《VERILOG硬件描述语言与数字逻辑电路设计选题培训课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《VERILOG硬件描述语言与数字逻辑电路设计选题培训课件（37页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、Verilog HDL大作业,西电电子所 (宋万杰),一交通控制器,二彩灯控制器,三自动售邮票机,四8位二进制乘法电路,五量程自动转换的数字式频率计,六游戏电路模拟掷骰子,七游戏电路模拟乒乓球比赛,八多功能数字钟,九全自动电梯控制电路,十一自选题目,十. 基于FPGA的乐曲自动演奏器设计,一交通控制器,课题内容 1设计一个十字路口交通控制系统，其东西，南北两个方向除了有红、黄、绿灯指示是否允许通行外，还设有时钟，以倒计时方式显示每一路允许通行的时间，绿灯，黄灯，红灯的持续时间分别是40、5和45秒。当东西或南北两路中任一道上出现特殊情况，例如有消防车，警车要去执行任务，此时交通控制系统应可由交
2、警手动控制立即进入特殊运行状态，即两条道上的所有车辆皆停止通行，红灯全亮，时钟停止计时，且其数字在闪烁。当特殊运行状态结束后，管理系统恢复原来的状态，继续正常运行。,交通控制系统的示意，流程图,设计提示： 时钟用可预置减法计数器实现,二彩灯控制器,1设计要求 设计能让一排灯（8只）自动改变显示花样的控制系统。可将实验板上的一排发光二极管作为彩灯用。控制器应有两种控制方式： 规则变化。变化节拍有0.5秒和0.25秒两种,交替出现,每种节拍可有8种花样,各执行一或二个周期后轮换。 彩灯变化方向有单向移动,双向移动,跳跃移动等。如图所示。 随机变化。变化花样相同，但节拍及花样的转换都随机出现。,2
3、设计提示 灯光移动用移位寄存器实现。各种花样，有的可以存于寄存器中，使用时并行置人移位寄存器，有的可以利用环形计数器或扭环计数器实现。 节拍信号可选用实验板上的振荡器，花样控制信号可用4位计数器控制，1位控制节拍，另3位控制花样。 随机信号可以用长度大于是15的伪随机序列信号发生器或用高速时钟驱动上述4位计数器得到。,三自动售邮票机,1设计要求 机器有一个投币孔，每次只能投入一枚硬币。机器能自动识别硬币金额，最大为 1元，最小为1角。购票者可选择的邮票面值有1元和5角两种，每次售出1 枚邮票。 购票时先选择邮票面值后投币，当投入的硬币总额达到或超过邮票面值时,机器应发出指示并拒收继续投入的硬币
4、。 购票者投币后，按动确认键，机器将发出邮票和零硬币，若所投金额不足则发出“欠资”指示。在欠资情况下，购票者可以继续投币购票，也可按取消键，则机器将退出所投入的全部金额。 购票者投入硬币以后，如未按确认键而按取消键，机器也将退出所投入的全部金额。 找零或退币时，按由大到小原则处理，即总金额超过1元时，应找出1元硬币金额低于1元但超过5角时，应找出5角硬币，不足5角时，方才找出1角的硬币。,2设计提示 投入的硬币识别装置牵涉到传感器，在没有传感器的情况下，要求用3个按键代表3种硬币输入（1元，5角和1 角）。每按一键，表示投入一枚硬币。 邮票面值（1元，5角）也各用一个按键代表，按动某个键，表示
5、选购某种面值的邮票同时可安排两只发光二极管指示所选的面值。 确认，取消各用一个按键输入。 投入的总金额用两只数码管显示。其显示的数字应随着硬币的投入或找出而变化。 机器应有两个输出孔（这里用两个发光二极管代表），一个输出邮票，一个输出找回的硬币。,找回的硬币按由大到小原则逐个输出, 每输出一枚,数码管上的数字就减去相应的数。找零的过程可用一个按键控制，每按一次键，输出一枚硬币，直到计数器上显示数字为零。（也可只安排一个输出孔，邮票和硬币皆由此孔输出）。 欠资信号和拒收信号可用发光二极管或其它方法表示，两种信号应有所区别。 以上各项操作都可以用声音辅助指示，例如欠资和拒收，出票和出硬币等。,四8
6、位二进制乘法电路,1设计要求 8位二进制乘法采用移位相加的方法。即用乘数的各位数码，从低位开始依次与被乘数相乘，每相乘一次得到的积称为部分积，将第一次（由乘数最低位与被乘数相乘）得到的部分积右移一位并与第二次得到的部分积相加，将加得的和右移一位再与第三次得到的部分积相加，再将相加的结果右移一位与第四次得到的部分积相加。直到所有的部分积都被加过一次。例如：被乘数（M7M6M5M4M3M2M1M0）和乘数（N7N6N5N4N3N2N1N0）分别为11010101和10010011,其计算过程如下：,1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 N0
7、与被乘数相乘的部分积，部分积右移一位 1 1 0 1 0 1 0 1 N1与被乘数相乘的部分积 + 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 两个部分积之和，部分积之和右移一位 + 0 0 0 0 0 0 0 0 N2与被乘数相乘的部分积 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 与前面部分积之和相加,部分积之和右移一 + 0 0 0 0 0 0 0 0 N4与被乘数相乘的部分积 N7与被乘数相乘的部分积 + 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 0
8、 0 1 1 1 1 与前面部分积之和相加 0 1 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 右移一位得到最后的积,按照这种算法，可以得到下图所示之框图和简单流程图。图中Y寄存器存放被乘数M，B寄存器存放乘数N，A累加器存放部分积。A和Y中的数据在加法器中相加后送入A中，而A和B相级联又构成了一个16bit的移位寄存器，当它工作于移位模式时，可以实现数据的右移。由于乘数的每一位不是0就是1 ，对应的部分积不是0就是被乘数本身，所以实际作部分积相加这一步时，只要根据乘数的对应位判断：如该位为1 ，则将累加器中的数据加上被乘数再移位；如该位为0时，就不加被乘数而直接移位。运算时首先将累加
9、器A清零，并将被乘数M和乘数N分别存入寄存器Y和B，然后依据寄存器B中最右一位B0（数据N0）确定第一个部分积。将此部分积送入A累加器以后，将A连同寄存器B右移一位，部分积的最低位被移进寄存器B的最左位，乘数的最低位N0被移出寄存器B，而乘数的次低位N1被移至寄存器B的B0位。第二次仍然依据B0位的数据（N1）来确定第二个部分积，将部分积与累加器中的数据相加后右移一位，N1又被移出寄存器，数据N2被移到B0位置。这样，经过8次部分积相加位的操作，完成1次乘法运算，乘数N恰好被移出寄存器B，寄存器B中保存的就是运算积的低8位数据。移位相加的次数应用一个计数器来控制，每移位一次，计数器计一个数。当
10、计数器计得8个数时，发出一个信号，使电路停止操作，并输出运算结果（流程图是按减法计数器设计的，也可使用加法计数器）。,（A）电路框图,（B）简单流程图,乘法器的电路框图和流程图,2设计提示 因受输出输入端口的限制，乘数和被乘数需分两拍依次送人，输出的高8 位和低8位也可分两拍显示。 加法器可使用宏，一个8位加法器将占有8个GLB，而一4位加法器宏只占2个GLB，因此在不考虑运算速度的情况下，宜采用2个4 位的加法器。 累加器在执行右移功能时，可采用下图电路，这样不仅可以节省资源，还因为相加和移位操作在同一拍进行，提高了运算速度。,五量程自动转换的数字式频率计,1设计要求 设计一个3位十进制数字
11、式频率计，其测量范围为1MHz。量程分10kHz,100kHz和1MHz三档(最大读数分别为9.99kHz,99.9kHz,999kHz)被测信号应是一符合CMOS电路要求的脉冲或正弦波。 量程自动转换规则如下： 当读数大于999时，频率计处于超量程状态。此时显示器发出溢出指示（最高位显示F，其余各位不显示数字），下一次测量时，量程自动增大一档。 当读数小于000时，频率计处于欠量程状态。下次测量时，量程减小一档。显示方式如下： 采用记忆显示方式，即计数过程中不显示数据，待计数过程结束后，显示计数结果，并将此显示结果保持到下一次计数结束。显示时间应不小于1秒。 小数点位置随量程变更自动移位。,
12、2设计提示 测频原理如图所示，其中时基信号应为0.1s 、0.01s、和 0.001s （对应于10kHz、100kHz、和1MHz量程）。 每次测量时，用由时基信号产生的闸门信号启动计数器对输入的脉冲信号计数，闸门信号结束即将计数结果送入锁存器，然后将计数器清零，准备下一次计数。 如被测波形不好，可以通过施密特电路整形。施密特电路可按图 设计。,六游戏电路模拟掷骰子,1设计要求 本游戏电路可供二人游戏。游戏者每按动一次按键可得到（16）范围内的两个数，并按下列规则决定胜负。 第一场比赛，游戏者每人各按一次按键，所得二数之和为7和11者胜，若无人取胜，则进行第二场比赛。 第二场比赛，游戏者每人
13、各按一次按键，所得二数之和与第一场比赛相同者获胜，所得二数之和为7 或11者负，若无人获胜或负，则重复进行，直到出现胜者为止。,2设计提示 掷骰子读数的产生电路，可以用两个能由1计到6的六进制计数器构成，并接成级联形式（61）用高速时钟驱动，以保证在按动按键时，两计数器的读数是随机的。该二读数还应锁存并用数码管显示。 两个计数器读数之和应显示并存储，以便与第二场比赛结果相比较。按键显示系统可以设计成两套，游戏者每人一套，控制电路是公共的，也可设计成一套系统，游戏者轮流按同一键游戏。控制器在收到两个游戏者所按数据方才允许下一场比赛。 比赛结果可以用发光二极管或数码管指示，并可伴有声音效果。,七游
14、戏电路模拟乒乓球比赛,1设计要求 本游戏电路可供二人游戏。 左、右双方各持一按键作为“球拍”，实验板上一行16只发光二极管为乒乓球台，其中那只发光的发光二极管代表乒乓球所在位置。 左、右双方均可发球。发球时，球应在球台发球方的端点保持不动，“挥拍”时球才可逐步左移或右移，若“击球”键恰好在“球”到达对方端点时按下，则发出短促的击球声，“球”即向相反方向移动，若按键偏早或偏晚，击球无效，无击球声发出，球将继续向前运行直至出界，（即亮点消失）。记分板上给胜球者加分。 球速度分级或级。 比赛规则可自定，胜负应有指示。,2设计提示 球速变化的实现 球的运动用双向移位寄存器实现，球速即移位寄存器时钟速率
15、，若将外部送入的时钟信号经分频后作为移位寄存器时钟，并设置种外时钟速率（可使用底板上的时钟，也可设计个振荡器实现），则“球”在移位寄存器当中的每一位上将停留个外时钟节拍，若击球脉冲与第一节拍同步，则回球速度最高，与第节拍同步，则回球速度最低。 击球输入应采取同步化处理，使之成为与外时钟同步，宽度为外时钟周期的脉冲。,八多功能数字钟,1设计要求 在实时钟电路设计的基础上增加以下功能。 正常模式，增加上，下午显示。 手动校准电路。按动方式键，将电路置于校时状态，则计时电路可用手动方式校准，每按一下校时键，时计数器加1；按动方式键，将电路置于校分状态，以同样方式手动校分。 整点报时，仿中央人民广播电
16、台整点报时信号，从59分50秒起每隔秒发出一次低音“嘟”信号（信号鸣叫持续时间，间隙时间）连续次，到达整点（00分00秒时），发一次高音“哒”信号（信号持续时间秒）。 闹时功能，按动方式键，使电路工作于预置状态，此时显示器与时钟脱开，而与预置计数器相连，利用前面手动校时，校分方式进行预置，预置后回到正常模式。当计时计至预置的时间时，扬声器发出闹铃信号，时间为半分钟，闹铃信号可以用开关“止闹”，按下此开关后，闹铃声立刻中止，正常情况下应将此开关释放，否则无闹时作用。 秒表功能。按键开始计秒，按键停止计秒并保持显示数不变，直到复位信号加入。,2设计提示 输入信号用试验板板上1KHz或4MHz信号的分频得到。 闹铃信号与准点报时信号可直接使用试验板上的扬声器。 校时，预置等状态的显示，宜采用间断式，即每隔一秒钟显示一次，显示时间半秒，每按一次校时键可以伴以短促的音响。 时、分、秒显
