复杂数字系统课程设计指导书.docx

复杂数字系统课程设计指导书.docx

《复杂数字系统课程设计指导书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《复杂数字系统课程设计指导书.docx（25页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

复杂数字系统课程设计指导书

《硬件描述语言》实验指导书V1.0

南通大学电子信息学院

2013年1月

一、课程设计目的、要求

9.12.15.18.

1.通过本次课程设计，增强工程实践能力和创新能力，提高数字系统设计水平。

2.完成课程设计，包括设计仿真与验证。

首先，根据所选课题和AlteraDE2开发板资源进行方案设计。

然后运用EDA软件对方案进行程序设计、仿真分析。

3.撰写总结报告。

报告内容包括以下内容：

1）概述

2）功能

给出系统的设计功能以及性能参数。

3）设计方案

说明本设计的技术方案、工作原理，给出设计框图、软件流程图、状态转换图等。

4）设计与仿真

给出每个模块以及顶层模块的设计框图、状态转换图、软件流程图或VerilogHDL源程序等，并作一定的说明。

给出仿真结果，并对系统功能、性能、资源消耗情况作出分析。

5）硬件验证

将设计文件下载到DE2开发板进行硬件验证，完成检测和调试，对结果进行说明或分析。

6）结束语

7）参考文献

8）附录

将各种篇幅较大的图纸、数据表格、源程序等材料附于技术报告后。

二、课程设计日程安排

日期

内容

2013.1.14

1.布置任务，课题论述

2.设计实例演示

3.学生选题

2013.1.15

确定设计方案

2013.1.16～2013.1.17

1.完成设计与仿真

2.硬件验证、调试

3.检查、验收

2013.1.18

完成设计报告

三、设计课题

1、简易函数发生器1

基本要求：

运用DE2上的DAC实现方波、正弦波信号发生器功能。

方波频率、占空比可设置。

正弦波信号幅度可调。

在完成基本要求的基础上，可进一步增加功能、提高性能。

2、简易函数发生器2

基本要求：

运用DE2上的DAC实现方波、三角波信号发生器功能。

方波频率、占空比可设置。

三角波信号频率、幅度可调。

在完成基本要求的基础上，可进一步增加功能、提高性能。

3、简易函数发生器3

基本要求：

运用DE2上的DAC实现方波、锯齿波信号发生器功能。

方波频率、占空比可设置。

锯齿波信号频率、幅度可调。

在完成基本要求的基础上，可进一步增加功能、提高性能。

4、简易函数发生器4

基本要求：

运用DE2上的DAC实现方波、梯形信号发生器功能。

方波频率、占空比可设置。

梯形波信号频率、幅度可调。

在完成基本要求的基础上，可进一步增加功能、提高性能。

5、简易函数发生器5

基本要求：

运用DE2上的DAC实现方波、阶梯信号发生器功能。

方波频率、占空比可设置。

阶梯波信号频率、幅度可调。

在完成基本要求的基础上，可进一步增加功能、提高性能。

6、串行通信发送接口

功能：

通过DE2的拨码开关来选择要发送的数据，当DE2上的某一个独立按键被按下的时候，数据会通过RS232串口发送到PC。

基本要求：

掌握串口通信协议，完成串口数据的发送功能

硬件验证要求：

在PC机通过“串行通信接口调试助手”软件接收由DE2发送过来的数据。

在完成基本要求的基础上，可以通过拨码开关来选择奇偶校验的类别。

7、串行通信接收接口（LED）

基本要求：

掌握RS232串口的协议，运用DE2的串口进行接收PC的数据。

波特率为9600,8位数据位，无奇偶校验，一个停止位。

硬件验证要求：

在PC机通过“串行通信调试助手”软件

发送数据，DE2通过串口接收数据，完成接收数据后在LED上面进行显示。

在完成基本要求的基础上，可以通过拨码开关来选择奇偶校验的类别。

8、串行通信接收接口（数码管）

基本要求：

掌握RS232串口的协议，运用DE2的串口进行接收PC的数据。

波特率为9600,8位数据位，无奇偶校验，一个停止位。

硬件验证要求：

在PC机通过“串行通信调试助手”软件

发送数据，DE2通过串口接收数据，完成接收数据后在数码管上面进行显示。

在完成基本要求的基础上，可以通过拨码开关来选择奇偶校验的类别。

9、数字时钟设计

基本要求：

能够正确显示时、分、秒，并有校时、半点报时和整点报时功能。

要求能在数码管上面正确显示。

在完成基本要求的基础上，可进一步增加功能、提高性能，如增加闹铃功能。

10、秒表设计

基本要求：

最大为1小时，精度要求为0.01秒，具有开始、暂停和清零功能，要求能在数码管上面正确显示。

在完成基本要求的基础上，可进一步增加功能、提高性能。

11、定时器设计

基本要求：

最大为1小时，精度要求为0.01秒，当倒计时间为0的时候能够报警，要求能在数码管上面正确显示。

在完成基本要求的基础上，可进一步增加功能、提高性能。

12、交通灯设计

基本要求：

1）设计一个交通红绿灯。

要求分主干道和支干道，每条道上安装红（主：

R,支：

r）绿（主：

G，支：

g）黄（主：

Y，支：

y）三种颜色灯，由四种状态自动循环构成;

2）在交通灯处在不同的状态时，设计一个计时器以倒计时方式显示计时，主干道上绿灯亮30S，支干道上绿灯亮20S。

每个干道上，在绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮5S。

在完成基本要求的基础上，可进一步增加功能、提高性能，如绿灯亮的时间可调。

13、密码锁设计

基本要求：

设计一个电子密码锁。

操作方式：

在锁开的状态下输入密码，设置的密码共4位，用拨码开关SW1～SW10分别代表数字1，2，…，9，0，输入的密码用数码管显示，最后输入的密码显示在最右边的数码管上，即每输入一位数，密码在数码管上的显示左移一位。

可删除输入的数字，删除的是最后输入的数字，每删除一位，密码在数码管上的显示右移一位，并在左边空出的位上灭掉。

用一位输出电平的状态代表锁的开闭状态。

也可自行规定操作方式。

为保证密码锁主人能打开密码锁，设置一个万能密码，在主人忘记密码时使用。

14、数字温度传感器的控制设计

基本要求：

掌握SHT-11传感器的工作原理，实现FPGA对SHT-11芯片的控制，要求能够将读进来的温度数值在数码管上面显示。

在完成基本要求的基础上，可进一步增加功能、提高性能，如增加湿度控制和显示功能。

15、频率计设计

主要内容：

设计一个数字显示的频率计

主要任务：

1）频率计采用三位数码管显示。

2）频率测量围为1Hz范~999Hz，并有溢出指示。

3）频率计设有1~999Hz和1~10kHz两个量程，并用LED指示。

4）频率计能够根据测试信号的频率进行量程自动切换。

当频率小于1kHz时，系统选择1s的闸门时间，当频率大于等于1kHz时，在下一次测量时，选择0.1s的闸门时间。

在完成基本要求的基础上，可进一步增加功能、提高性能。

16、BCD码计数器的设计

基本要求：

设计一个4位BCD码，具有置数和复位功能，并可以根据外部的拨码开关来选择加1计数还是减1计数，要求能在数码管上面正确显示。

在完成基本要求的基础上，可进一步增加功能、提高性能。

17、超声波测距设计

基本要求：

给定超声波发射接收模块，通过DE2产生频率为40KHZ的超声波脉冲信号（脉宽为250-500us）送至超声波发射模块。

将超声波接收模块数出的回波脉冲信号送至DE2，经处理后在3位数码管上面显示距离（单位为cm）。

18、数码管亮度控制器的设计

基本要求：

设计一个数码管亮度控制器，能够根据外部的拨码开关来控制数码管的亮暗程度。

在完成基本要求的基础上，可进一步增加功能、提高性能，如可以在LCD上面显示亮暗的程度。

19、跑马灯控制器的设计

基本要求：

设计一个跑马灯控制器，能够根据外部的拨码开关来控制速度。

在完成基本要求的基础上，可进一步增加功能、提高性能。

20、直流电机调速控制器的设计

基本要求：

设计一个直流电机调速控制器，能够根据外部的拨码开关来控制直流电机的速度。

在完成基本要求的基础上，可进一步增加功能、提高性能，如可以将速度显示在数码管上面。

21、进制转换电路设计

基本要求：

对输入的4位二进制数据，能够根据外部的拨码开关来选择10进制转换、8进制转换还是16进制转换。

在完成基本要求的基础上，可进一步增加功能、提高性能，如增加输入的位数。

22、可控分频器的设计

基本要求：

对DE2上的时钟信号进行多种分频，分频系数由外部按键来选择，分频后的结果要在数码管上面正确显示。

在完成基本要求的基础上，可进一步增加功能、提高性能，如增加移相功能。

23、8位的ALU设计

基本要求：

设计一个挂在总线上的8位ALU，具有加、减、与、或等功能，要求对运算后的数据能在数码管上面正确显示。

在完成基本要求的基础上，可进一步增加功能、提高性能，如增加乘法功能。

24、序列检测器设计

基本要求：

设计一个序列检测器，当输入完数据的时候，DE2开发板的LED灯将会点亮，其他的情况都是灭掉。

在完成基本要求的基础上，可进一步增加功能、提高性能，如尝试改变序列检测器的设计方法。

25、抢答器

基本要求：

设计一个四组抢答器，使用DE2上的拨码开关，开始抢答后，先抢答到的组通过数码管显示组名，如果提前抢答具有报警的功能。

在完成基本要求的基础上，可进一步增加功能、提高性能，如对抢答器实现加减分的功能。

26、微型打印机接口设计1

基本要求：

微型打印机拥有一个RS232输入接口。

通过DE2驱动打印机，使其能够通过拨码开关输入ASCII码，使打印机打印相应的字符。

27、微型打印机接口设计2

基本要求：

微型打印机拥有一个RS232输入接口。

通过DE2驱动打印机，使其能够输出一行预先设置的中文字符。

28、微型打印机接口设计3

基本要求：

微型打印机拥有一个RS232输入接口。

通过DE2驱动打印机，使其能够输出一行预先设置的英文字符。

29、简易电子琴设计

基本要求：

设计一个有18个按键的电子琴。

四、设计示例

【实验例程1】

实验说明：

按照拨码开关点亮DE2上面的两个数码管，代码见附件。

1建立工程并完成硬件的描述设计

打开quartus7.2的工作环境,如下所示：

2.新建工程，点击File->NewprojectWizard新建一个工程文件。

接着弹出如下界面，接着点击NEXT

3.输入工程工作路径、工程文件名以及顶层实体名字。

4.点击NEXT之后弹出如下界面，这里是提示添加已经写好的程序。

5.选择所用到的器件。

6.设置EDA相应的工具，quartus一集成开发环境，为此我们可以跳过这一设置，如果使用第三方的综合工具和仿真工具，可以在此设置，当然还需要指明第三方工具的路径。

7.点击NEXT之后查看整个设置工程的总结。

点击FINISH完成新建工程。

8.新建.V文件

点击菜单选项File->New,选择VerilogHDLFile,点击OK，建立Verilog源代码文件。

9.输入源代码

moduleSW_SEG（SW,HEX1,HEX0）;

input[7:

0]SW;

outputreg[6:

0]HEX1,HEX0;

parameterseg0=7'b,

seg1=7'b,

seg2=7'b,

seg3=7'b,

seg4=7'b,

seg5=7'b,

seg6=7'b,

seg7=7'b,

seg8=7'b,

seg9=7'b,

sega=7'b,

segb=7'b,

segc=7'b,

segd=7'b,

sege=7'b,

segf=7'b;

always@（*）

case（SW[3:

0]）

4'h0:

HEX0[6:

0]=seg0;

4'h1:

HEX0[6:

0]=seg1;

4'h2:

HEX0[6:

0]=seg2;

4'h3:

HEX0[6:

0]=seg3;

4'h4:

HEX0[6:

0]=seg4;

4'h5:

HEX0[6:

0]=seg5;

4'h6:

HEX0[6:

0]=seg6;

4'h7:

HEX0[6:

0]=seg7;

4'h8:

HEX0[6:

0]=seg8;

4'h9:

HEX0[6:

0]=seg9;

4'ha:

HEX0[6:

0]=sega;

4'hb:

HEX0[6:

0]=segb;

4'hc:

HEX0[6:

0]=segc;

4'hd:

HEX0[6:

0]=segd;

4'he:

HEX0[6:

0]=sege;

4'hf:

HEX0[6:

0]=segf;

default:

HEX0[6:

0]=seg0;

endcase

always@（*）

case（SW[7:

4]）

4'h0:

HEX1[6:

0]=seg0;

4'h1:

HEX1[6:

0]=seg1;

4'h2:

HEX1[6:

0]=seg2;

4'h3:

HEX1[6:

0]=seg3;

4'h4:

HEX1[6:

0]=seg4;

4'h5:

HEX1[6:

0]=seg5;

4'h6:

HEX1[6:

0]=seg6;

4'h7:

HEX1[6:

0]=seg7;

4'h8:

HEX1[6:

0]=seg8;

4'h9:

HEX1[6:

0]=seg9;

4'ha:

HEX1[6:

0]=sega;

4'hb:

HEX1[6:

0]=segb;

4'hc:

HEX1[6:

0]=segc;

4'hd:

HEX1[6:

0]=segd;

4'he:

HEX1[6:

0]=sege;

4'hf:

HEX1[6:

0]=segf;

default:

HEX1[6:

0]=seg0;

endcase

endmodule

10保存设计，文件的名字一定要与当前待保存的模块名字一致。

11.点击按钮

StartCompilation.

如果有错误需要修改后重新这一过程。

12.建立波形仿真文件

点击菜单选项File->New->OthersFile,选择VectorWaveformFile,点击OK，

13.波形仿真

在空波形文件中点击右键，或者直接双击。

点击NodeFinder

选择PINS:

ALL然后点击list

添加需要的节点

点击OK完成

选择16进制显示方式，点击OK完成

添加测试信号的驱动

SW置入数据

保存波形文件

点击波形仿真按钮

分析结果当输入的数据位00的时候两个数码管都是40，也就是显示的数据都是00。

14下载

仿真完成后，确认功能正确后，即可进行引脚分配，根据提供的用户手册，进行引脚分配。

输入对应的引脚

点击保存，然后重新编译。

如果编译没有错误，准备下载。

由Tools->Progammer

硬件设置:

Currentlyselectedhardware:

usb

设置Mode为“JTAG”，点击“Start”，开始下载

观察DE2开发板，进行验证

【实验例程2】

基本要求：

通过DE2开发板上面的RS232串口资源，完成DE2与PC的串口通信。

设定波特率为57600,无校验,数据位8位,停止位1位。

VerilogHDL源代码见附件，在PC上运行”串口调试助手”可由网上下载。

五、FPGA实验开发系统DE2

DE2板是以CycloneII2c35FPGA为特点的672针引脚的包装。

板上所有重要的部件都与板上的芯片相连，使用户能够控制板上的各种操作。

DE2板包括了很多的开关（兼有拨动开关和按键），发光二极管和七段数码管。

在更多进一步的试验中还用到了SRAM、SDRAM、FLASH以及16x2的字符液晶。

需要进行处理器和I/O接口实验时。

可以简单的使用AlteraNiosII处理器和像RS-232和PS/2标准接口。

进行设计音频和视频的实验时，也有标准MIC、line-in、line-out接口（24位音频解编码器），video-in（TVDecoder）和VGA（10bitDAC） ，这些特点能够被用来制作CD质量的音频应用程序和专业的视频图像。

为了能够设计更强大的项目，DE2还提供了USB2.0接口（包括主、从USB），10/100M自适应以太网，红外（IRDA）接口，以及SD卡接口。

最后，可以通过两排扩展I/O口与其他用户自定义的板子相连。

下载DE2开发板光盘资源：

输入网址如下：

ftp:

//222.192.58.234用户名和密码：

student