EDA电子技术实训报告.docx
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EDA电子技术实训报告
一、课程设计的内容
1、学习EDA仿真技术，并使用Multisim仿真软件完成指定训练内容。
2、学习SOPC技术，并在FPGA上完成相关内容，掌握和理解SOPC的真正内涵。
3、通过学习了解Synopsys软件，掌握IC设计基础。
二、课程设计的要求与数据
1、严格按照分组情况进行实训；
2、完成指定的设计任务；
3、相关设计数据要填入指定表格；
4、课程设计的报告严格按照学校指定格式执行；
5、实训期间不得迟到早退，否则将严肃处理。
三、课程设计应完成的工作
1、学习Multisim仿真软件，并完成以下设计任务：
Lab1-9。
2、学习SOPC技术，并完成以下设计任务：
Task1-5。
3、学习IC设计技术基础，并完成以下设计任务：
SynopsysIC设计基础，主要学习linux基本操作，IC设计基本流程，概念，完成DesignCompiler综合工具实验。
四、应收集的资料及主要参考文献
1、谢云等，现代电子技术实践课程指导，机械工业出版社，北京，2006
2、张志刚，FPGA与SOPC设计教程—DE2实践，西安电子科技大学出版社，西安，2007
3、江国强，SOPC技术与应用，机械工业出版社，北京，2006
Multisim实验
实验一：
单机放大电路
一、实验目的
1、熟悉Multisim9软件的使用方法。
2、掌握放大器静态工作点的仿真方法及其对放大器性能的影响。
3、学习放大器静态工作点、电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的仿真方法，了解共射极电路特性。
二、虚礼实验仪器及器材
双踪示波器信号发生器交流毫伏表数字万用表
三、实验原理图
四、实验内容
1、静态数据仿真：
仿真数据（对地数据）单位：
V
计算数据单位：
V
基极
集电极
发射极
Vbe
Vce
Rp
2.83387V
6.12673V
2.20436V
3.0045V
3.63606V
10KΩ
2、动态仿真一：
示波器显示输入输出波形：
输出波形与输入波形反相。
3、动态仿真二：
删除R6后示波器波形：
记录数据如下表：
仿真数据（注意填写单位）
V0有效值
Vi有效值
V0有效值
Av
-14.099mV
1.609V
114.928
加上5.1k欧和330欧的电阻记录数据如下表：
仿真数据（注意填写单位）
计算
RL
Vi
V0
Av
5.1KΩ
-14.128mv
272.531mv
19.290
330Ω
-14.103mv
34.365mv
2.437
其他不变，增大和减小滑动变阻器的值，观察V0的变化，并记录波形：
Vb
Vc
Ve
画出波形
Rp增大
减小
增大
减小
Vo幅度变小
Rp减小
增大
减小
增大
Vo幅度变大
四、动态仿真三：
1、测量输入电阻Ri
在输入端串联一个5.1k的电阻，如图所示，并且连接一个万用表，如图连接。
启动仿真，记录数据，并填表：
仿真数据（注意填写单位）
计算
信号发生器有效电压值
万用表的有效数据
Ri
10mv
6.84mv
11KΩ
2、测量输出电阻R0
仿真数据
计算
VL
V0
R0
102.572mV
199.583mV
4.461KΩ
五、思考题
1、画出如下电路：
2、如何把元件水平翻转和垂直翻转呢？
如图所示
答：
Q3变Q4按CTRL+R，Q3变Q5可按ALT+Y。
3、如何更改元件的数值呢？
答：
双击要修改的元件，在VALUE目录下的RESISTANCE栏修改元件数值。
4、如果去掉实验中的R7既是100欧电阻，输出波形有何变化？
5、元件库中有些元件后带有VIRTUAL，它表示什么意思？
答：
说明这些是虚拟元件，只有虚拟软件才能更改参数。
实验二射极跟随器
一、实验目的
1、熟悉Multisim9软件的使用方法。
2、掌握放大器静态工作点的仿真方法及其对放大器性能的影响。
3、学习放大器静态工作点、电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的仿真方法，了解共射极电路特性。
4、学习Multisim9参数扫描方法
5、学会开关元件的使用
二、虚礼实验仪器及器材
双踪示波器信号发生器交流毫伏表数字万用表
三、实验原理图
四、实验内容（数据记录）
R1=150KΩ
Vb
Vc
Ve
Ie=Ve/Re
8.15063V
12V
7.48494V
4.1583mV
测量电压放大倍数
Vi（单位）
V0（单位）
AV=V0/VI
2.121V
2.095V
0.988
测量输入电阻
Vs（图中1端电压）
Vi（图中6端电压）
Ri=Vi*Rs/（Vs-Vi）
2.121V
1.974V
19.137kΩ
V0
vl
R0=（V0-VL）*RL/VL
2.108V
2.095V
910.118Ω
测量输出电阻
五、思考题
1、分析设计跟随器的性能和特点
答：
输入电阻大、输出电阻小、电压放大倍数接近1。
2、创建如图所示的整流电路，并进行仿真，观察输入和输出波形。
3、仿真计数器和数码管显示电路
4、运用MultiSIM的交互式仿真手段，模拟实际按键操作
二、实验环境
MultiSIMv9.0、Windows2000professional、PC机
三、原理图
四、实验内容
1、上电时的电容充电特性瞬态分析图形：
2、运行仿真，切换J2状态，观察数码管显示为0。
3、设计迟滞比较器电路，加正弦信号源（设置有效值为1.76V，电压偏移为2.5V，频率60Hz）到迟滞比较器输入端，运行仿真，用虚拟示波器观察迟滞比较器的输入输出特性。
VI：
2.489VVO：
1.2V
4、切换J1，数码管示数保持不变。
5、移去电容C2示波器显示结果（红色为输入电压，蓝色为输出电压）：
6、J3每闭合一次，数码管的示数+1
7、接上电容C2示波器显示结果：
数码管示数没有变化。
（1）接通±12V电源，调节电位器，使输出波形从无到有，从正弦波失真到不失真。
描绘出输出端的波形，记下临界起振、正弦波输出及失真情况下的Rw值，分析负反馈强、弱对起振条件及输出波形的影响。
起震RW：
2.8KΩ
正弦波输出RW：
2.9KΩ
图中可以看出顶部开始失真，失真情况下的Rw值：
3.7KΩ。
（2）输出最大不失真情况下，用交流毫伏表测量输出电压，反馈电压，分析研究震荡的条件。
反馈电压：
5.107V
输出电压：
7.663V
（3）断开二极管D1、D2，重复以上实验，并比较分析有何不同。
正弦波、最大不失真RW：
2.8KΩ起震临界点RW：
2.7KΩ
失真RW：
2.9KΩ输出电压：
8.008V
反馈电压：
5.347V
2、方波发生器：
（1）描绘出示波器中方波和三角波
（2）改变Rw的位置，测出波形的输出频率范围
3.2894KHz——3.4128KHz
（3）如果把D1改为单向稳压管，输出波形的变化，并分析1N5758稳压管的作用
双向稳压管的作用是双向店亭钳位，使震荡输出的双向脉冲基本对称。
SOPC实验
实验二驱动1602液晶显示
任务要求：
1、弄清楚液晶1602驱动的原理，理解并写在实训报告中
2、在DE2板上的液晶上显示你的名字和学校的名字。
建议步骤：
1、建立所需其他辅助模块，包括分频等；
2、建立LCD控制模块（用纯硬件实现，也可以先实现NIOSII，再用C实现）；
驱动显示原理：
用LCD显示一个字符时，因为一个字符由6X8或者8X8点阵组成，既要找到和显示屏幕上某几个位置对应的显示RAM区的八个字节，还要使每个字节的不同位为“1”，其他的为“0”，为“1”的点亮，为“0”的不亮，这样一来就组成了某个字符。
但是由于内带字符发生的控制器来说，可以让控制器工作在文本方式上，根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数找出显示RAM对应的地址，设立光标。
1602液晶模块内部的字符发生储存器已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：
阿拉伯数字、英文字母的大小写等等，比如大写字母“A”的代码是01000001B（41H），显示模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来就可以了。
CGROM和CGRAM中字符代码和字符图形的对应关系如下图：
程序代码如下：
modulelcd1602（clk,rst,lcd_e,lcd_rw,lcd_rs,data,lcd_on,lcd_blon）;
inputclk,rst;
outputlcd_e,lcd_rw,lcd_rs,lcd_blon,lcd_on;
output[7:
0]data;
reglcd_rw,lcd_rs;
reg[7:
0]data;
reg[9:
0]state;
reg[5:
0]address;
reg[22:
0]cnt;
regclk500hz;
parameterIDLE=10'b0000000000;
parameterCLEAR=10'b0000000001;//清屏
parameterRETURNCURSOR=10'b0000000010;//归home位
parameterSETMODE=10'b0000000111;//输入方式设置，读写数据后ram地址增/减1；画面动/不动
parameterSWITCHMODE=10'b0000001111;
//显示状态设置，显示开/关；光标开/关；闪烁开/关
parameterSHIFT=10'b0000011100;//光标画面滚动画面/光标平移一位；左/右平移一位
parameterSETFUNCTION=10'b0000111100;//工作方式设置1：
8/1：
4位数据接口；两行/一行显示；5x10/5x7点阵
parameterSETCGRAM=10'b0001000000;//设置CGRAM
parameterSETDDRAM1=10'b0010000001;//设置DDRAM
parameterSETDDRAM2=10'b0010000010;//设置DDRAM
parameterREADFLAG=10'b0100000000;//读状态
parameterWRITERAM1=10'b1000000001;//写RAM
parameterWRITERAM2=10'b1000000010;//写RAM
parameterREADRAM=10'b1100000000;//读RAM
assignlcd_on=1'b1;
assignlcd_blon=1'b1;
always@（posedgeclk）//由50MHZ时钟分频得到4HZ时钟
beginif（cnt==19'h7a120）//19'h7a120=19'd500000
begincnt<=0;clk500hz<=~clk500hz;//500000*20ns=1000000us取反即为2ms=1/500s
end
elsecnt<=cnt+1;
end
assignlcd_e=clk500hz;
function[7:
0]ddram;//
input[5:
0]n;
begin
case（n）
//下面修改成你所需内容
6'b000_000:
ddram=8'b0101_0011;//S
6'b000_001:
ddram=8'b0101_0101;//U
6'b000_010:
ddram=8'b0010_0000;//
6'b000_011:
ddram=8'b0010_0000;//
6'b000_100:
ddram=8'b0100_1010;//J
6'b000_101:
ddram=8'b0100_1001;//I
6'b000_110:
ddram=8'b0100_0001;//A
6'b000_111:
ddram=8'b0100_1110;//N
6'b001_000:
ddram=8'b0100_0111;//G
6'b001_001:
ddram=8'b0100_0100;//D
6'b001_010:
ddram=8'b0101_0101;//U
6'b001_011:
ddram=8'b0101_0100;//T
endcase
endendfunction
always@（posedgeclk500hzornegedgerst）
if（!
rst）
begin
state<=IDLE;
address<=6'b000000;
data<=8'b00000000;
lcd_rs<=0;
lcd_rw<=0;
end
elsebegin
case（state）
IDLE:
beginstate<=CLEAR;
data<=8'bzzzz_zzzz;
end
CLEAR:
beginlcd_rs<=0;lcd_rw<=0;
data<=8'h01;
state<=SETFUNCTION;//清屏
end
SETFUNCTION:
beginlcd_rs<=0;lcd_rw<=0;
data<=8'h3c;
state<=SWITCHMODE;
end
SWITCHMODE:
beginlcd_rs<=0;lcd_rw<=0;//显示状态开关设置0C
data<=8'h0c;//开光标、开闪烁
state<=SETMODE;
end
SETMODE:
beginlcd_rs<=0;lcd_rw<=0;
data<=8'h06;//采取增量方式，光标不移动
state<=SHIFT;
end
SHIFT:
beginlcd_rs<=0;lcd_rw<=0;
data<=8'h18;
state<=SETDDRAM1;
end
SETDDRAM1:
beginlcd_rs<=0;lcd_rw<=0;data<=8'b10000100;//显示数据存储器地址804
state<=WRITERAM1;end
SETDDRAM2:
beginlcd_rs<=0;lcd_rw<=0;data<=8'b11000010;//显示数据存储器地址80402
state<=WRITERAM2;end
WRITERAM1:
begin
if（address<=6'b000_111）
begin
lcd_rs<=1;
lcd_rw<=0;
data<=ddram（address）;
address<=address+1;
state<=WRITERAM1;
end
else
begin
lcd_rs<=0;
lcd_rw<=0;
state<=SETDDRAM2;
end
end
WRITERAM2:
begin
if（address<=6'b010_100）begin
lcd_rs<=1;
lcd_rw<=0;
data<=ddram（address）;
address<=address+1;
state<=WRITERAM2;
end
else
begin
lcd_rs<=0;
lcd_rw<=0;
state<=SHIFT;
address<=6'b000000;
end
end
endcase
end
endmodule
实验结果截图：
实验三VGA显示矩形框
任务：
1、弄清楚VGA显示的原理，理解并写在实训报告中
2、在VGA显示器上显示一个矩形框。
建议步骤：
1、建立VGA显示所需其他辅助模块，包括分频等；
2、建立VGA控制模块（用纯硬件实现，也可以先实现NIOSII，再用C实现）；
VGA显示原理：
FPGA对系统进行编程可输出红、绿、蓝三基色信号和HS、VS行场扫描同步信号。
当FPGA接受输出的控制信号后，内部的数据选择器模块根据控制信号选择相应的图像生成模块，输出图像信号，与行场扫描时序信号一起通过VGA接口电路送入显示器，VGA显示器上便可看到对应在的彩色图像。
主芯片时钟由外部提供，由一片晶振提供50MHz频率的时钟源，接入芯片全局时钟引脚CLK。
控制中，只需要考虑行同步信号（Hs）、场同步信号（Vs）以及红绿蓝（RGB）这5个信号。
如果能从FPGA发出这5个信号到VGA接口，就可以实现对VGA的控制。
系统模块图如下：
程序源代码：
module vga_controller（iclk,irst_n,
ovga_r,ovga_g,
ovga_b,
ovga_sync,
ovga_blank,
ovga_clock,
ovga_h_sync,
ovga_v_sync
）;
input iclk,irst_n; //iclk应为25.175MHZ
output[9:
0] ovga_r;
output[9:
0] ovga_g;
output[9:
0] ovga_b;
output ovga_sync; //同步信号输出
output ovga_blank; //消隐信号输出
output ovga_clock; //时钟输出
output reg ovga_h_sync; //水平同步信号输出
output reg ovga_v_sync; //垂直同步信号输出
reg [9:
0]h_cnt; //行扫描计数器
reg [9:
0]v_cnt; //列扫描计数器//水平参数（单位：
像素）
parameter h_sync_cyc=96,
h_sync_back=45+3,
h_sync_act=640,
h_sync_front=13+3,
h_sync_total=800;
//垂直参数（单位：
线）
parameter v_sync_cyc=2,
v_sync_back=30+2,
v_sync_act=480,v_sync_front=9+2,
v_sync_total=525;
//起始偏移
parameter x_start=h_sync_cyc+h_sync_back,
y_start=v_sync_cyc+v_sync_back;
assign ovga_blank=ovga_h_sync & ovga_v_sync;
assign ovga_sync=1'b0;
assign ovga_clock=iclk;
assign valid = （h_cnt > x_start） && （h_cnt < x_start+h_sync_act）
&& （v_cnt > y_start） && （v_cnt < y_start+v_sync_act）;
wire[9:
0] xpos,ypos; //有效显示区坐标
assign xpos = h_cnt-10'd144;
assign ypos = v_cnt-10'd34;
//--------------------------------------------------
//显示一个矩形框
wire a_dis,b_dis,c_dis,d_dis; //矩形框显示区域定位
reg[9:
0] aa_dis;
reg[9:
0] bb_dis;
reg[9:
0] cc_dis;
reg[9:
0] dd_dis;
reg[9:
0] ee_rdy;
always @（posedge iclk or negedge irst_n）
begin
if（!
irst_n）
begin
aa_dis<=10'd0;
bb_dis<=10'd0;
cc_dis<=10'd0;
dd_dis<=10'd0;
end
else
begin
if（a_dis）
aa_dis<=10'h3ff;
else
aa_dis<=0;
if（b_dis）
bb_dis<=10'h3ff;
else
bb_dis<=0;if（c_dis）
cc_dis<=10'h3ff;
else
cc_dis<=0;
if（d_dis）
dd_dis<=10'h3ff;
else
dd_dis<=0;
if（e_rdy）
ee_rdy<=10'h3ff;
else
ee_rdy<=0;
end
end
assign a_dis = （ （xpos>=200） && （xpos<=220） ）
&& （ （ypos>=100） && （ypos<=380） ）;
assign b_dis = （ （xpos>=440） && （xpos<=460） ）
&& （ （ypos>=100） && （ypos<=380） ）;
assign c_dis = （ （xpos>=220） && （xpos<=440） ）
&& （ （ypos>100） && （ypos<=120） ）;
assign d_dis = （ （xpos>=220） && （xpos<=440） ）
&& （ （ypos>=360） && （ypos<=380） ）;
//显示一个小矩形
wire e_rdy; //矩形的显示有效矩形区域
assign e_rdy = （ （xpos>=310） && （xpos<=330） ）
&& （ （ypos>=230） && （ypos<=250） ）;
//--------------------------------------------------
//r,g,b控制液晶屏颜色显示，背景显示蓝色，矩形框显示红蓝色
assign ovga_r = valid && e_rdy ?
ee_rdy :
1'b0;
assign ovga_g = valid && （a_dis | b_dis | c_dis | d_dis） ?
10'h3ff:
1'b0;
assign ovga_b = valid &&（a_dis | b_dis | c_dis | d_dis） ?
10'h3ff :
1'b0;if（!
irst_n）
begin
h_cnt<=0;
ovga_h_sync<=0;
end
else
begin
if（h_cnt计数器计数
h_cnt<=h_cnt+1;
else
h_cnt<=0;
if（h_cnt生成h_sync
ovga_h_sync<=0;
else
ovga_h_sync<=1;
e
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