《FPGA原理及应用》
实验报告书
（5）
用VHDL语言设计100进制题目
计数器
学院专业
姓名学号
指导教师
2015年 10月
一、实验目的
1、学习QuartusⅡ软件的基本操作
2、学习使用原理图进行设计输入
3、初步掌握软件输入、编译、仿真和编程的过程
4、学习实验开发系统的使用方法
二、实验内容
设计含异步清零和同步加载与时钟使能的计数器，给出程序设计、软件编译、仿真分析、硬件测试及详细实验过程。
三、实验条件
1、开发软件：QuartusⅡ
2、实验设备：KX_DN8EDS实验开发系统
3、拟用芯片：EP3C55F484C8
四、实验设计
1、实验原理
对于异步清零和同步加载与时钟使能的计数器：当时钟信号C、复位信号CLR、时钟使能信号EN或加载信号LOAD中任一信号发生变
化，都将启动进程。此时如果RST为‘０’，将计数器清零，该操作独立于C，如果CLR为‘１’，则看是否有时钟信号的上升沿，如果
有且EN=‘１’，接下去是判断加载控制信号LOAD的电平，如果LOAD 为低电平，则允许将输入口的四位加载数据置入计数器中，以便计数器在此基础上累计计数。如果LOAD为高电平，则允许计数器计数；此时若数值小于９，计数器将进行正常计数，否则计数器清零。但如果EN＝‘０’，则计数器保持原值不变。
2、VHDL语句
1）、cnt10的VHDL语句
2）、100进制计数器的原理图
3、仿真波形
1）、cnt10的仿真波形
2）、cnt100的仿真波形
4、管脚锁定
新建好工程文件，芯片选择Cyclone Ⅲ下面的EP3C55F484C8系列。然后锁定引脚：选择Assignments → Assignments Editor命
令。分配FPGA芯片上的JP4，JP5管脚，
5、编译文件下载
将编译产生的SOF格式配置文件下载进FPGA中。
6、FPGA实验箱接线
在KX-EDA40A++实验箱上进行连线，分配J4,J5的引脚，输入C （PIN_V8）接到时钟信号,输入的EN,CLR (PIN_W10,PIN_Y8)接到电平开关L1，L2;输出CQ(0),CQ(1),CQ(2),CQ(3)(PIN_V4，PIN_V5，
PIN_T5，PIN_V3)接到七段数码管的管脚A1，B1，C1，D1;输出CQ1
（0），CQ1(1),CQ1(2),CQ1(3) (PIN_R4，PIN_R2，PIN_R3，PIN_P4) 接到七段数码管的管脚A2，B2，C2，D2;进位输出COUT（PIN_Y13））接到发光二极管D1设置好编程器并进行编程测试。
五、实验结果和总结
1、实验仿真情况
1）、cnt10的波形仿真情况
2）、cnt100的波形仿真情况
2、硬件验证情况
接在C时钟信号上，将EN，CLR置“1”，数码管会从“00”到“99”依次计数，当从“99”到“00”时，发光二极管会闪烁一下；
当RST置“0”的时候，数码管会被清零，当EN置“0”时，数码管会保持当前数值。
3、实验过程中出现的问题及解决办法
1、首次编写的cnt10代码，但是由于功能上，是LOAD 9的时刻输出
进位CO 为1，如果按实验接法接成CNT100，会造成每低位满9，高位就进位，出现跳变。
2、改LOAD 0进位，数位正确，但是，进位信号在数码管为10时才有进位。
因为CNT10 代码选用触发信号控制进位，去掉该条件，改为当LOAD 到0，CO立马输出1，这时能正常完成实验要求。
另外，同步的接法如下，功能相同，但是进位要为满9进位。
课程设计报告 实践课题：VHDL与数字系统课程设计 学生：XXX 指导老师：XXX、XXX 系别：电子信息与电气工程系 专业：电子科学与技术 班级：XXX 学号：XXX
一、设计任务 用VHDL设计一个简单的处理器，并完成相关的仿真测试。 .设计要求： 图1是一个处理器的原理图，它包含了一定数量的寄存器、一个复用器、一个加法/减法器（Addsub）,一个计数器和一个控制单元。 图1 简单处理器的电路图 数据传输实现过程：16位数据从DIN输入到系统中，可以通过复用器分配给R0~R7和A，复用器也允许数据从一个寄存器传通过Bus送到另外一个寄存器。 加法和减法的实现过程：复用器先将一个数据通过总线放到寄存器A中，然后将另一个数据放到总线上，加法/减法器对这两个数据进行运算，运算结果存入寄存器G中，G中的数据又可根据要求通过复用器转存到其他寄存器中。 1）Rx ←[Ry] :将寄存器Ry中的内容复制到Rx； 2）Mvi Rx，#D ：将立即数存入寄存器Rx中去。 所有指令都按9位编码（取自DIN的高9位）存储在指令存储器IR中，编编码规则为IIIXXXYYY，III表示指令，XXX表示Rx寄存器，YYY表示Ry寄存器。立即数#D是在mvi指令存储到IR中之后，通过16位DIN输入
的。 有一些指令，如加法指令和减法指令，需要在总线上多次传输数据，因此需要多个时钟周期才能完成。控制单元使用了一个两位计数器来区分这些指令执行的每一个阶段。当Run信号置位时，处理器开始执行DIN输 时间 指令 T0T1T2T3 (mv):I0 (mvi):I1 (add):I2 (sub):I3 IR in IR in IR in IR in RY out,RX in,Done DIN out,RX in,Done RX out,A in RX out,A in ---- ---- RY out,G in,Addsub RY out,G in,Addsub ---- ---- G out,RX in,Done G out,RX in,Done 二、实现功能说明 2.1 mv Rx,Ry 实现的功能：将寄存器Rx的值赋给寄存器Ry（以mv R0, R5为例） （1 ）计数器为“00”时,指令寄存器的置位控制信号输入端IRin=1有效，将DIN输入的数据的高9位锁存。 置位的控制信号如图3加粗黑线所示。 图3 （2）计数器为“01”时,首先控制单元根据设计器为“00”时输入的指令，向复用器发出选通控制信号，复用器根据该控制信号让R5的值输出到总线上，然后控制单元控制寄存器R0将总线上的值锁存，完成整个寄存器对寄存器的赋值过程。置位的控制信号和数据流如图4加粗黑线所示。 图4
VHDL课程设计-PS2键盘
目录 一、课程设计的目的与任务 (3) 二、课程设计题目 (3) 1、指定题目： (3) 2、自选题目： (3) 三、课程设计的内容与要求 (3) 1、设计内容 (4) 2、设计要求 (4) 四、实验仪器设备 (4) 五、设计方案 (4) 1、PS2解码 (4) 2、设计思路 (6) 3、模块设计 (7) 4、各模块分析 (8) （1）PS2时钟检测模块 8 （2）PS2解码模块 10 （3）PS2组合模块 12 （4）控制LED模块 14 （5）PS2总的组合模块 16 六、综合与仿真 (17) 1、综合 (17) 2、仿真 (18) （1）电平检测模块仿真 (18) （2）LED灯控制模块仿真 (18)
（3）PS2_module总模块仿真 (19) 七、硬件下载 (23) 八、心得体会 (24) 九、参考文献 (24) 一、课程设计的目的与任务 （1）熟练掌握EDA工具软件QuartusII的使用； （2）熟练用VHDL硬件描述语言描述数字电路； （3）学会使用VHDL进行大规模集成电路设计； （4）学会用CPLD\FPGA使用系统硬件验证电路设计的正确性； （5）初步掌握EDA技术并具备一定的可编程逻辑芯片的开发能力； 二、课程设计题目 1、指定题目： 0 ：多功能计数器；1 ：数字秒表；2 ：简易数字钟；3 ：简易频率计； 4 ：彩灯控制器； 5 ：交通灯控制器； 6 ：四路智力竞赛抢答器； 7 ：简易微波炉控制器；8 ：表决器；9 ：数字密码锁； 我的的学号尾数是2，所以我要做的题目是简易数字钟。由于我之前已经学过Verilog HDL和VHDL，所以简易数字钟相对于我比较简单，我完成了简易数字钟并验收后，再选择了另一个自选题目来完成。 简易数字钟：设计一个以“秒”为基准信号的简易数字钟，显示时、分、秒，同时可实现整点报时和清零（我已经完成，而且已经验收了）。 2、自选题目： 在完成了数字钟的设计后，我选择了另一个设计的题目，那就是PS2键盘扫描。所以这次课程设计我的报告主要详细写的是PS2键盘扫描的程序，而不是简易数字钟。 PS键盘扫描：设计一个PS键盘扫描程序，能接受键盘的输入时钟和数据，区别哪一个键输入，同时解译通码和断码，使用LED灯来显示收到的数据。三、课程设计的内容与要求
湖南人文科技学院 课程设计报告课程名称： VHDL语言与EDA课程设计 ~ 设计题目：出租车自动计价器设计 系别： 专业： 班级： 学生姓名: 学号: 起止日期: 2011年6月13日～2011年6月26日 $ 指导教师: 教研室主任:
摘要 随着我国社会经济的全面发展，各大中小城市的出租车营运事业发展迅速，出租车已经成为人们日常出行选择较为普遍的交通工具。出租车计价器是出租车营运收费的专用智能化仪表，是出租车市场规范化、标准化以及减少司机与乘客之间发生纠纷的重要设备。一种功能完备、简单易用、计量准确的出租车计价器是加强出租车行业管理、提高服务质量的必备品。根据预定的设计要求和设计思路，我们使用VHDL硬件描述语言设计了一个实际的基于Altera FPGA芯片的出租车自动计价器系统，介绍了该系统的电路结构和程序设计。通过在软件中编译和下载测试，得到了仿真波形和关键的设计结果。经过在实验箱上进行硬件测试，证明该出租车计价系统具有实用出租车计价器的基本功能，如能进一步完善，将可以实用化和市场化。 关键词：出租车自动计价器；VHDL； FPGA ；
目录 设计要求 (1) 1、方案论证与对比 (1) 方案一 (1) 方案二 (2) 两种方案的对比 (2) 2、实验步骤和设计过程 (2) 计程模块 (2) 等待计时模块 (2) 计费模块 (3) 3、调试与操作说明 (3) 中的VHDL程序 (3) 程序的编译与及仿真波形 (6) 程序的下载与功能的测试 (7) 4、课程设计心得体会 (9) 5、元器件及仪器设备明细 (10) 6、参考文献 (11) 7、致谢 (12)
目录 一、课程设计的目的与任务 （1）熟练掌握EDA工具软件QuartusII的使用；
（2）熟练用VHDL硬件描述语言描述数字电路； （3）学会使用VHDL进行大规模集成电路设计； （4）学会用CPLD\FPGA使用系统硬件验证电路设计的正确性； （5）初步掌握EDA技术并具备一定的可编程逻辑芯片的开发能力； 二、课程设计题目 1、指定题目： 0 ：多功能计数器； 1 ：数字秒表； 2 ：简易数字钟； 3 ：简易频率计； 4 ：彩灯控制器； 5 ：交通灯控制器； 6 ：四路智力竞赛抢答器； 7 ：简易微波炉控制器； 8 ：表决器；9 ：数字密码锁； 我的的学号尾数是2，所以我要做的题目是简易数字钟。由于我之前已经学过Verilog HDL和VHDL，所以简易数字钟相对于我比较简单，我完成了简易数字钟并验收后，再选择了另一个自选题目来完成。 简易数字钟：设计一个以“秒”为基准信号的简易数字钟，显示时、分、秒，同时可实现整点报时和清零（我已经完成，而且已经验收了）。 2、自选题目： 在完成了数字钟的设计后，我选择了另一个设计的题目，那就是PS2键盘扫描。所以这次课程设计我的报告主要详细写的是PS2键盘扫描的程序，而不是简易数字钟。 PS键盘扫描：设计一个PS键盘扫描程序，能接受键盘的输入时钟和数据，区别哪一个键输入，同时解译通码和断码，使用LED灯来显示收到的数据。 三、课程设计的内容与要求 1、设计内容 （1）系统功能的分析； （2）实现系统功能的实际方案； （3）编写各功能模块的VHDL语言程序； （4）对各功能模块进行编译、综合、仿真、分析； （5）顶层文件设计 （6）对整个系统进行编译、综合、仿真、分析； （7）在CPLD\FPGA实验开发系统试验箱上进行硬件验证； （8）写实验报告；
一·1.数据类型BIT与STD_LOGIC有什么区别。 BIT类型的取值只能是0或1，没有不定状态X，也没有高阻态。 STD_LOGIC类型可以有9种不同的值，包括U-初始值，X-不定，0-0，1-1，Z-高阻态，W-弱信号不定，L-弱信号0，H弱信号1.‘—’不可能情况。 2.信号和变量的异同。 信号是全局量，只要在结构体中已经定义，就可以在结构体中的所有地方使用，信号的赋值符号是”<=”,信号带入时可以附加延时，信号实际带入过程和带入语句的处理时分开进行的。 变量是局部量，只能在进程，子程序内部定义和使用，变量的赋值符号是“：=”，变量的赋值是立即执行的，不能附加延时。 3.VHDL语言的基本顺序语句和并行语句有哪些？ 双性语句：信号带入语句 顺序语句：WHAT语句，断言语句，变量赋值语句，IF语句，CASE语句，LOOP语句，NEXT语句，EXIT语句，过程调用语句，NULL语句。 并行语句：进程（PROCESS）语句，条件带入语句，选择信号带入语句，并发过程调用语句，块语句。 4.用VHDL语言进行硬件设计的流程是什么？ 1.分析实际的需求2确定芯片的功能3.用VHDL 语言描述改元件4.编译，如果有错误修改后再编译直至编译通过。5.仿真，如果仿真不符合设计要求，修改程序直至仿真通过。6.测试7.综合，8.下载到实际的芯片上。 5.基本的硬件描述语言的种类有哪些？ 美国国防部开发的VHDL。 Verilog公司开发的Verilog-HDL. 日本电子工业振兴协会开发的UDL/I语言。 6.VHDL语言中包含的库的种类有哪些？库：是经编译后的数据的集合，它存放包集合定义，实体定义，构造体定义，和配置定义。库的种类：1.IEEE库，2.STD库，3.面向ASIC 的库，4.WORK库，5.用户定义库 7.IEEE库中所包含的基本类型转换函数有 1.包含程序所用的库 LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; 2.实体声明 ENTITY fp IS PORT（); END ENTITY fp; 3.结构体，具体功能的实现 ARCHITECTURE a OF fp IS BEGIN END ARCHITECTURE a; 9.VHDL的程序子结构有哪些？ 进程（PROCESS）顺序语句,块（BLOCK）并行语句，过程（PROCEDURE）顺序语句，函数（顺序语句）。 10.简述when-else和if-else的区别？ If-else是顺序语句所以只能在进程内部使用，可以没有else语句，可以进行嵌套。有自身值带入的描述，能组成锁存电路。 When-else是并行语句，在结构体内使用，必须要有else语句，不能进行嵌套，没有自身值带入的描述，不能组成锁存电路。 11.什么是ASIC，ASIC的特点是什么？ASIC是Application Specific Integrated Circuit 的英文缩写，在集成电路界被认为是一种为专门目的而设计的集成电路。 ASIC的特点是面向特定用户的需求，ASIC在批量生产时与通用集成电路相比具有体积更小、功耗更低、可靠性提高、性能提高、保密性增强、成本降低等优点。 12.逻辑电平有哪些？
跑马灯VHDL课程设计 一、设计任务 控制8个led进行花式显示,设计四种显示模式: 1.从左到右逐个点亮led; 2.从右到左逐个点亮led; 3.从两边到中间逐个点亮led; 4.从中间到两边逐个点亮led; 四种模式循环切换,由复位键rst控制系统的运行与停止. 二、设计过程 根据系统设计要求，采用状态机进行设计,状态机具有四种状态,每种状态完成一种显示模式四种状态间使用case语句进行切换. 程序如下: library ieee; use ieee.std_logic_arith.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; use ieee.std_logic_1164.all; entity pmd is port( clk, rst: in std_logic; y: buffer std_logic_vector(7 downto 0)); end pmd; architecture behave of pmd is type states is (state0, state1, state2, state3); signal state: states;
begin process (clk, rst) begin if rst='1' then y<="00000000" ; state <= state0; elsif (clk'event and clk='1') then case state is when state0 => if y="00000000" then y<="10000000";state <= state0; elsif y="10000000" then y<="01000000";state <= state0; elsif y="01000000" then y<="00100000";state <= state0; elsif y="00100000" then y<="00010000";state <= state0; elsif y="00010000" then y<="00001000";state <= state0; elsif y="00001000" then y<="00000100";state <= state0; elsif y="00000100" then y<="00000010";state <= state0; elsif y="00000010" then y<="00000001";state <= state1; end if; when state1 => if y="00000001" then y<="00000010";state <= state1; elsif y="00000010" then y<="00000100";state <= state1; elsif y="00000100" then y<="00001000";state <= state1; elsif y="00001000" then y<="00010000";state <= state1; elsif y="00010000" then y<="00100000";state <= state1; elsif y="00100000" then y<="01000000";state <= state1;
湖南科技大学 信息与电气工程学院 课程设计任务书 20 —20 学年第学期 专业：学号：姓名： 课程设计名称： 设计题目： 完成期限：自年月日至年月日共周设计依据、要求及主要内容（可另加附页）： 指导教师（签字）： 批准日期：年月日
目录 一、摘要 二、VHDL语言介绍 三、设计的目的 四、设计内容 五、电路工作原理 六、主要程序及仿真结果 七、对本次设计的体会和建议 八、参考文献
一、摘要 人类社会已进入到高度发达的信息化社会。信息化社会的发展离不开电子信息产品开发技术、产品品质的提高和进步。电子信息产品随着科学技术的进步，其电子器件和设计方法更新换代的速度日新月异。实现这种进步的主要原因就是电子设计技术和电子制造技术的发展，其核心就是电子设计自动化(EDA，Electronics Design Automation)技术，EDA技术的发展和推广应用又极大地推动了电子信息产业的发展。为保证电子系统设计的速度和质量，适应“第一时间推出产品”的设计要求，EDA技术正逐渐成为不可缺少的一项先进技术和重要工具。目前，在国内电子技术教学和产业界的技术推广中已形成“EDA热”，完全可以说，掌握EDA技术是电子信息类专业学生、工程技术人员所必备的基本能力和技能。EDA技术在电子系统设计领域越来越普及，本设计主要利用VHDL语言设计一个电子数字钟，它的计时周期为24小时，显示满刻度为24时59分59秒。总的程序由几个各具不同功能的单元模块程序拼接而成，其中包括分频程序模块、时分秒计数和设置程序模块、比较器程序模块、三输入数据选择器程序模块、译码显示程序模块和拼接程序模块。并且使用软件进行电路波形仿真。 关键词：数字钟EDA VHDL语言 二、VHDL语言介绍 1987年底，VHDL被IEEE和美国国防部确认为标准硬件描述语言。自IEEE公布了VHDL的标准版本，IEEE-1076（简称87版)之后，各EDA公司相继推出了自己的VHDL 设计环境，或宣布自己的设计工具可以和VHDL接口。此后VHDL在电子设计领域得到了广泛的接受，并逐步取代了原有的非标准的硬件描述语言。1993年，IEEE对VHDL进行了修订，从更高的抽象层次和系统描述能力上扩展VHDL的内容，公布了新版本的VHDL，即IEEE标准的1076-1993版本，（简称93版）。现在，VHDL和Verilog作为IEEE的工业标准硬件描述语言，又得到众多EDA公司的支持，在电子工程领域，已成为事实上的通用硬件描述语言。有专家认为，在新的世纪中，VHDL于Verilog语言将承担起大部分的数字系统设计任务。VHDL主要用于描述数字系统的结构，行为，功能和接口。除了含有许多具有硬件特征的语句外，VHDL的语言形式和描述风格与句法是十分类似于一般的计算机高级语言。VHDL的程序结构特点是将一项工程设计，或称设计实体（可以是一个元件，一个电路模块或一个系统）分成外部（或称可是部分,及端口)和内部（或称不可视部分），既涉及实体的内部功能和算法完成部分。在对一个设计实体定义了外部界面后，一旦其内部开发完成后，其他的设计就可以直接调用这个实体。这种将设计实体分成内外部分的概念是VHDL系统设计的基本点。 三、设计的目的 本项实验通过六十进制计数器和数字钟的设计与仿真，学习VHDL语言及VHDL文本输入设计方法，编写六十进制计数器和数字钟源程序，应用VMAX+plusII软件进HDL文本输入设计与波形仿真。熟练地运用数字系统的设计方法进行数字系统设计，能进行较复杂的数字系统设计，按要求设计一个数字钟。 四、设计内容 1、60进制计数器计数器 60进制计数器计数器是一个用以实现计数功能的时序部件，它不仅可用来及脉冲数，还常用作数子系统的定时、分频和执行数字运算以及其它特定的逻辑功能。计数器种类很多。按
本科实验报告 实验名称：数字系统设计与实验（软件部分）
实验一 QuartusII9.1软件的使用 一、实验目的： 1、通过实现书上的例子，掌握QUARTUSII9.1软件的使用. 2、编程实现3-8译码电路以掌握VHDL组合逻辑的设计以及QUARTUSII9.1软件的使用。 二、实验内容 1.十进制加法计数器的VHDL文本及仿真 功能图： VHDL文本： library IEEE; use IEEE.std_logic_1164.all; use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL; use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; entity count10 is port(clk,load,en:in std_logic; data_in:in std_logic_vector(3 downto 0); seg:out std_logic_vector(6 downto 0)); end count10; architecture beha of count10 is signal qout:std_logic_vector(3 downto 0); signal q_temp:std_logic_vector(3 downto 0); begin process(clk,load) begin if(load='1')then q_temp<=data_in; elsif(clk'event and clk='1')then
if(en='0')then qout<=qout; elsif(qout="1001")then qout<="0000"; else qout<=qout+1; end if; q_temp<=qout; end if; end process; process(q_temp) begin case q_temp is when"0000"=>seg<="1000000"; when"0001"=>seg<="1111001"; when"0010"=>seg<="0100100"; when"0011"=>seg<="0110000"; when"0100"=>seg<="0011001"; when"0101"=>seg<="0010010"; when"0110"=>seg<="0000010"; when"0111"=>seg<="1111000"; when"1000"=>seg<="0000000"; when"1001"=>seg<="0010000"; when others=>seg<="0001000"; end case; end process; end beha; 功能仿真流程及结果： 全编译通过后，进行仿真 新建波形文件，在其中添加所需节点。将clk设置为时钟信号，将en设置为高电平，将load 设置为低电平，将data_in设置为想要预置的数值。 运行Generate Functional Simulation Nest List命令产生能仿真的网标文件。点击Start Simulation开始模拟仿真 仿真结果：
课程设计 课程名称：交通灯设计. 学院：电气工程学院专业：测仪姓名：学号： 年级：级任课教师： 2012年 1月12日
电气工程学院 课程设计任务书 课题名称：交通灯控制器的设计 专业、班级：测控技术与仪器测仪班 指导教师： 20 年1 月2 日至20 年1 月13 日共2周 指导教师签名： 教研室主任签名： 分管院长签名：
一、课程设计内容 1．学习ALTERA公司的FPGA/CPLD的结构、特点和性能。 2．学习集成开发软件MAX+plus II/Quartus II的使用及设计过程。 3．熟悉EDA工具设计数字电路设计方法，掌握VHDL硬件描述语言设计方法。 4．根据给定题目设计数字电路，来加深对可编程逻辑器件的理解和掌握。 二、课程设计应完成的工作 1．在所选择器件内完成交通灯控制器的设计，要求设计完成后芯片具有交通灯控制器的全部功能、包括显示和操作接口。 2．交通灯控制器要求控制十字路口两道路的交通灯，两道路交替通行，每次通行时间可设定20——60秒之间，每个路口要求有前行、禁止、人行灯。 （根据实际设计进度考虑可以增加左右转向灯，等待和通行时间显示等）。 3．撰写设计说明书一份(不少于2000字)，阐述系统的工作原理，软、硬件设计方法，重点阐述软件思路。说明书应包括封面、任务书、目录、摘要、正文、参考文献(资料)等内容，以及硬件电路综合图和软件程序清单等材料。 注：设计说明书题目字体用小三，黑体，正文字体用五号字，宋体，小标题用四号及小四，宋体，并用A4纸打印。 三、课程设计进程安排
四、设计资料及参考文献 1．康华光主编，《电子技术基础-数字部分》，高等教育出版社，1998。2．谭会生等主编，《EDA技术及应用》，西安电子科技大学出版社，2001 3．潘松等主编，《EDA技术实用教程》，科学出版社，2006 4．雷伏容主编，《VHDL电路设计》，清华大学出版社，2006 5．Charles H.Roth等著，《数字系统设计与VHDL》，电子工业出版社，2008 五、成绩评定综合以下因素： (1) 说明书及设计图纸的质量(占50%)。 (2) 独立工作能力及设计过程的表现(占30%)。 (3) 回答问题的情况(占20%)。 说明书和图纸部分评分分值分布如下：
EDA综合课程设计实验报告 题目：设计一个全双工UART电路院系：XXXX学院 学号：XXXXX 姓名：严XX 教师：林XX 时间：2012.06.02
1 课程设计的摘要原理 (2) 2 设计一个全双工UART电路，具体要求如下： (6) 3．UART设计 (7) 3.1 UART结构 (7) 3.2 UART的帧格式 (8) 4 UART的Verilog HDL语言设计 (9) 4.1 UART分频器 (9) 4.2UART发送模块 (10) 4.3 UART的接收模块 (14) 4.4 UART的硬件测试 (18) 5 课程设计总结 (19)
1摘要 UART协议是数据通信及控制系统中广泛使用的一种全双工串行数据传输协议，在实际工业生产中有时并不使用UART的全部功能。只需将其核心功能集成即可。波特率发生器、接收器和发送器是UART的三个核心功能模块，利用Vefilog-HDL语言对这三个功能模块进行描述并加以整合UART（即Universal AsynchronousReceiver Transmitter 通用异步收发器）是广泛使用的串行数据传输协议。UART允许在串行链路上进行全双工的通信。串行外设用到RS232-C异步串行接口，一般采用专用的集成电路即UART实现。如8250、8251、NS16450等芯片都是常见的UART器件，这类芯片已经相当复杂，有的含有许多辅助的模块（如FIFO），有时我们不需要使用完整的UART的功能和这些辅助功能。或者设计上用到了FPGA/CPLD器件，那么我们就可以将所需要的UART功能集成到FPGA内部。使用VHDL或Veriolog -HDL将UART的核心功能集成，从而使整个设计更加紧凑、稳定且可靠。本文应用EDA技术，基于FPGA/CPLD器件设计与实现UART。 实际应用上，有时我们不需要使用完整的UART的功能和这些辅助功能。使用Verilog-HDL将所需要的UART的核心功能集成到FPGA／CPLD内部，就可以实现紧凑、稳定且可靠的UART数据传输。这样，既可以满足实际的应用，实现所要求的简单的通信和控制，又能够去除更多不需要的繁杂复杂的功能实现。 一、UART的原理 串行通信是指外部设备和计算机间使用一根数据线(另外需要地线，可能还需要控制线)进行数据传输的方式。数据在一根数据线上一位一位传输，每一位数据都占据一个固定的时间长度。与并行通信方式相比，串行通信方式的传输速度较慢，但这种通信方式使用的数据线少，在远距离通信中可以节约通信成本，因此得到了广泛的应用。 基本的UART只需要发送和接收两条数据线就可以完成数据的全双工通信，其基本功能是在发送端将控制器通过总线传过来的并行数据，以设定的格式，设定的频率串行地传输出去，并同时在接收端将串行接收到的数据，转换成相应的并行数据发送出去。UART的基本帧格式如图1所示。其中，起始位总是逻辑O状态，停止位总是逻辑l状态，其持续时间可选为1位、1．5位或2位，其数据位可为5、6、7、8位，校验位可根据需要选择奇校验位，偶校验位或无校验位。
院系： 姓名： 学号： 课程设计名称： 指导老师： 时间：
摘要 VHDL的特点 应用VHDL进行系统设计，有以下几方面的特点。 （一）功能强大 VHDL具有功能强大的语言结构。它可以用明确的代码描述复杂的控制逻辑设计。并且具有多层次的设计描述功能，支持设计库和可重复使用的元件生成。VHDL是一种设计、仿真和综合的标准硬件描述语言。 （二）可移植性 VHDL语言是一个标准语言，其设计描述可以为不同的EDA工具支持。它可以从一个仿真工具移植到另一个仿真工具，从一个综合工具移植到另一个综合工具，从一个工作平台移植到另一个工作平台。此外，通过更换库再重新综合很容易移植为ASIC设计。 （三）独立性 VHDL的硬件描述与具体的工艺技术和硬件结构无关。设计者可以不懂硬件的结构，也不必管最终设计实现的目标器件是什么，而进行独立的设计。程序设计的硬件目标器件有广阔的选择范围，可以是各系列的CPLD、FPGA及各种门阵列器件。 （四）可操作性 由于VHDL具有类属描述语句和子程序调用等功能，对于已完成的设计，在不改变源程序的条件下，只需改变端口类属参量或函数，就能轻易地改变设计的规模和结构。 （五）灵活性 VHDL最初是作为一种仿真标准格式出现的，有着丰富的仿真语句和库函数。使其在任何大系统的设计中，随时可对设计进行仿真模拟。所以，即使在远离门级的高层次（即使设计尚未完成时），设计者就能够对整个工程设计的结构和功能的可行性进行查验，并做出决策。VHDL的设计结构 VHDL描述数字电路系统设计的行为、功能、输入和输出。它在语法上与现代编程语言相似，但包含了许多与硬件有特殊关系的结构。 VHDL将一个设计称为一个实体Entity（元件、电路或者系统），并且将它分成外部的可见部分（实体名、连接）和内部的隐藏部分（实体算法、实现）。当定义了一个设计的实体之后，其他实体可以利用该实体，也可以开发一个实体库。所以，内部和外部的概念对系统设计的VHDL是十分重要的。
VHDL 基础语法篇——VHDL VHDL硬件描述语言 1.1 VHDL概述 1.1.1 VHDL的特点 VHDL语言作为一种标准的硬件描述语言，具有结构严谨、描述能力强的特点，由于 VHDL语言来源于C、Fortran等计算机高级语言，在VHDL语言中保留了部分高级语言的原 语句，如if语句、子程序和函数等，便于阅读和应用。具体特点如下： 1. 支持从系统级到门级电路的描述，既支持自底向上（bottom-up）的设计也支持从顶向下 （top-down）的设计，同时也支持结构、行为和数据流三种形式的混合描述。 2. VHDL的设计单元的基本组成部分是实体（entity）和结构体（architecture），实体包含设 计系统单元的输入和输出端口信息，结构体描述设计单元的组成和行为，便于各模块之间数 据传送。利用单元（componet）、块（block）、过程（procure）和函数（function）等语句， 用结构化层次化的描述方法，使复杂电路的设计更加简便。采用包的概念，便于标准设计文 档资料的保存和广泛使用。 3. VHDL语言有常数、信号和变量三种数据对象，每一个数据对象都要指定数据类型，VHDL 的数据类型丰富，有数值数据类型和逻辑数据类型，有位型和位向量型。既支持预定义的数 据类型，又支持自定义的数据类型，其定义的数据类型具有明确的物理意义，VHDL是强类 型语言。 4. 数字系统有组合电路和时序电路，时序电路又分为同步和异步，电路的动作行为有并行 和串行动作，VHDL语言常用语句分为并行语句和顺序语句，完全能够描述复杂的电路结构 和行为状态。 1.1.2 VHDL语言的基本结构 VHDL语言是数字电路的硬件描述语言，在语句结构上吸取了Fortran和C等计算机高级 语言的语句，如IF语句、循环语句、函数和子程序等，只要具备高级语言的编程技能和数字 逻辑电路的设计基础，就可以在较短的时间内学会VHDL语言。但是VHDL毕竟是一种描述 数字电路的工业标准语言，该种语言的标识符号、数据类型、数据对象以及描述各种电路的 语句形式和程序结构等方面具有特殊的规定，如果一开始就介绍它的语法规定，会使初学者 感到枯燥无味，不得要领。较好的办法是选取几个具有代表性的VHDL程序实例，先介绍整 体的程序结构，再逐步介绍程序中的语法概念。 一个VHDL语言的设计程序描述的是一个电路单元，这个电路单元可以是一个门电路， 或者是一个计数器，也可以是一个CPU。一般情况下，一个完整的VHDL语言程序至少要包含程序包、实体和结构体三个部分。实体给出电路单元的外部输入输出接口信号和引脚信 息，结构体给出了电路单元的内部结构和信号的行为特点, 程序包定义在设计结构体和实体 中将用到的常数、数据类型、子程序和设计好的电路单元等。 一位全加器的逻辑表达式是： S=A⊕B⊕Ci Co=AB+ACi+BCi 全加器的VHDL程序的文件名称是fulladder.VHD，其中VHD是VHDL程序的文件扩展名， 程序如下： LIBRARY IEEE; --IEEE标准库 USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY fulladder IS -- fulladder是实体名称 PORT( A, B, Ci : IN STD_LOGIC; --定义输入/输出信号 Co, S : OUT STD_LOGIC ); END fulladder; ARCHITECTURE addstr OF fulladder IS --addstr是结构体名 BEGIN S <= A XOR B XOR Ci; Co <= (A AND B) OR (A AND Ci) OR (B AND Ci); END addstr; 从这个例子中可以看出，一段完整的VHDL代码主要由以下几部分组成： 第一部分是程序包，程序包是用VHDL语言编写的共享文件，定义在设计结构体和实体
期末大作业课程设计实验报告设计题目：基于VHDL电子钟的设计
目录 一、概述 (3) 1.1目的 (3) 1.2课程设计的要求和功能 (3) 二、总结 (3) 2.1课程设计进行过程及步骤 (3) 2.2所遇到的问题，如何解决问题 (15) 2.3体会收获以及建议 (15) 3.4参考资料（书，网络资料） (15) 三、教师评语 (16) 四、成绩 (16)
一、概述 1.1目的 1. 基于CPLD系统模块板，设计一个电子钟。来熟悉CPLD的工作原理以及 对VHDL的使用。 2. 通过设计出一个电子钟具有校时功能，来巩固分频，键盘扫描，计数，动 态扫描等知识内容。 1.2课程设计的要求和功能 设计一个电子钟，能进行正常的时分秒计时功能，分别有六个数码管显示24小时，60分钟，60秒的计数器显示。 利用实验箱系统上的按键实现“校时”、“校分”功能： （1）按下“SA”键时，计时器快速递增，按24小时循环，进行时校正； （2）按下“SB”键时，计分器快速递增，按60分循环，进行分校正 （3）按下“SC”键时，秒清零，进行秒校正； 二、总结 2.1课程设计进行及步骤 1．设计提示 系统框图见下
2．系统结构设计描述（1）系统顶层文件 1.顶层原理图见下
2.各个模块的解释 （1）五个输入量clk50MHz,SA,SB,SC,reset： 其中clk50MHz为总体系统提供时钟，并且经过分频来分别对电子 钟模块提供时钟，产生一秒一秒的进位信号，对显示模块的计数器 提供时钟实现显示模块的扫描功能，对按键去抖动提供时钟，实现 键盘扫描的功能。SA,SB,SC用来控制按键，实现按键控制，SA是 实现“时”加一，SB是实现“分”加一，SC是实现“秒”清零。 Reset是来控制按键功能的使能。 （2）按键功能模块 三个输入chos ,date0,date1的功能是：chos接受来自按键的信号， 若按键按下，则将date0的内容，也就是通过按键产生的脉冲来控 制电子钟进行加一，若按键没有按下，则将“秒”分频信号接入电 子钟的clk计数输入端，通过时钟脉冲来控制电子钟。 （3）电子钟计数模块 有5个输入ci,nreset,load,clk,d[7..0]，作用分别是ci是使能端，直 接接高电位，nreset是复位，load和d[7..0]是用来置数的，clk提供 计数时钟，也就是一秒一个脉冲。 输出端有三个，co是进位功能，只有“秒”和“分”模块有效， qh[3..0],ql[3..0]是分位的数字输出端，一个是十位，一个是个位。
VHDL语言的基本知识点罗列 1 VHDL语言的标识符 VHDL中的标识符可以是常数、变量、信号、端口、子程序或参数的名字。使用标识符要遵守如下法则： a）标识符由字母（A…Z；a…z）、数字和下划线字符组成。 任何标识符必须以英文字母开头。λ 末字符不能为下划线。λ b）不允许出现两个连续下划线。 标识符中不区分大小写字母。λ VHDL定义的保留子或称关键字，不能用作标识符。λ c） VHDL中的注释由两个连续的短线（--）开始，直到行尾。 以下是非法标识符： -Decoder —起始不能为非英文字母 3DOP —起始不能为数字 Large#number —“#”不能成为标识符的构成符号 Data__bus —不能有双下划线 Copper_ —最后字符不能为下划线 On —关键字不能用作标识符。 注：在AHDL语言中标识符要区分大小写，但在VHDL语言中不区分大小写。所以写程序时，一定要养成良好的书写习惯，应用关键字时用大写，自己定义的标识符用小写。 标识符表示的几种数据对象的详细说明如下： 1) 常数（Constant ） 常数是一个固定的值，主要是为了使设计实体中的常数更容易阅读和修改。常数一被赋值就不能在改变。一般格式： CONSTANT 常数名：数据类型：=表达式； 例：CONSTANT Vcc: REAL: =5.0; —设计实体的电源电压指定 常数所赋得值应与定义的数据类型一致。 常量的使用范围取决于它被定义的位置。程序包中定义的常量具有最大的全局化特性，可以用在调用此程序包的所有设计实体中；设计实体中某一结构体中定义的常量只能用于此结构体；结构体中某一单元定义的常量，如一个进程中，这个常量只能用在这一进程中。 2) 变量（Variable） 变量是一个局部变量，它只能在进程语句、函数语句和进程语句结构中使用。用作局部数据存储。在仿真过程中。它不像信号那样，到了规定的仿真时间才进行赋值，变量的赋值是立即生效的。变量常用在实现某种算法的赋值语句中。 一般格式： VARIABLE 变量名数据类型约束条件：=表达式； 例：VARIABLE x,y:INTEGER; —定义x,y为整数变量 VARIABLE count: INTEGER RANGE0 TO255:=10; —定义计数变量范围 变量的适用范围仅限于定义了变量的进程或子程序中。若将变量用于进程之外，必须该值赋给一个相同的类型的信号，即进程之间传递数据靠的信号。 变量赋值语句的语法格式如下：
计算机硬件课程设计 设计报告 学号：姓名：成绩： 学号：姓名：成绩： 东南大学计算机科学与工程系 二0 10 年12 月 目录 1.实验名称 (2)
2.实验目的 (2) 3.实验任务……………………………………………………………………… 2. 4.主要特色 (2) 5. 设计方案 (3) 5.1 数据格式和指令系统 (3) 5.2本设计的体系结构 (5) 5.测试结果与性能分析 (20) 6.课程设计总结 (22) 1．实验名称 微程序控制的模型计算机的设计与调试 2．实验目的 1．综合运用“计算机组成原理”和“数字电路”等课程的知识，通过对模型机的设计和调试，加深对计算机各部件工作原理的认识。 2．进一步掌握运用EDA技术进行设计和调试的工作方法。 3．掌握计算机硬件设计的思想，方法及工作过程，进一步培养工程设计的能力。 3．实验任务 1．自行规定数据格式和指令格式，在所提供的条件范围内设计一台由微程序控制（也可以用其他方式如组合逻辑等）的模型计算机。 2．根据设计方案，将模型机调试成功。 3．整理出相关文件。 （1）数据格式和指令系统。 （2）总框图。 （3）详细电路图或有关电路的VHDL语言源程序。 （4）微指令格式和微程序。 （5）调试过程和测试结果（包括测试程序）。
4．主要特色 1．增加了ROM的宽度，改为24位，使得可以在一个时钟内读出24位的微指令。 2．对电路进行了合理的修改，具体增加了SRC. DEST结合IR0,IR2,IR1,IR3到RA,RB的译码电路。 3．SRC. DEST结合IR0,IR2,IR1,IR3到WA,WB的译码电路，实现了对于源操作数的写入。 4．由微指令到8CPU中对应的端口译码。 5．重新构造了ROM，RAM，修改了时序电路，调整了M1,M2,M3,M4的时序。 6．除了书上要求的指令微程序以外，还对微程序进行了扩充，加了逻辑左移指令：SAL(每次执行左移一位)，以及乘法指令：MUL(8位与8位数据相乘，得到16位数据高8位写回源操作数，低8位写回目的操作数) 7．修改了M1,M2,M3,M4的连接电路。 8．通过用软件模拟的方法，成功的构造了一个简单的CPU，更加熟练的学会使用EDA技术。试验中结合了数字实验和组成原理部分内容。 9．用简单易读的方式排列24位控制信号，使得操作更加简便，如图所示
课程设计报告 实践课题： VHDL与数字系统课程设计 学生： XXX 指导老师： XXX、XXX 系别：电子信息与电气工程系 专业：电子科学与技术 班级： XXX 学号： XXX
一、设计任务 用VHDL设计一个简单的处理器，并完成相关的仿真测试。 .设计要求： 图1是一个处理器的原理图，它包含了一定数量的寄存器、一个复用器、一个加法/减法器（Addsub）,一个计数器和一个控制单元。 图1 简单处理器的电路图 数据传输实现过程：16位数据从DIN输入到系统中，可以通过复用器分配给R0~R7和A，复用器也允许数据从一个寄存器传通过Bus送到另外一个寄存器。 加法和减法的实现过程：复用器先将一个数据通过总线放到寄存器A中，然后将另一个数据放到总线上，加法/减法器对这两个数据进行运算，运算结果存入寄存器G中，G中的数据又可根据要求通过复用器转存到其他寄存器中。 1）Rx ← [Ry] :将寄存器Ry中的内容复制到Rx； 2）Mvi Rx，#D ：将立即数存入寄存器Rx中去。 所有指令都按9位编码（取自DIN的高9位）存储在指令存储器IR中，编编码规则为IIIXXXYYY，III 表示指令，XXX表示Rx寄存器，YYY表示Ry寄存器。立即数#D是在mvi指令存储到IR中之后，通过16
位DIN 输入的。 有一些指令，如加法指令和减法指令，需要在总线上多次传输数据，因此需要多个时钟周期才能完成。控制单元使用了一个两位计数器来区分这些指令执行的每一个阶段。当Run 信号置位时，处理器开始执行DIN 输 二、实现功能说明 2.1 mv Rx,Ry 实现的功能：将寄存器Rx 的值赋给寄存器Ry （以mv R0, R5为例） （1 ）计数器为“00”时,指令寄存器的置位控制信号输入端IRin=1有效，将DIN 输入的数据的高9位锁存。置位的控制信号如图3加粗黑线所示。 图3 （2）计数器为“01”时,首先控制单元根据设计器为“00”时输入的指令，向复用器发出选通控制信号，复用器根据该控制信号让R5的值输出到总线上，然后控制单元控制寄存器R0将总线上的值锁存，完成整个寄存器对寄存器的赋值过程。置位的控制信号和数据流如图4加粗黑线所示。 图4