《硬件描述语言》 实验指导书V1.0
南通大学电子信息学院
2012 年 6 月
1.通过本次课程设计，增强工程实践能力和创新能力，提高数字系统设计水平。
本课题总共三教九流图29道题，每个班级中每个题目限一名同学选择。首先，根据所选课题和Altera DE2开发板资源进行方案设计。然后运用EDA软件对方案进行程序设计、仿真分析。
3.撰写总结报告。
报告内容包括以下内容：
1）概述
给出系统的设计功能以及性能参数。
3）设计方案
说明本设计的技术方案、工作原理，给出设计框图、软件流程图、状态转换图等。
4）设计与仿真
给出每个模块以及顶层模块的设计框图、状态转换图、软件流程图或VerilogHDL源程序等，并作一定的说明。给出仿真结果，并对系统功能、性能、资源消耗情况作出分析。
5）硬件验证
将设计文件下载到DE2开发板进行硬件验证，完成检测和调试，对结果进行说明或分析。
6）结束语
7）参考文献
8）附录
将各种篇幅较大的图纸、数据表格、源程序等材料附于技术报告后。
参考文献二、课程设计日程安排
日 期 | 内 容 |
06.18 | 1.布置任务，课题论述 |
2.设计实例演示 |
3.学生选题 |
06.19 | 确定设计方案 |
06.20-06.28 | 1. 完成设计与仿真 |
2. 硬件验证、调试和验收 |
3. 完成设计报告 |
06.29 | 答辩 |
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三、设计课题
1、 简易函数发生器1
基本要求：运用DE2上的DAC实现方波、正弦波信号发生器功能。方波频率、占空比可设置。正弦波信号幅度可调。 在完成基本要求的基础上，可进一步增加功能、提高性能。
2、 简易函数发生器2
基本要求：运用DE2上的DAC实现方波、三角波信号发生器功能。方波频率、占空比可设置。三角波信号频率、幅度可调。
在完成基本要求的基础上，可进一步增加功能、提高性能。
3、 简易函数发生器3
基本要求：运用DE2上的DAC实现方波、锯齿波信号发生器功能。方波频率、占空比可设置。锯齿波信号频率、幅度可调。
在完成基本要求的基础上，可进一步增加功能、提高性能。
4、 简易函数发生器4
基本要求：运用DE2上的DAC实现方波、梯形信号发生器功能。方波频率、占空比可设置。梯形波信号频率、幅度可调。
在完成基本要求的基础上，可进一步增加功能、提高性能。
5、 简易函数发生器5
基本要求：运用DE2上的DAC实现方波、阶梯信号发生器功能。方波频率、占空比可设置。阶梯波信号频率、幅度可调。
在完成基本要求的基础上，可进一步增加功能、提高性能。
6、 串行通信发送接口
功能：通过DE2的拨码开关来选择要发送的数据，当DE2上的某一个独立按键被按下的时候，数据会通过RS232串口发送到PC。
基本要求：掌握串口通信协议，完成串口数据的发送功能
硬件验证要求：在PC机通过“串行通信接口调试助手”软件接收由DE2发送过来的数据。
在完成基本要求的基础上，可以通过拨码开关来选择奇偶校验的类别。
7、 串行通信接收接口（LED）
基本要求：掌握RS232串口的协议，运用DE2的串口进行接收PC的数据。波特率为9600,8位数据位，无奇偶校验，一个停止位。
硬件验证要求：在PC机通过“串行通信调试助手”软件
发送数据，DE2通过串口接收数据，完成接收数据后在LED上面进行显示。
在完成基本要求的基础上，可以通过拨码开关来选择奇偶校验的类别。
8、 串行通信接收接口（数码管）
基本要求：掌握RS232串口的协议，运用DE2的串口进行接收PC的数据。波特率为9600,8位数据位，无奇偶校验，一个停止位。
硬件验证要求：在PC机通过“串行通信调试助手”软件
发送数据，DE2通过串口接收数据，完成接收数据后在数码管上面进行显示。
在完成基本要求的基础上，可以通过拨码开关来选择奇偶校验的类别。
9、 数字时钟设计
基本要求：能够正确显示时、分、秒，并有校时、半点报时和整点报时功能。要求能在数码管上面正确显示。
在完成基本要求的基础上，可进一步增加功能、提高性能，如增加闹铃功能。
10、 秒表设计
基本要求：最大为1小时，精度要求为0.01秒，具有开始、暂停和清零功能，要求能在数码管上面正确显示。
在完成基本要求的基础上，可进一步增加功能、提高性能。
11、 定时器设计
基本要求：最大为1小时，精度要求为0.01秒，当倒计时间为0的时候能够报警，要求能在数码管上面正确显示。
在完成基本要求的基础上，可进一步增加功能、提高性能。
12、 交通灯设计
基本要求：
1）设计一个交通红绿灯。要求分主干道和支干道，每条道上安装红（主：R,支：r）绿（主：G，支：g）黄（主：Y，支：y）三种颜灯，由四种状态自动循环构成;
2）在交通灯处在不同的状态时，设计一个计时器以倒计时方式显示计时，主干道上绿灯亮30S，支干道上绿灯亮20S。每个干道上，在绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮5S。
在完成基本要求的基础上，可进一步增加功能、提高性能，如绿灯亮的时间可调。
13、 密码锁设计
基本要求：设计一个电子密码锁。
操作方式：在锁开的状态下输入密码，设置的密码共4位，用拨码开关SW1～张惠妹演唱会遭罚SW10分别代表数字1，2，…，9，0，输入的密码用数码管显示，最后输入的密码显示在最右边的数码管上，即每输入一位数，密码在数码管上的显示左移一位。可删除输入的数字，删除的是最后输入的数字，每删除一位，密码在数码管上的显示右移一位，并在左边空出的位上灭掉。用一位输出电平的状态代表锁的开闭状态。也可自行规定操作方式。
为保证密码锁主人能打开密码锁，设置一个万能密码，在主人忘记密码时使用。
14、 数字温度传感器的控制设计
基本要求：长握SHT-11传感器的工作原理，实现FPGA奥尔多对SHT-11芯片的控制，要求能够将读进来的温度数值在数码管上面显示。
在完成基本要求的基础上，可进一步增加功能、提高性能，如增加湿度控制和显示功能。
15、 频率计设计
主要内容：
设计一个数字显示的频率计
主要任务：
1）频率计采用三位数码管显示。
2）频率测量围为1Hz范~999Hz，并有溢出指示。
3）频率计设有1~999Hz和1~10kHz两个量程，并用LED指示。
4）频率计能够根据测试信号的频率进行量程自动切换。当频率小于1kHz时，系统选择1s的闸门时间，当频率大于等于1kHz时，在下一次测量时，选择0.1s的闸门时间。
在完成基本要求的基础上，可进一步增加功能、提高性能。
16、 BCD码计数器的设计
基本要求：设计一个4位BCD码，具有置数和复位功能，并可以根据外部的拨码开关来选
择加1计数还是减1计数，要求能在数码管上面正确显示。
在完成基本要求的基础上，可进一步增加功能、提高性能。
17、 超声波测距设计
基本要求：给定超声波发射接收模块，通过DE2产生频率为40KHZ的超声波脉冲信号(脉宽为250-500us)送至超声波发射模块。将超声波接收模块数出的回波脉冲信号送至DE2，经处理后在3位数码管上面显示距离（单位为cm）。
18、 数码管亮度控制器的设计
基本要求：设计一个数码管亮度控制器，能够根据外部的拨码开关来控制数码管的亮暗程度。
在完成基本要求的基础上，可进一步增加功能、提高性能，如可以在LCD上面显示亮暗的程度。
19、 跑马灯控制器的设计
基本要求：设计一个跑马灯控制器，能够根据外部的拨码开关来控制速度。
在完成基本要求的基础上，可进一步增加功能、提高性能。
20、 直流电机调速控制器的设计
基本要求：设计一个直流电机调速控制器，能够根据外部的拨码开关来控制直流电机的速度。
在完成基本要求的基础上，可进一步增加功能、提高性能，如可以将速度显示在数码管上面。
包场中学21、 进制转换电路设计
基本要求：对输入的4位二进制数据，能够根据外部的拨码开关来选择10进制转换、8进制转换还是16进制转换。
在完成基本要求的基础上，可进一步增加功能、提高性能，如增加输入的位数。
22、 可控分频器的设计
基本要求：对DE2上的时钟信号进行多种分频，分频系数由外部按键来选择，分频后的结果要在数码管上面正确显示。
在完成基本要求的基础上，可进一步增加功能、提高性能，如增加移相功能。
23、 8位的ALU设计
基本要求：设计一个挂在总线上的8位ALU，具有加、减、与、或等功能，要求对运算后的数据能在数码管上面正确显示。
在完成基本要求的基础上，可进一步增加功能、提高性能，如增加乘法功能。
24、 序列检测器设计
基本要求：设计一个序列检测器，当输入完数据01011010的时候，DE2开发板的LED灯将会点亮，其他的情况都是灭掉。
在完成基本要求的基础上，可进一步增加功能、提高性能，如尝试改变序列检测器的设计方法。
25、 抢答器
基本要求：设计一个四组抢答器，使用DE2上的拨码开关 ，开始抢答后，先抢答到的组通过数码管显示组名，如果提前抢答具有报警的功能。
在完成基本要求的基础上，可进一步增加功能、提高性能，如对抢答器实现加减分的功能。
26、 微型打印机接口设计1
基本要求：微型打印机拥有一个RS232输入接口。通过DE2驱动打印机，使其能够通过拨码开关输入ASCII码，使打印机打印相应的字符。
27、 微型打印机接口设计2
基本要求：微型打印机拥有一个RS232输入接口。通过DE2驱动打印机，使其能够输出一行预先设置的中文字符。
28、 微型打印机接口设计3
基本要求：微型打印机拥有一个RS232输入接口。通过DE2驱动打印机，使其能够输出一行预先设置的英文字符。
欧拉定理29、 简易电子琴设计
基本要求：设计一个有18个按键的电子琴。
四、设计示例
【实验例程1】
实验说明：按照拨码开关点亮DE2上面的两个数码管，代码见附件。
1建立工程并完成硬件的描述设计
打开quartus7.2的工作环境,如下所示：
2.新建工程，点击File->New project Wizard 新建一个工程文件。
接着弹出如下界面，接着点击NEXT
3.输入工程工作路径、工程文件名以及顶层实体名字。
4.点击NEXT之后弹出如下界面，这里是提示添加已经写好的程序。
5.选择所用到的器件。
6.设置EDA相应的工具，quartus一集成开发环境，为此我们可以跳过这一设置，如果使用第三方的综合工具和仿真工具，可以在此设置，当然还需要指明第三方工具的路径。
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