《现代数字系统设计》课程总结材料

《现代数字系统设计》课程总结

2011年秋季学期

实验一八路LED 的开关控制

1．实验要求

本实验要求用8 个开关分别控制8 个LED 的亮灭。

2．硬件设计思路

用FPGA的八个引脚做开关控制，八个引脚控制LED的亮灭。

3．软件程序流图

开始

读取开关状

态

根据开关控

制灯亮灭

结束

4．实验体会

通过本实验对VHDL语言有了初步的了解。

实验二 8 位可逆计数器设计

1．实验要求

本实验要求计数脉冲可以手动输入，也可以用脉冲源输入，通过开关可以选择。

2．硬件设计思路

4位输入（分别为脉冲选择、顺序选择开关，脉冲信号1，脉冲信号2），8位LED显示。

3．软件程序流图

4．实验体会

结束

计数数据显

示

开始

计数

脉冲选择开关

选择信号1

脉冲顺序开关

选择信号2 1

2

加法计数

减法技术

通过此实验对VHDL语言有了深入的了解，对FPGA的引脚也加深了研究。运用了一些简单的VHDL语句。

实验三实现任意整数分频电路设计

1．实验要求

本实验要求实现占空比50%，分频系数可以通过拨码开关设定的分频电路。

2．硬件设计思路

时钟输入端（手动控制），计数选择（4位），频率显示（LED灯显示）。3．软件程序流程

i.判断分频数为奇数还是偶数。

ii.如果是奇数则在(n+1)/2-1脉冲前后分别取正脉冲与负脉冲、负脉冲与正脉冲。然后将两次的信号取或操作，以达到占空比为50%。

iii.如果是偶数则在n/2脉冲前后分别取正脉冲与负脉冲。

iv.输出脉冲信号。

4．实验体会

通过本次实验掌握了分频的基本思想，最大的难点是对奇分频的操作，若何达到完全的50%占空比使得实验难度加大。我采取对奇分频的(n+1)/2-1脉冲前后取两次不同的脉冲信号取或操作来实验50%占空比分频。

实验四利用状态机实现多功能循环彩灯控制

1．实验要求

本实验要求实现4 种循环方式，每种循环方式运行5 次后，自动转换为下一种循环方式。

2．硬件设计思路

状态机的操作完全借助于内部电路的计算与转换，外电路只需要将转换状态以LED灯的循环方式显示出来，此试验只需要有8路引脚控制LED。

3．软件设计流程

i.设置四种状态变量。

ii.设置四种状态循环。

iii.在四种状态下分别设置一种循环方式，每种循环方式循环五次。

iv.将循环变化的信号值直接显示。

4．实验体会

此实验中熟悉了状态机的操作机制及工作原理。对于每种状态下的循环方式的显示是难点，开始在四种状态之下又分别设置几种状态，这样虽然能够显示出需要的效果，但是软件显示的状态特别复杂，不便于掌控。于是修改为四种状态下使用简单的逻辑循环语句来完成循环显示。

实验五 8 段数码管动态扫描显示控制

1．实验要求

本实验要求实现具有启动,停止,清零功能的秒表，启动,停止,清零由一个按钮开关控制。

2．硬件设计思路

此实验需要有一个控制开关，一个外部时钟输入端。数码管的七段段码输出端，因为需要动态显示，所以6位数码管需要6个引脚单独控制显示状态。

3．软件程序流程

i.外部时钟选择20M晶振并且分频为100HZ,1000HZ（其中100HZ的信

号用于计数，1000HZ的信号用于显示）。

ii.在100HZ的脉冲信号有效时，对秒表的最低为进行十进制计数操作，溢出时向高位进位。

iii.开关控制一个信号的三种状态，然后这三种状态分频控制计数模块的计数，锁存以及清零。

iv.将计数的整数转换为数码管可以显示的段码操作。在1000HZ的脉冲下控制数码管循环显示。

4．实验体会

本实验中计数模块的进制数的选择以及进位操作时本实验的难点，通过IF条件判断是否溢出并且在溢出的时候进位。另一个遇到的问题是：理论上想数码管动态扫描脉冲越快，显示效果越好，但是实际并非如此当我加20M 晶振直接扫描时，显示效果非常差。不断测试发现在1000HZ下显示比较满意。经研究得出这是因为数码管的段码变化速度比20M扫描慢太多的原因。

实验六频率计设计

1．实验要求

本实验要求实现一个可测频率范围为1Hz——1MHz 的数字频率计，并用数码管显示测量结果，并对测量精度进行分析说明。

2．硬件设计思路

此实验需要一个外部时钟输入端，一个外部信号输入端。数码管的七段段码输出端，因为需要动态显示，所以6位数码管需要6个引脚单独控制显示状态。

3．软件程序流程

i.外部时钟选择20M晶振并且分频为100HZ,1000HZ（其中100HZ的信

号用于计数，1000HZ的信号用于显示）。

ii.在外部信号的一个时钟周期内，在100HZ的脉冲信号的控制下对计数值的最低为进行十进制计数操作，溢出时向高位进位。

iii.将计数的整数转换为数码管可以显示的段码操作。在1000HZ的脉冲下控制数码管循环显示。

4．实验体会

本实验在秒表实验的基础上做起来较为简单，只需要对计数条件加以控制即可。

实验七矩阵式键盘扫描与键码检测

1．实验要求

本实验要求当按下某键时，在LED 上显示该键的键码。

2．硬件设置思路

硬件部分分为键盘扫描模块，需要8个引脚分别对行列进行扫描；数码管显示模块，需要七段数码管段码既需要7个引脚，数码管的公共端接地。

3．软件程序流程

i.通过芯片对矩阵键盘的行健行赋值，在脉冲来的条件下顺次使四行

中的一行处于高电平状态。

ii.在脉冲的有效值的条件下对列进行扫描。通过对有效信号的判断得出具体按下的键盘。

iii.将键盘的数字转换为数码管段码并输出显示。

4．实验体会

此实验中最大的问题是对仿真硬件的研究不到位，总想对列进行扫描结果总是失败，知道发现行列之间的那个二极管，才知道应该对行扫描。通过此次实验掌握了矩阵键盘的扫描方法，也提醒自己在以后的实验中要注意硬件仿真模块的研究。

实验八 LPM 的使用

1．实验要求