FPGA实验指导书5万门doc 0814Word文档下载推荐.docx
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VHDL语言是一种用于电路设计的高级语言。
它在80年代的后期出现。
最初是由美国国防部开发出来供美军用来提高设计的可靠性和缩减开发周期的一种使用范围较小的设计语言。
但是,由于它在一定程度上满足了当时的设计需求,于是他在1987年成为AI/IEEE的标准(IEEESTD1076-1987)。
1993年更进一步修订,变得更加完备,成为AI/IEEE的AI/IEEESTD1076-1993标准。
目前,大多数的CAD厂商出品的EDA软件都兼容了这种标准。
VHDL的英文全写是:
VHSIC(VeryHigheedIntegratedCircuit)HardwareDescriptiongLanguage.翻译成中文就是超高速集成电路硬件描述语言。
因此它的应用主要是应用在数字电路的设计中。
目前,它在中国的应用多数是用在FPGA/CPLD/EPLD的设计中。
本实验箱可做为初学者的学习实验箱,主芯片采用了ALTERA公司的Cyclone系列EP1C3T144C8N,学习VHDL语言,为数字电路系统设计打下坚实的基础,学习ALTERA公司的开发平台QuartusII6.0,了解FPGA系统的开发设计流程。
目录
第1章FPGA系统1
1.1系统简介1
1.2系统功能特点1
1.3开发平台标准配置2
1.4功能模块介绍2
1.4.1电源2
1.4.2系统时钟3
1.4.3LED灯3
1.4.48位拨码开关3
1.4.5数码管显示4
1.4.6键盘阵列5
1.4.7独立矩形波信号源5
1.4.8蜂鸣器6
第2章基础门电路及触发器7
2.1实验一基本门电路7
2.1.1实验目的7
2.1.2实验内容7
2.1.3实验原理及说明7
2.1.4实验步骤7
2.1.5参考程序及引脚分配8
2.2实验二基本触发器9
2.2.1实验目的9
2.2.2实验内容9
2.2.3实验原理及说明9
2.2.4实验步骤9
2.2.5参考程序及引脚分配10
2.3实验三3-8译码器12
2.3.1实验目的12
2.3.2实验内容12
2.3.3实验原理12
2.3.4实验步骤12
2.3.5参考程序及引脚分配13
2.4实验四8—3编码器14
2.4.1实验目的14
2.4.2实验内容14
2.4.3实验原理14
2.4.4实验步骤14
2.4.5参考程序及引脚分配15
2.5实验五BCD八段显示译码器16
2.5.1实验目的16
2.5.2实验内容16
2.5.3实验原理16
2.5.4实验步骤16
2.5.5参考程序及引脚分配16
2.6实验六四选一数据选择器18
2.6.1实验目的18
2.6.2实验内容18
2.6.3实验原理及说明18
2.6.4实验步骤18
2.6.5实验参考程序及引脚分配:
19
2.7实验七数值比较器20
2.7.1实验目的20
2.7.2实验内容20
2.7.3实验原理及说明20
2.7.4实验步骤20
2.7.5参考程序及引脚分配21
2.8实验八4位二进制加法器22
2.8.1实验目的22
2.8.2实验内容22
2.8.3实验原理及说明22
2.8.4实验步骤23
2.8.5参考程序及引脚分配23
2.9实验九4位二进制乘法器25
2.9.1实验目的25
2.9.2实验内容25
2.9.3实验原理及说明25
2.9.4实验步骤26
2.9.5参考程序及引脚分配26
第3章逻辑电路30
3.1实验十移位寄存器30
3.1.1实验目的30
3.1.2实验内容30
3.1.3实验原理30
3.1.4实验步骤30
3.1.5参考程序及引脚分配30
3.2实验十一串行并行转换32
3.2.1实验目的32
3.2.2实验内容32
3.2.3实验原理及说明32
3.2.4实验步骤33
3.2.5参考程序及引脚分配33
3.3实验十二单时钟同步可逆计数器34
3.3.1实验目的34
3.3.2实验内容34
3.3.3实验原理及说明35
3.3.4实验步骤35
3.3.5参考程序及引脚分配35
3.4实验十三顺序脉冲发生及其检测37
3.4.1实验目的37
3.4.2实验内容37
3.4.3实验原理及说明37
3.4.4实验步骤38
3.4.5参考程序及引脚分配38
3.5实验十四按键数码管循环左移显示40
3.5.1实验目的40
3.5.2实验内容40
3.5.3实验原理40
3.5.4实验步骤41
3.5.5参考程序和引脚分配41
3.6实验十五电子时钟44
3.6.1实验目的44
3.6.2实验内容44
3.6.3实验原理45
3.6.4实验步骤45
3.6.5参考程序及引脚分配45
3.7实验十六按键控制51
3.7.1实验目的51
3.7.2实验内容51
3.7.3实验原理51
3.7.4实验步骤52
3.7.5参考程序及引脚分配52
第4章FPGA综合应用59
4.1实验十七数字密码锁59
4.1.1实验目的59
4.1.2实验内容59
4.1.3实验原理59
4.1.4实验步骤60
4.1.5参考程序及引脚分配60
4.2实验十八智力抢答器65
4.2.1实验目的65
4.2.2实验内容65
4.2.3实验原理及说明65
4.2.4实验步骤66
4.2.5参考程序及引脚分配67
4.3实验十九自动售货机73
4.3.1实验目的73
4.3.2实验内容73
4.3.3实验原理73
4.3.4实验步骤74
4.3.5参考程序和引脚分配74
4.4实验二十数字频率计79
4.4.1实验目的79
4.4.2实验内容79
4.4.3实验原理79
4.4.4实验步骤80
4.4.5参考程序及引脚分配80
第1章FPGA系统
1.1系统简介
FPGA系统教学开发平台采用国际著名可编程逻辑器件公司Altera的Cyclone系列5万门芯片为核心,整个平台采用模块化设计,各种模块可以自由组合,同时提供丰富的扩展接口,非常适合于FPGA初学者。
开发工程师可利用VHDL语言、Verilog语言、原理图或方程式,结合Altera集成开发环境QuartusII,进行编辑、综合、仿真和布局布线,通过加载配置并进行设计验证。
它可以满足绝大多数组合逻辑电路、时序逻辑电路设计需求;
可以进行初级的SOPC设计,简单的NIOS初级核设计,此书安排的实验由简单到难,一步一步引导你入门。
1.2系统功能特点
Ø
提供了5V、3.3V板上电源
20MHz的有源晶振,满足基本设计要求
144管脚封装,I/O资源丰富
芯片型号为CycloneEP1C3T144C8N
支持JTAG加载模式
8个7段数码管
16个用户LED灯(8个大LED灯,8个小LED灯)
4×
4键盘矩阵
8个开关量输入端口
蜂鸣器
独立矩形波发生器
1.3开发平台标准配置
FPGA核心板
FPGA基板
DC5V电源适配器
JTAG下载电缆(支持Altera全系列CPLD和FPGA仿真与下载)
《FPGA系统教学开发平台实验指导书》
1.4功能模块介绍
1.4.1电源
底板和核心板均采用直流5V电源供电,电源电路提供系统所需的3.3V电压。
1.4.2系统时钟
主芯片时钟由外部提供,由一片晶振提供20MHz频率的时钟源,接入芯片全局时钟引脚。
1.4.3LED灯
提供了16个LED灯,分为两组,每组八个,分别用74HC573做驱动。
1.4.48位拨码开关
可输入开关量‘0’和‘1’,可以做锁存按键使用。
1.4.5数码管显示
8个数码管为共阳极接入,用8个三极管分别对其进行驱动。
数码管的8个显示控制端分两组,每组4个共用,通过三极管基极选取当前显示的数码管。
数码管的8段a-h的位置及与控制端的对应如图1-1所示,因此,若显示数字“1”,则控制字为“11111001”,其它字符以此类推。
图1-1数码管图例
1.4.6键盘阵列
FPGA开发板上有一个4×
4的键盘阵列,每个按键均接入上拉电阻,默认状态为“1”,按下状态为“0”。
1.4.7独立矩形波信号源
这由一个晶振通过分频电路产生频率不同的矩形波。
1.4.8蜂鸣器
可作为报警信号发生器,用一个三极管做驱动。
1.4.9引脚分配表
实验板上的所有引脚分配均以此表为准:
SW0
99
SW1
100
SW2
103
SW3
104
SW4
105
SW5
106
SW6
107
SW7
108
LED_
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