数电课程设计

Runner.DUT2023-09-11 17:17

为了帮助大家更好学习FPGA硬件语言，创立此资源

包含文件有：实验报告、仿真文件，资料很全，有问题可以私信

课设一：加减计数器

一、实验内容

1、利用QuartusII和Modelsim实现100进制可逆计数器编码显示实验。

二、实验步骤

（1）安装软件

事先安装好QuartusII和Modelsim两个软件。

（2）创建工程

（3）编写代码

编写的.v顶层文件：

cs 复制代码 
module counter_1(

    input clk,

    input rst,

    input flag,

    output out_c



);



reg [9:0] count;



always@(posedge clk or negedge rst)begin

if(!rst)begin

       count <= 0;                 //复位

end

else if(flag==1)begin

      if(count<99)

       count <= count + 1;     //flag为1，是加法计数器

      else

       count <= 0;              //计到99复位

end



else begin

      if(count==0)

       count <= 99;             //计到0复位

      else

       count <= count - 1;     //flag为0，是减法计数器

end



end







endmodule

编写的textbench文件：

`timescale 1 ns/ 1 ps

module counter_tb();

// constants                                          

// general purpose registers

// test vector input registers

reg clk;

reg flag;

reg rst;

// wires                                              

wire out_c;



// assign statements (if any)                         

counter_1 i1 (

// port map - connection between master ports and signals/registers  

    .clk(clk),

    .flag(flag),

    .out_c(out_c),

    .rst(rst)

);

initial                                               

begin                                                 

// code that executes only once                       

// insert code here --> begin                          

    clk = 0;

    rst = 0;

    #100 rst = 1;

    flag = 1;

    #1000 flag =0;        //初始化

   

// --> end                                                                 

end                                                   



always #5000 flag = ~flag;       //每5000ns之后flag翻转

always #10 clk = ~clk;           //时钟周期20ns                                   

endmodule

三、实验结果

课设二：交通信号灯

一、实验内容

（1）十字路口有 x、y 方向两组交通信号灯，每组有红、黄、绿灯各一个；

（2）设计一个交通灯控制电路，模拟十字路口交通灯工作情况，红灯亮 35s，黄灯亮 5s，绿 灯亮 30s；

（3）设系统时钟频率为 50MHz，要求用数码管显示计时结果；

（4）掌握 Verilog HDL 的状态机编程，红、黄、绿灯点亮转换用如下的状态转换图实现。

二、实验步骤

（1）编写代码

编写的.v顶层文件：

cs 复制代码 
1.	module traffic(  
2.	    input clk,  
3.	    input rst,  
4.	      
5.	    output reg LEDR_Y,  
6.	    output reg LEDY_Y,  
7.	    output reg LEDG_Y,  
8.	    output reg LEDR_X,  
9.	    output reg LEDY_X,  
10.	    output reg LEDG_X  
11.	      
12.	);  
13.	parameter N = 25000000;  
14.	parameter S1 = 0;  
15.	parameter S2 = 1;  
16.	parameter S3 = 2;  
17.	parameter S4 = 3;  
18.	reg [25:0] count;  
19.	reg CLK_1Hz;  
20.	reg [2:0] cnt5;  
21.	reg [4:0] cnt30;  
22.	reg [1:0]state;//状态  
23.	  
24.	//生成1Hz时钟  
25.	always@(posedge clk or negedge rst)begin  
26.	if(!rst)begin  
27.	    count <= 0;  
28.	    CLK_1Hz <= 0;  
29.	end  
30.	else if(count<N-1)begin  
31.	    count <= count +1;  
32.	    CLK_1Hz <= CLK_1Hz;  
33.	end  
34.	else begin  
35.	    count <= 0;  
36.	    CLK_1Hz <= ~CLK_1Hz;  
37.	end  
38.	end  
39.	  
40.	//生成5进制计数器  
41.	always@(posedge CLK_1Hz or negedge rst)begin  
42.	if(!rst)begin  
43.	    cnt5 <= 0;  
44.	end  
45.	else if(cnt5<4)begin  
46.	    cnt5 <= cnt5 + 1;  
47.	end  
48.	else  
49.	    cnt5 <= 0;  
50.	end  
51.	  
52.	//生成30进制计数器  
53.	always@(posedge CLK_1Hz or negedge rst)begin  
54.	if(!rst)begin  
55.	    cnt30 <= 0;  
56.	end  
57.	else if(cnt30 < 29)begin  
58.	    cnt30 <= cnt30 + 1;  
59.	end  
60.	else  
61.	    cnt30 <= 0;  
62.	end  
63.	  
64.	//状态迁移  
65.	always@(posedge clk or negedge rst)begin  
66.	if(!rst)begin  
67.	    state <= 0;  
68.	end  
69.	else begin  
70.	    case(state)  
71.	      
72.	    S1:  
73.	        if(cnt30==29) state <= S3;  
74.	        else state <= S1;  
75.	    S2:  
76.	        if(cnt30==29) state <= S4;  
77.	        else state <= S2;  
78.	    S3:  
79.	        if(cnt5==4)   state <= S2;  
80.	        else state <= S3;  
81.	    S4:  
82.	        if(cnt5==4)   state <= S1;  
83.	        else state <= S4;  
84.	    default: state <= S1;  
85.	    endcase  
86.	end  
87.	end  
88.	  
89.	//状态  
90.	always@(posedge clk or negedge rst)begin  
91.	if(!rst)begin  //刚开始全灭  
92.	        LEDR_Y <= 0;  
93.	        LEDY_Y <= 0;   
94.	        LEDG_Y <= 0;  
95.	        LEDR_X <= 0;  
96.	        LEDY_X <= 0;  
97.	        LEDG_X <= 0;  
98.	end  
99.	else begin  
100.	    case(state)  
101.	    S1: begin   //Y方向绿灯亮，X方向红灯亮  
102.	        LEDR_Y <= 0;  
103.	        LEDY_Y <= 0;   
104.	        LEDG_Y <= 1;  
105.	        LEDR_X <= 1;  
106.	        LEDY_X <= 0;  
107.	        LEDG_X <= 0;  
108.	    end   
109.	    S2: begin   //X方向绿灯亮，Y方向红灯亮  
110.	        LEDR_Y <= 1;  
111.	        LEDY_Y <= 0;   
112.	        LEDG_Y <= 0;  
113.	        LEDR_X <= 0;  
114.	        LEDY_X <= 0;  
115.	        LEDG_X <= 1;  
116.	    end  
117.	    S3: begin   //X方向红灯亮，Y方向黄灯亮  
118.	        LEDR_Y <= 0;  
119.	        LEDY_Y <= 1;   
120.	        LEDG_Y <= 0;  
121.	        LEDR_X <= 1;  
122.	        LEDY_X <= 0;  
123.	        LEDG_X <= 0;  
124.	    end  
125.	    S4: begin   //X方向黄灯亮，Y方向红灯亮  
126.	        LEDR_Y <= 1;  
127.	        LEDY_Y <= 0;   
128.	        LEDG_Y <= 0;  
129.	        LEDR_X <= 0;  
130.	        LEDY_X <= 1;  
131.	        LEDG_X <= 0;  
132.	    end  
133.	    default: begin   //全灭  
134.	        LEDR_Y <= 0;  
135.	        LEDY_Y <= 0;   
136.	        LEDG_Y <= 0;  
137.	        LEDR_X <= 0;  
138.	        LEDY_X <= 0;  
139.	        LEDG_X <= 0;  
140.	    end  
141.	    endcase  
142.	end  
143.	  
144.	end  
145.	  
146.	endmodule 


编写的textbench文件：
1.	`timescale 1 ns/ 1 ps  
2.	module traffic_tb();  
3.	// constants                                             
4.	// general purpose registers  
5.	  
6.	reg clk;  
7.	reg rst;  
8.	// wires                                                 
9.	wire LEDG_X;  
10.	wire LEDG_Y;  
11.	wire LEDR_X;  
12.	wire LEDR_Y;  
13.	wire LEDY_X;  
14.	wire LEDY_Y;  
15.	  
16.	// assign statements (if any)                            
17.	traffic i1 (  
18.	// port map - connection between master ports and signals/registers     
19.	    .LEDG_X(LEDG_X),  
20.	    .LEDG_Y(LEDG_Y),  
21.	    .LEDR_X(LEDR_X),  
22.	    .LEDR_Y(LEDR_Y),  
23.	    .LEDY_X(LEDY_X),  
24.	    .LEDY_Y(LEDY_Y),  
25.	    .clk(clk),  
26.	    .rst(rst)  
27.	);  
28.	initial                                                  
29.	begin                                                    
30.	     clk = 0;  
31.	      rst = 0;  
32.	      #100 rst = 1;  
33.	                       
34.	end    
35.	                                                    
36.	always   #10 clk <= ~clk;                                                
37.	                                              
38.	endmodule

编写的textbench文件：

cs 复制代码 
`timescale 1 ns/ 1 ps  
module traffic_tb();  
// constants                                             
// general purpose registers  
  
reg clk;  
reg rst;  
// wires                                                 
wire LEDG_X;  
wire LEDG_Y;  
wire LEDR_X;  
wire LEDR_Y;  
wire LEDY_X;  
wire LEDY_Y;  
  
// assign statements (if any)                            
traffic i1 (  
// port map - connection between master ports and signals/registers     
    .LEDG_X(LEDG_X),  
    .LEDG_Y(LEDG_Y),  
    .LEDR_X(LEDR_X),  
    .LEDR_Y(LEDR_Y),  
    .LEDY_X(LEDY_X),  
    .LEDY_Y(LEDY_Y),  
    .clk(clk),  
    .rst(rst)  
);  
initial                                                  
begin                                                    
     clk = 0;  
      rst = 0;  
      #100 rst = 1;  
                       
end    
                                                    
always   #10 clk <= ~clk;                                                
                                              
endmodule

三、实验结果

S1到S3的转换：

S3到S2的转换：

S2到S4的转换：

S4到S1的转换：

课设三：波形发生器

一、实验内容

1、仿真实验：正弦信号发生器，学习IP核的使用；

2、拓展要求：三角波信号发生器，熟悉仿真、状态机的使用。

  • 实验步骤

跳过创建工程的过程。

（1）编写正弦波仿真实验代码

首先我们生成正弦波是提前把正弦波的数据保存在ROM文件(.mif)文件中，然后通过调用ROM的IP核，最后通过读取ROM的数据输出正弦波数据。

创建单端ROM的IP核。

设置ROM的位宽和长度。这里是8位64个信号

添加.mif文件

编写的.v顶层文件：

cs 复制代码 
module waveform(
	input clk,
	input rst,
	output [7:0]data_out,
	output reg [6:0]data_tri
);
parameter S1 = 0;
parameter S2 = 1;
reg [5:0]addr;
reg [1:0]state;
reg [1:0]next_state;
always@(posedge clk or negedge rst)begin
if(!rst)
addr <= 0;
else
addr <= addr + 1;
end

sinROM U1(
	.address(addr),
	.clock(clk),
	.q(data_out));






endmodule

（2）编写三角波发生器仿真实验代码

编写的状态机源码：

cs 复制代码 
//状态迁移  
always@(posedge clk or negedge rst)begin  
if(!rst)  
    state <= S1;  
else  
    state <= next_state;  
end  
  
//状态事件  
always@(posedge clk or negedge rst)begin  
if(!rst)  
    next_state <= 0;  
else begin  
    case(state)  
    S1: begin  
        if(data_tri >= 98)  
        next_state <= S2;  
        else  
        next_state <= state;  
    end  
    S2: begin  
        if(data_tri <= 2)  
        next_state <= S1;  
        else  
        next_state <= state;  
    end  
    default: next_state <= S1;  
  
    endcase  
end  
end  
  
always@(posedge clk or negedge rst)begin  
if(!rst)begin  
    data_tri <= 0;  
end  
else begin  
    case(state)   
    S1 : data_tri <= data_tri + 1;  
    S2 : data_tri <= data_tri - 1;  
    default: data_tri <= 0;  
    endcase  
end  
end

编写的测试文件：

cs 复制代码 
`timescale 1 ns/ 1 ps  
module waveform_tb();  
// constants                                             
// general purpose registers  
// test vector input registers  
reg clk;  
reg rst;  
// wires                                                 
wire [7:0]  data_out;  
wire [6:0]  data_tri;  
  
// assign statements (if any)                            
waveform i1 (  
// port map - connection between master ports and signals/registers     
    .clk(clk),  
    .data_out(data_out),  
    .data_tri(data_tri),  
    .rst(rst)  
);  
initial                                                  
begin                                                    
        clk = 0;  
        rst = 0;  
        #100 rst = 1;  
end                                                      
always   #10 clk <= ~clk;                                                
// optional sensitivity list                             
// @(event1 or event2 or .... eventn)                    
                                                 
endmodule

三、实验结果

正弦波波形：

三角波波形：

注意事项：在正弦波形的仿真过程中遇到过读取ROM的数一直为零的情况，后来查询发现是因为.mif文件与工程不在同一目录。

本文大部分内容都属于原创，如需转载，请附上本文网站，

如果需要相关的仿真图、程序代码等资料可以直接私信我，我会及时回复。

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