机电控制系统实验报告

姓名：樊建威学号：0801500213

实验一：基本组合逻辑电路设计

一、实验目的：

1．熟悉Quartus II 软件的使用方法，学习VHDL语言的程序设计流程，熟练运用Quartus II 软件对所设计的VHDL程序进行编译、调试、仿真及下载等。

2．熟悉KH-310智能可编程器件实验开发系统，掌握对现场可编程门阵列FPGA（Field Programmable Gate Array）的编程技巧。

二、实验器材：

1．KH-310实验开发系统；

2．CPLD/FPGA下载板；

3．LED显示模块；

三、实验内容：

用VHDL语言和原理图分别完成设计、仿真和下载基本逻辑门电路半加器的过程：

输入：a，b；输出：求和sum，进位c；

四、实验步骤：

详见实验指导书；

五、实验思考题：

1.给出半加器逻辑真值表：

a b sum c

0 0 0 0

0 1 1 0

1 0 1 0

1 1 0 1

2.绘制半加器仿真波形图：

①仿真输入参数：End Time：200ns

Grid Time：5ns

a端口：随机信号

b端口：随意信号

仿真波形：

②仿真输入参数：End Time：20s

Grid Time:1s

a端口：随即信号

b端口：随即信号

仿真波形：

通过上面两个不同仿真环境下的波形可以看出，第一次因为设定的时间尺度非常小，仿真中存在的延迟现象比较明显，这是符合硬件的实际情况的。第二次仿真，由于设定的时间间隔比较小，硬件的延迟现象不明显，这是符合实际实验情况的。

3. 总结实验过程中遇到的各类错误现象，并给出解决方法：

起初在新建VHDL File时，最后保存vhd格式文件时的文件名没有与程序中实体（entity）后的名字保持一致，导致一开始仿真运行报错，直到后来把名字改一致后才仿真通过。

实验二：数码管分时显示实验

一、实验目的：

1. 学习HDL程序的基本设计技巧；

2. 掌握七段数码管的显示原理和使用方法。

二、实验器材：

1. KH-310 下载板；

2.KH-310 时钟模块；

3.KH-310 数码管显示模块

三、加载文档名：

加载：seg.sof

烧录：seg.pof

项目工程文件：seg.qpf

四、实验内容：

设计电路在八个七段数码管上从左到右依次循环显示数字1~8。

五、实验步骤：

详见实验指导书

六、实验思考题:

1.说明数码管连接方式有几种，给出连接电路图

共阳极

共阴极

实验三、4 4矩阵键盘扫描实验

一、实验目的：

1. 掌握VHDL 程序的基本设计技巧；

2. 掌握矩阵键盘的扫描原理和工作方法； 二、实验器材：

KH-310 下载板；KH-310 时钟模块；KH-310 键盘模块；KH-310 数码管显示模块。 三、文档名称：

1．加载：scankdpg4.sof ； 2．烧录：scankdpg4.pof ； 3．项目工程文件：scankdpg4.qpf ； 四、实验内容：

设计电路循环扫描键盘模块的按键情况，并将所按键值显示在7段数码管上。

五、实验思考题：

1．说明矩阵键盘的工作原理？

矩阵式键盘是一种常见的输入装置，KH-310中配置的4×4矩阵键盘的电路是一种

共阳极的电路。该键盘的列选择信号以及行选择信号均为为低电平有效。

根据上述键盘原理，下面给出用列信号进行扫描时的基本原理和流程：如图3.1中所示，当我们进行列扫描时，扫描信号由列引脚进入键盘，以0111、1011、1101、1110的顺序每次扫描不同的一列，然后读取行引脚的电平信号就可以判断是哪个按键被按下。

2．举例说明按键的识别方法？

例如：当扫描信号为1011时表示正在扫描“159D ”一列，如果该列没有按键被按下，

0111 第一行 1011 1101 1110

0111 1011 1101 1110 第一列

0 1 2 34 5 6 7 8

9

A

B

C

D

E

F

则由行信号读出的值为1111；反之，当按键9被按下时，则由列信号读出的值为1101。3．简要说明键盘的工作方式有那几种，如何工作的？

答：键盘分编码键盘和非编码键盘。

键盘上闭合键的识别由专用的硬件编码器实现，并产生键编码号或键值的称为编码键盘，如计算机键盘。而靠软件编程来识别的称为非编码键盘。在单片机组成的系统中用的最多的是非编码键盘。其中非编码键盘又分为独立键盘和矩阵键盘。