南邮软件设计6 13.docx
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南邮软件设计613
通信与信息工程学院
2013/2014学年第二学期
软件设计实验报告
模块名称EDA-VHDL软件设计
专业电子信息工程
学生班级B110
学生学号
学生姓名
指导教师梅中辉
设计题目
1、D触发器
2、R、G、B三基色彩色条纹显示控制
任务要求
1、设计一个D型触发器，输入CK（时钟信号,↑表示上升沿时刻），D（数据），Clear端（“0”时清零），输出Q，真值表如图。
2、设计一种信号发生器使VGA显示器能显示出彩色条纹。
该发生器产生R、G、B三基色信号（高电平有效），能在VGA彩色显示器（640×480/60Hz）上显示出白、黄、青、绿、品、红、蓝、黑条纹，各种彩色条纹所对应的R、G、B编码如下表所示。
另外需产生行同步HS和场同步VS信号。
当VS=0，HS=0时，CRT显示的内容为亮的过程，即正向扫描过程，约为26us，当一行扫描完毕，行同步HS=1，约为6us；其间CRT扫描产生消隐，电子束回到CRT左边下一行起始位置（x=0，y=1）；当扫描完480行后，CRT的场同步VS=1，产生场同步使扫描线回到CRT的第一行第一列（x=0，y=0），约需两行周期。
已知该发生器的输入时钟为12MHz。
实验设备及软件
1：
微型计算机
2：
quartusII开发软件
同组人员学号及姓名
参考文献
《VHDL开发精解与实例剖析》詹仙宁云耕编著
《VHDL数字电路及系统设计》江思敏编著
报告内容
实验目的：
1.使学生全面了解如何应用该硬件描述语言进行高速集成电路设计；
2.通过软件使用、设计与仿真环节使学生熟悉EDA-VHDL开发环境；
3.通过对基本题、综合题的设计实践，使学生掌握硬件系统设计方法（自底向上或自顶向下），熟悉VHDL语言三种设计风格，并且培养学生应用VHDL语言解决实际问题的能力。
实验设备：
1：
微型计算机2：
quartusII开发软件
实验课题：
1、D触发器
一、实验内容：
设计一个D型触发器，输入CK（时钟信号,↑表示上升沿时刻），D（数据），Clear端（“0”时清零），输出Q，真值表如图。
CKClearD
Q
╳0╳
↑10
↑11
0
0
1
二、原理图
三、功能分析
Clear端为0时，无论D为何值，Q置0。
当Clear为1时，遇到输入时钟信号CK上升沿时，Q=D。
算法框图：
四、时序仿真图
结果分析：
当clear为0时，Q端置0；clear为1时，Q在CK上升沿处跳至与D相等的值。
仿真结果与分析相同，结果正确。
五、调试过程与问题
这个实验是第一次使用quartusII开发软件和VHDL语言，虽然是一个简单的问题，但是也花费了不少时间。
首先顶层实体名称必须与设计顶层文件的文件名一致，与VHDL设计中的顶层实体名一致。
具体做法是Assignments中Settings里General标签中的Top-levelentity要与VHDL程序中ENTITY后面的文件名一致。
不然程序无法编译，这个问题一开始也是困扰了很久的。
成功编译程序之后，一开始不知道如何设置仿真的波形，通过网上搜索和翻阅一些参考书，花了一些时间之后终于找到了波形仿真相关按钮的位置、并掌握了波形仿真的步骤。
时序仿真成功后，通过分析时序图发现，当clear端为0时，只有遇到CK上升沿Q端才会置0，与题目要求不符。
于是重新调整语句，将clear是否为0作为第一个判断条件。
一开始信号周期选的较小，由于存在延时，不便于观察结果是否正确。
选取较大周期信号后，延时基本可以忽略。
六、VHDL源程序
见附录一
实验课题：
2、R、G、B三基色彩色条纹显示控制
一、实验内容：
设计一种信号发生器使VGA显示器能显示出彩色条纹。
该发生器产生R、G、B三基色信号（高电平有效），能在VGA彩色显示器（640×480/60Hz）上显示出白、黄、青、绿、品、红、蓝、黑条纹，各种彩色条纹所对应的R、G、B编码如下表所示。
另外需产生行同步HS和场同步VS信号。
当VS=0，HS=0时，CRT显示的内容为亮的过程，即正向扫描过程，约为26us，当一行扫描完毕，行同步HS=1，约为6us；其间CRT扫描产生消隐，电子束回到CRT左边下一行起始位置（x=0，y=1）；当扫描完480行后，CRT的场同步VS=1，产生场同步使扫描线回到CRT的第一行第一列（x=0，y=0），约需两行周期。
已知该发生器的输入时钟为12MHz。
二、设计思路
需要一个时钟输入信号，根据输入信号产生水平扫描计数从而产生行同步信号HS，再根据水平扫描计数的进位产生竖直扫描计数从而产生场同步信号，完成扫描过程。
之后在根据要求将水平或竖直方向的扫描信号的显示时间分为8组，显示出8个彩条。
信号扫描时序图：
时间
垂直扫描
水平扫描
时间长度
时钟周期
等效行数
时间长度
时钟周期数
Ts
16.07ms
385600
482
33.3μs
800
Tdisp
16ms
384000
480
26.67μs
640
Tpw
66.7μs
1600
2
6.67μs
160
三、算法框图
四、时序仿真图
结果分析：
HS=0，VS=0时，水平正向扫描分为8种颜色，HS=1产生行消隐信号RGB=000
VS=1产生场消隐RGB=000，约为两个行周期。
五、调试过程与问题
在程序成功编译之后开始时序仿真，设定好输入波形之后开始时序仿真发现输出信号全为0，于是将中间信号加入到时序仿真中，发现波形正常，考虑到可能是仿真时长不够，输出信号还未开始变化，将仿真时长设定为1ms之后，成功看到按顺序变化的RGB信号。
之后开始对于题目中给出的时间要求，更改程序中的相关数据。
由于正向扫描过程约为26us，为640个时钟周期，需要水平扫描信号为24MHz，而输入时钟信号只有12MHz，时钟信号倍频相对困难，于是在一个时钟周期内扫描两个水平像素点来保证正向扫描约为26us，约为6us的行消隐信号约为144个时钟周期。
六、VHDL源程序
见附录二
实验小结：
这是第一次接触VHDL语言，通过查阅参考书，从零做起，从实际的题目中一点一点了解了VHDL语言的用法。
先理解书上一些实际的例题，然后自己去更改、编写程序，从而完成了实验课题。
只有通过自己动手实验，才能更快的掌握新的知识，才能发现纯理论学习中发现不了的问题。
这次的实验基本都是通过自学完成的，在实验过程中遇到的问题大多都是通过参考书、网络或是和同学讨论解决的，大大提高了自己的学习能力。
实验分为基本题和综合题的形式。
基本题较简单，很好得帮助我了解VHDL语言以及quartusII开发软件的使用。
之后的综合题较为复杂，帮助我进一步学习VHDL语言，以及题目相关的其他知识。
无论是基本题还是综合题在实验过程中都是遇到了各种各样的问题，困难重重，通过自己的努力完成这次实验收获还是不小的。
附录：
一、
libraryieee;
useieee.std_logic_1164.all;
entityHYis
port（D,CK,clear:
instd_logic;
Q:
outstd_logic）;
end;
architectureaofHYis
signalQ_temp:
std_logic;
begin
pl:
process（CK）
begin
ifclear='0'then
Q_temp<='0';
elsifclear='1'then
ifCK'eventandCK='1'then
Q_temp<=D;
endif;
endif;
Q<=Q_temp;
endprocess;
end;
附录二：
libraryiEEE;
useIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
entityB11011013is
port（Clk:
inSTD_LOGIC;
Rst:
inSTD_LOGIC;
Red:
outSTD_LOGIC;
Green:
outSTD_LOGIC;
Blue:
outSTD_LOGIC;
H_Sync:
outSTD_LOGIC;
V_Sync:
outSTD_LOGIC）;
endB11011013;
architectureBchavioralofB11011013is
signalCnt_H:
integerrange0to800;
signalCnt_V:
integerrange0to482;
signalClk_H:
std_logic:
='0';
signalClk_V:
std_logic:
='0';
signalRGB:
std_logic_vector（0to2）;
begin
Red<=RGB（0）;
GreeN<=RGB
（1）;
Blue<=RGB
（2）;
---12MHZ作为水平扫描信号的时钟
p1:
process（Clk）
begin
Clk_H<=Clk;
endprocess;
--水平扫描计数，并产生竖直扫描计数的时钟
p2:
process（Clk_H,Rst）
begin
if（Rst='1'）then
Cnt_H<=0;
Clk_V<='1';
elsif（Clk_H'eventandClk_H='1'）then
if（Cnt_H>=800）then
Cnt_H<=0;
else
Cnt_H<=Cnt_H+2;
endif;
if（Cnt_H>400）then
Clk_V<='0';
else
Clk_V<='1';
endif;
endif;
endprocess;
---竖直扫描计数
p3:
process（Clk_V,Rst）
begin
if（Rst='1'）then
Cnt_V<=0;
elsif（Clk_V'eventandClk_V='1'）then
if（Cnt_V=482）then
Cnt_V<=1;
else
Cnt_V<=Cnt_V+1;
endif;
endif;
endprocess;
--产生水平扫描信号和竖直扫描信号
p4:
process（Clk,Rst）
begin
if（Rst='1'）then
H_Sync<='0';
V_Sync<='0';
elsif（Clk'eventandClk='1'）then
if（Cnt_H>=641）then
H_Sync<='1';
else
H_Sync<='0';
endif;
if（Cnt_V>480）then
V_Sync<='1';
else
V_Sync<='0';
endif;
endif;
endprocess;
--输出颜色控制
p5:
process（Clk,Rst,Cnt_V）
begin
if（Rst='1'）then
RGB<="000";
elsif（Cnt_V>480）then
RGB<="000";
elsif（Clk'eventandClk='1'）then
caseCnt_His
when1to80=>RGB<="000";
when81to160=>RGB<="001";
when161to240=>RGB<="010";
when241to320=>RGB<="011";
when321to400=>RGB<="100";
when401to480=>RGB<="101";
when481to560=>RGB<="110";
when561to640=>RGB<="111";
whenothers=>RGB<="XXX";
endcase;
endif;
endprocess;
endBchavioral;
设计成绩评定
评分内容
具体要求
总分
评分
上机时间
上机时间是否达到要求的学时，按照实际情况给与一定的成绩。
10分
报告审阅结果
报告结构严谨，文字通顺，用语符合技术规范，图表清楚，书写格式规范，不与别人雷同。
30分
验收结果
原理
原理清楚，能较好地理解课题任务并提出实施方案。
20分
完成情况
独立完成规定设计任务，论证、分析、设计、计算、结构、建模、实验正确合理，有一定的创新。
30分
操作
能熟练操作相关工具软件，并利用工具软件完成设计任务。
10分
总成绩（五分制）
100分
指导教师评阅意见
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