FPGA实验设计报告—广东技术师范学院
FPGA实训报告
1.FPGA硬件系统设计1.1 功能要求利用所给器件:一个8位拨码开关(见图1-1),排针40×1,芯片DAC0832×1,芯片LM358×1,一个电位器构成硬件电路,实现与FPGA相连,输出正弦波,三角波,锯齿波,方波。
(图1-1)1.2FPGA硬件系统组成(见图1-2)(图1-2)FPGA框架结构由三部分组成:可编程输入/输出模块I/OB (I/O Block)——I/OB:位于芯片内部四周,主要由逻辑门、触发器和控制单元组成。
在内部逻辑阵列与外部芯片封装引脚之间提供一个可编程接口。
可配置逻辑模块CLB (Configurable Logic Block)——CLB:是FPGA的核心阵列,用于构造用户指定的逻辑功能,不同生产厂商的FPGA 器件其不同之处主要在核心阵列。
每个CLB 主要由查找表LUT (Look Up Table )、触发器、数据选择器和控制单元组成。
可编程内部连线PI (Programmable Interconnect) ——PI :位于CLB 之间,用于传递信息。
编程后形成连线网络,提供CLB 之间、CLB 与I/OB 之间的连线。
1.3 FPGA 最小系统简介(见图1-3)(图1-3)1.3.1 FPGA 最小系统板(见图1-4)(图1-4)1.3.2 下载接口Alter 提供常用的编程连接电缆有4种: (1)Byte Blaster 配置电缆 (2)Byte Blaster MV 配置电缆(3)Master Blaster/USB 配置电缆(USB – Blaster ) (4)Bit Blaster 配置电缆计算机接口JTAG 接口FPGA / CPLD 芯片晶振复位电源输入接口输出接口下载电缆AS 接口串口连接时编程电缆选择:可以选择Bit Blaster或Master Blaster配置电缆;并口连接时编程电缆选择:可以选择Byte Blaster或Byte Blaster MV配置电缆;USB连接时编程电缆选择:选择Master Blaster配置电缆。
fpga实验报告
fpga实验报告FPGA实验报告引言随着科技的发展和计算机应用的广泛应用,人们对于计算机硬件的需求也越来越高。
在这个背景下,FPGA(Field Programmable Gate Array)作为一种可编程逻辑器件,被广泛应用于数字电路设计和嵌入式系统开发。
本篇文章将就FPGA的基本原理、实验设计和实验结果进行探讨。
一、FPGA的基本原理FPGA是一种可编程逻辑器件,它由一系列可编程逻辑单元(PLU)和可编程互连资源(PIM)组成。
PLU可以根据用户的需求进行编程,实现不同的逻辑功能。
PIM则用于连接不同的PLU,构成用户所需的电路结构。
FPGA的可编程性使得它能够根据不同的应用需求进行灵活的配置和重构,具有很高的可扩展性和适应性。
二、FPGA实验设计在FPGA实验设计中,我们通常需要进行电路设计、编程和仿真等步骤。
1. 电路设计FPGA实验中的电路设计是实验的核心环节。
我们需要根据实验要求,设计出符合要求的逻辑电路。
在设计过程中,我们可以使用硬件描述语言(HDL)如Verilog或VHDL来描述电路结构和功能。
通过对电路进行分析和优化,我们可以得到满足实验要求的电路设计。
2. 编程在电路设计完成后,我们需要将电路设计转化为FPGA可识别的编程文件。
这一步骤通常使用专门的软件工具来完成,如Xilinx ISE或Quartus II。
通过这些软件工具,我们可以将电路设计转化为FPGA可执行的bit文件。
3. 仿真在将编程文件下载到FPGA之前,我们通常需要进行仿真验证。
通过仿真,我们可以验证电路设计的正确性和性能。
仿真可以帮助我们发现潜在的问题和错误,从而提前解决,确保实验的顺利进行。
三、FPGA实验结果在实验过程中,我们通过将编程文件下载到FPGA上,使其实现我们设计的逻辑电路。
通过实验,我们可以获得电路的输出结果,并对其进行验证和分析。
1. 输出验证通过与设计预期结果进行比对,我们可以验证电路的输出是否符合预期。
FPGA实验报告
FPGA实验报告一、实验目的本次FPGA实验目的是通过使用FPGA开发板,了解FPGA的基本原理和应用,培养学生对数字电路设计的基本能力。
二、实验原理FPGA(Field-Programmable Gate Array)是一种可编程逻辑芯片,通过在芯片中加入多个查找表、可编程互连和触发器等基本模块,使得用户可以根据实际需求程序设计芯片的逻辑功能和互连关系。
FPGA的主要优点是能快速更新设计并且重配置灵活,而且速度快、功耗低。
本次实验我们使用的FPGA开发板是Xilinx Spartan-6系列,采用的开发环境是Xilinx ISE Design Suite。
三、实验内容1.实验用到的器件及端口我们使用的FPGA开发板上有多个输入输出端口,如LED灯、开关、按键等。
其中LED灯作为输出端口,开关和按键作为输入端口。
实验中,我们通过控制开关的状态,来控制LED灯的亮与灭。
2.设计电路我们的实验电路主要由一个FPGA芯片、多个LED灯、多个开关和按键等组成。
具体设计如下:(插入电路图)3.编写代码我们使用Verilog语言来描述逻辑电路的功能,并将其编写成代码。
代码示例如下:module led_controllerinput wire CLK,input wire [3:0] SWITCH,output reg [7:0] LEDcase(SWITCH)endcaseendendmodule4.烧录代码通过Xilinx ISE Design Suite的工具链,将上述代码综合、实现、生成比特文件。
然后通过JTAG接口将比特文件烧录到FPGA芯片中。
5.实验结果实验结果是通过观察LED灯的亮灭情况来验证代码的正确性。
根据开关的不同状态,LED灯的亮灭也不同。
四、实验总结通过本次实验,我们深入了解了FPGA的基本原理和应用,并且使用了Xilinx Spartan-6系列的开发板完成了LED控制的实验。
通过观察LED灯的亮灭情况,验证了我们编写的代码的正确性。
FPGA设计实践报告 抢答器设计设计
课程设计报告课程设计名称:FPGA设计实践设计课题名称:抢答器设计设计抢答器设计设计报告一、设计目的:本课程的授课对象是电子科学与技术专业本科生,是电子类专业的一门重要的实践课程,是理论与实践相结合的重要环节。
本课程有助于培养学生的数字电路设计方法、掌握模块划分、工程设计思想与电路调试能力,为以后从事各种电路设计、制作与调试工作打下坚实的基础。
二、实验器材和工具软件:实验器材:PC机一台、DE2板;工作软件:QuartusII9.0。
三、设计内容:(1)抢答器可容纳四组12位选手,每组设置三个抢答按钮供选手使用。
(2)电路具有第一抢答信号的鉴别和锁存功能。
在主持人将系统复位并发出抢答指令后,蜂鸣器提示抢答开始,时显示器显示初始时间并开始倒计时,若参赛选手按抢答按钮,则该组指示灯亮并用组别显示器显示选手的组别,同时蜂鸣器发出“嘀嘟”的双音频声。
此时,电路具备自锁功能,使其它抢答按钮不起作用。
(3)如果无人抢答,计时器倒计时到零,蜂鸣器有抢答失败提示,主持人可以按复位键,开始新一轮的抢答。
(4)设置犯规功能。
选手在主持人按开始键之前抢答,则认为犯规,犯规指示灯亮和显示出犯规组号,且蜂鸣器报警,主持人可以终止抢答执行相应惩罚。
(5)抢答器设置抢答时间选择功能。
为适应多种抢答需要,系统设有10秒、15秒、20秒和3O秒四种抢答时间选择功能。
四、设计具体步骤:具体的功能模块的实现:(一)组别判断电路模块(1)实现功能:实现四组十二位选手的组别判断功能,每组设置三个抢答按钮。
若选手成功抢答,则输出选手所在组别。
同时电路自锁功能,使其它抢答按钮不起作用。
如下图所示:(2)端口说明1)输入端a[2..0]:外接第一组三位选手的抢答按钮;b[2..0]:外接第二组三位选手的抢答按钮;c[2..0]:外接第三组三位选手的抢答按钮;d[2..0]:外接第四组三位选手的抢答按钮;clk:外接模块时钟信号;clr:外接模块复位按钮。
FPGA课程设计实验报告
1.标题多功能数字钟电路的分层次设计2. 内容摘要设计一个具有时、分、秒计时的电子钟电路,按24小时制计时。
①准确计时,以数字形式显示时、分、秒的时间;②具有分、时校正功能,校正输入脉冲频率为1Hz;③具有仿广播电台整点报时的功能,即每逢59分51秒、53秒、55秒、57秒时发出4声500Hz低音,在59分59秒发出一声1KHz高音,它们的持续时间均为1秒,最后一声高音结束时刻恰为正点时刻;④具有定时闹钟功能,且最长闹铃时间为1分钟。
3. 总体方案或工作原理示意框图(或流程图)①模24计数器的Verilog HDL设计(counter24.v)小时计数器的计数规律为00—01—…—22—23—00…,即在设计时要求小时计数器的个位和十位均按BCD码计数。
②模60计数器的Verilog HDL设计(counter60.v)分和秒计数器的计数规律为00—01—…—58—59—00… ,可见个位计数器从0~9计数,是一个10进制计数器;十位计数器从0~5计数,是一个六进制计数器。
可以先分别设计一个十进制计数器模块(counter10.v)和一个六进制计数器模块(counter6.v),然后将这两个模块组合起来,构成六十进制计数器。
4. 顶层逻辑电路图组成及原理简单叙述仿真波形如下:分析结论:经仿真波形分析①走时正常;②能〝校时〞〝校分〞;③整点报时;④时段控制到位。
功能完全符合设计要求,可以下载。
5. 对应各模块功能仿真波形(数据分析)分析及结论1、小时计时模块:仿真波形:当小时的高四位为0、1时,小时的低四位为九时,在下一个时钟的上跳延来了之后,高四位加一;当小时的高四位为2,同时低四位为3时,小时的高低四位都清零。
实现从00到23的循环计数。
2、分钟计时模块:仿真波形:当分钟的高四位为0、1、2、3、4时,小时的低四位为九时,在下一个时钟的上跳延来了之后,高四位加一;当分钟的高四位为5时,同时低四位为9时,分钟的高低四位都清零,实现从00到59的循环计数。
《FPGA系统设计》实验报告》时序逻辑电路的设计
《FPGA系统设计》实验报告》时序逻辑电路的设计
一、设计任务
分别设计并实现锁存器、触发器的VHDL模型。
二、设计过程
1、同步锁存器:
同步锁存器是指复位和加载功能全部与时钟同步,复位端的优先级较高。
下图为同步锁存器的VHDL程序及模型:
2、异步锁存器:
异步锁存器,是指复位与时钟不同步的锁存器。
下图为同步锁存器的VHDL程序及模型:
3、D触发器:
D触发器是最常用的触发器。
下图为简单D触发器的VHDL 模型:
4、T触发器:
T触发器的特点是在时钟沿处输出信号发生翻转。
按
照有无复位、置位信号以及使能信号等,T触发器也有多种类型。
下图为带异步复位T触发器的VHDL模型:
5、JK触发器:
JK触发器中,J、K信号分别扮演置位、复位信号的角色。
为了更清晰的表示出JK触发器的工作过程,以下给出JK触发器的真值表(如表1所示)。
表1 JK触发器真值表
按照有无复位、置位信号,常见的JK触发器也有多种类型,下图带异步复位(clr)、置位(prn)的JK触发器的VHDL模型:
三.总结
本次实验中较为顺利,在第一次课的时间内我就已经完成了必做实验与选作实验。
在实验的过程中,在防抖电路处有了较大的困难。
由于仿真中不存在此问题,在实际操作中参数选择时遇到了一定的困难。
在反复比对效果之后,我
确定了电路的参数,实现了防抖功能。
通过这次实验,我对时钟脉冲、计数器等有了更加深入的认识与理解。
fpga实训报告
fpga实训报告FPGA实训报告FPGA(Field Programmable Gate Array)是一种可编程逻辑器件,它可以在设计完成后进行现场编程,从而实现不同功能的硬件设计。
FPGA广泛应用于数字信号处理、计算机视觉、机器人控制等领域。
在FPGA的设计与开发过程中,实训是一种非常重要的学习方式。
本次FPGA实训主要是基于Verilog语言进行设计与开发,并使用Xilinx Vivado软件进行仿真和综合。
实训过程主要包括以下几个方面:一、FPGA基础知识学习在实训开始前,我们需要掌握FPGA的基础知识,包括FPGA的原理、结构、特点以及设计流程等。
在学习过程中,我们需要掌握Verilog语言的基础语法和常用模块设计,并了解FPGA开发工具的使用方法。
二、Verilog语言设计与编写在实训中,我们需要根据设计需求,使用Verilog语言进行FPGA 的开发。
在设计过程中,我们需要进行模块分析、状态机设计、时序分析等,同时需要保证代码的可读性、可维护性和可扩展性。
三、FPGA仿真与综合在完成代码编写后,我们需要使用Xilinx Vivado软件进行仿真和综合。
在仿真过程中,我们需要对代码进行模拟,并检查设计的正确性和时序约束是否满足。
在综合过程中,我们需要将代码翻译成FPGA可执行的位文件,并进行时序分析和资源利用率分析。
四、FPGA实现与调试在综合完成后,我们需要将位文件下载到FPGA芯片中,并进行调试和验证。
在调试过程中,我们需要使用示波器、逻辑分析仪等工具进行信号采集和调试,同时需要对设计进行优化和改进,以满足设计需求和性能要求。
总结:通过本次FPGA实训,我们掌握了FPGA的基础知识和Verilog语言的设计方法,同时了解了FPGA的设计流程和开发工具的使用方法。
在实训过程中,我们遇到了许多问题和挑战,但通过不断的调试和优化,我们最终完成了FPGA的设计和开发。
本次实训不仅提高了我们的实践能力和创新思维,同时也为我们今后从事FPGA相关工作打下了坚实的基础。
fpga课程设计报告彩灯实验
fpga课程设计报告彩灯实验一、课程目标知识目标:1. 学生能理解FPGA的基本原理和结构,掌握彩灯实验相关的硬件描述语言(HDL)基础;2. 学生能描述数字电路设计的基本流程,并运用FPGA设计简单的数字电路;3. 学生掌握彩灯实验的原理,能够解释彩灯显示背后的逻辑控制过程。
技能目标:4. 学生能够运用所学知识,设计并实现一个基于FPGA的彩灯控制电路;5. 学生通过实际操作,提高问题解决能力和实验操作技能,包括电路调试和故障排查;6. 学生能够利用FPGA设计软件进行电路设计和仿真,并完成硬件的实现和测试。
情感态度价值观目标:7. 学生通过实验探究,培养对电子工程领域的兴趣,增强创新意识和实践能力;8. 学生在小组合作中,提升团队协作能力和沟通技巧,理解集体智慧的重要性;9. 学生能够在实验过程中,形成良好的工程伦理观念,认识到技术对社会发展的积极影响和责任。
二、教学内容本课程教学内容围绕FPGA的原理与应用,结合彩灯实验项目,进行以下组织和安排:1. FPGA基础知识:- 数字电路设计基础;- FPGA原理与结构;- 硬件描述语言(HDL)入门。
2. 彩灯实验原理与设计:- 彩灯显示原理;- FPGA在彩灯控制中的应用;- 彩灯控制电路设计流程。
3. 教学大纲与进度安排:- 第一周:FPGA基本原理学习,了解硬件描述语言;- 第二周:数字电路设计基础,学习彩灯显示原理;- 第三周:彩灯控制电路设计,进行FPGA编程与仿真;- 第四周:电路调试与测试,优化设计方案。
4. 教材关联内容:- 教材第3章:“数字电路设计基础”;- 教材第4章:“FPGA原理与结构”;- 教材第5章:“硬件描述语言(HDL)应用”;- 教材第6章:“数字电路设计实例”。
5. 实践环节:- 彩灯控制电路设计实践;- FPGA编程与仿真;- 电路调试与故障排查。
三、教学方法针对FPGA课程设计报告彩灯实验,采用以下多样化的教学方法,以激发学生的学习兴趣和主动性:1. 讲授法:- 对FPGA基本原理、数字电路设计基础和硬件描述语言(HDL)等理论知识进行系统讲解,为学生奠定扎实的理论基础。
fpga实训报告
fpga实训报告1、实训背景本次FPGA实训旨在提升学员对于FPGA(Field-Programmable Gate Array)的了解和应用能力。
通过实际操作,加深对FPGA结构、原理和编程的理解,提高在数字电路设计和嵌入式系统开发中的实践能力。
2、实训目标2.1 掌握FPGA的基本原理和工作原理;2.2 熟悉FPGA的开发环境和常用开发工具;2.3 学会使用硬件描述语言(HDL)进行FPGA的设计和编程;2.4 利用FPGA实现数字电路设计和嵌入式系统开发。
3、实训过程与方法本次FPGA实训采用了以下步骤和方法:3.1 理论学习:通过课堂讲解和学习资料,学习FPGA的基本概念、原理和应用领域;3.2 实验操作:通过实验指导书,按照实验流程进行FPGA开发环境的搭建、FPGA设计和编程的实际操作;3.3 问题解决:在实验过程中遇到问题时,通过查阅资料、请教老师和同学等方式解决,保证实验的顺利进行;3.4 实验总结:每个实验结束后,撰写实验总结报告,总结所学到的知识和经验。
4、实训内容4.1 FPGA基础知识学习:包括FPGA的定义、特点、结构和工作原理等内容;4.2 FPGA开发环境搭建:包括安装开发软件、连接开发板和计算机等操作;4.3 硬件描述语言(HDL)的学习和应用:包括Verilog和VHDL的基本语法、模块化设计和状态机的实现等;4.4 FPGA设计和编程实验:包括数电实验、数字系统设计和嵌入式系统开发等;4.5 实验总结和报告撰写:对每个实验进行总结,包括实验目的、步骤、结果和心得体会等。
5、实训成果通过本次FPGA实训,学员们取得了一定的成果:5.1 提高了对FPGA的理解和应用能力;5.2 熟悉了FPGA开发环境和常用工具的使用;5.3 学会了使用HDL进行FPGA设计和编程;5.4 实现了数字电路设计和嵌入式系统开发等应用。
6、实训心得本次FPGA实训让我对FPGA有了更深入的了解,通过实际操作,我不仅学会了使用FPGA开发环境和编程工具,还实现了一些具体的应用。
FPGA实训报告概述
FPGA实训报告概述1. 介绍FPGA(可编程逻辑门阵列)是一种集成电路芯片,具有可编程逻辑和可重构电路的特性。
通过在FPGA上编程实现各种逻辑功能,可以使用FPGA来开发和实现各种应用。
本篇文章将对FPGA实训报告进行概述,旨在帮助读者对FPGA实训有一个整体的了解。
2. 实训目标和背景在本节中,将介绍FPGA实训的目标和背景。
FPGA实训通常旨在让学生掌握FPGA开发工具、FPGA编程语言和FPGA设计流程。
这是为了培养学生在硬件设计和嵌入式系统开发方面的能力。
FPGA实训也可以帮助学生更好地理解和应用数字电路原理和逻辑设计。
3. 实训内容和步骤在本节中,将详细介绍FPGA实训的内容和步骤。
实训内容通常包括FPGA开发工具的介绍和安装、FPGA编程语言的学习、FPGA设计流程的了解以及实际的FPGA设计和调试实践。
学生需要完成一系列的实验和项目,逐步提高他们的FPGA设计和开发能力。
4. 实训成果和应用在本节中,将讨论FPGA实训的成果和应用。
通过FPGA实训,学生可以获得一定的FPGA设计和开发能力,能够独立完成一些简单的FPGA项目。
这些能力对于从事硬件设计、嵌入式系统开发和数字电路设计等领域的工程师来说非常重要。
FPGA也被广泛应用于各种领域,如通信、图像处理、数字信号处理、人工智能等。
5. 实训反思和建议在本节中,将对FPGA实训进行反思和提出建议。
学生可以回顾整个FPGA实训的过程,总结他们在实训中遇到的问题和困难,以及他们从实训中学到的知识和经验。
还可以提出一些建议,帮助改进FPGA实训的内容和方法,以更好地促进学生的学习和成长。
观点和理解:FPGA实训是一种非常重要且实践性强的培训方式。
通过FPGA实训,学生可以不仅掌握FPGA开发工具和技术,还可以培养自己的硬件设计和嵌入式系统开发能力。
对于从事相关领域工作的人来说,掌握FPGA技术是非常有竞争力和优势的。
由于FPGA在各种应用领域的广泛应用,这也为学生提供了更多的就业机会和发展空间。
FPGA实验报告
电气技术实践可编程逻辑器件FPGA应用开发实验报告2016年12月目录一、实验目的二、实验要求三、实验内容四、实验代码及实验结果(1)4位二进制加法计数器(2)半加器(3)LED静态显示(4)38译码器(5)点阵扫描显示(6)步进电机状态机五、实验感想六、学习并使用FPGA的心得与体会七、电气技术实践总结一、实验目的1、熟悉使用可编程逻辑器件(Altera公司FPGA Cyclone系列EP1C6Q)。
2、熟悉使用硬件描述语言VHDL。
3、掌握FPGA集成环境(Altera公司FPGA QuartusII 开发流程。
4、熟悉使用核心目标系统板与接口电路等工作原理及其功能模块绑定信息。
5、熟悉并掌握下载线方式和下载文件的选择。
二、实验要求1、学习并掌握文本、图形等输入和时序、功能仿真方法。
2、学习并熟悉门电路、组合电路、时序电路等单一模块功能。
3、学习并设计各种不同状态机逻辑功能。
4、学习并设计由单一模块→较多功能模块集成→系统集成方法。
5、学习并选择多种模式显示(发光二极管显示、米字型数码管显示、七段数码管→动态扫描或静态扫描显示、LED点阵显示各种字符和图形或静止或移动等方式、LCD液晶显示各种字符和图形或静止或移动等方式)。
6、根据自已的兴趣和愿望,可从以下给定的实验目录中选取或自已设定功能题目。
7、实验数目没有要求,关键是看质量,是否是自已编写、调试、实现。
三、实验内容1、按指导书集成开发环境章节操作实现文本编程实例1和图形编程实例2全过程。
2、任选门电路、组合电路、时序电路实验各完成一个其逻辑功能,其实现方案自已规定。
在进行FPGA目标器件输入和输出引脚绑定时,输入引脚绑定高/低电平、单脉冲、各种分频连续脉冲等多种信号,输出引脚可绑定发光二极管、七段数码管、LED点阵等显示模式。
3、在完成1位十进制计数器的基础上,可增加完成2或3等多位十进制计数器逻辑功能并用多位七段数码管来显示。
4、根据状态机工作特点,设计一个有一定功能效果的例程。
FPGA实验报告
实验1:状态机实验目的:学习FPGA设计软件教学基本要求:掌握软件流程,掌握状态机编程实验内容提要:设计一个状态机1. 你觉得上面这段代码中,q 到底在怎样变化?(实验1ppt14页)答:在上述代码中,q变化如下:首先判断复位信号 rst 是否为 0,如果是 0 则q复位为0;否则当时钟信号上升沿到来时,将d的值赋给q,再判断a的值,如果a为1,则将b赋值给次态q,如果a为其他值,则将现态q赋给次态q。
2. 本页中,q 到底在怎样变化?(实验1 ppt15页)答:如果异步复位信号rst为0,则q置0;rst不为0时,当时钟上升沿到来时,判断a的值,如果a=1,则将b的值赋给q的次态,如果a是其他值,则将q的现态赋给q 的次态,结束这个判断语句后,将d赋值给q。
3. 画出你理解的这个电路的原理图(ppt16页)4.Out1 out2 out3 out4有什么区别?out1的上升沿与下降沿和50MHz时钟的上升沿始终保持一致,周期变为50MHz时钟的6倍,实现周期扩展;out2的上升沿与clkin的上升沿保持一致,下降沿与out1的上升沿保持一致,可将clkin的数据记录下来以起数据使能作用;out3的上升沿恰好是out2的下降沿,比out2慢一拍,是更适合使用的前端使能;out4的上升沿与out3的下降沿保持一致,可以减少延迟。
2. 红绿灯实验中,该状态机最少几个触发器可以实现?该逻辑情况下红绿灯状态机最少只需8个触发器即可实现。
将3个计时计数触发器合并,并将溢出、使能触发器达成的功能改由计数数值在各状态下的交替变化,使用组合逻辑代替触发器,达成减少触发器使用的设计方案。
实验2 数字钟设计实验目的:掌握FPGA语言设计方法教学基本要求:学习基本的VHDL语言结构和设计实验内容提要:使用VHDL设计一个完整的数字钟实验问题回答:1.现在的时钟是秒时钟,实际系统的时钟是50MHz.那用50MHz的时钟的情况下,仿真1小时要多少时间?如何解决该问题?仿真一小时需要计数器计数3600次,计数脉冲由50MHz的时钟驱动。
fpga实训报告
fpga实训报告一、引言FPGA(现场可编程门阵列)是一种可现场编程的集成电路,其灵活性和并行处理能力使其在数字电路领域得到广泛应用。
本报告旨在总结和评估我们在FPGA实训中所获得的经验和成果。
二、背景介绍FPGA实训是为了提高学生对FPGA技术的理解和应用能力而开展的一项实践活动。
通过实践操作,学生能够更好地理解FPGA的原理和设计方法,并通过完成各种实际项目来提升技能。
三、实训目标1. 理解FPGA的基本原理和工作方式;2. 学会使用FPGA开发工具进行设计和仿真;3. 掌握基本的FPGA设计技巧和优化方法;4. 能够独立完成FPGA项目的设计、调试和测试。
四、实训内容与进程1. 实训内容在整个实训过程中,我们主要学习了以下内容:- FPGA基本原理和架构- VHDL(硬件描述语言)的基本语法和使用方法- 使用Vivado等开发工具进行FPGA设计和仿真- 常见的FPGA设计项目,如数字电路设计、时序电路设计、通信协议实现等2. 实训进程在第一阶段,我们通过理论课程的学习,对FPGA的基本原理和设计方法进行了了解。
在第二阶段,我们进行了一系列的实验和项目实践,以 consolisketch 实验为例,我们成功实现了一个简单的数字电路设计,并验证了其正确性。
在第三阶段,我们对实验结果进行了总结和评估,并进行了展示和讨论。
五、实训成果1. 理论知识通过实训活动,我们对FPGA的工作原理、开发工具的使用和优化技巧有了更深入的理解和掌握。
2. 实际操作能力借助实训平台,我们积极参与项目实践,通过实际操作加深了对FPGA技术的理解,并提高了设计、调试和测试的技能。
3. 团队合作能力在项目实践中,我们分工合作,共同解决难题,提高了团队协作和沟通能力。
六、实训评估通过实训过程中的实验和项目实践,我们达到了预期的学习目标。
我们能够独立设计和实现一些常见的FPGA项目,并对其性能和可靠性进行评估和优化。
七、经验总结通过本次FPGA实训,我们深入了解了FPGA技术的原理和应用,提高了设计和开发能力。
FPGA课程设计实验报告
FPGA课程设计实验报告1. 引言本报告是针对FPGA课程设计实验的实验结果进行总结和分析。
该实验旨在通过设计一个FPGA应用电路,加深对FPGA的理论知识的理解,并提高对FPGA设计流程的掌握能力。
本实验采用Verilog硬件描述语言进行FPGA设计。
2. 实验目的本实验的主要目的有以下几点: - 通过设计一个FPGA应用电路,提高对FPGA的理论知识的理解。
- 熟悉FPGA设计流程,掌握使用Verilog语言进行FPGA设计的方法。
- 掌握FPGA设计的仿真、综合和下载的流程。
- 提高对FPGA设计中时序约束的理解和处理能力。
3. 实验环境和工具本实验的实验环境和工具如下: - FPGA开发板:Xilinx Spartan-6 - FPGA设计工具:Xilinx ISE Design Suite - 仿真工具:Xilinx ISIM4. 实验设计本实验设计了一个简单的FPGA应用电路,实现了一个4位计数器。
该计数器能够从0递增到15,然后重新从0开始计数。
计数器的递增频率可通过外部开关调节,同时采用七段数码管显示当前计数器的值。
4.1 电路结构实验设计的电路结构如下所示:电路结构图电路结构图该电路包含以下模块: - 时钟模块:用于提供递增计数器的时钟信号。
- 计数器模块:实现了一个4位计数器,并能够从0递增到15。
- 控制模块:用于控制外部开关的输入,并将结果输出到七段数码管的控制端口。
- 七段数码管模块:用于将计数器的值以七段数码管的形式显示出来。
4.2 Verilog代码根据电路结构图,我们编写了如下的Verilog代码:module counter(input wire clk,input wire reset,output wire [6:0] seg,output wire seg_en);reg [3:0] count;always @(posedge clk or posedge reset)beginif (reset)count <= 4'b0000;else if (count == 4'b1111)count <= 4'b0000;elsecount <= count + 1;endassign seg = count;assign seg_en = 1'b1;endmodule5. 实验过程5.1 仿真在进行实际FPGA设计之前,我们首先对设计的Verilog代码进行仿真,以验证其功能的正确性。
基于FPGA的数字电路实验报告
·4位累加器
1.设计方案
需要用两个模块,一个用来进行保存工作,即累加器,另一个用来实现数据相加,即加法器。这样即可每次把数据加到总和里,实现累加器的工作。
2.原理说明及框图
基本原理为书上的结构图。只要实现了两个主要模块,再用线网连接即可。
State1
0
0
State1
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State1
0
0
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0
0
State101
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State1010
Empty
Empty
0
1
经过状态化简,上面状态已经为最简状态。
状态装换图:
在用HDL代码实现时,利用always块和case语句实现有限状态机。
答:用两个异或门,比较计数器的输出与一个加数的大小,若相等时则输出低电平到累加器的使能端,则可停止累加。
实验9序列检测器的设计
·实验目的
掌握利用有限状态机实现时序逻辑的方法。
1实验原理:
有限状态机(FSM)本质上是由寄存器和组合逻辑电路构成的时序电路。次态由当前状态和输入一起决定,状态之间的转移和变化总是在时钟沿进行。有限状态机分为Moore型和Mealy型。Moore型有限状态机输出仅由当前状态决定;Mealy型有限状态机输出由当前状态和输入同时决定。
·思考题
1.给出锁存器的定义,它与边沿触发器的区别是什么?
答:锁存器是一种对脉冲电平敏感的存储单元电路,它可以在特定输入脉冲电平作用下改变状态。边沿触发器只有在固定的时钟上升沿或者下降沿来临时改变状态。可以通过锁存器实现边沿触发器。
基于FPGA设计的实验报告(模版)
基于FPGA设计的-实验报告姓名学号专业班级一.设计/实验项目名称:四输入抢答器设计基本内容描述:以两输入抢答电路为基本单元构建四输入抢答器。
抢答输入:IN1、IN2、IN3、IN4;低电平复位输入Reset_n;输出:OUT1、OUT2、OUT3、OUT4以高电平表示抢答成功。
二.电路设计及原理两输入抢答电路为基本单元本设计原理图(qiangdaqi_unit.bdf)如图1所示。
图1. 基本单元qiangdaqi_unit原理图图2. 四输入抢答器设计原理图基本单元电路qiangdaqi_unit以双JK触发器为核心,裁判总复位信号Reset_n(低电平有效)接触发器直接置位端,输出OUT1、OUT2应该为低电平,所以OUT1、OUT2接1QN、2QN。
抢答输入IN1和IN2分别作为触发器时钟输入(低电平有效),为限制OUT1、OUT2出现都为高电平情况,1Q和2Q分别与IN2和IN1与非后作为各触发器时钟。
考虑到基本单元电路qiangdaqi_unit扩展应用增加复位输入Reset_in和复位输出Reset_out,当OUT1或OUT2为“1”时产生(低电平有效的)Reset_out输出信号到另一基本单元电路的复位输入Reset_in端,避免产生触发器有效时钟,使该单元两输出均为低电平。
四输入抢答器以图1设计电路生成的设计模块符号进行设计的原理图如图2所示。
Reset_n接inst1和inst2的Reset_n,抢答前复位所有输出均为“0”。
四输入IN1~IN4经反相后接各模块输入,即“1”为有效电平。
三.设计电路仿真与分析四输入抢答器功能仿真结果如图3所示,由仿真图可以知道复位后哪个输入先为“1”则对应输出为“1”,实现四输入抢答器功能。
图3. 四输入抢答器功能仿真图四.实验结论由仿真试验可知:(1)设计功能正确,实现先按键者有输出;(2)输入、输出均为高电平有效,复位信号为低电平有效;(3)将图2电路中反相器inst12~inst15去掉,输入与模块直接相连可实现低电平输入有效。
FPGA实训报告
目录1 绪论 (1)1.1前言 (1)1.2选题背景与意义 (2)1.3设计要求 (2)1.4此次设计研究的主要内容应解决问题 (3)1.5 开发工具简介 (3)1.5.1 EDA技术 (3)1.5.2硬件描述语言—Verilog HDL (3)1.5.3 Verilog HDL 的设计流程 (4)1.5.4 FPGA特点 (4)2 程序框图 (5)2.1系统总体框图和原理 (5)2.2系统实现功能 (5)3 程序分析 (6)3.1各个变量的定义 (6)3.2分频模块 (6)3.3倒计时模块 (9)3.4抢答模块 (9)4 电路各引脚的分配 (9)4.1数码显示部分 (10)4.2按键的分配 (11)5 程序的调试 (11)5.1各个模块(部分)的调试 (11)5.2整体的调试 (11)5.3遇到的问题及解决方案 (11)6 结论 (12)谢辞 (13)参考文献 (14)附录 (15)1 绪论1.1 前言硬件描述语言Hardware Description Language 是硬件设计人员和电子设计自动化EDA 工具之间的界面。
其主要目的是用来编写设计文件,建立电子系统行为级的仿真模型。
即利用计算机的巨大能力对用Verilog HDL 或VHDL 建模的复杂数字逻辑进行仿真,然后再自动综合以生成符合要求且在电路结构上可以实现的数字逻辑网表Netlist,根据型仿真验证无误后用于制造ASIC芯片或写入EPLD 和FPGA 器件中。
Verilog HDL是一种硬件描述语言(HDL:Hardware Discription Language),是一种以文本形式来描述数字系统硬件的结构和行为的语言,用它可以表示逻辑电路图、逻辑表达式,还可以表示数字逻辑系统所完成的逻辑功能。
Verilog HDL就是在用途最广泛的C语言的基础上发展起来的一种件描述语言,它是由GDA(Gateway Design Automation)公司的PhilMoorby在1983年末首创的,最初只设计了一个仿真与验证工具,之后又陆续开发了相关的故障模拟与时序分析工具。
FPGA大作业设计报告
数字电子技术实验课程FPGA创新实验设计报告设计名称电子琴与音乐盒姓名学号 xx xxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxx专业班级 xxxxxxxx系指导教师 xxx日期 xxxx年x月xx日摘要本次设计借数电实验课的机会,基于FPGA可编程逻辑器件实现了电子琴和音乐发生器的功能,使用ALTERA公司的CYCLONEⅢ芯片构成系统主体,软件部分应用VHDL语言,在QuartusⅡ8.1设计平台上完成。
本方案整合了PS2键盘接口和音乐发生模块,具有一定的灵活性和创新性。
关键词:电子琴;音乐发生器;FPGA;VHDL目录一、设计任务与要求---------------------------------3二、总体框图---------------------------------------3三、选择器件---------------------------------------3四、功能模块---------------------------------------3五、总体设计电路图--------------------------------11六、实现功能--------------------------------------11七、心得体会--------------------------------------13一、设计任务与要求:设计一个能够实现音乐发生功能以及能够通过键盘弹奏的电子琴。
要求:选择功能一时能够通过键盘弹奏出三个八度的21个音符,每个音符发音时间相同;选择功能二时能够自动播放一段音乐,并有暂停和继续的功能。
二、总体框图:1、总体框图如下所示:2、各模块功能:●键盘接口模块键盘接口模块用于接收键盘按键输出的断码,将信息输送到音调转换模块,以便其将键盘按键与不同的音符进行对应。
●音调转换模块音调转换模块将输入进来的按键通码与断码信息与不同的音符对应起来,并将结果传递给下一级模块。
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实验报告课程名称:FPGA设计及应用实验项目:FPGA设计实验时间:2014.12.8-2014.12.31实验班级:12应用师3班总份数:共 5 份指导教师:李豪彦电子与信息学院工业中心504 实验室二〇〇四年十二月十七日广东技术师范学院实验报告学院: 电信学院 专业: 应用电子技术教育 班级: 12应用师3班 成绩: 姓名: 张文斌 学号: 2012045344209 组别:组员:实验地点: 工业中心实验日期:指导教师签名:实验 (一) 项目名称: D 分 频 器设计一、实验目的1.学习分频器的设计,进一步了解、熟悉和掌握FPGA 开发软件Quartus II 的使用方法2.学习Verilog HDL 和VHDL 的编程方法二、实验内容编写一个分频器的Verilog 代码和VHDL 代码并仿真。
三、实验原理在数字电路中, 时钟信号的分频是很常见的电路。
分频器除了可以对时钟信号频率做除以二的计算外,分频器同时很类似涟波计数器。
涟波计数器是计数器的一种,它属于异步设计。
因为触发器并非皆由同一个时钟信号同步操作,所以它非常节省电路面积。
本实验要设一个带选择的分频时钟D[7:0]用于选择是几分频。
D 分频器设原理框图如图1所示:图1.D 分频器原理框图预习情况操作情况 考勤情况 数据处理情况四、实验步骤1.新建工程,取名为DVF,如下图2所示。
图2 新建工程DVF2.新建VHDL设计文件,选择“File|New ”,在New 对话框中选择Device Design Files下的VHDL File,单击OK,完成新建设计文件。
3.在新建设计文件中输入VHDL程序。
4.生成“Symbol ”文件,新建“Block Diagram/Schematic File”文件,在文件中添加刚刚生成的“Symbol ”以及输入输出管脚,最后完整的系统顶层模块图如图 3 所示。
图3 DVF 顶层模块图5.保存文件,使用qsf或者tcl 进行管脚分配。
6.对该工程文件进行全程编译处理,若在编译过程中发现错误,则找出并更正错误,直至编译成功为止。
7.新建“Vector Waveform File”文件进行波形仿真。
8.下载完成后,观察实验结果。
五、VHDL程序LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY DVF ISPORT(CLK:IN STD_LOGIC;D:IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);FOUT:OUT STD_LOGIC);END;ARCHITECTURE one OF DVF ISSIGNAL FULL: STD_LOGIC;BEGINP_REG: PROCESS(CLK)V ARIABLE CNT8: STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);BEGINIF CLK'EVENT AND CLK='1'THENIF CNT8="11111111" THENCNT8:=D;FULL<='1';ELSE CNT8:=CNT8+1;FULL<='0';END IF;END IF;END PROCESS P_REG;P_DIV:PROCESS(FULL)V ARIABLE CNT2:STD_LOGIC;BEGINIF FULL'EVENT AND FULL='1'THENCNT2:=NOT CNT2;IF CNT2='1'THEN FOUT<='1';ELSE FOUT<='0';END IF;END IF;END PROCESS P_DIV;END;六、问题讨论1、为什么在实验步骤1中,将半加器保存为DVF,可否保存为BVF?答:因为实验中要求所保存的文件名要与模块名相同,而保存的名字要符合其功能,弄混DVFr和BVF的话,会导致结果错误,不能正常运行。
2、如何设计分频器?采用双计数器实现同样的功能,当分频系数N为偶数时,计数器从0到N-1循环计数,且计数器计数小于N/2时输出1,计数大于等于N/2则输出0;当分频系数N为奇数时,计数器从0到N-1循环计数,且计数器小于(N+1)/2时输出0,计数等于(N+1)/2时则输出0到1的跳变信号,且此跳变信号必须在标准时钟的下降沿跳变(满足50%占空比),计数大于(N+1)/2时则输出1。
当分频系数N为奇数时,采用双计数器计数。
两个计数器同时计数,一个沿上升沿计数,另一个则沿下降沿计数。
计数器从0到N-1循环计数,且计数器计数小于(N-1)/2时输出1,计数大于等于(N-1)/2则输出0。
在这样的控制方式下,分频后输出的波形恰好相差1/2时钟周期,将两个波形进行或(or)操作后,即可得到所要的波形(占空比50%)。
广东技术师范学院实验预习报告学院:电信学院专业:应用电子技术教育班级:12应用师3班成绩:姓名:张文斌学号:2012045344209 组别:组员:实验地点:工业中心实验日期:指导教师签名:实验(二)项目名称:七段数码管扫描显示13579bdf 一、实验目的1.学习动态扫描显示的原理,进一步了解、熟悉和掌握FPGA 开发软件Quartus II 的使用方法2.学习Verilog HDL 和VHDL 的编程方法3.学会使用Vector Wave 功能仿真4.掌握使用多种方法分配管脚二、实验内容利用动态扫描的方式设计一个在8 个数码管上面分别显示‘13579bdf‘的程序三、实验环境硬件:EP3C40Q240CB实验箱、USB ByteBlaster 下载电缆软件:Altera Quartus II 9.0 集成开发环境四、实验原理一般来说,多个数码管的连接并不是把每个数码管都独立的与可编程逻辑器件连接,而是把所有的LED 管的输入连在一起。
如图 1 所示。
其中每个数码管的8 个段:a、b、c、d、e、f 、g、h(h 是小数点),都分别连到SEG_D0~SEG_D7,8 个数码管分别由8 个选通信号DIG_C0~DIG_C7 来选择。
被选通的数码管显示数据,其余关闭。
如在某一时刻DIG_C2 为低电平“0 ”,其余选通信号为高电平“1”,这时仅DIG_C2 对应的数码管显示来自段码信号端的数据,而其它7个数码管呈显示关闭状态。
根据这种电路状态,如果希望8 个数码管显示希望的数据,就必须使得8 个选通信号DIG_C0~DIG_C7 分别被单独选通,并在此同时,在段信号输入口加上希望在该对应数码管上显示的数据,于是随着选通信号的扫描就能实现扫描显示的目的。
虽然每次只有一个LED 显示,但只要扫描显示速率够快,由于人的视觉余辉效应,使我们仍会感觉所有的数码管都在同时显示。
扫描频率大小不许合适才能有很好的效果。
如果太小,而每个LED 开启的时间大于人眼的视觉暂停时间,那么会产生闪烁现象。
而扫描频率太大,则会图1 扫描数码管的原理图造成LED 的频繁开启和关断,大大增加LED 功耗(开启和关断的时刻功耗很大)。
一般来说,扫描频率选在50Hz 比较合适。
SW1 为清零信号使能,dig 为数码管片选信号端,seg 为7 段显示片选信号。
五.引脚分配情况图2. 引脚分配图六、实验步骤1.新建工程,取名为DECL7S,如下图3所示图3 新建工程D DECL7S2.新建VHDL 设计文件,选择“File|New”,在New 对话框中选择Device Design Files下的VHDL File,单击OK,完成新建设计文件。
3.在新建设计文件中输入VHDL 程序。
4.编译程序。
5.保存文件,进行管脚分配。
6.对该工程文件进行全程编译处理,若在编译过程中发现错误,则找出并更正错误,直至编译成功为止。
七、VHDL程序LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY DECL7S ISPORT(A:IN STD_LOGIC;LED7S1,LED7S2,LED7S3,LED7S4,LED7S5,LED7S6,LED7S7,LED7S8:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0));END;ARCHITECTURE one OF DECL7S ISBEGINPROCESS(A)BEGINIF A='1'THENLED7S1<="0000110";--1LED7S2<="1001111";--3LED7S3<="1101101";--5LED7S4<="0000111";--7LED7S5<="1101111";--9LED7S6<="1111100";--bLED7S7<="1011110";--dLED7S8<="1111001";--fELSELED7S1<="0000110";--1LED7S2<="1001111";--3LED7S3<="1101101";--5LED7S4<="0000111";--7LED7S5<="1101111";--9LED7S6<="1111100";--bLED7S7<="1011110";--dLED7S8<="1111001";--fEND IF;END PROCESS;END;八、问题讨论1、在使用EP3C40Q240CB电路箱时要注意的事项?答:在使用EP3C40Q240CB电路箱时,首先要注意电箱的工作模式与 Quartus II 9.0 集成开发环境下的模式(如下图)相对应,在下载sof文件时要选择相对应的USB I/O输出接口,以及 Quartus II 9.0 集成开发环境下的引脚相对应,不要出错。
2、数码管是如何显示的?答:其中每个数码管的8 个段:a、b、c、d、e、f 、g、h(h 是小数点),都分别连到SEG_D0~SEG_D7,8 个数码管分别由8 个选通信号DIG_C0~DIG_C7 来选择。
被选通的数码管显示数据,其余关闭。
如在某一时刻DIG_C2 为低电平“0 ”,其余选通信号为高电平“1”,这时仅DIG_C2 对应的数码管显示来自段码信号端的数据,而其它7 个数码管呈显示关闭状态。