《现代数字系统设计》课程总结.docx
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《现代数字系统设计》课程总结
《现代数字系统设计》课程总结
2011年秋季学期
实验一八路LED的开关控制
1.实验要求
本实验要求用8个开关分别控制8个LED的亮灭。
2.硬件设计思路
用FPGA的八个引脚做开关控制,八个引脚控制LED的亮灭。
3.软件程序流图
4.实验体会
通过本实验对VHDL语言有了初步的了解。
实验二8位可逆计数器设计
1.实验要求
本实验要求计数脉冲可以手动输入,也可以用脉冲源输入,通过开关可以选择。
2.硬件设计思路
4位输入(分别为脉冲选择、顺序选择开关,脉冲信号1,脉冲信号2),8位LED显示。
3.软件程序流图
2
1
4.实验体会
通过此实验对VHDL语言有了深入的了解,对FPGA的引脚也加深了研究。
运用了一些简单的VHDL语句。
实验三实现任意整数分频电路设计
1.实验要求
本实验要求实现占空比50%,分频系数可以通过拨码开关设定的分频电路。
2.硬件设计思路
时钟输入端(手动控制),计数选择(4位),频率显示(LED灯显示)。
3.软件程序流程
i.判断分频数为奇数还是偶数。
ii.如果是奇数则在(n+1)/2-1脉冲前后分别取正脉冲与负脉冲、负脉冲与正脉冲。
然后将两次的信号取或操作,以达到占空比为50%。
iii.如果是偶数则在n/2脉冲前后分别取正脉冲与负脉冲。
iv.输出脉冲信号。
4.实验体会
通过本次实验掌握了分频的基本思想,最大的难点是对奇分频的操作,若何达到完全的50%占空比使得实验难度加大。
我采取对奇分频的(n+1)/2-1脉冲前后取两次不同的脉冲信号取或操作来实验50%占空比分频。
实验四利用状态机实现多功能循环彩灯控制
1.实验要求
本实验要求实现4种循环方式,每种循环方式运行5次后,自动转换为下一种循环方式。
2.硬件设计思路
状态机的操作完全借助于内部电路的计算与转换,外电路只需要将转换状态以LED灯的循环方式显示出来,此试验只需要有8路引脚控制LED。
3.软件设计流程
i.设置四种状态变量。
ii.设置四种状态循环。
iii.在四种状态下分别设置一种循环方式,每种循环方式循环五次。
iv.将循环变化的信号值直接显示。
4.实验体会
此实验中熟悉了状态机的操作机制及工作原理。
对于每种状态下的循环方式的显示是难点,开始在四种状态之下又分别设置几种状态,这样虽然能够显示出需要的效果,但是软件显示的状态特别复杂,不便于掌控。
于是修改为四种状态下使用简单的逻辑循环语句来完成循环显示。
实验五8段数码管动态扫描显示控制
1.实验要求
本实验要求实现具有启动,停止,清零功能的秒表,启动,停止,清零由一个按钮开关控制。
2.硬件设计思路
此实验需要有一个控制开关,一个外部时钟输入端。
数码管的七段段码输出端,因为需要动态显示,所以6位数码管需要6个引脚单独控制显示状态。
3.软件程序流程
i.外部时钟选择20M晶振并且分频为100HZ,1000HZ(其中100HZ的信号用于计数,1000HZ的信号用于显示)。
ii.在100HZ的脉冲信号有效时,对秒表的最低为进行十进制计数操作,溢出时向高位进位。
iii.开关控制一个信号的三种状态,然后这三种状态分频控制计数模块的计数,锁存以及清零。
iv.将计数的整数转换为数码管可以显示的段码操作。
在1000HZ的脉冲下控制数码管循环显示。
4.实验体会
本实验中计数模块的进制数的选择以及进位操作时本实验的难点,通过IF条件判断是否溢出并且在溢出的时候进位。
另一个遇到的问题是:
理论上想数码管动态扫描脉冲越快,显示效果越好,但是实际并非如此当我加20M晶振直接扫描时,显示效果非常差。
不断测试发现在1000HZ下显示比较满意。
经研究得出这是因为数码管的段码变化速度比20M扫描慢太多的原因。
实验六频率计设计
1.实验要求
本实验要求实现一个可测频率范围为1Hz——1MHz的数字频率计,并用数码管显示测量结果,并对测量精度进行分析说明。
2.硬件设计思路
此实验需要一个外部时钟输入端,一个外部信号输入端。
数码管的七段段码输出端,因为需要动态显示,所以6位数码管需要6个引脚单独控制显示状态。
3.软件程序流程
i.外部时钟选择20M晶振并且分频为100HZ,1000HZ(其中100HZ的信号用于计数,1000HZ的信号用于显示)。
ii.在外部信号的一个时钟周期内,在100HZ的脉冲信号的控制下对计数值的最低为进行十进制计数操作,溢出时向高位进位。
iii.将计数的整数转换为数码管可以显示的段码操作。
在1000HZ的脉冲下控制数码管循环显示。
4.实验体会
本实验在秒表实验的基础上做起来较为简单,只需要对计数条件加以控制即可。
实验七矩阵式键盘扫描与键码检测
1.实验要求
本实验要求当按下某键时,在LED上显示该键的键码。
2.硬件设置思路
硬件部分分为键盘扫描模块,需要8个引脚分别对行列进行扫描;数码管显示模块,需要七段数码管段码既需要7个引脚,数码管的公共端接地。
3.软件程序流程
i.通过芯片对矩阵键盘的行健行赋值,在脉冲来的条件下顺次使四行中的一行处于高电平状态。
ii.在脉冲的有效值的条件下对列进行扫描。
通过对有效信号的判断得出具体按下的键盘。
iii.将键盘的数字转换为数码管段码并输出显示。
4.实验体会
此实验中最大的问题是对仿真硬件的研究不到位,总想对列进行扫描结果总是失败,知道发现行列之间的那个二极管,才知道应该对行扫描。
通过此次实验掌握了矩阵键盘的扫描方法,也提醒自己在以后的实验中要注意硬件仿真模块的研究。
实验八LPM的使用
1.实验要求
自主选择两个LPM模块组成一时序系统,实现功能测试,并理解每个LPM的所有参数含义。
2.硬件设计思路
经研究发现LPM模块下有16进制计数器,所以有想法把16进制转换为10进制计数,并通过7448进行译码数码管显示,需要有一个外部时钟信号输入端,并且有7段段码输出端。
3.软件程序流程
i.设置LPM模块分别为
(1)4位输出,向上计数。
(2)2进制数输出,时钟使能。
(3)同步清零。
ii.将输出四位信号给7448译码并显示。
iii.在计数到9使同步清零。
4.实验体会
此实验中对LPM的参数的理解是一个重点,在实验中需要将总线分开显示遇到了总线下的分线的使用的问题。
课程心得及建议
这门课程让我对电路设计有了新的认识,全智能下的电路设置充满了无穷的魅力,但在课程实验中总是会遇到很多的问题,VHDL这种新的语言虽然与其他语言有相似之处,但是其独有的逻辑语言,以及语法规则让我开始设计时有些棘手,因为总想用C语言的设计理念来书写VHDL语言,结果程序总是报错。
开始时喜欢先用C把思路写好,再翻译成VHDL语言,但发现这样改错很慢。
几次实验之后把VHDL语言重新学习了一遍,感觉还是直接写来的快,掌握了语法特性之后,写起来也没有C语言难。
感觉接触新的语言开始比较慢,当与VHDL达到默契的程度之后,语法规则已经不再是程序出错的主要问题了。
通过实验使我掌握了FPGA的设计方法,并且喜欢这种设计思路。
希望实验中可以多一些自己设计的实验,而不是都由老师设定题目。
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