EDA设计性实验综合项目及要求.doc

当代电子系统设计
课程编码：Z6102X012 实验指引书：EDA实验讲义（，自编）
面向专业：电子信息工程、通信工程、生物医学工程

设计性实验项目名称 模可变计数器设计

实验项目学时：2学时 实验规定：■ 必修 □ 选修

（一） 实验目
1、 进一步熟悉实验装置和QuartusⅡ软件使用；
2、 进一步熟悉和掌握EDA设计流程；
3、 学习简朴组合、时序电路EDA设计；
4、 学习计数器中二进制码到BCD码转换技巧；
5、 学习实验装置上数码管输出办法。

（二） 设计规定
完毕设计、仿真、调试、下载、硬件测试等环节，在EDA实验装置上实现模可变计数器功能，详细规定如下：
1、 设立一种按键控制变化模值，按键按下时模为10-99之间（详细数值暂时拟定）数，没按下时模为100-199之间（详细数值暂时拟定）数；
2、 计数成果用三位数码管十进制显示。

（三） 重要仪器设备
1、 微机 1台
2、 QuartusII集成开发软件 1套
3、 EDA实验装置 1套

设计性实验项目名称 序列信号发生和检测器设计

实验项目学时：2学时 实验规定：■ 必修 □ 选修

（一） 实验目
1、 进一步熟悉EDA实验装置和QuartusⅡ软件用法；
2、 学习有限状态机法进行数字系统设计；
3、 学习使用原理图输入法进行设计。

（二） 设计规定
完毕设计、仿真、调试、下载、硬件测试等环节，在EDA实验装置上实现一种串行序列信号发生器和一种序列信号检测器功能，详细规定如下：
1、 先用原理图输入法设计1010序列信号发生器，其最后8BIT数据用LED显示出来；
2、 再设计一种序列信号检测器，检测上述序列信号，若检测到串行序列“11010”则输出为“1”，否则输出为“0”；

（三） 重要仪器设备
1、 微机 1台
2、 QuartusII集成开发软件 1套
3、 EDA实验装置 1套

设计性实验项目名称 交通灯控制器设计

实验项目学时：3学时 实验规定：■ 必修 □ 选修

（一） 实验目
1、 学习与寻常生活有关且较复杂数字系统设计；
2、 进一步熟悉EDA实验装置和QuartusⅡ软件用法；
3、 学习二进制码到BCD码转换；
4、 学习有限状态机设计应用。

（二） 设计规定
完毕设计、仿真、调试、下载、硬件测试等环节，在型EDA实验装置上实现一种由一条主干道和一条乡间公路汇合点形成十字交叉路口交通灯控制器功能，详细规定如下：
1、 有MR（主红）、MY（主黄）、MG（主绿）、CR（乡红）、CY（乡黄）、CG（乡绿）六盏交通灯需要控制；
2、 交通灯由绿转红前有4秒亮黄灯间隔时间，由红转绿没有间隔时间；
3、 乡间公路右侧各埋有一种串连传感器，当有车辆准备通过乡间公路时，发出祈求信号S=1，别的时间S=0；
4、 平时系统停留在主干道通行（MGCR）状态，一旦S信号有效，经主道黄灯4秒（MYCR）状态后转入乡间公路通行（MRCG）状态，但要保证主干道通行不不大于一分钟后才干转换；
5、 一旦S信号消失，系统脱离MRCG状态，即经乡道黄灯4秒（MRCY）状态进入MGCR状态，虽然S信号始终有效，MRCG状态也不得长于20秒钟；
6、 控制对象除红绿灯之外，还涉及分别在主干道和乡间公路各有一种两位十进制倒计时数码管显示。

（三） 重要仪器设备
1、 微机 1台
2、 QuartusII集成开发软件 1套
3、 EDA实验装置 1套

设计性实验项目名称 多功能数字钟设计

实验项目学时：6学时 实验规定：■ 必修 □ 选修

(一) 实验目
1、 学习综合且较复杂数字系统设计；
2、 学习多层次、多模块数字系统设计；
3、 学习数码管扫描显示电路设计；

(二) 设计规定
完毕设计、仿真、调试、下载、硬件测试等环节，在型EDA实验装置上由简朴到复杂实现多功能数字钟功能，详细规定如下：
1、 数码管扫描显示时、分、秒；
2、 具备正常计时和调时、调分、调秒等校时功能；
3、 经设立应具备整点报时功能；
4、 经设立应具备跑表功能；
5、 经设立应具备闹钟功能；
如下某些为扩展规定：
6、 音乐闹钟功能；
7、 液晶显示：年、月、日、时、分、秒、星期；
8、 自动闰年、闰月万年历功能；

(三) 重要仪器设备
1、 微机 1台
2、 QuartusII集成开发软件 1套
3、 EDA实验装置 1套

设计性实验项目名称 高速数字有关器设计与时序分析

实验项目学时：6学时 实验规定：■ 必修 □ 选修

(一) 实验目
1、 学习EDA技术中资源优化、速度优化及其时序分析；
2、 学习采用流水线技术以提高硬件运营速度；

(二) 设计规定
数字有关器用于检测等长度两个数字序列间相等位数，实现序列间有关运算，一位有关器就是异或门。
在熟悉QuartusⅡ软件对资源优化、速度优化设立和时序分析办法基本上，采用流水线技术完毕高速数字有关器设计。详细规定如下：
1、 输入为两路16位串行序列；
2、 先设计并行16位数字有关器，预计最大延时，并计算也许运营最高频率；
3、 使用流水线技术在1位数字有关器输入、输出及每一级组合逻辑成果处加入流水线寄存器，改进其运营速度，预计最大延时，并计算也许运营最高频率；

(三) 重要仪器设备
1、 微机 1台
2、 QuartusII集成开发软件 1套

设计性实验项目名称 乐曲播放器设计

实验项目学时：6学时 实验规定：■ 必修 □ 选修

(一) 实验目
1、 学习运用LPM（Library of Parameterized Modules 参数可设立模块库）进行设计；
2、 理解蜂鸣器发声原理；
3、 通过乐曲播放增长学生对EDA技术学习兴趣。

(二) 设计规定
构成乐曲每个音符发音频率值及其持续时间是乐曲能持续演奏所需2个基本要素，发音频率值可以查阅有关资料，产生各音符所需频率可通过度频器实现。
完毕设计、仿真、调试、下载、硬件测试等环节，在型EDA实验装置上实现乐曲播放器功能，详细规定如下：
1、 选取喜欢多首乐曲，依照其简谱和相应发音频率值及其持续时间，编码得到数据流；
2 将上述数据存入LPM_ROM中；
3、 设计相应控制电路，顺序或选取进行乐曲播放。

(三) 重要仪器设备
1、 微机 1台
2、 QuartusII集成开发软件 1套
3、 EDA实验装置 1套

设计性实验项目名称 自动换档频率计设计

实验项目学时：6学时 实验规定：■ 必修 □ 选修

(一) 实验目
1、 学习综合且复杂数字系统设计；
2、 学习PLL（高性能嵌入式锁相环）使用；
3、 学习含小数点，具备先后灭零，多位7段译码扫描数码管显示。

(二) 设计规定
完毕设计、仿真、调试、下载、硬件测试等环节，在EDA实验装置上实现自动换档频率计功能，详细规定如下：
1、 由一种4位十进制数码管（含小数点）显示成果；
2、 测量范畴为1Hz~9999KHz；
3、 能自动依照7位十进制成果，自动选取有效数据高4位进行动态显示（即量程自动转换），小数点表达是千位，即KHz；
4、 为检测设计对的与否，应将第2时钟通过PLL和手控分频器产生宽范畴各种频率来测试自动换档频率计功能。

(三) 重要仪器设备
1、 微机 1台
2、 QuartusII集成开发软件 1套
3、 EDA实验装置 1套

设计性实验项目名称 通用异步收发器设计

实验项目学时：6学时 实验规定：■ 必修 □ 选修

(一) 实验目
1、 学习综合且复杂数字系统设计；
2、 熟悉通用异步收发原理；
3、 学习使用Visual C++设计PC机串口通讯程序。

(二) 设计规定
完毕设计、仿真、调试、下载、硬件测试等环节，在EDA实验装置上实现通用异步收发器功能，详细规定如下：
1、 具备全双工异步接受和发送功能；
2、 能设立数据位、停止位、奇偶校验位；
3、 能设立波特率；
4、 有发送中断和接受中断信号输出；
5、 通过MAX232电平转换（实验装置自带）与微机RS-232串行接口进行通讯线连接；
6、 用Visual C++编写串口通讯程序或使用“串口调试助手”与设计通用异步收发器进行实际串行通讯。

(三) 重要仪器设备
1、 微机 1台
2、 QuartusII集成开发软件 1套
3、 EDA实验装置 1套
4、 串口通讯线（9芯） 1根

综合设计性实验项目名称 CPLD/FPGA硬件板设计与制作

实验项目学时：9学时 实验规定：■ 必修 □ 选修

一、 实验目
1、 理解各芯片生产厂家CPLD/FPGA器件产品系列（重点是Altera）性能特点；
2、 熟悉MAX7000S系列CPLD和FLEX10K系列FPGA性能和管脚排布；
3、 学习CPLD/FPGA硬件板设计；
4、 熟悉CPLD/FPGAJTAG下载接口设计；
5、 进一步熟悉有关三端稳压、数码管、电阻电容、功率驱动、晶振等器件使用。

二、 设计制作规定
本实验课程中前几种实验如：交通灯控制器设计、多功能数字钟设计、自动换档频率计设计、通用异步收发器设计、乐曲播放器设计等项目均是在型实验装置上进行，本项目规定结合上述某一种或某几种项目进行硬件板设计与制作，详细规定如下：
1、 结合有关项目选用一片CPLD或FPGA和其他有关器件进行相应硬件设计；
2、 绘制原理图和PCB版图以实现相应功能；
3、 制作相应PCB线路板；
4、 焊接、调试相应线路板；
5、 将相应设计网表文献下载到CPLD或FPGA上并进行硬件测试；

三、 重要仪器设备
1、 微机 1台
2、 QuartusII集成开发软件 1套
3、 Protel DXP 软件 1套
4、 EDA实验装置 1套
5、 单面线路板或双面线路板制板设备 1套
（HY-2型电路制板机1台、Jy-2型腐蚀机1台、Hz型高速台钻1台、QB-1型剪板机1台、SJ-2型双面金属化孔机1台、ET0-811型制板电烘箱1台、ZY3220型电路板（双面）雕刻机1台、SMD-TPA型贴片机1台、ZY1200型钻孔机1台、HP 1600型彩色输出机1台）

四、 实验耗材
Epm7128S、数码管、电阻、电容、三稳压器、接插件、覆铜板（依照设计内容）等，约80元。

五、 重要参照书
[1] 黄志伟．FPGA系统设计与实践[M]．北京：电子工业出版社．
[2] 张睿．精通Protel DXP 电路设计[M]．北京：电子工业出版社．
[3] 中华人民共和国电子技术信息网．.com．
[4] 三毛电子世界网站．
综合设计性实验项目名称 ISA总线I/O板设计与制作

实验项目学时：9学时 实验规定：■ 必修 □ 选修

一、 实验目
1、 理解各芯片生产厂家CPLD/FPGA器件产品系列性能特点；
2、 熟悉MAX7000S系列CPLD和FLEX10K系列FPGA性能和管脚排布；
3、 学习CPLD/FPGA硬件板设计；
4、 熟悉ISA总线接口并学习ISA总线接口板设计；
5、 理解光电耦合器件功能和性能指标。

二、 设计制作规定
本项目规定设计一种基于ISA总线光隔离开关量输入/输出板，并予以制作、调试，详细规定如下：
1、 24路带光电隔离、共地开关量输出，8路带光电隔离、共地开关量输入；
2、 对外采用37芯D型头连接器；
3、 绘制原理图和PCB版图以实现相应功能；
4、 制作相应PCB线路板；
5、 焊接、调试相应线路板；
6、 将相应设计网表文献下载到CPLD或FPGA上；
7、 编制简朴I/O控制软件，进行硬件测试；

三、 重要仪器设备
1、 微机 1台
2、 QuartusII集成开发软件 1套
3、 Protel DXP 软件 1套
4、 双面线路板制板设备 1套
（ZY3220型电路板（双面）雕刻机1台、QB-1型剪板机1台、SJ-2型双面金属化孔机1台、SMD-TPA型贴片机1台、ZY1200型钻孔机1台、HP 1600型彩色输出机1台）

四、 实验耗材
Epm7064S、电阻、电容、三稳压器、接插件、覆铜板等（依照设计内容），约160元。

五、 重要参照书
[1] 黄志伟．FPGA系统设计与实践[M]．北京：电子工业出版社．
[2] 汤书森．微机原理接口技术实验与实践教程[M]．北京：清华大学出版社．
[3] 张睿．精通Protel DXP 电路设计[M]．北京：电子工业出版社．
[4] 电子技术应用推广专业网站．.com．
[5] 三毛电子世界网站．
综合设计性实验项目名称 FIR或IIR数字滤波器设计

实验项目学时：9学时 实验规定：■ 必修 □ 选修

一、 实验目
1、 理解基于EDAMatlab/DSP Builder数字信号解决设计流程；
2、 巩固数字信号解决理论知识；
3、 熟悉数字信号解决FPGA实现办法；
4、 比较用FPGA实现数字信号解决与常规办法性能差别。

二 设计规定
在《数字信号解决》实验课程中规定进行“用双线性变换法设计IIR数字滤波器”和“用窗函数法设计FIR数字滤波器”两个实验，现规定用Matlab/DSP Builder办法和硬件描述语言设计硬件办法，选取任一项目用FPGA实现滤波器设计。
项目1：用双线性变换法设计一种巴特沃斯低通IIR数字滤波器。设计指标参数为：在通频带内频率低于时，最大衰减不大于1 dB；在阻带内频率区间上，最小衰减不不大于15dB。
项目2:（1）用升余弦窗设计一线性相位低通FIR数字滤波器，截止频率rad。窗口长度。规定在两种窗口长度状况下，分别求出，打印出相应幅频特性和相频特性曲线，观测3dB带宽和20dB带宽。总结窗口长度对滤波特性影响。
（2），，用四种窗函数设计线性相位低通FIR数字滤波器。绘制相应幅频特性曲线，观测3dB和20dB带宽以及阻带最小衰减，比较四种窗函数对滤波器特性影响。

三、重要仪器设备及实验耗材：
1、 微机 1台
2、 QuartusII集成开发软件 1套
3、 EDA实验装置 1套

四、重要参照书
[1] Uwe Meyer-Baese．数字信号解决FPGA实现[M]．北京：清华大学出版社．
综合设计性实验项目名称 等精度频率/相位计设计与制作

实验项目学时：9学时 实验规定：■ 必修 □ 选修

一、 实验目
1、 理解各芯片生产厂家CPLD/FPGA器件产品系列性能特点；
2、 熟悉MAX7000S系列CPLD和FLEX10K系列FPGA性能和管脚排布；
3、 学习CPLD/FPGA硬件板设计；
4、 学习EDA与MCS-51单片机进行联合电子系统设计；
5、 学习在CPLD/FPGA 中设计MCS-51单片机接口；
6、 进一步熟悉有关三端稳压、数码管/液晶屏、电阻电容、功率驱动、晶振等器件使用。

二、 设计制作规定
本项目规定进行一种“等精度频率/相位计”设计与制作，规定系统完毕如下功能：
1、 通过放大、整形电路对输入信号进行预解决；
2、 频率测试功能：测频范畴0.1Hz～100MHz。测频精度：测频全域相对误差恒为百万分之一。
3、 脉宽测试功能：测试范畴0.1μs～1s，测试精度0.01μs。
4、 占空比测试功能：测试（显示）精度1％～99％。
5、 相位测试功能：测试范畴0～360度，测试精度0.2度。
本项目系统构成规定为：
1、 CPLD/FPGA采用100MHz晶振，完毕待测信号采样、计数、数据转换等功能。
2、 单片机负责数码管/液晶屏显示、按键输入、数据运算等功能。

三、 重要仪器设备及实验耗材：
1、 微机 1台
2、 QuartusII集成开发软件 1套
3、 Protel DXP 软件 1套
4、 Keil C51 软件 1套
5、 TKS-668B型单片机仿真器 1台
6、 SmartPRO 5000U通用编程器 1台
7、 单面线路板或双面线路板制板设备 1套
（ZY3220型电路板（双面）雕刻机1台、QB-1型剪板机1台、SJ-2型双面金属化孔机1台、SMD-TPA型贴片机1台、ZY1200型钻孔机1台、HP 1600型彩色输出机1台）

四、 实验耗材
Epm7064S、89C55、电阻、电容、三稳压器、接插件、晶体振荡器、运算放大器、覆铜板等（依照设计内容），约160元。

五、 重要参照书
[1] 张洪润．单片机原理及应用[M]．北京：清华大学出版社．
[2] 黄志伟．FPGA系统设计与实践[M]．北京：电子工业出版社．
[3] 张睿．精通Protel DXP 电路设计[M]．北京：电子工业出版社．
[4] 中华人民共和国电子技术信息网．.com．
[5] 电子技术应用推广专业网站．.com．
[6] 三毛电子世界网站．