《FPGA设计与应用》实验指导书全(Verilog版).doc

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1、《FPGA设计与应用》实验指导书熊利祥编武汉理工大学华夏学院2011年9月前言一、实验课目的数字电路与系统设计实验课是电子工程类专业教学中重要的实践环节，包括了ISE开发环境基本操作及FPGA的基本原理、基带传输系统的设计、Uart串口控制器电路的设计、PS/2接口的设计、VGA显示接口设计。要求学生通过实验学会正确使用EDA技术，掌握FPGA器件的开发，熟练使用ISE开发环境，掌握Verilog语言的编程，掌握数字电路和系统的设计。通过实验，使学生加深对课堂专业教学内容的理解，培养学生理论联系实际的能力，实事求是，严谨

2、的科学作风，使学生通过实验结果，利用所学的理论去分析研究EDA技术。培养学生使用Basys2开发板的能力以及运用实验方法解决实际问题的能力。二、实验要求：1.课前预习①认真阅读实验指导书，了解实验内容；②认真阅读有关实验的理论知识；③读懂程序代码。2.实验过程①按时到达实验室；②认真听取老师对实验内容及实验要求的讲解；③认真进行实验的每一步，观察程序代码与仿真结果是否相符；④将实验过程中程序代码和仿真结果提交给老师审查；⑤做完实验后，整理实验设备，关闭实验开发板电源、电脑电源后方可离开。3.实验报告①按要求认真填写实验报

3、告书；②认真分析实验结果；③按时将实验报告交给老师批阅。三、实验学生守则1．保持室内整洁，不准随地吐痰、不准乱丢杂物、不准大声喧哗、不准吸烟、不准吃东西；2.爱护公务，不得在实验桌及墙壁上书写刻画，不得擅自删除电脑里面的文件；3.安全用电，严禁触及任何带电体的裸露部分，严禁带电接线和拆线；4.任何规章或不按老师要求操作造成仪器设备损坏须论价赔偿。目录实验一Uart通用串口接口的设计……………………………………………………4实验二PS/2接口的设计………………………………………………………………28实验三VGA显示接口设计

4、……………………………………………………………30附录一basys2开发板资料…………………………………………………………36实验一Uart串口控制接口电路的设计一、实验目的1.掌握分频模块的设计方法。2.掌握并/串模块的设计方法。3.掌握串/并模块的设计方法。4.掌握发送模块的设计方法。5.掌握接收模块的设计方法。二、实验内容及基本原理通用异步收发器是一种通用串行数据总线，用于异步通信。该总线双向通信，可以实现全双工传输和接收。它是一种应用非常广泛的短距离串行传输接口，主要应用于短距离、低速低成本的微机与下位机的实时通

5、信中，然而这类芯片本身已经相当复杂，有的甚至含有许多辅助的功能模块（如FIFO），但是实际应用中常常不需要使用如此完整的UART的功能以及这些辅助功能。本设计要求以Verilog语言进行基于FPGA的硬件逻辑设计，利用ISE进行控制器的设计，用C#实现上位机串口通信软件的设计。说明：一帧数据分为4个部分S:起始位（一般为0）d[7:0]:数据位（长度6~8bit）PB:校验位（可选）P:停止位1（1、1.5或2bit）本设计要求学生设计一个串行通信控制器，要求满足的功能要求如下：（1）利用FPGA设计串行通信发射模块。（

6、2）利用FPGA设计串行通信接收模块。（3）利用C#设计上位机软件，显示接收的数据。三、实验步骤1.新建一个工程，命名为uart.xise。2.新建一个Verilog源文件，命名为uart.v,编写源文件,实现加法器功能。3.综合4.新建一个测试文件，命名为test.v，编写测试文件进行波形仿真。5.新建一个约束文件，命名为uart.ucf。6.实现7.生成编程文件8.下载9.功能测试四、主要仪器和设备主要仪器和设备：计算机，Basys2开发板。五、实验报告要求1.写出设计思想及框图2.简述设计步骤和调试过程。包括总体电

7、路设计、相应模块设计，以及在ISE上完成的设计和仿真。相关文档包括：Verilog语言的源代码（程序要有详细的注释和功能说明）、引脚分配的约束文件、验证设计功能等设计的所有文档与调试的结果。3.写出结论及心得体会。4.按照实验报告模板，撰写实验报告。实验报告各项内容都要填好，不能空缺。源代码和图可以打印，其它内容手写。实验二ps2键盘接口电路的设计一、实验目的1.掌握分频模块的设计方法。2.掌握发送模块的设计方法。二、实验内容及基本原理ps2是常见的AT键盘或鼠标的接口，本设计不适用于USB键盘或者已淘汰的XT键盘。键盘

8、上带有自己的微处理器，它不断地扫描按键输入，并把结果发送给接口。对于一个ps2键盘来说，可以通过扫描码来识别按键输入。扫描码与物理按键相关联。所以，键盘中左shift键和右shift键拥有不同的扫描码。当你按下键盘上一个按键时，Make扫描码被发送到ps2接口；当释放按键时候，Break扫描编码被发送到ps2接口。下