新实验四 VHDL数字秒表设计.ppt

1、1,实验四基于VHDL语言的数字秒表设计,本部分实验内容为新内容，操作步骤较多，为保证实验项目进行完毕，请同学们务必提前做好预习准备,预习要求,1.从实验中心网站下载软件 2.按照ppt所示，操作使用，仿真数字逻辑器件功能,2,一、实验目的,通过本次实验，引导学生以硬件描述语言的手段来设计数字逻辑电路； 掌握QuartusII集成开发环境软件VHDL语言输入的设计流程； 掌握数字秒表的工作原理，学会通过QuartusII建立VHDL语言描述小型数字电路； 掌握用VHDL语言设计分频器的方法。 掌握可编程逻辑器件（PLD）的开发步骤； 掌握对设计进行编译、仿真、下载、验证的方法。,二、实验设备,

2、计算机，可编程逻辑器件实验板,3,三、PLD器件简述,可编程逻辑器件（Programmable Logic Devices，PLD），发展于20世纪70年代，属半定制集成电路； 使用PLD器件，借助EDA设计方法，可以方便、快速地构建数字系统； 任何组合逻辑电路都可以用“与门-或门”二级电路实现； 任何时序逻辑电路都可以由组合逻辑电路加上存储元件（触发器、锁存器构成）； 人们由此提出乘积项可编程电路结构，原理结构如下：,4,实验原理-PLD背板简介,可编程逻辑器件选用Altera公司新一代CPLD器件：MAXII系列的EPM240T100C5； 逻辑单元（LE）240个，等效宏单元192个，最

3、大用户I/O 80个； 背板上共引出15（左侧）+18（右侧）+22（上方）=55个I/O供用户外接使用，其余I/O提供给背板上自带的功能电路（LED、按键、VGA接口、拨码开关等）； 背板由下载器通过电缆直接供电，无需从实验箱外接电源线； 通过PC机USB接口与背板连接，下载所做的设计，简单、方便。,5,电源指示灯,USB供电及 下载接口,电源开关,VGA接口,独立按键，按下为低电平，弹起为高电平,拨码开关，推上为低电平，拨下为高电平,LED指示电路,注意：电路板上方禁止摆放任何金属物质，以防短路。,Hole23不可用，印字无效,正面视图,PLD实验板,6,背面视图,PLD 主芯片,PLD实

4、验板,7,四、数字秒表的要求及工作原理,要求：用VHDL语言设计数字秒表； 计时单位：1秒；(即每秒计时1次) 计时范围：60秒； 显示方式：使用PLD实验板上的8个LED进行显示； 用逻辑电路控制8个LED灯，左边4个代表秒表计数的十位，右边4个代表秒表计数的个位，在脉冲信号CP的作用下，间接显示秒表的BCD数值；,8,LED灯表示数字秒表的状态示意图：,1秒,2秒,9秒,10秒,19秒,20秒,59秒,上图给出了数字秒表（60进制计数器）的效果图； 灯亮代表逻辑1，灯灭代表逻辑0，即得到秒表的转移图。,0秒,9,1、分频器设计（用VHDL语言描述）,CP由实验板上的10MHz有源晶振产生（

5、长方形的“铁块”）；从PLD器件的专用时钟引脚Pin12输入到器件内部（在QuartusII下进行引脚锁定）， 为计数器提供时钟信号； 由于实验板上所带的连续脉冲CP的频率为10MHz；因此，需要为秒表的计数器设计分频器，将10MHz的连续脉冲分频，得到秒脉冲； 再由秒脉冲作为秒表计数器的计数频率。 本质上就是用VHDL语言设计模值为10000000的计数器。,四、实验任务,10,2、计数器设计（用VHDL语言描述）,直接的60进制计数器所对应的是二进制数值，不便于显示； 因此，可将秒表看做由个位为10进制的计数器和十位为6进制的计数器进行级联构成，这种计数器也称为BCD计数器； 采用VHDL

6、分别描述10进制计数器和6进制计数器，当计数值为59时，若再来一个时钟脉冲，计数器回到初值0重新计数。 也可以直接描述60进制计数器，然后除10,得到的商为十位，余数为个位。,11,3、分频器与计数器的接口,（1）可采用多进程描述的方法，分频器为一个进程，计数器写入另一个进程。将分频器进程中的秒脉冲输出定义为signal，作为计数器进程的敏感信号，驱动计数器进行计数； （2）可采用原理图符号化连接的方法，将分频器和计数器所生成的元件符号在原理图中进行连接，完成顶层次设计。,12,采用双进程描述的带分频60进制计数器,13,采用双进程描述的带分频60进制计数器（续）,14,五、实验步骤,1. 通

7、过QuartusII建立一个新项目； 2. 建立项目时选MAXII系列（family）的目标器件（devices）EPM240T100C5 3. 新建VHDL设计文件，编写VHDL程序，设计分频器及计数器，并编译通过； 4. 对设计进行引脚锁定，再次编译； 5.连接PLD背板下载线，将编译所生成的*.pof目标文件下载到PLD芯片中； 6. 验证电路，观察运行结果，如不正确，检查设计，调整后重新编译后再次下载后观察，直至结果正确；,15,1、时序仿真波形示意图,16,引脚锁定以实际的实验系统选用的芯片为准 引脚锁定方法： 在菜单下依次选择Assignments/Pin 双击编辑窗口对应引脚的L

8、ocation，根据端口名选择引脚号。 8个LED与10MHz信号的输入引脚见下图：,2、引脚锁定,17,现在将流水灯的8个输出端所需引脚锁定到实验背板对应的8个发光Led上。,1、 8个发光Led与PLD器件引脚的连接关系：,2、数字秒表的脉冲CP使用背板上的10MHz连续脉冲，锁定到Pin12。,十位,个位,18,对设计进行引脚锁定,双击“Location”下方的表格框，弹出指定器件的引脚列表，选择用户自定义的引脚。,这么多， 选哪个呢？,19,3、再次执行全程编译（必要步骤）,20,4、背板连接,1、连通PC机配套下载器实验背板； 下载器与PC机通过USB打印线连接（一头方|一头扁）；

9、下载器与实验背板通过9针平行串口线连接； 线路较长，请适当缠绕，折放整齐。 3、连通线路后，打开实验背板上面的电源开关 （推到右侧），电源指示灯点亮，表明连线无误。,21,下载器第一次连接到PC机，会弹出硬件安装向导，按下述操作完成下载器安装,22,5、下载,启动下载：单击ToolsProgrammer,即启动下载界面 在下载界面选择单击Hardware Setup按钮选择下载器，在弹出菜单中双击选择USB-Blaster ，再单击close。,23,编程下载：在配置文件（*.sof或*.pof）信息窗口处（屏幕右下大半区域），勾选program/configure, 然后单击start按钮，即开始配置/编程；,24,正在下载程序,当下载窗口右上角progress显示出100%，表示下载成功； 观察LED的显示效果是否达到设计要求。,25,6、故障处理,若编程器自身有故障或者未正确连接，则不能编程/配置，底部的信息栏会有红色字体的信息提示，这时需要检查编程器的连接。 解决方法：