流水灯设计报告

“可编程逻辑器件应用”技能训练“简易流水灯设计”设计报告

专业：测控技术与仪器

班级：测控10-2班

姓名：

学号：

指导老师：

提交日期： 2014年1月2日

“简易流水灯设计”设计报告

一、设计题目：

“简易流水灯设计”设计

二、设计目的与要求：

1、设计目的：

通过该技能训练使我们深入了解可编程逻辑器件（FPGA）的基本组成、结构特征，认清 FPGA 所适用的工程问题，使我们掌握如何从实际问题出发，设计数字系统特别是测量仪器数字系统、掌握数字电路设计与仿真方法以及可编程器件选型、下载与调试的基本流程，培养学生从事专用数字芯片设计的基本技能。我们在训练过程中，通过对 FPGA 核心板外围电路的设计与装配过程，熟练掌握基于 FPGA 芯片的数字电路设计与开发的具体流程，掌握 FPGA 技术中相关硬件和软件的设计能力，学习 FPGA 技术电路装配与焊接方法，程序调试、下载及测试流程，掌握印刷电路板的设计、制作及调试方法，进而提高动手能力、分析问题解决问题的能力。该技能训练弥补了过去以单片机为核心的课程设计的单一形式，逐渐过渡到单片机与可编程逻辑器件相结合以及单独使用可编程逻辑器件的形式，充分发挥器件间相互补充的优势，适应技术发展趋势，同时拓宽实践教学内容的宽度和深度。

2、设计要求：

（1）所选题目要求采用自顶向下的全正向设计方法，设计输入工具可选用HDL 语言或图形化设计输入或两者结合。

（2）要求电路的功能仿真和 FPGA 时序仿真验证全部正确通过，且功能仿真和时序仿真、综合与布局布线工具为：Quartus II。

（3）题目要求独立完成。

三、设计任务时间安排：

1、工作时间：连续两周，

2、具体安排：

第一天：了解总体任务要求，熟悉 Quartus II 软件开发环境，学习原理图设计输入方法、硬件描述语言设计输入方法，以及仿真验证方法。

第二天：根据选题，设计包含 FPGA 在内的整个系统，并绘制系统原理图。

第三天：焊接电路板并调试，同时练习 FPGA 下载烧写方法。

第四天：练习原理图设计输入方法和硬件描述语言设计输入方法，结合实际电路板进行验证。

第五天、第六天、第七天：（允许查找资料）根据所选题目的要求，完成 FPGA 数字逻辑电路设计，在实际电路板中进行验证。

第八天：撰写设计报告，进一步完善设计功能。

第九天：答辩验收。

四、设计内容：

1、电路设计：

（1）

电路图：

图1 母版电路模块1

图2 母版电路模块2

图3 母版电路模块3

图4 核心板模块1

图5 核心板模块2

图6 核心板模块3

图7 核心板模块4

（2）PCB板展示：

图8 母版PCB图

图9 母版PCB图3D效果展示

图10 核心板PCB图

图11 核心板PCB图3D展示

（3)电路原理图及PCB板绘图心得：

我们在绘图时采用的是Altium desinger软件，如同Protel软件，有许多非标的元件，需要我们自己建立原理图和PCB库文件。在这样的绘图过程也进一步让我们熟悉和掌握了Altium desinger软件的使用方法。

2、电路焊接与调试：

在焊接过程中，我们进一步练习了焊接工艺，尤其对以往实验中没有经常焊接的贴片焊接工艺进行了一次加强训练，现已有良好的焊接方法能较好的焊接贴片。

遇到的问题与解决方法：

但是在之后的调试过程中，我们发现LED灯中第二个灯始终不亮。我们猜测可能是焊电路板时出现了虚焊现象导致LED与核心板没连接上，也可能是LED 灯没焊上或灯焊接反。根据这两个猜测，我们对应进行检验在老师的指导下，我们使用万能逐步检查，经过仔细测试与检查，发现与此LED灯连接的电阻一脚出现了虚焊现象。

解决办法：将虚焊的电阻卸下来，然后重新焊上。之后再进行调试，发现灯亮了，即解决了问题。

3、程序代码

（1）分频器程序代码：

module div(div12,clk);

output div12;

input clk;

reg [1:1]div12;

reg[25:0] cnt;

always @(posedge clk)

begin

if(cnt==26'b1001100010010110100000000)

begin

div12=~div12;

cnt=0;

end

else

begin

cnt=cnt+1;

end

end

endmodule

（2）计数器程序代码：

module test(

co,q,clk,r,s,en,d

);

output[2:0] q;

output co;

input clk,r,s,en;

input [2:0] d;

reg[2:0] q;

reg co;

always@(posedge clk) // always语句，表示每当CLK的上升沿到来时，完成

begin-end之间语句的操作

if(r)

begin q=0;end

else

begin

if(s)

begin q=d;end

else

if(en)

begin

q=q+1;

if(q==4'b111)

begin co=1;end

else

begin co=0;end

end

else

begin q=q;end

end

endmodule

（3）38线译码器程序代码：

module decoder3_8(y,a,g1,g2,g3);

output[7:0] y;

input[2:0] a;

input g1,g2,g3;

reg[7:0] y;

always@(a or g1 or g2 or g3)

begin

if(g1==0) y=8'b11111111;

else if(g2==1) y=8'b11111111;

else if(g3==1) y=8'b11111111;

else

begin

y=8'b00000001<

y=~y;

end

end

endmodule

（4）程序对应电路模块：

电路模块由分频器、计数器和38译码器组成。

图11 总Block模块

（5）程序编写心得与体会：

1）我们与同学交流发现，在程序编写中，由于老师要求的电路模块中为共阳极，即低电平触发。为了实现LED从暗到亮我们可以采用两种方法，一是在总Block模块电路中加非门，二是在程序中引入“~”这样的语句，如：div12=~div12。

2）我们在编写程序中始终没有成功实现LED从右至左的流水点亮。通过参考同学的实践成功的程序，我发现我可定义变量rst和q ( reg [7:0] q ; input rst; ),用以下语句实现实现。（rst为拨码开关的指定引脚）

begin

if(rst)

begin

q=q>>1;

counter<=0;end

else

begin

q=q<<1;

counter<=0;end

end

4、烧写步骤：

（1）打开软件—>tools—>Programmer,弹出对话框。点击hardware setup，再点击Add hardware选择添加要烧写工具。

（2）回到对话框，Delete窗口中的文件，点击Add files添加你的新文件(.sof 格式)，在program/configure中打钩。

（3）点击Start按钮，下载开始。成功后，Progress显示100%。

（4）完成。

五、成果展示：

图12 流水灯成果展示

六、总结

通过这次技能训练，我拓宽了知识面，锻炼了能力，综合素质得到了较大提高。学院安排此次技能训练的目的，是在于通过理论与实际的结合、人与人的沟通，进一步提高我们的思想觉悟和领悟力。尤其是观察、分析和解决问题的实际工作能力。它的一个重要功能，在于运用学习成果，检查学习成果。运用学习成果，把课堂上学习到的系统化的理论知识，尝试性的应用于实际设计工作，并从理论的高度对设计工作的现代化提出一些针对性的建议和设想。检验学习成果，看一看课堂学习与实际工作到底有多大差距。

通过此次实践训练，我找出了自身状况与实际需要的差距，并决心在以后的学习中及时补充相关知识，为未来进一步学习以及以后的求职做好充分的知识、能力准备。从而缩短从校园走向社会的心理转型期。

在设计中遇到了很多难题，非常感谢老师的悉心指导和组员的团结合作！这一次的学习过程，不仅使我能力上得到提高，也让我更进一步感觉到团结合作的重要性。最后，再一次感谢盖建新老师和许景波老师两周以来的认真指导！