FPGA实验及基本程序汇总(Verilog)
一、填空题：
1、 FPGA结构一般分为三部分：可编程逻辑块（CLB）、可编程I/O模块和可编程内部连线。
2、 CPLD的内部连线为连续式布线互连结构，任意一对输入、输出端之间的延时是固定；FPGA的内部连线为分段式布线互连结构，各功能单元间的延时不定(不可预测)。
3、大规模可编程器件主要有CPLD和FPGA两类，其中CPLD通过可编程乘积项逻辑实现其逻辑功能。基于SRAM的FPGA器件，每次上电后必须进行一次配置。FPGA内部阵列的配置一般采用在电路可重构技术，编程数据保存在静态存储器(SRAM) ，掉电易失。
4、目前世界上有十几家生产CPLD/FPGA的公司，最大的两家是：Altera，Xilinx。
5、硬件描述语言(HDL)是EDA技术的重要组成部分，是电子系统硬件行为描述、结构描述、数据流描述的语言，它的种类很多，如VHDL、Verilog HDL、AHDL
6、 WHEN_ELSE条件信号赋值语句和 IF_ELSE顺序语句的异同：
* WHEN_ELSE条件信号赋值语句中无标点，只有最后有分号；必须成对出现；是并行语句，必须放在结构体中。
* IF_ELSE顺序语句中有分号；是顺序语句，必须放在进程中
7、可编程逻辑器件设计输入有原理图输入、硬件描述语言输入和波形输入三种方式。原理图输入方式是一种最直接的设计描述方式，波形设计输入适用于时序逻辑和有重复性的逻辑函数。
硬件描述语言的突出优点是：
* 语言与工艺的无关性；语言的公开可利用性，便于实现大规模系统的设计；
* 具有很强逻辑描述和仿真功能，而且输入效率高，在不同设计输入库之间的转换非常方便，用不着对底层的电路和PLD结构的熟悉。
8、用VHDL/Veilog HDL语言开发可编程逻辑电路的完整流程：文本编辑→功能仿真→逻辑综合→布局布线→时序仿真。
*所谓综合，就是根据设计功能和实现该设计的约束条件(如面积、速度、功耗和成本等)，将设计输入转换成满足要求的电路设计方案，该方案必须同时满足与其的功能和约束条件。综合的过程也是设计目标的优化过程，其目的是将多个模块化设计文件合并为一个网表文件，供布局布线使用，网表中包含了目标器件中的逻辑单元和互连的信息。
*布局布线就是根据设计者指定的约束条件(如面积、延时、时钟等)、目标器件的结构资源和工艺特性，以最优的方式对逻辑元件布局，并准确地实现元件间的互连，完成实现方案(网表)到使实际目标器件(FPGA或CPLD)的变换。
9、基于EDA软件的FPGA / CPLD设计流程为：原理图/HDL文本输入→功能仿真→综合→适配→时序仿真→编程下载→硬件测试。
* 综合是EDA设计的关键步骤，综合就是将电路的高级语言转换成低级的，可与FPGA/CPLD相映射的功能网表文件。为实现系统的速度、面积、性能的要求，需要对综合加以约束，称为综合约束。
10、构成一个完整的VHDL语言程序的五个基本结构：
实体(ENTITY)、结构体(ARCHITECURE)、配置(CONFIGURATION) 、库(LIBRARY) 、程序包 (PACKAGE) 。
*实体的由实体说明和结构体两部分组成。实体说明部分用于描述所设计系统的外部端口信号和参数的属性和设置，而结构体部分则定义了设计单元的具体功能、行为、数据流程或内部结构。
*结构体的三种描述方式，即行为级描述、数据流级描述和结构级描述。
*结构体通常由结构体名称、定义语句和并行处理语句构成。
*程序包用于存放各设计模块能共享的数据类型、常数、子程序等。
*库用于存放已编译的实体、结构体、程序包和配置，可以通过其目录进行查询和调用。在VHDL语言中，可以存在多个不同的库，但是库与库之间是独立的，不能互相嵌套。它可由用户生成或由ASIC芯片制造商提供，以便于在设计中为大家所共享。
*库用于存放已编译的实体、结构体、程序包和配置，可以通过其目录进行查询和调用。在VHDL语言中，可以存在多个不同的库，但是库与库之间是独立的，不能互相嵌套。它可由用户生成或由ASIC芯片制造商提供，以便于在设计中为大家所共享。
常用库：
(1)IEEE库：IEEE库主要包括std_logic_1164、numeric_bit、numeric_std等程序包，还有一些程序包非IEEE标准，但并入IEEE库，如std_logic_arich、std_logic_unsigned、std_logic_signed。使用IEEE程序包，必须声明。
(2) std库：包含 standard textio程序包。Std库符合IEEE标准，应用中不必声明。
(3) work库：用户的VHDL设计先行工作库。
(4) vital 库：包含时序程序包vital_timing和vital_primitives。设计开发过程通常不用，每个设计实体都必须有各自完整的库说明语句和use语句。Use语句的使用将使说明的程序包对本设计实体部分全部开放，即是可视的。
11、VHDL的数据对象包括常量(constant)、变量(varuable) 和信号(signal) ，它们是用来存放各种类型数据的容器。
12、在VHDL的端口声明语句中，端口方向包括 in 、out 、buffer 、inout、linkage 。“BUFFER”为缓冲端口，与OUT 类似，只是缓冲端口允许实体内部使用该端口信号，它可以用于输出，也可以用于端口信号的反馈。当一个结构体用“BUFFER”说明输出端口时，与其连接的另一个结构体的端口也要用BUFFER说明。以“LINKAGE”定义的端口不指定方向，无论哪个方向的信号都可以连接。
13、VHDL的PROCESS（进程）语句是由顺序语句组成的，但其本身却是并行语句。
14、VHDL的子程序有过程(PROCEDURE) 和函数(FUNCTION) 两种类型,具有可重载性特点。
15、图形文件的扩展名是 .bdf ；矢量波形文件的扩展名是 .vwf ；使用VHDL语言，文本设计文件的扩展名是 .vhd ；自建元件图形符号文件的扩展名.bsf；资源分配说明文件扩展名.qsf，用文本打开它可以修改引脚编号；逻辑综合会生成．edf 文件；双击.qpf文件可启动QuartusII并打开已有工程。
16、图形编辑中模块间的连线有三种形式：节点线、总线和管道线
17、Quartus编译器编译FPGA工程最终生产两种不同用途的文件，它们分别是.sof和.pof。sof是SRAM Object File，下载到FPGA中，断电丢失。pof是Programmer Object File，下载到配置芯片中，上电重新配置FPGA。
18、FPGA过程中的仿真有三种：行为仿真、逻辑仿真、时序仿真。
19、IP核在EDA技术和开发中占有很重要地位，提供VHDL硬件描述语言功能块，但不涉及实现该功能模块的具体电路的IP 核为软件IP。
二、名词解释，写出下列缩写的中文（或者英文）含义：
1. FPGA Field－Programmable Gate Array 现场可编程门阵列
2 VHDL Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）甚高速集成电路硬件描述语言
3 HDL Hardware Description Language硬件描述语言
5 CPLD Complex Programmable Logic Device复杂可编程逻辑器件
6PLD Programmable Logic Device 可编程逻辑器件7GAL generic array logic通用阵列逻辑
https://www.360docs.net/doc/651813547.html,B Logic Array Block逻辑阵列块9. CLB Configurable Logic Block 可配置逻辑模块
10 EAB Embedded Array Block 嵌入式阵列块11 SOPC System-on-a-Programmable-Chip 可编程片上系统
12. LUT Look-Up Table 查找表13. JTAG Joint Test Action Group 联合测试行为组织14. IP Intellectual Property 知识产权15 ASIC Application Specific Integrated Circuits 专用集成电路
16 ISP In System Programmable 在系统可编程17 ICR In Circuit Re-config 在电路可重构
18 RTL Register Transfer Level 寄存器传输级4EDA Electronic Design Automation 电子设计自动化
三、选择题：
1．基于VHDL设计的仿真包括有①门级时序仿真、②行为仿真、③功能仿真和④前端功能仿真这四种，按照自顶向下的设计流程，其先后顺序应该是：（D）
A．①②③④ B.②①④③ C．④③②① D．②④③①
2．执行Quartus II的( B )命令，可以检查设计电路错误。
A Create Default Symbol
B Compiler----编译
C Simulator ----时序仿真
D Timing Analyzer ---
时序分析
3.在设计输入完成后，应立即对设计文件进行（ C ）。
A编辑 B 编译 C 功能仿真 D时序仿真
4. 在VHDL中用（ C ）来把特定的结构体关联一个确定的实体，为一个大型系统的设计提供管理和进行工程组织。
A输入 B 输出 C综合 D配置
5电子系统设计优化，主要考虑提高资源利用率减少功耗（即面积优化）及提高运行速度(即速度优化)，下列方法( A )不属于面积优化。
A 流水线设计
B 资源共享
C 逻辑优化
D 串行化
6不完整地IF语句，其综合结果可实现（）
A 时序逻辑电路
B 组合逻辑电路
C 双向电路
D 三态控制电路
7．下面对利用原理图输入设计方法进行数字电路系统设计，那一种说法是不正确的（）。
A. 原理图输入设计方法直观便捷，但不适合完成较大规模的电路系统设计；
B. 原理图输入设计方法一般是一种自底向上的设计方法；
C. 原理图输入设计方法无法对电路进行功能描述；
D. 原理图输入设计方法也可进行层次化设计。
8．在VHDL语言中，下列对进程（PROCESS）语句的语句结构及语法规则的描述中，不正确的是（C）。
A. PROCESS为一无限循环语句；敏感信号发生更新时启动进程，执行完成后，等待下一次进程启动。
B. 敏感信号参数表中，不一定要列出进程中使用的所有输入信号；
C. 进程由说明部分、结构体部分、和敏感信号三部分组成；
D. 当前进程中声明的变量不可用于其他进程
9 IP核在EDA技术和开发中占有很重要的地位，提供VHDL硬件描述语言功能块，但不涉及实现该功能模块的具体电路的IP 核为( C )
A 硬件IP
B 固件IP
C 软件IP
D 都不是
10 综合是EDA设计的关键步骤，下面对综合的描述中错误的是（）
A 综合就是把抽象设计中的一种表示转换成另一种表示的过程。
B 综合就是将电路的高级语言转换成低级的，可与FPGA/CPLD相映射的功能网表文件。
C 为实现系统的速度、面积、性能的要求，需要对综合加以约束，称为综合约束。
D 综合可理解为一种映射过程，并且这种映射关系是唯一的，即综合结果是唯一的。
11大规模可编程器件主要有CPLD和FPGA两类，下面对FPGA结构与工作原理描述中，正确的是（C）
A FPGA全称为复杂可编程逻辑器件
B FPGA是基于乘积项结构的可编程逻辑器件。
C 基于SRAM的FPGA器件，每次上电后必须进行一次配置。
D 在Altera公司生产的器件中，MAX7000系列属于FPGA结构
12 大规模可编程器件主要有CPLD和FPGA两类，其中CPLD通过（A）实现其逻辑功能。
A 可编程乘积项逻辑；
B 查找表(LUT)
C 输入缓冲
D 输出缓冲
13 进程中的信号赋值语句，其信号更新是（C）
A 按顺序完成 B比变量更快完成 C 在进程最后完成 D 都不对
14 VHDL语言是一种结构化的语言，一个设计实体(电路模块)包括实体说明与结构体两部分，结构体描述（B）
A 器件的外部特性
B 器件的内部功能
C 器件的综合约束
D 器件外部特性与内部功能
15 关于VHDL的数字，请找出以下数字中最大的一个（A）
A 2#1111_1110#
B 8#276#
C 10#170#
D 16#E#E1
基于FPGA的Verilog HDL数字钟设计 -
基于FPGA的Verilog HDL数字钟设计 专业班级姓名学号 一、实验目的 1.掌握可编程逻辑器件的应用开发技术——设计输入、编译、仿真和器件编程； 2.熟悉一种EDA软件使用； 3.掌握Verilog设计方法； 4.掌握分模块分层次的设计方法； 5.用Verilog完成一个多功能数字钟设计; 6.学会FPGA的仿真。 二、实验要求 ?功能要求： 利用实验板设计实现一个能显示时分秒的多功能电子钟，基本功能： 1)准确计时，以数字形式显示时、分、秒，可通过按键选择当前显示时间范围模式； 2)计时时间范围00:00:00－23:59:59 3)可实现校正时间功能； 4)可通过实现时钟复位功能：00:00:00 扩展功能： 5)定时报：时间自定(不要求改变)，闹1分钟(1kHz)---利用板上LED或外接电路实现。 6)仿广播电台正点报时：XX:59:[51,53,55,57(500Hz);59(1kHz)] ---用板上LED或外接 7)报整点时数：XX:00:[00.5-XX.5](1kHz)，自动、手动---用板上LED或外接 8)手动输入校时； 9)手动输入定时闹钟； 10)万年历； 11)其他扩展功能； ?设计步骤与要求： 1)计算并说明采用Basys2实验板时钟50MHz实现系统功能的基本原理。 2)在Xilinx ISE13.1 软件中，利用层次化方法，设计实现模一百计数及显示的电路系 统，设计模块间的连接调用关系，编写并输入所设计的源程序文件。 3)对源程序进行编译及仿真分析（注意合理设置，以便能够在验证逻辑的基础上尽快 得出仿真结果）。 4)输入管脚约束文件，对设计项目进行编译与逻辑综合，生成下载所需.bit文件。 5)在Basys2实验板上下载所生成的.bit文件，观察验证所设计的电路功能。
研究生FPGA实验项目(LED显示及秒表计时器设计)
FPGA实验项目 实验一、LED译码显示实验 实验目的：1、掌握QuartusII6.0等EDA工具软件的基本使用； 2、熟悉VHDL硬件描述语言编程及其调试方法； 3、学习用FPGA控制LED电路实现显示器设计。 实验内容： 本实验目标是利用FPGA逻辑资源，编程设计实现一个LED显示控制器。实验器材为EDA实验箱，FPGA芯片型号为EPF10K20RC208-4。电路设计采用VHDL硬件描述语言编程实现，开发软件为QuartusII6.0。 7段数码显示译码器基本原理 在数字电路中，常常需要把运算结果用十进制数显示出来，这就要用显示译码器。 现以驱动七段发光二极管的二-十进制译码器为例说明显示译码器的设计原理，如图1.1。 图1.1 7段数码显示译码器的原理示意图 7段显示译码器实际上是一种代码变换器，它是将4位二进制码转换成7位代码，燃亮LED显示器a、b、c、d、e、f、g七段中的对应段，显示出十进制数的字型。 表2.1 7段显示译码器真值表（以共阴极数码管为例） 在EDA实验箱中验证这个项目，可用数据开关表示输入，用LED数码管表示输出。 实验步骤： 1、创建工程文件 先打开“我的电脑”，在E盘新建名为“fpga_lab1”文件夹。然后，利用QuartusII软件创建工程向导（New Project Wizard）创建一个新的工程。步骤如下： 1）打开QuartusII6.0软件界面，在“文件”菜单下选择“New Project Wizard”，点击“next”后弹出如下对话框
点选第一行右侧的“…”选择工程目录为“F:\ fpga_lab1”，在第二行输入项目名称：led_display，第三行默认把项目名设为顶层文件名，点击“next”，
Verilog编码风格
Verilog编码风格 嵌入式开发2010-05-03 15:28:13 阅读14 评论0 字号：大中小订阅 这是以前公司的对fpga代码编写的要求 良好代码编写风格的通则概括如下： （1）对所有的信号名、变量名和端口名都用小写，这样做是为了和业界的习惯保持一致；对常量名和用户定义的类型用大写； （2）使用有意义的信号名、端口名、函数名和参数名； （3）信号名长度不要太长； （4）对于时钟信号使用clk 作为信号名，如果设计中存在多个时钟，使用clk 作为时钟信号的前缀； （5）对来自同一驱动源的信号在不同的子模块中采用相同的名字，这要求在芯片总体设计时就定义好顶层子模块间连线的名字，端口和连接端口的信号尽可能采用相同的名字； （6）对于低电平有效的信号，应该以一个下划线跟一个小写字母b 或n 表示。注意在同一个设计中要使用同一个小写字母表示低电平有效； （7）对于复位信号使用rst 作为信号名，如果复位信号是低电平有效，建议使用rst_n； （8）当描述多比特总线时，使用一致的定义顺序，对于verilog 建议采用bus_signal[x:0]的表示； （9）尽量遵循业界已经习惯的一些约定。如*_r 表示寄存器输出，*_a 表示异步信号，*_pn 表示多周期路径第n 个周期使用的信号，*_nxt 表示锁存前的信号，*_z 表示三态信号等； （10）在源文件、批处理文件的开始应该包含一个文件头、文件头一般包含的内容如下例所示：文件名，作者，模块的实现功能概述和关键特性描述，文件创建和修改的记录，包括修改时间，修改的内容等； （11）使用适当的注释来解释所有的always 进程、函数、端口定义、信号含义、变量含义或信号组、变量组的意义等。注释应该放在它所注释的代码附近，要求简明扼要，只要足够说明设计意图即可，避免过于复杂； （12）每一行语句独立成行。尽管VHDL 和Verilog 都允许一行可以写多个语句，当时每个语句独立成行可以增加可读性和可维护性。同时保持每行小于或等于72 个字符，这样做都是为了提高代码得可读性； （13）建议采用缩进提高续行和嵌套语句得可读性。缩进一般采用两个空格，如西安交通大学SOC 设计中心 2 如果空格太多则在深层嵌套时限制行长。同时缩进避免使用TAB 键，这样可以避免不同机器TAB 键得设置不同限制代码得可移植能力； （14）在RTL 源码的设计中任何元素包括端口、信号、变量、函数、任务、模块等的命名都不能取Verilog 和VHDL 语言的关键字； （15）在进行模块的端口申明时，每行只申明一个端口，并建议采用以下顺序：
FPGA入门实验
艾米电子工作室—让开发变得更简单https://www.360docs.net/doc/651813547.html, FPGA 入门系列实验教程——点亮LED 1. 实验任务 点亮发光二极管。通过这个实验，熟悉并掌握CPLD/FPGA 开发软件Quartus II 的使用方法和开发流程以及Verilog HDL 的编程方法。 2. 实验环境 硬件实验环境为艾米电子工作室型号EP2C5T144 开发套件。 软件实验环境为Quartus II 8.1 开发软件。 3. 实验原理 FPGA 器件同单片机一样，为用户提供了许多灵活的独立的输入/输出I/O 口 （单元）。FPGA 每个I/O 口可以配置为输入、输出、双向、集电极开路和三态门等各种组态。作为输出口时，FPGA 的I/O 口可以吸收最大为24mA 的电流， 可以直接驱动发光二极管LED 等器件。图1. 1 为8 个发光二极管硬件原理图， 本原理图对应艾米电子工作室型号为EP2C5T144 FPGA 开发板及接口板。通过 原理图可知如果要点亮这八个LED，所以只要正确分配并锁定引脚后，在相应 的引脚上输出相应高电平“1”，就可实现点亮该发光二极管的功能。本工作室开 发板均采用输出“1”点亮LED 的模式，以后就不再另作说明。 图1. 1 发光二极管LED 硬件原理图 艾米电子工作室—让开发变得更简单https://www.360docs.net/doc/651813547.html, FPGA 入门系列实验教程——LED 闪烁灯 1. 实验任务 让实验板上的8 个LED 周期性的闪烁。通过这个实验，熟悉并掌握采用计数 与判断的方式来实现分频的Verilog HDL 的编程方法以及Quartus II 软件的使 用方法和开发流程。 2. 实验环境 硬件实验环境为艾米电子工作室型号EP2C8Q208 增强版开发套件。 软件实验环境为Quartus II 8.1 开发软件。 3. 实验原理 艾米电子工作室开发套件板载50MHz 的时钟源，假如我们直接把它输入到发光二极管LED，由于人眼的延迟性，我们将无法看到LED 闪烁，认为 它一直亮着。如果我们期望看到闪烁灯，就需要将时钟源的频率降低后再输
原创：VHDL verilog 互相调用的例子
给两个例子， 一个是VHDL做顶层调用verilog 一个是verilog 做顶层调用VHDL VHDL调用verilog： module sync_block #( parameter INITIALISE = 2'b00 ) ( input clk, // clock to be sync'ed to input data_in, // Data to be 'synced' output data_out // synced data ); //VHD entity dcm_reset is port( ref_reset : in std_logic; -- Synchronous reset in ref_clk domain ref_clk : in std_logic; -- Reliable reference clock of known frequency (125MHz) dcm_locked : in std_logic; -- The DCM locked signal dcm_reset : out std_logic -- The reset signal which should be connected to the DCM ); end dcm_reset; component sync_block port ( clk : in std_logic; -- clock to be sync'ed to data_in : in std_logic; -- Data to be 'synced' data_out : out std_logic -- synced data ); end component; dcm_locked_sync_tx : sync_block port map( clk => ref_clk, data_in => dcm_locked, data_out => dcm_locked_sync ); verilog调用VHDL：（目标还是上述VHDL模块） module gmii_if ( …… ）; dcm_reset rx_dcm_reset ( .ref_reset (tx_reset), .ref_clk (tx_clk),
(完整版)Verilog实现的基于FPGA的五层楼电梯运行控制逻辑毕业设计论文
五层楼电梯运行控制逻辑设计 摘要：电梯是高层建筑不可缺少的运输工具，用于垂直运送乘客和货物，传统的电梯控制系统主要采用继电器，接触器进行控制，其缺点是触点多，故障率高、可靠性差、维修工作量大等，本设计根据电梯自动控制的要求利用Verilog语言编写并完成系统设计，在利用软件仿真之后，下载到了FPGA上进行硬件仿真。FPGA（Field－Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了之前的可编程器件门电路数有限及速度上的缺点。 关键词：电梯控制FPGA Verilog软件设计硬件设计 在当今社会，随着城市建设的不断发展，高层建筑的不断增多，电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。目前电梯控制系统主要有三种控制方式：继电路控制系统（早期安装的电梯多位继电器控制系统），FPGACPLD [1] 的控制系统、微机控制系统。继电器控制系统由于故障率高、可靠性差、控制方式不灵活以及消耗功率大等缺点，目前已逐渐被淘汰，而微机控制系统虽在智能控制方面有较强的功能，但也存在抗扰性差，系统设计复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术等缺陷。而FPGACPLD控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强，设计和调试周期较短等优点 [2] ，倍受人们重视等优点，已经成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式，目前也广泛用于传
统继电器控制系统的技术改造。 随着现代化城市的高度发展，每天都有大量人流及物流需要输送，因此在实际工程应用中电梯的性能指标相当重要，主要体现在：可靠性，安全性，便捷快速性。电梯的可靠性非常重要，直接或间接的影响着人们的生产，生活，而电梯的故障主要表现在电力拖动控制系统中，因此要提高可靠性也要从电力拖动控制系统入手。 本次设计尝试用Verilog实现电梯控制器部分，进行了多层次的电梯控制，也进行了软件及硬件上的仿真验证，时序分析以保证设计的正确。在设计中先用软件进行模拟仿真，然后又下载到FPGA开发板上进行硬件仿真，以确保设计的正确性。 1电梯的设计分析 1.1 系统的需求分析及系统描述 设计一个电梯运行控器，该电梯有5层楼，设计的电梯调度算法满足提高服务质量、降低运行成本的原则；电梯的内部有一个控制面板,它负责按下请求到的楼层,并且显示当前尚未完成的目的地请求,当到达该楼层以后自动撤销本楼层的请求,即将面板灯熄灭；除1层和5层分别只有上和下按钮外，其余每个楼层（电梯门口旁）的召唤面板都有两个按钮，分别指示上楼和下楼请求。当按下后，对应按钮灯亮。如果电梯已经到达该楼层，按钮灯熄灭；电梯的外部面板会显示电梯当前所在的楼层,及上行还是下行(暂停显示刚才运行时的状态)；电梯向一个方向运行时，只对本方向前方的请求进行应答，直到本方向前方无请求时，才对反方向的请求进行应答。当前内部控制面板上有的请求,只要经过所在楼层均会立即响应.
基于FPGA的verilog的电子密码锁设计
一、概述 1.1 电子密码锁的现状 随着我国对外开放的不断深入，高档建筑发展很快，高档密码锁具市场的前景乐观。我国密码锁具行业对密码锁具高新技术的投入正逐年增大，高档密码锁的市场需求也逐年增加。在安防工程中，锁具产品是关系到整个系统安全性的重要设备，所以锁具产品的优劣也关系了整个安防工程的质量和验收。 目前，市场上比较先进的智能电子密码锁分别有：IC卡电子密码锁、射频卡式电子密码锁、红外遥控电子密码锁、指纹识别电子密码锁和瞳孔识别电子密码锁等。IC卡电子密码锁成本低，体积小，卡片本身无须电源等优点占领了一定的市场份额，但是由于有机械接触，会产生接触磨损，而且使用不太方便，在一定程度上限制了它的应用；射频卡式电子密码锁是非接触式电子密码锁，成本也不太高，体积跟IC卡密码锁相当，卡片使用感应电源，重量很轻，技术成熟，受到了广泛的欢迎，但是与IC卡电子密码锁相比，成本偏高；指纹识别电子密码锁和瞳孔识别电子密码锁可靠性很高，安全性是目前应用系统中最高的，但是成本高昂，还没进入大众化使用阶段。 在国外，美国、日本、德国的电子密码锁保密性较好，并结合感应卡技术，生物识别技术，使电子密码锁系统得到了飞跃式的发展。这几个国家的密码锁识别的密码更复杂，并且综合性比较好，已经进入了成熟期，出现了感应卡式密码锁，指纹式密码锁，虹膜密码锁，面部识别密码锁，序列混乱的键盘密码锁等各种技术的系统，它们在安全性，方便性，易管理性等方面都各有特长，新型的电子密码锁系统的应用也越来越广。 基于FPGA的电子密码锁是新型现代化安全管理系统，它集微机自动识别技术和现代安全管理措施为一体，它涉及电子，机械，计算机技术，通讯技术，生物技术等诸多新技术。它是解决重要部门出入口实现安全防范管理的有效措施，适用各种场合，如银行、宾馆、机房、军械库、机要室、办公间、智能化小区、工厂、家庭等。 在数字技术网络技术飞速发展的今天，电子密码锁技术得到了迅猛的发展。它早已超越了单纯的门道及钥匙管理，逐渐发展成为一套完整的出入管理系统。它在工作环境安全、人事考勤管理等行政管理工作中发挥着巨大的作用。在该系统的基础上增加相应的辅助设备可以进行电梯控制、车辆进出控制，物业消防监控、餐饮收费、私家车库管理等，真正实现区域内一卡智能管理。
VerilogHDL实例
本文档含有很多Verilog HDL例子：//与门 module zxhand2(c,a,b); input a,b; output c; assign c= a & b; endmodule //或门 module zxhor2(c,a,b); input a,b; output c; assign c= a | b; endmodule //非门 module zxhnot2(c,b); input b; output c; assign c=~ b; endmodule ////异或门 module zxhxro2(c,a,b); input b; output c; assign c=a ^ b; endmodule 两选一电路 module data_scan(d0,d1,sel,q); output q; input d0,d1,sel; wire t1,t2,t3; n1 zxhand2(t1,d0,sel); n2 zxhnot2 (t4,sel); n3 zxhand2(t2,d1,t4); n4 zxhor2(t3,t1,t2);
assign q=t1; endmodule verilog HDL实例（一） 练习一．简单的组合逻辑设计 目的: 掌握基本组合逻辑电路的实现方法。 这是一个可综合的数据比较器，很容易看出它的功能是比较数据a与数据b，如果两个数据相同，则给出结果1，否则给出结果0。在Verilog HDL中，描述组合逻辑时常使用assign结构。注意 equal=(a==b)?1:0,这是一种在组合逻辑实现分支判断时常使用的格式。 模块源代码： //--------------- compare.v ----------------- module compare(equal,a,b); input a,b; output equal; assign equal=(a==b)?1:0; //a等于b时，equal输出为1；a不等于b时， //equal输出为0。 endmodule 测试模块用于检测模块设计得正确与否，它给出模块的输入信号，观察模块的内部信号和输出信号，如果发现结果与预期的有所偏差，则要对设计模块进行修改。 测试模块源代码： `timescale 1ns/1ns //定义时间单位。 module comparetest; reg a,b; wire equal; initial //initial常用于仿真时信号的给出。 begin a=0; b=0; #100 a=0; b=1; #100 a=1; b=1; #100 a=1; b=0; #100 $stop; //系统任务，暂停仿真以便观察仿真波形。 end compare compare1(.equal(equal),.a(a),.b(b)); //调用模块。 Endmodule
基于FPGA的VerilogHDL数字钟设计
基于FPGA的Verilog-HDL数字钟设计--
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基于FPGA的Verilog HDL数字钟设计 专业班级姓名学号 一、实验目的 1.掌握可编程逻辑器件的应用开发技术——设计输入、编译、仿真和器件编程； 2.熟悉一种EDA软件使用； 3.掌握Verilog设计方法； 4.掌握分模块分层次的设计方法； 5.用Verilog完成一个多功能数字钟设计; 6.学会FPGA的仿真。 二、实验要求 功能要求： 利用实验板设计实现一个能显示时分秒的多功能电子钟，基本功能： 1)准确计时，以数字形式显示时、分、秒，可通过按键选择当前显示时间范围模式； 2)计时时间范围00:00:00－23:59:59 3)可实现校正时间功能； 4)可通过实现时钟复位功能：00:00:00 扩展功能： 5)定时报：时间自定(不要求改变)，闹1分钟(1kHz)---利用板上LED或外接电路实现。 6)仿广播电台正点报时：XX:59:[51,53,55,57(500Hz);59(1kHz)] ---用板上LED或外接 7)报整点时数：XX:00:[00.5-XX.5](1kHz)，自动、手动---用板上LED或外接
8)手动输入校时； 9)手动输入定时闹钟； 10)万年历； 11)其他扩展功能； 设计步骤与要求： 1)计算并说明采用Basys2实验板时钟50MHz实现系统功能的基本原理。 2)在Xilinx ISE13.1 软件中，利用层次化方法，设计实现模一百计数及显示的电路系 统，设计模块间的连接调用关系，编写并输入所设计的源程序文件。 3)对源程序进行编译及仿真分析（注意合理设置，以便能够在验证逻辑的基础上尽快 得出仿真结果）。 4)输入管脚约束文件，对设计项目进行编译与逻辑综合，生成下载所需.bit文件。 5)在Basys2实验板上下载所生成的.bit文件，观察验证所设计的电路功能。 三、实验设计 功能说明：实现时钟，时间校时，闹铃定时，秒表计时等功能 1.时钟功能：完成分钟/小时的正确计数并显示；秒的显示用LED灯的闪烁做指示； 时钟利用4位数码管显示时分； 2.闹钟定时：实现定时提醒及定时报时，利用LED灯代替扬声器发出报时声音； 3.时钟校时：当认为时钟不准确时，可以分别对分钟和小时位的值进行调整； 4.秒表功能：利用4个数码管完成秒表显示：可以实现清零、暂停并记录时间等功能。 秒表利用4位数码管计数； 方案说明：本次设计由时钟模块和译码模块组成。时钟模块中50MHz的系统时钟clk分频产
FPGA设计实验指导书(2013)
《FPGA设计》实验指导书
安全操作注意事项 1、接插下载电缆前，请务必关闭实验箱开关，避免损坏下载电缆或实验箱器件。 2、操作过程中应防止静电。 3、保持实验箱和电路板的表面清洁。 4、小心轻放，避免不必要的硬件损伤或者人身受伤。 实验箱简介
实验一简单组合逻辑设计 一、实验目的和任务 1、熟习Quartus II软件的使用； 2、掌握用原理图输入法和硬件描述语言（Verilog HDL）两种方法来设计逻 辑电路； 3、通过电路的仿真及验证，进一步了解4选1数据选择器的功能； 二、实验内容 1、用原理图输入法来设计4选1数据选择器 参照按图1-1所示来编辑完成4选1数据选择器的原理图输入，其中a、b、c、d 为数据输入端，sel[1]、sel[0]为控制输入端，q为4选1数据输出端。存盘仿真后，观察仿真波形，以验证数据选择器的功能。 图1-1 4选1数据选择器原理图 2、用Verilog HDL硬件描述语言来设计4选1数据选择器 用QuartusII中的文本编辑器，编辑输入4选1数据选择器源程序：module m41( a, b, c, d, sel, q); input a,b,c,d; input [1:0]sel; output q; reg q; always @( sel) case(sel) 2’b00: q=a; 2’b01: q=b;
2’b11: q=d; endcase endmodule 程序中的a 、b 、c 、d 依然为数据输入端，sel[1]、sel[0]为控制输入端，q 为4选1数据输出端。同样存盘后进行仿真，并观察仿真波形，以验证数据选择器的功能。 三、实验仪器、设备及材料 电脑、EDA 软件、实验箱、下载电缆。 四、实验原理 4选1数据选择器的原理框图及真值表如图1-2及表1-1所示，sel[1:0]可能出现四种组合情况： 00 01 10 11，它分别对应选通四个不同的数据输入a 、b 、c 、d ，从q 端输出。结合以前所学数字电路的知识，可由真值表得出利用“与非门”实现的逻辑电路，进而可用QuartusII 原理图输入方法，设计出该4选1数据选择器；如应用EDA 技术所学的Verilog HDL 硬件描述语言来描述该电路功能，即可设计出该4选1数据选择器的源程序。 图1-2 4选1数据选择器的原理框图 q Sel[1]输出 选择输入 0a 01b 00 c 11 d 1 Sel[0]表1-1 真值表 五、重点、难点 d a b c
Verilog的135个经典设计实例
【例3.1】4位全加器 module adder4(cout,sum,ina,inb,cin); output[3:0] sum; output cout; input[3:0] ina,inb; input cin; assign {cout,sum}=ina+inb+cin; endmodule 【例3.2】4位计数器 module count4(out,reset,clk); output[3:0] out; input reset,clk; reg[3:0] out; always @(posedge clk) begin if (reset) out<=0; //同步复位 else out<=out+1; //计数 end endmodule 【例3.3】4位全加器的仿真程序 `timescale 1ns/1ns `include "adder4.v" module adder_tp; //测试模块的名字 reg[3:0] a,b; //测试输入信号定义为reg型 reg cin; wire[3:0] sum; //测试输出信号定义为wire型 wire cout; integer i,j; adder4 adder(sum,cout,a,b,cin); //调用测试对象 always #5 cin=~cin; //设定cin的取值 initial begin a=0;b=0;cin=0; for(i=1;i<16;i=i+1) #10 a=i; //设定a的取值 end - 1 -
initial begin for(j=1;j<16;j=j+1) #10 b=j; //设定b的取值 end initial//定义结果显示格式 begin $monitor($time,,,"%d + %d + %b={%b,%d}",a,b,cin,cout,sum); #160 $finish; end endmodule 【例3.4】4位计数器的仿真程序 `timescale 1ns/1ns `include "count4.v" module coun4_tp; reg clk,reset; //测试输入信号定义为reg型 wire[3:0] out; //测试输出信号定义为wire型 parameter DELY=100; count4 mycount(out,reset,clk); //调用测试对象 always #(DELY/2) clk = ~clk; //产生时钟波形 initial begin//激励信号定义 clk =0; reset=0; #DELY reset=1; #DELY reset=0; #(DELY*20) $finish; end //定义结果显示格式 initial $monitor($time,,,"clk=%d reset=%d out=%d", clk, reset,out); endmodule 【例3.5】“与-或-非”门电路 module AOI(A,B,C,D,F); //模块名为AOI(端口列表A，B，C，D，F) input A,B,C,D; //模块的输入端口为A，B，C，D output F; //模块的输出端口为F - 2 -
verilog_FPGA实例
一、组合逻辑实验 (2) 实验13X8译码器程序 (2) 实验2二－十进制译码器 (2) 实验3BCD码—七段数码管显示译码器 (3) 实验48－3编码器 (4) 实验58－3优先编码器 (4) 实验6十—二进制编码器 (5) 实验7三选一数据选择器 (5) 实验8半加器 (6) 实验9全加器 (7) 实验10半减器 (8) 实验11全减器 (8) 实验12多位数值比较器 (9) 实验13奇偶校验 (9) 实验14补码生成 (10) 实验158位硬件加法器的设计 (10) 实验164位并行乘法器 (10) 实验17七人表决器 (10) 实验18格雷码变换 (11) 二、时序逻辑实验 (11) 实验1D触发器 (11) 实验2JK触发器 (12) 实验3四位移位寄存器 (12) 实验4异步计数器 (13) 实验5同步计数器 (14) 实验6可逆计数器 (15) 实验7步长可变的加减计数器 (16) 实验8含异步清0和同步时钟使能的4位加法计数器 (17) 实验9顺序脉冲发生器 (18) 实验10序列信号发生器 (18) 实验11用状态机实现串行数据检测器 (19) 实验12分频器 (20) 实验13Moore状态机 (21) 实验14Mealy状态机 (23) 实验15三层电梯 (24) 实验16性线反馈移位寄存器（LFSR）设计 (32) 实验17正负脉宽数控调制信号发生器 (32) 三、存储器设计 (34) 实验1只读存储器（ROM） (34) 实验2SRAM (34) 实验3FIFO (35) 四、扩展接口实验 (39) 实验1流水灯 (39) 实验2VGA彩色信号显示控制器设计 (40)
基于FPGA的SDRAM实验Verilog源代码
// megafunction wizard: %ALTPLL% // GENERATION: STANDARD // VERSION: WM1.0 // MODULE: altpll // ============================================================ // File Name: clk_ctrl.v // Megafunction Name(s): // altpll // // Simulation Library Files(s): // altera_mf // ============================================================ // ************************************************************ // THIS IS A WIZARD-GENERATED FILE. DO NOT EDIT THIS FILE! // // 11.0 Build 208 07/03/2011 SP 1 SJ Full Version // ************************************************************ //Copyright (C) 1991-2011 Altera Corporation //Your use of Altera Corporation's design tools, logic functions //and other software and tools, and its AMPP partner logic //functions, and any output files from any of the foregoing //(including device programming or simulation files), and any //associated documentation or information are expressly subject //to the terms and conditions of the Altera Program License //Subscription Agreement, Altera MegaCore Function License //Agreement, or other applicable license agreement, including, //without limitation, that your use is for the sole purpose of //programming logic devices manufactured by Altera and sold by //Altera or its authorized distributors. Please refer to the //applicable agreement for further details. // synopsystranslate_off `timescale 1 ps / 1 ps // synopsystranslate_on moduleclk_ctrl ( areset, inclk0, c0, c1, c2,
FPGA实验报告
FPGA课程设计报告 专业班级： 13电信1班 学号： 130101011104 姓名：汪远通 指导老师：祝宏 实验日期：2015.11.27—2015.12.18 文华学院信息学部
多功能数字钟电路设计 一、设计题目 多功能数字钟电路的分层次设计7 二、设计要求技术指标 设计一个具有时、分、秒计时的电子钟电路，按24小时制计时。 三、设计分析 在设计一个比较复杂的数字电路或系统时，通常采用自上而下和自下而上的设计方法。在自上而下设计中，先定义顶层模块，然后再定义顶层模块中用到的子模块。而在自下而上设计中，底层的各个子模块首先被确定下来，然后将这些子模块组合起来构成顶层模块。将电路分为不同层次和多个模块分别进行设计，然后将这些模块组合起来实现电路逻辑功能，这种方法通常被称为分层次的电路设计。 工作原理：振荡器产生的稳定的高频脉冲信号，作为数字钟的时间基准，再经分频器输出标准秒脉冲。秒计数器计满60后向分计数
器进位，分计数器计满60后向小时计数器进位，小时计数器按照24进制规律计数。计数器的输出送译码显示电路，即可显示出数码（时间）。计时出现误差时可以用校时电路进行校时和校分。仿电台报时和定时闹钟为扩展电路，只有在计时主题电路正常运行的情况下才能进行功能扩展。 虚线框内的部分用Verilog HDL进行描述，然后用FPGA/CPLD 实现，译码显示电路用中规模IC实现，振荡器由集成电路定时器555与RC电路组成1kHz的多谐振荡器。 四、设计步骤 ①多功能数字钟主体电路逻辑设计： 采用自下而上的设计方法，首先定义数字钟下层的各个模块，再调用这些模块组合成顶层的数字钟电路。 1.模24计数器的Verilog HDL设计 小时计数器的计数规律为00-01-…-09-10-11-…-22-23-00…，即在设计时要求小时计数器的个位和十位均按8421BCD码计数。 //文件名：counter24.v(BCD计数：0~23) module counter24(CntH,CntL,nCR,EN,CP); input CP,nCR,EN; //分别为计时脉冲CP、清0信号、nCR和使能信号EN output [3:0] CntH,CntL; //计时计数器的十位和个位输出信号 reg [3:0] CntH,CntL; //输出为8421BCD码 always @(posedge CP or negedgenCR) begin if(~nCR) {CntH,CntL}<=8'h00; //异步清零
基于FPGA的verilog频率计设计
电子科技大学 （基于FPGA的频率计设计） 题目：简易频率计的设计 指导教师：皇晓辉 姓名：张旗 学号：2905201003 专业：光电学院一专业
摘要 本文主要介绍了基于FPGA 的简易多量程频率计的设计，使用硬件描述语言verilog来实现对硬件的控制，在软件ISE上实现编程的编译综合，在系统时钟48Mhz下可正常工作。该数字频率计采用测频的方法，能准确的测量频率在10Hz到100MHz之间的信号。使用ModelSim仿真软件对Verilog程序做了仿真，并完成了综合布局布线，通过ISE下载到Spartan3A开发板上完成测试。 关键词：FPGA ，verilog，ISE，测频方法
Abstract This paper mainly introduces the simple more range based on FPGA design of frequency meter，Use hardware description language verilog to realize the control of hardware，In the software realize the compilation of the programming ISE on comprehensive，In the system clock can work normally under 48 Mhz。The digital frequency meter frequency measurement method used, can accurate measurement frequency in 10 Hz to 100 MHz of signals between。Use ModelSim simulation software Verilog program to do the simulation, and completed the overall layout wiring，Through the ISE downloaded to Spartan3A development board complete test。 Keywords: FPGA, Verilog, ISE, F requency M easurement
FPGA实验及基本程序汇总(Verilog)
一、填空题： 1、 FPGA结构一般分为三部分：可编程逻辑块（CLB）、可编程I/O模块和可编程内部连线。 2、 CPLD的内部连线为连续式布线互连结构，任意一对输入、输出端之间的延时是固定；FPGA的内部连线为分段式布线互连结构，各功能单元间的延时不定(不可预测)。 3、大规模可编程器件主要有CPLD和FPGA两类，其中CPLD通过可编程乘积项逻辑实现其逻辑功能。基于SRAM的FPGA器件，每次上电后必须进行一次配置。FPGA内部阵列的配置一般采用在电路可重构技术，编程数据保存在静态存储器(SRAM) ，掉电易失。 4、目前世界上有十几家生产CPLD/FPGA的公司，最大的两家是：Altera，Xilinx。 5、硬件描述语言(HDL)是EDA技术的重要组成部分，是电子系统硬件行为描述、结构描述、数据流描述的语言，它的种类很多，如VHDL、Verilog HDL、AHDL 6、 WHEN_ELSE条件信号赋值语句和 IF_ELSE顺序语句的异同： * WHEN_ELSE条件信号赋值语句中无标点，只有最后有分号；必须成对出现；是并行语句，必须放在结构体中。 * IF_ELSE顺序语句中有分号；是顺序语句，必须放在进程中 7、可编程逻辑器件设计输入有原理图输入、硬件描述语言输入和波形输入三种方式。原理图输入方式是一种最直接的设计描述方式，波形设计输入适用于时序逻辑和有重复性的逻辑函数。 硬件描述语言的突出优点是： * 语言与工艺的无关性；语言的公开可利用性，便于实现大规模系统的设计； * 具有很强逻辑描述和仿真功能，而且输入效率高，在不同设计输入库之间的转换非常方便，用不着对底层的电路和PLD结构的熟悉。 8、用VHDL/Veilog HDL语言开发可编程逻辑电路的完整流程：文本编辑→功能仿真→逻辑综合→布局布线→时序仿真。 *所谓综合，就是根据设计功能和实现该设计的约束条件(如面积、速度、功耗和成本等)，将设计输入转换成满足要求的电路设计方案，该方案必须同时满足与其的功能和约束条件。综合的过程也是设计目标的优化过程，其目的是将多个模块化设计文件合并为一个网表文件，供布局布线使用，网表中包含了目标器件中的逻辑单元和互连的信息。 *布局布线就是根据设计者指定的约束条件(如面积、延时、时钟等)、目标器件的结构资源和工艺特性，以最优的方式对逻辑元件布局，并准确地实现元件间的互连，完成实现方案(网表)到使实际目标器件(FPGA或CPLD)的变换。 9、基于EDA软件的FPGA / CPLD设计流程为：原理图/HDL文本输入→功能仿真→综合→适配→时序仿真→编程下载→硬件测试。 * 综合是EDA设计的关键步骤，综合就是将电路的高级语言转换成低级的，可与FPGA/CPLD相映射的功能网表文件。为实现系统的速度、面积、性能的要求，需要对综合加以约束，称为综合约束。 10、构成一个完整的VHDL语言程序的五个基本结构： 实体(ENTITY)、结构体(ARCHITECURE)、配置(CONFIGURATION) 、库(LIBRARY) 、程序包 (PACKAGE) 。 *实体的由实体说明和结构体两部分组成。实体说明部分用于描述所设计系统的外部端口信号和参数的属性和设置，而结构体部分则定义了设计单元的具体功能、行为、数据流程或内部结构。 *结构体的三种描述方式，即行为级描述、数据流级描述和结构级描述。 *结构体通常由结构体名称、定义语句和并行处理语句构成。 *程序包用于存放各设计模块能共享的数据类型、常数、子程序等。 *库用于存放已编译的实体、结构体、程序包和配置，可以通过其目录进行查询和调用。在VHDL语言中，可以存在多个不同的库，但是库与库之间是独立的，不能互相嵌套。它可由用户生成或由ASIC芯片制造商提供，以便于在设计中为大家所共享。 *库用于存放已编译的实体、结构体、程序包和配置，可以通过其目录进行查询和调用。在VHDL语言中，可以存在多个不同的库，但是库与库之间是独立的，不能互相嵌套。它可由用户生成或由ASIC芯片制造商提供，以便于在设计中为大家所共享。 常用库：
基于FPGA的DS18B20控制程序设计及其Verilog实现(汇编)
基于FPGA的DS18B20控制程序设计及其Verilog实现 一，总体介绍 DS18B20是一个1-wire总线，12bit的数字温度传感器，其详细的参数这里不做具体的介绍，只讨论其基于Verilog的控制程序的设计。 实际上，对DS18B20的控制，主要是实现1-wire总线的初始化，读，写等操作，然后再根据DS18B20的控制要求，实现对其控制的verilog逻辑。 在1-Wire总线上，有一个master，可以有1个或者多个slave。而对于FPGA+DS18B20的温度测试设计来讲，需要在FPGA上实现一个1-Wire总线的master。DS18B20作为1-wire 总线的slave设备存在，可以有一个或者多个，不过为了简化程序，例程里假定只存在一个DS18B2020。 1-Wire总线的操作形式上相对简单，但操作本身相对却又比较复杂。用Verilog做控制程序设计时，可以采用多层次嵌套的状态机来实现。 二，FPGA + DS18B20的硬件设计 硬件的设计非常简单，只需要将DS18B20的DQ与FPGA的一个IO连接，并加4.7K左右的上拉电阻就可以了。VDD和VPU可以为3.0~5.0V。这里我们参照FPGA本身的IO电压，选择3.3V。 另外要注意的一点是，由于DQ的数据是双向的，所以FPGA的该IO要设定为inout类型。 三，1-Wire总线的基本操作及Verilog实现。 根据1-Wire总线的特点，可以把1-Wire总线的操作归结为初始化，单bit读操作，单bit写操作等最基础的几种。下面分别是几种基本操作的介绍和verilog实现。由于DS18B20的时序操作的最小单位基本上是1us，所以在该设计中，全部采用1MHz的时钟。 1. 初始化 初始化实际上就是1-wire总线上的Reset操作。由master发出一定长度的初始化信号。Slave 看到该初始化信号后，在一定时间内发出规定长度的响应信号，然后初始化操作就结束了。下图是DS18B20的datasheet上给出的初始化的时序要求图示。