福建农林大学计算机与信息学院信息工程类实验报告2013年11 月13 日实验项目列表福建农林大学计算机与信息学院信息工程类实验报告系：电子信息工程系专业：电子信息工程年级： 2010级姓名：学号：实验课程： VHDL数字系统设计实验室号：__ 田C407 实验设备号： 07 实验时间： 11.12 指导教师签字：成绩：实验一数控分频器的设计1．实验目的和要求学习数控分频器的设计、分析和测试方法。
2．实验原理信号有不同的分频比，数控分频器就是用计数值可并行预置的加法计数器设计完成的，方法是将计数溢出位与预置数加载输入信号相接即可，详细设计程序如例1所示。
数控分频器的仿真波形如图1所示：输入不同的CLK频率和预置值D，给出如图1的时序波形。
100.0μs200.0μs300.0μs400.0μs图1 当给出不同输入值D时，FOUT输出不同频率(CLK周期=50ns)3．主要仪器设备（实验用的软硬件环境）实验的硬件环境是：微机一台GW48 EDA实验开发系统一套电源线一根十芯JTAG口线一根USB下载线一根USB下载器一个示波器实验的软件环境是：Quartus II 9.0软件4．操作方法与实验步骤（1）创建工程，并命名位test。
（2）打开QuartusII,建立VHDL文件，并输入设计程序。
保存为DVF.（3）选择目标器件。
Acex1k—EP1K100QC208-3。
（4）启动编译。
（5）建立仿真波形图。
（6）仿真测试和波形分析。
（7）引脚锁定编译。
（8）编程下载。
（9）硬件测试5．实验内容及实验数据记录在实验系统上硬件验证例5-20的功能。
可选实验电路模式1（第一章图4）；键2/键1负责输入8位预置数D(PIO7-PIO0)；CLK由clock0输入，频率选65536Hz 或更高(确保分频后落在音频范围)；输出FOUT接扬声器(SPKER)。
编译下载后进行硬件测试：改变键2/键1的输入值，可听到不同音调的声音。
6．实验数据处理与分析1）实验代码【例1】LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY DVF ISPORT ( CLK : IN STD_LOGIC;D : IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);FOUT : OUT STD_LOGIC );END;ARCHITECTURE one OF DVF ISSIGNAL FULL : STD_LOGIC;BEGINP_REG: PROCESS(CLK)VARIABLE CNT8 : STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);BEGINIF CLK'EVENT AND CLK = '1' THENIF CNT8 = "11111111" THENCNT8 := D; --当CNT8计数计满时，输入数据D被同步预置给计数器CNT8 FULL <= '1'; --同时使溢出标志信号FULL输出为高电平ELSE CNT8 := CNT8 + 1; --否则继续作加1计数FULL <= '0'; --且输出溢出标志信号FULL为低电平END IF;END IF;END PROCESS P_REG ;P_DIV: PROCESS(FULL)VARIABLE CNT2 : STD_LOGIC;BEGINIF FULL'EVENT AND FULL = '1' THENCNT2 := NOT CNT2; --如果溢出标志信号FULL为高电平，D触发器输出取反IF CNT2 = '1' THEN FOUT <= '1'; ELSE FOUT <= '0';END IF;END IF;END PROCESS P_DIV ;END;2.）实验仿真2.1输入代码2.2编译测试2.3引脚锁定2.4软件仿真结果2.5VHDL文本输入法时序仿真波形●错误波形●调试后得到正确波形3）硬件相关部分的测试2）硬件测试结果可以听到不同的蜂鸣器声音，改变CLK 的选择项可以变换声音的频率。
7．质疑、建议、问题讨论通过本次实验我学会了数控分频器的设计、分析和测试方法，但同时实验中还存在一些问题没有解决，如为什么数码管显示的数值是怎么说的，这个在实验中并没有做出进一步的理解与解决；以及对时钟频率影响在程序中的体现都有了进一步的理解，通过实验结果更加理解了实验程序中是如何通过改变蜂鸣器的音调来体现数控分频的，理解了分频的概念。
福建农林大学计算机与信息学院信息工程类实验报告系：电子信息工程系专业：电子信息工程年级： 2010级姓名：学号：实验课程： VHDL数字系统设计实验室号：__ 田C407 实验设备号： 07 实验时间： 11.12 指导教师签字：成绩：实验二嵌入式锁相环PLL应用1．实验目的和要求学习使用Cyclone器件中的嵌入式锁相环，为以后的设计作准备。
2．实验原理锁相环路（PLL）亦称自动相位控制（APC）电路，它是一种利用相位误差消除频率误差的反馈控制系统。
如图1所示，由鉴相器（相位比较器）、环路滤波器（低通滤波器）和压控振荡器三个基本部件组成。
3．主要仪器设备（实验用的软硬件环境）实验的硬件环境是：微机一台GW48 EDA实验开发系统一套电源线一根十芯JTAG口线一根USB下载线一根USB下载器一个示波器实验的软件环境是：Quartus II 9.0软件4．操作方法与实验步骤1.打开QuartusII,创建一新工程，工程名称为PLLs，顶层实体名为GW_PLL。
2.建立PLL模块3.创建顶层文件并仿真PLL模块4.实测PLL模块5．实验内容及实验数据记录调用PLL的LPM模块创建GW_PLL.vhd的顶层文件编译并仿真。
修改PLL 的输出频率，再次编译仿真。
步骤如下：（一）建立PLL模块1、首先创建一新工程，工程名称为PLLs，顶层实体名为GW_PLL。
2、在QuartusII的Tools菜单中选择MegaWizard Plug-In Manager，对弹出的界面选择Create a new custom…项，定制一个新的模块。
在弹出的对话框，在左栏选择I/O项下的ALTPLL，再选Cyclone器件和VHDL语言方式，最后输入设计文件存放的路径和文件名，如d:\PLLs\PLL50.vhd。
单击Next按钮后弹出图1 所示的窗口。
2、在图1 所示窗口中首先设置参考时钟频率inclk0为50MHz，注意，这个时钟频率不能低于16MHz，接着在图1所示的窗口中选择锁相环的工作模式（选择内部反馈通道的通用模式）。
单击Next按钮后即进入图2所示的窗口。
在此窗口主要选择PLL的控制信号，如PLL的使能控制pllena；异步复位areset；锁相输出locked等。
为了简便，在此消去所有控制信号。
选择第一个输出时钟信号c0相对于输入时钟的倍频因子是2，图3所示的窗口中选中Use this c1，即选择另一输出时钟端c1,相对输入时钟的倍频因子是1/2，时钟相移和时钟占空比不变，保持原来默认的数据。
4、连续点击“Next”完成设计。
（二）创建顶层文件并仿真PLL模块（参考《EDA技术与VHDL》第7章）下例是调用了锁相环PLL50模块的顶层设计文件，,顶层文件用VHDL编写，保存为GW_PLL.vhd，用set as top level Entity设为顶层文件编译并仿真。
图 1 选择参考时钟为50MHz（输入频率不能小于16MHz）图 2 选择控制信号图 3 选择输出频率为75MHz图 4 修改输出频率选择（三）实测PLL模块对于工程GW_PLL，选择器件为EP1C3TC144，锁相环的频率输入端只能是pin16和pin17脚，在此不仿锁在pin17上，恰好对应实验箱的clock2（clock5对应pin16），所以在实验中要用一短线将Clock0的50MHz信号引接到clock5的输入端（要拔去其上的短路帽，引过来的短线接靠左排上任一针上），输出可锁定于任何一I/O口上。
在此锁在GW48箱上右排座下端的标有“IO26”上，它对应pin67。
编译后下载，用频率计测试此端的频率输出，应该为75MHz。
6．实验数据处理与分析1.实验代码LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY GW_PLL ISPORT (CLK0 : IN STD_LOGIC;FOUT0 : OUT STD_LOGIC );END GW_PLL;ARCHITECTURE behav OF GW_PLL ISCOMPONENT PLL50PORT(inclk0 : IN STD_LOGIC := '0';c0 : OUT STD_LOGIC );END COMPONENT;BEGINu1 : PLL50 PORT MAP(inclk0=>CLK0,c0=>FOUT0);END behav;2.实验测试设计同时输出3个不同频率的PLL模块。
波形如图17.4仿真波形图：图17.4 选择输出频率为75MHz7．质疑、建议、问题讨论通过本次实验，学会了如何建立模块，如何创建顶层文件以及对模块的仿真，虽然对PLL的相关知识了解的不多，但通过此次实验初步了解了什么是PLL 以及相关的一些设置和操作，但在实践中明显还很是生疏，有待进一步的练习与实践；实验中也要特别注意时钟频率的设置以及一些细节方面，从而减少犯错的机会。
福建农林大学计算机与信息学院信息工程类实验报告系：电子信息工程系专业：电子信息工程年级： 2010级姓名：学号：实验课程： VHDL数字系统设计实验室号：田C407 实验设备号： 07 实验时间： 11.12 指导教师签字：成绩：实验三正弦信号发生器1．实验目的和要求进一步熟悉QuartusII及其LPM_ROM与FPGA硬件资源的使用方法。
2．实验原理正弦信号发生器由三部分组成：数据计数器或地址发生器、数据ROM和D/A。
顶层文件SINGT.VHD在FPGA中实现，包含两部分：ROM的地址发生器由5位计数器担任，正弦数据存储器ROM由LPM_ROM构成。
该结构可以达到最优设计，LPM_ROM底层是FPGA中的EAB或ESB等。
对每周期的正弦波形采样64个点，地址发生器的时钟CLK的输入频率f0与D/A输出的频率f间的关系是f=f0/64。
3．主要仪器设备（实验用的软硬件环境）实验的硬件环境是：微机一台GW48 EDA实验开发系统一套电源线一根十芯JTAG口线一根USB下载线一根USB下载器一个示波器实验的软件环境是：Quartus II 9.0软件4．操作方法与实验步骤根据例1，在Quartus II上完成正弦信号发生器设计，包括仿真和资源利用情况了解（假设利用Cyclone器件）。