基于FPGA的设计题目

1.花样彩灯控制器的设计

设计要求:

假设输入脉冲为3MHz，控制16只LED发光二极管每隔1s或2s显示一种花样。要求显示的花样如下:闪烁2次从LED（0）移位点亮到LED（15）一次全部点亮一次从LED（15）开始逐个熄灭至LED（0）1次闪烁2次。。。。。。如果按下清零键时，16只LED均熄灭一次，然后再重新按规律显示。如果没有按下快/慢选择控制键时，16只LED发光二极管是以每隔1s进行花样显示，否则按下快/慢键选择控制键时，16只LED发光二极管是以每隔2s进行花样显示。

2.利用FPGA实现一个简单的DDS正弦波发生器

（DDS：数字显示示波器）

可分解为三个部分来设计：时钟产生模块；地址产生模块；ROM查找表模块。

实现思路：

①首先，由外部晶振引入40MHz的时钟到FPGA内部，进入时钟产生模块，对时钟进行处理并3倍频程后，得到一个稳定精确的120MHz的系统时钟；

②然后，地址产生模块在系统时钟的激励下，将频率控制字与累加寄存器输出的数据进行累加，然后把累加的结果作为地址输出给ROM查找表地址；

③最后，ROM查找表模块在每个系统时钟的上升沿，按照地址来读取ROM 查找表中的相应的波形采样点数据并输出，该数就是最终的DDS信号。

3.多功能信号发生器的设计

设计要求：

设计一个多功能信号发生器，能够以稳定的频率产生锯齿波、增减锯齿波、三角波、阶梯波、正弦波和方波等六种信号。系统有3个波形选择开关和一个复位开关，通过波形选择开关可以选择以上各种不同种类的输出波形；按下复位开关时，系统将复位。

设计实现：

由于FPGA只能直接输出数字信号，而多功能信号发生器输出的各种波形

均为模拟信号，因此设计信号发生器时，需将FPGA输出的信号通过D/A转换电路将数字信号转换成模拟信号。多功能信号发生器可由信号产生电路、波形选择电路和D/A转换电路构成。

如下图所示:

时钟信号

波形输出

选择信号

4.数字跑表的设计

设计要求:

设计一个数字跑表，该跑表具有复位、暂停、秒表计时等功能。

该跑表有三个输入端，分别为时钟输入（CLK）、复位（CLR）和启动/暂停（PAUSE）

复位信号高电平有效，可对整个系统异步清0，当启动/暂停（PAUSE）键为低电平时跑表开始计时，为高电平时暂停，变低后在原来的基础上再计数。

为了便于显示，可分秒、秒和分钟信号皆采用BCD码计数方式，并直接输出到6个数码管显示。

5.8位数字频率计的设计

设计一个8位频率计，可以测量从1Hz到99 999 999Hz的信号频率，并将被测信号的频率在8个数码管上显示出来。

采用一个标准的基准时钟，在单位时间（如1s）里对被测信号的脉冲数进行计数，即为信号的频率。

整个系统分为三个模块：控制模块，计数测量模块和锁存器模块。

6.基于FPGA的简单运算器的设计

①设计要求：

该运算器能完成-7到+7的简单的加、减、与、异或四种运算功能，并且

可以对溢出的结果进行修正。硬件实验板由一个八按键电路和一个32位LCD 显示器组成，通过相应的按键输入把运算结果显示在LCD显示器上。

②设计原理：

该运算电路由按键输入、控制、修正、显示和运算五大模块组成，来实现加、减、与、异或四种运算功能，首先按键模块用于输入两个数的运算符，通过控制模块传送到运算器模块进行运算，再连接到修正模块，通过修正模块对“溢出”的数值进行修正，最后显示模块功能实现把运算过程反应到LCD 显示器上。

7.基于FPGA的脉冲信号型乐曲播放器的设计

设计要求：

利用FPGA设计一个控制器，让不同频率的脉冲信号有序的输出并驱动扬声器发声，最终完成一首乐曲的演奏。

设计步骤：

①预置乐曲，作预置时，需将乐曲音符转换成相应代码，通过计算逐一将音符换成代码，通过相应软件平台进行乐曲定制；

②为提供乐曲发音所需的发音频率，编写数控分频器程序，对单一输入高频，进行预置数分频，生成每个音符的相应频率；

③为了给分频提供预置数，需计算分频预置数；

④对每部分结构单元逐一进行编译，生成相应的元器件符号，并对独立结构单元功能进行仿真。

8.闹钟系统的设计

设计一个带闹钟功能的24小时计时器，包括以下几个组成部分:

①显示屏，由四个七段数码管组成；

②数字键‘0’到‘9’，输入时间；

③TIME（时间）键，用于确定新的时间设置；

④ALARM（闹钟）键，用于确定新的闹钟时间设置；

⑤扬声器

该设计要求完成如下功能：

计时功能；闹钟功能；设置新的计时器时间；设置新的闹钟时间；显示所设置的闹钟时间；

根据以上的设计要求，整个系统大致包括如下几个组成部分：用于键盘输入的缓冲器；用于时钟计数的计数器；用于保存闹钟时间的寄存器；用于显示七段数码显示电路以及控制以上各部分协同工作的控制器。

9.数字钟的设计

①设计要求：

假设外部输入脉冲为1Hz,要求使用该频率设计一个时间可调，并通过LED 七段共阴极数码管显示时、分、秒的数字钟。

②设计原理:

进行设计数字钟的设计时，首先对1s的时钟进行计数，当计数达到60次时，输出1个分钟（min）脉冲；当1min的时钟计数到达60次时，输出1个小时（h）脉冲；若1h的时钟计数达到23次时，并且1min的计数到59次、1s的计数也达到59次，再来1个1s的脉冲，数字钟就自己复位，重新从零开始计时。

由此，可知数字钟由三个计数模块（二十四进制计数器、十进制计数器和六进制计数器）、7段LED驱动显示模块和顶层模块组成。

10.四组抢答器的设计

设计要求：

设计一个四组竞争抢答器系统，每组有1个对应的按钮，编号分别为A、B、C、D在主持人的主持下，参赛者通过抢先按下抢答按钮获得答题资格。当某一组按下按钮并获得答题资格后，LED显示出该组编号，并有抢答成功显示同时锁定其他组的抢答器，使其他组抢答无效。

如果主持人在为按下开始按钮前，已有人按下抢答按钮，属于违规，并显示违规组的编号，同时蜂鸣器发音提示，其他组无效。

获得回答资格后，若该组回答的问题正确，则加1分，否则减1分。抢答器设有复位开关，由主持人主持。

设计实现：