实
报告 习
实习设计项目1
EDA应用设计—双色矩阵控制器
一、 实习目的：
学习EDA设计的基本知识，学会简单的EDA项目设计。
二、 实习内容：
在MAX+plusⅡ环境下，用原理图或硬件描述语言来设计8*8双色矩阵显示一些简单图形或字符的控制电路，并进行仿真及演示。
三、 设计说明：
FPGA芯片管脚 Pin55 Pin98 Pin99 Pin100 Pin101 Pin102 Pin109 Pin110 Pin111 Pin112 Pin113 Pin114 Pin116 Pin117 Pin118 Pin119 Pin120 Pin88 Pin89 Pin90 Pin91 Pin92 Pin95 Pin96 Pin97 连接管脚 OSC Cr1 Cr2 Cr3 Cr4 Cr5 Cr6 Cr7 Cr8 Cg1 Cg2 Cg3 Cg4 Cg5 Cg6 Cg7 Cg8 Row1 Row2 Row3 Row4 Row5 Row6 Row7 Row8 相关说明 晶振时钟输入（10MHz） 第一列LED红灯输入驱动 第二列LED红灯输入驱动 第三列LED红灯输入驱动 第四列LED红灯输入驱动 第五列LED红灯输入驱动 第六列LED红灯输入驱动 第七列LED红灯输入驱动 第八列LED红灯输入驱动 第一列LED绿灯输入驱动 第二列LED绿灯输入驱动 第三列LED绿灯输入驱动 第四列LED绿灯输入驱动 第五列LED绿灯输入驱动 第六列LED绿灯输入驱动 第七列LED绿灯输入驱动 第八列LED绿灯输入驱动 第一行LED输入驱动 第二行LED输入驱动 第三行LED输入驱动 第四行LED输入驱动 第五行LED输入驱动 第六行LED输入驱动 第七行LED输入驱动 第八行LED输入驱动 表1
在实验板上，8×8双色矩阵LED的外观如下所示：
点矩阵LED在数字电路中是一种非常常见的显示元件，它常用来显示字符或一些简单图形。它通常有两种型式，一种是单色点矩阵LED，另一种是双色点矩阵LED。本实验板上的LED点矩阵为双色点矩阵。它的内部电路结构如下图所示：
点矩阵LED中的每个点都由两个LED构成，一个为绿灯，一个为红灯。因此在各行列信号的控制下，可使LED点矩阵中的任一点要么不亮，要么显示出红色、
绿色或黄色（红灯和绿灯同时亮）。本实验的任务就是设计一个双色矩阵LED控制器，控制双色点矩阵LED中各行循环不亮、红色、绿色三种状态。
以下是双色矩阵LED控制器的输入输出框图：
OSC时钟输入
行控制输出 Row[7:0] 列绿灯控制输出Cg[7:0] 列红灯控制输出Cr[7:0] 双色矩阵LED控制器 图中，双色矩阵LED控制器在OSC时钟输入的驱动下，循环输出行控制信号Row[7:0]，列绿灯控制输出Cg[7:0]，列红灯控制输出Cr[7:0]来控制双色矩阵LED灯的显示。其总体设计框图如下所示：
OSC 输出 分频模块 10Hz MOD8模块 138[2:0] 行信号 产生模块 行输出信号 138（0） 列信号产生模块 列绿灯输出 信号 列红灯输出 信号 该控制器由四个较大的模块构成：分频模块、MOD8计数模块、行信号产生模块以及列信号产生模块。其中，分频模块的输入信号是OSC10MHz脉冲，输出频率为10Hz。MOD8计数模块采用一个八进制计数器实现，在输入10Hz时钟控制下，输出三位控制信号138[2:0]以控制产生行输出信号和列输出信号。行信号产生模块可以采用一个3－8译码器，通过138[2:0]输入信号依次输出行信号以控制LED点阵各行循环亮灭。列信号产生信号模块可以采用如下设计方案：
上图中，1380信号为MOD8计数模块中的输出信号138（0），通过该信号来
产生列控制信号cr，cg。当然，这是一种非常简单的设计方法，可以通过充分发挥，设计出别的一些列控制电路模块。
四、设计步骤
1．根据双色矩阵LED控制器的总体设计框图分别编写分频模块、MOD8计数模块、行信号产生模块以及列信号产生模块的VHDL代码或输入相应的电原理图，并在MaxplusII10.0仿真环境中对各模块进行仿真以验证控制逻辑正确性及完整性，如果控制逻辑或时序存在错误，则返回HDL编辑器或原理图编辑器中进行修改，直至仿真正确。
2．仿真成功后，选定下载芯片EPF10K20TC144-4根据表3.10设定输入输出管脚以进行平面配置,完成后下载到实验系统中。
3．下载成功后，观察实验板上双色LED点矩阵的亮灭变化。如果有问题，重新返回到MaxplusII10.0环境中对原设计文件进行修改，以纠正错误。
4．实验成功后，整理好相应的实验设备，保存设计文件，结束实验。
五、设计图表
10分频电路：
MOD8计数模块：
电路原理图：
仿真波形图：
实习设计项目2
EDA应用设计—路口交通灯模拟
一、 实习目的：
学习EDA设计的基本知识，学会简单的EDA项目设计。
二、 实习内容：
在MAX+plusⅡ环境下，用原理图或硬件描述语言来设计路口交通信号灯的控制电路，并进行仿真及演示。
三、 设计说明：
FPGA芯片管脚 Pin55 Pin47 Pin9 Pin8 连接器件 晶振(OSC) SW1 L3 L2 相关说明 时钟输入 按键输入 西向绿色LED 西向黄色LED Pin7 Pin12 Pin11 Pin10 Pin141 L1 L6 L5 L4 LED Enable 表1 西向红色LED 南向绿色LED 南向黄色LED 南向红色LED LED显示使能 路口交通灯常用于指引路口车辆行人行进，是交通系统领域应用极为广泛的一种交通控制、导引设备。用于十字路口的路口交通灯一般由四组（对应四个路口方向）分为红、黄、绿三色的交通灯组成。EDA2000FPGA系统中使用高亮LED来模拟路口交通灯，而通过FPGA设计控制逻辑来完成对路口交通灯也即高亮LED的控制。本实验仅模拟完成西、南两个方向路口灯的控制。
从数字逻辑设计的角度进行分析，交通灯控制可以用状态定时切换来描述。进行路口交通灯控制也就可以分解为进行状态控制器（也即数字逻辑设计中常提到的状态机）和定时器的设计。
交通灯控制的状态切换可以用下图来描述：
VR HG HY VG HR 西向亮绿灯 西向亮黄灯 南向亮绿灯 南向亮红灯 西向亮红灯
亮灯定时器用于控制亮灯的时间长短，对一定频率的时钟进行计数，计数达到一定周期以后，进行状态切换，点亮不同的路口交通灯。 交通灯控制器的输入输出框图如下所示：
OSC时钟 交通灯控制器 输入 CLRN
HG HY HR VG VY VR LED_COM VY 南向亮黄灯
图中，交通灯控制器在输入时钟的驱动下，循环输出HG（西向亮绿灯）、HY（西向亮黄灯）、HR（西向亮红灯）、VG（南向亮绿灯）、VY（南向亮黄灯）、VR（南向亮红灯）信号。同时，LED_COM作为指示信号始终输出高电平。
该控制器总体设计框图如下所示：
OSC 1Hz 定时电路 输入 CLRN 状态控制器 HG HY HR VG VY VR LED_COM 该控制器由两个较大的模块构成：定时电路和状态控制器电路。其中，定时电路可以采用分频电路实现，即输入为OSC10MHz时钟，输出为1Hz时钟。
状态控制器模块即在输入1Hz时钟的控制下，循环输出HG（西向亮绿灯）、HY（西向亮黄灯）、HR（西向亮红灯）、VG（南向亮绿灯）、VY（南向亮黄灯）、VR（南向亮红灯）信号。同时，LED_COM作为指示信号始终输出高电平。对于该模块的实现，可以采用数字电路与逻辑设计中的状态机设计方法来实现。另外，当CLRN输入为低电平时，各输出保持不变。
该状态机使HG（西向亮绿灯）-HY（西向亮黄灯）-VG（南向亮绿灯）-VY（南向亮黄灯）-……等状态周而复始的重现。
四、设计步骤：
1．可以根据交通灯控制器的总体设计框图采用原理图输入或VHDL语言的方式依次实现定时模块和状态控制器模块，其中状态控制器模块的仿真图表如下所示：
2．用MAX+plusⅡ的仿真工具，对设计进行仿真并考察仿真波形以及时序，验证控制逻辑正确性与完整性，如果控制逻辑或时序存在错误，则返回VHDL编辑器或者原理图编辑器进行修改，直至仿真验证无误为止。
3．成功仿真后，选定下载芯片EPF10K20TC144-4并根据表1进行平面配置
后，下载到实验系统。下载方法见软件应用说明。
4．按下实验系统左下角SW1键一段时间，观察实验板上左上角交通灯模块南向和西向路口交通灯的点亮以及状态切换情况是否与设计要求一致，切换时间是否正确，如果有问题则返回设计文件进行修改，直至验证通过。
5．整理好实验设备和实验台，保存设计文件，结束实验。
五、设计图表
10分频电路设计图 见 实习设计项目1 EDA应用设计—双色矩阵控制器（第页） 交通灯电路原理图：
仿真波形图：
实验总结与心得体会
邵帅：
本次硬件生产实习是整个生产实习的一部分，两个实验都是EDA的应用设计，第一个实验是通过双色矩阵控制器实现一个简单汉字的显示，首先需要设计10分频电路和mod8计数模块，然后设计详细的实现电路。第二个实验是模拟路口交通灯，主要考察对逻辑电路的应用，通过74163计数器实现交通灯的变换，实现起来还算顺利。
通过本次的硬件生产实习我进一步熟悉了逻辑电路的基本知识，掌握了一些基本的软硬件设计知识并对其进行了基本的运用，在设计中运用了很多知识，也学习了许多设计技巧。
通过实践，提高了我的实际操作能力，从以前所学理论上升到实践，真正做到了学有所用。通过此次生产实习，对团队合作的重要性有了更深的体会，自己受益匪浅。
陈达：
本次生产实习的重点是eda，通过实习，我省可体会到了以前学习的知识的重要性，比如数字电路，微机接口生产。其中时序逻辑电路设计很重要。
生产实习时的电路设计时一定要小心不要连错线，不让很难查找到问题所在。
实习可以体现出团队合作程度，紧密合作加上明确分工，能够大大地提高设计速度，在动手设计之前，最好将设计所需要的数据，这样才能更高效。在实验中出现了许多问题，解决问题的过程，也就是学习新知识和巩固旧知识的过程。有些问题没动，通过与同学老师的交流终于搞懂，在交流中对实验知识的了解更全面，思维更开放，认识到团队协作的重要性。
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