硬件描述語言課程設計指導書

1、硬件描述語言 實驗指導書V1.0南通大學電子信息學院 2012 年 6 月答案已上傳百度文庫網(wǎng)址/album/view/1338dc3afc700afdbf一、 課程設計目的、要求1.通過本次課程設計，增強工程實踐能力和創(chuàng)新能力，提高數(shù)字系統(tǒng)設計水平。2.完成課程設計，包括設計仿真與驗證。本課題總共29道題，每個班級中每個題目限一名同學選擇。首先，根據(jù)所選課題和Altera DE2開發(fā)板資源進行方案設計。然后運用EDA軟件對方案進行程序設計、仿真分析。3.撰寫總結(jié)報告。 報告內(nèi)容包括以下內(nèi)容：1）概述2）功能 給出系統(tǒng)的設計功能以及性能參數(shù)。3）設計方

2、案 說明本設計的技術(shù)方案、工作原理，給出設計框圖、軟件流程圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖等。 4）設計與仿真 給出每個模塊以及頂層模塊的設計框圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖、軟件流程圖或VerilogHDL源程序等，并作一定的說明。給出仿真結(jié)果，并對系統(tǒng)功能、性能、資源消耗情況作出分析。5）硬件驗證 將設計文件下載到DE2開發(fā)板進行硬件驗證，完成檢測和調(diào)試，對結(jié)果進行說明或分析。6）結(jié)束語7）參考文獻8）附錄將各種篇幅較大的圖紙、數(shù)據(jù)表格、源程序等材料附于技術(shù)報告后。三、設計課題1、 簡易函數(shù)發(fā)生器1基本要求：運用DE2上的DAC實現(xiàn)方波、正弦波信號發(fā)生器功能。方波頻率、占空比可設置。正弦波信號幅度可調(diào)。在完成基本要求的基礎

3、上，可進一步增加功能、提高性能。2、 簡易函數(shù)發(fā)生器2基本要求：運用DE2上的DAC實現(xiàn)方波、三角波信號發(fā)生器功能。方波頻率、占空比可設置。三角波信號頻率、幅度可調(diào)。在完成基本要求的基礎上，可進一步增加功能、提高性能。3、 簡易函數(shù)發(fā)生器3基本要求：運用DE2上的DAC實現(xiàn)方波、鋸齒波信號發(fā)生器功能。方波頻率、占空比可設置。鋸齒波信號頻率、幅度可調(diào)。在完成基本要求的基礎上，可進一步增加功能、提高性能。4、 簡易函數(shù)發(fā)生器4基本要求：運用DE2上的DAC實現(xiàn)方波、梯形信號發(fā)生器功能。方波頻率、占空比可設置。梯形波信號頻率、幅度可調(diào)。在完成基本要求的基礎上，可進一步增加功能、提高性能。5、 簡易函

4、數(shù)發(fā)生器5基本要求：運用DE2上的DAC實現(xiàn)方波、階梯信號發(fā)生器功能。方波頻率、占空比可設置。階梯波信號頻率、幅度可調(diào)。在完成基本要求的基礎上，可進一步增加功能、提高性能。6、 串行通信發(fā)送接口功能：通過DE2的撥碼開關(guān)來選擇要發(fā)送的數(shù)據(jù)，當DE2上的某一個獨立按鍵被按下的時候，數(shù)據(jù)會通過RS232串口發(fā)送到PC。基本要求：掌握串口通信協(xié)議，完成串口數(shù)據(jù)的發(fā)送功能硬件驗證要求：在PC機通過“串行通信接口調(diào)試助手”軟件接收由DE2發(fā)送過來的數(shù)據(jù)。在完成基本要求的基礎上，可以通過撥碼開關(guān)來選擇奇偶校驗的類別。7、 串行通信接收接口（LED）基本要求：掌握RS232串口的協(xié)議，運用DE2的串口進行接

5、收PC的數(shù)據(jù)。波特率為9600,8位數(shù)據(jù)位，無奇偶校驗，一個停止位。 硬件驗證要求：在PC機通過“串行通信調(diào)試助手”軟件發(fā)送數(shù)據(jù)，DE2通過串口接收數(shù)據(jù)，完成接收數(shù)據(jù)后在LED上面進行顯示。在完成基本要求的基礎上，可以通過撥碼開關(guān)來選擇奇偶校驗的類別。8、 串行通信接收接口（數(shù)碼管）基本要求：掌握RS232串口的協(xié)議，運用DE2的串口進行接收PC的數(shù)據(jù)。波特率為9600,8位數(shù)據(jù)位，無奇偶校驗，一個停止位。 硬件驗證要求：在PC機通過“串行通信調(diào)試助手”軟件發(fā)送數(shù)據(jù)，DE2通過串口接收數(shù)據(jù)，完成接收數(shù)據(jù)后在數(shù)碼管上面進行顯示。在完成基本要求的基礎上，可以通過撥碼開關(guān)來選擇奇偶校驗的類別。9、

6、數(shù)字時鐘設計基本要求：能夠正確顯示時、分、秒，并有校時、半點報時和整點報時功能。要求能在數(shù)碼管上面正確顯示。在完成基本要求的基礎上，可進一步增加功能、提高性能，如增加鬧鈴功能。10、 秒表設計基本要求：最大為1小時，精度要求為0.01秒，具有開始、暫停和清零功能，要求能在數(shù)碼管上面正確顯示。在完成基本要求的基礎上，可進一步增加功能、提高性能。11、 定時器設計基本要求：最大為1小時，精度要求為0.01秒，當?shù)褂嫊r間為0的時候能夠報警，要求能在數(shù)碼管上面正確顯示。在完成基本要求的基礎上，可進一步增加功能、提高性能。12、 交通燈設計基本要求：1）設計一個交通紅綠燈。要求分主干道和支干道，每條道上

7、安裝紅（主：R,支：r）綠（主：G，支：g）黃（主：Y，支：y）三種顏色燈，由四種狀態(tài)自動循環(huán)構(gòu)成; 2）在交通燈處在不同的狀態(tài)時，設計一個計時器以倒計時方式顯示計時，主干道上綠燈亮30S，支干道上綠燈亮20S。每個干道上，在綠燈轉(zhuǎn)為紅燈時，要求黃燈先亮5S。在完成基本要求的基礎上，可進一步增加功能、提高性能，如綠燈亮的時間可調(diào)。13、 密碼鎖設計基本要求：設計一個電子密碼鎖。操作方式：在鎖開的狀態(tài)下輸入密碼，設置的密碼共4位，用撥碼開關(guān)SW1SW10分別代表數(shù)字1，2，9，0，輸入的密碼用數(shù)碼管顯示，最后輸入的密碼顯示在最右邊的數(shù)碼管上，即每輸入一位數(shù)，密碼在數(shù)碼管上的顯示左移一位?？蓜h除輸

8、入的數(shù)字，刪除的是最后輸入的數(shù)字，每刪除一位，密碼在數(shù)碼管上的顯示右移一位，并在左邊空出的位上滅掉。用一位輸出電平的狀態(tài)代表鎖的開閉狀態(tài)。也可自行規(guī)定操作方式。為保證密碼鎖主人能打開密碼鎖，設置一個萬能密碼，在主人忘記密碼時使用。14、 數(shù)字溫度傳感器的控制設計基本要求：掌握SHT-11傳感器的工作原理，實現(xiàn)FPGA對SHT-11芯片的控制，要求能夠?qū)⒆x進來的溫度數(shù)值在數(shù)碼管上面顯示。在完成基本要求的基礎上，可進一步增加功能、提高性能，如增加濕度控制和顯示功能。15、 頻率計設計主要內(nèi)容：設計一個數(shù)字顯示的頻率計主要任務：1）頻率計采用三位數(shù)碼管顯示。2）頻率測量圍為1Hz999Hz，并有溢出

9、指示。3）頻率計設有1999Hz和110kHz兩個量程，并用LED指示。4）頻率計能夠根據(jù)測試信號的頻率進行量程自動切換。當頻率小于1kHz時，系統(tǒng)選擇1s的閘門時間，當頻率大于等于1kHz時，在下一次測量時，選擇0.1s的閘門時間。在完成基本要求的基礎上，可進一步增加功能、提高性能。16、 BCD碼計數(shù)器的設計基本要求：設計一個4位BCD碼，具有置數(shù)和復位功能，并可以根據(jù)外部的撥碼開關(guān)來選擇加1計數(shù)還是減1計數(shù)，要求能在數(shù)碼管上面正確顯示。在完成基本要求的基礎上，可進一步增加功能、提高性能。17、 超聲波測距設計基本要求：給定超聲波發(fā)射接收模塊，通過DE2產(chǎn)生頻率為40KHZ的超聲波脈沖信號

10、(脈寬為250-500us)送至超聲波發(fā)射模塊。將超聲波接收模塊數(shù)出的回波脈沖信號送至DE2，經(jīng)處理后在3位數(shù)碼管上面顯示距離（單位為cm）。18、 數(shù)碼管亮度控制器的設計基本要求：設計一個數(shù)碼管亮度控制器，能夠根據(jù)外部的撥碼開關(guān)來控制數(shù)碼管的亮暗程度。 在完成基本要求的基礎上，可進一步增加功能、提高性能，如可以在LCD上面顯示亮暗的程度。19、 跑馬燈控制器的設計基本要求：設計一個跑馬燈控制器，能夠根據(jù)外部的撥碼開關(guān)來控制速度。 在完成基本要求的基礎上，可進一步增加功能、提高性能。20、 直流電機調(diào)速控制器的設計基本要求：設計一個直流電機調(diào)速控制器，能夠根據(jù)外部的撥碼開關(guān)來控制直流電機的速度

11、。 在完成基本要求的基礎上，可進一步增加功能、提高性能，如可以將速度顯示在數(shù)碼管上面。21、 進制轉(zhuǎn)換電路設計基本要求：對輸入的4位二進制數(shù)據(jù)，能夠根據(jù)外部的撥碼開關(guān)來選擇10進制轉(zhuǎn)換、8進制轉(zhuǎn)換還是16進制轉(zhuǎn)換。 在完成基本要求的基礎上，可進一步增加功能、提高性能，如增加輸入的位數(shù)。22、 可控分頻器的設計基本要求：對DE2上的時鐘信號進行多種分頻，分頻系數(shù)由外部按鍵來選擇，分頻后的結(jié)果要在數(shù)碼管上面正確顯示。 在完成基本要求的基礎上，可進一步增加功能、提高性能，如增加移相功能。23、 8位的ALU設計基本要求：設計一個掛在總線上的8位ALU，具有加、減、與、或等功能，要求對運算后的數(shù)據(jù)能在

12、數(shù)碼管上面正確顯示。 在完成基本要求的基礎上，可進一步增加功能、提高性能，如增加乘法功能。24、 序列檢測器設計基本要求：設計一個序列檢測器，當輸入完數(shù)據(jù)的時候，DE2開發(fā)板的LED燈將會點亮，其他的情況都是滅掉。 在完成基本要求的基礎上，可進一步增加功能、提高性能，如嘗試改變序列檢測器的設計方法。25、 搶答器 基本要求：設計一個四組搶答器，使用DE2上的撥碼開關(guān) ，開始搶答后，先搶答到的組通過數(shù)碼管顯示組名，如果提前搶答具有報警的功能。 在完成基本要求的基礎上，可進一步增加功能、提高性能，如對搶答器實現(xiàn)加減分的功能。26、 微型打印機接口設計1 基本要求：微型打印機擁有一個RS232輸入接

13、口。通過DE2驅(qū)動打印機，使其能夠通過撥碼開關(guān)輸入ASCII碼，使打印機打印相應的字符。 27、 微型打印機接口設計2 基本要求：微型打印機擁有一個RS232輸入接口。通過DE2驅(qū)動打印機，使其能夠輸出一行預先設置的中文字符。 28、 微型打印機接口設計3 基本要求：微型打印機擁有一個RS232輸入接口。通過DE2驅(qū)動打印機，使其能夠輸出一行預先設置的英文字符。 29、 簡易電子琴設計 基本要求：設計一個有18個按鍵的電子琴。 四、設計示例【實驗例程1】實驗說明：按照撥碼開關(guān)點亮DE2上面的兩個數(shù)碼管，代碼見附件。1建立工程并完成硬件的描述設計打開quartus7.2的工作環(huán)境,如下所示： 2

14、.新建工程，點擊File-New project Wizard 新建一個工程文件。 接著彈出如下界面，接著點擊NEXT 3.輸入工程工作路徑、工程文件名以及頂層實體名字。 4.點擊NEXT之后彈出如下界面，這里是提示添加已經(jīng)寫好的程序。5.選擇所用到的器件。 6.設置EDA相應的工具，quartus一集成開發(fā)環(huán)境，為此我們可以跳過這一設置，如果使用第三方的綜合工具和仿真工具，可以在此設置，當然還需要指明第三方工具的路徑。7.點擊NEXT之后查看整個設置工程的總結(jié)。 點擊FINISH完成新建工程。8.新建.V文件 點擊菜單選項File-New,選擇Verilog HDL File,點擊OK，建立

15、Verilog 源代碼文件。9.輸入源代碼 module SW_SEG(SW,HEX1,HEX0); input 7:0SW; output reg6:0HEX1,HEX0; parameterseg0= 7b, seg1= 7b, seg2= 7b, seg3= 7b, seg4= 7b, seg5= 7b, seg6= 7b, seg7= 7b, seg8= 7b, seg9= 7b, sega= 7b, segb= 7b, segc= 7b, segd= 7b, sege= 7b, segf= 7b; always (*) case(SW3:0) 4h0: HEX06:0 = seg0;

16、 4h1: HEX06:0 = seg1; 4h2: HEX06:0 = seg2; 4h3: HEX06:0 = seg3; 4h4: HEX06:0 = seg4; 4h5: HEX06:0 = seg5; 4h6: HEX06:0 = seg6; 4h7: HEX06:0 = seg7; 4h8: HEX06:0 = seg8; 4h9: HEX06:0 = seg9; 4ha: HEX06:0 = sega; 4hb: HEX06:0 = segb; 4hc: HEX06:0 = segc; 4hd: HEX06:0 = segd; 4he: HEX06:0 = sege; 4hf:

17、HEX06:0 = segf; default:HEX06:0 = seg0; endcase always (*) case(SW7:4) 4h0: HEX16:0 = seg0; 4h1: HEX16:0 = seg1; 4h2: HEX16:0 = seg2; 4h3: HEX16:0 = seg3; 4h4: HEX16:0 = seg4; 4h5: HEX16:0 = seg5; 4h6: HEX16:0 = seg6; 4h7: HEX16:0 = seg7; 4h8: HEX16:0 = seg8; 4h9: HEX16:0 = seg9; 4ha: HEX16:0 = sega

18、; 4hb: HEX16:0 = segb; 4hc: HEX16:0 = segc; 4hd: HEX16:0 = segd; 4he: HEX16:0 = sege; 4hf: HEX16:0 = segf; default:HEX16:0 = seg0; endcase endmodule10保存設計，文件的名字一定要與當前待保存的模塊名字一致。11.點擊按鈕Start Compilation. 如果有錯誤需要修改后重新這一過程。12.建立波形仿真文件 點擊菜單選項File-New-Others File,選擇Vector Waveform File,點擊OK， 13.波形仿真 在空波形

19、文件中點擊右鍵，或者直接雙擊。點擊Node Finder選擇PINS:ALL然后點擊list添加需要的節(jié)點 點擊OK完成選擇16進制顯示方式，點擊OK完成添加測試信號的驅(qū)動SW置入數(shù)據(jù)保存波形文件點擊波形仿真按鈕分析結(jié)果當輸入的數(shù)據(jù)位00的時候兩個數(shù)碼管都是40，也就是顯示的數(shù)據(jù)都是00。14下載 仿真完成后，確認功能正確后，即可進行引腳分配，根據(jù)提供的用戶手冊，進行引腳分配。 輸入對應的引腳 點擊保存，然后重新編譯。如果編譯沒有錯誤，準備下載。 由Tools - Progammer硬件設置:Currently selected hardware:usb 設置Mode為“JTAG”，點擊“Sta