电子设计工程实训任务指导书（可编程器件应用部分）二〇一一年六月前言电子设计工程实训任务指导书是为EDP-MCU-2000实验平台编写的实训配套参考书之一。

本任务书编写的目的在于为采用EDP-MCU-2000实验平台开展实践教学或进行电子设计工程师认证培训的有关院校提供一个参考的教学及培训思路。

本实训任务指导书的定位为电子系统设计类实践课程的教学，紧密结合EDP-MCU-2000实验箱的资源，以一个个独立又相互关联的系统或者准系统设计任务为内容，将相关知识点融合起来，达到电子工程实训的目的。

实训任务指导书按照对实验箱的使用情况分为三个部分。

第一部分的实训可以完全在EDP-MCU-2000实验箱上完成，第二部分是需要利用EDP实验平台的扩展模块才能完成的实验任务，第三部分则是需要学生自己设计制作扩展模块才能完成的任务。

各部分的任务相互独立，由易到难进行编排，尽量覆盖当前电子设计中所遇到的主要知识点。

可编程器件应用是针对EDP实验平台上的CPLD扩展模块开展的教学培训任务，分为9个实验项目，基于Altera公司的复杂可编程器件，使用Verilog硬件描述语言，内容覆盖数字逻辑与数字系统设计的基本内容。

所有实训项目均在QuartusⅡ和ModelSim开发平台上开发，计划参考培训学时40学时，每个培训实验4-6学时。

依据具体情况，可以集中在一周内完成，也可以分散在半个学期甚至一个学期内完成。

由于时间紧迫，任务书中出现的不妥之处，敬请读者批评指正。

电子设计工程师认证项目办公室二〇一一年六月目录任务一门电路与VerilogHDL门级描述 (1)任务二组合逻辑与VerilogHDL数据流描述 (2)任务三触发器与VerilogHDL行为描述 (3)任务四计数器与VerilogHDL参数化模块设计 (4)任务五序列检测器的设计与仿真 (5)任务六简易PWM信号发生器设计 (6)任务七 8155并行接口功能设计 (7)任务八简易DDS工频信号发生器设计 (8)任务九简易数字频率计设计 (9)任务一门电路与VerilogHDL门级描述1.任务目的(1)熟悉EDP-CPLD实验扩展板的结构与使用方法。

(2)掌握VerilogHDL的基础语法、模块及门级描述。

(3)熟悉QuartusⅡ软件的基本使用方法。

2.实验内容(1)功能设计：使用VerilogHDL，采用门级建模方法，实现对基本逻辑门电路（与非门、异或门等）的描述。

(2)逻辑综合：通过QuartusII开发环境，完成对设计代码的逻辑综合，查看RTL级原理图。

(3)引脚分配：利用EDP-CPLD实验扩展板上的拨码开关和LED资源，按照其接口设定，完成引脚分配。

(4)下载验证：将编程文件下载到扩展板的CPLD芯片上，然后验证所设计的逻辑功能。

3.实训要求(1)掌握可编程器件开发的基本流程，熟悉QuartusII开发环境与基本使用方法。

(2)熟悉EDP-CPLD实验扩展板的板载资源及其功能。

(3)掌握VerilogHDL的基本语法与门级描述方法。

(4)记录测试结果并撰写实验报告。

4.发挥部分(1)实现对三态门的VerilogHDL建模。

(2)实现双向输入输出端口的VerilogHDL建模。

5.训练过程(1)课前学生依照任务书自行预习。

(2)4个课内计划教学学时，先简要讲解并演示，后由学生验证与测试。

可以安排在一次连续的时间单元内完成。

(3)分散教学时，要求写出实验报告，在下次实验时上交。

任务二组合逻辑与VerilogHDL数据流描述1.任务目的(1)掌握VerilogHDL的数据流建模方法。

(2)掌握典型的组合逻辑电路的VerilogHDL描述。

(3)进一步熟悉QuartusⅡ软件的使用方法。

2.实验内容(1)功能设计：使用VerilogHDL，采用数据流建模方法，实现对典型组合逻辑电路（编/译码器、数据选择/分配器、数值比较器等）的描述。

(2)逻辑综合：通过QuartusII开发环境，完成对设计代码的逻辑综合，查看RTL级原理图。

(3)引脚分配：利用EDP-CPLD实验扩展板上的拨码开关、LED及数码管等资源，按照其接口设定，完成引脚分配。

(4)下载验证：将编程文件下载到扩展板的CPLD芯片上，然后验证所设计的逻辑功能。

3.实训要求(1)进一步熟悉QuartusII开发环境与使用方法。

(2)掌握VerilogHDL的数据流描述方法和典型组合逻辑单元电路功能。

(3)记录测试结果并撰写实验报告。

4.发挥部分(1)实现奇偶校验发生器的VerilogHDL设计，综合后下载验证。

(2)实现一个BCD-7段数码管译码器的VerilogHDL设计，综合后下载验证。

5.训练过程(1)课前学生依照任务书自行预习。

(2)4个课内计划教学学时，先简要讲解并演示，后由学生验证与测试。

可以安排在一次连续的时间单元内完成。

(3)分散教学时，要求写出实验报告，在下次实验时上交。

任务三触发器与VerilogHDL行为描述1.任务目的(1)掌握VerilogHDL的行为建模方法。

(2)掌握RS锁存器、D触发器和JK触发器的VerilogHDL描述。

(3)掌握触发器同步及异步清零和复位的建模方法。

(4)进一步熟悉QuartusⅡ软件的使用方法。

2.实验内容(1)功能设计：使用VerilogHDL，采用行为建模方法，实现D触发器和JK触发器的描述，并完成同步或异步清零或者置位功能。

(2)逻辑综合：通过QuartusII开发环境，完成对设计代码的逻辑综合，查看RTL级原理图。

(3)引脚分配：利用EDP-CPLD实验扩展板上的按键、拨码开关及LED等资源，按照其接口设定，完成引脚分配。

(4)下载验证：将编程文件下载到扩展板的CPLD芯片上，然后验证所设计的逻辑功能。

3.实训要求(1)进一步熟悉QuartusII开发环境与使用方法。

(2)掌握锁存器与触发器的区别。

(3)掌握VerilogHDL的行为建模方法和典型触发器的功能描述。

(4)记录测试结果并撰写实验报告。

4.发挥部分(1)实现一个8D锁存器并实际验证其功能。

(2)实现一个8D触发器并实际验证其功能。

5.训练过程(1)课前学生依照任务书自行预习。

(2)4个课内计划教学学时，先简要讲解并演示，后由学生验证与测试。

可以安排在一次连续的时间单元内完成。

(3)分散教学时，要求写出实验报告，在下次实验时上交。

任务四计数器与VerilogHDL参数化模块设计1.任务目的(1)掌握同步计数器的VerilogHDL建模方法。

(2)掌握VerilogHDL的参数化模块设计方法。

2.实验内容(1)功能设计：使用VerilogHDL，采用参数化建模方法，设计模N（实现时取N=10）的二进制计数器，计数结果通过数码管显示。

(2)逻辑综合：通过QuartusII开发环境，完成对设计代码的逻辑综合，并查看RTL级原理图。

(3)引脚分配：利用EDP-CPLD实验扩展板上的数码管等资源，按照其接口设定，完成引脚分配。

(4)下载验证：将编程文件下载到扩展板的CPLD芯片上，然后验证所设计的逻辑功能。

3.实训要求(1)进一步熟悉QuartusII开发环境与使用方法。

(2)掌握VerilogHDL的参数化建模。

(3)掌握计数器的VerilogHDL描述方法。

(4)记录测试结果并撰写实验报告。

4.发挥部分(1)实现一个篮球竞赛30秒定时器设计。

(2)实现一个N位（N=4）格雷码计数器。

5.训练过程(1)课前学生依照任务书自行预习。

(2)4个课内计划教学学时，先简要讲解并演示，后由学生验证与测试。

可以安排在一次连续的时间单元内完成。

(3)分散教学时，要求写出实验报告，在下次实验时上交。

任务五序列检测器的设计与仿真1.任务目的(1)掌握有限状态机的VerilogHDL建模方法。

(2)熟悉ModelSim的基本使用方法。

2.实验内容(1)功能设计：使用VerilogHDL，采用三段式的有限状态机描述方法，完成序列110的检测。

(2)逻辑综合：通过QuartusII开发环境，完成对设计代码的逻辑综合，并查看RTL级原理图。

(3)功能仿真：使用ModelSim，仿真验证逻辑功能。

3.实训要求(1)熟悉ModelSim仿真环境及其使用方法。

(2)掌握VerilogHDL的有限状态机建模。

(3)记录测试结果并撰写实验报告。

4.发挥部分(1)使用结合CPLD板载的拨码开关、按键及LED资源模拟序列的输入，下载代码至CPLD扩展板，实际运行验证。

(2)使用有限状态机方法，设计一个交通灯的控制器，并用ModelSim仿真其功能。

(3)使用有限状态机方法，设计一个汽车尾灯控制器，使用ModelSim仿真其功能后，下载至CPLD上模拟运行。

5.训练过程(1)课前学生依照任务书自行预习。

(2)4个课内计划教学学时，先简要讲解并演示，后由学生验证与测试。

可以安排在一次连续的时间单元内完成。

(3)分散教学时，要求写出实验报告，在下次实验时上交。

任务六简易PWM信号发生器设计1.任务目的(1)理解PWM信号产生的机制。

(2)熟悉时序约束与时序分析方法。

2.实验内容(1)使用VerilogHDL，设计产生一个载波为40kHz，占空比从1%~99%可调的PWM信号。

(2)编写按键驱动的VerilogHDL代码，实现对占空比的任意值设置或者步进调节，调节精度均为1%。

(3)编写数码管驱动的VerilogHDL代码，实现对占空比的实时显示。

(4)采用ModelSim，仿真验证逻辑功能。

(5)下载编程文件至EDP-CLPD扩展板，并用示波器观察运行结果。

3.实训要求(1)进一步熟悉ModelSim仿真环境及其使用方法。

(2)按键处理需要考虑去抖。

(3)记录测试结果并撰写实验报告。

4.发挥部分(1)可以在一定范围内设置PWM载波频率。

设置方式可采用多档步进设置键来实现。

(2)提高占空比的调节精度至0.1%，即占空比的调节范围为0.1%~99.9%。

(3)扩展一低通滤波器，滤除PWM的交流分量，留下直流分量测量其大小，并比较其直流分量与占空比之间的关系。

5.训练过程(1)课前学生依照任务书自行预习。

(2)4个课内计划教学学时，先简要讲解并演示，后由学生验证与测试。

可以安排在一次连续的时间单元内完成。

(3)分散教学时，要求写出实验报告，在下次实验时上交。

任务七 8155并行接口功能设计1.任务目的(1)掌握8155并行接口的功能及其使用方法。

(2)掌握8155基本功能的VerilogHDL设计方法。

2.实验内容(1)参考EDP实验箱的综合测试例程，熟悉8155的使用方法以及在EDP实验系统中所承担的功能。

(2)使用VerilogHDL，编写8155模块的功能仿真代码。

(3)实现对8155模块的透明替换，即使用EDP-CPLD模块取代EDP实验箱上。