《FPGA课外学分》教学大纲.doc

电子信息工程专业数字逻辑系统设计课外学分教学大纲一、 课程信息：课程代码： 112413009课程中文名称：数字逻辑系统设计课程设计 课程英文名称：Course Project Design of Digital Logic System 时间安排（学期/学年）： （5/3） 学时学分： 学时：30 学分：1 二、实习教学的目的：本实习为综合性、设计性实习，目的是加强学生的实践技能，提高学生综合分析问题，解决问题的能力。三、实习教学的基本要求：1、加深对数字逻辑系统设计、数字电子技术课程所学理论的认识和理解，分析课题的要求，明确课题的内容。2、根据系统划分，正确写出VHDL源程序并仿真验证，最后下载到实验箱上进行验3、掌握课题电路的作用原理及主要电路的设计方法，掌握课题中各关键部件的描述方法四、实习教学的内容：1、掌握软件Quartus 的使用及EDA层次化的设计方法；2、底层功能模块VHDL程序代码的编译和功能仿真；3、顶层原理图的绘制及功能仿真；4、对工程进行设置，定义引脚，全程编译，下载到FPGA器件上进行设计功能的演示。五、实习教学的方式：1、原理要求讲解2、收集资料做方案3、编写VHDL源程序及仿真4、下载验证5、写出实习报告六、实习地点选择原则：1、原理要求讲解、写出实习报告可选择在教室或实验室2、收集资料做方案可选择在图书馆或教室3、编写VHDL源程序及仿真、下载验证选择在实验室七、实习教学的考核与成绩评定：1、课程设计报告内容：（1）封面 （2）内容提要 （3）目录 （4）正文课题名称：概述所作题目的意义，设计的主要功能，小组成员各自所做的工作；实验资源的安排、有关设计框架、设计原理；软件流程、完整程序清单（要求注释）；仿真性能及顶层模块图及引脚分配；调试故障的检测与分析；收获体会建议；系统软件和应用软件列表；参考资料2、课程设计报告要求实习报告篇幅要求1500以上。各组独立完成，可以相互讨论，不准相互抄袭及抄袭他人已经发表的论文，一经发现，要求重新撰写论文并降分处理。3、考核与成绩评定演示所设计的系统；回答教师所提出的问题；查看课程设计报告；考勤情况。1）实验箱演示验证，占总成绩50%；2）平时考勤，占总成绩20%。3）课程设计报告，占总成绩30%八、实习教学的教材及主要参考书：1、电子设计自动化（EDA）技术实验教程 王祖强 主编 山东大学出版社，2005年2、数字逻辑系统设计实验指导书（校内自编教材），电子工程学院 3、VHDL数字电路设计与应用实践教程，王振红 主编，机械工业出版社，2003年 执笔人：罗静 审核人：胡日新 审定：电子工程学院附录：课外学分（FPGA）选题清单 一、8路抢答器电路设计设计任务和要求本课题介绍一款采用D触发器数字集成电路制成的数字显示八路抢答器,它利用数字集成电路的锁存特性。在单向晶闸管的控制下。实现优先抢答、音响提示和数字显示等功能，要求如下：1、计一个可供8名选手参加比赛的8路数字显示抢答器。他们的编号分别为“1”“2”“3”“4”各用一个抢答按钮，编号与参赛者的号码一一对应，此外还有一个按钮给主持人用来清零。2、抢答器具有数据锁存功能，并将锁存的数据用LED数码管显示出来。在主持人将系统清零后，若有参赛者按动按钮，数码管立即显示出最先动作的选手的编号，（也可同时用蜂鸣器发出间歇声响，并保持到主持人清零以后。3、抢答器对抢答选手动作的先后有很强的分辨能力，即使他们的动作仅相差几毫秒，也能分辨出抢答者的先后来，即不显示后动作的选手编号。4、 主持人有控制开关，可以手动清零复位。二、五人智力竞赛抢答器的设计设计任务和要求：1 五人参赛每人一个按钮，主持人一个按钮，按下就开始；2 每人一个发光二极管，抢中者灯亮；3有人抢答时，喇叭响两秒钟；4答题时限为10秒钟，从有人抢答开始，用数码管倒计时间，0、9、81、0；倒计时到0的时候，喇叭发出两秒声响。三、高楼电梯自动控制系统设计和要求：1. 系统控制的电梯往返于19层楼。2. 乘客要去的楼层数可手动输入并显示（设为A数）。3. 电梯运行的楼层数可自动显示（设为B数）。4. 当AB时，系能输出使三相电机正转的时序信号，使电梯上升；当AB时，系统输出使三相电机反转的时序信号，使电梯下降；当A=B时，系统输出使三相电机停机的信号，使电梯停止运行开门；5. 电梯是上升还是下降各层电梯门外应有指示；各层电梯门外应有使电梯上升或下降到乘客所在楼层的控制开关。四、转速测量及显示逻辑电路设计设计任务和要求：1.测速显示范围为09999转/分。2.单位时间选为一分钟，且有数字显示。3.转速显示是前一分钟转速测量的结果，或者数字连续显示计数过程，并将每分钟最后时刻的数字保持显示一个给定时间，例如5秒或10秒，而后再重复前述过程。五、数字频率计逻辑电路设计设计任务和要求：设计一个八位的频率计数器逻辑电路。1. 八位十进制数字显示。2.测量范围为1Hz10MHz。3. 量程分为四档，分别为1、10、100、1000。六、复印机控制电路设计任务和要求：1.从键盘(09)可输入复印的数字，并能显示。2.数字显示为3位，最大数为999。3.复印一次，数字显示减少一次，直到“0”停机。4.按运行键“RUN”后，机器能自动进行循环控制。七、定时控制逻辑电路设计设计任务和要求：1. 具有电子钟功能，显示为四位数。2.可设定定时开始时间与定时结束时间。3.定时开始，指示灯亮；定时结束，指示灯灭。4.定时范围可以选择。八、家用电风扇控制逻辑电路设计设计任务和要求：用中小规模数字集成电路实现电风扇控制器的控制功能。1.用三个按键来实现“风速（弱、中、强）”、“风种（正常、自然、睡眠）”、“停止”的不同选择。2.用六个发光二极管分别表示风速、风种的三种状态。3.电扇在停转状态时，只有按“风速”键才有效，按其余两键不响应。九、乒乓球游戏机设计任务和要求：1 用8个发光二极管表示球；用两个按钮分别表示甲乙两个球员的球拍；2 一方发球后，球以固定速度向另一方运动（发光二极管依次点亮），当球达到最后一个发光二极管时，对方击球（按下按钮）球将向相反方向运动，在其他时候击球视为犯规，给对方加1分；都犯规，各自加1分；3甲、乙各有一数码管计分；4裁判有一个按钮，是系统初始化，每次得分后，按下一次。十、交通灯控制器设计任务和要求：1东西方向为主干道，南北方向为副干道；2主干道通行40秒后，若副干道无车，仍主干道通行，否则转换；3换向时要有4秒的黄灯期；4南北通行时间为20秒，到时间则转换，若未到时，但是南北方向已经无车，也要转换。5附加：用数码管显示计时。十一、双钮电子锁设计任务和要求：1 有两个按钮A和B，开锁密码可自设，如（3、5、7、9）；2若按B钮，则门铃响；（滴、嗒）；3开锁过程：按3下A，按一下B，则3579中的“3”即被输入；接着按5下A，按一下B，则输入“5”；依此类推，直到输入完“9”，按B，则锁被打开用发光管KS表示；4报警：在输入3、5、6、9过程后，如果输入与密码不同，则报警；用发光管BJ表示，同时发出“嘟、嘟的报警声音；5用一个开关表示关门（即闭锁）。十二、速度表设计任务和要求：1显示汽车Km/h数；2车轮每转一圈，有一传感脉冲；每个脉冲代表1m的距离；3采样周期设为10S；4要求显示到小数点后边两位；5用数码管显示；6，最高时速小于300Km/h。十三、出租车计价器设计任务和要求：1.具有总复位开关，复位后计费器显示00.0元；2.具有启动开关，启动后，车行，计费器计费；车停，计费器计费停止。3.白天（6:0022:00）起步价为05.0元；晚上（22:006:00）起步价为06.0元；4.行程超过三公里后，白天1元/公里，晚上1.5元/公里；5.系统时钟是秒脉冲。十四、自动打铃器设计任务和要求：1有数字钟功能；（不包括校时等功能）2可设置六个时间，定时打铃；2 响铃5秒钟。十五、脉冲按键电话按键显示器设计任务和要求：1 设计一个具有八位显示的电话按键显示器；2能准确反映按键数字；3显示器显示从低位向高位前移，逐位显示，最低位为当前输入位；4重按键时，能首先清除显示；5摘下话机后才能拨号有效，挂机后熄灭显示。十六、病房呼叫系统设计任务和要求：1 用15个开关模拟5个病房的呼叫输入信号，1号优先级最高；15优先级依次降低；2用一个数码管显示呼叫信号的号码；没信号呼叫时显示0；又多个信号呼叫时，显示优先级最高的呼叫号（其它呼叫号用指示灯显示）；3凡有呼叫发出5秒的呼叫声；4对低优先级的呼叫进行存储，处理完高优先级的呼叫，再进行低优先级呼叫的处理（附加）。十七、具有数字显示的洗衣机时控电路设计任务和要求：1洗衣机工作时间可在115分钟内任意设定（整分钟数）；2规定电动机运行规律为正转20s、停10s、反转20s、停10s、再正转20s，以后反复运行；3要求能显示洗衣机剩余工作时间，每当电机运行一分钟，显示计数器自动减1，直到显示器为“0”时，电机停止运转；4电机正转和反转要有指示灯指示。十八、篮球比赛数字计分牌设计任务和要求：1分别记录两队得分情况；2进球得分加2分，罚球进球得分加1分；3纠正错判得分减2分或1分；4分别用三个数码管显示器记录两队的得分情况。十九、电子日历设计任务和要求：1 能显示年、月、日，星期；2 例如：“01.11.086”，星期日显示“8”；3 年月日，星期可调；4 不考虑闰年。二十、用电器电源自动控制电路设计任务和要求：1控制电路能使用电器的电源自动开启30s，然后自动关闭30s，如此周而复始的工作，要有工作状态指示；2当电源接通时，可随时采用手动方式切断电源；当电源切断时，可随时采用手动方式接通电源；3若手动接通，可由定时信号断开，然后进入自动运行状态，反之亦然4定时范围0分60分，要有分秒的倒计时显示。二十一、数字显示电子钟（一）设计和要求：设计一个能显示秒、分、时和星期的数字电子钟逻辑电路，要求如下： 1.由石英多谐振荡器和分频器产生1Hz标准秒脉冲。 2.“秒电路”、“分电路”均为0059的六十进制计数、译码、显示电路。 3.“时电路”为0023的二十四进制计数、译码、显示电路。 4.“星期电路”为七进制计数、译码、显示电路，其中，七段数码管显示器能显示1、2、3、 4、5、6和8。显示的1、2、3、4、5、6代表星期一、二、三、四、五、六，8代表星期日。 5.能手动校时。只要将开关置于“校时”位置，就能分别对秒、分、时、星期进行手动脉冲的校正。 6.能整点报时。整点报时电路在每个整点前，从5955开始鸣叫五声低音（音频约500Hz），整点时再鸣叫一声高音（音频约为1000Hz）。夜间不报时（时段自定）。二十二、数字显示电子钟（二）设计任务和要求设计一个能显示秒、分、时和星期的数字电子钟逻辑电路，要求如下： 1.由石英多谐振荡器和分频器产生1Hz标准秒脉冲。 2.“秒电路”、“分电路”均为0059的六十进制计数、译码、显示电路。 3.“时电路”为0011的十二进制计数、译码、显示电路(自动显示AM和PM)。 4.能手动校时。只要将开关置于“校时”位置，就能分别对秒、分、时、星期进行手动脉冲的校正，且校正对象闪烁。（校正开关允许用五个）。 5.能整点报时。整点报时电路在每个整点前，从5955开始鸣叫五声低音（音频约500Hz），整点时再鸣叫一声高音（音频约为1000Hz）。夜间不报时（