EDA技术综合设计 电工电子实验教学中心.

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1 EDA技术综合设计 电工电子实验教学中心

2 一、EDA-V型实验系统介绍 1、系统整体结构图 2、将要用到的主要模块 8位七段数码管显示模块； 16×16点阵模块；
CPLD/FPGA适配器接口； 12位按键输入模块； 18位拨码开关输入模块； 蜂鸣器输出模块； 可调数字信号源； 8×2LED灯。

3 实验系统布局图

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5 8位七段数码管显示模块： 数码管为共阴数码管。本模块的输入口共有11个，其中8个段信号输入口，分别为A、B、C、D、E、F、G、DP；3个位信号输入口，分别为SEL0、 SEL1、 SEL2。其中SEL0、 SEL1、 SEL2位于16×16点阵模块区，它们经3-8译码器后送给数码管作位选信号，最左边为第一位，对应关系如下表： 接口序号 数码管状态 SEL2 SEL1 SEL0 1 第1位亮 第2位亮 第3位亮 第4位亮 第5位亮 第6位亮 第7位亮 第8位亮

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7 列选信号为SEL0～SEL3经4-16线译码器后给出，最右边为第一列；行选信号为L0～L15，最上方为第一行。
点亮列号 1 第1列 第2列 第3列 第4列 第5列 第6列 第7列 第8列 第9列 第10列 第11列 第12列 第13列 第14列 第15列 第16列 16×16点阵模块； 列选信号为SEL0～SEL3经4-16线译码器后给出，最右边为第一列；行选信号为L0～L15，最上方为第一行。

8 返回

9 CPLD/FPGA适配器接口： 下载该芯片时将芯片选择开关拨向CPLD。 12位按键输入模块 开关弹起时为高电平，按下时为低电平。输出口最左边对应开关K1。 18位拨码开关输入模块： 开关拨向下时为低电平，拨向上时为高电平。输出口最左边对应开关D17，最右边对应开关D0。 蜂鸣器输出模块； 当输入口BELL_IN输入高电平时，蜂鸣器响。

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13 可调数字信号源： 时钟信号源可产生从1.2Hz~20MHz之间的任意频率。该电路采用全数字化设计，提供的最高方波频率为20MHz，最低频率为1.2Hz，并且频率可以在这个范围内随意组合变化。整个信号源共有6个输出口（CLK0～CLK5），每个输出口输出的频率各不相同，通过JP1～JP11这11组跳线来完成设置。具体设置方案见实验指导书。 返回

14 二、总结报告与注意事项 1、实验注意事项 严禁带电插拔“JTAG”下载电缆！为了安全地使用下载电缆，防止损坏下载电缆中的器件和计算机主板的并口，应在计算机及实验箱均断电的情况下，插入或拔出下载电缆。 插入下载电缆的步骤： 确认完全断电——下载电缆并口与计算机并口相连——下载电缆JTAG口与实验箱的JTAG口相连——接通实验箱电源——接通计算机电源； 拔出下载电缆的步骤： 关闭实验箱电源——拔下JTAG电缆插头——实验箱内部连线——接通实验箱电源——进行功能验证。

15 测试完毕，先断掉EDA实验箱的电源，再把JTAG电缆的小插头插入实验箱的JTAG插座，然后接通实验箱电源，准备下一次的设计下载。
2、总结报告的书写要求 见老师下发模板。 内容：总结报告应至少包括以下内容： 封面；前言；目录；任务书（合作人、分工方案）； 正文；（设计要求、实验目的、实验方案、实验原理、硬件要求、实验步骤、源程序（*.vhd）和原理图（*bdf）仿真调试和下载结果、硬件测试报告、数据处理及分析结果等等）。 收获和体会；对设计工作的总结与展望；参考文献。

16 要求： 1、内容完整，主题突出，详略得当，语言流畅； 2、书写格式规范，条理清晰，图文结合，手写本应字迹清楚、工整。 3、必须独立完成，不允许大段抄写参考资料中的内容，作同一设计的同学，报告不允许雷同。 4、对程序文本的书写和电路图以及示意图的作图要规范、美观。

17 EDA综合课程设计（一） —计数器及数码显示综合设计
一、设计任务 1、设计一个同步时钟使能及同步清0的增1十二进制计数器； 2、设计一个具有同步时钟使能、同步清零的六十进制可逆计数器; 3、设计一个共阴7段数码管控制接口，要求：在时钟信号的控制下，使3或4位数码管动态刷新显示上述计数器的计数结果。

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19 三、实验连线 计数器的输入时钟信号接时钟电路的相应输出（CLK0~CLK5），复位信号接拨码开关或按键，输出信号接七段显示译码器的数据输入端； 将七段显示译码器的clk端接时钟输出，并使输入频率约为5MHZ，led[6..0]分别接显示模块的a--g，SEL[2..0]分别接显示模块的SEL2~SEL0。

20 sel2 sel1 sel0 显示译码器 CP 计数器1 计数器2 CP2 依题意考虑CP 和CP2关系。

21 同时，还有一个问题不可忽视，就是位扫描信号的频率至少需要多少以上，才能使显示器不闪烁？简单的说，只要第个扫描频率超过人的眼睛视觉暂留频率24HZ以上就可以达到点亮单个显示，却能享有6个同时显示的视觉效果，而且显示也不闪烁。

22 EDA综合课程设计（二） ——数字秒表设计
一、设计要求： 秒表的逻辑结构主要由显示译码器、分频器、十进制计数器、六进制计数器和报警器组成。在整个秒表中最关键的是如何获得一个精确的100Hz计时脉冲，除此之外，整个秒表还需有一个启动信号和一个归零信号，以便秒表能随意停止及启动。 秒表共有6个输出显示，分别为百分之一秒、十分之一秒、秒、十秒、分、十分，所以共有6个计数器与之相对应，6个计数器的输出全都为BCD码输出，这样便于和显示译码器的连接。当计时达60分钟后，蜂鸣器报警。

23 二、模块结构 四个10进制计数器：用来分别对百分之一秒、十分之一秒、秒和分进行计数； 两个6进制计数器：用来分别对十秒和十分进行计数； 分频率器：用来产生100HZ计时脉冲； 显示译码器：完成对显示的控制。 三、硬件要求： 主芯片EPF10K10LC84-4。 6位八段扫描共阴级数码显示管。 二个按键开关（归零，启动）。

24 四、实验内容及步骤： 1.根据电路持点，用层次设计概念将此设计任务分成若干模块，规定每一模块的功能和各模块之间的接口。让几个学生分做和调试其中之一，然后再将各模块合起来联试。以培养学生之间的合作精神，同时加深层次化设计概念。 2.了解软件的元件管理深层含义，以及模块元件之间的连接概念，对于不同目录下的同一设计，如何熔合。 3.适配划分前后的仿真内容有何不同概念，仿真信号对象有何不同，让学生有更深一步了解。熟悉了CPLD设计的调试过程中手段的多样化。 4.按适配划分后的管脚定位，同相关功能块硬件电路接口连线。 5 所有模块全用VHDL语言描述。

25 数字秒表内部结构图。

26 五、实验连线： 输入接口： 1．秒表的归零，启动信号RESET、START的管脚分别连接按键开关。 2． 蜂鸣器鸣响信号SPEAKER接蜂鸣器的输入。 3．秒表计数时钟信号CLK的管脚同2.5MHZ时钟源相连。 输出接口： 秒表扫描显示的驱动信号管脚SEL2，SEL1，SEL0和A～G参照设计一中的连法。

27 EDA综合课程设计（三） ——数字钟设计 一、设计要求（数字钟的功能） 1．具有时，分，秒，计数显示功能，以24小时循环计时。
2．具有清零、调节小时、分钟功能。 3. 具有整点报时功能。

28 二、实验目的： 1．掌握多位计数器相连的设计方法。 2．掌握十进制、六进制、二十四进制计数器的设计方法。 3．巩固多位共阴极扫描显示数码管的驱动及编码。 4．掌握扬声器的驱动。 5．掌握EDA技术的层次化设计方法。

29 三、硬件要求： 1．主芯片EPF10K10LC84-4。 2．蜂鸣器。 3．8位八段扫描共阴极数码显示管。 4．三个按键开关（清零，调小时，调分钟）。

30 四、设计原理： 在同一芯片EPF10K10上集成了如下电路模块： 1．时钟计数：秒——60进制BCD码计数； 分——60进制BCD码计数； 时——24进制BCD码计数； 同时整个计数器有清零，调分，调时功能。在接近整数时间能提供报时信号。 2．具有驱动8位八段共阴扫描数码管的片选驱动信号输出和八段字形译码输出。 3．蜂鸣器在整点时有报时驱动信号产生。

31 五、实验内容及步骤： 1.根据电路持点，用层次设计概念将此设计任务分成若干模块，规定每一模块的功能和各模块之间的接口。培养学生之间的合作精神，同时加深层次化设计概念。 2.了解软件的元件管理深层含义及模块元件之间的连接概念，对于不同目录下的同一设计，如何融合。 3.适配划分前后的仿真内容有何不同概念，仿真信号对象有何不同，让学生有更深一步了解。熟悉了CPLD设计的调试过程中手段的多样化。 4.按适配划分后的管脚定位，同相关功能块硬件电路接口连线。

32 六、模块说明: 各种进制的计数及时钟控制模块（10进制、6进制、24进制）; 扫描分时显示、译码模块; 扬声器编码模块; 各模块都用VHDL语言编写。 各功能模块连接示意图如图所示。

33 数字钟各模块连接示意图

34 七、实验连线： 输入接口： 1．代表清零、调时、调分信号RESET、SETHOUR、SETMIN的管脚分别连接按键开关。 2．代表计数时钟信号CLK和扫描时钟信号CLKDSP的管脚分别同1HZ时钟源和32HZ（或更高）时钟源相连。 输出接口： 1．代表扫描显示的驱动信号管脚SEL2，SEL1，SEL0和A～G参照设计一中的连法。 2．代表扬声器驱动信号的管脚SPEAK同扬声器驱动接口SPEAKER相连。

35 EDA综合课程设计（四） ——交通灯控制器设计
一、设计要求： 1、主干道和支干道交替放行，主干道每次放行30秒，支干道每次放行20秒。 2、每次绿灯变红灯时，黄灯先亮5秒钟，此时原红灯不变。 3、用十进制数字（递减计数）显示放行和等待时间。 4、参考实际生活中情况，完善该电路功能。

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37 EDA综合课程设计（五） ——16X16点阵显示综合实验
一、 设计要求   设计一个共阴16X16点阵控制接口，要求：在时钟信号的控制下，使点阵动态点亮，显示一定的字符或图案花样，其中位选信号为16-4编码器编码输出。

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39 16X16点阵控制接口引脚功能 控制器的引脚功能图如上图所示，其中：DIN[3..0]为显示花样模式选择，高电平有效；CLK为时钟输入端；DOTOUT[15..0]为行驱动信号输出；SELOUT[3..0]为列选信号输出，为16-4编码信号。

40 图案1 实现16X16点阵的16列同时从上往下依次点亮，全亮后16列又同时从下往上依次熄灭。

41 列选信号：采用与7段数码管的位选信号一样的处理方法，即列扫描信号频率大于24HZ。
行驱动信号：可以采用移位的方法，可先定义一个16位的信号，若最高位置为‘1’，我们采用右移的方法，使每一位都置‘1’，这就实现依次点亮；当第0位也置‘1’后，给第0位置‘0’，再采用左移的方法将每一位又重新置‘0’，这样就实现了反相依次熄灭，等第15位为‘0’时，又重新开始，以此循环。 对于其他的显示花样（比如文字显示），请自行设计。

42 三、实验连线 将CP端接时钟输出，并使输入频率约为1MHz，DIN[3..0]分别接4位拨码开关，DOTOUT[15..0]分别接显示模块的L15~L0，SELOUT[3..0]分别接显示模块的SEL3~SEL0。

43 EDA综合课程设计（六） ——彩灯控制器 1、系统设计要求 （1）要有2种花型变化。 （2）2种花型可以自动变换，循环往复。
 （1）要有2种花型变化。  （2）2种花型可以自动变换，循环往复。  （3）具有清零开关。  2、用给定IC设计、安装与调试彩灯控制器,具体要求如下: （1） 控制器有四组输出,每组至少能驱动四只LED。 （2）设计用十六只LED组成的彩灯图案。图案的状态变换至少有2种,并且能自动切换。 （3）彩灯图案状态变换的速度至少有快、慢两种。

44 （ 4）安装并调试彩灯控制器 3、具体操作 我们可以使用循环结构可以让一种花色亮一段时间，再进入另一种花色，而这中间的时间控制可以通过制作分频器来控制。安有清零端，当按下按钮，全灭。（难点：如何控制时间使其循环，一种花色亮了一段时间，在进入另一种花色，并且使其也亮相同的时间）。

45 EDA综合课程设计（七） ——年历日历设计
一、 设计要求  要求能实现年、月、日的计时功能。同时将计时结果通过8个七段数码管显示，并且可通过两个设置键，对计时系统的有关参数进行调整。具体系统功能面板如下图所示：

46 二、设计原理 根据系统的设计要求，计时电路可分为计日电路、计月电路、计年电路等3个子模块，这3个子模块必须都具有预置、计数和进位功能，设计思想如下： (1) 计日电路：将计时电路产生的进位脉冲信号作为计日电路的计数时钟信号，通过系统辨认，确定本月总天数X(包括28、29、30、31四种情况)，待计数至X＋1瞬间，进位，计月电路加1，而计日电路返回1重新开始计数。 (2) 计月电路：将计日电路产生的进位脉冲信号作为计月电路的计数时钟信号，待计数至12瞬间，进位，计年电路加1，而计月电路返回1重新开始计数。 (3) 计年电路：将计月电路产生的进位脉冲信号作为计年电路的计数时钟信号，待计数至100瞬间，计年电路返回0重新开始计数。

47 对于系统中的时间调整电路，拟通过模式和调整两个外部按键完成。模式键负责切换正常时间计数模式和时间调整模式，调整模式切换顺序如图7
对于系统中的时间调整电路，拟通过模式和调整两个外部按键完成。模式键负责切换正常时间计数模式和时间调整模式，调整模式切换顺序如图7.8所示。调整键负责在时间调整模式之下，对当前模式的计时结果进行调整。 调整模式切换顺序

48 硬件使用： 1、7段数码管 2、主芯片EPF10K10LC84-4 3、拨健开关

49 EDA综合课程设计（八） ——智力抢答器设计
一、 设计要求   设计一个可容纳四组参赛者的数字智力抢答器，具有第一抢答信号的鉴别和锁存功能。要求实现以下功能： 1. 抢答鉴别模块；抢答计时模块； 抢答计分模块；译码显示模块。 2. 抢答鉴别电路中，可设计成只有四种情况，可简化电路复杂性 3. 计分器电路中，根据设计原则，按一定数进制进行加减 4. 计时器电路中，有计时初始值的预置功能，又有减计数功能

50 硬件使用： 1、拨健开关 2、7段数码管若干 3、LED（四个） 4、主芯片EPF10K10LC84-4

51 EDA综合课程设计（九） ——简易数字频率计
数字频率计是一种用十进制数字显示被测信号频率的数字测量仪器，其功能是测量正弦信号，方波信号，尖脉冲信号以及其他各种单位时间内变化的物理量，因此已经成为电路设计的常用原器件之一，有它不可取代的地位。 本课题要设计的是简易数字频率计，使其频率值以十进制的数在数码管上显示出来。从而可以直接的看出频率值，相对比较直观，而且误差相对较小（误差约为1％）。 设计的数字频率计的测量范围是10HZ～9999HZ，显示的数值是0010～9999。 该数字频率计将在频率测量方面显示出它独特的优越性。 1、设计一个简易数字频率计电路，要求： ① 测量信号范围：方波：10～9999Hz； ② 最大读数：9999Hz，用四个数码管显示。 ③ 用已知频率的信号产生闸门信号。

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