基于FPGA的可现场调试微机设计与实现

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FPGA实验_简单计算机的设计与调试实验指导书

FPGA实验_简单计算机的设计与调试实验指导书

实验3 简单计算机系统的设计与调试一、实验目的1.掌握利用指令集编写汇编语言程序2.掌握将编好的汇编语言程序翻译成机器码程序3.熟悉各类型指令执行的数据通道4.设计和调试一个8位单周期简单计算机系统二、实验任务1. 编程练习先采用汇编语言格式编写程序,检查程序的思路、流程,在无误情况下,转换成机器码。

程序1 :完成将两个固定数据(如0x96, 0x2A6)进行加、减、与、或、比较运算,将运算结果顺序存放在地址从0x40开始的10个RAM单元中。

程序2:完成将两个固定数据(如0x96, 0x2A6)进行加、减运算,将运算结果顺序显示在数码管上。

两个结果显示之间需加一定延时(软件延时,可以通过给一个寄存器赋初值,对这个寄存器进行减运算,直至结果为0)。

程序3:从键盘输入一个表达式,如:206 - 814= ,通过执行ROM中的程序代码,将运算结果显示在数码管上。

2. 调试简单计算机系统A在实验2任务5简单计算机系统A的ROM中存放编程练习中的程序1,并进行系统的仿真和调试,下载到实验板上进行测试、运行。

3. 设计简单计算机系统B在简单计算机系统A的基础上,增加I/O端口及其映射模块、数码管输出接口,将I/O 端口及其映射模块中的 IO0[7..0]、IO1[7..0]与数码管输出接口的 datainL[7..0]、datainH[7..0]相连,构成简单计算机系统B。

在ROM中存放编程练习中的程序2,并进行系统的仿真和调试,下载到实验板上进行测试、运行。

4. 设计简单计算机系统C在简单计算机系统B的基础上,增加4x4键盘输入接口模块,将I/O端口及其映射模块中IO3[7..0]~IO6[7..0]分别与键盘输入接口模块的srcL[7..0]、srcH[7..0]、dstL[7..0]、dstH[7..0]、, aluop[7..0]相连,构成简单计算机系统C,在ROM中存放编程练习中的程序3,并进行系统的仿真和调试,下载到实验板上进行测试、运行。

基于FPGA的简易微型计算机结构分析与实现

基于FPGA的简易微型计算机结构分析与实现

基于FPGA的简易微型计算机结构分析与实现研究了利用FPCA(现场可编程门阵列)设计和实现简易微型计算机的3种方案。

微型计算机的原理及结构一般不是很形象直观,因而不易掌握。

通过对其结构进行深入分析,文章介绍了基于FPCA的总线方式、多路选择器方式和功能描述方式以及用这3种方式实现简易微型计算机的方法,并对3种方式进行了比较。

便于充分理解掌握微型计算机内部的电路结构和相应功能,有助于深入学习EDA(电子设计自动化)及将来进行相关ASIC(专用集成电路)设计。

最后给出了在FPCA芯片上的实现结果,电路实验验证了设计的正确性。

0 引言通常,人们对微型计算机的工作原理及硬件结构的了解来源于书本知识,深入理解掌握其功能特点比较困难,要自己亲手去做一个类似功能的微型计算机更是不可能。

随着可编程逻辑器件的广泛应用,为数字系统的设计带来了极大的灵活性,用户可以利用FPGA(现场可编程门阵列)来开发出一个精简指令的CPU,同时对微型计算机的原理及结构进行充分研究,便于将来进行相关ASIC(专用集成电路)设计,也可用于计算机原理教学之中。

1 微型计算机结构及原理以一个简化的微型计算机为例,图1是微型计算机的简化结构。

点击图片查看大图图1 微型计算机的简化结构1.1 微型计算机结构微型计算机由PC(程序计数器)、IR(指令寄存器)、CON(控制部件)、MAR(存储地址寄存器)、ROM(只读存储器)、A(累加器)、ALU(算术逻辑部件)、B(寄存器)、OUTREG(输出寄存器)、DLEDDIS(数码管动态扫描模块)及DECL7S(显示模块)等组成。

这里仅介绍有所改变或不同的模块。

图1中:L为数据载入控制信号,E为三态输出选通信号,clk为时钟信号,clr为清零信号,Cp为控制PC加1信号,S0-S3为控制ALU进行加减或逻辑运算的选择信号。

所有的控制、时钟及清零信号由CON模块给出,而CON模块由外部时钟clkin及清零信号rst控制。

基于FPGA的可现场调试微机设计与实现

基于FPGA的可现场调试微机设计与实现

基于FPGA的可现场调试微机设计与实现
胡远望;叶品菊
【期刊名称】《微处理机》
【年(卷),期】2008(29)6
【摘要】介绍了基于FPGA的可现场调试微型计算机的设计和实现,给出了CPU 的结构图、算术逻辑部件模块及控制模块的工作原理.通过增加外围电路控制模块,使用键盘输入及数码管输出显示,增添了程序设计的灵活性和形象性,并且使其可现场调试.一条指令执行通常只需4个时钟周期,提高了运行速度.最后给出QuartusII 的仿真波形和实验结果.
【总页数】3页(P51-53)
【作者】胡远望;叶品菊
【作者单位】常州信息职业技术学院电子信息工程系,常州,213164;常州信患职业技术学院计算机科学与技术系,常州,213164
【正文语种】中文
【中图分类】TP368
【相关文献】
1.微机型继电保护装置的现场调试方案优化 [J], 韩军;马艳红
2.大型抽水蓄能机组微机数字式励磁系统现场调试 [J], 黄勇
3.110kV变电站微机保护装置现场调试研究 [J], 李咏轩;
4.汽轮发电机自并励静止微机励磁系统的现场调试 [J], 翟玉洁
5.10kV变电站微机保护装置现场调试方法研究 [J], 江宝容; 潘锡林
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基于FPGA的微机接口实验系统设计

基于FPGA的微机接口实验系统设计
基金项目:山东省重点教改项目 基于能力培养的电工电 子学课程体系与教学模式的探索与实践 ( 项 目编号:2015Z025) ㊂
scheme of the extended FPGA based on ISA bus. With Altera company������s CycloneII series FPGA
( 中国石油大学 ( 华东) 信息与控制工程学院, 山东 青岛㊀ 266580)
摘 ㊀ 要: 针对旧微机原理实验系统 ISA 接口和新计算机无 ISA 插槽的矛盾, 介绍了一种基于 FPGA 的 ISA 总线 接口扩展 ISA 总线, 使不具有 ISA 总线的新型计算机也能和现有的实验箱进行通信㊂ 提出的方案既能实现新 计算机与旧微机原理实验箱的通信, 满足学生做实验的要求, 又能完成 USB 总线到 ISA 总线的扩展, 具有一 定的推广价值㊂ 关键词: 微机接口; EP2C35F484C8; USB 总线控制器; ISA 中图分类号:TP242㊀ ㊀ 文献标识码:A㊀ ㊀ doi:10.3969 / j.issn.1672-4305.2017.01.018 扩展的设计和实现方案㊂ 该系统以 Altera 公司的 CycloneII 系列 FPGA EP2C35F484C8 为控制核心, 利用 USB

ISSN1672-4305 CN12-1352 / N
实㊀ ㊀ 验㊀ ㊀ 室㊀ ㊀ 科㊀ ㊀ 学 LABORATORY㊀ SCIENCE
第 20 卷㊀ 第 1 期㊀ 2017 年 2 月 Vol������ 20㊀ No������ 1 ㊀ Feb������ 2017
基于 FPGA 的微机接口实验系统设计
CHEN Can, LI Lin, LIU Fu - yu, REN Xu - hu

基于FPGA的数字调制解调器设计与实现

基于FPGA的数字调制解调器设计与实现

基于FPGA的数字调制解调器设计与实现数字调制解调器(Digital Modulation Demodulator)是一种用于数字通信系统中的关键组件,它负责将原始的数字信号转换为适合在传输媒介上传输的调制信号,以及将接收到的调制信号转换回原始的数字信号。

随着通信技术的不断发展,数字调制解调器在无线通信、光纤通信以及卫星通信等领域中起着至关重要的作用。

本文旨在介绍基于FPGA的数字调制解调器的设计与实现过程。

FPGA(Field Programmable Gate Array)是一种集成电路,具有可编程的逻辑门和存储器单元,可以根据需要进行配置和重构,因此非常适合用于数字调制解调器的开发。

首先,我们需要确定使用的调制解调器的类型。

常见的数字调制解调器有幅移键控调制(ASK)、频移键控调制(FSK)、相移键控调制(PSK)以及正交振幅调制(QAM)等。

在设计过程中,我们需要根据实际需求选择合适的调制解调器类型。

接下来,我们需要进行数字信号的调制和解调过程。

调制过程将原始的数字信号转换为调制信号,解调过程将接收到的调制信号还原为原始的数字信号。

对于ASK调制解调器,调制过程可以根据原始数字信号的高低电平分别对应于调制信号的高低幅值。

解调过程则通过比较接收到的调制信号幅值与设定的阈值,将其还原为相应的数字信号。

对于FSK调制解调器,调制过程中,不同频率的载波波形将分别对应于不同的数字信号值。

解调过程中,接收到的调制信号将通过频率检测,还原为对应的数字信号。

对于PSK调制解调器,调制过程中,不同相位的载波波形将分别对应于不同的数字信号值。

解调过程中,接收到的调制信号将通过相位检测,还原为对应的数字信号。

对于QAM调制解调器,调制过程中,将同时利用幅度和相位信息来表示数字信号。

解调过程将通过同时检测接收到的调制信号的幅度和相位信息,还原为相应的数字信号。

最后,我们需要在FPGA上实现数字调制解调器的功能。

FPGA设计与调试

FPGA设计与调试

FPGA设计与调试
FPGA(Field Programmable Gate Array)是一种可编程逻辑器件,可用于实现数字电路的设计与调试。

在本文中,我们将详细讨论FPGA设计与调试的过程和技术。

FPGA设计的过程通常包括以下几个步骤:需求分析、框架设计、功能模块设计、模块集成和验证。

首先,需要对项目需求进行详细分析,并确定设计目标和要求。

然后,根据需求设计FPGA的硬件框架,包括输入输出接口、时钟和外设等。

接下来,设计功能模块,如数据处理模块、控制模块等。

在设计模块时,可以使用硬件描述语言(HDL)进行描述。

最后,将所有模块进行集成,并通过仿真和验证来验证设计的正确性。

FPGA调试是指在设计过程中发现和解决问题的过程。

FPGA调试通常包括硬件和软件两个方面的调试。

在硬件调试中,可以使用示波器或逻辑分析仪等工具来监测信号和时序,以帮助识别问题的所在。

另外,可以通过修改设计或重新布线来解决硬件问题。

在软件调试中,通常需要进行仿真和调试工具的使用来检查和验证设计的正确性。

此外,还需要根据实际应用场景来测试FPGA的性能和稳定性。

总之,FPGA设计与调试是一项复杂而重要的任务,它可以用于实现数字电路的设计和验证。

在设计和调试过程中,需要进行需求分析、框架设计、功能模块设计、模块集成和验证等步骤,并掌握FPGA硬件描述语言、逻辑和时序设计技术、编程和调试工具,以及仿真和验证技术等关键技术。

通过不断学习和实践,可以提高FPGA设计与调试的效率和质量。

fpga的调试手段

fpga的调试手段

fpga的调试手段FPGA(Field-Programmable Gate Array)是一种可编程逻辑器件,广泛应用于数字电路设计和嵌入式系统开发。

在FPGA的设计和调试过程中,调试是一个至关重要的环节。

本文将介绍几种常用的FPGA调试手段。

一、仿真调试仿真调试是FPGA设计中最常用的调试手段之一。

通过将设计代码加载到仿真工具中,可以在计算机上模拟FPGA的运行过程,并观察设计的行为。

仿真调试可以帮助设计人员检查功能是否正常、定位问题所在,并进行时序分析等。

常用的仿真工具有ModelSim、Xilinx ISE等。

二、逻辑分析仪调试逻辑分析仪是一种用于检测和分析数字信号的仪器,也是FPGA调试中常用的工具之一。

通过连接逻辑分析仪和FPGA开发板的引脚,可以实时捕获和分析FPGA内部的信号波形。

逻辑分析仪可以帮助设计人员观察和分析时序问题、信号冲突等。

常用的逻辑分析仪有Agilent、Tektronix等。

三、调试IP核IP核是FPGA设计中常用的复用模块,通常由供应商提供。

在FPGA设计中使用IP核时,如果出现问题,可以通过调试IP核来定位和解决问题。

调试IP核可以通过查看IP核的输出和内部信号,检查配置是否正确,以及使用仿真工具来验证IP核的功能。

四、硬件调试硬件调试是指直接观察和检查FPGA开发板上的硬件电路,以确定问题所在。

通过使用示波器、万用表等工具,可以检查时钟信号、数据线、引脚连接等硬件相关的问题。

硬件调试需要一定的电路知识和实践经验,对于复杂的问题可能需要借助专业的硬件分析仪器。

五、远程调试在某些情况下,FPGA开发板可能位于远程地点,无法直接进行调试。

这时可以使用远程调试技术。

远程调试可以通过网络连接到FPGA开发板,实时监控和控制FPGA的运行状态。

常用的远程调试工具有JTAG、串口等。

六、固件调试固件调试是指在FPGA开发板上加载程序固件,并通过固件来进行调试。

固件调试可以通过在FPGA开发板上运行特定的程序,观察输出和调试信息,来判断问题所在。

基于FPGA的测控系统设计与实现

基于FPGA的测控系统设计与实现

基于FPGA的测控系统设计与实现一、引言随着科技的发展,现代工程领域对于高精度、高速度、高可靠性的测控设备的需求也越来越大。

其中,基于FPGA的测控系统具有极高的灵活性和可扩展性,能够满足不同领域的测控需求。

本文将介绍基于FPGA的测控系统设计与实现,主要包括系统架构、硬件设计、软件编程等方面。

二、系统架构设计基于FPGA的测控系统一般由FPGA芯片、外设模块、存储设备和通信接口等部分组成。

其中,FPGA芯片作为核心部分,负责控制整个系统的运行。

外设模块提供不同功能的接口,如模拟采集、数字转换、时钟输入、GPIO等。

存储设备用于存储测量数据和程序代码。

在系统架构设计时,需要根据实际需求选择适合的外设模块和通信接口,以及合适的存储设备。

此外,还需要考虑不同模块之间的数据传输和控制信号,确定系统的总体布局和数据流图。

三、硬件设计基于FPGA的测控系统的硬件设计主要包括电路原理图设计、PCB设计和硬件调试等部分。

在电路原理图设计时,需要根据系统架构设计绘制不同模块的电路图,并考虑电路参数的选择和优化。

在PCB设计时,需要将电路原理图转化为布局图和线路图,并按照标准的PCB设计流程进行布线、加强电路抗干扰性、防止电磁辐射等操作。

在硬件调试过程中,需要用示波器、万用表等工具对电路进行调试和测试,确保电路稳定运行。

四、软件编程基于FPGA的测控系统的软件编程主要包括FPGA芯片的Verilog/VHDL编程、上位机程序的编写等内容。

在FPGA芯片的Verilog/VHDL编程中,需要根据不同外设模块的接口来编写对应的硬件描述语言代码,如时钟控制、数据输入输出、状态控制等。

在上位机程序编写中,需要使用不同编程语言(如C/C++、Python等)来编写程序,实现与FPGA芯片的通信、测控算法的实现、数据可视化等功能。

五、系统应用与实现基于FPGA的测控系统应用广泛,如测量、控制、自动化、通信等领域。

在实际应用中,需要根据具体的应用场景和需求来设计相应的测控系统,并进行相关智能算法的设计和调试。

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1 引 言
了解微型计算机原理及结构有利于将来从事相关的 AI SC设计 。
微型计算机 自2 世纪 7 年代 出现以来 , 0 O 已被引 2 可现 场调试的微机 入到科研、 生产、 生活 以及其他各个方面。对微型计 算机的工作原理及硬件结构作深入研究有助于了解 2 1 外 围电路 控 制模块 . 其 性能特点 , 掌握 其 内部结 构 。在 此基 础 上 , 发 出 开 可 现 场调 试 的微 机 结 构 框 图 如 图 1所示 , 主要 个属 于 自 己或 某 类 专 用 的 C U, 仅 对 初 学 者 , P 不 由三个 部分 :P R M 及 外 围 电路 控 制 模 块组 成 。 C U、 A 对专用集成 电路 A I S C开发人员 , 也有着重要意义。 外围电路控制部分包括键盘扫描、 地址数据分配、 二 然而传统的数字系统设计 中, 大多用户只能被 选一多路选择器 、 锁存器 、 数码管动态扫描及显示模 动 学 习与应 用 , 不能 做 一个 同样 功 能 的微 型计 算机 。 块 等组 成 。 可 编程 逻辑 器件 的广 泛 应 用 , 为数 字 系 统 的设 计 带 实验采 用 上海 航 虹 公 司 的 A D E K实 验箱 ,P A FG 来 了极大的灵活性 , 用户 可以通过类 似软件编程 的 芯片 为 E FO 2T I4— , P IK 0 C4 4 软件 采 用 Q aul Ma ur s 、 x t I 方式对器件的结构和工作方式进行重构 , 使硬件 的 + l l 及 s pi r ps u I y l po等, n f y 程序设计采用 V D H L语 设计如软件一样方便快捷 …。 言。外围电路有开关 、 键盘及数码 管等。 由于现场可编程 门阵列 F G 1 P A f数众多 , - 人们 此处 的键盘为 2 8 键盘 。键盘扫描 的作用在 可 以将合适的 I 核或其他 形式的核作为嵌人式 于识别按键和产生键码。地址数据分配模块的作用 P软 模块装在 自己的设计 中。但通 常 I P软核需要 门数 是分离与寄存要送人 R M的地址数据。C U由二 A P 较多 的 F G P A器 件 支持 , 发 出精 简 指令 的定 制 选一多路选择器 输 出给 R M 地址 , 开 A 数据则直 接与 C U有 助 于 节 约 F G 的 成 本 与 面 积 , 时 深 入 R M交 换。键 盘 输 入 的 数 据 由 锁 存 器 输 出 给 P PA 同 A
s l i ae r s gQ ats ra n eF G pe nai r po ie . i a o w vf msui u r l t cet dt P A i l tt nae rvdd mu t n o n u Io a h m me o
Ke r s M ir c mp t r F GA ; P y wo d : co o u e ; P C U
第 6期
20 0 8年 l 2月
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基 于 F G 的可 现 场 调 试 微 机 设 计 与 实 现 繁 PA
胡远 望 叶品 菊2 ,
(. 1 常州信息职业技术学院电子信息工程系, 常州 23 6 ; 114 2 常州信息职业技术学院计算机科 学与技术系, . 常州 2 36 ) 1 14 摘 要: 介绍 了基于 F G P A的可现场调试微型计算机 的设计和实现, 出了 C U的结构 图、 给 P 算
L i i , n a r a i o r h n o r g a h c r ef r d s p b t p A d t e ED d g t o e c n mo e e s y c mp e e d s me p o r ms w ih a e p r me t y se . n s l o e h s e d o n i s u t n h s b e mp o e r a y d e t s g g n r l o r co k p r d . F n l , p e f a n t ci a e n i r v d g e t u o u i e e al f u l c e o s i al r o l n y i y
Ab t c :h a e i usso o eina di pe e t na js bef l o p t ae sr tT epp rds se nh w t d s n lm n dut l i dcm ue bsd a c o g m a a e r
o P n F GA. h c e t fC U, d lso r h lgc a d c nr lp r r ie . i e b ad a d T e s h mai o P mo ue fai o i n o to atae gv n W t k y o r n c t h
术逻 辑 部件模 块 及 控制模 块 的工作 原理 。通过 增加 外 围 电路 控 制模 块 , 用 键 盘 输入 及 数 码管 输 使 出显示 , 增添 了程 序设 计 的 灵 活性和 形 象 性 , 且使其 可 现场调 试 。 一条 指令 执行 通 常 只需 4个 时 并
钟周期, 提高 了运行速度。最后给 出 Q a ul 的仿真波形和实验结果。 ur s t I 关键词 : 微型计算机 ; 现场可编程门阵列; 中央处理器 中图分类 号 :P 6 T 38 文 献标 识码 : A 文章 编 号 :02— 2 9 2 0 )6~)5 0 10 27 (0 8 0 ( 卜 3 O
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