硬件描述語言課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書

1、硬件描述語言 實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書V1.0南通大學(xué)電子信息學(xué)院 2012 年 6 月答案已上傳百度文庫網(wǎng)址/album/view/1338dc3afc700afdbf一、 課程設(shè)計(jì)目的、要求1.通過本次課程設(shè)計(jì)，增強(qiáng)工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，提高數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平。2.完成課程設(shè)計(jì)，包括設(shè)計(jì)仿真與驗(yàn)證。本課題總共29道題，每個(gè)班級(jí)中每個(gè)題目限一名同學(xué)選擇。首先，根據(jù)所選課題和Altera DE2開發(fā)板資源進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。然后運(yùn)用EDA軟件對(duì)方案進(jìn)行程序設(shè)計(jì)、仿真分析。3.撰寫總結(jié)報(bào)告。 報(bào)告內(nèi)容包括以下內(nèi)容：1）概述2）功能 給出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功能以及性能參數(shù)。3）設(shè)計(jì)方

2、案 說明本設(shè)計(jì)的技術(shù)方案、工作原理，給出設(shè)計(jì)框圖、軟件流程圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖等。 4）設(shè)計(jì)與仿真 給出每個(gè)模塊以及頂層模塊的設(shè)計(jì)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(duì)系統(tǒng)功能、性能、資源消耗情況作出分析。5）硬件驗(yàn)證 將設(shè)計(jì)文件下載到DE2開發(fā)板進(jìn)行硬件驗(yàn)證，完成檢測(cè)和調(diào)試，對(duì)結(jié)果進(jìn)行說明或分析。6）結(jié)束語7）參考文獻(xiàn)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(bào)告后。三、設(shè)計(jì)課題1、 簡(jiǎn)易函數(shù)發(fā)生器1基本要求：運(yùn)用DE2上的DAC實(shí)現(xiàn)方波、正弦波信號(hào)發(fā)生器功能。方波頻率、占空比可設(shè)置。正弦波信號(hào)幅度可調(diào)。在完成基本要求的基礎(chǔ)

3、上，可進(jìn)一步增加功能、提高性能。2、 簡(jiǎn)易函數(shù)發(fā)生器2基本要求：運(yùn)用DE2上的DAC實(shí)現(xiàn)方波、三角波信號(hào)發(fā)生器功能。方波頻率、占空比可設(shè)置。三角波信號(hào)頻率、幅度可調(diào)。在完成基本要求的基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步增加功能、提高性能。3、 簡(jiǎn)易函數(shù)發(fā)生器3基本要求：運(yùn)用DE2上的DAC實(shí)現(xiàn)方波、鋸齒波信號(hào)發(fā)生器功能。方波頻率、占空比可設(shè)置。鋸齒波信號(hào)頻率、幅度可調(diào)。在完成基本要求的基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步增加功能、提高性能。4、 簡(jiǎn)易函數(shù)發(fā)生器4基本要求：運(yùn)用DE2上的DAC實(shí)現(xiàn)方波、梯形信號(hào)發(fā)生器功能。方波頻率、占空比可設(shè)置。梯形波信號(hào)頻率、幅度可調(diào)。在完成基本要求的基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步增加功能、提高性能。5、 簡(jiǎn)易函

4、數(shù)發(fā)生器5基本要求：運(yùn)用DE2上的DAC實(shí)現(xiàn)方波、階梯信號(hào)發(fā)生器功能。方波頻率、占空比可設(shè)置。階梯波信號(hào)頻率、幅度可調(diào)。在完成基本要求的基礎(chǔ)上，可進(jìn)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(dāng)DE2上的某一個(gè)獨(dú)立按鍵被按下的時(shí)候，數(shù)據(jù)會(huì)通過RS232串口發(fā)送到PC?；疽螅赫莆沾谕ㄐ艆f(xié)議，完成串口數(shù)據(jù)的發(fā)送功能硬件驗(yàn)證要求：在PC機(jī)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(chǔ)上，可以通過撥碼開關(guān)來選擇奇偶校驗(yàn)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(yùn)用DE2的串口進(jìn)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(yàn)，一個(gè)停止位。 硬件驗(yàn)證要求：在PC機(jī)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(jìn)行顯示。在完成基本要求的基礎(chǔ)上，可以通過撥碼開關(guān)來選擇奇偶校驗(yàn)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(yùn)用DE2的串口進(jìn)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(yàn)，一個(gè)停止位。 硬件驗(yàn)證要求：在PC機(jī)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(jìn)行顯示。在完成基本要求的基礎(chǔ)上，可以通過撥碼開關(guān)來選擇奇偶校驗(yàn)的類別。9、

6、數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì)基本要求：能夠正確顯示時(shí)、分、秒，并有校時(shí)、半點(diǎn)報(bào)時(shí)和整點(diǎn)報(bào)時(shí)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(chǔ)上，可進(jìn)一步增加功能、提高性能，如增加鬧鈴功能。10、 秒表設(shè)計(jì)基本要求：最大為1小時(shí)，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(chǔ)上，可進(jìn)一步增加功能、提高性能。11、 定時(shí)器設(shè)計(jì)基本要求：最大為1小時(shí)，精度要求為0.01秒，當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)間為0的時(shí)候能夠報(bào)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(chǔ)上，可進(jìn)一步增加功能、提高性能。12、 交通燈設(shè)計(jì)基本要求：1）設(shè)計(jì)一個(gè)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(dòng)循環(huán)構(gòu)成; 2）在交通燈處在不同的狀態(tài)時(shí)，設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)時(shí)器以倒計(jì)時(shí)方式顯示計(jì)時(shí)，主干道上綠燈亮30S，支干道上綠燈亮20S。每個(gè)干道上，在綠燈轉(zhuǎn)為紅燈時(shí)，要求黃燈先亮5S。在完成基本要求的基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步增加功能、提高性能，如綠燈亮的時(shí)間可調(diào)。13、 密碼鎖設(shè)計(jì)基本要求：設(shè)計(jì)一個(gè)電子密碼鎖。操作方式：在鎖開的狀態(tài)下輸入密碼，設(shè)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(shè)置一個(gè)萬能密碼，在主人忘記密碼時(shí)使用。14、 數(shù)字溫度傳感器的控制設(shè)計(jì)基本要求：掌握SHT-11傳感器的工作原理，實(shí)現(xiàn)FPGA對(duì)SHT-11芯片的控制，要求能夠?qū)⒆x進(jìn)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(chǔ)上，可進(jìn)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(jì)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容：設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字顯示的頻率計(jì)主要任務(wù)：1）頻率計(jì)采用三位數(shù)碼管顯示。2）頻率測(cè)量圍為1Hz999Hz，并有溢出

9、指示。3）頻率計(jì)設(shè)有1999Hz和110kHz兩個(gè)量程，并用LED指示。4）頻率計(jì)能夠根據(jù)測(cè)試信號(hào)的頻率進(jìn)行量程自動(dòng)切換。當(dāng)頻率小于1kHz時(shí)，系統(tǒng)選擇1s的閘門時(shí)間，當(dāng)頻率大于等于1kHz時(shí)，在下一次測(cè)量時(shí)，選擇0.1s的閘門時(shí)間。在完成基本要求的基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步增加功能、提高性能。16、 BCD碼計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)基本要求：設(shè)計(jì)一個(gè)4位BCD碼，具有置數(shù)和復(fù)位功能，并可以根據(jù)外部的撥碼開關(guān)來選擇加1計(jì)數(shù)還是減1計(jì)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(chǔ)上，可進(jìn)一步增加功能、提高性能。17、 超聲波測(cè)距設(shè)計(jì)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(hào)

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(hào)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(shè)計(jì)基本要求：設(shè)計(jì)一個(gè)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(chǔ)上，可進(jìn)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(shè)計(jì)基本要求：設(shè)計(jì)一個(gè)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(chǔ)上，可進(jìn)一步增加功能、提高性能。20、 直流電機(jī)調(diào)速控制器的設(shè)計(jì)基本要求：設(shè)計(jì)一個(gè)直流電機(jī)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(jī)的速度

11、。 在完成基本要求的基礎(chǔ)上，可進(jìn)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(jìn)制轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)基本要求：對(duì)輸入的4位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，能夠根據(jù)外部的撥碼開關(guān)來選擇10進(jìn)制轉(zhuǎn)換、8進(jìn)制轉(zhuǎn)換還是16進(jìn)制轉(zhuǎn)換。 在完成基本要求的基礎(chǔ)上，可進(jìn)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(shè)計(jì)基本要求：對(duì)DE2上的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)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(chǔ)上，可進(jìn)一步增加功能、提高性能，如增加移相功能。23、 8位的ALU設(shè)計(jì)基本要求：設(shè)計(jì)一個(gè)掛在總線上的8位ALU，具有加、減、與、或等功能，要求對(duì)運(yùn)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(chǔ)上，可進(jìn)一步增加功能、提高性能，如增加乘法功能。24、 序列檢測(cè)器設(shè)計(jì)基本要求：設(shè)計(jì)一個(gè)序列檢測(cè)器，當(dāng)輸入完數(shù)據(jù)的時(shí)候，DE2開發(fā)板的LED燈將會(huì)點(diǎn)亮，其他的情況都是滅掉。 在完成基本要求的基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步增加功能、提高性能，如嘗試改變序列檢測(cè)器的設(shè)計(jì)方法。25、 搶答器 基本要求：設(shè)計(jì)一個(gè)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(bào)警的功能。 在完成基本要求的基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步增加功能、提高性能，如對(duì)搶答器實(shí)現(xiàn)加減分的功能。26、 微型打印機(jī)接口設(shè)計(jì)1 基本要求：微型打印機(jī)擁有一個(gè)RS232輸入接

13、口。通過DE2驅(qū)動(dòng)打印機(jī)，使其能夠通過撥碼開關(guān)輸入ASCII碼，使打印機(jī)打印相應(yīng)的字符。 27、 微型打印機(jī)接口設(shè)計(jì)2 基本要求：微型打印機(jī)擁有一個(gè)RS232輸入接口。通過DE2驅(qū)動(dòng)打印機(jī)，使其能夠輸出一行預(yù)先設(shè)置的中文字符。 28、 微型打印機(jī)接口設(shè)計(jì)3 基本要求：微型打印機(jī)擁有一個(gè)RS232輸入接口。通過DE2驅(qū)動(dòng)打印機(jī)，使其能夠輸出一行預(yù)先設(shè)置的英文字符。 29、 簡(jiǎn)易電子琴設(shè)計(jì) 基本要求：設(shè)計(jì)一個(gè)有18個(gè)按鍵的電子琴。 四、設(shè)計(jì)示例【實(shí)驗(yàn)例程1】實(shí)驗(yàn)說明：按照撥碼開關(guān)點(diǎn)亮DE2上面的兩個(gè)數(shù)碼管，代碼見附件。1建立工程并完成硬件的描述設(shè)計(jì)打開quartus7.2的工作環(huán)境,如下所示： 2

14、.新建工程，點(diǎn)擊File-New project Wizard 新建一個(gè)工程文件。 接著彈出如下界面，接著點(diǎn)擊NEXT 3.輸入工程工作路徑、工程文件名以及頂層實(shí)體名字。 4.點(diǎn)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(shè)置EDA相應(yīng)的工具，quartus一集成開發(fā)環(huán)境，為此我們可以跳過這一設(shè)置，如果使用第三方的綜合工具和仿真工具，可以在此設(shè)置，當(dāng)然還需要指明第三方工具的路徑。7.點(diǎn)擊NEXT之后查看整個(gè)設(shè)置工程的總結(jié)。 點(diǎn)擊FINISH完成新建工程。8.新建.V文件 點(diǎn)擊菜單選項(xiàng)File-New,選擇Verilog HDL File,點(diǎn)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(shè)計(jì)，文件的名字一定要與當(dāng)前待保存的模塊名字一致。11.點(diǎn)擊按鈕Start Compilation. 如果有錯(cuò)誤需要修改后重新這一過程。12.建立波形仿真文件 點(diǎn)擊菜單選項(xiàng)File-New-Others File,選擇Vector Waveform File,點(diǎn)擊OK， 13.波形仿真 在空波形

19、文件中點(diǎn)擊右鍵，或者直接雙擊。點(diǎn)擊Node Finder選擇PINS:ALL然后點(diǎn)擊list添加需要的節(jié)點(diǎn) 點(diǎn)擊OK完成選擇16進(jìn)制顯示方式，點(diǎn)擊OK完成添加測(cè)試信號(hào)的驅(qū)動(dòng)SW置入數(shù)據(jù)保存波形文件點(diǎn)擊波形仿真按鈕分析結(jié)果當(dāng)輸入的數(shù)據(jù)位00的時(shí)候兩個(gè)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(rèn)功能正確后，即可進(jìn)行引腳分配，根據(jù)提供的用戶手冊(cè)，進(jìn)行引腳分配。 輸入對(duì)應(yīng)的引腳 點(diǎn)擊保存，然后重新編譯。如果編譯沒有錯(cuò)誤，準(zhǔn)備下載。 由Tools - Progammer硬件設(shè)置:Currently selected hardware:usb 設(shè)置Mode為“JTAG”，點(diǎn)擊“Sta