《EDA技術(shù)課程方案》實踐教學內(nèi)容及實施安排表

1、1/ 12EDA 技術(shù)課程設(shè)計實踐教案內(nèi)容及實行安排表課程設(shè)計名稱EDA 技術(shù)課程設(shè)計參考教材或指導書1.陳忠平，高金定，高見芳.基于Quartusll的FPGA/CPLD設(shè)計與 實踐M.電子工業(yè)出版社，2018.2.潘松等編著.EDA技術(shù)實用教程M.科學出版社，2006.3. Pedroni, Winei A.Circuit Design with VHDLM. MIT press,2005.4.梁勇，王留奎編著，EDA技術(shù)教程M.人民郵電出版社，2018.5.周立功等編著.EDA實驗與實踐M.北京航空航天大學出版社，2007.6.侯建軍，郭勇編著.SOPC技術(shù)基礎(chǔ)教程M.清華大學出版社，2

2、008.教 案任 務一、 教案目的EDA課程設(shè)計注：EDA即電子設(shè)計自動化，Electronics DesignAutomation）是繼模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)、數(shù)子電子技術(shù)基礎(chǔ)、電 子技術(shù)基礎(chǔ)實驗課程后，電氣類、自控類和電子類等專業(yè)學生在電子技 術(shù)實驗技能方面綜合性質(zhì)的實驗訓練課程，是電子技術(shù)基礎(chǔ)的一個部分， 其目的和任務是通過一周的時間，讓學生掌握EDA的基本方法，熟悉一種EDA軟件vQuartus II），并能利用EDA軟件設(shè)計一個電子技術(shù)綜合問題， 并在實驗板上成功下載，為以后進行項目實際問題的研究打下設(shè)計基礎(chǔ)。二、 內(nèi)容及要求以下課題供學生選擇，2人一組，小組間不重復選題，同時學生也可根

3、據(jù)自身興趣愛好自選綜合性設(shè)計項目，但需將選題情況報指導教師審查批 準方可實行。課題1:脈沖寬度測量儀電路設(shè)計1任務采用EDA技術(shù)，設(shè)計一個能測量脈沖信號寬度的系統(tǒng)。系統(tǒng)圖如下：2/ 12El2要求（1）脈沖信號寬度的測量精度為土1ms。（2）脈沖信號寬度的測量范圍為010s。（3）調(diào)試過程中可以用按鍵模擬脈沖信號。（4）測量值用5位數(shù)碼管顯示可以采用靜態(tài)顯示）。（5）輸入信號為標準TTL電平。（6）調(diào)試中既可以采用正脈沖，也可以采用負脈沖任選其一）（7）必須先進行前仿真，并打印出仿真波形。（8）按湖南涉外經(jīng)濟學院課程設(shè)計管理辦法要求提交課程設(shè) 計報告。課題2:搶答器設(shè)計1任務采用EDA技術(shù)，設(shè)

4、計一個4人搶答器。系統(tǒng)圖如下：2要求（1）1個主持鍵、4個搶答鍵。（2）搶答的鍵號用一個數(shù)碼管顯示可以采用靜態(tài)顯示）。（3）搶答的時間用兩位數(shù)碼管顯示可以采用靜態(tài)顯示），精確到0.1s。3/ 12（4）主持鍵按下，4個搶答鍵才有效，時間從0.0s開始計時。（5）當時間到8.8s還沒人按搶答鍵，搶答停止，搶答鍵無效；當 主持鍵再次按下才有效。（6）在規(guī)定時間內(nèi)搶答鍵按下時，顯示先按下的鍵號，時間停 止，搶答鍵無效；當主持鍵再次按下才有效。（7）必須先進行前仿真，并打印出仿真波形。（8）按湖南涉外經(jīng)濟學院課程設(shè)計管理辦法要求提交課程設(shè) 計報告。課題3:數(shù)字頻率計設(shè)計1.任務及要求（1）設(shè)計一個能測

5、量方波信號的頻率的頻率計。（2）測量的頻率范圍是0、999999Hz。（3）結(jié)果用十進制數(shù)顯示。（4）按湖南涉外經(jīng)濟學院課程設(shè)計管理辦法要求提交課程設(shè) 計報告。2、設(shè)計提示：（1）脈沖信號的頻率就是在單位時間內(nèi)所產(chǎn)生的脈沖個數(shù)，其表 達式為f=N/T，f為被測信號的頻率，N為計數(shù)器所累計的脈沖個數(shù)，T為 產(chǎn)生N個脈沖所需的時間。所以，在1秒時間內(nèi)計數(shù)器所記錄的結(jié)果，就 是被測信號的頻率。（2）被測頻率信號取自實驗箱晶體振蕩器輸出信號，加到主控門 的輸入端。（3）再取晶體振蕩器的另一標準頻率信號，經(jīng)分頻后產(chǎn)生各種時 基脈沖：1ms，10ms，0.1s，1s等，時基信號的選擇可以控制，即量程可以

6、改變。（4）時基信號經(jīng)控制電路產(chǎn)生閘門信號至主控門，只有在閘門信 號采樣期間內(nèi)（時基信號的一個周期，輸入信號才通過主控門。（5）f=N/T，改變時基信號的周期T,即可得到不同的測頻范圍。（6） 當主控門關(guān)閉時，計數(shù)器停止計數(shù)，顯示器顯示記錄結(jié)果， 此時控制電路輸出一個置零信號，將計數(shù)器和所有觸發(fā)器復位，為新的一 次采樣做好準備。（7）改變量程時，小數(shù)點能自動移位。課題4:出租車自動計費器的設(shè)計1任務及要求（1） 能實現(xiàn)計費功能，起步費為3.00元，并在車行1km后按1.8/km增加,當計費器達到或超過一定收費（如20元時，每千M加收50%的車費，車 停止計費結(jié)束。（2）能實現(xiàn)預置起步費、每千M

7、收費、車行程加費里。（3）能實現(xiàn)模擬汽車起動、停止、暫停、車速等狀態(tài)。（4）能將車費和路程用數(shù)碼管顯示，并有兩位小數(shù)。4/ 12（5）擴充其它功能。（6）按湖南涉外經(jīng)濟學院課程設(shè)計管理辦法要求提交課程設(shè)計報告。2、設(shè)計提示:系統(tǒng)頂層框圖：顯示輸出顯示輸出課題5:彩燈控制器的設(shè)計1.任務及要求（1）設(shè)計一個彩燈控制器，使彩燈LED管）能連續(xù)發(fā)出四種以 上不同的顯示形式；（2）隨著彩燈顯示圖案的變化，發(fā)出不同的音響聲。（3）擴充其它功能。（4）按湖南涉外經(jīng)濟學院課程設(shè)計管理辦法要求提交課程設(shè) 計報告。2、設(shè)計提示：（1）彩燈顯示的不同形式可由不同進制計數(shù)器驅(qū)動LED顯示完成；（2）音響由選擇不同頻

8、率CP脈沖驅(qū)動揚聲器形成。課題6:交通燈控制器的設(shè)計1任務及要求（1） 設(shè)計一個交通信號燈控制器，由一條主干道和一條支干道匯 合成十字路口，在每個入口處設(shè)置紅、綠、黃三色信號燈，紅燈亮禁止通 行，綠燈亮允許通行，黃燈亮則給行駛中的車輛有時間停在禁行線外。（2）紅、綠、黃發(fā)光二極管作信號燈，用傳感器或邏輯開關(guān)作檢 測車輛是否到來的信號。（3）主干道處于常允許通行的狀態(tài)，支干道有車來時才允許通 行。主干5/ 12道亮綠燈時，支干道亮紅燈；支干道亮綠燈時，主干道亮紅燈。（4）主、支干道均有車時，兩者交替允許通行，主干道每次放行45秒，支干道每次放行25秒，設(shè)立45秒、25秒計時、顯示電路。（5）在每

9、次由綠燈亮到紅燈亮的轉(zhuǎn)換過程中，要亮5秒黃燈作為過渡，使行駛中的車輛有時間停到禁行線外，設(shè)立5秒計時、顯示電路。（6）按湖南涉外經(jīng)濟學院課程設(shè)計管理辦法要求提交課程設(shè) 計報告。2設(shè)計提示（1）主、支干道用傳感器檢測車輛到來情況，實驗電路用邏輯開 關(guān)代替。（2）選擇1HZ時鐘脈沖作為系統(tǒng)時鐘。（3）45秒、25秒、5秒定時信號可用順計時，也可用倒計時，計 時起始信號由主控電路給出，每當計滿所需時間，即向主控電路輸出“時 間到”信號，并使計數(shù)器清零，由主控電路啟、閉三色信號燈或啟動另一 計時電路。（4）主控電路是核心，這是一個時序電路，其輸入信號為：車輛檢測信號A，B，；45秒、25秒、5秒定時信

10、號C,D，E）,其輸出狀態(tài) 控制相應的三色燈。主控電路可以由兩個JK觸發(fā)器和邏輯門構(gòu)成，其輸出 經(jīng)譯碼后，控制主干道三色燈R、G、丫和支干道三色燈r、g、y。設(shè)計7:拔河游戲機設(shè)計1任務及要求（1）設(shè)計一個能進行拔河游戲的電路。（2）電路使用7個發(fā)光二極管，開機后只有中間一個發(fā)亮，此即 拔河的中心點。（3）游戲雙方各持一個按鈕，迅速地、不斷地按動，產(chǎn)生脈沖，誰按得快，亮點就向誰的方向移動，每按一次，亮點移動一次。（4）亮點移到任一方終端二極管時，這一方就獲勝，此時雙方按 鈕均無作用，輸出保持，只有復位后才使亮點恢復到中心。（5）用數(shù)碼管顯示獲勝者的盤數(shù)。（6）按湖南涉外經(jīng)濟學院課程設(shè)計管理辦法

11、要求提交課程設(shè) 計報告。2、設(shè)計提示（1）按鈕信號即輸入的脈沖信號，每按一次按鈕都應能進行有效 的計數(shù)。（2）用可逆計數(shù)器的加、減計數(shù)輸入端分別接受兩路脈沖信號，可逆計數(shù)器原始輸出狀態(tài)為0000,經(jīng)譯碼器輸出，使中間一只二極管發(fā)亮。（3）當計數(shù)器進行加法計數(shù)時，亮點向右移；進行減法計數(shù)時， 亮點向左移。（4）由一個控制電路指示誰勝誰負，當亮點移到任一方終端時， 由控制電路產(chǎn)生一6/ 12個信號，使計數(shù)器停止計數(shù)。（5）將雙方終端二極管“點亮”信號分別接兩個計數(shù)器的“使 能”端，當一方取勝時，相應的計數(shù)器進行一次計數(shù)，這樣得到雙方取勝 次數(shù)的顯示。（6）設(shè)置一個“復位”按鈕，使亮點回到中心，取勝

12、計數(shù)器也要 設(shè)置一個“復位”按鈕，使之能清零。設(shè)計&乒乓球比賽游戲機的設(shè)計1任務及要求（1）設(shè)計一個由甲、乙雙方參賽，有裁判的3人乒乓球游戲機。（2）用8個LED排成一條直線，以中點為界，兩邊各代表參賽雙方的位置，其中一只點亮的LED指示球的當前位置，點亮的LED依此從 左到右，或從右到左，其移動的速度應能調(diào)節(jié)。（3）當“球”（點亮的那只LED運動到某方的最后一位時，參賽 者應能果斷地按下位于自己一方的按鈕開關(guān)，即表示啟動球拍擊球。若擊中，則球向相反方向移動；若未擊中，則對方得1分。（4）一方得分時，電路自動響鈴3秒，這期間發(fā)球無效，等鈴聲 停止后方能繼續(xù)比賽。（5）設(shè)置自動記分電路，

13、甲、乙雙方各用2位數(shù)碼管進行記分顯 示，每計滿21分為1局。（6）甲、乙雙方各設(shè)一個發(fā)光二極管，表示擁有發(fā)球權(quán)，每隔5次自動交換發(fā)球權(quán)，擁有發(fā)球權(quán)的一方發(fā)球才有效。（7）按湖南涉外經(jīng)濟學院課程設(shè)計管理辦法要求提交課程設(shè) 計報告。2、設(shè)計提示（1） 用雙向移位寄存器的輸出端控制LED顯示來模擬乒乓球運動 的軌跡，先點亮位于某一方的第1個LED，由擊球者通過按鈕輸入開關(guān)信 號，實現(xiàn)移位方向的控制。（2）也可用計數(shù)譯碼方式實現(xiàn)乒乓球運動軌跡的模擬，如利用加/減計數(shù)器的2個時鐘信號實現(xiàn)甲、乙雙方的擊球，由表示球拍的按鈕產(chǎn)生計數(shù)時鐘，計數(shù)器的輸出狀態(tài)經(jīng)譯碼驅(qū)動LED發(fā)亮。（3）任何時刻都保持一個LED發(fā)

14、亮，若發(fā)亮的LED運動到對方的終點，但對方未能及時輸入信號使其向相反方向移動，即失去1分。（4）控制電路決定整個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)動作，必須嚴格掌握各信號之 間的關(guān)系。設(shè)計9:樂曲演奏電路的設(shè)計1任務及要求（1）設(shè)計一樂曲演奏電路，能控制播放“梁?！薄ⅰ皟芍焕?虎”、“瀏陽河”等曲7/ 12子。（2）具備順序播放的功能。（3）具備按鍵選擇播放曲子的功能。（4）具備LED彩燈閃爍功能。（5）其他功能。（6）按湖南涉外經(jīng)濟學院課程設(shè)計管理辦法要求提交課程設(shè) 計報告。2設(shè)計提示（1）音樂硬件演奏電路基本原理：聲音的頻譜范圍約在幾十到幾千赫茲，若能利用程序來控制FPGA芯片某個引腳輸出一定頻率的矩形波，接上揚

15、聲器就能發(fā)出相應頻率的聲音。樂曲中的每一音符對應著一個 確定的頻率，要想FPGA發(fā)出不同音符的音調(diào)，實際上只要控制它輸出相 應音符的頻率即可。樂曲都是由一連串的音符組成，因此按照樂曲的樂譜 依次輸出這些音符所對應的頻，就可以在揚聲器上連續(xù)地發(fā)出各個音符的 音調(diào)。而要準確地演奏出一首樂曲，僅僅讓揚聲器能夠發(fā)生是不夠的，還 必須準確地控制樂曲的節(jié)奏，即樂曲中每個音符的發(fā)生頻率及其持續(xù)時間 是樂曲能夠連續(xù)演奏的兩個關(guān)鍵因素。（2）音符頻率的獲得：多個不同頻率的信號可通過對某個基準頻率進行分頻器獲得。因為各個音符的頻率多為非整數(shù)，而分頻系數(shù)又不能為 小數(shù)，故必須將計算機得到的分頻系數(shù)四舍五入取整。若基

16、準頻率過低，則分頻系數(shù)過小，四舍五入取整后的誤差較大。若基準頻率過高，雖然可 以減少頻率的相對誤差，但分頻結(jié)構(gòu)將變大。實際上應該綜合考慮這兩個 方面的因素，在盡量減少誤差的前提下，選取合適的基準頻率。（3）簡譜中音名與頻率的關(guān)系:音名頻率HZ）音名頻率HZ）音名頻率 正轉(zhuǎn)20秒-； 暫停10秒-； 反轉(zhuǎn)20秒-； 暫停10秒-;定時未到回到“正轉(zhuǎn)20秒， 暫停10秒 ”，定時到則停止；(2)若定時到，則停機發(fā)出音響信號；(3)用兩個數(shù)碼管顯示洗滌的預置時間，每個點的位置由其所在行和列確 定，一幅圖像就由這樣的點陣來顯示，像素點點亮的方式為從左到右，從10/ 12上到下一行一行地掃描，當一屏掃元

17、也就元成了一幀圖像的顯示，一秒鐘 掃60幀圖像，其刷新率為60Hz。設(shè)計的關(guān)鍵在于：1、顯示某一顏色的位 置；2、如何由二進制代表顏色。(2)應當注意，VGA顯示器每掃描完一行，再掃描一下行時會花一定時間來準備，因此要滿足時序要求。Iill11 IIin11 i砒 耐韶 丨乂飜廠帝襯X下一疔麗Tg-VGA行掃描時序圖(3)同樣每掃描完一幀，再掃描下一幀行時也會花一定時間來準備，因此也要滿足其時序要求。顏色編碼表顏色黑八、藍綠品紅青黃白R00001111G00110011B01010101設(shè)計13:數(shù)字電壓表的設(shè)計1任務及要求(1)使用FPGA控制ADC0809，設(shè)計一個量程為5V的數(shù)字電壓 表

18、。要求采用IITd_id1場同歩-41出丨場消隱廠 T!團像VGA場掃描時序圖顯示的顏色用三位二進制表示，共可以顯示八種顏色，對應關(guān)系如下表所 示：:丿1 如行同步 I 巴咋件TAR 蔚場洎陰11/ 123位數(shù)碼管顯示電壓值，可以顯示小數(shù)點的后兩位。(2)按湖南涉外經(jīng)濟學院課程設(shè)計管理辦法要求提交課程設(shè) 計報告。2設(shè)計提示ADC0809采樣控制可采樣狀態(tài)機來完成，具體參考ADC0809采樣時序及特性表。12/ 12本課程設(shè)計時間2周，主要用到EDA技術(shù)實驗室，所有項目必須在實 驗箱或開發(fā)板上實現(xiàn)。設(shè)計14：其余任選綜合性設(shè)計項目選題前須經(jīng)指導教師審核批準。專 業(yè)班 級電子信息項目1001、1002、1004班；電子信息科學與技術(shù)1001學生人 數(shù)103分組安排共分為6組：電子信息項目1001班分為兩組，電子信息項目1002班 分為兩組，電子信息項目1004班一組，電子信息科學與技術(shù)1001班一 組。指 導教 師每組安排一位指導教師，共六位教師，具體安排見附件。時 間從6月17日至6月28日，小計：10天2周法定節(jié)假日除外）教 案地 占八、6教209等教室，具體安排見附件。13/ 12日 ?？?核及 成績 評疋 標準1、 日常考核由指導老師做好每日學生考勤工作，并對學生的課程設(shè)計進度、學習 態(tài)度、動手能力等方面的表現(xiàn)做好相關(guān)記錄。2、成績組成1）平時考核滿分10分）主要考查