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实验四数字秒表设计

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卖家[上传人]：mg****85

文档编号：50538472

上传时间：2018-08-08

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常见问题

1、1本部分实验内容为新内容，操作步骤较多，为保证实验项目进行完毕，请同学们务必提前做好预习准备通过本次实验，引导学生以硬件描述语言的手段设计数字逻辑电路；掌握在QuartusII软件下VHDL语言输入的设计流程；理解数字秒表的工作原理，学会在QuartusII下通过VHDL语言描述数字秒表的设计方法；掌握可编程逻辑器件（PLD）的基本开发流程。2一、实验目的二、实验设备n计算机，可编程逻辑器件实验板可编程逻辑器件（Programmable Logic Devices），发展于 20世纪70年代，属半定制集成电路；使用PLD器件，借助EDA设计方法，可以方便、快速地构建数字系统；任何组合逻辑电路都可以用“与门-或门”二级电路实现；任何时序逻辑电路都可以由组合逻辑电路加上存储元件（触发器、锁存器构成）；人们由此提出乘积项可编程电路结构，原理结构如下：3三、PLD器件简述可编程逻辑器件选用Altera公司新一代FPGA器件：CycloneII 系列的EP2C 35F484C8；开发板通过USB Blaster将PC机USB接口与核心板JTAG接口相连，下载目

2、标文件。4实验设备-FPGA开发板简介5电源指示灯电源开关独立按键，按下为低电平，弹起为高电平LED指示部分FPGA开发板结构简介JTAG下载接口共阴数码管显示部分要求：用VHDL语言设计数字秒表；计时单位：1秒；(即每秒计时1次) 计时范围：09秒；显示方式：使用FPGA开发板上的数码管进行显示；用逻辑电路控制任意数码管，在脉冲信号CP的作用下，显示计秒数值；6四、数字秒表的要求 CP由实验板上的50MHz有源晶振产生；从PLD器件的专用时钟引脚L1输入到器件内部（在QuartusII下进行引脚锁定），为计数器提供时钟信号；由于实验板上所带的连续脉冲CP的频率为50MHz；因此，需要为秒表的计数器设计分频器，将50MHz的连续脉冲分频，得到秒脉冲；再由秒脉冲作为秒表计数器的计数时钟。本质上就是用VHDL语言描述模值为50，000，000的计数器。71、分频器设计（用VHDL语言描述）四、实验任务 0-9秒表实际上就是一个10进制计数器。方法1：采用VHDL分别描述10进制计数器，当计数值为9时，若再来一个时钟脉冲，计数器回到初值0重新计数82、计数器设

3、计（用VHDL语言描述）计数器产生的BCD数，若要采用数码管显示，还需要设计4 -7线译码器。实验板上带有2个4联共阴数码管,共8位,其公共端低电平有效,通过一片74LS138进行位选控制.93、4-7线译码器设计（用VHDL语言描述）（1）可采用多进程描述的方法，分频器为一个进程，计数器写入另一个进程。将分频器进程中的秒脉冲输出定义为signal，作为计数器进程的敏感信号，驱动计数器进行计数；（2）可采用原理图符号化连接的方法，将分频器和计数器所生成的元件符号在原理图中进行连接，完成顶层次设计。104、各模块的接口50MHz1Hz此处的秒表计数器就是10进制计数器秒脉冲分频器的VHDL描述秒表计数器及线译码器的VHDL描述 1. 通过QuartusII建立一个新项目； 2. 建立项目时选CycloneII系列（family）的目标器件（devices）EP2C35F484C8 3. 新建VHDL设计文件，编写VHDL程序，设计分频器、计数器及译码器，并编译通过； 4. 对设计进行引脚锁定，再次编译； 5.连接实验板下载线，将编译所生成的*.sof目标文件下载

4、到FPGA芯片中； 6. 观察运行结果，如不正确，检查设计，调整后重新编译后再次下载后观察，直至结果正确。14五、实验步骤建立工程；根据前面的示例编写程序；确认无错后执行全程编译；建立波形仿真文件，进行时序仿真，观察仿真结果15、建立工程并编写程序引脚锁定以实际的实验系统选用的芯片为准引脚锁定方法：在菜单下依次选择Assignments/Pin 双击编辑窗口对应引脚的Location，根据端口名选择引脚号2、引脚锁定Led（左起）DPGFEDCBAPLD 引脚Pin _G6Pin H3pin9 H5Pin J4pin H4pin J7Pin J5Pin N316现在将秒表的8个译码输出端所需引脚锁定到实验板对应的数码管段码端上。1、 2*4联共阴数码管的8个公共发光段与FPGA器件引脚的连接2、数字秒表的脉冲CP通过核心板板上的50MHz连续脉冲分频得到，锁定到Pin_L1。3、2*4联数码管位选端低电平有效，通过74HC138选择其锁定关系为（此处可以不锁定，默认最低位点亮）SEL2：Pin_F4; SEL1：Pin_F3; SEL0：Pin_M5;17双击“L

5、ocation”下方的表格框，弹出指定器件的引脚列表，选择用户自定义的引脚。这么多，选哪个呢？183、再次执行全程编译（必要步骤）19下载器第一次连接到PC机，会弹出硬件安装向导，按下述操作完成下载器安装启动下载：单击ToolsProgrammer,即启动下载界面在下载界面选择单击Hardware Setup按钮选择下载器，在弹出菜单中双击选择USB-Blaster ，再单击close。205、下载编程下载：在配置文件（*.sof或*.pof）信息窗口处（屏幕右下大半区域），勾选program/configure, 然后单击start按钮，即开始配置/编程；2122正在下载程序当下载窗口右上角progress显示出100%，表示下载成功；观察LED的显示效果是否达到设计要求。若编程器自身有故障或者未正确连接，则不能编程/配置，底部的信息栏会有红色字体的信息提示，这时需要检查编程器的连接。解决方法：将下载线与PC机USB连接线断开，插入，重试下载。236、故障处理若将示例程序中的程序下载到实验板上观察运行结果，所看到的将是“”字形的字段，请思考一下这是为什么？仔细分析程序中分频器描述的部分，对程序进行修改，重新编译后再次下载，观察是否已正常看到计秒现象修改程序，实现90到计时显示，并下载到实验板上运行，观察结果是否符合要求。24、结果分析及提高要求

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