数字逻辑课程设计报告new

1、课 程 实 验 报 告课程名称： 数字逻辑课程设计 专业班级：计算机科学与技术201003学 号： 姓 名： 鲁辰 指导教师： 报告日期： 计算机科学与技术学院目录1 实验目的22 实验仪器和组件23 实验设计方案、逻辑图和波形图23.1 控制面板23.2 输入23.3 输出23.4 流程图23.5 设计的具体要求23.6 端口列表及说明23.7 数据对象列表说明23.8 各个功能模块说明24 实验步骤、实验记录24.1 分模块编写源代码：24.2 分模块测试、仿真24.2.1 水位控制模块的仿真24.2.2 模式控制模块仿真24.2.3 标准洗仿真24.2.4 单洗模块仿真24.2.5 洗漂

2、模块仿真24.2.6 单漂模块仿真24.2.7 漂脱模块仿真24.2.8 单脱模块仿真24.2.9 暂停控制仿真24.2.10 自动关机仿真25 对观察结果的分析、处理及讨论26 实验方案的改进意见2参考文献2附录：程序源代码2顶层文件：try1.vhd2开机控制模块：power_control1.vhd2水位控制模块：water_level1.vhd21 实验目的 通过硬件描述语言VHDL的编程，深入了解并掌握可编程芯片PLD的设计技术，加强对数字逻辑课程所学知识的综合运用能力。培养创新性思维能力和独立解决实际问题的能力。2 实验仪器和组件DICE-SEM型实验箱（含Lattice 公司的C

3、PLD芯片 ispLSI1032）开发系统ispLever5.0导线数根3 实验设计方案、逻辑图和波形图3.1 控制面板3.2 输入：电源开关：电平启动、暂停按钮：脉冲信号洗衣模式：脉冲信号水位：脉冲信号3.3 输出指示灯：电源开关指示灯、启动/暂停指示灯（启动工作时亮）、洗涤指示灯、漂洗指示灯、脱水指示灯数码管：两个数码管显示剩余时间，由三种工作状态的剩余时间共用，即：洗涤时间、漂洗时间和脱水时间，在进行洗衣模式选择时则显示为该模式的总时间。一位数码管显示水位。上电（自动暂停）3.4 流程图设定水位选择洗衣模式启动工作是暂停？否工作完成跳电3.5 设计的具体要求（1）标准模式下，洗衣机先洗涤

4、12分钟，然后漂洗6分钟2次，最后脱水3分钟。（2）单洗模式下，洗衣机只洗12分钟。（3）洗漂模式下，洗衣机先洗涤12分钟，然后漂洗6分钟2次。（4）单漂模式下，洗衣机只漂洗6分钟2次（5）漂脱模式下，洗衣机先漂洗6分钟2次，然后脱水3分钟（6）单脱模式下，洗衣机只脱水3分钟（7）上面6种模式运行时，都可以随时按启动/暂停键在暂停运行和启动运行两者间切换。（8）在一个洗衣模式的所有工作流程完成之后，洗衣机进入标准模式，同时，如果5分钟内没有按启动/暂停键来启动运行，系统将自行掉电。3.6 端口列表及说明端口名称输入or输出端口类型功能powerinoutstd_logic作为洗衣机开关，接电平

5、信号clkinstd_logic输入时钟，接实验台上1Hz插孔（接上页表）startinstd_logic启动/暂停按钮，接脉冲信号modeinstd_logic模式选择按钮，接脉冲信号waterinstd_logic水位选择按钮，接脉冲信号display_1outstd_logic_vector(3 downto 0)洗衣机运行时，显示剩余时间；模式选择时，显示当前模式总时间（显示剩余时间的十位）display_0outstd_logic_vector(3 downto 0)洗衣机运行时，显示剩余时间；模式选择时，显示当前模式总时间（显示剩余时间的个位）water_leveloutstd_l

6、ogic_vector(3 downto 0)显示当前水位soundoutstd_logic当洗衣机洗衣结束时，发出警报power_lightoutstd_logic显示洗衣机的开关状态，接指示灯，灯亮表示“开”startloutstd_logic启动/暂停指示灯，值为1表示洗衣机处于“启动状态”washing_lightoutstd_logic模式选择时，亮红灯表示该模式中包括了洗涤过程；洗衣机运行时，灯闪表示正在进行洗涤过程clean_lightoutstd_logic模式选择时，亮红灯表示该模式中包括了漂洗过程；洗衣机运行时，灯闪表示正在进行漂洗过程drain_lightoutstd_l

7、ogic模式选择时，亮红灯表示该模式中包括了脱水过程；洗衣机运行时，灯闪表示正在进行脱水过程表格3. 1 端口说明3.7 数据对象列表说明数据对象名称数据对象类型功能states枚举类型将洗衣机的六种洗衣模式描述值为(s0,s1,s2,s3,s4,s5)六种状态的数据类型（接上页表）c_sstates表示当前状态，其值为s0,s1,s2,s3,s4,s5之一c_tinteger range 0 to 27表示洗衣机运行过程中当前模式下的剩余时间last_timeinteger range 0 to 27表示当前clk脉冲到来前，洗衣机运行过程中当前模式下的剩余时间stopstd_logic控制

8、系统的自动掉电，当stop值为1时系统自动掉电donestd_logic表示当前是否可以修改洗衣模式，值为1表示当前可修改洗衣模式overstd_logic表示洗衣机当前是否已完成工作处于待机状态，值为1表示洗衣机当前完成工作countinteger range 0 to 30作为自动掉电计时器，当系统完成工作处于待机状态时，每当时钟脉冲到来，计时器的值加1表格3. 2 数据对象说明3.8 各个功能模块说明3.8.1 开机/关机控制：power_control1该模块通过读取由顶层模块传入的信号power、stop，做出判断，对power_light的值进行修改。3.8.2 水位控制：wate

9、r_level1该模块通过由顶层模块传入的信号 power、water、start_light、water_level，作出判断；当power=1，start_light=0时，通过顶层的water端口传入的脉冲信号为有效，这时，每当检测到water的一个脉冲时，water_level的输出值加1。3.8.3 模式控制：mode_choose通过检测信号power_light、start_light、mode等的值，当处于暂停情况下时，检测到的mode的脉冲有效，对模式c_s进行修改。3.8.4 计时：start1当处于启动状态时，时钟脉冲clk有效，使c_t的值减1，即当前模式下的剩余时间减

10、1，此时不能修改模式；当暂停时，通过done的值，判断是否修改模式。3.8.5显示时间：operation_time根据计时模块得到的剩余时间c_t，运算得出当前模块当前步骤（可能含洗涤、漂洗、脱水三个洗衣步骤）的剩余时间。3.8.6模式指示等控制：lighting根据由c_s、power_light、start_light的值控制wash_light、clean_light、drain_light 的亮、灭、闪等状态。3.8.7启动/暂停指示灯控制：spl处于启动状态时，灯亮；否则灯不亮。3.8.8自动关机控制：selfoff当洗衣的流程结束时（即power=1、over=1、start_l

11、ight=0时），每当检测到一个时钟脉冲count的值加1，当count的值等于30时，开关机控制模块power_control1检测到stop的值变成1，于是将power_light置为0，即自动关机。4 实验步骤、实验记录4.1 分模块编写源代码：详见附录中的代码部分4.2 分模块测试、仿真4.2.1 水位控制模块的仿真图4. 1 水位控制模块仿真波形图4.2.2 模式控制模块仿真图4. 2 模式控制模块仿真波形图4.2.3 标准洗仿真图4. 3 标准洗仿真波形图4.2.4 单洗模块仿真图4. 4 单洗模块仿真波形图4.2.5 洗漂模块仿真图4. 5 漂洗模块仿真波形图4.2.6 单漂模块

12、仿真图4. 6 单漂模块仿真波形图4.2.7 漂脱模块仿真图4. 7 漂脱模块仿真波形图4.2.8 单脱模块仿真图4. 8 单脱模块仿真波形图4.2.9 暂停控制仿真图4. 9 暂停控制仿真波形图4.2.10 自动关机仿真图4. 10 自动关机仿真波形5 对观察结果的分析、处理及讨论首先通过引脚绑定，生成jed文件，然后将jed文件下载到目标器件（即CPLD芯片ispLSI1032）。通过实际手动测试，发现基本功能与仿真产生的波形图相符合，但是，测试暂停功能时，发现每当在洗衣机运行时按下暂停键，时间的显示会回到该模块最初的总时间，从新开始计时，这与4.2.9中的暂停控制波形仿真情况不符。6 实

13、验方案的改进意见暂停功能下载到芯片后无法正常使用，是亟待改进的一点。但是由于仿真波形名没有反映出上述错误，所以初步判断不大可能是代码的编写错误造成的。个人分析可能由于在引脚绑定时，对相应引脚的选择不当，导致了这一错误。可是即使数次在不同的实验台上，选择不同的引脚匹配组合，这一问题仍是得不到解决，只能考虑对程序的代码做适当修改。参考文献1 欧阳星明.数字逻辑. 4版M. 武汉：华中科技大学出版社，2009.2 数字逻辑实验指导书3 孟庆海.VHDL基础及经典实例开发. 西安：西安交通大学出版社，2008.4 齐洪喜.VHDL电路设计. 北京：清华大学出版社，2004.附录：程序源代码顶层文件：t

14、ry1.vhdlibrary ieee;use ieee.std_logic_1164.all;useieee.std_logic_unsigned.all;entity try1 isport( power:inout std_logic; clk,start,mode,water:in std_logic; display_1,display_0:out std_logic_vector(3 downto 0); water_level:buffer std_logic_vector(3 downto 0); sound,washing_light,clean_light,drain_li

15、ght:out std_logic; start_light:buffer std_logic; power_light:buffer std_logic );end;architecture wash of try1 istype states is (s0,s1,s2,s3,s4,s5); -有限状态机signal c_s:states;signal c_t,last_time:integer range 0 to 27;signal stop,done,over:std_logic;signal count:integer range 0 to 30;component power_co

16、ntrol1port(power: IN STD_LOGIC;stop: IN STD_LOGIC;power_light: OUT STD_LOGIC);end component;COMPONENT water_level1PORT (power: IN STD_LOGIC;water: IN STD_LOGIC;start_light: IN STD_LOGIC;water_level: OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);END COMPONENT;beginpower_1: power_control1 port map(power,stop,power

17、_light);water1:water_level1 port map(power,water,start_light,water_level);mode_choose:process(c_t,mode) -控制模式选择的进程beginif power_light=1 thenif start_light=0 then -暂停时进行模式变换if modeevent and mode=1 thendonec_sc_sc_sc_sc_sc_snull;end case;end if;end if;if c_t=0 and last_time=1 then -工作流程结束后返回初始状态c_s=s0

18、;done0 and start_light=1 then -定义工作的时候不能设置水位和模式done=0;over=1;end if;else -给系统的模式赋初值c_s=s0;done=1;over 0 then -计时last_time=c_t;c_tc_tc_tc_tc_tc_tc_tnull;end case;elsif done=0 thenend if;end if;elsec_tdisplay_1=0010;display_0display_1=0001;display_0display_1=0010;display_0display_1=0001;display_0displ

19、ay_1=0001;display_0display_1=0000;display_0null;end case;end if;elsecase c_s is -工作开始后动态显示时间when s0=if c_t15 thentemp:=c_t-15;elsif c_t3 thentemp:=c_t-3;else temp:=c_t;end if;when s1=temp:=c_t;when s2=if c_t12 thentemp:=c_t-12;else temp:=c_t;end if;when s3=temp:=c_t;when s4=if c_t3 thentemp:=c_t-3;e

20、lse temp:=c_t; end if;when s5=temp:=c_t;when others=null;end case;if temp9 thendisplay_1=0001;temp:=temp-10;else display_1display_0display_0display_0display_0display_0display_0display_0display_0display_0display_0null;end case;end if;elsedisplay_1=1111; -未开电源时的初值display_0washing_light=1;clean_light=1

21、;drain_lightwashing_light=1;clean_light=0;drain_lightwashing_light=1;clean_light=1;drain_lightwashing_light=0;clean_light=1;drain_lightwashing_light=0;clean_light=1;drain_lightwashing_light=0;clean_light=0;drain_lightnull;end case;elsecase c_s is -执行已选的洗衣模式when s0=if c_t 15 then washing_light=1; -标准

22、洗clean_light=1;drain_light3 then washing_light=0;clean_light=1; -2.漂洗drain_light=1;else washing_light=0;clean_light=0; -3.脱水drain_lightwashing_light=1; -单洗clean_light=0; drain_lightif last_time12 then washing_light=1; -洗漂 clean_light=1; -1.洗涤drain_light=0;else washing_light=0;clean_light=1; -2.漂洗dra

23、in_lightwashing_light=0; -单漂clean_light=1;drain_lightif last_time3 then washing_light=0; -漂脱 clean_light=1; -1.漂洗drain_light=1;else washing_light=0; -2.脱水clean_light=0;drain_lightwashing_light=0; -单脱clean_light=0;drain_lightnull;end case;end if;else -工作时控制三个灯的闪亮灭case c_s iswhen s0=if c_t15 then -标准洗

24、模式下洗涤时if c_t mod 2 = 0 then washing_light=0; -闪 亮 亮 else washing_light=1;end if;clean_light=1;drain_light 3 then washing_light=0; -漂洗时 灭 闪 亮 if c_t mod 2 = 0 then clean_light=0;else clean_light=1;end if;drain_light=1;else washing_light=0; -脱水时 灭 灭 闪clean_light=0;if c_t mod 2 = 0 then drain_light=0;e

25、lse drain_lightif c_t mod 2 = 0 then washing_light=0;-单洗模式下 闪 灭 灭else washing_light=1;end if;clean_light=0;drain_lightif c_t12 then -洗漂模式下洗涤时 闪 亮 灭if c_t mod 2 = 0 then washing_light=0;else washing_light=1;end if;clean_light=1;drain_light=0;else washing_light=0; -漂洗时 灭 闪 灭if c_t mod 2 = 0 then clean

26、_light=0;else clean_light=1;end if;drain_lightwashing_light=0; -单漂模式下 灭 闪 灭 if c_t mod 2 = 0 then clean_light=0;else clean_light=1;end if;drain_lightif c_t3 then washing_light=0;-漂脱模式下 漂洗 灭 闪 亮if c_t mod 2 = 0 then clean_light=0;else clean_light=1;end if;drain_light=1;else washing_light =0; -脱水时 灭 灭

27、 闪clean_light=0;if c_t mod 2 = 0 then drain_light=0;else drain_lightwashing_light=0; -单脱模式下 灭 灭 闪clean_light=0;if c_t mod 2 = 0 then drain_light=0;else drain_lightnull;end case;end if;else -断电时 灭 灭 灭washing_light=0;clean_light=0;drain_light=0;end if;end process lighting;spl:process(power,start)-控制启动

28、/暂停指示灯的进程beginif power_light=1thenif startevent and start=1thenstart_light=not start_light;end if;if c_t = 0 and last_time= 1 and start_light=1 then -控制一个流程结束后启动/暂停灯的亮灭start_light=0;end if;else start_light=0;end if;end process spl;selfoff:process(clk) -控制工作流程结束后30秒自动关机的进程begin if power=1 thenif clke

29、vent and clk=1 then -计时30秒if c_t =27 and start_light=0 and over=1 thencount=count+1;elsecount=0;end if;if count= 30 then -30秒后给控制电源的进程提供关机信号stop=1;count=0;elseend if;end if;elsecount=0;stop=0;end if;end process selfoff;sound_control:process(power,start,mode,water,count,clk)-控制声音的进程variable num:integ

30、er:=0;beginif power_light=1 thenif start =1 or mode=1 or water = 1 then -按键发声sound=1;elsif clk=1thensound0 then -报警发声if count mod 2 = 1 thensound=1;else sound=0;end if;end if;elsesound =0;end if;end process sound_control;end wash;开机控制模块：power_control1.vhdlibrary ieee;use ieee.std_logic_1164.all;useieee.std_logic_unsigned.all;ENTITY power_control1 ISport(power: IN STD_LOG