燕山大學 課課 程程 設設 計計 說說 明明 書書 題目 題目 電子路標二電子路標二 學院 系 學院 系 電氣工程學院電氣工程學院 年級專業 年級專業 應用電子技術四班應用電子技術四班 學學 號 號 080103030185080103030185 學生姓名 學生姓名 李明華李明華 指導教師 指導教師 呂宏詩呂宏詩 張強張強 教師職稱 教師職稱 實驗師實驗師 燕 山 大 學 課 程 設 計 說 明 書 共 20 頁第 1 頁 燕山大學課程設計 論文 任務書燕山大學課程設計 論文 任務書 院 系 電氣工程學院 基層教學單位 電子實驗中心 學 號 080103030185 學生姓名李明華專業 班級 08 應電四班 設計題目電子路標二 設 計 技 術 參 數 在雙色點陣上顯示電子路標 指示人物 電子路標能夠行走和停止 用不同顏色表示 設 計 要 求 用雙色點陣發光管顯示電子路標 用頻率組模塊作為頻率信號發生器 工 作 量 學會使用 Max PlusII 軟件 Verilog HDL 語言和實驗箱 獨立完成電路設計 編程下載 連接電路和調試 參加答辯并書寫任務書 工 作 計 劃 1 了解 EDA 的基本知識 學習使用軟件 Max PlusII 下發任務書 開始電 路設計 2 學習 Verilog HDL 語言 用 Verilog HDL 進行程序設計 3 學習使用實驗箱 繼續電路設計 4 完成電路設計 5 編程下載 連接電路 調試和驗收 6 答辯并書寫任務書 參 考 資 料 數字電子技術基礎 閻石主編 高等教育出版社 EDA 課程設計 A 指導書 鄭兆兆等編 指導教師簽字 呂宏詩 張強基層教學單位主任簽字金海龍 2011 年 1 月 14 日 燕 山 大 學 課 程 設 計 說 明 書 共 20 頁第 2 頁 目 錄 第 1 章 設明說明 3 第 2 章 verilog HDL設計源程序 5 第 3 章 波形仿真 13 第 4 章 管腳鎖定及硬件連線 16 第 5 章 總結 18 第 6 章 參考文獻 19 燕 山 大 學 課 程 設 計 說 明 書 共 20 頁第 3 頁 第第 1 1 章章 設計說明設計說明 1 11 1 設計思路設計思路 本設計 電子路標二 實現在雙色 8 8 點陣上顯示電子路標 指示人物 人物能 夠行走和停止 行走時人物呈綠色 停止時人物呈紅色 具體顯示效果見下圖 1 1 a 1 1 b 1 1 c 三圖 也可以加入橙燈閃動作為緩沖 1 1 a 1 1 b 1 1 c 要實現人物的 行走 需要兩幅畫面交替循環顯示 即圖 1 1 a 圖 1 1 b 兩幅圖 停 止狀態人物畫面需要顯示較長時間 可以通過自身循環顯示實現 在本設計中使用了頻率組模塊作為頻率信號發生器 本設計采用了兩個頻率 即低頻率 組中的 2Hz 和低頻率組中的 256Hz 2Hz 頻率用來進行畫面的切換 即人物行走時圖 1 1 a 和圖 1 1 b 畫面的交替循環顯示和人物停止時圖 1 1 c 畫面自身的循環顯示 8 8 點陣一次只能點亮一行或一列 為了使人感覺各行或各列是同時點亮 需要較 高頻率的掃描 256Hz 的頻率信號就是掃描信號 在本次設計中采用逐行掃描 因為點 陣是行共陰 列共陽 所以逐行掃描采用每個鐘上升沿點亮一行 依次循環點亮各行 即各行依次循環置 0 各列輸出顯示的圖形 燕 山 大 學 課 程 設 計 說 明 書 共 20 頁第 4 頁 1 21 2 模塊介紹模塊介紹 本次設計只采用了一個模塊來實現設計的要求 其中 clk1 clk2 為輸入端口 row 是一個八位輸出端口 lineg 為一個六位輸出端口 liner 為一個四位輸出端口 在模塊中設置了變量 j 用來對時鐘脈沖 clk1 時鐘脈沖進行計數 j 0 時輸出顯示 圖 1 1 a 的畫面 j 1 時輸出顯示圖 1 1 b 的畫面 j 2 時輸出顯示圖 1 1 a 的畫面 j 3 時輸出顯示圖 1 1 b 的畫面 這樣可以實現人物的行走狀態 j 4 5 6 7 時輸出顯 示圖 1 1 c 的畫面 這樣可以實現人物的停止狀態 在 j 7 的下一個 clk1 的時鐘上升 沿 j 的值被重新置 0 這樣就可以實現行走和停止兩種狀態的交替顯示 通過更改 clk1 的輸入時鐘頻率還可以變化交替間隔時間 模塊中的另一個時鐘信號 clk2 用來實現逐行掃描 通過如下語句實現一個畫面的 顯示 if j 0 begin case a 顯示圖 1 1 b 所示圖形 0 begin row 8 b11111110 lineg 6 b001100 liner 4 b0000 end 1 begin row 8 b11111101 lineg 6 b001100 liner 4 b0000 end 2 begin row 8 b11111011 lineg 6 b001100 liner 4 b0000 end 3 begin row 8 b11110111 lineg 6 b001100 liner 4 b0000 end 4 begin row 8 b11101111 lineg 6 b001100 liner 4 b0000 end 5 begin row 8 b11011111 lineg 6 b001100 liner 4 b0000 end 6 begin row 8 b10111111 lineg 6 b001100 liner 4 b0000 end 7 begin row 8 b01111111 lineg 6 b001100 liner 4 b0000 end endcase a a 1 if a 7 begin a 0 end end end 其中的變量 a 對 clk2 進行計數 每個 clk2 的上升沿 a 的值加 1 通過 case 語句輸 出顯示一行 a 的值大于 7 時被重新置 0 從而實現逐行掃描 由于要求實現雙色顯示 所以用到兩個輸出 lineg 和 liner 分別接綠色和紅色二 極管陽極端口 模塊中在點亮一種顏色的二極管時封鎖另一色二極管 從而避免出現色 彩顯示的錯誤 燕 山 大 學 課 程 設 計 說 明 書 共 20 頁第 5 頁 第第 2 章章 Verilog HDL 設計源程序設計源程序 本次課程設計的 Verilog HDL 源程序如下 module lubiao clk1 clk2 lineg liner row output lineg liner row input clk1 clk2 reg 7 0 row reg 6 1 lineg reg 5 2 liner reg 2 0 a b c d e reg 3 0 j always posedge clk1 變量 j 從 0 到 6 循環 begin j j 1 if j 7 begin j 0 end end always posedge clk2 begin if j 0 j 0 時顯示圖 1 1 a 所示圖形 begin case a 0 begin row 8 b11111110 lineg 6 b001100 liner 4 b0000 end 1 begin row 8 b11111101 lineg 6 b001100 liner 4 b0000 end 2 begin row 8 b11111011 lineg 6 b001100 liner 4 b0000 end 3 begin row 8 b11110111 lineg 6 b001100 liner 4 b0000 end 4 begin row 8 b11101111 lineg 6 b001100 liner 4 b0000 end 5 begin row 8 b11011111 lineg 6 b001100 liner 4 b0000 end 6 begin row 8 b10111111 lineg 6 b001100 liner 4 b0000 end 7 begin row 8 b01111111 lineg 6 b001100 liner 4 b0000 end endcase a a 1 if a 7 begin a 0 end end else if j 1 j 1 時顯示圖 1 1 b 所示圖形 begin case b 燕 山 大 學 課 程 設 計 說 明 書 共 20 頁第 6 頁 0 begin row 8 b11111110 lineg 6 b001100 liner 4 b0000 end 1 begin row 8 b11111101 lineg 6 b001100 liner 4 b0000 end 2 begin row 8 b11111011 lineg 6 b011110 liner 4 b0000 end 3 begin row 8 b11110111 lineg 6 b101101 liner 4 b0000 end 4 begin row 8 b11101111 lineg 6 b001100 liner 4 b0000 end 5 begin row 8 b11011111 lineg 6 b001110 liner 4 b0000 end 6 begin row 8 b10111111 lineg 6 b010010 liner 4 b0000 end 7 begin row 8 b01111111 lineg 6 b100010 liner 4 b0000 end endcase b b 1 if b 7 begin b 0 end end else if j 2 j 2 時顯示圖 1 1 a 所示圖形 begin case c 0 begin row 8 b11111110 lineg 6 b001100 liner 4 b0000 end 1 begin row 8 b11111101 lineg 6 b001100 liner 4 b0000 end 2 begin row 8 b11111011 lineg 6 b001100 liner 4 b0000 end 3 begin row 8 b11110111 lineg 6 b001100 liner 4 b0000 end 4 begin row 8 b11101111 lineg 6 b001100 liner 4 b0000 end 5 begin row 8 b11011111 lineg 6 b001100 liner 4 b0000 end 6 begin row 8 b10111111 lineg 6 b001100 liner 4 b0000 end 7 begin row 8 b01111111 lineg 6 b001100 liner 4 b0000 end endcase c c 1 if c 7 begin c 0 end end else if j 3 j 3 時顯示圖 1 1 b 所示圖形 begin case d 0 begin row 8 b11111110 lineg 6 b001100 liner 4 b0000 end 1 begin row 8 b11111101 lineg 6 b001100 liner 4 b0000 end 2 begin row 8 b11111011 lineg 6 b011110 liner 4 b0000 end 3 begin row 8 b11110111 lineg 6 b101101 liner 4 b0000 end 4 begin row 8 b11101111 lineg 6 b001100 liner 4 b0000 end 5 begin row 8 b11011111 lineg 6 b001110 liner 4 b0000 end 6 begin row 8 b10111111 lineg 6 b010010 liner 4 b0000 end 燕 山 大 學 課 程 設 計 說 明 書 共 20 頁第 7 頁 7 begin row 8 b01111111 lineg 6 b100010 liner 4 b0000 end endcase d d 1 if d 7 begin d 0 end end else begin case e j 4 5 6 7 時都顯示圖 1 1 c 所示圖形 0 begin row 8 b11111110 liner 4 b0110 lineg 6 b000000 end 1 begin row 8 b11111101 liner 4 b0110 lineg 6 b000000 end 2 begin row 8 b11111011 liner 4 b1111 lineg 6 b000000 end 3 begin row 8 b11110111 liner 4 b1111 lineg 6 b000000 end 4 begin row 8 b11101111 liner 4 b1111 lineg 6 b000000 end 5 begin row 8 b11011111 liner 4 b0110 lineg 6 b000000 end 6 begin row 8 b10111111 liner 4 b0110 lineg 6 b000000 end 7 begin row 8 b01111111 liner 4 b0110 lineg 6 b000000 end endcase e e 1 if e 7 begin e 0 end end end endmodule 附 后來又加入了橙色人形閃動的畫面 擴展后的源程序為 module lubiao clk1 clk2 lineg liner row output lineg liner row input clk1 clk2 reg 7 0 row reg 6 1 lineg reg 5 2 liner reg 2 0 a b c d e f g h m n o reg 3 0 j always posedge clk1 begin j j 1 if j 13 begin 燕 山 大 學 課 程 設 計 說 明 書 共 20 頁第 8 頁 j 0 end end always posedge clk2 begin if j 0 begin case a 0 begin row 8 b11111110 liner 4 b0110 lineg 6 b001100 end 1 begin row 8 b11111101 liner 4 b0110 lineg 6 b001100 end 2 begin row 8 b11111011 liner 4 b1111 lineg 6 b011110 end 3 begin row 8 b11110111 liner 4 b1111 lineg 6 b011110 end 4 begin row 8 b11101111 liner 4 b1111 lineg 6 b011110 end 5 begin row 8 b11011111 liner 4 b0110 lineg 6 b001100 end 6 begin row 8 b10111111 liner 4 b0110 lineg 6 b001100 end 7 begin row 8 b01111111 liner 4 b0110 lineg 6 b001100 end endcase a a 1 if a 7 begin a 0 end end else if j 1 begin case b 0 begin row 8 b11111110 liner 4 b0000 lineg 6 b000000 end 1 begin row 8 b11111101 liner 4 b0000 lineg 6 b000000 end 2 begin row 8 b11111011 liner 4 b0000 lineg 6 b000000 end 3 begin row 8 b11110111 liner 4 b0000 lineg 6 b000000 end 4 begin row 8 b11101111 liner 4 b0000 lineg 6 b000000 end 5 begin row 8 b11011111 liner 4 b0000 lineg 6 b000000 end 6 begin row 8 b10111111 liner 4 b0000 lineg 6 b000000 end 7 begin row 8 b01111111 liner 4 b0000 lineg 6 b000000 end endcase b b 1 if b 7 begin b 0 end end else if j 2 begin 燕 山 大 學 課 程 設 計 說 明 書 共 20 頁第 9 頁 case c 0 begin row 8 b11111110 liner 4 b0110 lineg 6 b001100 end 1 begin row 8 b11111101 liner 4 b0110 lineg 6 b001100 end 2 begin row 8 b11111011 liner 4 b1111 lineg 6 b011110 end 3 begin row 8 b11110111 liner 4 b1111 lineg 6 b011110 end 4 begin row 8 b11101111 liner 4 b1111 lineg 6 b011110 end 5 begin row 8 b11011111 liner 4 b0110 lineg 6 b001100 end 6 begin row 8 b10111111 liner 4 b0110 lineg 6 b001100 end 7 begin row 8 b01111111 liner 4 b0110 lineg 6 b001100 end endcase c c 1 if c 7 begin c 0 end end else if j 3 begin case d 0 begin row 8 b11111110 lineg 6 b001100 liner 4 b0000 end 1 begin row 8 b11111101 lineg 6 b001100 liner 4 b0000 end 2 begin row 8 b11111011 lineg 6 b001100 liner 4 b0000 end 3 begin row 8 b11110111 lineg 6 b001100 liner 4 b0000 end 4 begin row 8 b11101111 lineg 6 b001100 liner 4 b0000 end 5 begin row 8 b11011111 lineg 6 b001100 liner 4 b0000 end 6 begin row 8 b10111111 lineg 6 b001100 liner 4 b0000 end 7 begin row 8 b01111111 lineg 6 b001100 liner 4 b0000 end endcase d d 1 if d 7 begin d 0 end end else if j 4 begin case e 0 begin row 8 b11111110 lineg 6 b001100 liner 4 b0000 end 1 begin row 8 b11111101 lineg 6 b001100 liner 4 b0000 end 2 begin row 8 b11111011 lineg 6 b011110 liner 4 b0000 end 3 begin row 8 b11110111 lineg 6 b101101 liner 4 b0000 end 4 begin row 8 b11101111 lineg 6 b001100 liner 4 b0000 end 5 begin row 8 b11011111 lineg 6 b001110 liner 4 b0000 end 燕 山 大 學 課 程 設 計 說 明 書 共 20 頁第 10 頁 6 begin row 8 b10111111 lineg 6 b010010 liner 4 b0000 end 7 begin row 8 b01111111 lineg 6 b100010 liner 4 b0000 end endcase e e 1 if e 7 begin e 0 end end else if j 5 begin case f 0 begin row 8 b11111110 lineg 6 b001100 liner 4 b0000 end 1 begin row 8 b11111101 lineg 6 b001100 liner 4 b0000 end 2 begin row 8 b11111011 lineg 6 b001100 liner 4 b0000 end 3 begin row 8 b11110111 lineg 6 b001100 liner 4 b0000 end 4 begin row 8 b11101111 lineg 6 b001100 liner 4 b0000 end 5 begin row 8 b11011111 lineg 6 b001100 liner 4 b0000 end 6 begin row 8 b10111111 lineg 6 b001100 liner 4 b0000 end 7 begin row 8 b01111111 lineg 6 b001100 liner 4 b0000 end endcase f f 1 if f 7 begin f 0 end end else if j 6 begin case g 0 begin row 8 b11111110 lineg 6 b001100 liner 4 b0000 end 1 begin row 8 b11111101 lineg 6 b001100 liner 4 b0000 end 2 begin row 8 b11111011 lineg 6 b011110 liner 4 b0000 end 3 begin row 8 b11110111 lineg 6 b101101 liner 4 b0000 end 4 begin row 8 b11101111 lineg 6 b001100 liner 4 b0000 end 5 begin row 8 b11011111 lineg 6 b001110 liner 4 b0000 end 6 begin row 8 b10111111 lineg 6 b010010 liner 4 b0000 end 7 begin row 8 b01111111 lineg 6 b100010 liner 4 b0000 end endcase g g 1 if g 7 begin g 0 end end 燕 山 大 學 課 程 設 計 說 明 書 共 20 頁第 11 頁 else if j 7 begin case h 0 begin row 8 b11111110 liner 4 b0110 lineg 6 b001100 end 1 begin row 8 b11111101 liner 4 b0110 lineg 6 b001100 end 2 begin row 8 b11111011 liner 4 b1111 lineg 6 b011110 end 3 begin row 8 b11110111 liner 4 b1111 lineg 6 b011110 end 4 begin row 8 b11101111 liner 4 b1111 lineg 6 b011110 end 5 begin row 8 b11011111 liner 4 b0110 lineg 6 b001100 end 6 begin row 8 b10111111 liner 4 b0110 lineg 6 b001100 end 7 begin row 8 b01111111 liner 4 b0110 lineg 6 b001100 end endcase h h 1 if h 7 begin h 0 end end else if j 8 begin case m 0 begin row 8 b11111110 liner 4 b0000 lineg 6 b000000 end 1 begin row 8 b11111101 liner 4 b0000 lineg 6 b000000 end 2 begin row 8 b11111011 liner 4 b0000 lineg 6 b000000 end 3 begin row 8 b11110111 liner 4 b0000 lineg 6 b000000 end 4 begin row 8 b11101111 liner 4 b0000 lineg 6 b000000 end 5 begin row 8 b11011111 liner 4 b0000 lineg 6 b000000 end 6 begin row 8 b10111111 liner 4 b0000 lineg 6 b000000 end 7 begin row 8 b01111111 liner 4 b0000 lineg 6 b000000 end endcase m m 1 if m 7 begin m 0 end end else if j 9 begin case n 0 begin row 8 b11111110 liner 4 b0110 lineg 6 b001100 end 1 begin row 8 b11111101 liner 4 b0110 lineg 6 b001100 end 2 begin row 8 b11111011 liner 4 b1111 lineg 6 b011110 end 3 begin row 8 b11110111 liner 4 b1111 lineg 6 b011110 end 燕 山 大 學 課 程 設 計 說 明 書 共 20 頁第 12 頁 4 begin row 8 b11101111 liner 4 b1111 lineg 6 b011110 end 5 begin row 8 b11011111 liner 4 b0110 lineg 6 b001100 end 6 begin row 8 b10111111 liner 4 b0110 lineg 6 b001100 end 7 begin row 8 b01111111 liner 4 b0110 lineg 6 b001100 end endcase n n 1 if n 7 begin n 0 end end else begin case o 0 begin row 8 b11111110 liner 4 b0110 lineg 6 b000000 end 1 begin row 8 b11111101 liner 4 b0110 lineg 6 b000000 end 2 begin row 8 b11111011 liner 4 b1111 lineg 6 b000000 end 3 begin row 8 b11110111 liner 4 b1111 lineg 6 b000000 end 4 begin row 8 b11101111 liner 4 b1111 lineg 6 b000000 end 5 begin row 8 b11011111 liner 4 b0110 lineg 6 b000000 end 6 begin row 8 b10111111 liner 4 b0110 lineg 6 b000000 end 7 begin row 8 b01111111 liner 4 b0110 lineg 6 b000000 end endcase o o 1 if o 7 begin o 0 end end end endmodule 燕 山 大 學 課 程 設 計 說 明 書 共 20 頁第 13 頁 第第 3 章章 波形仿真波形仿真 波形的各仿真圖如下 1 下圖顯示的是 clk1 脈沖沒有變化時圖 1 1 a 的逐行掃描的輸入輸出管腳的波形仿 真圖 圖 1 21 2 下圖是 j1 j7 循環變化的圖 圖 1 22 燕 山 大 學 課 程 設 計 說 明 書 共 20 頁第 14 頁 3 下圖是 1 1 c 的仿真波形 圖 1 23 4 下圖是 1 1 a 和 1 1 b 的仿真波形 圖 1 24 5 1 a 1 1 b 和 1 1 c 循環的波形 燕 山 大 學 課 程 設 計 說 明 書 共 20 頁第 15 頁 圖 1 25 第第 4 4 章章 管腳鎖定及硬件連線管腳鎖定及硬件連線 燕 山 大 學 課 程 設 計 說 明 書 共 20 頁第 16 頁 4 14 1 管腳鎖定管腳鎖定 clk1 鎖定為 Input pin7 clk2 鎖定為 input pin8 lineg1 鎖定為 output pin93 lineg2 鎖定為 output pin90 lineg3 鎖定為 output pin88 lineg4 鎖定為 output pin86 lineg5 鎖定為 output pin83 lineg6 鎖定為 output pin75 liner2 鎖定為 output pin85 liner3 鎖定為 output pin87 liner4 鎖定為 output pin89 liner5 鎖定為 output pin92 row0 鎖定為 output pin198 row1 鎖定為 output pin196 row2 鎖定為 output pin193 row3 鎖定為 output pin191 row4 鎖定為 output pin189 row5 鎖