EDA技术与VHDL实验指导书v2

EDA技术与VHDL实验指导书哈尔滨理工大学荣成学院电气工程系2013年11月20日-1-目录目录................................................................................................................................1第1章实验系统硬件组成..........................................................................................21.1实验系统组成.....................................................................................................21.2实验系统主板硬件介绍.....................................................................................31.2.1FPGA............................................................................................................51.2.2配置及复位电路..........................................................................................91.2.3系统时钟......................................................................................................91.2.4SDRAM存储器.........................................................................................101.2.5LCD显示接口............................................................................................101.2.67段数码管显示及键盘接口......................................................................111.2.7二值开关接口...............................................................错误!未定义书签。1.2.8发光二极管接口........................................................................................121.2.9蜂鸣器接口................................................................................................131.2.10SD卡接口................................................................................................131.2.11SPI总线接口............................................................................................131.2.12I2C总线接口............................................................................................141.2.13RS232串型接口.......................................................................................141.2.14USB接口..................................................................................................141.2.15扩展IO接口...........................................................................................151.2.16温湿度传感器接口.....................................................错误!未定义书签。1.2.17PS2接口...................................................................................................161.2.18电源模块.....................................................................错误!未定义书签。1.2.19按键接口.....................................................................错误!未定义书签。第2章功能模块介绍...................................................................错误!未定义书签。2.18位数码管扫描模块............................................................错误!未定义书签。2.2段码转换模块......................................................................错误!未定义书签。第3章EDA实验......................................................................................................213.1实验一：基础实验(1位全加器设计)...........................................................213.2实验二：移位寄存器模块.............................................................................433.3实验三：计数器和移位寄存器设计...............................................................443.4实验四：七段数码显示译码器和数控分频器设计.......................................473.5实验五：单进程Moore状态机......................................................................503.6实验六：Mealy状态机...................................................................................52-2-第1章实验系统硬件组成1.1实验系统组成实验系统由一台计算机+实验箱组成。实验系统连接如图1-1所示。图1-1CH-4实验系统连接图实验箱由箱体+USBBlaster下载线+开关电源+实验系统主板+扩展板组成。1．箱体：开关电源固定在箱体的底板上，在箱体的后侧板开有电源插孔，接~220V电源。2．USBBlaster下载线：通过连接计算机的USB接口在实验箱上连接到EP4CE15核心板的JTAG口，也可连到它的AS口。3．开关电源：型号：台湾明纬T-30B。输入~220V，输出+5V/3A+12V/1A-12V/0.5A。4．实验系统主板：板载基础实验所需电路，配置如下：FPGA：EP4CE15N（15408Les）配置芯片：M25P64(64MB)FLASH:AM29LV320D(32MB)SDRAM：H57V2562GTR(256MB)TFT屏：5.0吋TFTLCD屏，屏幕分辨率800x480。颜色位16M色。2x16字符点阵液晶（蓝白）1块。数码管（动态扫描）：LG5641AHx28位7段数码管0.5吋共阴红数码管（静态驱动）：2位共阴静态驱动数码管，红色。按键：4位OMRON按键。键盘：4x4OMRON按键。上电及手动复位电路：蜂鸣器：5V无源蜂鸣器1个；5V有源蜂鸣器1个。温度传感器：DS18B20温度传感器。实时时钟电路：DS1302。铁电存储器：AT24C16(16KB)。SD卡接口：-3-PS2接口：串口：MAX3232。USB接口：真正的USB接口，分HOST和SLAVE接口设计，CH376驱动。扩展接口座(20P)：20IO用于与扩展板通信设计。5.组成原理/数字逻辑扩展板：EDA_DSA实验箱中提供连接好的扩展板是组成原理/数字逻辑基础实验模块，实验系统主板通过4位IO口控制组成原理/数字逻辑扩展板的发光二极管、二值开关、脉冲开关等输入输出资源。组成原理/数字逻辑扩展模块配置如下：面包板1块：●一个端子条300个插孔●两个分配条，100个插孔●适用线径：29-20AWG●尺寸：83.5x54.5x8.5mm;8.2x5.3x0.85cm面包板相关实验IO接口：LED发光二极管8个二值开关8位LED发光二极管20个二值开关20位触发按键（上升沿）2位触发按键（下降沿）2位控制器CPLDEPM240T100C5N1片4路拨码控制，用于设计时钟实验:1Hz，10Hz，100Hz，1KHz，10KHz，100Khz，1MHz，10MHz等，分别用BCD拨码开关选择，掉电时设置值不丢失。1.2实验系统主板硬件介绍ZY-EDA2实验系统主板硬件结构框图如图2-2所示。-4-FPGAEP3C16Q240C8N配置芯片EPCS16(2MB)系统时钟50MHzSDRAM存储器32MB扩展IO72路带电压钳位保护电源稳压电路+5V+3.3V+2.5V+1.2V温湿度检测SHT10SPI接口FM25V05铁电存储器I2C接口PCA8563实时时钟PS2接口串行接口MAX3232SD卡接口发光二极管x8按键x87段数码管x84x4键盘蜂鸣器二值开关x8USB接口真彩5.6吋LCD640x480nCONFIG复位JTAG接口AS接口图1-2ZY-EDA2实验系统主板硬件结构框图ZY-EDA2实验系统主板器件位置如图1-3所示。图1-3ZY-EDA2实验系统主板器件位置-5-1.2.1FPGA实验系统使用的FPGA芯片是芯片是美国Altera公司的CycloneIV系列的FPGA芯片EP4C15E,基本性能指标如表1-1所示。表1-1EP3C16Q240C8基本性能指标EP4CE15IO接口连接如图1-4所示。图1-4EP4CE15IO接口连接图EP4CE15与主板上时钟、存储器、LCD、键盘、7段数码管等电路模块接口分配如表1-2所示。逻辑单元（LEs）15,408存储器（Kb）504乘法器56PLLs4全局时钟网络20I/O引脚数343（最大）-6-表1-2EP4CE15与主板上IO接口模块引脚分配AD_OEOutputPIN_C14