技術(shù)及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書09電子2012

1、長沙學(xué)院印A 技術(shù)及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書系（部）電子與通信工程專業(yè)09 電子信息工程專業(yè)2012 年5 月20 日課程名稱：印A 技術(shù)課程設(shè)計(jì)課程編號：主筆人：謝明華主審人：劉輝一、課程設(shè)計(jì)的目的通過對FPGA （現(xiàn)場可編程門陣列）芯片的設(shè)計(jì)實(shí)踐，使學(xué)生掌握一般的PLD （可編程邏輯器件）的設(shè)計(jì)過程、設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)內(nèi)容、設(shè)計(jì)方法，能根據(jù)用戶的要求及工藝需要進(jìn)行電子芯片設(shè)計(jì)并制定有關(guān)技術(shù)文件。培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用已學(xué)知識解決實(shí)際工程技術(shù)問題的能力、查閱圖書資料和各種工具書的能力、工程繪圖能力、撰寫技術(shù)報告和編制技術(shù)資料的能力，受到一次電子設(shè)計(jì)自動化方面的基本訓(xùn)練。二、課程設(shè)計(jì)的題目題目1 、加法計(jì)算器

2、設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個無符號十進(jìn)制硬件加法器，使用Crcatc 一SOPC2000 實(shí)驗(yàn)平臺的KEY 鍵或者撥碼開關(guān)作為輸入和控制信號輸入通道，數(shù)碼管顯示輸出信號。例如：首先輸入加數(shù)“1 （數(shù)碼管顯示98 ) ，然后輸入被加數(shù)“ （數(shù)碼管顯示71 ) ，最后按操作鍵在數(shù)碼管上顯和169 。此時8 個數(shù)碼管應(yīng)從左到右顯示：9871 一169 。要求具有異步清零和同步復(fù)位功能。系統(tǒng)中不允許調(diào)用參數(shù)可調(diào)加法器宏功能模塊。題目2 、拔河游戲機(jī)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個能進(jìn)行拔河游戲的電路。電路使用7 個LED 燈，開機(jī)后只有中間一個發(fā)亮，此即拔河的中心點(diǎn)。游戲雙方A 、B 組各持一個按鈕，按一次，發(fā)光點(diǎn)向己方移動一位。亮點(diǎn)

3、移到任一方終端LED 燈時，這一方就獲勝，此時雙方按鈕均無作用，輸出保持，只有復(fù)位后才使亮點(diǎn)恢復(fù)到中心。拔河開始時或系統(tǒng)復(fù)位后，數(shù)碼管顯示“A00 一B00 ；拔河過程中，若A 組按10 次，B 組按9 次，則數(shù)碼管應(yīng)顯示“A10 一B09 ”。要求有按鍵防抖動功能，測試狀態(tài)下，某組按鍵1 次，燈光只可移動1 位題目3 、彩燈控制器的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個彩燈控制器，使彩燈（LED 管）能連續(xù)發(fā)出Hl 、HZ 、H3 三種不同的花型；其中，Hl 為僅一個LED 燈亮且循環(huán)左移3 次；花型HZ 為2 個LED 燈亮且循環(huán)右移3 次；花型H3 為中間2 個LED 燈亮且亮點(diǎn)分別向左右移動。所有花型每一次循環(huán)

4、的時間不少于3 秒鐘；要求使用數(shù)碼管顯示當(dāng)前的花型序號以及該花型剩余的顯示時間，例如花型HZ ，還剩余12 秒鐘，則數(shù)碼管顯示“HZ 一125 ”。題目4 、洗衣機(jī)控制器的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個電子定時器，控制洗衣機(jī)作如下運(yùn)轉(zhuǎn)：定時啟動令正轉(zhuǎn)25 秒令暫停5 秒令反轉(zhuǎn)20 秒令暫停10 秒令定時未到回到“正轉(zhuǎn)20 秒令暫停10 秒令 夕，定時到則停止；若定時到，則停機(jī)發(fā)出3 秒鐘的音響信號；用兩個數(shù)碼管顯示洗滌的預(yù)置時間（分鐘數(shù)），按倒計(jì)時方式對洗滌過程作計(jì)時顯示，直到時間到停機(jī)；洗滌過程由按下“開始，按鍵開始；三只LED 燈分別表示“正轉(zhuǎn)，、“反轉(zhuǎn)，、“暫停，三個狀態(tài)。題目5 、可調(diào)脈沖發(fā)生器的設(shè)計(jì)設(shè)

5、計(jì)一個周期和輸出個數(shù)可調(diào)的脈沖發(fā)生器。1 、默認(rèn)情況下，不斷輸出一個周期為IKHz ，占空比為50 的脈沖；數(shù)碼管顯示“1000 一50 2 、可對脈沖的頻率和占空比進(jìn)行調(diào)整；可調(diào)整頻率范圍“1 一9999HZ ，調(diào)整步長自定；若當(dāng)前2 頻率為888HZ ，占空比55 % ，則數(shù)碼管顯示“888 一55 題目6 、洗衣機(jī)控制器的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個洗衣機(jī)控制器，控制洗衣機(jī)作如下運(yùn)轉(zhuǎn)：定時啟動令正轉(zhuǎn)20 秒令暫停10 秒令反轉(zhuǎn)20 秒令暫停10 秒令定時未到回到“正轉(zhuǎn)20 秒令暫停10 秒令 夕，定時到則停止；若定時到，則停機(jī)并發(fā)出6 次延續(xù)時間為lS 的聲音信號；用兩個數(shù)碼管顯示洗滌的預(yù)置時間（分鐘數(shù)

6、），按倒計(jì)時方式對洗滌過程作計(jì)時顯示，直到時間到停機(jī)；洗滌過程由“開始，信號開始；三只LED 燈表示“正轉(zhuǎn)”、“反轉(zhuǎn)”、“暫?！比齻€狀態(tài)。題目7 、出租車計(jì)價器的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個出租車計(jì)價器，要求顯示里程和金額。起步和到達(dá)停車時要求有聲音提示；行程小于5 公里時，顯示起步價8 元；行程大于基本里程時，每多行一公里，在起步價上加2 元；當(dāng)出租車等待時，由司機(jī)按下等候鍵，每等待一分鐘加1 元。采用脈沖信號模擬輪胎的轉(zhuǎn)數(shù)，設(shè)每計(jì)一個脈沖汽車前進(jìn)1 米，系統(tǒng)中所需脈沖均由實(shí)驗(yàn)箱的50MHz 晶振分頻提供。當(dāng)出租車不載客時，數(shù)碼管顯示“0000 一000 ，當(dāng)出租車載客時，若總等待時間為21 分鐘，行駛里程

7、10 公里，當(dāng)前費(fèi)用為39 元，則數(shù)碼管顯示“2110 一039 題目8 、十進(jìn)制硬件乘法器的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個無符號十進(jìn)制硬件乘法器，使用Crcatc 一SOPC2000 實(shí)驗(yàn)平臺的KEY 鍵或者撥碼開關(guān)作為輸入和控制信號輸入通道，數(shù)碼管顯示輸出信號。例如：首先輸入乘數(shù)“1 （數(shù)碼管顯示98 ) ，然后輸入被乘數(shù)“0111 （數(shù)碼管顯示7 ) ，最后按操作鍵在數(shù)碼管上顯示乘積686 。此時8 個數(shù)碼管應(yīng)從左到右顯示： 98H7 = 686 ”。系統(tǒng)中不允許調(diào)用系統(tǒng)提供的參數(shù)可調(diào)乘法器。題目9 、多路十進(jìn)制頻率計(jì)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個十進(jìn)制頻率計(jì)，要求能同時測量2 路通道的頻率，一次只能顯示一個通道的頻率值，

8、所以需要對顯示進(jìn)行手動切換，采用2 個LED 燈作為通道的標(biāo)志，例如第2 個LED 燈亮，第1 個LED 燈滅，則表示當(dāng)前顯示的頻率通道為第2 通道。測頻范圍為1 Hz 一999KHz 。待測頻率可通過試驗(yàn)箱提供的50MHz 分頻獲得也可以外接脈沖信號。如選擇了通道1 ，且通道1 被測頻率為1234HZ 時，數(shù)碼管顯示“1 一XX1234 ( X 表示數(shù)碼管滅）；若選擇了通道2 ，且通道2 被測頻率為HZ 時，數(shù)碼管顯示“2 一 題目10 、數(shù)字競賽搶答器的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個4 路搶答器，搶答器具有第一信號鑒別和鎖存功能，使除第一搶答者外的按鈕不起作用。設(shè)置一個主持人“復(fù)位，按鈕，主持人復(fù)位后，開始

9、搶答，成功搶答后，第一搶答者對應(yīng)的LED 燈亮，其余3 個LED 燈滅，同時揚(yáng)聲器發(fā)出3 秒的音響。設(shè)置一個計(jì)分電路，每組開始預(yù)置0 分，由主持人記分，答對一次加1 分，答錯不扣分，最高分9 分，如1 一4 組得分分別為2 分、0 分、5 分、8 分，則數(shù)碼管顯示“2 一0 一5 一8 題目11 、減法計(jì)算器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個無符號十進(jìn)制硬件減法器，使用Crcatc 一SOPC2000 實(shí)驗(yàn)平臺的KEY 鍵或者撥碼開關(guān)作為輸入和控制信號輸入通道，數(shù)碼管顯示輸出信號。例如： 首先輸入被減數(shù)“1 （數(shù)碼管顯示98 ) ，然后輸入減數(shù)“ （數(shù)碼管顯示71 ) ，最后按操作鍵在數(shù)碼管上顯示：98 一71 =

10、 27 ，其中“27 ”這2 個數(shù)字要閃爍顯示。要求電路具有異步清零功能。不允許調(diào)用系統(tǒng)提供的參數(shù)可調(diào)減法器。3 題目12 、密碼鎖的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個二進(jìn)制密碼鎖：密碼長度為8 位，如“10110l10 ，可對密碼進(jìn)行預(yù)置和修改；密碼輸入錯誤時有報警聲，同時數(shù)碼管顯示相應(yīng)的錯誤次數(shù)，例如“ERRI ”、“ERRZ ”、“ERR3 密碼連續(xù)3 次輸入錯誤則延時10 秒后自動鎖定系統(tǒng)，同時數(shù)碼管顯示”O(jiān)VER ，需復(fù)位后才能繼續(xù)輸入。選做功能：數(shù)碼管能實(shí)現(xiàn)滾動顯示。題目13 、時鐘電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個時鐘電路，包括時鐘、分鐘、秒鐘以及10 毫秒的顯示，它們分別占用兩個數(shù)碼管；時鐘初始值為23 : 59 :

11、 5980 ；要求可對時鐘、分鐘進(jìn)行預(yù)置和修改操作；可設(shè)置3 組鬧鈴時間，時間到時給出10 秒的報警聲或音樂并給出燈光提示。題目14 、跑表電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個跑表電路，包括分鐘、秒鐘以及毫秒的顯示，分鐘、秒鐘分別占用兩個數(shù)碼管，毫秒占用三個數(shù)碼管；該跑表要求實(shí)現(xiàn)8 組計(jì)時功能。例如在長跑比賽中，可以記錄并查看8 個同學(xué)的跑步成績；開始計(jì)時、存儲任一計(jì)時數(shù)值成功的時候發(fā)出“嘀”一聲。題目15 、籃球比賽電子記分牌設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個籃球比賽記分牌，使用4 位數(shù)碼管顯示倒計(jì)時的分鐘、秒鐘值；2 位數(shù)碼管顯示A 方得分；2 位數(shù)碼管顯示B 方得分；使用LED 燈作為上、下半場的標(biāo)志；單次加分值包括1 分、2

12、分和3 分；半場時間到輸出3 秒的聲光提示；可進(jìn)行比賽暫停、比賽加時等操作；終場時間到輸出5 秒的聲光提示。題目16 、音樂播放器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個能播放3 首歌曲的音樂播放器?？蛇M(jìn)行循環(huán)播放和手動播放兩個模式的選擇。如果為手動播放，則通過撥動撥碼開關(guān)第1 、2 位選擇。播放音樂時，要求將該音樂的序號（分別為Al 、AZ , A3 ）以及該音樂播放剩余的時間（秒）顯示在數(shù)碼管上，例如當(dāng)前正播放的第二首歌還剩余102 秒，則數(shù)碼管顯示：AZ 一1025 。題目17 、模擬停車場管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個模擬停車場管理系統(tǒng)，使用8 位撥碼開關(guān)表示車號，按鍵A 按下一次表示該車進(jìn)入停車場，同時數(shù)碼管顯示該車

13、車號（為方便模擬，按1 元分鐘，例如車號為“1000 0011 ”則數(shù)碼管顯示82 ) ；按鍵B 按下一次表示該車從停車場出來，該車出來時用數(shù)碼管顯示的信息包括：2 位車號、停車時間（2 位小時數(shù)）、2 位停車費(fèi)用（3 元小時，不足1 小時的按1 小時計(jì)（例如82 號車停車12 . 3 小時，費(fèi)用36 元，數(shù)碼管顯示為82 一12 一36 ) 題目18 、售票系統(tǒng)顯示牌的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個售票系統(tǒng)顯示牌的設(shè)計(jì)，使用8 位撥碼開關(guān)輸入車次，按鍵A 按下一次表示該車次售出一張票，同時數(shù)碼管顯示該車次（K + 3 個數(shù)碼管顯示撥碼開關(guān)對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)，如撥碼開關(guān)值為” ”時，則車次為, K 021 ）及該車

14、次剩余的票數(shù)（每車次總票數(shù)值為100 ) ，若K021 次車還剩余78 張票，則數(shù)碼管顯示“K021 一78 ”。要求至少存儲3 趟車次信息，例如車次K020 , K021 , K022 。要求具有退票功能。題目19 ：乒乓球游戲電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個乒乓球游戲電路，游戲分A 方及B 方，以8 位LED 燈指示乒乓球的行進(jìn)路徑；允許一個LED 燈亮，亮的時間為0 . 5 秒，表示乒乓球所在位置，A 、B 方各持一按鍵進(jìn)行接發(fā)球操作，當(dāng)乒乓球移動到最靠近己端，即最靠近己方的數(shù)碼管發(fā)光期間，及時按下了按鍵，則4 接發(fā)球成功，提前按下或按下不及時則接、發(fā)球失敗，對方得1 分。系統(tǒng)復(fù)位時，A 方發(fā)球；比賽采

15、用得分方發(fā)球規(guī)則；要求使用數(shù)碼管顯示比賽雙方的代號及得分，如A28 一Bg 表示A 得分為28 分，B 得分9 分。比賽采用21 分制。比賽結(jié)束時8 位LED 燈同時閃爍5 秒。題目20 、奇偶校驗(yàn)器的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個奇偶檢驗(yàn)器，要求模擬串行數(shù)據(jù)輸入，并可對其進(jìn)行奇偶校驗(yàn)。例如對于1 位開始位、8 位數(shù)據(jù)位和1 位奇偶校驗(yàn)位的10 位串行數(shù)據(jù)，由1 個按鍵根據(jù)時序逐個輸入，數(shù)碼管應(yīng)實(shí)時提示當(dāng)前應(yīng)輸入的數(shù)據(jù)序號；奇校驗(yàn)或偶校驗(yàn)?zāi)Ｊ綉?yīng)能設(shè)置，edd 代表奇校驗(yàn)，cve 表示偶校驗(yàn)；顯示格式例子：顯示edd 一9 表示當(dāng)前模式為奇校驗(yàn)，當(dāng)前應(yīng)輸入第9 位（即數(shù)據(jù)位的第8 位）數(shù)據(jù)；顯示odd 一隊(duì)55

16、則表示奇校驗(yàn)通過；顯示odd 一FFFF 則表示奇校驗(yàn)失敗。題目21 、病房呼叫系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個病房呼叫系統(tǒng)，使用實(shí)驗(yàn)箱上的8 個KEY 按鍵模擬8 個床位的呼叫按鈕，8 個LED 燈作為指示器，8 個撥碼開關(guān)作為護(hù)士應(yīng)答鍵。病人呼叫時，發(fā)出聲音及顯示提示（例如第3 個KEY 按鍵按下進(jìn)行呼叫，數(shù)碼管顯示CALL 一03 ，第3 個LED 燈閃），當(dāng)護(hù)士應(yīng)答后，聲光提示關(guān)，數(shù)碼管顯示CALL 一NL 幾L 。題目22 、頻率發(fā)生器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個頻率發(fā)生器，要求能產(chǎn)生4 路頻率，頻率范圍為O . SHz 一IMHz ，可對每路頻率的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)與設(shè)置，可用數(shù)碼管顯示產(chǎn)生的頻率通道數(shù)、頻率值及占空比

17、。例如選定第1 路頻率輸出IKHZ ，占空比30 的方波時，數(shù)碼管循環(huán)滾動顯示“Pl 一1000HZ 一30 題目23 、帶有偶校驗(yàn)位的數(shù)據(jù)發(fā)生器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個帶有偶校驗(yàn)位的數(shù)據(jù)發(fā)生器。該數(shù)據(jù)發(fā)生器具有8 位輸入，輸出是一組串行（低位先行）的9 位二進(jìn)制數(shù)碼，其中串行輸出的數(shù)碼的最后一位（即最高位）為偶校驗(yàn)位（由數(shù)據(jù)發(fā)送器輸出時加入），前8 位依次為數(shù)據(jù)位，當(dāng)輸入的8 位二進(jìn)制碼中有奇數(shù)個1 時，使其偶校驗(yàn)位為1 ，否則為0 。同時數(shù)碼管顯示該8 位二進(jìn)制數(shù)的十進(jìn)制值。系統(tǒng)提供50MHZ 頻率的時鐘源。題目24 、帶有奇校驗(yàn)位的數(shù)據(jù)發(fā)生器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個帶有奇校驗(yàn)位的數(shù)據(jù)發(fā)生器。該數(shù)據(jù)發(fā)生器具有8

18、位輸入，輸出是一組串行（低位先行）的9 位二進(jìn)制數(shù)碼，其中串行輸出的數(shù)碼的最后一位（即最高位）為奇校驗(yàn)位（由數(shù)據(jù)發(fā)送器輸出時加入），前8 位依次為數(shù)據(jù)位，當(dāng)輸入的8 位二進(jìn)制碼中有奇數(shù)個1 時，使其奇校驗(yàn)位為0 ，否則為1 。同時數(shù)碼管顯示該8 位二進(jìn)制數(shù)的十進(jìn)制值。系統(tǒng)提供50MHZ 頻率的時鐘源。三、設(shè)計(jì)內(nèi)容（主要技術(shù)關(guān)鍵的分析、解決思路和方案比較等）1 、VHDL 語言程序設(shè)計(jì)；2 、波形仿真；3 、在實(shí)驗(yàn)裝置上進(jìn)行硬件測試，并進(jìn)行演示；4 、提交一份完整的課程設(shè)計(jì)資料，包括設(shè)計(jì)原理、程序設(shè)計(jì)、程序分析、仿真分析、硬件測試、調(diào)試過程，參考文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)總結(jié)等。四、設(shè)計(jì)步驟5 、l 、收集材料

19、；6 、2 、方案論證；7 、3 、設(shè)計(jì)VHDL 語言程序；8 、4 、利用實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行硬件聯(lián)接，組裝程序、運(yùn)行并調(diào)試程序，驗(yàn)證預(yù)期的功能的實(shí)現(xiàn)。9 、5 、調(diào)試運(yùn)行正常后，向老師申請并等待老師的成績評定。10 、6 、編寫設(shè)計(jì)說明和使用說明書，寫出設(shè)計(jì)小結(jié)。五、設(shè)計(jì)要點(diǎn)掌握可編程邏輯器件的工程設(shè)計(jì)方法，利用QtlartLISll 集成開發(fā)環(huán)境完成電路的設(shè)計(jì)。1 、新建工程2 、輸入設(shè)計(jì)項(xiàng)目VHDL 代碼3 、存盤，注意文本取名4 、添加約束文件5 、選擇目標(biāo)器件6 、啟動編譯7 、仿真測試和波形分析8 、編程下載配置9 、硬件測試六、設(shè)計(jì)進(jìn)度安排七、考核標(biāo)準(zhǔn)分為優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格五等。根據(jù)完成設(shè)計(jì)程序、硬件測試、答辯、出勤情況由指導(dǎo)老師集體研究、綜合評定。八、注意事項(xiàng)1 、除查閱資料和調(diào)研外，學(xué)生一般都必須在指定場所進(jìn)行設(shè)計(jì)，外出需向指導(dǎo)老師或設(shè)計(jì)組長請假。2 、無故不參加設(shè)計(jì)者，以曠課論處。嚴(yán)重者取消設(shè)計(jì)資格。3 、所有設(shè)計(jì)者必須獨(dú)立思考，獨(dú)立完成設(shè)計(jì)，不得抄襲。抄襲者一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，取消設(shè)計(jì)成績。4 、按時完成設(shè)計(jì)任務(wù)，設(shè)計(jì)的最后一天交清設(shè)計(jì)文件資料。九、參考文獻(xiàn)起止日期（或時