数字电子技术a课程设计报告_样本

20152016学年第二学期数字电子技术A课程设计报告设计题目冒险游戏（提供资料）汽车尾灯控制状态机设计成员分工表序号学号姓名分工123项目方案设计程序验证及调试撰写论文时间/天目录1设计任务12设计器材23设计原理44运行结果55设计优化56心得体会6附录6PART1冒险游戏1、设计任务你要设计的这个冒险游戏，有七个房间和一个物品（剑），开始于一个嘈杂的洞穴（THECAVEOFCACOPHONY）。要想赢得游戏，你必须要先通过曲折的隧道（THETWISTYTUNNEL）和湍急的河流（THERAPIDRIVER）；然后你需要在秘密藏剑阁（THESECRETSWORDSTASH）寻找到斩首剑（THEVORPALSWORD），这把剑将保护你通过后面危机四伏的龙穴（THEDRAGONDEN），安全地到达胜利穹顶（THEVICTORYVAULT）赢得胜利。如果你进入龙穴而没有斩首剑，你会被凶残的暴龙撕裂分食，尸骨被扔进阴森恐怖的墓地（THEGRIEVOUSGRAVEYARD）最终输掉游戏。（1）请补充空白，画出ROOMFSM完整的状态转移图（图1的状态转换图是不完整的。有些带箭头的圆弧标记有状态转换需要的条件，而另一些空白）。（2）列出两个状态机的状态转换表和输出表（3）用QUARTUS完成你所设计的电路（4）仿真验证。根据游戏要求设计波形仿真文件，仿真验证设计是否正确。（5）分配引脚，编译并下载到实验箱，验证所设计的冒险游戏。2设计器材MFB5型数字电路自主学习实验器MFB5型数字电路自主学习实验器是一种多功能实验器，可对ALTERA公司的MAX|EPM240T100和EPM570T100器件进行ERWWRERR试验。MFB5继承MFB2的特点，主系统板与下载板（含CPLD器件）采用接插式结构（即“主板下载板”双板式），通过更换下载板可对其他CPLD/FPGA器件适配，同时也利于将下载板用于其他实验。实验器基于“电路连接软件配置”的设计思想，通过软件对芯片引脚与开发器各输入、输出的连接进行定义摒弃了大量导线的连接，挺高了实验效率，减少了实验故障率。CYCLONE|CYCLONEII器件采用TSMC90NM低K绝缘材料工艺技术，这种技术结合ALTERA低成本的设计方式，使之能够在更低的成本下制造出更大容量的器件。这种新的器件比第一代CYCLONE产品具有两倍多的I/O引脚，且对可编程逻辑，存储块和其它特性进行了最优的组合，具有许多新的增强特性3设计原理（1）完整的ROOMFSM状态转换图RSNVE（2）ROOMFSM的状态表和输出表将S0S6分配至七个房间CAVEOFCACOPHONYGRIEVOUSGRAVEYARDASSERTDRAPIDRIVERSECRETSWORDSTASHASSERTSWDRAGONSDENTWISTYTUNNELVICTORYVAULTASSERTWINS0（000）THECAVEOFCACOPHONYS1（001）THETWISTYTUNNELS2（010）THERAPIDRIVER；S3（011）THESECRETSWORDSTASH；S4（100）THEDRAGONDEN；S5（101）THEVICTORYVAULT；S6（110）THEGRIEVOUSGRAVEYARD；输入输出/次态CLK现态RESETNSWEVSSWWINDS000001XS1000S100100XS2000S100010XS0000S200010XS3000S201000XS1000S200001XS4000S300001XS2100S40XXXX1S5010S40XXXX0S6001X1XXXXXS0000（3）SWORDFSM的状态表和输出表ANOSWORDBHASSWORD输入CLK现态RSW输出/次态X1X/AA00/AA01V/BB0XV/B4SWORD的状态转换图4运行结果（1）仿真结果及分析闯关成功闯关失败（2）引脚分配（3）运行结果照片5VERILOGHDL代码及原理图（1）ROOMFSM的VERILOGHDL实现MODULEROOMINPUTCLK,RESET,V,N,S,E,W,OUTPUTREG20ROOM,OUTPUTREGWIN,D,SWREG20CURRENT_ROOM,NEXT_ROOM预置当前房间和下一个房间PARAMETERCAVE3B000,TUNNEL3B001,RIVER3B010,STASH3B011,DRAGON3B100,VICTORY3B101,DEFEATED3B110将二进制数分别分配给房间ALWAYSPOSEDGECLK,POSEDGERESETBEGINIFRESETBEGINCURRENT_ROOMCAVEROOMCAVEEND复位清零ELSEBEGINCURRENT_ROOMNEXT_ROOMROOMNEXT_ROOMENDENDALWAYSCURRENT_ROOMBEGINNEXT_ROOMCAVECASECURRENT_ROOMCAVEBEGINWIN0D0SW0IFENEXT_ROOMTUNNELELSENEXT_ROOMCAVEENDTUNNELBEGINIFWNEXT_ROOMCAVEELSEIFSNEXT_ROOMRIVERELSENEXT_ROOMTUNNELENDRIVERBEGINIFNNEXT_ROOMTUNNELELSEIFWNEXT_ROOMSTASHELSEIFENEXT_ROOMDRAGONELSENEXT_ROOMRIVERENDSTASHBEGINSW1IFENEXT_ROOMRIVERELSENEXT_ROOMSTASHENDDRAGONBEGINIFVBEGINNEXT_ROOMVICTORYWIN1ENDELSEBEGINNEXT_ROOMDEFEATEDD1ENDENDVICTORYBEGINNEXT_ROOMVICTORYEND胜利DEFEATEDBEGINNEXT_ROOMDEFEATEDEND失败ENDCASEENDENDMODULE（2）SWORDFSM的VERILOGHDL实现MODULESWORDINPUTSW,RESET,CLK,OUTPUTREGVREGSTATEALWAYSPOSEDGECLK,POSEDGERESETBEGINIFRESETBEGINSTATE0V0ENDELSECASESTATE0IFSWBEGINSTATE1V1ENDELSEBEGINSTATE0V0END1BEGINSTATE1V1ENDENDCASEENDENDMODULE（3）电路原理图PART2汽车尾灯控制状态机设计1设计任务用VERILOGHDL设计一个有限状态机，控制1965年福特公司生产的“雷鸟（THUNDERBIRD）”汽车的尾灯。汽车的两边各有三个灯轮流依次闪亮，用来指示转弯方向。2设计器材MFB5型数字电路自主学习实验器MFB5型数字电路自主学习实验器是一种多功能实验器，可对ALTERA公司的MAX|EPM240T100和EPM570T100器件进行试验。MFB5继承MFB2的特点，主系统板与下载板（含CPLD器件）采用接插式结构（即“主板下载板”双板式），通过更换下载板可对其他CPLD/FPGA器件适配，同时也利于将下载板用于其他实验。实验器基于“电路连接软件配置”的设计思想，通过软件对芯片引脚与开发器各输入、输出的连接进行定义摒弃了大量导线的连接，挺高了实验效率，减少了实验故障率。CYCLONE|CYCLONEII器件采用TSMC90NM低K绝缘材料工艺技术，这种技术结合ALTERA低成本的设计方式，使之能够在更低的成本下制造出更大容量的器件。这种新的器件比第一代CYCLONE产品具有两倍多的I/O引脚，且对可编程逻辑，存储块和其它特性进行了最优的组合，具有许多新的增强特性。3设计原理本功能主要由VERILOG程序进行实现，对于尾灯控制部分利用一段代码完成，由于假设时钟为05HZ，实验室电路板上最低为2HZ，再通过一个电路将2HZ信号转化为05HZ再输入到尾灯控制之中。1THUNDERB本部分为对尾灯控制部分的核心程序，共有8个不同的状态，对于不同状态对应尾灯提示左转、右转以及特殊状况下亮的不同状态。其输出L0L5分别代表尾灯上的6个小灯，高电平表示该灯处于亮的状态，低电平表示该灯处于暗的状态。主要控制灯根据左右转控制键即将进入到某个状态，进入左转或右转状态后正常情况下将按照题目中要求的方式亮灯。2FREQUENCY本部分由两个D触发器构成，通过异步时序电路，可以将原本2HZ的信号转化为05HZ的信号，进而满足题目的要求。4尾灯状态转换图、状态编码方案、状态转换表、输出表（1）状态转移图各状态说明S0（000）车辆正常行驶状态，无灯亮；S1（001）左转提示灯第一个状态，即LA亮，其余灯不亮；S2（010）左转提示灯第二个状态，即LA，LB亮，其余灯不亮；S3（011）左转提示灯第三个状态，即LA，LB，LC亮，其余灯不亮；S4（100）右转提示灯第一个状态，即RA亮，其余灯不亮；S5（101）右转提示灯第二个状态，即RA，RB亮，其余灯不亮；S6（110）右转提示灯第三个状态，即RA，RB，RC亮，其余灯不亮；S7（111）六个灯同时闪亮状态。（2）状态转移表S2N1S1N1S0N1LIN1RIN0S2NS1NS0N00011011000S0000S0100S4001S1111S7001S1010S2111S7010S2111S7010S2011S3111S7011S3111S7011S3000S0111S7001S1111S7100S4101S5101S5111S7111S7101S5110S6110S6111S7111S7110S6000S0100S4111S7111S7111S7000S0100S4001S1111S7其中LIN1和RIN0分别表示按下左转按键和按下右转按键。（程序中用IN1和IN0分别代表左和右）。（3）输出表S2NS1NS0NOUT5OUT4OUT3OUT2OUT1OUT0000S0000000001S1001000010S2011000011S3111000100S4000100101S5000110110S6000111111S70或10或10或10或10或10或1其中S7状态时，对应每个灯为闪烁状态，因此不能确定。5仿真结果的波形图及相应的分析说明1THUNDERB程序生成模块波形仿真说明IN1高电平表示左转键按下，IN0高电平表示右转键按下。IN1第一次出现高电平时，IN0为低电平，此时按照左转灯各状态进行，之后出现清零端CLR高电平，此时清零至初始状态。IN0第一次出现高电平时，IN1为低电平，此事按照右转灯各状态进行，进行完毕之后IN0和IN1均为低电平，此时回到正常行驶状态。出现IN0和IN1均为高电平，此时为尾灯闪烁状态。之后IN1高电平、IN0低电平，回到左转灯状态。2FEQUENCY电路连接图生成模块仿真波形图说明CLK为输入信号，CP为输出信号。此电路通过两个D触发器将CLK信号周期扩大为原来的4倍，频率变为原来的四分之一。3FINAL总电路仿真波形说明CLK为输入时钟信号，CP为CLK四倍周期的时钟信号；IN1高电平表示左转键按下，IN0高电平表示右转键按下；COUT5表示LC，COUT4表示LB，COUT3表示LA，COUT2表示RA，COUT1表示RB，COUT0表示RC。6引脚分配列表说明电路的输入输出分别用试验箱上的哪些资源（开关或LED）引脚表（未设置的输出是方便在仿真时观察波形，不显示在实验器上）上方的方框为CODEOUT七段数码管的输出，DIG1，DIG2控制刷新左下角方框中，左边的灯为S0,为东西主干道交通灯（受LD1LD2控制合成），上方的灯为S1,为南北支干道交通灯（受LD3LD4控制合成），右方的灯为S1,为南北左转或人行道交通灯（受LD5LD6控制合成），LD9为CR清零低电平有效，LD10为南北支干道车辆感知器。LD11,为南北左转或人行道有人或者有车的感知器。7运行照片照片8VERILOGHDL代码1THUNDERB/核心程序，说明描述不同状态下灯亮的情况，由输出OUT表现出来；根据输入情况进行状态转移MODULETHUNDERBCLK,IN,OUT,CLRINPUTCLK,CLRINPUT10IN/IN1为左转弯键，高电平表明按下左转弯键。IN0为右转弯键，高电平表明按下右转弯键OUTPUT50OUT/输出OUT，对应尾灯上的6个车灯。、REG50OUTREG50STATE/声明状态PARAMETERS00,S11,S22,S33,S44,S55,S66,S77/各状态对应值ALWAYSSTATEBEGIN/输出OUT由状态STATE决定CASESTATE6D0OUT6B000000/全暗6D1OUT6B001000/左转第一状态LA亮6D2OUT6B011000/左转第二状态LA、LB亮6D3OUT6B111000/左转第三状态LA、LB、LC亮6D4OUT6B000100/右转第一状态RA亮6D5OUT6B000110/右转第二状态RA、RB亮6D6OUT6B000111/右转第三状态RA、RB、RC亮6D7BEGINOUT0CLK/六个灯同时闪亮状态OUT1CLKOUT2CLKOUT3CLKOUT4CLKOUT5CLKENDDEFAULTOUT6B000000ENDCASEENDALWAYSPOSEDGECLKBEGIN/具体描述这个状态之间是如何转化的IFCLRSTATES0ELSEBEGINCASESTATES0BEGIN/正常行驶状态IFIN1/左、右转弯键同时按下，进入状态S7ELSEIFIN1STATES1/左转弯键按下，进入状态S1ELSEIFIN0STATES4/右转弯键按下，进入状态S4ELSESTATES0/其余情况保持S0状态ENDS1BEGINIFIN0STATES7/右转弯键按下，进入状态S7ELSESTATES2ENDS2BEGINIFIN0STATES7/右转弯键按下，进入状态S7ELSESTATES3ENDS3BEGINIFIN0STATES7/右转弯键按下，进入状态S7ELSESTATES0ENDS4BEGINIFIN1STATES7/左转弯键按下，进入状态S7ELSESTATES5ENDS5BEGINIFIN1STATES7/左转弯键按下，