /7段数码管译码显示模块input 3:0 datain;output reg6:0 ledout;always begincase(datain)0:ledout=(7b1000000);1:ledout=(7b1111001);2:ledout=(7b0100100);3:ledout=(7b0110000);4:ledout=(7b0011001);5:ledout=(7b0010010);6:ledout=(7b0000010);7:ledout=(7b1111000);8:ledout=(7b0000000);9:ledout=(7b0010000);default:ledout=(7b1000000);endcaseendendmoduleUcf文件代码：NET clk LOC = K19;NET speaker LOC = F16; /in yonghushouce page 39NET rst_n LOC = K20;NET tone_7s LOC = A16;NET tone_7s LOC = C17; /the board have 4 shumaguan,zhe shi shu ma guan de 8 ge duanNET tone_7s LOC = A17;NET tone_7s LOC = V11;NET tone_7s LOC = W11;NET tone_7s LOC = D7;NET tone_7s LOC = D8;NET key LOC = C6;NET key LOC = D6;NET key LOC = A5;NET key LOC = B6;NET key LOC = A6;NET key LOC = C7;NET key LOC = A7;NET key LOC = B8;NET Led LOC = A8;NET Led LOC = C9;NET Led LOC = A9;NET Led LOC = C11;NET Led LOC = A11;NET Led LOC = B12;NET Led LOC = A12;NET Led LOC = C13;NET auto LOC = A15;NET LED_AN LOC = D11;NET LED_AN L