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EDA实验报告

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EDA实验报告（交通灯）一、实验目的1、学习与日常生活相关且较复杂数字系统设计；2、进一步熟悉EDA实验装置和QuartusⅡ软件的使用方法；3、通过制作来了解交通灯控制系统，交通灯控制系统主要是实现城市十字交叉路口红绿灯的控制二、主要仪器设备1、微机1台2、QuartusII集成开发软件1套3、EDA实验装置1套三、设计目标设计一个十字路口交通控制系统，其东西，南北两个方向除了有红、黄、绿灯指示是否允许通行外，还设有时钟，以倒计时方式显示每一路允许通行的时间，四、设计过程1.总体电路原理图2.分频器设计LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY FP50M ISPORT(CLK1:IN STD_LOGIC;--IN CLK CLK2:OUT STD_LOGIC--OUT CLK );END ENTITY;ARCHITECTURE TWO OF FP50M IS BEGINPROCESS(CLK1)VARIABLE TEMP :INTEGER RANGE0TO24999999;VARIABLE CLKTP :STD_LOGIC;BEGINIF CLK1'EVENT AND CLK1='1' THENIF TEMP=24999999THENCLKTP:=NOT CLKTP;TEMP:=0;ELSE TEMP:=TEMP+1;END IF;END IF;CLK2<=CLKTP;END PROCESS;END TWO;分频器设计如上，每当TEMP为24999999时，电平翻转，实现将50MHz的信号分为1Hz信号；在时序仿真的时候，选择修改参数，实现10分频，波形图如下：3.交通灯设计LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY light ISPORT(CLK,EN:IN STD_LOGIC;REDX,YELLOWX,GREENX:OUT STD_LOGIC;--X light 东西红黄绿三色灯REDY,YELLOWY,GREENY:OUT STD_LOGIC;--Y light 南北红黄绿三色灯XGW,XSW,YGW,YSW:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6DOWNTO0)–数码管控制);END light;ARCHITECTURE ONE OF light ISBEGINPROCESS(CLK,EN)VARIABLE XG,XS,YG,YS:INTEGER RANGE0TO9;--ge wei shi weiVARIABLE COUNT,TEMPX,TEMPY:INTEGER RANGE0TO 150;BEGINIF(EN='1')THEN--Enable紧急制动REDX <= '1';GREENX <= '0'; YELLOWX <= '0';REDY <= '1';GREENY <= '0'; YELLOWY <= '0';ELSIF(CLK'EVENT AND CLK = '1')THENCOUNT:=COUNT+1;IF(COUNT=150)THEN--150sCOUNT:=0;END IF;IF(COUNT<75)THEN--X direction REDX<='1';YELLOWX<='0';GREENX<='0';TEMPX:=75-COUNT;--REDELSIF(COUNT >74AND COUNT <80)THENYELLOWX<='1';REDX<='0';GREENX<='0';TEMPX:=80-COUNT;--YELLLOWELSEGREENX<='1';YELLOWX<='0';REDX<='0';TEMPX:=150-COUNT;--GREENEND IF;IF(COUNT<70)THEN--Y DIRECTION GREENY<='1';REDY<='0';YELLOWY<='0';TEMPY:=70-COUNT;--GREENELSIF(COUNT>69AND COUNT<75)THENYELLOWY<='1';REDY<='0';GREENY<='0';TEMPY:=75-COUNT;--YELLOWELSEREDY<='1';YELLOWY<='0';GREENY<='0';TEMPY:=150-COUNT;--REDEND IF;END IF;IF(EN='1' AND CLK = '1')THEN XGW <="1111111";XSW <="1111111";YGW <="1111111";YSW <="1111111";ELSEXG:=TEMPX MOD10;YG:=TEMPY MOD10;XS:=TEMPX /10;YS:=TEMPY /10;CASE XG ISWHEN0=> XGW <=not"0111111";WHEN1=> XGW <=not"0000110";WHEN2=> XGW <=not"1011011";WHEN3=> XGW <=not"1001111";WHEN4=> XGW <=not"1100110";WHEN5=> XGW <=not"1101101";WHEN7=> XGW <=not"0000111"; WHEN8=> XGW <=not"1111111"; WHEN9=> XGW <=not"1101111"; WHEN OTHERS=>NULL;END CASE;CASE XS ISWHEN0=> XSW <=not"0111111"; WHEN1=> XSW <=not"0000110"; WHEN2=> XSW <=not"1011011"; WHEN3=> XSW <=not"1001111"; WHEN4=> XSW <=not"1100110"; WHEN5=> XSW <=not"1101101"; WHEN6=> XSW <=not"1111101"; WHEN7=> XSW <=not"0000111"; WHEN8=> XSW <=not"1111111"; WHEN9=> XSW <=not"1101111"; WHEN OTHERS=>NULL;END CASE;CASE YG ISWHEN0=> YGW <=not"0111111"; WHEN1=> YGW <=not"0000110";WHEN3=> YGW <=not"1001111"; WHEN4=> YGW <=not"1100110"; WHEN5=> YGW <=not"1101101"; WHEN6=> YGW <=not"1111101"; WHEN7=> YGW <=not"0000111"; WHEN8=> YGW <=not"1111111"; WHEN9=> YGW <=not"1101111"; WHEN OTHERS=>NULL;END CASE;CASE YS ISWHEN0=> YSW <=not"0111111"; WHEN1=> YSW <=not"0000110"; WHEN2=> YSW <=not"1011011"; WHEN3=> YSW <=not"1001111"; WHEN4=> YSW <=not"1100110"; WHEN5=> YSW <=not"1101101"; WHEN6=> YSW <=not"1111101"; WHEN7=> YSW <=not"0000111"; WHEN8=> YSW <=not"1111111"; WHEN9=> YSW <=not"1101111"; WHEN OTHERS=>NULL;END CASE;END IF;END PROCESS;END;4.原理分析：i.紧急制动：EN端为紧急制动端，当遇到紧急交通事故EN设为高电平，东西南北方向的红灯全亮；且在时钟为高电平时，数码管全灭；低电平时正常显示，以此实现闪烁的电路；此时倒计时数字停止ii.设置COUNT变量计数，TEMPX,TEMPY记录倒计时数字例如东西方向，当COUNT<75,红灯亮，黄绿灯灭，倒计时数字为75-TEMPX；COUNT从0循环至149，完成一个周期的交通灯控制；iii.XGW,XSW,YGW,YSW信号分别送入4个数码管，分别控制东西、南北的数码管；而XGW,XSW,YGW,YSW由TEMPX\TEMPY以”MOD” ”\”运算得到；5.当东西或南北两路中任一道上出现特殊情况，例如有消防车，警车要去执行任务，此时交通控制系统应可由交警手动控制立即进入特殊运行状态，即两条道上的所有车辆皆停止通行，红灯全亮，时钟停止计时，且其数字在闪烁。

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目录第一部分实验开发系统概述及使用说明.............................................................. １第一章EDA实验系统 ....................................................................................... １第二章EDA/SOPC实验系统 ............................................................................ ７第二部分实验部分............................................................................................ １０实验一EDA工具基本操作与应用 ........................................................... １０实验二计数器设计..................................................................................... ２４实验三串入/并出移位寄存器实现 ........................................................... ２６实验四四人抢答器设计............................................................................. ２８实验五序列检测器设计............................................................................. ２９实验六DDS信号源的设计........................................................................ ３０实验七交通灯控制器设计......................................................................... ３１实验八数字钟设计..................................................................................... ３２实验九出租车计费器设计......................................................................... ３３实验十频率计的实现................................................................................. ３４附录——FPGA接口对照表 ............................................................................ ３５第一部分实验开发系统概述及使用说明第一章EDA实验系统一、实验系统概述此系列实验系统针对数字电路设计CPLD/FPGA及模拟电路设计技术有一总体上的概念。

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7段数码显示译码器设计实验报告******班级：09级计科六班学号：*************一、实验目的1. 用QuartusII 完成基本组合电路的设计；2. 学习7段数码显示译码器设计；3.学习VHDL 的CASE 语句应用及多层次设计方法。

二、 实验原理1. 7段数码是纯组合电路，通常的小规模专用IC ，如74或4000系列的器件只能作十进制BCD 码译码，然而数字系统中的数据处理和运算都是二进制的，所以输出表达式都是十六进制的。

为了满足十六进制的译码显示，最方便的方法就是利用译码程序在FPGA/CPLD 中来实现。

2. 对于7段译码器，输出信号LED7S 的7位分别接如图1所示数码管的7个段，高位在左，低位在右。

例如当LED7S 输出为“1101101”时，数码管的7个段：g 、f 、e 、d 、c 、b 、a 分别接1、1、0、1、1、0、1；接有高电平的段发亮，于是数码管显示“5”。

3. 4位译码选择信号A 、7位输出信号LED7S 与、数码管显示三者间的关系如表1所示。

图1 共阴数码管及其电路表1 7段数码管输入输出真值表 这里没有考虑表示小数点的发光管，如果要考虑，需要增加段h ，后述程序中的LED7S:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0) 应改为 (7 DOWNTO 0) ， 即输出信号由7位改为8位。

4位选择 信号A 7位输出信号LED7S数码管显示 0000 0111111 0 0001 0000110 1 0010 1011011 2 0011 1001111 3 0100 1100110 4 0101 1101101 5 0110 1111101 6 0111 0000111 7 1000 1111111 8 1001 1101111 9 1010 1110111 A 10111111100 B 11000111001 C 11011011110 D 11101111001 E 1111 1110001 F三、实验仪器1.PC机一台2.Quartus II 软件3.EDA实验箱四、实验内容1、实验内容一：说明例6-18中各语句的含义，以及该例的整体功能。

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EDA实验报告班级：姓名：目录实验一：七段数码显示译码器设计 (1)摘要 (1)实验原理 (1)实验方案及仿真 (1)引脚下载 (2)实验结果与分析 (3)附录 (3)实验二：序列检测器设计 (6)摘要 (6)实验原理 (6)实现方案及仿真 (6)引脚下载 (7)实验结果与分析 (8)实验三：数控分频器的设计 (11)摘要 (11)实验原理 (11)方案的实现与仿真 (11)引脚下载 (12)实验结果及总结 (12)附录 (12)实验四：正弦信号发生器 (14)摘要 (14)实验原理 (14)实现方案与仿真 (14)嵌入式逻辑分析及管脚下载 (16)实验结果与分析 (17)附录 (18)实验一：七段数码显示译码器设计摘要：七段译码器是一种简单的组合电路，利用QuartusII的VHDL语言十分方便的设计出七段数码显示译码器。

将其生成原理图，再与四位二进制计数器组合而成的一个用数码管显示的十六位计数器。

整个设计过程完整的学习了QuartusII的整个设计流程。

实验原理：七段数码是纯组合电路，通常的小规模专用IC，如74或4000系列的器件只能作十进制BCD码译码，然而数字系统中的数据处理和运算都是2进制的，所以输出表达都是16进制的，为了满足16进制数的译码显示，最方便的方法就是利用译码程序在FPGA\CPLD中来实现。

本实验作为7段译码器，输出信号LED7S的7位分别是g、f、e、d、c、b、a，高位在左，低位在右。

例如当LED7S 输出为“1101101”时，数码管的7个段g、f、e、d、c、b、a分别为1、1、0、1、1、1、0、1。

接有高电平段发亮，于是数码管显示“5”。

实验方案及仿真：I、七段数码显示管的设计实现利用VHDL描述语言进行FPGA上的编译实现七段数码显示译码器的设计。

运行QuartusII在G:\QuartusII\LED7S\下新建一个工程文件。

新建一个vhdl语言编译文件，编写七段数码显示管的程序见附录1-1。

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实验一五人表决器设计一、实验目的1 加深对电路理论概念的理解3 加深计算机辅助分析及设计的概念4 了解及初步掌握对电路进行计算机辅助分析的过程二、实验要求制作一个五人表决器，共五个输入信号，一个输出信号。

若输入信号高电平数目多于低电平数目，则输出为高，否则为低。

三、实验原理根据设计要求可知，输入信号共有2^5=32种可能，然而输出为高则有15种可能。

对于本设计，只需一个模块就能完成任务，并采用列写真值表是最简单易懂的方法。

四、计算机辅助设计设A,B,C,D,E引脚为输入引脚，F为输出引脚。

则原理图如1所示图1.1 五人表决器原理图实验程序清单如下：MODULE VOTEA,B,C,D,E PIN;F PIN ISTYPE 'COM';TRUTH_TABLE([A,B,C,D,E]->[F])[0,0,1,1,1]->[1];[0,1,1,1,0]->[1];[0,1,0,1,1]->[1];[0,1,1,0,1]->[1];[1,0,1,1,1]->[1];[1,1,0,1,1]->[1];[1,1,1,0,1]->[1];[1,1,1,1,0]->[1];[1,1,1,0,0]->[1];[1,1,0,1,0]->[1];[1,1,1,1,1]->[1];[1,1,0,0,1]->[1];[1,0,0,1,1]->[1];[1,0,1,0,1]->[1];[1,0,1,1,0]->[1];END五、实验测试与仿真根据题目要求，可设输入分别为：0，0，0，0，0；1，1，1，1，1；1，0，1，0，0；0，1，0，1，1。

其测试程序如下所示：MODULE fivevoteA,B,C,D,E,F PIN;X=.X.;TEST_VECTORS([A,B,C,D,E]->[F])[0,0,0,0,0]->[X];[1,1,1,1,1]->[X];[1,0,1,0,0]->[X];[0,1,0,1,1]->[X];END测试仿真结果如图1.2所示：图1.2 五人表决器设计仿真图可知，设计基本符合题目要求。