福建农林大学计算机与信息学院
信息工程类
实验报告
2013年11 月19 日
实验项目列表
福建农林大学计算机与信息学院信息工程类实验报告
系：电子信息工程系专业：电子信息工程年级： 2010级
姓名：学号：实验课程： VHDL数字系统设计
实验室号：__ 田C407 实验设备号： 09 实验时间： 11.12 指导教师签字：成绩：
实验一数控分频器的设计
1．实验目的和要求
学习数控分频器的设计、分析和测试方法。
2．实验原理
信号有不同的分频比，数控分频器就是用计数值可并行预置的加法计数器设计完成的，方法是将计数溢出位与预置数加载输入信号相接即可，详细设计程序如例1所示。
数控分频器的仿真波形如图1所示：输入不同的CLK频率和预置值D，给出如图1的时序波形。
100.0μs200.0μs300.0μs400.0μs
图1 当给出不同输入值D时，FOUT输出不同频率(CLK周期=50ns)
3．主要仪器设备（实验用的软硬件环境）
实验的硬件环境是：
微机一台
GW48 EDA实验开发系统一套
电源线一根
十芯JTAG口线一根
USB下载线一根
USB下载器一个
示波器
实验的软件环境是：
Quartus II 9.0软件
4．操作方法与实验步骤
（1）创建工程，并命名位test。
（2）打开QuartusII,建立VHDL文件，并输入设计程序。保存为DVF.
（3）选择目标器件。Acex1k—EP1K100QC208-3。
（4）启动编译。
（5）建立仿真波形图。
（6）仿真测试和波形分析。
（7）引脚锁定编译。
（8）编程下载。
（9）硬件测试
5．实验内容及实验数据记录
在实验系统上硬件验证例5-20的功能。可选实验电路模式1（第一章图4）；键2/键1负责输入8位预置数D(PIO7-PIO0)；CLK由clock0输入，频率选65536Hz 或更高(确保分频后落在音频范围)；输出FOUT接扬声器(SPKER)。编译下载后进行硬件测试：改变键2/键1的输入值，可听到不同音调的声音。
6．实验数据处理与分析
1）实验代码
【例1】
LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITY DVF IS
PORT ( CLK : IN STD_LOGIC;
D : IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);
FOUT : OUT STD_LOGIC );
END;
ARCHITECTURE one OF DVF IS
SIGNAL FULL : STD_LOGIC;
BEGIN
P_REG: PROCESS(CLK)
VARIABLE CNT8 : STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);
BEGIN
IF CLK'EVENT AND CLK = '1' THEN
IF CNT8 = "11111111" THEN
CNT8 := D; --当CNT8计数计满时，输入数据D被同步预置给计数器CNT8 FULL <= '1'; --同时使溢出标志信号FULL输出为高电平
ELSE CNT8 := CNT8 + 1; --否则继续作加1计数
FULL <= '0'; --且输出溢出标志信号FULL为低电平
END IF;
END IF;
END PROCESS P_REG ;
P_DIV: PROCESS(FULL)
VARIABLE CNT2 : STD_LOGIC;
BEGIN
IF FULL'EVENT AND FULL = '1' THEN
CNT2 := NOT CNT2; --如果溢出标志信号FULL为高电平，D触发器输出取反
IF CNT2 = '1' THEN FOUT <= '1'; ELSE FOUT <= '0';
END IF;
END IF;
END PROCESS P_DIV ;
END;
2.）实验仿真
2.1输入代码
2.2编译测试
2.3引脚锁定
2.4软件仿真结果
2.5VHDL文本输入法时序仿真波形
●错误波形
●调试后得到正确波形
3）硬件相关部分的测试
2）硬件测试结果
可以听到不同的蜂鸣器声音，改变CLK的选择项可以变换声音的频率。
3）仿真波形
7．质疑、建议、问题讨论
通过本次实验我学会了数控分频器的设计、分析和测试方法，同时也更加熟练的掌握了QuartusII软件的使用，对于VHDL语言的使用也更加熟练，对于其语法结构也更加敏感。但是实验中仍存在一些问题有待解决，例如数码管显示数
值的原理，以及时钟频率对程序的影响，这些原理都需要我们在实验之余仔细思。
考通过本次实验，更透彻的理解了实验程序是如何通过改变蜂鸣器的音调来体现数控分频的，真正的理解了分频的概念。
福建农林大学计算机与信息学院信息工程类实验报告
系：电子信息工程系专业：电子信息工程年级： 2010级
姓名：学号：实验课程： VHDL数字系统设计
实验室号：__ 田C407 实验设备号： 09 实验时间： 11.12 指导教师签字：成绩：
实验二嵌入式锁相环PLL应用
1．实验目的和要求
学习使用Cyclone器件中的嵌入式锁相环，为以后的设计作准备。
2．实验原理
锁相环路（PLL）亦称自动相位控制（APC）电路，它是一种利用相位误差消除频率误差的反馈控制系统。如图1所示，由鉴相器（相位比较器）、环路滤波器（低通滤波器）和压控振荡器三个基本部件组成。
3．主要仪器设备（实验用的软硬件环境）
实验的硬件环境是：
微机一台
GW48 EDA实验开发系统一套
电源线一根
十芯JTAG口线一根
USB下载线一根
USB下载器一个
示波器
实验的软件环境是：
Quartus II 9.0软件
4．操作方法与实验步骤
1.打开QuartusII,创建一新工程，工程名称为PLLs，顶层实体名为GW_PLL。
2.建立PLL模块
3.创建顶层文件并仿真PLL模块
4.实测PLL模块
5．实验内容及实验数据记录
调用PLL的LPM模块创建GW_PLL.vhd的顶层文件编译并仿真。修改PLL 的输出频率，再次编译仿真。步骤如下：
（一）建立PLL模块
1、首先创建一新工程，工程名称为PLLs，顶层实体名为GW_PLL。
2、在QuartusII的Tools菜单中选择MegaWizard Plug-In Manager，对弹出的界面选择Create a new custom…项，定制一个新的模块。在弹出的对话框，在左栏选择I/O项下的ALTPLL，再选Cyclone器件和VHDL语言方式，最后输入设计文件存放的路径和文件名，如d:\PLLs\PLL50.vhd。单击Next按钮后弹出图1 所示的窗口。
2、在图1 所示窗口中首先设置参考时钟频率inclk0为50MHz，注意，这个时钟频率不能低于16MHz，接着在图1所示的窗口中选择锁相环的工作模式（选择内部反馈通道的通用模式）。单击Next按钮后即进入图2所示的窗口。在此窗口主要选择PLL的控制信号，如PLL的使能控制pllena；异步复位areset；锁相输出locked等。为了简便，在此消去所有控制信号。选择第一个输出时钟信号c0相对于输入时钟的倍频因子是2，图3所示的窗口中选中Use this c1，即选择另一输出时钟端c1,相对输入时钟的倍频因子是1/2，时钟相移和时钟占空比不变，保持原来默认的数据。
4、连续点击“Next”完成设计。
（二）创建顶层文件并仿真PLL模块（参考《EDA技术与VHDL》第7章）下例是调用了锁相环PLL50模块的顶层设计文件，,顶层文件用VHDL编写，保存为GW_PLL.vhd，用set as top level Entity设为顶层文件编译并仿真。
图 1 选择参考时钟为50MHz（输入频率不能小于16MHz）
图 2 选择控制信号
图 3 选择输出频率为75MHz
图 4 修改输出频率选择
（三）实测PLL模块
对于工程GW_PLL，选择器件为EP1C3TC144，锁相环的频率输入端只能是pin16和pin17脚，在此不仿锁在pin17上，恰好对应实验箱的clock2（clock5对应pin16），所以在实验中要用一短线将Clock0的50MHz信号引接到clock5的输入端（要拔去其上的短路帽，引过来的短线接靠左排上任一针上），输出可锁定于任何一I/O口上。在此锁在GW48箱上右排座下端的标有“IO26”上，它对应pin67。编译后下载，用频率计测试此端的频率输出，应该为75MHz。
6．实验数据处理与分析
1.实验代码
2.引脚锁定
3.实验测试
实操图
7．质疑、建议、问题讨论
通过本次实验，学会了如何建立模块，如何创建顶层文件以及对模块的仿真，能够透彻的理解软件功能和VHDL语言特点；虽然对PLL锁相环的相关知识了解的不多，但通过此次实验初步了解了什么是pLL 以及相关的一些设置和操作，但在实验中也暴露出对软件使用不熟悉这一问题。在以后的学习中要多加运用，熟练掌握。
此实验同时也为后续的实验做了很好的铺垫，对于后续实验的顺利进行提供了很好的调节。
福建农林大学计算机与信息学院信息工程类实验报告
系：电子信息工程系专业：电子信息工程年级： 2010级
姓名：学号：实验课程： VHDL数字系统设计
实验室号：__ 田C407 实验设备号： 09 实验时间： 11.12 指导教师签字：成绩：
实验三正弦信号发生器
1．实验目的和要求
进一步熟悉QuartusII及其LPM_ROM与FPGA硬件资源的使用方法。2．实验原理
正弦信号发生器由三部分组成：数据计数器或地址发生器、数据ROM和D/A。顶层文件SINGT.VHD在FPGA中实现，包含两部分：ROM的地址发生器由5位计数器担任，正弦数据存储器ROM由LPM_ROM构成。该结构可以达到最优设计，LPM_ROM底层是FPGA中的EAB或ESB等。对每周期的正弦波形采样64个点，地址发生器的时钟CLK的输入频率f0与D/A输出的频率f间的关系是f=f0/64。
3．主要仪器设备（实验用的软硬件环境）
实验的硬件环境是：
微机一台
GW48 EDA实验开发系统一套
电源线一根
十芯JTAG口线一根
USB下载线一根
USB下载器一个
示波器
实验的软件环境是：
Quartus II 9.0软件
4．操作方法与实验步骤
根据例1，在Quartus II上完成正弦信号发生器设计，包括仿真和资源利用情
况了解（假设利用Cyclone器件）。最后在实验系统上实测。
信号输出的D/A使用实验系统上的DAC0832，注意其转换速率是1μs，其引脚功能简述如下：
ILE：数据锁存允许信号，高电平有效，系统板上已直接连在＋5V上；WR1、WR2：写信号1、2，低电平有效；XFER：数据传送控制信号，低电平有效；VREF：基准电压，可正可负，－10V～＋10V；RFB：反馈电阻端；IOUT1/IOUT2：电流输出端。D/A转换量是以电流形式输出的，所以必须将电流信号变为电压信号；AGND/DGND：模拟地与数字地。在高速情况下，此二地的连接线必须尽可能短，且系统的单点接地点须接在此连线的某一点上。
建议选择GW48系统的电路模式No.5，由第一章对应的电路图可见，DAC0832的8位数据口D[7..0]分别与FPGA的PIO31、30..、24相连，如果目标器件是EP1CQ240，则对应的引脚是：21，41，128，132，133，134，135，136；时钟CLK接系统的clock0，对应的引脚是28，选择的时钟频率不能太高（转换速率1μs，）。还应该注意，DAC0832电路须接有+/－12V电压：GW48系统的+/-12V电源开关在系统左侧上方。然后下载SINGT.sof到FPGA中；波形输出在系统左下角，将示波器的地与GW48系统的地（GND）相接，信号端与“AOUT”信号输出端相接。如果希望对输出信号进行滤波，将GW48系统左下角的拨码开关的“8”向下拨，则波形滤波输出，向上拨则未滤波输出，这可从输出的波形看出。
基本步骤如下：
一、顶层文件设计
1 创建工程和编辑设计文件
正弦信号发生器的结构由3部分组成（1）：数据计数器或地址发生器、数据ROM和D/A。性能良好的正弦信号发生器的设计要求此3部分具有高速性能，且数据ROM在高速条件下，占用最少的逻辑资源，设计流程最便捷，波形数据获最方便。图1所示是此信号发生器结构图，顶层文件SINGT.VHD在FPGA中实现，包含2个部分：ROM的地址信号发生器由5位计数器担任，和正弦数据ROM，拒此，ROM由LPM_ROM模块构成能达到最优设计，LPM_ROM底层是FPGA中的EAB或ESB等。地址发生器的时钟CLK的输入频率f0与每周期的波形数据点数（在此选择64点），以及D/A输出的频率f的关系是：f = f0 /64
图1 正弦信号发生器结构图
2 创建工程
3 编译前设置
在对工程进行编译处理前，必须作好必要的设置。具体步骤如下：
1、选择目标芯片；
2、选择目标器件编程配置方式；
3、选择输出配置；
4 编译及了解编译结果
5 正弦信号数据ROM定制（包括设计ROM初始化数据文件）
6 仿真
7 引脚锁定、下载和硬件测试
8 使用嵌入式逻辑分析仪进行实时测试
9 对配置器件编程
10 了解此工程的RTL电路图
5．实验内容及实验数据记录
1）系统方框图
2）实验代码
【正弦信号发生器顶层设计】
LIBRARY IEEE; --正弦信号发生器源文件
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITY SINGT IS
PORT ( CLK : IN STD_LOGIC; --信号源时钟
DOUT : OUT STD_LOGIC_VECTOR (7 DOWNTO 0) );--8位波形数据输出END;
ARCHITECTURE DACC OF SINGT IS
COMPONENT data_rom --调用波形数据存储器LPM_ROM文件：data_rom.vhd声明 PORT(address : IN STD_LOGIC_VECTOR (5 DOWNTO 0);--6位地址信号 inclock : IN STD_LOGIC ;--地址锁存时钟
q : OUT STD_LOGIC_VECTOR (7 DOWNTO 0) );
END COMPONENT;
SIGNAL Q1 : STD_LOGIC_VECTOR (5 DOWNTO 0); --设定内部节点作为地址计数器 BEGIN
PROCESS(CLK ) --LPM_ROM地址发生器进程
BEGIN
IF CLK'EVENT AND CLK = '1' THEN Q1<=Q1+1; --Q1作为地址发生器计数器END IF;
END PROCESS;
u1 : data_rom PORT MAP(address=>Q1, q => DOUT,inclock=>CLK);--例化END;
3）输入代码
4）编译测试
5）引脚配置
5）RTL电路图
选择菜单Tools——>RTL Viewer即弹出图3-35所示的工程singt的RTL电路图，由图可以了解该工程的电路结构。其中，六个D触发器构成6位锁存器，他们与加法器构成6位计数器，即波形数据ROM的地址发生器。
6）正弦信号ROM定制
6.1设计ROM初始化数据文件。
6.1.1建立.mif格式文件。
6.1.2建立.hex格式文件。
6．实验数据处理与分析
仿真结果如下
《创新实验》实验报告 —基于VHDL的编程和硬件实现
一、实验目的 1.熟悉和掌握硬件描述语言VHDL的基本语法及编写； 2.掌握软件Xilinx ISE 10.1的使用； 3.熟悉SDZ-6电子技术实验箱的使用； 4.了解节拍脉冲发生器等基本电路的实现； 5.了解八位二进制计数器的功能与设计； 6.学习键盘和七段数码管显示的控制和设计。 二、实验内容 1.Xilinx ISE 10.1软件的使用； 2.节拍脉冲发生器等基本电路的实现； 3.八位二进制计数器的实现 4.键盘扫描及显示的实现 三、实验器材 1、PC机 2、SDZ-6电子技术实验箱 3、正负5V电源 4、I/O接口线 四、软件的使用 在安装Xilinx10.1软件时，需要一个ID号，其实这个ID号是可以重复使用的，几个同学在官网注册后就可以共享ID号了。 安装完成之后就可以使用这个软件编写相应的VHDL的程序。 1.新建工程 File—>New Project 弹出下面的对话框 输入工程名后单击Next。然后根据本实验的实验箱进行以下设置。
以后的步骤一般都是单击Next（有些资料上会介绍有些这些步骤的具体功能，但对于本实验不必用到），最后单击Finish，完成新建一个工程。在窗口的左边会出现刚刚新建的工程，如下: 2.新建一个VHDL的源文件。 在上图中，右击工程选择New Source ，弹出如下对话框。
在对画框的左边选择VHDL Module，输入文件的名字（改名字最好是你定义的实体的名字）。单击Next。出现下面的对话框。 该对话框主要是对外部端口的编辑。可以直接跳过，即单击Next，在源文件上编辑端口。然后在接下来的对话框中单击Finish。完成建立一个源文件。窗口右边就会出现刚才编辑的源文件。 3.编写和编译代码 将事先编好的代码复制到源文件里，然后保存文件。 选中左边的文件名，在窗体的左边出现如下编辑文档内容。
VHDL实验报告 60 庄炜旭实验三. 4位可逆计数器，4位可逆二进制代码－格雷码转换器设计 一．实验目的 学习时序电路的设计,仿真和硬件测试,进一步熟悉VHDL设计技术 1. 学习４位可逆计数器的设计 2. 学习４位可逆二进制代码－格雷码转换器设计 二．实验内容 设计4位可逆计数器，及4位可逆二进制代码－格雷码转换器，并仿真，下载。 [具体要求] 1.4位可逆计数器 a)使用CLOCK_50作为输入时钟，其频率为50MHz（对于频率大于50Hz的闪烁， 人眼会看到连续的光），因而，对其进行225的分频后，再用于时钟控制。（可 利用实验一） b)使用拨码开关SW17作为模式控制，置‘1’时为加法计数器，置‘0’时为减 法计数器，同时使用LEDR17显示SW17的值。 c)使用KEY3作为异步复位开关（按下时为0，不按为1），当为加法计数器时， 置“0000”，当为减法计数器时，置“1111”。 d)使用LEDR3，LEDR2，LEDR1，LEDR0作为转换后的输出结果显示，LEDR3为高 位，LEDR0为低位。 2.4位可逆二进制代码――格雷码转换器 a)使用拨码开关SW17作为模式控制，置‘1’时为二进制代码―>格雷码转换， 置‘0’时为格雷码―>二进制代码，同时使用LEDR17显示SW17的值。 b)使用拨码开关SW3, SW2, SW1, SW0作为输入的被转换数，SW3为高位，SW0 为低位。 c)使用LEDR3，LEDR2，LEDR1，LEDR0作为转换后的输出结果显示，LEDR3为高 位，LEDR0为低位。 三．管脚设定 SW[0]PIN_N25 SW[1]PIN_N26 SW[2]PIN_P25 SW[3] PIN_AE14 SW[17] PIN_V2 LEDR[0] PIN_AE23 LEDR[1] PIN_AF23 LEDR[2] PIN_AB21 LEDR[3] PIN_AC22 LEDR[17] PIN_AD12 KEY[3] PIN_W26
硬件描述语言期末实验报告 题目：硬件描述语言实现秒表功能 姓名xxxx 学号xxxxxxxxxx 年级专业xxxxxxxxxxxxx 指导教师xxxx 2012年6月20日
河北大学本科生VHDL硬件实验论文（设计） 硬件描述语言实现秒表功能 摘要 应用VHDL语言设计数字系统，很多设计工作可以在计算机上完成，从而缩短了数字系统的开发时间。我们尝试利用VHDL为开发工具设计数字秒表。 秒表的逻辑结构较简单，它主要由十进制计数器、六进制计数器、数据选择器、和显示译码器等组成。在整个秒表中最关键的是如何获得一个精确的100HZ计时脉冲，除此之外整个秒表还需有一个启动信号，暂停信号和一个清零信号，以便秒表能随意停止及启动。 关键词：VHDL语言数字秒表时序仿真图
目录 一、实验目的 (1) 二、硬件要求 (1) 三、引脚说明 (1) 四、模块介绍 (2) 4.1.计数器（六、十进制） (2) 4.2.蜂鸣器 (2) 4.3.译码器 (3) 4.4.控制器 (4) 五、整体连接图 (5) 六、实验结果 (6) 七、实验总结 (6) 八、谢辞 (7) 九、附录 (7)
一实验目的 学习使用VHDL语言，以及EDA芯片的下载仿真。 二硬件要求 （1）主芯片EPF10K10LC84-4。 （2）蜂鸣器。 （3）8位八段扫描共阴极数码显示管。 （4）二个按键（暂停，开关）。 三引脚说明 3.1引脚设置 3.2信号说明 signal q:std_logic_vector(3 downto 0); --q是用于分频的信号。 signal state: std_logic_vector(3 downto 0); --state为状态信号，state为1时为暂停记录状态，为0时为正常显示计数状态。signal led: std_logic_vector(3 downto 0); --led为数码管扫描信号，通过对d1~d6的选择使数码管发光。
EDA 实验报告 ——多功能电子钟 姓名:张红义 班级：10级电科五班 学号：1008101143 指导老师：贾树恒
电子钟包括：主控模块，计时模块，闹钟模块，辅控模块，显示模块，蜂鸣器模块，分频器模块。 1．主控模块： 主要功能：控制整个系统，输出现在的状态，以及按键信息。 源代码: libraryieee; use ieee.std_logic_1164.all; useieee.std_logic_arith.all; useieee.std_logic_unsigned.all; entity mc is port(functionswitch,k,set,lightkey: in std_logic; chose21,setout: out std_logic; lightswitch:bufferstd_logic; modeout,kmodeout : out std_logic_vector(1 downto 0); setcs,setcm,setch,setas,setam,setah:outstd_logic); end mc; architecture work of mc is signalmode,kmode:std_logic_vector(1 downto 0); signal light,chose21buf:std_logic; signalsetcount:std_logic_vector(5 downto 0); begin process(functionswitch,k,set,lightkey) begin iffunctionswitch'event and functionswitch='1' then mode<=mode+'1'; end if; iflightkey'event and lightkey='1' then lightswitch<=not lightswitch; end if; if mode="01" thenchose21buf<='0'; else chose21buf<='1'; end if; ifk'event and k='1' then if mode="01" or mode="11" then kmode<=kmode+'1'; end if;end if; if set='1' then if mode = "01" then ifkmode="01" then setcount<="000001"; elsifkmode="10" thensetcount<="000010"; elsifkmode="11" then setcount<="000100";
实验一 Quartus II软件使用与十进制计数器 一、实验目的 熟悉使用Quartus II软件 二、实验内容 安装Quartus II软件并成功注册、使用Quartus II软件建立工程并完成十进制计数器三、实验仪器、设备 计算机、Quartus II软件 四、实验步骤 1.打开安装文件位于…quartusII6.0\disk1\install.exe，根据提示进行下一步操作，在弹出 框中选择第一个选项，install Quartus II and Related Software。 Quartus II的安装步骤1 接下来的安装中选择下一步，到下图选择界面。只勾选安装Quartus II 6.0即可。 Quartus II的安装步骤2
2.完成安装步骤2后选择下一步至下图所示，选择完全安装complete，再继续点击下 一步至安装开始。 完全安装Quartus II软件 软件安装途中出现如下图所示情况时，选择安装文件中的…disk2\disk2\quartus，然后选择确定——OK继续安装直到结束。 安装过程中换disk2路径 Quartus II软件的安装至此结束，此安装步骤WINXP/WIN 7均有效，WIN8若有问题，请修改兼容权限。 3.软件注册。软件安装结束后打开Quartus II软件将出现下图所示情况，这是没有注册的提醒，我们必须先进行注册才能建立工程文件，若大家忽略了这个提示窗口，直接进行工程建立等工作，任何仿真图和编译功能都无法正常使用，等于白费功夫浪费时间，还要重新做，非常影响学习兴趣和情绪。 （由于软件注册是绑定MAC物理地址，所以每台机器的license 是完全不一样的，实验室的电脑已经安装好了Quartus II软件，但是没有注册，所以做实验的时候一点要先注册，不然就白做了）
专用集成电路实验报告 13050Z01 1305024237 刘德文
实验一开发平台软件安装与认知实验 实验内容 1、本实验以三线八线译码器（LS74138）为例，在Xilinx ISE 9.2软件平台上完成设计 电路的VHDL文本输入、语法检查、编译、仿真、管脚分配和编程下载等操作。下载芯片选择Xilinx公司的CoolRunner II系列XC2C256-7PQ208作为目标仿真芯片。 2、用1中所设计的的三线八线译码器（LS74138）生成一个LS74138元件，在Xilinx ISE 9.2软件原理图设计平台上完成LS74138元件的调用，用原理图的方法设计三线八线译 码器（LS74138），实现编译，仿真，管脚分配和编程下载等操作。 源程序： library IEEE; use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL; use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; -- Uncomment the following lines to use the declarations that are -- provided for instantiating Xilinx primitive components. --library UNISIM; --use UNISIM.VComponents.all; entity ls74138 is Port ( g1 : in std_logic; g2 : in std_logic; inp : in std_logic_vector(2 downto 0); y : out std_logic_vector(7 downto 0)); end ls74138; architecture Behavioral of ls74138 is begin process(g1,g2,inp) begin if((g1 and g2)='1') then case inp is when "000"=>y<="00000001"; when "001"=>y<="00000010";
福建农林大学计算机与信息学院 信息工程类 实验报告 2013年11 月13 日
实验项目列表
福建农林大学计算机与信息学院信息工程类实验报告 系：电子信息工程系专业：电子信息工程年级： 2010级 姓名：学号：实验课程： VHDL数字系统设计 实验室号：__ 田C407 实验设备号： 07 实验时间： 11.12 指导教师签字：成绩： 实验一数控分频器的设计 1．实验目的和要求 学习数控分频器的设计、分析和测试方法。 2．实验原理 信号有不同的分频比，数控分频器就是用计数值可并行预置的加法计数器设计完成的，方法是将计数溢出位与预置数加载输入信号相接即可，详细设计程序如例1所示。 数控分频器的仿真波形如图1所示：输入不同的CLK频率和预置值D，给出如图1的时序波形。 100.0μs200.0μs300.0μs400.0μs 图1 当给出不同输入值D时，FOUT输出不同频率(CLK周期=50ns) 3．主要仪器设备（实验用的软硬件环境） 实验的硬件环境是： 微机一台 GW48 EDA实验开发系统一套 电源线一根 十芯JTAG口线一根 USB下载线一根 USB下载器一个 示波器 实验的软件环境是： Quartus II 9.0软件
4．操作方法与实验步骤 （1）创建工程，并命名位test。 （2）打开QuartusII,建立VHDL文件，并输入设计程序。保存为DVF. （3）选择目标器件。Acex1k—EP1K100QC208-3。 （4）启动编译。 （5）建立仿真波形图。 （6）仿真测试和波形分析。 （7）引脚锁定编译。 （8）编程下载。 （9）硬件测试 5．实验内容及实验数据记录 在实验系统上硬件验证例5-20的功能。可选实验电路模式1（第一章图4）；键2/键1负责输入8位预置数D(PIO7-PIO0)；CLK由clock0输入，频率选65536Hz 或更高(确保分频后落在音频范围)；输出FOUT接扬声器(SPKER)。编译下载后进行硬件测试：改变键2/键1的输入值，可听到不同音调的声音。 6．实验数据处理与分析 1）实验代码 【例1】 LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY DVF IS PORT ( CLK : IN STD_LOGIC; D : IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); FOUT : OUT STD_LOGIC ); END; ARCHITECTURE one OF DVF IS SIGNAL FULL : STD_LOGIC; BEGIN P_REG: PROCESS(CLK) VARIABLE CNT8 : STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); BEGIN IF CLK'EVENT AND CLK = '1' THEN IF CNT8 = "11111111" THEN CNT8 := D; --当CNT8计数计满时，输入数据D被同步预置给计数器CNT8 FULL <= '1'; --同时使溢出标志信号FULL输出为高电平 ELSE CNT8 := CNT8 + 1; --否则继续作加1计数 FULL <= '0'; --且输出溢出标志信号FULL为低电平 END IF; END IF; END PROCESS P_REG ; P_DIV: PROCESS(FULL) VARIABLE CNT2 : STD_LOGIC; BEGIN IF FULL'EVENT AND FULL = '1' THEN CNT2 := NOT CNT2; --如果溢出标志信号FULL为高电平，D触发器输出取反
实验一 实验目的： 熟悉quartus的vhdl文本设计流程全过程，学习简单的组合电路的设计，多层次的电路设计，仿真和硬件测试 二、实验内容 内容（一）用vhdl语言设计2选1多路选择器 参考例3-1程序设计如下： library ieee; use mux21a is port (a,b,s:in bit; y: out bit); end entity mux21a; architecture one of mux21a is begin y<=a when s='0' else b; end architecture one 全程编译后软件提示0错误，3警告，可以继续下面仿真操作。 程序分析： 这是一个2选1多路选择器，a和b分别为两个数字输入端的端口名，s为通道选择控制信号输入端的端口名，y为输出端的端口名。 时序仿真及分析： 时序仿真输入图： 时序仿真输出图： 时序分析： 由上面两图可以得知：当s=0时，y口输出a，当s=1时，y口输出b 下载和硬件测试： 引脚锁定图： 程序下载完成后，选择实验电路模式5，通过短路帽选择clock0接256Hz 信号，clock2接8Hz信号。通过键一控制s，当键一进行切换时，明显能听到扬声器发出两种不同音调的声音。 实验内容（二）双二选一多路选择器设计
程序设计： library ieee; use mux21a is port (a,b,s:in bit; y: out bit); end entity mux21a; architecture one of mux21a is begin y<=a when s='0' else b; end architecture one; entity muxk is port (a1,a2,a3,s0,s1:in bit; outy:out bit); end entity muxk; architecture bhv of muxk is component mux21a port (a,b,s:in bit; y:out bit); end component; signal tmp: bit; begin u1:mux21a port map(a=>a2,b=>a3,s=>s0,y=>tmp); u2:mux21a port map(a=>a1,b=>tmp,s=>s1,y=>outy); end architecture bhv; 全程编译后软件提示0错误，2警告 程序分析： 这是一个双2选1多路选择器，a1、a2和a3分别为两个数字输入端的端口名，s0、s1为通道选择控制信号输入端的端口名，outy为输出端的端口名。实体mux21a是一个2选一选通电路，实体muxk是元件的例化，其作用是将两个mux21a组合成一个3选1多路选择器。 时序仿真及分析： 时序仿真输入图 时序仿真输出图 时序分析: 从仿真出来的结果，我们不难发现，s0和s1做为a1、a2、a3的选通控制信号。当s0=0.、s1=0时，outy输出a1；当s0=0.、s1=1时，outy输出a2；当s0=1.、s1=0时，outy输出a1；当s1=1.、s2=1时，outy输出a3； 下载和硬件测试： 引脚锁定图
VHDL实验报告 5080309563 李斌 实验三.4位可逆计数器，4位可逆二进制代码－格雷码转换器设计 [设计思路及步骤]： 一．需求： 设计4位可逆计数器，及4位可逆二进制代码－格雷码转换器，并仿真，下载。 [具体要求] 1.4位可逆计数器 a)使用CLOCK_50作为输入时钟，其频率为50MHz（对于频率大于50Hz的闪烁， 人眼会看到连续的光），因而，对其进行225的分频后，再用于时钟控制。（可 利用实验一） b)使用拨码开关SW17作为模式控制，置‘1’时为加法计数器，置‘0’时为减 法计数器，同时使用LEDR17显示SW17的值。 c)使用KEY3作为异步复位开关（按下时为0，不按为1），当为加法计数器时， 置“0000”，当为减法计数器时，置“1111”。 d)使用LEDR3，LEDR2，LEDR1，LEDR0作为转换后的输出结果显示，LEDR3为高 位，LEDR0为低位。 2.4位可逆二进制代码――格雷码转换器 a)使用拨码开关SW17作为模式控制，置‘1’时为二进制代码―>格雷码转换， 置‘0’时为格雷码―>二进制代码，同时使用LEDR17显示SW17的值。 b)使用拨码开关SW3, SW2, SW1, SW0作为输入的被转换数，SW3为高位，SW0 为低位。 使用LEDR3，LEDR2，LEDR1，LEDR0作为转换后的输出结果显示，LEDR3为高位，LEDR0为低位。 二．变量解释： 4位可逆计数器： 1.clk为时钟输入，clkout为分频后的时钟，cnt为分频计数，ctr为SW17模式 控制，rst为KEY3异步复位开关，tem为输出结果的中间变量； 2.本实验的时钟输入为50MHz，定义为clk，为此设计时需要将其分频为50Hz， 需225分频，因此，代码中，需要有一个cnt作为一个225计数器，同时，定义 分频后的时钟为clkout； 3.建立process，检测key是否为0，为0则复位。否则，检测clkout，触发上升 沿则检测模式控制，对tem加1或减1，同时应检测是否达到最大或最小值， 达到最值则直接返回到最初值，否则继续操作； 4.最后，转换tem的值为相应的4位二进制数，并于LED上反映出来。 四位可逆二进制代码-格雷码转换器： 1．检测模式，进行相应的操作； 2．ctr为0则格雷码转换成二进制码；ctr为1则为二进制码转换为格雷码 [源代码]： 1)4位可逆计数器： library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; entity cnt is
实验一4选一多路选择器 一：实验目的及实验环境 目的 1、熟悉ModelSim SE 6.5c的verilog 的文本设计流程，组合电路的设计、仿真和测试。 2、用verilog语言完成设计4选一多路选择器。 3、熟悉文本输入及仿真步骤。 4、初步了解可编程器件设计的全过程。 环境 1、P C 机一台 2、M odelSim SE 6.5c 二. 实验内容 1、用verilog语言完成设计4选一多路选择器， 2、用结构建模及数据流建模两种方法实现。 3、对于所设计的程序进行编译，检查纠错。 4、程序完善之后进行程序的仿真并进行波形的记录与分析 三．实验步骤 1、建立工程 2、添加文件到工程 3、编译文件 4、查看编译后的设计单元 5、将信号加入波形窗口 6、运行仿真 四．运行结果
五．总结 本次实验让我更加的熟悉modelsim使用方法，以及使用时应该注意的问题。在试验中也学习到了Verilog语法。在实验中我们应该注意verilog的格式要求，在用编程语言编程的时候，要自习留意语法标准，整理好逻辑思维的同时保证格式的正确。否则就会浪费大量的时间来完成实验。试验开始到结束这一过程中，我遇到了很多困难，后来都在同学的提醒和帮助下克服了。相信有了这次对这个语言和这个软件的接触，我们都有了更加深入的理解。 六．源代码 module mux41(a,b,c,d,s1,s0,out); input[1:0] a,b,c,d; input s1,s0; output[1:0] out; reg[1:0] out; always @(a or b or c or d or s 1 or s0) begin :mux41 case({s1,s0}) 2'b00: out<=a; 2'b01: out<=b; 2'b10: out<=c; 2'b11: out<=d; default: out=a; endcase end endmodule module sti; reg[1:0] a,b,c,d; reg s0,s1; wire[1:0] out; mux41 dtg(a,b,c,d,s0,s1,out); initial begin a=3'd0;b=3'd1;c=3'd2;d=3'd3; s0=0;s1=0; #100 a=3'd0;b=3'd1;c=3'd2;d= 3'd3;s0=0;s1=1; #100 a=3'd0;b=3'd1;c=3'd2;d= 3'd3;s0=1;s1=0; #100 a=3'd0;b=3'd1;c=3'd2;d= 3'd3;s0=1;s1=1; end endmodule
1.三与门 library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; entity yumen is port(a,b,c : in std_logic; f : out std_logic); end yumen; architecture and3_1 of yumen is begin f<=a and b and c; end architecture and3_1; 2.三八译码器 library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; entity jg is port(a,b,c,g1,g2a,g2b:in std_logic; y:out std_logic_vector(7 downto 0)); end entity jg; architecture rt1 of jg is signal indata:std_logic_vector(2 downto 0); begin indata<=c&b&a; process(indata,g1,g2a,g2b)is begin if(g1='1' and g2a='0' and g2b='0')then case indata is when"000"=>y<="11111110"; when"001"=>y<="11111101"; when"010"=>y<="11111011"; when"011"=>y<="11110111"; when"100"=>y<="11101111"; when"101"=>y<="11011111"; when"110"=>y<="10111111"; when"111"=>y<="01111111"; when others=>y<="xxxxxxxx"; end case; else y<="11111111"; end if; end process; end rt1; 3.同步复位/置位、下降沿触发的d触发器ibrary ieee; use ieee.std_logic_1164.all; entity adff is port(clk,d,r,s:in std_logic; q:out std_logic); end adff; architecture rtl of adff is signal q_temp,qb_temp:std_logic; begin process(clk,r,s) begin if(clk'event and clk='0')then if(r='0' and s='1')then q_temp<='1'; if(r='1' and s='0')then q_temp<='0'; else q_temp<=d; end if; end if; end if; end process; q<=q_temp; end rtl; 4.异步复位/置位、上升沿触发的d发器ibrary ieee; use ieee.std_logic_1164.all; entity adff is port(clk,d,r,s:in std_logic; q:out std_logic); end adff; architecture rtl of adff is signal q_temp,qb_temp:std_logic; begin process(clk,r,s) begin if(r='0' and s='1')then q_temp<='1'; elsif(r='1' and s='0')then q_temp<='0'; elsif(clk'event and clk='1')then q_temp<=d; end if; end process; q<=q_temp; end rtl;
2009级数字电路实验报告 实验名称：EDA基础实验 学生姓名： 班级： 班内序号： 学号： 日期： 1.实验要求 【实验目的】 1.熟悉用QuartusII原理图输入法进行电路设计和仿真； 2.掌握QuartusII图形模块单元的生成与调用； 3.熟悉用VHDL语言设计组合逻辑电路和时序电路的方法； 4.熟悉用QuartusII文本输入法和图形输入法进行电路设计； 5.熟悉不同的编码及其之间的转换； 6.掌握触发器的逻辑功能及使用方法； 7.熟悉计数器、寄存器、锁存器、分频器、移位寄存器的设计方法 8.掌握VHDL语言的语法规范，掌握时序电路描述方法； 9.掌握多个数码管动态扫描显示的原理及设计方法。 【实验所用仪器及元器件】 1.计算机 2.直流稳压电源 3.数字系统与逻辑设计实验开发板 【实验内容】 1.用逻辑门设计实现一个半加器，仿真验证其功能，并生成新的半加器图形模块单元。 2.用实验内容1中生成的半加器模块和逻辑门设计实现一个全加器，仿真验证其功 能，并下载到实验板测试，要求用拨码开关设定输入信号，发光二极管显示输出信 号。
3.用3线-8线译码器（74LS138）和逻辑门设计实现函数F，仿真验证其功能，并下 载到实验板测试。要求用拨码开关设定输入信号，发光二极管显示输出信号。 4.用VHDL语言设计实现一个3位二进制数值比较器，仿真验证其功能，并下载到实 验板测试。要求用拨码开关设定输入信号，发光二极管显示输出信号。 5.用VHDL语言设计实现一个4选1的数据选择器；一个8421码转换为格雷码的代码 转换器；一个举重比赛裁判器；一个带同步置位和同步复位功能的D触发器；一个 带异步复位的4位二进制减计数器；一个带异步复位的8421码十进制计数器；一 个带异步复位的4位自启动环形计数器；一个带控制端的8位二进制寄存器，当控 制端为‘1’时，电路正常工作，否则输出为高阻态；一个分频系数为12，分频输 出信号占空比为50%的分频器。仿真验证其功能，并下载到实验板测试。要求用拨 码开关和按键开关设定输入信号，发光二极管显示输出信号。（注：有几个不需要 下载到实验板测试） 2.程序分析 全加器： LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITY h_adder IS PORT(a,b:IN STD_LOGIC; co,so:OUT STD_LOGIC); END ENTITY h_adder; ARCHITECTURE a OF h_adder IS BEGIN so<= a XOR b; co<= a AND b; END;
实验1—— EDA工具使用与2选1多路选择器VHDL描述 ENTITY mux21a IS PORT ( a, b, s: IN BIT; y : OUT BIT ); END ENTITY mux21a; ARCHITECTURE one OF mux21a IS BEGIN PROCESS (a,b,s) BEGIN IF s = '0' THEN y <= a ; ELSE y <= b ; END IF; END PROCESS; END ARCHITECTURE one ; 实验2—— D触发器VHDL描述 LIBRARY IEEE ; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL ; ENTITY DFF1 IS PORT (CLK : IN STD_LOGIC ; D : IN STD_LOGIC ; Q : OUT STD_LOGIC ); END ; ARCHITECTURE bhv OF DFF1 IS SIGNAL Q1 : STD_LOGIC ; --类似于在芯片内部定义一个数据的暂存节点 BEGIN PROCESS (CLK,Q1) BEGIN IF CLK'EVENT AND CLK = '1' THEN Q1 <= D ; END IF; END PROCESS ; Q <= Q1 ; --将内部暂存数据向端口输出（双横线--是注释符号） END bhv; 实验3——半加器VHDL描述 LIBRARY IEEE; --半加器描述(1)：布尔方程描述方法 USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITY h_adder IS PORT (a, b : IN STD_LOGIC; co, so : OUT STD_LOGIC); END ENTITY h_adder; ARCHITECTURE fh1 OF h_adder is BEGIN so <= NOT(a XOR (NOT b)) ; co <= a AND b ; END ARCHITECTURE fh1;
实验者：黄成勇学号：3110008723 班级：电子（4）班日期：2012年12月30日 实验一：应用Quart us II 完成基本组合电路设计 (1) 实验目的：熟悉QuartusⅡ的VHDL文本设计流程全过程，学习简单组合电路的设计、多层次电路设计、仿真和硬件测试。 (2) 实验容1：首先利用QuartusⅡ完成2选1多路选择器的文本编辑输入(mux21a.vhd)和仿真测试等步骤，给出仿真波形。最后在实验系统上进行硬件测试，验证本项设计的功能。 2选1多路选择器： LIBRARY IEEE ; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL ; ENTITY mux21a IS PORT ( a, b, s: IN BIT; y : OUT BIT ); END ENTITY mux21a; ARCHITECTURE one OF mux21a IS BEGIN PROCESS (a,b,s) BEGIN IF s = '0' THEN y <= a ; ELSE y <= b ;
END IF; END PROCESS; END ARCHITECTURE one ; 双2选1多路选择器 2选1多路选择器功能时序波形 (3) 实验容2：将此多路选择器看成是一个元件mux21a，利用元件例化语句。 例化程序： LIBRARY IEEE ; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL ; ENTITY mux31a IS PORT ( a1, a2,a3, s0,s1: IN STD_LOGIC; outy : OUT STD_LOGIC );
苏州科技大学天平学院电子与信息工程学院数字系统设计技术 实验名称Quartus_II开发环境的熟悉与使用 学生姓名周妍智 学号1430119231 专业班级通信1422 指导教师刘传洋 年月日—年月日
一、实验目的 1．熟悉Quartus II 的编译环境； 2．了解在Quartus II 环境下运用VHDL 语言的编程开发流程，包括源程序的编写、编译、模拟仿真及程序下载。 二、实验内容 1. 二输入与非门电路的实现； 2. 其他简单门电路的实现； 三、实验要求 1. 在Quartus II 环境下完成对电路工作情况的仿真模拟； 2. 完成配置程序的下载，并在实验板上对程序进行最终验证。 四、实验步骤 1. 以二输入与非门电路为例，介绍在Quartus II 环境下的编程开发流程 (1) 启动Quartus II。 启动QuartusII 可以看到主界面由四部分构成：工程导向窗口、状态窗口、信息窗口和用户区。如图1 所示。 图1 QuartusII 基本界面 (2) 利用向导，建立一个新项目。 在File 菜单中选择New Project Wizard 选项启动项目向导。 Step1：如图1.2 所示，分别指定创建工程的路径，工程名和顶层文件名。工程名和顶层文件可以一致也可以不同。 一个工程中可以有多个文件，但只能有一个顶层文件。这里我们将工程名取为：simple，顶层文件名取为and2_gate。 Step2：点击Next>按钮，页面二是在新建的工程中添加已有Verilog HDL 文件的，本实验不需做任何操作。 Step3：点击Next>按钮，进入页面三，完成器件选择。器件的选择是和实验平台的硬
VHDL第一次实验报告 深圳大学实验报告 课程名称：EDA技术 实验项目名称：基本电路行为的描述 学院：信息工程学院 专业：电子信息工程 指导教师： 报告人：学号：班级： 2 实验时间： 实验报告提交时间：2014年5月9日 教务部制 实验内容：1 多路选择器（习题2.1）2 ROM（习题3.4）3 简易加法器（习题3.5）4 通用译码器（习题4.4）5 第五章习题5.1、5.5、5.6、5.7、5.8 实验要求：1.依次完成各电路功能的VHDL代码编写 2.完成相应电路仿真，并对仿真结果截图，截图中要求尽可能多的体现不同输入信号对应的输入结果 3.完成实验报告，并按时提交至Blackboard，实验报告见实验报告模板，要求按模板各项内容完成。4.特别提示：实验报告按模板内容逐项填写，要求有完整的VHDL代码、仿真测试文件（VHDL test bench）、仿真结果截图、仿真结果分析、实验结论（或对实验的总结、心得体会）等内容。实验过程及内容：2.1 多路选择器多路选择器的顶层电路如图P2.1所示。根据真值表，如果输入sel=“01”或者sel=“10”，那么输出将等于对应的某一输入（c=a或c=b）.然而如果输入sel=“00”或者sel=“11”，那么输出将分别为‘0’和‘Z’（高阻）。(a)填写表格，完成下
面的代码。(b)是对你的解答给出相关的注释。(c)将代码编译后进行仿真，验证其正确性。实验完整VHDL代码：library IEEE; use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; entity mux is Port ( a : in STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); b : in STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); sel : in STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0); c : out STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0)); end mux; architecture example of mux is begin PROCESS (a,b,sel) begin IF (sel=\ c ‘U’); END IF; END PROCESS; end EXAMPLE; 仿真测试文件代码：LIBRARY ieee; USE ieee.std_logic_1164.ALL; ENTITY Test_Mux IS END Test_Mux; ARCHITECTURE behavior OF Test_Mux IS COMPONENT mux PORT( a : IN std_logic_vector(7 downto 0); b : IN std_logic_vector(7 downto 0); sel : IN std_logic_vector(1 downto 0); c : OUT std_logic_vector(7 downto 0) ); END COMPONENT; --Inputs signal a : std_logic_vector(7 downto 0) := (others => ‘0’); signal b : std_logic_vector(7 downto 0) := (others => ‘0’); signal sel : std_logic_vector(1 d ownto 0) := (others => ‘0’); --Outputs signal c : std_logic_vector(7 downto 0); -- No clocks detected in port list. Replace below with -- appropriate port name BEGIN -- Instantiate the Unit Under Test (UUT) uut: mux PORT MAP ( a => a, b => b, sel => sel, c => c ); -- Stimulus process stim_proc: process begin -- hold reset state for 100 ns. a<=\ b<=\ sel <=\ wait for 100 ns; sel <=\ wait for 100 ns; sel <=\ wait for 100 ns; sel <=\ wait for 100 ns; -- insert stimulus here wait; end process; END; 仿真结果：如图，当输入信号sel为“00”时，输出信号c为“00000000”；当输入信号sel为“01”时，输出信号c等于a即为“10101010”；当输入信号sel为“10”时，输出信号c等于b即为“11110000”；当输入信号sel 为其他情况时，输出信号c等于自己设定的值，在此处即为“U”。习题3.4 ROM 试用1*1维常数来实现只读存储器ROM（read-only memory），假设一个ROM由许多深度为8，位宽为4的块组成。提示：首先建立一个名为rom的数组，然后定义一个rom类型的信号来实现ROM，用常数值填充到ROM块中：CONSTANT my_rom:rom:=(values);。实验完整VHDL代码：library IEEE; use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; entity ROM is Port ( addr :
文档从互联网中收集，已重新修正排版，word格式支持编辑，如有帮助欢迎下载支持。设计性实验报告 班级： 姓名（学号）： 实验项目名称：乐曲演奏实验 实验项目性质：设计性 实验所属课程：EDA基础 实验室(中心)： 指导教师： 实验完成时间：2009 年12 月13 日
教师评阅意见： 签名：年月日实验成绩： 一、实验目的 1、熟悉QuartusII 软件的使用。 2、熟悉EDA实验开发系统的基本使用。 3、学习VHDL基本单元电路的设计应用。进一步掌握EDA的多层次设计方法。 4、学习音乐发生器的设计。 二、实验内容及要求 1、实验内容 利用可编程逻辑器件FPGA，设计乐曲硬件电路，可自动演奏乐曲。 2、实验要求 要求能够演奏出《友谊天长地久》的曲调或可另选一段较完整的曲调（扩展要 求：能够从数码管上显示出当前曲调的简谱和频率），我们组演奏出的是实验 要求上的《友谊天长地久》曲调。 三、实验原理 1、乐曲硬件电路产生音乐是和音乐频率和音乐的持续时间有关；音符的持续时间需 根据乐曲的速度和每个音符的节拍数来确定。其简谱中音符和频率的关系如下： 2、该演奏电路演奏的乐曲是《友谊天长地久》片段，其最小的节拍为1拍，将1拍
的时长定位0.25S，则只需要再提供一个4hz的时钟频率即可产生1拍的时长，演奏的时间控制通过ROM查表的方式来完成。对于占用时间较长的节拍，（一定是节拍的整数倍），如全音符为4拍，2/4音符为2拍，1/4音符为1拍。 3、乐曲硬件演奏电路系统主要有数控分频器和乐曲存储模块两个部分组成，其余还有 音乐节拍发生器等等。数控分频器对FPGA 的基准频率进行分频，得到与各个音节对应的频率输出。乐曲存储模块产生节拍控制和音阶选择信号，即在此模块中存放一个乐曲曲谱真值表（实验中用的ROM存储），由一个计数器来控制此真值表的输出，而由计数器的技术时钟信号作为乐曲节拍控制信号。 4、要求演奏时能循环进行，必须需另外设置一个时长计数器，当乐曲演奏完成时，保 证能自动从头开始演奏。该计数器控制真值表按顺序输出简谱。 四、实验仪器、材料 计算机一台、GW48 EDA/SOPC实验箱一台 QuartusII软件、实验箱连接线一根 五、方案设计 这个实验中采用层次化的设计思路，因此我们把此乐曲硬件演奏电路分为3个主要模块，即音乐发生器NoteTabs模块，音符译码电路Tonetaba模块，数控分频Speakera 模块。分好层次之后，编写每个模块的程序，分别生成项目符号，最后把生成的个项目符号用原理图的方式连接起来，然后编译、下载即可。由图例表示如下： 此实验设计中，我主要负责音乐发生器NoteTabs模块（ROM的定制过程）和最后的连接原理图部分。 六、实验过程及原始记录 1、音乐节拍发生器NoteTabs模块 这个模块用FPGA的片内ROM存放乐曲的简谱真值表，由一个二进制计数器为乐曲数据存储ROM的地址发生器随着NoteTabs中计数器按时钟频率做加法计数时，乐曲数据存储器ROM中的音符数据，将从ROM中的输出口输向音符译码电路Tonetaba ，所存储的乐曲就开始连续自然地演奏起来。