【正文】 最后，向所有曾關(guān)心、支持、幫助和鼓勵(lì)過我的師長、親友、朋友和同學(xué)致以最誠摯的謝意和最親切的問候。感謝在EDA實(shí)驗(yàn)室一起學(xué)習(xí)的孔范升、于寶明、邊紅旗、馮遠(yuǎn)航等同學(xué)，感謝他們在理論、實(shí)踐及生活等諸多方面給我的幫助。在以后的工作學(xué)習(xí)中，我將會培養(yǎng)自已此方面的能力。在以后的工作學(xué)習(xí)中，我將進(jìn)一步完善這部分內(nèi)容。 但是，我的設(shè)計(jì)也存在著一些不足之處，需要進(jìn)一步地完善。通過第三章的學(xué)習(xí)，相信一定能夠使學(xué)生對一般數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)有一個(gè)完成的理解。第二章介紹了EDA常見開發(fā)環(huán)境以及ALTERA公司的SOPC技術(shù)。過程中歷經(jīng)艱辛，但依然感到非常高興。④實(shí)驗(yàn)報(bào)告根據(jù)以上內(nèi)容寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告，包括設(shè)計(jì)原理，程序設(shè)計(jì)，原理圖設(shè)計(jì)，仿真分析，硬件驗(yàn)證和詳細(xì)實(shí)驗(yàn)過程。 橫彩條顯示一 橫彩條顯示二 豎彩條顯示 方格圖像顯示③實(shí)驗(yàn)擴(kuò)展1）用ROM模塊存儲漢字點(diǎn)陣，然后顯示出來。 引腳鎖定硬件驗(yàn)證。CLK連接了L1，選擇20MHz輸入，R、G、B、HS、VS分別連接AAAAA5，MD連接AB15。 電路連接圖引腳鎖定。 pll模塊輸入輸出時(shí)鐘設(shè)置D觸發(fā)器的創(chuàng)建。 color原理圖模塊創(chuàng)建pll模塊。 編譯當(dāng)前文件方法編譯完成后點(diǎn)擊file/Creat/update/create symbol files for current file,生成和原理圖塊。 。顏色黑藍(lán)綠品紅青黃白R00001111G00110011B01010101②實(shí)驗(yàn)內(nèi)容利用QuartusII對編寫VGA時(shí)序控制模塊，并進(jìn)行仿真測試；給出仿真波形。 VGA場掃描時(shí)序圖對于VGA 顯示器的上述五個(gè)信號的時(shí)序驅(qū)動要嚴(yán)格遵循“VGA工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)”，即64048060HZ模式，否則無法顯示正確地圖象。顯示器每掃描完一行，再掃描一下行時(shí)會花一定時(shí)間來準(zhǔn)備，因此要滿足時(shí)序要求。顯示過程中，HS 和VS的極性可正可負(fù)，顯示器內(nèi)可自動轉(zhuǎn)換為正極性邏輯。掃描從屏幕的左上方開始，由左至右，由上到下，逐行進(jìn)行掃描，每掃完一行，電子束回到屏幕下一行的起始位置，在回掃期間，CRT對電子束進(jìn)行消隱，每行結(jié)束是用行同步信號HS進(jìn)行行同步；掃描完所有行，再由場同步信號VS進(jìn)行場同步，并使掃描回到屏幕的左上方，同時(shí)進(jìn)行場消隱，預(yù)備下一場的掃描?？刂瓢存I電源 FPGA接口電路VGA顯示器時(shí)鐘電路 系統(tǒng)原理框圖 VGA顯示原理工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的VGA顯示模式為：64046816色60Hz。當(dāng) CPLD接受單片機(jī)輸出的控制信號后，內(nèi)部的數(shù)據(jù)選擇器模塊根據(jù)控制信號選通相應(yīng)的圖像生成模塊，輸出圖像信號，與行場掃描時(shí)序信號一起通過15針D型接口電路送入VGA顯示器，在VGA顯示器上便可以看到對應(yīng)的彩色圖像。②實(shí)驗(yàn)儀器及理論要求1）GW48—PK2++EDA實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)、PC機(jī)；2）VGA驅(qū)動原理；2）時(shí)序電路設(shè)計(jì)方法。 VGA彩條信號顯示控制器①實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）掌握VGA時(shí)序工作要求及特點(diǎn)。2）進(jìn)一步細(xì)分直流電機(jī)的速度等級。等級3 硬件測試圖三速度等級為3，速度大小為45轉(zhuǎn)每秒。 模式5電路結(jié)構(gòu)圖 引腳鎖定圖③硬件驗(yàn)證將電機(jī)數(shù)據(jù)線插好，并將測速模塊插到相應(yīng)位置。4)TESTCTL模塊代碼 TESTCTL模塊代碼5)測頻模塊總代碼還有兩個(gè)模塊分別為16位計(jì)數(shù)器和16位鎖存器，由于比較簡單，前邊實(shí)驗(yàn)中使用過，在這里省去。 LPM_COMPARE定制方法二選擇比較器的位數(shù)是4位，ab時(shí)輸出高電平。1) DECD模塊代碼 速度控制模塊代碼2)5位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器 5位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器代碼該計(jì)數(shù)器相當(dāng)于32進(jìn)制計(jì)數(shù)器。改變DECD輸出的規(guī)定值時(shí)，就等于改變PWM輸出信號的占空比。圖中的t5是一個(gè)5位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，作脈寬計(jì)數(shù)器，DECD是一個(gè)速度控制模塊；脈寬計(jì)數(shù)器在CLK5的激勵(lì)下輸出從0開始的逐漸增大的鋸齒波。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動時(shí)，轉(zhuǎn)盤從光電開關(guān)的槽中轉(zhuǎn)過，轉(zhuǎn)動一周時(shí)，光電開關(guān)管的通斷狀態(tài)改變4次；：用于對光電開關(guān)輸出信號進(jìn)行整形；：光指示電開關(guān)的工作狀態(tài)；測量Speed端的頻率即可實(shí)現(xiàn)對直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的測量。①實(shí)驗(yàn)原理1）直流電機(jī)PWM調(diào)速原理：Uo=[t1/(t1+t2) ]Vcc=(t1/T)Vcc=qVcc （）(q為輸入PWM波的占空比)輸出平均電壓與輸入PWM波的占空比成正比Uo=[(t1t2)/T]Vcc=(2q1)Vcc （）t1:正向通電時(shí)間， t2:反向通電時(shí)間 直流電機(jī)PWM調(diào)速2) 直流電機(jī)驅(qū)動 直流電機(jī)驅(qū)動電路原理圖正轉(zhuǎn)：在DC_MA端加高電平，則Q6導(dǎo)通；形成VCC→R1→Q1 →A→B→Q6→GND；由于二極管D3的作用，此時(shí)不管DC_MB端加入高電平或是低電平，Q7均截止，不會造成H橋短路故障。③實(shí)驗(yàn)要求設(shè)計(jì)一個(gè)利用PWM信號控制直流電機(jī)調(diào)速的電路，可控制直流電機(jī)的加速、減速、啟動、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，并有相應(yīng)的指示。3）用單片機(jī)控制FPGA共同完成頻率的測量。被測信號可由移相信號發(fā)生器產(chǎn)生。 硬件驗(yàn)證結(jié)果二頻率輸入為32768Hz時(shí)，輸出為32768Hz，和輸入的結(jié)果完全一樣。待測時(shí)鐘頻率基準(zhǔn)時(shí)鐘頻率 時(shí)鐘頻率選擇時(shí)鐘頻率輸入為1024Hz時(shí)，可見輸出為1024Hz。 引腳鎖定圖進(jìn)行硬件驗(yàn)證的方法為：選擇實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，測頻控制器時(shí)鐘信號CLK可通過CLOCK0將1 Hz的信號接入，待測頻率輸入端FSIN與CLOCK5中的某個(gè)頻率信號相接，數(shù)碼管應(yīng)顯示來自CLOCK5的頻率。測頻控制器時(shí)鐘信號CLK可通過低頻組中的CLOCK0將來自信號源的1 Hz信號接入，待測頻率輸入端FSIN可接信號CLOCK5，8位數(shù)碼顯示輸出DOUT[31..0]接PIO47～PIO16。 ②實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1）十進(jìn)制計(jì)數(shù)器代碼 十進(jìn)制計(jì)數(shù)器代碼2）測頻控制模塊 測頻控制模塊3）32位寄存器模塊 32位寄存器模塊4）總代碼 總代碼③實(shí)驗(yàn)仿真 CNT10的時(shí)序仿真結(jié)果仿真結(jié)果完全符合要求。 4）十進(jìn)制計(jì)數(shù)器CNT10的設(shè)計(jì)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的特殊之處是，有一時(shí)鐘使能輸入端ENA，用于鎖定計(jì)數(shù)值。3）寄存器REG32B的設(shè)計(jì)設(shè)置鎖存器的好處是，顯示的數(shù)據(jù)穩(wěn)定，不會由于周期性的清零信號而不斷閃爍。此時(shí)，根據(jù)測頻的時(shí)序要求，可得出信號LOAD和CLR_CNT的邏輯描述。為了產(chǎn)生這個(gè)時(shí)序圖，需首先建立一個(gè)由D觸發(fā)器構(gòu)成的二分頻器，在每次時(shí)鐘CLK上沿到來時(shí)其值翻轉(zhuǎn)。鎖存信號之后，必須有一清零信號CLR_CNT對計(jì)數(shù)器進(jìn)行清零，為下一秒鐘的計(jì)數(shù)操作做準(zhǔn)備。當(dāng)TSTEN高電平時(shí)，允許計(jì)數(shù)；低電平時(shí)，停止計(jì)數(shù)，并保持其所計(jì)的數(shù)。2）測頻控制信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)頻率測量的基本原理是計(jì)算每秒鐘內(nèi)待測信號的脈沖個(gè)數(shù)。，它由1個(gè)測頻控制信號發(fā)生器TESTCTL、8個(gè)有時(shí)鐘使能的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器CNT1個(gè)32位鎖存器REG32B組成。閘門時(shí)間越長，標(biāo)準(zhǔn)頻率越高，測頻的相對誤差就越小。測量閘門時(shí)間Td的選取，除滿足δm式的最大測量誤差外，還應(yīng)保證大于一個(gè)被測信號周期Tx。在整個(gè)頻率測量范圍內(nèi)，精度恒定，實(shí)現(xiàn)了等精度測量。對標(biāo)準(zhǔn)信號所產(chǎn)生的計(jì)時(shí)誤差為△t=TdNsTs （）由于△t最大為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)信號的周期，即△t≦Ts，因此：fx=Nx/(NsTs)=Nx/(Td△t) （）而被測信號頻率準(zhǔn)確值fx0=Nx/Td,則頻率測量的相對誤差為：δ=（fxfx0）/fx0=△t/(Td△t) （） （）測頻計(jì)數(shù)的閘門時(shí)間為Td，標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號頻率為fs，被測信號頻率為fx，在Td時(shí)間內(nèi)對標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號和被測信號的脈沖計(jì)數(shù)值分別為Ns和Nx，則被測信號的頻率可由下式求得：，閘門控制信號（CL）給出高電平，此時(shí)并未開始進(jìn)行測頻計(jì)數(shù)，而要等到被測信號的上升沿到來時(shí)才開始對標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號和被測信號同時(shí)進(jìn)行測頻計(jì)數(shù)。測量精度與閘門時(shí)間的關(guān)系分析如下。①實(shí)驗(yàn)原理1）數(shù)字頻率計(jì)測頻的方法是：采用頻率準(zhǔn)確的高頻信號作為標(biāo)準(zhǔn)頻率信號，保證測量的閘門時(shí)間為被測信號的整數(shù)倍，并在閘門時(shí)間內(nèi)同時(shí)對標(biāo)準(zhǔn)信號脈沖和被測信號脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)頻率測量范圍內(nèi)的測量精度相等，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)信號頻率很高，閘門時(shí)間足夠長時(shí)，可實(shí)現(xiàn)高精度頻率測量。5）記錄系統(tǒng)仿真、邏輯綜合及硬件驗(yàn)證結(jié)果。3）根據(jù)系統(tǒng)的功能，選好測試用例，畫出測試輸入信號波形或編好測試序。③實(shí)驗(yàn)要求1）畫出系統(tǒng)的原理框圖，說明系統(tǒng)中各主要組成部分的功能。2） 數(shù)字頻率計(jì)的測頻原理。4）學(xué)習(xí)等精度頻率計(jì)的測頻方法。 2）熟悉GW48CK或其他EDA實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)的基本使用方法。6）記錄實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題及解決辦法。4）根據(jù)選用的EDA實(shí)驗(yàn)開發(fā)裝置編好用于硬件驗(yàn)證的管腳鎖定表格或文件。2）編寫VHDL源程序。③實(shí)驗(yàn)擴(kuò)展1）遇到緊急情況，能夠控制東西南北方向全為紅燈；2）交通指示燈出問題時(shí)能夠報(bào)警。東西方向直行禁止，左轉(zhuǎn)通行南北方向直行通行，左轉(zhuǎn)禁行 硬件測試結(jié)果二東西方向直行禁止通行，左轉(zhuǎn)通行，南北方向禁止通行，實(shí)際狀態(tài)如上圖。 引腳鎖定4）查看狀態(tài)機(jī)圖 狀態(tài)機(jī)圖如圖所示，一共有5個(gè)狀態(tài)，每個(gè)狀態(tài)的去向符合設(shè)計(jì)要求。在每個(gè)狀態(tài)下，給信號燈賦值，并進(jìn)行倒計(jì)數(shù)，根據(jù)倒計(jì)數(shù)時(shí)間是否結(jié)束，確定是否轉(zhuǎn)到下一個(gè)狀態(tài)；倒計(jì)數(shù)采用8421BCD碼減法計(jì)數(shù)，即：當(dāng)計(jì)數(shù)值在“00011001” 之間，進(jìn)行減“1”計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值為“0000”，則通過減“7”計(jì)數(shù)來調(diào)整。1）每個(gè)方向由直行紅燈、直行綠燈、停行黃燈、左轉(zhuǎn)紅燈、左轉(zhuǎn)綠燈共5個(gè)LED指示燈組成；2）每個(gè)方向用兩位數(shù)碼管顯示當(dāng)前狀態(tài)剩余時(shí)間；3）系統(tǒng)復(fù)位后，進(jìn)入東西直行，南北禁行狀態(tài)。③實(shí)驗(yàn)要求設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口交通信號管理控制器。