EDA技术及应用-VHDL版(第三版)(潭会生)第7章

1、第7章EDA技术实验 第第7章章EDA技术实验技术实验 7.1 实验一：实验一：8位加法器的设计位加法器的设计 7.2 实验二：序列检测器的设计实验二：序列检测器的设计 7.3 实验三：实验三：PWM信号发生器的设计信号发生器的设计 7.4 实验四：数字频率计的设计实验四：数字频率计的设计 7.5 实验五：数字秒表的设计实验五：数字秒表的设计 7.6 实验六：交通信号灯控制器的设计实验六：交通信号灯控制器的设计 7.7 实验报告范例实验报告范例 第7章EDA技术实验 7.1 实验一：实验一：8位加法器的设计位加法器的设计1实验目的实验目的(1) 学习Quartus /ISE Suite/ is

2、pLEVER软件的基本使用方法。(2) 学习GW48-CK或其他EDA实验开发系统的基本使用方法。(3) 了解VHDL程序的基本结构。 第7章EDA技术实验 2实验内容实验内容设计并调试好一个由两个4位二进制并行加法器级联而成的8位二进制并行加法器，并用GW48-CK或其他EDA实验开发系统(事先应选定拟采用的实验芯片的型号)进行硬件验证。 第7章EDA技术实验 3实验要求实验要求(1) 画出系统的原理框图，说明系统中各主要组成部分的功能。(2) 编写各个VHDL源程序。(3) 根据系统的功能，选好测试用例，画出测试输入信号波形或编好测试程序。(4) 根据选用的EDA实验开发装置编好用于硬件验

3、证的管脚锁定表格或文件。(5) 记录系统仿真、逻辑综合及硬件验证结果。(6) 记录实验过程中出现的问题及解决办法。4参考资料本书4.3节、4.4节、4.5节、5.1节、5.2节和6.1节。 第7章EDA技术实验 7.2 实验二：序列检测器的设计实验二：序列检测器的设计1实验目的实验目的(1) 熟悉Quartus /ISE Suite/ ispLEVER软件的基本使用方法。(2) 掌握GW48-CK或其他EDA实验开发系统的基本使用方法。(3) 学习VHDL程序中数据对象、数据类型、顺序语句和并行语句的综合使用。 第7章EDA技术实验 2实验内容实验内容序列检测器可用于检测一组或多组由二进制码组

4、成的脉冲序列信号，这在数字通信领域有广泛的应用。现要求设计一个8位的序列检测器，在检测过程中，任何一位不相等都将回到初始状态重新开始检测；当一串待检测的串行数据进入检测器后，若此数在每一位的连续检测中都与预置的密码数相同，则输出“A”，否则输出“B”。用GW48-CK或其他EDA实验开发系统(事先应选定拟采用的实验芯片的型号)进行硬件验证。 第7章EDA技术实验 3实验要求实验要求(1) 画出系统的原理框图，说明系统中各主要组成部分的功能。(2) 编写各个VHDL源程序。(3) 根据系统的功能，选好测试用例，画出测试输入信号波形或编好测试程序。(4) 根据选用的EDA实验开发装置编好用于硬件验

5、证的管脚锁定表格或文件。(5) 记录系统仿真、逻辑综合及硬件验证结果。(6) 记录实验过程中出现的问题及解决办法。4参考资料参考资料本书4.3节、4.4节、4.5节、5.1节、5.2节和3.9.2节。 第7章EDA技术实验 7.3 实验三：实验三：PWM信号发生器的设计信号发生器的设计1实验目的实验目的(1) 熟悉Quartus /ISE Suite/ispLEVER软件的基本使用方法。(2) 熟悉GW48-CK或其他EDA实验开发系统的基本使用方法。(3) 学习VHDL程序中数据对象、数据类型、顺序语句和并行语句的综合使用。 第7章EDA技术实验 2实验内容实验内容设计并调试好一个脉宽数控调

6、制信号发生器，此信号发生器是由两个完全相同的可自加载加法计数器LCNT8组成的，它的输出信号的高/低电平脉宽可分别由两组8位预置数进行控制。用GW48-CK或其他EDA实验开发系统(事先应选定拟采用的实验芯片的型号)进行硬件验证。 第7章EDA技术实验 3实验要求实验要求(1) 画出系统的原理框图，说明系统中各主要组成部分的功能。(2) 编写各个VHDL源程序。(3) 根据系统的功能，选好测试用例，画出测试输入信号波形或编好测试程序。(4) 根据选用的EDA实验开发装置编好用于硬件验证的管脚锁定表格或文件。(5) 记录系统仿真、逻辑综合及硬件验证结果。(6) 记录实验过程中出现的问题及解决办法

7、。 第7章EDA技术实验 7.4 实验四：数字频率计的设计实验四：数字频率计的设计1实验目的实验目的(1) 熟悉Quartus /ISE Suite/ispLEVER软件的基本使用方法。(2) 熟悉GW48-CK或其他EDA实验开发系统的基本使用方法。(3) 学习VHDL基本逻辑电路的综合设计应用。2实验内容实验内容设计并调试好8位十进制数字频率计，并用GW48-CK或其他EDA实验开发系统(事先应选定拟采用的实验芯片的型号)进行硬件验证。 第7章EDA技术实验 3实验要求实验要求(1) 画出系统的原理框图，说明系统中各主要组成部分的功能。(2) 编写各个VHDL源程序。(3) 根据系统的功能

8、，选好测试用例，画出测试输入信号波形或编好测试程序。(4) 根据选用的EDA实验开发装置编好用于硬件验证的管脚锁定表格或文件。(5) 记录系统仿真、逻辑综合及硬件验证结果。(6) 记录实验过程中出现的问题及解决办法。4参考资料参考资料本书4.3节、4.4节、4.5节、5.1节、5.2节和6.5节。第7章EDA技术实验 7.5 实验五：数字秒表的设计实验五：数字秒表的设计1实验目的实验目的(1) 熟悉Quartus /ISE Suite/ispLEVER软件的基本使用方法。(2) 熟悉GW48-CK或其他EDA实验开发系统的基本使用方法。(3) 学习VHDL基本逻辑电路的综合设计应用。2实验内容

9、实验内容设计并调试好一个计时范围为0.01s1h的数字秒表，并用GW48-CK或其他EDA实验开发系统(事先应选定拟采用的实验芯片的型号)进行硬件验证。 第7章EDA技术实验 3实验要求实验要求(1) 画出系统的原理框图，说明系统中各主要组成部分的功能。(2) 编写各个VHDL源程序。(3) 根据系统的功能，选好测试用例，画出测试输入信号波形或编好测试程序。(4) 根据选用的EDA实验开发装置编好用于硬件验证的管脚锁定表格或文件。(5) 记录系统仿真、逻辑综合及硬件验证结果。(6) 记录实验过程中出现的问题及解决办法。4参考资料参考资料本书4.3节、4.4节、4.5节、5.1节、5.2节和6.

10、6节。 第7章EDA技术实验 7.6 实验六：交通信号灯控制器的设计实验六：交通信号灯控制器的设计1实验目的实验目的(1) 熟悉Quartus /ISE Suite/ispLEVER软件的基本使用方法。(2) 熟悉GW48-CK或其他EDA实验开发系统的基本使用方法。(3) 学习VHDL基本逻辑电路和状态机电路的综合设计应用。 第7章EDA技术实验 2实验内容实验内容设计并调试好一个由一条主干道和一条支干道的汇合点形成的十字交叉路口的交通灯控制器，具体要求如下：(1) 主、支干道各设有一个绿、黄、红指示灯，两个显示数码管。(2) 主干道处于常允许通行状态，而支干道有车来才允许通行。当主干道允许

11、通行亮绿灯时，支干道亮红灯，而支干道允许通行亮绿灯时，主干道亮红灯。(3) 当主、支干道均有车时，两者交替允许通行，主干道每次放行45 s，支干道每次放行25 s，在每次由亮绿灯变成亮红灯的转换过程中，要亮5 s的黄灯作为过渡，并进行减计时显示。 第7章EDA技术实验 3实验要求实验要求(1) 画出系统的原理框图，说明系统中各主要组成部分的功能。(2) 编写各个VHDL源程序。(3) 根据系统的功能，选好测试用例，画出测试输入信号波形或编好测试程序。(4) 根据选用的EDA实验开发装置编好用于硬件验证的管脚锁定表格或文件。(5) 记录系统仿真、逻辑综合及硬件验证结果。(6) 记录实验过程中出现

12、的问题及解决办法。 第7章EDA技术实验 7.7 实验报告范例实验报告范例下面以一个09999的计数器电路的设计为例，给出一个实验报告范例，以供参考。实验X 09999的计数器电路的设计1实验目的实验目的(1) 进一步熟悉和掌握Quartus 软件的使用。(2) 进一步熟悉和掌握GW48-CK或其他EDA实验开发系统的使用。(3) 学习和掌握VHDL进程语句和元件例化语句的使用。 第7章EDA技术实验 2实验内容实验内容设计并调试好一个计数范围为09999的4位十进制计数器电路CNT9999，并用GW48-CK或其他EDA实验开发系统(可选用的芯片为ispLSI 1032E-PLCC84或EP

13、M7128S-PL84或XCS05/XCS10-PLCC84芯片)进行硬件验证。 第7章EDA技术实验 3实验条件实验条件(1) 开发软件：Quartus 8.0。(2) 实验设备：GW48-CK EDA实验开发系统。(3) 拟用芯片：EPM7128S-PL84。4实验设计实验设计1) 系统原理框图为了简化设计并便于显示，本计数器电路CNT9999的设计分为两个层次，其中底层电路包括四个十进制计数器模块CNT10，再由这四个模块按照图7.1所示的原理图构成顶层电路CNT9999。 第7章EDA技术实验 图7.1 CNT9999电路原理图第7章EDA技术实验 2) VHDL程序计数器CNT999

14、9的底层和顶层电路均采用VHDL文本输入，有关VHDL程序如下。CNT10的VHDL源程序：-CNT10.VHDLIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY CNT10 IS PORT(CLK: IN STD_LOGIC; CLR: IN STD_LOGIC; ENA: IN STD_LOGIC; CQ: OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); 第7章EDA技术实验 CO: OUT STD_LOGIC );END ENTITY CNT10;CNT9999

15、的VHDL源程序：-CNT9999.VHDLIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY CNT9999 IS PORT(CLR: IN STD_LOGIC; CLK: IN STD_LOGIC; ENA: IN STD_LOGIC; DOUT: OUT STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0);END ENTITY CNT9999;第7章EDA技术实验 3) 仿真波形设置 本设计包括两个层次，因此先进行底层的十进制计数器CNT10的仿真，再进行顶层CNT9999的仿真。图7.2是CNT10仿真输入设置及可能结果估计图。同理可进

16、行CNT9999仿真输入设置及可能结果估计(这里略)。 第7章EDA技术实验 图7.2 CNT10仿真输入设置及可能结果估计图第7章EDA技术实验 4) 管脚锁定文件根据图7.1所示的CNT9999电路原理图，本设计实体的输入有时钟信号CLK、清零信号CLR和计数使能信号ENA，输出为DOUT15.0，据此可选择实验电路结构图NO.0，对应实验模式0。根据图7.5所示的实验电路结构图NO.0和图7.1确定引脚的锁定。选用EPM7128S-PL84芯片，其引脚锁定过程如表7.1所示，其中CLK接CLOCK2，CLR接键3，ENA接键4，计数结果DOUT3.0、DOUT7.4、DOUT11.8、D

17、OUT15.12经外部译码器译码后，分别在数码管1、数码管2、数码管3、数码管4上显示。 第7章EDA技术实验 表 7.1 CNT9999管脚锁定过程表 设计实体 I/O 标识 设计实体 I/O 来源/去向 插座序号 EPM7128S-PL84 I/O 号管脚号 CLK 时钟信号源 CLOCK2 IO5170 CLR 键 3 PIO2 IO26 ENA 键 4 PIO3 IO38 DOUT3.0 经译码后接数码管 1 PIO19PIO16 IO19IO1629、28、27、25 DOUT7.4 经译码后接数码管 2 PIO23PIO20 IO23IO2034、33、31、30 DOUT11.8

18、 经译码后接数码管 3 PIO27PIO24 IO27IO2439、37、36、35 DOUT15.12 经译码后接数码管 4 PIO31PIO28 IO31IO2845、44、41、40 备 注 验证设备：GW48-CK；实验芯片：EPM7128S-PL84；实验模式：NO.0；模式图及管脚对应表见图 5.5 和表 5.3 第7章EDA技术实验 5. 实验结果及总结实验结果及总结1) 系统仿真情况CNT10和CNT9999的时序仿真结果分别如图7.3和7.4所示(本仿真结果是通过同时按下“CTRL+Print Screen”键抓取当前屏幕信息放入剪贴板中，再通过Windows的画图工具进行粘

19、贴裁剪后复制，最后在Word等文档中通过粘贴的方法获得)。 第7章EDA技术实验 图7.3 CNT10的时序仿真结果 图7.4 CNT9999的时序仿真结果 第7章EDA技术实验 2) 逻辑综合结果使用Quartus 8.0进行逻辑综合后，CNT9999的RTL视图如图7.5所示，对CNT9999进行逻辑综合后的资源使用情况为：Family：MAX7000S，Device：EPM7128SLC84-10，Total macrocells：19/128(15%)，Total pins：23/68(34%)。 第7章EDA技术实验 图7.5 CNT9999的RTL视图 第7章EDA技术实验 3) 硬件验证情况CLK接CLOCK2，CLR接键3，ENA接键4，计数结果DOUT3.0、DOUT7.4、DOUT11.8、DOUT15.12经外部译码器译码后，分别在数码管1、数码管2、数码管3、