EDA技术实验报告.docx
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EDA技术实验报告
EDA技术实验报告
报告人：
丁腾飞
学号：
20071000206
班号：
07207501
指导老师：
王院生
2010年1月11日星期一
基础实验
实验一组合逻辑设计
一、实验目的：
1.通过一个简单的3-8译码器的设计，让学生掌握组合逻辑电路的设计方法。
2.掌握组合逻辑电路的静态测试方法。
3.初步了解MAXPLUSii原理图输入设计的全过程。
二、实验的硬件要求：
1.输入：
DIP拨码开关3位。
2.输出：
LED灯。
3.主芯片：
EP1K10TC100-3。
三、实验器材：
1.超想-3000TB综合实验仪1台
2.HK51TB仿真板1块
四、实验原理：
三八译码器三输入，八输出。
当输入信号按二进制方式的表示为N时，输出端从零标记到八。
因为三个输入端能产生的组合状态有八种，所以输出端在每种组合中仅有一位有效的情况下，能表示所有的输入组合。
3-8译码器真值表
输入
输出
A2A1A0
Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0
000
001
010
011
100
101
110
111
00000001
00000010
00000100
00001000
00010000
00100000
01000000
10000000
五、实验步骤：
1.进入WINDOWS操作系统，打开MAXPLUSII。
2.设计输入。
3.保存原理图。
4.用相关软件对程序进行管脚的定义、编译、仿真、下载，完成整个实验的设计。
六、实验程序图
七、实验结果：
拨动三个拨码输入开关，对应的LED指示灯点亮，实现译码功能，即实现了三个开关的任意组合。
实验二组合电路
一、实验目的：
1.掌握组合逻辑电路的设计方法。
2.掌握组合逻辑电路的静态测试方法。
加深CPLD的设计过程，并比较原理图输入和文本输入的优劣。
二、实验的硬件要求：
1.输入：
按键开关4个，拨码开关4位。
2.输出：
LED灯。
3.主芯片：
EP1K10TC100-3。
三、实验内容：
1.设计一个四舍五入判别电路，其输入为8421BCD码，要求当输入大于或等于5时，判别电路输出为1，反之为0。
2.设计四个开关控制一盏灯的逻辑电路，要求合任一开关，灯亮；断开任一开关，灯灭。
3.设计一个优先权排队电路，A=1为最高优先级；B=1为次高优先级；C=1为最低优先级。
要求输出端最高只能有一端为“1”，即只能是优先级较高的输入端所对应的输出端为“1”。
四、实验连线
1.输入信号D3，D2，D1，D0对应的管脚接四个拨码开关。
输出信号OUT对应的管脚接LED指示灯。
2.输入信号K3，K2，K1，K0对应的管脚接四个按键开关。
输出信号OUT对应的管脚接LED指示灯。
3.输入信号A、B、C对应的管脚接三个拨码开关。
输出信号OUT对应的管脚接LED指示灯。
五、实验原理程序框图：
1、四舍五入电路程序图：
2、开关控制电路程序图：
3、排队电路程序图：
六、实验结果
1.拨动拨码开关，指示灯有变化。
分析逻辑状态，当拨码输入大于4时，指示灯被点亮，满足了四舍五入的要求。
2.拨动开关，指示灯有变化。
合上任意开关，灯亮；断开任意开关，灯灭。
3.随机拨动开关，指示灯有变化。
当A合上时，无论B、C状态如何，输出指示灯A被点亮；当A断开，B闭合时，无论C状态如何，输出指示灯B被点亮；当A、B开关均断开，C闭合时，输出指示灯C被点亮。
应用实验
实验三扫描显示电路的驱动
一、实验目的:
了解教学系统中的8为七段数码管显示模块的工作原理，设计标准扫描驱动电路模块，以备后面实验调用。
二、实验硬件要求:
主芯片：
EP1K10TC100—3，时钟源，八位七段数码显示管，四位拨码开关。
三、实验内容：
1、用拨码开关产生8421BCD码，用CPLD产生自行编码电路和扫描驱动电路，然后进行方针，观察波形，正确后进行设计实现，适配化分。
调节时钟频率，感受“扫描”的过程，并观察字符亮度和显示刷新的效果。
2、编一个简单的从0-F轮换显示十六进制的电路。
四、实验原理：
四位拨码开关提供8421BCD码没，经译码电路后成为七段数码管的自行显示驱动信号。
（A…G）扫描电路通过可调节时钟输出片选地址SEL[2..0]和A…G决定了8位中的哪一位显示和显示什么字形。
SEL[2..0]变化的快慢决定了扫描频率的快慢。
五、实验程序及程序图
1、译码器DELED程序代码：
SUBDESIGNdeled
（
num[3..0]:
INPUT;
a,b,c,d,e,f,g:
OUTPUT;
）
BEGIN
TABLE
num[3..0]=>a,b,c,d,e,f,g;
H"0"=>1,1,1,1,1,1,0;
H"1"=>0,1,1,0,0,0,0;
H"2"=>1,1,0,1,1,0,1;
H"3"=>1,1,1,1,0,0,1;
H"4"=>0,1,1,0,0,1,1;
H"5"=>1,0,1,1,0,1,1;
H"6"=>1,0,1,1,1,1,1;
H"7"=>1,1,1,0,0,0,0;
H"8"=>1,1,1,1,1,1,1;
H"9"=>1,1,1,1,0,1,1;
H"A"=>1,1,1,0,1,1,1;
H"B"=>0,0,1,1,1,1,1;
H"C"=>1,0,0,1,1,1,0;
H"D"=>0,1,1,1,1,0,1;
H"E"=>1,0,0,1,1,1,1;
H"F"=>1,0,0,0,1,1,1;
ENDTABLE;
END;
2、由程序生成译码器DELED块：
3、调用DELED块创建的扫描电路程序图：
七、实验结果：
拨动开关，数码管显示对应的字符，且逐位扫描显示。
换用不同的时钟频率，当频率小于24Hz时，可以看到明显的扫描闪烁；当频率大于24HZ时，八位数码长时间显示字符，基本看不到扫描现象，且亮度较高；当频率继续增大时，数码管亮度随频率的增大而变暗。
实验四梁祝音乐实验
一、实验目的:
1.了解普通扬声器的工作原理。
2.使用FPGA产生不同的音乐频率。
3.进一步体验FPGA的灵活性。
二、实验硬件要求:
1.375KHz信号源。
2.FPGAEP1K10TC100—3主芯片。
3.扬声器。
三、实验原理：
1、音符的产生：
音符的产生是利用计数器对输入的时钟信号进行分频，然后输入不同的频率来控制扬声器发不同的声音。
2、节拍的产生：
节拍也是利用计数器来实现，如果某一个以音符需要维持的时间比较长，那么久可以在此计数器从计数值A到计数值B之间都维持该音符。
3、乐谱的存储：
乐谱是一个固定的组合电路，根据不同的输入值，然后输出一个固定的值，该值就是音符产生计数器的分频的初始值。
四、实验内容及步骤：
1、编写音乐输出的VHDL代码。
2、用MaxPlusII对其进行编译仿真。
3、在仿真确定无误后，选择芯片ACEX1K10TC100—3。
4、给芯片进行管脚绑定，在此进行编译。
5、根据自己帮点的管脚，在实验箱上对扬声器接口和FPGA之间进行正确连线。
6、给目标板下载代码，观看实验结果。
五、实验连线：
Clk：
时钟输入信号，接375KHz的时钟源。
Spk：
输出，接扬声器部分的输入端。
六、实验VHDL程序：
libraryieee;
useieee.std_logic_1164.all;
useieee.std_logic_arith.all;
useieee.std_logic_unsigned.all;
----------------------------
entitymusicis
port（clk:
instd_logic;
spk:
bufferstd_logic）;
endmusic;
---------------------
architecturebehaveofmusicis
signaltone:
std_logic_vector（10downto0）;
signaltone_count:
std_logic_vector（10downto0）;
signaltone_index:
integerrange0to15;
signalclk10_count:
std_logic_vector（17downto0）;
signaltime:
integerrange0to150;
signalclk10:
std_logic;
begin
process（clk）--generate10hzclocksignal
begin
if（clk'eventandclk='1'）then
clk10_count<=clk10_count+1;
if（clk10_count=16#3fff#）then
clk10<=notclk10;
endif;
endif;
endprocess;
process（clk10）
begin
if（clk10'eventandclk10='1'）then
if（time=150）then
time<=0;
else
time<=time+1;
endif;
endif;
endprocess;
process（clk10）
begin
if（clk10'eventandclk10='1'）then
casetimeis
when0=>tone_index<=3;
when1=>tone_index<=3;
when2=>tone_index<=3;
when3=>tone_index<=3;--
when4=>tone_index<=5;
when5=>tone_index<=5;
when6=>tone_index<=5;
when7=>tone_index<=6;--
when8=>tone_index<=8;
when9=>tone_index<=8;
when10=>tone_index<=8;
when11=>tone_index<=9;--
when12=>tone_index<=6;
when13=>tone_index<=8;
when14=>tone_index<=5;
when15=>tone_index<=5;--
when16=>tone_index<=12;
when17=>tone_index<=12;
when18=>tone_index<=12;
when19=>tone_index<=15;--
when20=>tone_index<=13;
when21=>tone_index<=12;
when22=>tone_index<=10;
when23=>tone_index<=12;--
when24=>tone_index<=9;
when25=>tone_index<=9;
when26=>tone_index<=9;
when27=>tone_index<=9;--
when28=>tone_index<=9;
when29=>tone_index<=9;
when30=>tone_index<=0;
when31=>tone_index<=0;--
when32=>tone_index<=9;
when33=>tone_index<=9;
when34=>tone_index<=9;
when35=>tone_index<=10;--
when36=>tone_index<=7;
when37=>tone_index<=7;
when38=>tone_index<=6;
when39=>tone_index<=6;--
when40=>tone_index<=5;
when41=>tone_index<=5;
when42=>tone_index<=5;
when43=>tone_index<=6;--
when44=>tone_index<=8;
when45=>tone_index<=8;
when46=>tone_index<=9;
when47=>tone_index<=9;--
when48=>tone_index<=3;
when49=>tone_index<=3;
when50=>tone_index<=8;
when51=>tone_index<=8;--
when52=>tone_index<=6;
when53=>tone_index<=5;
when54=>tone_index<=6;
when55=>tone_index<=8;--
when56=>tone_index<=5;
when57=>tone_index<=5;
when58=>tone_index<=5;
when59=>tone_index<=5;--
when60=>tone_index<=5;
when61=>tone_index<=5;
when62=>tone_index<=0;
when63=>tone_index<=0;----
when64=>tone_index<=10;
when65=>tone_index<=10;
when66=>tone_index<=10;
when67=>tone_index<=12;--
when68=>tone_index<=7;
when69=>tone_index<=7;
when70=>tone_index<=9;
when71=>tone_index<=9;--
when72=>tone_index<=6;
when73=>tone_index<=8;
when74=>tone_index<=5;
when75=>tone_index<=5;--
when76=>tone_index<=5;
when77=>tone_index<=5;
when78=>tone_index<=5;
when79=>tone_index<=5;--
when80=>tone_index<=5;
when81=>tone_index<=0;
when82=>tone_index<=0;
when83=>tone_index<=3;--
when84=>tone_index<=5;
when85=>tone_index<=3;
when86=>tone_index<=5;
when87=>tone_index<=5;--
when88=>tone_index<=6;
when89=>tone_index<=7;
when90=>tone_index<=9;
when91=>tone_index<=6;--
when92=>tone_index<=6;
when93=>tone_index<=6;
when94=>tone_index<=6;
when95=>tone_index<=6;--
when96=>tone_index<=6;
when97=>tone_index<=5;
when98=>tone_index<=6;
when99=>tone_index<=8;--
when100=>tone_index<=8;
when101=>tone_index<=8;
when102=>tone_index<=9;
when103=>tone_index<=12;--
when104=>tone_index<=12;
when105=>tone_index<=12;
when106=>tone_index<=10;
when107=>tone_index<=9;--
when108=>tone_index<=9;
when109=>tone_index<=10;
when110=>tone_index<=9;
when111=>tone_index<=8;--
when112=>tone_index<=8;
when113=>tone_index<=6;
when114=>tone_index<=5;
when115=>tone_index<=3;--
when116=>tone_index<=3;
when117=>tone_index<=3;
when118=>tone_index<=3;
when119=>tone_index<=8;--
when120=>tone_index<=8;
when121=>tone_index<=8;
when122=>tone_index<=8;
when123=>tone_index<=6;--
when124=>tone_index<=8;
when125=>tone_index<=6;
when126=>tone_index<=5;
when127=>tone_index<=3;--
when128=>tone_index<=5;
when129=>tone_index<=6;
when130=>tone_index<=8;
when131=>tone_index<=5;--
when132=>tone_index<=5;
when133=>tone_index<=5;
when134=>tone_index<=5;
when135=>tone_index<=5;--
when136=>tone_index<=5;
when137=>tone_index<=5;
when138=>tone_index<=0;
when139=>tone_index<=0;--
whenothers=>tone_index<=0;
endcase;
endif;
endprocess;
process（tone_index）
begin
casetone_indexis
when0=>tone<="11111111111";--nooutput
when1=>tone<="01100000101";--773
when2=>tone<="01110010000";--912
when3=>tone<="10000001100";--1036
when5=>tone<="10010101101";--1197
when6=>tone<="10100001010";--1290
when7=>tone<="10101011100";--1372
when8=>tone<="10110000010";--1410
when9=>tone<="10111001000";--1480
when10=>tone<="11000000110";--1542
when12=>tone<="11001010110";--1622
when13=>tone<="11010000100";--1668
when15=>tone<="11011000000";--1728
whenothers=>tone<="11111111111";--others:
nooutput
endcase;
endprocess;
process（clk）--controlthefrequenceofthespeaker
begin
if（clk'eventandclk='1'）then
if（tone_count=16#7ff#）then
tone_count<=tone;
if（tone<2047）then
spk<=notspk;
endif;
else
tone_count<=tone_count+1;
endif;
endif;
endprocess;
endbehave;
六、实验结果
接6M时钟频率，蜂鸣器奏响比较动听的《梁祝》音乐，如用其他频率，音乐会走调失真。
实验五键盘控制电路设计
实验目的
学习键盘扫描电路的工作原理。
实验内容
设计一个4×4键盘接口控制电路。
实验仪器
ZY11EDA13BE型实验箱通用编程模块，配置模块，时钟源模块，开关按键模块，4×4键盘模块，LED显示模块，数码管显示模块。
实验原理
键盘是应用数字系统重要的人机接口，主要完成向处理器输入数据、传送命令等功能，是人工控制电子系统运行的重要手段。
本实验介绍简单的键盘工作原理、键盘按键的识别过程以及与键盘与CPLD/FPGA的接口。
键盘实质上是一个按键开关的集合，如图34-1所示。
通常，按键所用的开关为机械弹性开关，利用了机械触点的合、断作用。
一个电压信号通过机械触点的断开、闭合过程的波形如图34-2所示。
由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合时不会马上稳定的接通，在断开时也不会立即断开，因而在闭合及断开的瞬间均伴随有一连串的抖动，抖动时间的长短由按键的机械特性决定，一般为5～10ms，这是一个很重要的时间参数，在很多场合都要用到。
图34-14×4键盘
图34-2按键抖动信号波形
按键闭合稳定期的长短则是由操作人员的按键动作决定的，一般为十分之几秒到几秒的时间，这个时间参数可作为一般的参考。
另外按键的闭合与否，反应在电压上就是呈现出高电平或低电平，如果低电平表示断开的话，那么高电平表示闭合，所以通过电平的高低状态的检测，便可以确认按键按下与否。
图34-3为键盘控制电路的顶层原理图：
图34-3键盘控制电路的顶层原理图
在图34-3中，COUNT模块提供键盘的行扫描信号Q[3..0]。
在没有按键按下时，此时的使能信号EN为高电平，行扫描输出信号Q[3..0]的变化顺序为0001→0010→0100→1000→0001依次周而复始（依次扫描4行按键）。
当有按键按下时，此时的使能信号EN为低电平，行扫描输出信号
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