FPGA课程设计报告

FPGA课程设计报告 专业：通信工程 班级：班 姓名： 学号： 指导老师：祝宏 制作日期：11.1011.20设计课题1：设计一个可控的100进制可逆计数器，要求用DE2-115开发板下载。（1）计数器的时钟输入信号周期为200ns。（2）以十进制形式显示。（3）有一个复位端clr和两个控制端plus和minus，在这些控制信号的作用下，计数器具有复位、增或减计数、暂停功能。clrplusminus功能0复位为0110递增计数101递减计数111暂停计数设计步骤第一步：参考书中的60进制计数器设计出100进制的加法计数器，用时30分钟；第二步：仿照100进制的加法可以设计出100进制的减法计数器，用时45分钟；第三步：将两段程序拼凑起来，利用两个控制端控制加减和暂停功能，用时15分钟。关键词可逆；暂停；循环计数。内容摘要计数器具有复位、增减计数和暂停功能，可循环计数，可用作平时的计数器用。总体方案顶层逻辑电路图上图为100进制可逆计数器的封装图，sw0控制计数脉冲的频率大小，sw1控制清零端，sw2和sw3为两个控制端plus和minus，hex1和hex0分别显示100进制的十位和个位。底层功能模块设计100进制可逆加减的程序代码：modulecount100(qout,/输出的数字 cout,/进位 data,/置位数字load,/置位端clr,/清零端clk,/时钟脉冲plus,/控制端minus/控制端）；inputload,clk,clr,plus,minus;input7:0data;/输入output7:0qout;reg7:0qout;outputcout;/输出always(posedgeclk)/脉冲beginif(!clr)qout=0;/如果清零端为0，将输出清零 else if(load) qout=data;/如果置数端为1，将置数端数字给输出elseif(plus&!minus&qout3:0=9&qout7:4=9) qout=0;/当plus为1且minus为0时如果计数到99时回到00elseif(plus&!minus) /plus为1，minus为0，递增计数beginif(qout3:0=9)beginqout3:0=0;if(qout7:4=9)qout7:4=0;elseqout7:4=qout7:4+1;endelseqout3:0=qout3:0+1;endelseif(!plus&minus) /plus为0，minus为1，递减计数beginif(qout3:0=0)beginqout3:0=9;if(qout7:4=0)qout7:4=9;elseqout7:4=qout7:4-1;endelseqout3:0=qout3:0-1;endelseif(plus&minus)/qout=qout;/plus为1，minus为1，暂停计数elseqout=0;/为其他时清零endassigncout=(qout=8d99)?1:0; /为99时进位端进endmodule注释：利用plus和minus的几种组合可控制加减和暂停计数。利用清零端可将计数清零，以便计数。各模块功能仿真波形显示的结果：当plus为1，minus为0时，递增计数到99时下一刻为00。当clk为0时，计数器清零。当plus为0，minus为1时，递减计数，00时下一秒变为99。当plus为1，minus为1，暂停计数。设计中遇到问题及解决方法在设计时，我用的是让其自己加减的方法，在仿真时可以做出正确的结果，但是在下载板中显示时，个位一直从0加到了F才向十位进位，我感觉到可能是程序出错了，我没有将十位和个位分开，而是写在了一起，导致默认为十六位计数，于是我将程序改为分开计数，最后终于成功了。心得体会从第一个简单的实验中我感觉到，看起来简单的事，可能自己亲手做的时候就会发现很多问题，这些问题都要自己去解决，后面的两个实验更难，我需要更多的去开动脑筋，多多查阅资料，力争做好。设计课题2：交通灯控制系统，要求用DE2-115开发板下载。（1）设计一个十字路口交通信号灯的定时控制电路。要求红、绿灯按一定的规律亮和灭，绿灯亮时，表示该车道允许通行；红灯亮时，该车道禁止通行。并在亮灯期间进行倒计时，并将运行时间用数码管显示出来。（2）要求主干道每次通行时间为40秒，支干道每次通行时间为30秒。每次变换运行车道前绿灯闪烁，持续时间为5秒。即车道要由主干道转换为支干道时，主干道在通行时间只剩5秒钟时，绿灯闪烁5秒显示，支干道仍为红灯，以便主干道上已过停车线的车继续通行，未过停车线的车停止通行。同理，当车道由支干道转换为主干道时，支干道绿灯闪烁显示5秒钟，主干道仍为红灯。（3）定时器要求采用递减计时方式进行计时。两个定时时间：绿灯闪烁和绿灯停止闪烁4个状态：S0：主干道绿灯亮，支干道红灯亮。S1：主干道绿灯闪烁，支干道红灯亮。S2：支干道绿灯亮，主干道红灯亮。S3：支干道绿灯闪烁，主干道红灯亮设计步骤第一步：在程序内部转载一个计数器，从70递减计数到00，如此循环。用时15分钟。第二步：设计主干道的计时器，从40到00，主干道绿灯亮，最后五秒时绿灯闪烁，支干道红灯亮。用时120分钟。第三步：设计支干道的计时器，从30到00，支干道绿灯亮，最后五秒时绿灯闪烁，主干道红灯亮。用时60分钟。关键词交通灯；十字路口；倒计时闪烁。内容摘要该红绿灯可实现十字路口的交通管制，主干道和支干道分别通行40秒和30秒如此循环，可便于交通顺畅，通行与否由红绿灯予以提示。总体方案顶层逻辑电路图上图为红绿灯的封装图，sw0为脉冲频率控制端，sw1为清零端，LEDR0为主干道红灯，LEDG0为主干道绿灯，LEDR1为支干道红灯，LEDG1为支干道绿灯，HEX7为主干道秒钟的十位，HEX6为主干道秒钟的个位，HEX5为支干道秒钟的十位，HEX4为支干道秒钟的个位。底层功能模块设计红绿灯的程序代码：moduleled(clk,/脉冲clr,/清零端m_ledr,/主干道红灯m_ledg,/主干道绿灯s_ledr,/支干道红灯s_ledg,/支干道绿灯count1,/主干道秒钟count2/支干道秒钟 );inputclk,clr;outputm_ledr,m_ledg,s_ledr,s_ledg;output7:0count1,count2;regm_ledr,m_ledg,s_ledr,s_ledg;reg7:0count1,count2;reg1:0state;reg7:0times;parameterstate0=2b00,/定义四种状态state1=2b01,state2=2b10,state3=2b11;always(posedgeclkornegedgeclr)beginif(!clr)/清零begintimes=8h70;/计数清零state=state0;/状态复位endelseif(times=0)/计数为零times=8h70;/计数预置elsebegintimes3:0=times3:0-1;/计数个位减一if(times3:0=4h0)/判断计数个位是否为零begintimes7:4=times7:4-1;/十位减一times3:0=4h9;/个位置数endcase(state)/是哪种状态？state0:if(times=8h36)/状态零阶段，计数器为3670state=state1;/状态转换state1:if(times=8h31)/状态一阶段，计数器为3135state=state2;/状态转换state2:if(times=8h6)/状态二阶段，计数器为630state=state3;/状态转换state3: if(times=8h1)/状态三阶段，计数器为15beginstate=state0;/状态转换times=8h70;/计数清零endendcaseendendalways(posedgeclk)beginif(times!=0)/计数不为零吗？begincase(state)/是哪种状态？（状态机输出）state0:beginm_ledg=1;/状态零，主干道红灯灭，绿灯亮。支干道红灯亮，绿灯灭。m_ledr=0;s_ledg=0;s_ledr=1;count2=times-8h30;/支干道计数显示count1=times-8h30;/主干道时间显示endstate1:beginm_ledg=m_ledg;/状态一，主干道红灯灭，绿灯闪烁。支干道红灯亮，绿灯灭。m_ledr=0;s_ledg=0;s_ledr=1;count1=times-8h30;/主干道时间显示count2=times-8h30;/支干道计数显示endstate2:beginm_ledg=0;/状态二，主干道红灯亮，绿灯灭。支干道红灯灭，绿灯亮。m_ledr=1;s_ledg=1;s_ledr=0;count1=times;/主干道计数显示count2=times;/支干道时间显示endstate3:beginm_ledg=0;/状态三，主干道红灯亮，绿灯灭。支干道红灯灭，绿灯闪烁。m_ledr=1;s_ledg=s_ledg;s_ledr=0;count2=times;/支干道时间显示count1=times;/主干道计数显示endendcaseendendendmodul注释：四种状态分别对应题设要求的四种状态，之所以设一个70进制的递减计数器是因为主干道的40秒和支干道的30秒是循环显示的，可以放在一起递减。各模块功能仿真波形显示的结果主干道count1从40递减到00，支干道count2从40递减到00，主干道绿灯m_ledg在最后五秒闪烁，支干道红灯s_ledr亮之后转为支干道绿灯s_ledg亮，主干道红灯m_ledr亮。支干道count2从30递减到00，主干道count1从30递减到00，支干道绿灯s_ledg在最后五秒闪烁，主干道红灯m_ledr亮之后转为主干道绿灯m_ledg亮，支干道红灯s_ledr亮。设计中遇到问题及解决方法在设计过程中，之前打算是分开计数，后来发现太麻烦，问过同学后决定采用他的方法，在程序中放一个计数器，使得计数变得简单，后来在四种状态设置时，我参考书上的用状态机的方法，使得四种状态变得清楚明朗，让我出现错误的概率变小了，由于题设木有说明当主干道显示时，支干道显示什么，我觉得也要让支干道的人知道还有多久可以通车，于是将主干道的时间也给了支干道，同样在支干道倒计时时主干道也在倒计时，这样可以让司机估计好时间。闪烁的灯开始时不知道怎么设置，后来问同学了知道改为灯等于灯的非就好了，这是我收获到的。心得体会从这次的设计红绿灯的实验中，我感到了很大的压力，感觉平时看着红绿灯在街上倒计时蛮简单的，什么事情都是想的很简单，真正要自己上手去做的时候才会发现很多自己不懂的知识，例如控制主干道和支干道的循环，跳变，如何让绿灯在特定的时间闪烁，都是设计者需要去考虑的问题，以及自己的作品在实际生活中应用，会不会有什么问题，如何让其更加简单明朗，让人们一看就明白，我更加明白了自己的责任，和更多应该注意的问题。设计课题3：多功能数字钟系统（层次化设计），要求用DE2-115开发板下载。（1）基本功能：60秒60分24小时。（2）扩展功能：报时；每小时59分51,53,55,57秒低频报时，59秒高频报时。校时校分；时段控制；6点18点输出灯不亮，其它时间灯亮。闹钟功能：能自己预设一个时间，到预设时间时，闹钟响起，持续一分钟。设计步骤第一步：设计60进制的加法计数器，带进位，用时15分钟；第二步：设计24进制的加法计数器，用时30分钟；第三步：将两个60和一个24的计数器组合成一个数字钟，实现其基本功能，用时120分钟；第四步：设计时段控制，6-18点输出灯不亮，其他时间亮，用时30分钟；第五步：设计报时功能，由于缺少蜂鸣器，用指示灯代替，每小时59分51,53,55,57秒时红灯亮，59秒时红灯亮，用时60分钟；第六步：另外设置一个计数器，通过使能端控制，作为校时校分的预设数，通过使能端将预设数送入数字钟内，用时两周；第七步：通过使能端将另外的计数器作为闹钟，预设一个时间，由于缺少蜂鸣器，用显示灯代替，当时钟走到预设的时间时，预设的红灯闪烁，持续一分钟，用时120分钟。关键词数字钟；校时校分；整点转换提示；时段控制；闹钟。内容摘要该数字钟可实现普通时钟的计时功能，为24进制，可实现手动校时校分，方便更改时间，该数字钟可实现时段控制的功能，在深夜时开灯照明，在白天时关闭照明，省电；整点转换时会有相应的提示，方便提示用户，在老师要求的基础下，我给这个数字钟设计了一个闹钟的功能，用户可以手动设定闹钟的时间，方便用户的起床和事项安排。总体方案顶层逻辑电路图注释：上图为数字钟的封装图，图中，sw0控制暂停，sw1控制脉冲频率，sw2控制复位端，sw3控制另一计数器的分钟部分，sw4控制校分，sw5控制另一计数器的小时部分，sw6控制校时，sw7sw8控制最后两个数码管显示另一计数器的小时还是分钟部分，sw9为闹钟控制端，hex7hex6显示数字钟的小时部分，hex5hex4显示数字钟的分钟部分，hex3hex2显示数字钟的秒钟部分，hex1hex0显示另一计数器的小时或者分钟部分，ledr0为控制端的亮灯，ledg0为每小时59分59秒时的绿灯，ledr1为每小时59分51、53、55、57的亮灯，ledr2为闹钟的亮灯。底层功能模块设计程序代码：moduleshizhong(qout,/数字钟秒钟 reset,/复位端 clk,/脉冲 qout1,/数字钟分钟 qout2,/数字钟小时 data,/置数显示 data1,/置数的分钟 data2,/置数的小时 led,/控制端的灯 leg,/每小时59分59秒的绿灯 ler,/每小时59分51、53、55、57秒的红灯 ler1,/闹钟亮灯 h,/校时 m,/校分 a,/控制置数分钟的变化 b,/控制显示置数的分钟 c,/控制置数小时的变化 d,/控制显示置数的小时 e);/闹钟控制端 inputclk,reset,h,m,a,b,c,d,e;outputreg7:0qout,data;outputreg7:0qout1,data1;outputreg7:0qout2,data2;outputregled;outputregleg,ler,ler1;always(posedgeclk)beginbeginif(a=1)/调整置数的分钟部分beginif(data13:0=9) begindata13:0=0;if(data17:4=5)begindata17:4=0; endelsedata17:4=data17:4+1; endelsedata13:0=data13:0+1;endendbeginif(b=1)/控制置数分钟的显示data=data1;endbeginif(c=1)/控制置数小时的变化beginbeginif(data23:0=9)begindata23:0=0;begindata27:4=data27:4+1;endendelsedata23:0=data23:0+1;endif(data27:4=2&data23:0=3)data2=0; endendbeginif(d=1)/控制置数小时的显示data=data2;end beginif(reset)/复位 beginqout=0; qout1=0; qout2=0; endelseif(h)/校时 beginqout2=data; endelseif(m)/校分beginqout1=data;endelse/正常计数部分 begin if(qout3:0=9) beginqout3:0=0;begin if(qout7:4=5) beginqout7:4=0;beginif(qout13:0=9) beginqout13:0=0; if(qout17:4=5) beginqout17:4=0; beginif(qout23:0=9)beginqou