数字电路实验报告-VHDL状态机的设计与实现.doc

北京邮电大学 数字电路实验报告 实验名称：VHDL状态机的设计与实现 学 院： 信息与通信工程学院 日 期： 2011年5月 一、发光二极管走马灯电路设计与实现 1.实验目的 (1)进一步了解时序电路描述方法； (2)熟悉状态机的设计方法。 2.实验所用仪器及元器件 (1)计算机； (2)直流稳压电源； (3)数字系统与逻辑设计实验开发板。 3.实验任务与要求 设计并实现一个控制8个发光二极管亮灭的电路，仿真验证其功能，并下载到实验板测试。 (1)单点移动模式：一个点在8个发光二极管上来回的亮 (2)幕布式：从中间两个点，同时向两边依次点亮直至全亮，然后再向中间点灭，依次往复。 4.设计思路和过程 (1)设计一个模8计数器和一个模5计数器，在输入的时钟信号的上升沿触发。 (2)对于模8计数器，当计数值达到“0000”时，计数标志位设置为‘0’，进行加计数；当计数值达到“0111”时，计数标志位设置为‘1’，进行减计数。 (3)模5计数器的设计思路与模8计数器相同。 (4)对于输入的控制信号， 当控制信号为“00”时，8个二极管全灭； 当控制信号为“01”时，利用3线至8线译码器输出控制信号，实现单点移动模式； 当控制信号为“10”时，利用3线至8线译码器输出控制信号，利用其中的5个状态，实现幕布式； 当控制信号为“11”时，将8个二极管全部点亮。 5.VHDL代码 6.仿真波形及分析 (1)仿真波形 (2)波形分析 由波形可见，当控制信号输入为“00”时，输出信号全为0，实现8个二极管全部熄灭的效果；当输入为“01”时，输出的8个端口依次出现正脉冲，代表一个发光的点在8个发光二极管上来回的亮；当输入为“10”时，输出的8个端口出现正脉冲的时间与脉冲的长度呈现“中间宽，两头窄”的形状，实现了幕布式的点灯方式；当输入为“11”时，输出的信号全为1，实现8个二极管全部被点亮。当清零信号为0时，输出信号全为0,8个二极管全部熄灭。由图可知，该电路实现了要求的逻辑。 7.故障及问题分析 (1)一开始设计模8计数器时，只用了长度为3的数组，将程序下载到电路板上，拨动拨码开关使电路工作在单点移动状态时，发现只有两边的两个灯轮流亮，其他灯都不亮，观察仿真波形之后发现，计数变量记到“111”时，计数标志位的值仍为0，下一状态计数变量变为“000”时，计数标志位才变为1，这就导致输出的信号只有两种状态。于是将计数变量改变为长度为4的数组，然后取了译码器前8个输出结果控制8个二极管亮灭的8种状态，其余输出结果均为让8个二极管全灭，成功地解决了这个问题。 (2)程序再次下载到电路板后，拨动拨码开关使电路工作在幕布式状态，发现电路又是只在两个状态之间来回变化，仔细检查后发现，是设置让标志位的值改变的那段代码有问题，当计数变量为“000”时，标志位的值为0，当计数变量为其他时，标志位的值为1。修改代码，使得当计数变量为“000”时，标志位的值为0，当计数变量为“100”时，标志位的值为1，再次下载到电路板上，电路就能在5个状态之间来回变化了。 8.实验结果 1)幕布式 (2)单点移动模式 二、数码管扫描显示控制器的设计与实现 1．实验目的 (1)掌握VHDL语言的语法规范，掌握时序电路描述方法 (2)掌握多个数码管动态扫描显示的原理及设计方法 2．实验所用仪器及元器件 (1)计算机 (2)直流稳压电源 (3)数字系统与逻辑设计实验开发板 3．实验任务要求 (1)用VHDL语言设计并实现六个数码管串行扫描电路，要求同时显示0，1，2，3，4，5这六个不同的数字图形到六个数码管上，仿真验证其功能,并下载到实验板测试。 (2)用VHDL语言设计并实现六个数码管滚动显示电路。 I)循环左滚动，始终点亮6个数码管，左出右进。状态为：012345－123450－234501－345012－450123－501234－012345 II)向左滚动，用全灭的数码管填充右边，直至全部变灭，然后再依次从右边一个一个地点亮。状态为：012345－12345X－2345XX－345XXX－45XXXX－5XXXXX－XXXXXX－XXXXX0－XXXX01－XXX012－XX0123－X01234－012345，其中’X’表示数码管不显示。 4.实验原理 为使得输入控制电路简单且易于实现，采用动态扫描的方式实现设计要求。动态扫描显示需要由两组信号来控制：一组是字段输出口输出的字形代码，用来控制显示的字形，称为段码；另一组是位输出口输出的控制信号，用来选择第几位数码管工作，称为位码。 各位数码管的相同段是