數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電子工程學(xué)院電路中心1主要內(nèi)容

課程介紹數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)綜合實(shí)驗(yàn)題目第一部分

課程介紹3課程安排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：完成一個(gè)綜合課題的設(shè)計(jì)及仿真、調(diào)試。本學(xué)期實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)度：周次內(nèi)容4召開課程說(shuō)明會(huì)，介紹課程安排和題目，要求學(xué)生第6周上課前選好實(shí)驗(yàn)題目，每個(gè)題目每班不超過(guò)6人。6講授內(nèi)容：系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法、綜合題目要求等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：按照題目要求討論并確定設(shè)計(jì)方案7、8開放實(shí)驗(yàn)，完成電路的設(shè)計(jì)、仿真及調(diào)試9功能驗(yàn)收及答辯4考核方式考核項(xiàng)目及成績(jī)?cè)u(píng)定操作成績(jī)（30%）包括實(shí)驗(yàn)考勤、態(tài)度及整理、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開放實(shí)驗(yàn)情況等驗(yàn)收答辯（40%）包括功能驗(yàn)收和答辯實(shí)驗(yàn)報(bào)告（30%）5考核方式評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)態(tài)度：包括考勤、紀(jì)律等，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)關(guān)閉計(jì)算機(jī)、示波器等儀表，保持實(shí)驗(yàn)臺(tái)清潔、整齊。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案：根據(jù)選定的題目，完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要內(nèi)容包括：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖、方框圖（模塊劃分）、模塊之間信息傳遞關(guān)系、各模塊的輸入輸出信號(hào)、主要模塊的詳細(xì)設(shè)計(jì)（ASM圖、MDS圖）等。開放實(shí)驗(yàn)：要求至少預(yù)約并按時(shí)參加2次開放實(shí)驗(yàn)，完成電路設(shè)計(jì)、仿真及調(diào)試。硬件驗(yàn)收及答辯：根據(jù)題目要求在實(shí)驗(yàn)板上實(shí)現(xiàn)電路功能并演示說(shuō)明，回答老師提出的問題。6課題報(bào)告要求內(nèi)容分?jǐn)?shù)1設(shè)計(jì)課題的任務(wù)要求52系統(tǒng)設(shè)計(jì)（包括設(shè)計(jì)思路、總體框圖、分塊設(shè)計(jì)）153仿真波形及波形分析254源程序（要有注釋）155功能說(shuō)明及資源利用情況（編譯后界面截圖）106故障及問題分析157總結(jié)和結(jié)論108報(bào)告格式規(guī)范、清晰5電子版和紙版各提交一份最后一次實(shí)驗(yàn)后一周之內(nèi)提交開放實(shí)驗(yàn)預(yù)約規(guī)則及注意事項(xiàng)預(yù)約時(shí)間：在實(shí)驗(yàn)開始的前7天的早上8：00到前1天的晚上23：00，可以預(yù)約該次實(shí)驗(yàn)；同一時(shí)間段不同實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)只可預(yù)約其中一個(gè)。預(yù)約次數(shù)：每人同時(shí)最多預(yù)約2次實(shí)驗(yàn)，預(yù)約的實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，可以再預(yù)約新的實(shí)驗(yàn)。現(xiàn)場(chǎng)預(yù)約：當(dāng)預(yù)約的學(xué)生小于實(shí)驗(yàn)室容量時(shí)，允許學(xué)生臨時(shí)來(lái)做實(shí)驗(yàn)，即直接到實(shí)驗(yàn)室預(yù)約。請(qǐng)?jiān)趯?shí)驗(yàn)開始后1個(gè)小時(shí)內(nèi)到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)預(yù)約，否則實(shí)驗(yàn)情況不計(jì)入系統(tǒng)。違約處理：如果學(xué)生未按預(yù)約時(shí)間到實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)，又沒有提前取消預(yù)約，計(jì)違約1次，累計(jì)違約每達(dá)到2次，信用等級(jí)下降一級(jí)，在實(shí)驗(yàn)預(yù)約人數(shù)超過(guò)實(shí)驗(yàn)室容量時(shí)，信用等級(jí)最低的學(xué)生將首先被取消實(shí)驗(yàn)資格，信用等級(jí)相同的情況下，根據(jù)預(yù)約時(shí)間取消最后預(yù)約的學(xué)生的實(shí)驗(yàn)資格。信用等級(jí)根據(jù)本學(xué)期實(shí)驗(yàn)違約情況計(jì)算，對(duì)之前的違約記錄不進(jìn)行累計(jì)。7開放實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)簽到時(shí)間要求：預(yù)約的學(xué)生在實(shí)驗(yàn)開始前15分鐘至實(shí)驗(yàn)開始后30分鐘在實(shí)驗(yàn)室簽到，實(shí)驗(yàn)室在實(shí)驗(yàn)開始之后的30分鐘之內(nèi)為提前預(yù)約的學(xué)生保留實(shí)驗(yàn)臺(tái)，超過(guò)30分鐘，按未預(yù)約的學(xué)生處理，并計(jì)1次違約。簽到方法：已預(yù)約的學(xué)生請(qǐng)攜帶有效證件在規(guī)定時(shí)間內(nèi)到預(yù)約的實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)室的系統(tǒng)中將顯示所有預(yù)約學(xué)生的信息，簽到時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)為學(xué)生分配實(shí)驗(yàn)臺(tái)，請(qǐng)務(wù)必按分配的組號(hào)就座。8第二部分

數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)10主要內(nèi)容數(shù)字系統(tǒng)概述數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的描述方法其它概念11數(shù)字系統(tǒng)概述數(shù)字系統(tǒng)：由若干數(shù)字電路和邏輯部件構(gòu)成的能夠處理或傳送數(shù)字信息的設(shè)備。數(shù)字系統(tǒng)的三大組成部分：輸入輸出接口、數(shù)據(jù)處理器、控制器區(qū)分?jǐn)?shù)字系統(tǒng)與功能部件（數(shù)字單元電路）的標(biāo)志：有無(wú)控制器12數(shù)字系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖子系統(tǒng)輸入控制信號(hào)輸出控制信號(hào)信息輸入輸出信息控制器輸出接口輸出接口輸入接口輸入接口子系統(tǒng)子系統(tǒng)時(shí)鐘數(shù)據(jù)處理器…13數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法自底向上（bottom-up）設(shè)計(jì)法（試湊設(shè)計(jì)法）用試探的方法按給定的功能要求，選擇若干模塊（功能部件）來(lái)拼湊一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)。主要憑借設(shè)計(jì)者的熟練技巧和經(jīng)驗(yàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)適用于小型數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)14數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法自頂向下（top-down）設(shè)計(jì)法從整個(gè)系統(tǒng)功能出發(fā)，按一定原則將系統(tǒng)劃分為若干子系統(tǒng)，再將每個(gè)子系統(tǒng)分為若干功能模塊，再將每個(gè)模塊分成若干較小的模塊……直至分成許多基本模塊實(shí)現(xiàn)。15自頂向下設(shè)計(jì)法的步驟（一）確定初步方案，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)和描述；明確設(shè)計(jì)課題的任務(wù)、要求、原理和使用環(huán)境，系統(tǒng)外部輸入信號(hào)及輸出信號(hào)的特性，以及系統(tǒng)所需要完成的邏輯功能和所要達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)等，然后確定初步方案。描述方法：方框圖、定時(shí)圖（時(shí)序圖）、邏輯流程圖。16自頂向下設(shè)計(jì)法的步驟（二）系統(tǒng)劃分，進(jìn)行子系統(tǒng)功能描述；將系統(tǒng)劃分為控制器和受控電路兩部分，受控電路又可以用各種模塊（子系統(tǒng)）實(shí)現(xiàn)。確定使用哪些子系統(tǒng)，以及各子系統(tǒng)與控制器之間的關(guān)系。對(duì)各子系統(tǒng)和控制器進(jìn)行功能描述：ASM圖、MDS圖等17自頂向下設(shè)計(jì)法的步驟（三）邏輯描述，完成具體設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)具體電路。傳統(tǒng)方法：用標(biāo)準(zhǔn)的SSI、MSI、LSI或GAL等器件實(shí)現(xiàn)受控電路；用時(shí)序機(jī)設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)控制器。EDA方法：用PLD器件實(shí)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)。

自頂向下的設(shè)計(jì)過(guò)程是一個(gè)反復(fù)修改和補(bǔ)充的過(guò)程。18例1：兩人乒乓游戲機(jī)以8個(gè)發(fā)光二極管代表乒乓球臺(tái)，中間兩個(gè)發(fā)光管兼作球網(wǎng)。用發(fā)光管按一定的方向依次閃亮來(lái)表示球的運(yùn)動(dòng)，在游戲機(jī)兩側(cè)各設(shè)發(fā)球/擊球開關(guān)SA和SB，當(dāng)甲方發(fā)球時(shí)，靠近甲方的第一個(gè)發(fā)光管亮，然后依次點(diǎn)亮第二個(gè)……球向乙方移動(dòng)，球過(guò)網(wǎng)后到達(dá)設(shè)計(jì)者的規(guī)定的球位乙方即可擊球，若乙方提前擊球或未擊到球，則甲方得分。然后重新發(fā)球進(jìn)行比賽，直到某一方記分達(dá)到規(guī)定分，記分清零，重開一局比賽。19兩人乒乓游戲機(jī)結(jié)構(gòu)框圖20模塊劃分分頻模塊記分模塊球臺(tái)顯示模塊譯碼模塊控制器根據(jù)控制器的指令控制發(fā)光二極管的亮滅將分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管顯示對(duì)應(yīng)的譯碼數(shù)據(jù)記錄雙方的得分將原始時(shí)鐘分頻，產(chǎn)生系統(tǒng)中不同模塊需要的時(shí)鐘頻率21數(shù)字系統(tǒng)的描述方法（一）方框圖可詳細(xì)描述數(shù)字系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，直觀易懂每一個(gè)方框定義一個(gè)信息處理、存儲(chǔ)或傳送的子系統(tǒng)，在方框內(nèi)用文字、表達(dá)式、通用符號(hào)或圖形來(lái)表示該子系統(tǒng)的名稱或主要功能方框之間用帶箭頭的直線相連，表示各個(gè)子系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)流或控制流的信息通道，箭頭指示了信息傳送的方向22兩人乒乓游戲機(jī)邏輯劃分方框圖分頻器球臺(tái)控制器譯碼顯示器記分器SASBCPmSCSTOPCNT,Cr23數(shù)字系統(tǒng)的描述方法（二）定時(shí)圖（時(shí)序圖或時(shí)間關(guān)系圖）用來(lái)定時(shí)地描述系統(tǒng)各模塊之間、模塊內(nèi)部各功能組件之間以及組件內(nèi)部各門電路或觸發(fā)器之間輸入信號(hào)、輸出信號(hào)和控制信號(hào)的對(duì)應(yīng)時(shí)序關(guān)系和特征（信號(hào)是電平還是脈沖，是同步信號(hào)還是異步信號(hào)等）。24數(shù)字系統(tǒng)的描述方法（三）ASM（AlgorithmicStateMachine）圖（算法狀態(tài)機(jī)圖、邏輯流程圖）用特定的幾何圖形、指向線和簡(jiǎn)練的文字說(shuō)明，描述數(shù)字系統(tǒng)對(duì)信息的處理過(guò)程，以及控制單元所提供的控制步驟，以便于設(shè)計(jì)者發(fā)現(xiàn)和改進(jìn)信息處理過(guò)程中的錯(cuò)誤和不足，同時(shí)又是后續(xù)電路設(shè)計(jì)的依據(jù)與通常的軟件設(shè)計(jì)中的流程圖相似，但它表示事件的精確時(shí)間間隔序列，而一般的流程圖只表示事件序列，沒有時(shí)間概念25ASM圖的基本符號(hào)狀態(tài)名或功能說(shuō)明狀態(tài)輸出表入口出口（A）狀態(tài)框功能說(shuō)明入口出口條件輸出表（C）條件輸出框條件入口條件真出口條件假出口（B）條件判別框NOYES26啟動(dòng)等待發(fā)球甲發(fā)球？乙發(fā)球？靠近甲的L1燈亮靠近乙的L8燈亮球向乙移動(dòng)球向甲移動(dòng)乙擊球？甲擊球？球移動(dòng)到L7？球移動(dòng)到L2？結(jié)束，勝方得分YesYesYesYesYesYesNoNoNoNoNoNo兩人乒乓游戲機(jī)的ASM圖27數(shù)字系統(tǒng)的描述方法（四）MDS（MnemonicDocumentedState）圖MDS圖是設(shè)計(jì)數(shù)字系統(tǒng)控制器的一種簡(jiǎn)潔方法，它類似于狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，可以由詳細(xì)流程圖轉(zhuǎn)換而來(lái)。MDS圖中用一個(gè)圓圈表示一個(gè)狀態(tài)，狀態(tài)名標(biāo)注在圓圈內(nèi)，圓圈外的符號(hào)或邏輯表達(dá)式表示輸出，用定向線表示狀態(tài)轉(zhuǎn)換方向，定向線旁的符號(hào)或邏輯表達(dá)式表示轉(zhuǎn)換條件。28WaitLight1Light8MoveBMoveAEndSASBSASBSA

SBSA

SBL7SAL2SAL2SBL7兩人乒乓游戲機(jī)的MDS圖29例2：交通燈控制器設(shè)計(jì)制作一個(gè)用于十字路口的交通燈控制器。南北和東西方向各有一組綠、黃、紅燈用于指揮交通，綠燈、黃燈和紅燈的持續(xù)時(shí)間分別為20秒、5秒和25秒；當(dāng)有特殊情況（如消防車、救護(hù)車等）時(shí)，兩個(gè)方向均為紅燈亮，計(jì)時(shí)停止，當(dāng)特殊情況結(jié)束后，控制器恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)，繼續(xù)正常運(yùn)行；用兩組數(shù)碼管，以倒計(jì)時(shí)方式顯示兩個(gè)方向允許通行或禁止通行的時(shí)間；30交通燈控制器結(jié)構(gòu)框圖31交通燈控制器邏輯劃分方框圖南北燈東西燈控制器計(jì)時(shí)器分頻器時(shí)鐘譯碼顯示器resetcallcp32交通燈控制器的ASM圖33交通燈控制器的MDS圖Green_redred_YellowYellow_redred_GreenTyTgTyTgTgTgTyTy第三部分

注意事項(xiàng)雙色點(diǎn)陣35雙色點(diǎn)陣的結(jié)構(gòu)36COLG1000000037雙色點(diǎn)陣‘0’R10000000R00101000‘1’‘1’‘1’‘1’‘1’‘1’‘1’‘1’‘1’‘1’‘0’‘1’‘1’‘1’‘1’G00101000ROW注意實(shí)驗(yàn)板上的行列坐標(biāo)，左下角為(0,0)，右上角為(7,7)。38雙色點(diǎn)陣——逐點(diǎn)掃描(0,0)(7,7)39雙色點(diǎn)陣——顯示字符或圖形掃描顯示采用ROW信號(hào)循環(huán)出‘0’的方式，可以保證亮度一致。掃描頻率的選擇要保證顯示穩(wěn)定，沒有閃爍，并且亮度足夠（頻率越高，亮度越低）。(7,7)(0,0)40雙色點(diǎn)陣——顯示字符或圖形(7,7)(0,0)G0001000041雙色點(diǎn)陣——顯示橙色R00010000‘1’‘1’‘1’‘1’‘1’‘0’‘1’‘1’ROW雙色點(diǎn)陣——顯示橙色42(7,7)(0,0)雙色點(diǎn)陣43如何實(shí)現(xiàn)橙→黃的漸變？R、G用不同脈寬的信號(hào)控制R信號(hào)占空比大，則顏色偏橙色；

G信號(hào)占空比大，則顏色偏黃色44按鍵開關(guān)防抖動(dòng)由于按鍵動(dòng)作的時(shí)刻和按下的時(shí)間長(zhǎng)短是隨機(jī)的。并且存在由開關(guān)簧片反彈導(dǎo)致的電平抖動(dòng)，抖動(dòng)的時(shí)間一般小于20mS，因此必須為每個(gè)按鍵開關(guān)設(shè)置一個(gè)消抖和同步電路，此電路可有多種形式。45按鍵開關(guān)防抖動(dòng)程序LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITYkeyinIS PORT( clk :IN STD_LOGIC; reset :IN STD_LOGIC; resetn :OUT STD_LOGIC);ENDkeyin;ARCHITECTUREaOFkeyinIS SIGNALresetmp1,resetmp2:STD_LOGIC;BEGINPROCESS(clk)BEGINIF(clk'EVENTANDclk='0')THEN resetmp2<=resetmp1; resetmp1<=reset;ENDIF;ENDPROCESS; resetn<=clkANDresetmp1AND(NOTresetmp2);ENDa;46按鍵開關(guān)防抖動(dòng)程序仿真波形按一次鍵，只產(chǎn)生一個(gè)脈沖，脈沖寬度為防抖動(dòng)時(shí)鐘的脈寬。防抖動(dòng)時(shí)鐘的頻率為100HZ左右47

CPLD/FPGA資源優(yōu)化問題通過(guò)優(yōu)化，可以使用規(guī)模更小的可編程邏輯芯片，從而降低系統(tǒng)成本；對(duì)于許多可編程邏輯器件，由于布線資源有限，耗用資源過(guò)多會(huì)嚴(yán)重影響電路性能；為以后的技術(shù)升級(jí)留下更多的可編程資源，方便添加產(chǎn)品功能；對(duì)于多數(shù)可編程邏輯器件，資源耗用太多會(huì)使器件功耗顯著上升。48常用優(yōu)化方法軟件優(yōu)化資源共享串行化正確使用VHDL描述49QuartusII的優(yōu)化選項(xiàng)資源共享針對(duì)耗費(fèi)邏輯資源比較多的模塊，通過(guò)選擇、復(fù)用的方式共享該模塊，以減少資源使用。5151if(sel='1')then sum<=a+b;else sum<=c+d;endif;52if(sel='1')then temp1<=a; temp2<=b;else temp1<=c; temp2<=d;endif;sum<=temp1+temp2;53串行化（一）把耗用資源較多、并行執(zhí)行的邏輯塊分割開來(lái)，提取相同的邏輯模塊，在時(shí)間上復(fù)用該邏輯模塊。例：時(shí)鐘分頻電路原始時(shí)鐘fclk=1MHz掃描顯示時(shí)鐘f1khz=1000Hz按鍵防抖動(dòng)時(shí)鐘f100hz=100Hz時(shí)間計(jì)時(shí)時(shí)鐘f1hz=1Hz。54串行化（二）并行設(shè)計(jì)fclk=1Mhz÷1000÷104÷106f1khz=1000hzf100hz=100hzf1hz=1hz44LCs55串行化（三）串行設(shè)計(jì)fclk=1Mhz÷1000÷10÷100f1khz=1000hzf100hz=100hzf1hz=1hz21LCs高速系統(tǒng)慎用56正確使用VHDL描述在組合邏輯進(jìn)程中，其敏感向量表中要包含所有要讀取的信號(hào)；這是為了防止出現(xiàn)不必要的鎖存器。避免使用長(zhǎng)的if-then-else語(yǔ)句，而使用case語(yǔ)句來(lái)代替；防止出現(xiàn)較大的優(yōu)先編碼器，使得代碼比較容易讀懂。定義整數(shù)類型的信號(hào)和變量時(shí)一定要用RANGE子句指定范圍57編碼常見問題MultiDrive的處理當(dāng)你在兩個(gè)及兩個(gè)以上的進(jìn)程中對(duì)同一個(gè)信號(hào)進(jìn)行寫操作時(shí)，編譯器會(huì)提示你MultiDrive（多重驅(qū)動(dòng)）錯(cuò)誤。從硬件角度很容易理解為什么不能多重驅(qū)動(dòng)。信號(hào)只能在一個(gè)進(jìn)程里面修改，但是可以在多個(gè)進(jìn)程里面讀取判斷。所以要解決多重驅(qū)動(dòng)，我們需要至少兩個(gè)信號(hào)在進(jìn)程間進(jìn)行通信。通過(guò)讀取對(duì)方進(jìn)程里面信號(hào)的值得到對(duì)方的狀態(tài)，再根據(jù)對(duì)方不同狀態(tài)對(duì)自己內(nèi)部的信號(hào)進(jìn)行操作。編碼常見問題shumaguan1<=score/10;------分?jǐn)?shù)的十位CASEshumaguan1ISWHEN0=>fenshu2<="1111110";WHEN1=>fenshu2<="0110000";WHEN2=>fenshu2<="1101101";……WHEN9=>fenshu2<=“1111011”;ENDCASE;shumaguan2<=(scoreREM10);--分?jǐn)?shù)的個(gè)位CASEshumaguan2ISWHEN0=>fenshu3<="1111110";WHEN1=>fenshu3<="0110000";WHEN2=>fenshu3<="1101101";……WHEN9=>fenshu3<=“1111011”;ENDCASE;沒問題吧？貌似沒有問題，大家也都說(shuō)沒有問題。可是問題就這么憑空產(chǎn)生了：顯示分?jǐn)?shù)的這兩個(gè)數(shù)碼管永遠(yuǎn)保持一致，沒有任何的不同步。管腳沒有問題，代碼貌似沒有問題，連板子都換了好幾個(gè)了，問題依然存在。這個(gè)問題糾結(jié)了我一個(gè)晚上加一個(gè)下午，終于我的一次無(wú)聊的舉動(dòng)改變了歷史：shumaguan<=score/10;------分?jǐn)?shù)的十位CASEshumaguanISWHEN0=>fenshu2<="1111110";WHEN1=>fenshu2<="0110000";WHEN2=>fenshu2<="1101101";……WHEN9=>fenshu2<=“1111011”;ENDCASE;shumaguan<=(scoreREM10);--分?jǐn)?shù)的個(gè)位CASEshumaguanISWHEN0=>fenshu3<="1111110";WHEN1=>fenshu3<="0110000";WHEN2=>fenshu3<="1101101";……WHEN9=>fenshu3<=“1111011”;ENDCASE;就是這樣，然后我哭了。這真心糾結(jié)，是時(shí)序問題嗎？quartusII版本問題版本不同可能編譯時(shí)會(huì)報(bào)錯(cuò)實(shí)驗(yàn)板的區(qū)別601（藍(lán)）、622（綠）、615（紅）相同，時(shí)鐘通過(guò)紅色撥碼開關(guān)選擇，第4位為1時(shí)，選擇高頻，頻率50M603（黑），時(shí)鐘通過(guò)按鍵選擇，f7為最高頻率25M其它注意問題59其它注意問題仿真加入中間信號(hào)輸出端口一般是顯示器件譯碼后信號(hào)，仿真時(shí)不容易觀察，可加入中間信號(hào)，便于查看電路狀態(tài)變化。60下載文件路徑第四部分

綜合實(shí)驗(yàn)題目62綜合實(shí)驗(yàn)要求綜合實(shí)驗(yàn)每個(gè)題目選擇人數(shù)不能超過(guò)6人電路中心網(wǎng)站（）2015秋季學(xué)期數(shù)字實(shí)驗(yàn)課程要求及題目63綜合實(shí)驗(yàn)題目基于CPLD的簡(jiǎn)易洗衣機(jī)控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)LED點(diǎn)陣風(fēng)扇的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)打地鼠游戲的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易猜數(shù)字游戲機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表簡(jiǎn)易計(jì)算器電子節(jié)拍器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)64題目一簡(jiǎn)易洗衣機(jī)控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)基本要求：

洗衣機(jī)的工作步驟為洗滌、漂洗和脫水三個(gè)過(guò)程，工作時(shí)間分別為：洗滌30秒（進(jìn)水5秒，洗衣15秒，排水5秒，甩干5秒），漂洗25秒（進(jìn)水5秒，漂洗10秒，排水5秒，甩干5秒），脫水15秒（排水5秒，甩干10秒）；用一個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)洗衣程序的手動(dòng)選擇：A、單洗滌；B、單漂洗；C、單脫水；D、漂洗和脫水；E、洗滌、漂洗和脫水全過(guò)程；用發(fā)光二極管顯示洗衣機(jī)的工作狀態(tài)（洗衣、漂洗和脫水），并倒計(jì)時(shí)顯示每個(gè)狀態(tài)的工作時(shí)間，全部過(guò)程結(jié)束后，應(yīng)有聲音提示使用者；用點(diǎn)陣動(dòng)畫顯示洗衣機(jī)工作過(guò)程中進(jìn)水、波輪或滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)、排水和甩干等的工作情況，四種工作情況的動(dòng)畫顯示要有區(qū)別且盡可能的形象。用一個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)暫停洗衣和繼續(xù)洗衣的控制，暫停后繼續(xù)洗衣應(yīng)回到暫停之前保留的狀態(tài)；提高要求：三個(gè)過(guò)程的時(shí)間有多個(gè)選項(xiàng)供使用者選擇?？梢灶A(yù)約洗衣時(shí)間。自擬其它功能。65題目二LED點(diǎn)陣風(fēng)扇的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)基本要求：用8×8點(diǎn)陣模擬風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，并采用雙色點(diǎn)陣顯示。風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)方式如圖1所示，包括四個(gè)點(diǎn)陣顯示狀態(tài)，并按順序循環(huán)顯示。風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)速度根據(jù)環(huán)境溫度分為4檔，其中1檔的四個(gè)顯示狀態(tài)之間的切換時(shí)間為2秒，2為1秒，3檔為0.5秒，4檔為靜止不動(dòng)。圖1點(diǎn)陣模擬風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)示意圖66基本要求：環(huán)境溫度通過(guò)2個(gè)BTN按鍵設(shè)置，一個(gè)用來(lái)增加，一個(gè)用來(lái)減少，溫度可設(shè)置范圍為10℃～40℃，溫度精度為1℃，并用兩個(gè)數(shù)碼管進(jìn)行溫度顯示。風(fēng)扇根據(jù)不同的溫度自動(dòng)采用不同的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，其中20℃～24℃對(duì)應(yīng)1檔，25℃～29℃對(duì)應(yīng)2檔，30℃～40℃對(duì)應(yīng)3檔，10℃～19℃對(duì)應(yīng)4檔，用一個(gè)數(shù)碼管顯示檔位。定時(shí)模式：在風(fēng)扇不同轉(zhuǎn)動(dòng)速度下，可以通過(guò)按鍵切換進(jìn)入定時(shí)模式。定時(shí)時(shí)間可設(shè)置范圍為20～59秒，采用兩個(gè)數(shù)碼管進(jìn)行倒計(jì)時(shí)顯示，當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)結(jié)束后，風(fēng)扇狀態(tài)保持靜止不動(dòng)。設(shè)置開關(guān)鍵。風(fēng)扇開機(jī)初始狀態(tài)為20℃、1檔，并有不小于5秒的開機(jī)音樂。關(guān)機(jī)狀態(tài)為點(diǎn)陣全滅。提高要求：設(shè)計(jì)LED風(fēng)扇的其他工作模式。利用實(shí)驗(yàn)板上的溫度傳感器代替按鍵直接獲取溫度數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)LED風(fēng)扇四檔轉(zhuǎn)速的自動(dòng)控制。用數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示溫度傳感器的溫度數(shù)據(jù)，精度為0.1℃。自擬其他功能。題目二LED點(diǎn)陣風(fēng)扇的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)67題目三打地鼠游戲的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)基本要求：設(shè)計(jì)一個(gè)挑戰(zhàn)反應(yīng)速度的“打地鼠”游戲，采用用8×8雙色點(diǎn)陣顯示游戲界面，其中游戲邊界采用綠色LED顯示，隨機(jī)出現(xiàn)的地鼠采用紅色LED顯示，游戲有16個(gè)洞穴，如圖1所示。游戲洞穴每次隨機(jī)出現(xiàn)一個(gè)地鼠，每個(gè)地鼠的最長(zhǎng)保持時(shí)間為2秒，2秒后隨機(jī)出現(xiàn)下一個(gè)地鼠。以4×4鍵盤的按鍵代表錘子，16個(gè)洞穴與16個(gè)按鍵一一對(duì)應(yīng)，一旦錘子在2秒內(nèi)擊中地鼠，地鼠消失，數(shù)碼管計(jì)分器分?jǐn)?shù)加1分；若錘子一直沒有擊中地鼠，2秒后該地鼠消失。用兩個(gè)數(shù)碼管顯示游戲成績(jī)，當(dāng)游戲成績(jī)達(dá)到10分時(shí)游戲結(jié)束，點(diǎn)陣顯示字符“V”。圖1打地鼠游戲示意圖68題目三打地鼠游戲的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)基本要求用兩個(gè)數(shù)碼管對(duì)整個(gè)游戲進(jìn)行倒計(jì)時(shí)，當(dāng)游戲時(shí)間超過(guò)59秒而成績(jī)未達(dá)到10分時(shí)，游戲失敗，點(diǎn)陣顯示字符“X”。按復(fù)位鍵重新開始游戲，并開始倒計(jì)時(shí)。提高要求：增加游戲難關(guān)，在邊界內(nèi)每次隨機(jī)出現(xiàn)兩個(gè)地鼠，兩個(gè)地鼠的最長(zhǎng)保持時(shí)間均為2秒，2秒后隨機(jī)出現(xiàn)下兩個(gè)地鼠，錘子擊中一個(gè)地鼠加1分，當(dāng)游戲成績(jī)達(dá)到20分而且游戲時(shí)間未超過(guò)59秒時(shí)，游戲結(jié)束，顯示字符“V”，否則顯示字符“X”。自擬其他功能。69題目四簡(jiǎn)易猜數(shù)字游戲機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)基本要求：游戲規(guī)則：通常由兩個(gè)人玩，一方出數(shù)字，另一方猜。出數(shù)字的人要想好一個(gè)沒有重復(fù)數(shù)字的4位數(shù)，不能讓猜的人知道。數(shù)字設(shè)置：通過(guò)4*4鍵盤進(jìn)行4位數(shù)字輸入,在數(shù)碼管（DISP0~DISP3）上顯示當(dāng)前所輸入的數(shù)字。通過(guò)設(shè)置確定鍵（BTN1鍵）進(jìn)行鎖定，此時(shí)數(shù)碼管上的數(shù)值消失，同時(shí)用點(diǎn)陣開始倒計(jì)時(shí)，即：初始狀態(tài)點(diǎn)陣全亮，然后從右下角開始，由右到左、由下到上逐點(diǎn)逐排依次熄滅，間隔時(shí)間為1s，共計(jì)64s。猜數(shù)字：可以通過(guò)4*4鍵盤進(jìn)行4位數(shù)字輸入進(jìn)行猜數(shù)字，且每輸入一位數(shù)字在數(shù)碼管（DISP0~DISP3）上顯示當(dāng)前所輸入的數(shù)字，按確定鍵（BTN2鍵）進(jìn)行確認(rèn)，此時(shí)要根據(jù)輸入的這組數(shù)字給出幾A幾B，其中：A前面的數(shù)字表示位置正確的數(shù)的個(gè)數(shù)，用DISP5顯示B前的數(shù)字表示數(shù)字正確而位置不對(duì)的數(shù)的個(gè)數(shù)，用DISP4顯示如正確答案為2134，而猜的人猜5314，則是1A2B，其中有一個(gè)4的位置對(duì)了，記為1A，而1和3這三個(gè)數(shù)字對(duì)了，而位置沒對(duì)，因此記為2B，合起來(lái)就是1A2B

接著猜的人再根據(jù)出題者的幾A幾B繼續(xù)猜，直到猜中（即4A0B）為止。

70基本要求若數(shù)字正確則顯示猜數(shù)字成功，點(diǎn)陣顯示“?”笑臉；若輸入數(shù)字錯(cuò)誤系統(tǒng)仍然處于猜數(shù)字狀態(tài)，點(diǎn)陣顯示“X”，并用蜂鳴器或led閃爍報(bào)警。若到點(diǎn)陣全滅時(shí)(64s結(jié)束)仍未猜出正確數(shù)字，游戲失敗，點(diǎn)陣顯示“囧”。設(shè)置游戲機(jī)開關(guān)。提高要求：若數(shù)字正確則顯示猜數(shù)字成功，并用蜂鳴器播放一段樂曲。

隨機(jī)產(chǎn)生數(shù)