可编程逻辑器件应用技术实验报告册

可编程逻辑器件应用技术实验报告册主编魏欣30前言一、可编程逻辑器件应用技术实验任务EDA技术是现代电子工程领域的一门新技术，它提供了基于计算机和信息技术的电路系统设计方法。EDA技术的发展和推广应用极大地推动了电子工业的发展。随着EDA技术的发展，硬件电子电路的设计几乎全部可以依靠计算机来完成，这样就大大缩短了硬件电子电路设计的周期，从而使制造商可以快速开发出品种多、批量小的产品，以满足市场的需求。EDA教学和产业界的技术推广是当今世界的一个技术热点，EDA技术是现代电子工业中不可缺少的一项技术。二、实验内容编排本实验教材的内容编排如下：任务一是详细介绍了CPLD实验板配套的使用软件的使用方法。任务二至实验七是基本技能单项实验。任务八是综合实验，必须由学生们利用开发板自行设计软件和硬件实现。附录一是芯片引脚对照表，方便在下载时查找对应的芯片引脚。附录二是CPLD实验板的原理图，方便在实验是查找。需要说明的是，所有的实验都没有给出参考程序，要求同学们自主设计程序，因此即使是基础实验，也可以归为设计性实验，这样可以很好的锻炼同学们的设计能力。设计工作任务书任务名称QuartusII软件使用方法任务编号CPLDSJ-1任务要求熟悉软件的操作，并撰写设计报告。设计设备CPLD实验平台（1套）数字万用表（1只）计算机（1台）设计电路设计程序QuartusⅡ通常采用HDL语言描述与原理图输入这两种输入方法，其基本的设计流程如下图所示。结论与体会简述QuartusⅡ的设计流程？32设计工作任务书任务名称8人抢答器的设计任务编号CPLDSJ-2任务要求按设计要求完成所有设计内容，并撰写设计报告。设计设备CPLD实验平台（1套）数字万用表（1只）计算机（1台）设计电路设计程序1、利用原理图输入法画出抢答器的电路图。2、编译、仿真工程。3、配置芯片、锁定管脚并下载至器件，验证设计功能。结论与体会详细叙述8人抢答器的设计流程，给出对应的仿真波形和下载结果。34设计工作任务书任务名称6位加法器的设计任务编号CPLDSJ-3任务要求按设计要求完成所有设计内容，并撰写设计报告。设计设备CPLD实验平台（1套）数字万用表（1只）计算机（1台）设计电路一个6位加法器可以由5个1位全加器和1个1位半加器构成，加法器间的进位可以串行方式实现。请学生设计原理图：设计程序1、先完成半加器和全加器的设计，包括原理图输入、编译、综合、适配、仿真、实验板上的硬件测试，并将此半加器和全加器电路设置成一个硬件符号入库。2、建立一个更高的原理图设计层次，利用以上获得的半加器和全加器构成6位全加器，并完成编译、综合、适配、仿真和硬件测试。3、利用VHDL语言层次调用重新将6位全加器设计一遍。结论与体会详细叙述6位加法器的设计流程；写出经调试通过的试验程序；给出各层次的设计方法和对应的仿真波形，讨论加法器的延时情况。36设计工作任务书任务名称计数器、寄存器的设计任务编号CPLDSJ-4任务要求按设计程序要求完成所有设计内容，并撰写设计报告。设计设备CPLD实验平台（1套）数字万用表（1只）计算机（1台）设计电路写出计数器和寄存器的VHDL语言的关键部分：设计程序完成计数器和寄存器的设计，包括VHDL语言输入、编译、综合、适配、仿真、实验板上的硬件测试结论与体会写出程序调试过程中出现的错误提示和解决方法；写出仿真分析、硬件测试和实验过程和结果分析。38设计工作任务书任务名称有限状态机的设计任务编号CPLDSJ-5任务要求按设计程序要求完成所有设计内容，并撰写设计报告。设计设备CPLD实验平台（1套）数字万用表（1只）计算机（1台）设计电路Moore型状态机框图Mealy型状态机框图设计程序用VHDL语言分别设计摩尔和米勒型状态机，并编译、综合、适配、仿真、实验板上的硬件测试结论与体会写出经调试通过的试验程序，软件编译及仿真分析、硬件测试和实验过程、程序分析报告、仿真波形图和结果分析。40设计工作任务书任务名称按钮消抖电路设计任务编号CPLDSJ-6任务要求按设计程序要求完成所有设计内容，并撰写设计报告。设计设备CPLD实验平台（1套）数字万用表（1只）计算机（1台）设计电路设计一个按钮消抖电路，一旦按钮按下，使按钮消抖电路输出一个持续时间一定的有效信号。在此期间，即使按钮产生了几个连续的负脉冲，但消抖电路输出仍保持低电平。并可以使用加法计数器来实现，定时的长短可根据按钮的实际抖动时间来确定。设计程序1、采用VHDL语言设计此按钮消抖动电路。2、对设计项目进行编译和时序仿真，若仿真波形出现毛刺，试分析原因并修改程序，消除毛刺。结论与体会写出经调试通过的实验程序、软件编译及仿真分析、硬件测试和实验过程、程序分析报告、仿真波形图及结果分析。设计中是否遇到问题，如何解决。42设计工作任务书任务名称数码管扫描显示电路项目编号CPLDSJ-7任务要求按设计程序要求完成所有设计内容，并撰写设计报告设计设备CPLD实验平台（1套）数字万用表（1只）计算机（1台）设计电路利用人眼的视觉暂留效应，使6位数码管完成时间的扫描显示功能。请画出数码管的硬件连接原理图：设计程序1、采用VHDL语言设计数码管扫描电路2、对设计项目进行编译和时序仿真，若仿真波形出现毛刺，试分析原因并修改程序，消除毛刺。结论与体会写出经调试通过的实验程序、软件编译及仿真分析、硬件测试和实验过程、程序分析报告、仿真波形图及结果分析。设计中是否遇到问题，如何解决。44设计工作任务书任务名称电子时钟设计与调试任务编号CPLDSJ-8任务要求设计一个电子时钟：计时功能：对时间计时；校时功能：能用按钮方便地设置各时间单位计数初值；清零功能：能用按钮将时间清为0时0分0秒；显示功能：同时采用6个数码管扫描显示时间值。设计设备CPLD实验平台（1套）数字万用表（1只）计算机（1台）设计步骤注：请写出设计步骤。设计电路注：根据具体设计画出。设计程序注：请写出设计和验证步骤。标准电路图纸设计人设计日期设计步骤：______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________46性能测试结果：______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________结论与体会：______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________附录一：EPM1270T144C5实验板管脚分配表50M晶振：18，20脚；32M晶振：89，91脚发光二极管D2~D9：低电平点亮，高电平熄灭8位拨码开关：不拨时接高电平，拨动接低电平按键K2~K9:不按时接高电平，按下接低电平D21D65KEY111KEY515K223K629D32D76KEY212KEY616K324K730D43D87KEY313KEY721K427K831D54D98KEY414KEY822K528K93234脚扩展口：1,2,3,4接3.3V；31,32,33,34接地，其余脚引入CPLD13.3V74013481955256331GND23.3V83914452053266232GND33.3V94215502159276733GND43.3V1041164