选修《FPGA原理及应用》课程的学生必读
参选的各位同学，大家好。通过本学期大家的共同努力，本课程的学习已近结束，课程的考核问题已摆在眼前，因《FPGA原理及应用》是一门实践性很强的课程，所以考核的方式拟采用应用设计及设计报告的形式，具体要求如下： 一、实验报告，占总成绩的30%。
1、实验内容：1）ISE应用基础实验
2）CHIPSCOPE应用基础实验
3）CUSTOM IP CORE设计
2、请大家按照课程设计报告的要求完成,内容包括实验原理,实验过程,实验结果及分析。
二、应用设计，占总成绩的70%。
要求每位选课同学提交一篇关于FPGA的应用设计报告，选择的FPGA芯片不限，选用的仿真工具不限。格式要求按照课程设计报告的标准格式完成，包括：
1、 论文标题
2、 单位
3、 姓名
4、 设计任务书
5、 基本原理及数学模型
6、 仿真及结果分析
7、 结论
8、 参考文献
分组名单：
序号 | 成 员 | 题 目 |
1 | 江 超，任逸飞 | |
2 | 陈宇鹏，刘路杰豆制品加 | 出租车自动计价器设计 |
3 | 苗 森，彭 飞 | ADC0809接口电路及程序设计 |
4 | 李 智，颜 力 | TLC5510接口电路及程序设计 |
5 | 郑 涛，田晶晶 | 多功能波形发生器设计 |
6 | 杨纪芸，陈 珂 | 步进电机定位控制系统设计 |
7 | 柯登科，荣誉煌 | FPGA通用异步收发器设计 |
8 | 迟庆军，张泽玉 | |
9 | 唐 康，杨高峰 | 二进制频移键控（FSK）调制器与解调器设计 |
10 | 高 浩，余力文 | 二进制相位键控（PSK）调制器与解调器设计 |
11 | 赵子谦，刘 凯 | 多进制数字振幅调制（MASK） |
青铜旋塞阀12 | 蒋世齐，江代民 | 多进制数字频率调制(MFSK) |
13 | 袁 正，刘 阳 | 多进制数字相位调制（MPSK） |
14 | 蔡文凯，华明达 | |
15 | 余俊慧，余 博 | 采用测频原理的数字频率计 |
16 | 张 雯，童 贞 | 采用等精度测频原理的频率计 |
17 | 邱艺含 | 电子琴设计 |
18 | 尤天宇 | 自动升降电梯控制器设计 |
19 | 周 宇 | 电子时钟设计 |
20 | 王 韬 | 自动售货机控制系统设计 |
| | |
请大家在18周星期三上午8:30-11:30将以上内容的电子版和打印版交到鉴主15楼本人的实验室来进行答辩。（电子版中请附上源代码）
陈 适
2012.12.08
1、FPGA对LED显示器的控制
LED数码管用8段发光二极管来显示数字，每一段都是一个发光二极管，如图8.2.1所示。一般把所有段的相同一端相连，连接到地（共阴极接法）或者是连接到电源（共阳极接法）。 共阴LED数码管的公共端连接到地，另一端分别接一个限流电阻后再接到控制电路的信号端，当信号端为高电平时，该段即被点亮，否则不亮。
共阳极接法则相反，公共端连接到电源，另一端分别接一个限流电阻后再接到控制电路的信号端，只有信号端为低电平时才被点亮，否则不亮。
在数字逻辑电路中，可用74LS48（共阳）/74LS49（共阴）译码驱动电路来控制LED显示。
在FPGA中，用硬件描述语言设计一个译码驱动器，例如进行一个74LS48的功能设计。
由于FPGA和硬件描述语言的灵活性，可以设计出能显示更多内容的译码驱动模块。
2、出租车自动计价器设计
设计要求：
设计一个出租车计价器。
该计价器的计费系统：行程 3公里内，且等待累计时间2分钟内，起步费为10元；3公里外以每公里1.6元计费，等待累计时间2分钟外以每分钟以1.5元计费。
并能显示行驶公里数、等待累计时间、总费用。
主要技术指标
1 计价范围:0～999.9元 计价分辨率： 0.1元
2 计程范围:0～99公里 计程分辨率： 1公里
3 计时范围:0～59分 计时分辨率： 分
3、ADC0809接口电路及程序设计
ADC0809是CMOS的8位A/D转换器，片内有8路模拟开关，可控制8个模拟量中的一个进入转换器中。
ADC0809的精度是8位，转换时间约为100µs，含锁存控制的8路开关，输出有三态缓冲控制，单5V电源供电。
FPGA与ADC0809接口电路原理图
ADC0809与FPGA接口电路设计：
FPGA_IO1~8接收ADC0809 8位数数据；
FPGA_IO9接收ADC0809 转换结束信号EOC；
FPGA_IO10~12 为ADC0809提供8路模拟信号开关的3位地址选通信号（ADD-A~C）；
FPGA_IO13 为ADC0809提供地址锁存控制信号ALE：高电平时把三个地址信号送入地址锁存器，并经译码器得到地址输出，以选择相应的模拟输入通道；
FPGA_IO14为ADC0809提供输出允许控制信号ENABLE：电平由低变高时，打开输出锁存器，将转换结果的数字量送到数据总线上；
FPGA_IO15为ADC0809提供启动控制信号START：一个正脉冲过后A/D开始转换；
FPGA_IO16为ADC0809提供时钟信号信号CLOCK；
IN0~IN7：8路模拟信号输入端口；
Vref+和Vref-：参考电压输入端口；
4、TLC5510接口电路及程序设计
TLC5510是CMOS、8位、20MSPS模拟/数字转换器（ADC），它利用了半闪速结构。TLC5510用单5V电源工作，消耗功率100mW(典型值)，具有内部采样和保持电路，具有高阻抗方式的并行口以及内部基准电阻（内部基准电阻使用VDDA可以产生标准的2V满度转换范围）。
与闪速转换器（flash converters）相比，半闪速结构减少了功率损耗和晶片尺寸。通过在2步过程（2-step process）中实现转换，可大大减少比较器的数目。转换数据的等待时间为2.5个时钟。
5、多功能波形发生器设计
设计要求：
⏹ 设计一个多功能波形发生器。
海洋工程船
⏹ 该波形发生器能产生正弦波、方波、三角波和由用户编辑的特定形状波形。
具体要求如下：
（1）具有产生正弦波、方波、三角波、锯齿波碱性锌锰电池4种周期性波形的功能。
（2）用键盘输入编辑生成上述4种波形（同周期）的线性组合波形。
（3）具有波形存储功能。
（4）输出波形的频率范围为100Hz～200kHz；重复频率可调，频率步进间隔≤100Hz。
（5）输出波形幅度范围0～5V（峰-峰值），可按步进0.1V（峰-峰值）调整。
（6）具有显示输出波形的类型、重复频率（周期）和幅度的功能。
（7）用键盘或其他输入装置产生任意波形。
6、步进电机定位控制系统设计
设计一个基于FPGA的4相步进电机定位控制系统。
系统主要由步进电机方向设定电路模块、步进电机步进移动与定位控制模块和编码输出模块构成。
前两个模块完成电机旋转方向设定，激磁方式设定和定位角度的换算等工作，后一个模块用于对换算后的角度量编码输出。
7、FPGA通用异步收发器设计
UART（Universal Asynchronous Receiver Transmitter通用异步收发器）是一种应用广泛的短距离串行传输接口。常常用于短距离、低速、低成本的通讯中。8250、8251、NS16450等芯片都是常见的UART器件。
基本的UART通信只需要两条信号线（RXD、TXD）就可以完成数据的相互通信，接收与发送是全双工形式。TXD是UART发送端，为输出；RXD是UART接收端，为输入。
UART的基本特点是：
（1）在信号线上共有两种状态，可分别用逻辑1（高电平）和逻辑0（低电平）来区分。在发送器空闲时，数据线应该保持在逻辑高电平状态。
（2）起始位（Start Bit）：发送器是通过发送起始位而开始一个字符传送，起始位使数据线处于逻辑0状态，提示接受器数据传输即将开始。
（3）数据位（Data Bits）：起始位之后就是传送数据位。数据位一般为8位一个字节的数据（也有6位、7位的情况），低位（LSB）在前，高位（MSB）在后。
（4）校验位（parity Bit）：可以认为是一个特殊的数据位。校验位一般用来判断接收的数据位有无错误，一般是奇偶校验。在使用中，该位常常取消。
（5）停止位：停止位在最后，用以标志一个字符传送的结束，它对应于逻辑1状态。
（6）位时间：即每个位的时间宽度。起始位、数据位、校验位的位宽度是一致的，停止位有0.5硫芴位、1位、v槽机1.5位格式，一般为1位。
（7）帧：从起始位开始到停止位结束的时间间隔称之为一帧。
（8）波特率：UART的传送速率，用于说明数据传送的快慢。在串行通信中，数据是按位进行传送的，因此传送速率用每秒钟传送数据位的数目来表示，称之为波特率。如波特率9600=9600bps（位/秒）。
8、二进制振幅键控（ASK）调制器与解调器设计
数字信号对载波振幅调制称为振幅键控即 ASK（Amplitude－Shift Keying）。
ASK有两种实现方法：
1.乘法器实现法
2.键控法
为适应自动发送高速数据的要求，键控法中的电键可以利用各种形式的受基带信号控制的电子开关来实现，代替电键产生ASK信号，是用基带信号控制与非门的开闭，实现ASK调制，产生信号。
ASK解调方法有两种
1. 同步解调法
2. 包络解调法。
9、二进制频移键控（FSK）调制器与解调器设计
数字信号对载波频率调制称为频移键控即 FSK（Frequency－Shift Keying）。
频移键控（FSK）是用不同频率的载波来传送数字信号，用数字基带信号控制载波信号的频率。
二进制频移键控是用两个不同频率的载波来代表数字信号的两种电平。
接收端收到不同的载波信号再进行逆变换成为数字信号，完成信息传输过程。
10、二进制相位键控（PSK）调制器与解调器设计
数字信号对载波相位调制称为相移键控（即相位键控）PSK（ Phase－Shift Keying ）。
数字相位调制（相位键控）是用数字基带信号控制载波的相位，使载波的相位发生跳变的一种调制方式。
二进制相位键控用同一个载波的两种相位来代表数字信号。
由于PSK系统抗噪声性能优于ASK和FSK，而且频带利用率较高，所以，在中、高速数字通信中被广泛采用。
11、多进制数字振幅调制（MASK）
多进制数字振幅调制又称多电平振幅调制，它用高频载波的多种振幅去代表数字信息。
12、多进制数字频率调制(MFSK)
多进制数字频率调制也称多元调频或多频制。
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