资源描述
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《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
读取开关状态
根据开关控制灯亮灭
开始
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
结束
计数数据显示
计数
减法技术
加法计数
2
1
选择信号2
选择信号1
脉冲顺序开关
脉冲选择开关
开始
4． 实验体会
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
自主选择两个LPM 模块组成一时序系统，实现功能测试，并理解每个LPM 的所有参数含义。
2． 硬件设计思路
经研究发现LPM模块下有16进制计数器，所以有想法把16进制转换为10进制计数，并通过7448进行译码数码管显示，需要有一个外部时钟信号输入端，并且有7段段码输出端。
3． 软件程序流程
i. 设置LPM模块分别为（1）4位输出，向上计数。（2）2进制数输出，时钟使能。（3）同步清零。
ii. 将输出四位信号给7448译码并显示。
iii. 在计数到9使同步清零。
4． 实验体会
此实验中对LPM的参数的理解是一个重点，在实验中需要将总线分开显示遇到了总线下的分线的使用的问题。
课程心得及建议
这门课程让我对电路设计有了新的认识，全智能下的电路设置充满了无穷的魅力，但在课程实验中总是会遇到很多的问题，VHDL这种新的语言虽然与其他语言有相似之处，但是其独有的逻辑语言，以及语法规则让我开始设计时有些棘手，因为总想用C语言的设计理念来书写VHDL语言，结果程序总是报错。开始时喜欢先用C把思路写好，再翻译成VHDL语言，但发现这样改错很慢。几次实验之后把VHDL语言重新学习了一遍，感觉还是直接写来的快，掌握了语法特性之后，写起来也没有C语言难。感觉接触新的语言开始比较慢，当与VHDL达到默契的程度之后，语法规则已经不再是程序出错的主要问题了。通过实验使我掌握了FPGA的设计方法，并且喜欢这种设计思路。希望实验中可以多一些自己设计的实验，而不是都由老师设定题目。
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