1、数字逻辑课程设计报告课 程 实 验 报 告课程名称： 数字逻辑课程设计 专业班级：计算机科学与技术201003学 号： 姓 名： 鲁辰 指导教师： 报告日期： 计算机科学与技术学院目录1 实验目的 22 实验仪器和组件 23 实验设计方案、逻辑图和波形图 23.1 控制面板 23.2 输入 23.3 输出 23.4 流程图 23.5 设计的具体要求 23.6 端口列表及说明 23.7 数据对象列表说明 23.8 各个功能模块说明 24 实验步骤、实验记录 24.1 分模块编写源代码： 24.2 分模块测试、仿真 24.2.1 水位控制模块的仿真 24.2.2 模式控制模块仿真 24.2.3 标
2、准洗仿真 24.2.4 单洗模块仿真 24.2.5 洗漂模块仿真 24.2.6 单漂模块仿真 24.2.7 漂脱模块仿真 24.2.8 单脱模块仿真 24.2.9 暂停控制仿真 24.2.10 自动关机仿真 25 对观察结果的分析、处理及讨论 26 实验方案的改进意见 2参考文献 2附录：程序源代码 2顶层文件：try1.vhd 2开机控制模块：power_control1.vhd 2水位控制模块：water_level1.vhd 21 实验目的 通过硬件描述语言VHDL的编程，深入了解并掌握可编程芯片PLD的设计技术，加强对数字逻辑课程所学知识的综合运用能力。培养创新性思维能力和独立解决实际
3、问题的能力。2 实验仪器和组件DICE-SEM型实验箱（含Lattice 公司的CPLD芯片 ispLSI1032）开发系统ispLever5.0导线数根3 实验设计方案、逻辑图和波形图3.1 控制面板3.2 输入：电源开关：电平启动、暂停按钮：脉冲信号洗衣模式：脉冲信号水位：脉冲信号3.3 输出指示灯：电源开关指示灯、启动/暂停指示灯（启动工作时亮）、洗涤指示灯、漂洗指示灯、脱水指示灯数码管：两个数码管显示剩余时间，由三种工作状态的剩余时间共用，即：洗涤时间、漂洗时间和脱水时间，在进行洗衣模式选择时则显示为该模式的总时间。一位数码管显示水位。3.4 流程图是否3.5 设计的具体要求（1）标准
4、模式下，洗衣机先洗涤12分钟，然后漂洗6分钟2次，最后脱水3分钟。（2）单洗模式下，洗衣机只洗12分钟。（3）洗漂模式下，洗衣机先洗涤12分钟，然后漂洗6分钟2次。（4）单漂模式下，洗衣机只漂洗6分钟2次（5）漂脱模式下，洗衣机先漂洗6分钟2次，然后脱水3分钟（6）单脱模式下，洗衣机只脱水3分钟（7）上面6种模式运行时，都可以随时按启动/暂停键在暂停运行和启动运行两者间切换。（8）在一个洗衣模式的所有工作流程完成之后，洗衣机进入标准模式，同时，如果5分钟内没有按启动/暂停键来启动运行，系统将自行掉电。3.6 端口列表及说明端口名称输入or输出端口类型功能powerinoutstd_logic作
5、为洗衣机开关，接电平信号clkinstd_logic输入时钟，接实验台上1Hz插孔（接上页表）startinstd_logic启动/暂停按钮，接脉冲信号modeinstd_logic模式选择按钮，接脉冲信号waterinstd_logic水位选择按钮，接脉冲信号display_1outstd_logic_vector(3 downto 0)洗衣机运行时，显示剩余时间；模式选择时，显示当前模式总时间（显示剩余时间的十位）display_0outstd_logic_vector(3 downto 0)洗衣机运行时，显示剩余时间；模式选择时，显示当前模式总时间（显示剩余时间的个位）water_lev
6、eloutstd_logic_vector(3 downto 0)显示当前水位soundoutstd_logic当洗衣机洗衣结束时，发出警报power_lightoutstd_logic显示洗衣机的开关状态，接指示灯，灯亮表示“开”startloutstd_logic启动/暂停指示灯，值为1表示洗衣机处于“启动状态”washing_lightoutstd_logic模式选择时，亮红灯表示该模式中包括了洗涤过程；洗衣机运行时，灯闪表示正在进行洗涤过程clean_lightoutstd_logic模式选择时，亮红灯表示该模式中包括了漂洗过程；洗衣机运行时，灯闪表示正在进行漂洗过程drain_lig
7、htoutstd_logic模式选择时，亮红灯表示该模式中包括了脱水过程；洗衣机运行时，灯闪表示正在进行脱水过程表格3. 1 端口说明3.7 数据对象列表说明数据对象名称数据对象类型功能states枚举类型将洗衣机的六种洗衣模式描述值为(s0,s1,s2,s3,s4,s5)六种状态的数据类型（接上页表）c_sstates表示当前状态，其值为s0,s1,s2,s3,s4,s5之一c_tinteger range 0 to 27表示洗衣机运行过程中当前模式下的剩余时间last_timeinteger range 0 to 27表示当前clk脉冲到来前，洗衣机运行过程中当前模式下的剩余时间stops
8、td_logic控制系统的自动掉电，当stop值为1时系统自动掉电donestd_logic表示当前是否可以修改洗衣模式，值为1表示当前可修改洗衣模式overstd_logic表示洗衣机当前是否已完成工作处于待机状态，值为1表示洗衣机当前完成工作countinteger range 0 to 30作为自动掉电计时器，当系统完成工作处于待机状态时，每当时钟脉冲到来，计时器的值加1表格3. 2 数据对象说明3.8 各个功能模块说明3.8.1 开机/关机控制：power_control1该模块通过读取由顶层模块传入的信号power、stop，做出判断，对power_light的值进行修改。3.8.2
9、 水位控制：water_level1该模块通过由顶层模块传入的信号 power、water、start_light、water_level，作出判断；当power=1，start_light=0时，通过顶层的water端口传入的脉冲信号为有效，这时，每当检测到water的一个脉冲时，water_level的输出值加1。3.8.3 模式控制：mode_choose通过检测信号power_light、start_light、mode等的值，当处于暂停情况下时，检测到的mode的脉冲有效，对模式c_s进行修改。3.8.4 计时：start1当处于启动状态时，时钟脉冲clk有效，使c_t的值减1，即当
10、前模式下的剩余时间减1，此时不能修改模式；当暂停时，通过done的值，判断是否修改模式。3.8.5显示时间：operation_time根据计时模块得到的剩余时间c_t，运算得出当前模块当前步骤（可能含洗涤、漂洗、脱水三个洗衣步骤）的剩余时间。3.8.6模式指示等控制：lighting根据由c_s、power_light、start_light的值控制wash_light、clean_light、drain_light 的亮、灭、闪等状态。3.8.7启动/暂停指示灯控制：spl处于启动状态时，灯亮；否则灯不亮。3.8.8自动关机控制：selfoff当洗衣的流程结束时（即power=1、over
11、=1、start_light=0时），每当检测到一个时钟脉冲count的值加1，当count的值等于30时，开关机控制模块power_control1检测到stop的值变成1，于是将power_light置为0，即自动关机。4 实验步骤、实验记录4.1 分模块编写源代码：详见附录中的代码部分4.2 分模块测试、仿真4.2.1 水位控制模块的仿真图4. 1 水位控制模块仿真波形图4.2.2 模式控制模块仿真图4. 2 模式控制模块仿真波形图4.2.3 标准洗仿真图4. 3 标准洗仿真波形图4.2.4 单洗模块仿真图4. 4 单洗模块仿真波形图4.2.5 洗漂模块仿真图4. 5 漂洗模块仿真波形图
12、4.2.6 单漂模块仿真图4. 6 单漂模块仿真波形图4.2.7 漂脱模块仿真图4. 7 漂脱模块仿真波形图4.2.8 单脱模块仿真图4. 8 单脱模块仿真波形图4.2.9 暂停控制仿真图4. 9 暂停控制仿真波形图4.2.10 自动关机仿真图4. 10 自动关机仿真波形5 对观察结果的分析、处理及讨论首先通过引脚绑定，生成jed文件，然后将jed文件下载到目标器件（即CPLD芯片ispLSI1032）。通过实际手动测试，发现基本功能与仿真产生的波形图相符合，但是，测试暂停功能时，发现每当在洗衣机运行时按下暂停键，时间的显示会回到该模块最初的总时间，从新开始计时，这与4.2.9中的暂停控制波形
13、仿真情况不符。6 实验方案的改进意见暂停功能下载到芯片后无法正常使用，是亟待改进的一点。但是由于仿真波形名没有反映出上述错误，所以初步判断不大可能是代码的编写错误造成的。个人分析可能由于在引脚绑定时，对相应引脚的选择不当，导致了这一错误。可是即使数次在不同的实验台上，选择不同的引脚匹配组合，这一问题仍是得不到解决，只能考虑对程序的代码做适当修改。参考文献1 欧阳星明.数字逻辑. 4版M. 武汉：华中科技大学出版社，2009.2 数字逻辑实验指导书3 孟庆海.VHDL基础及经典实例开发. 西安：西安交通大学出版社，2008.4 齐洪喜.VHDL电路设计. 北京：清华大学出版社，2004.附录：程
14、序源代码顶层文件：try1.vhdlibrary ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity try1 isport( power:inout std_logic; clk,start,mode,water:in std_logic; display_1,display_0:out std_logic_vector(3 downto 0); water_level:buffer std_logic_vector(3 downto 0); sound,washing_light,clean_lig
15、ht,drain_light:out std_logic; start_light:buffer std_logic; power_light:buffer std_logic );end;architecture wash of try1 istype states is (s0,s1,s2,s3,s4,s5); -有限状态机 signal c_s:states; signal c_t,last_time:integer range 0 to 27; signal stop,done,over:std_logic; signal count:integer range 0 to 30;com
16、ponent power_control1 port( power: IN STD_LOGIC; stop: IN STD_LOGIC; power_light: OUT STD_LOGIC);end component; COMPONENT water_level1PORT ( power: IN STD_LOGIC; water: IN STD_LOGIC; start_light: IN STD_LOGIC; water_level: OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);END COMPONENT; beginpower_1: power_control1
17、port map(power,stop,power_light);water1:water_level1 port map(power,water,start_light,water_level);mode_choose:process(c_t,mode) -控制模式选择的进程begin if power_light=1 then if start_light=0 then -暂停时进行模式变换 if modeevent and mode=1 then donec_sc_sc_sc_sc_sc_snull; end case; end if; end if; if c_t=0 and last
18、_time=1 then -工作流程结束后返回初始状态 c_s=s0; done0 and start_light=1 then -定义工作的时候不能设置水位和模式 done=0; over=1; end if; else -给系统的模式赋初值 c_s=s0; done=1; over 0 then -计时 last_time=c_t; c_tc_tc_tc_tc_tc_tc_tnull; end case; elsif done=0 then end if; end if; else c_tdisplay_1=0010; display_0display_1=0001; display_0d
19、isplay_1=0010; display_0display_1=0001; display_0display_1=0001; display_0display_1=0000; display_0null; end case; end if; else case c_s is -工作开始后动态显示时间 when s0=if c_t15 then temp:=c_t-15; elsif c_t3 then temp:=c_t-3; else temp:=c_t; end if; when s1=temp:=c_t; when s2=if c_t12 then temp:=c_t-12; els
20、e temp:=c_t; end if; when s3=temp:=c_t; when s4=if c_t3 then temp:=c_t-3; else temp:=c_t; end if; when s5=temp:=c_t; when others=null; end case; if temp9 then display_1=0001; temp:=temp-10; else display_1display_0display_0display_0display_0display_0display_0display_0display_0display_0display_0null;
21、end case; end if; else display_1=1111; -未开电源时的初值 display_0washing_light=1;clean_light=1;drain_lightwashing_light=1;clean_light=0;drain_lightwashing_light=1;clean_light=1;drain_lightwashing_light=0;clean_light=1;drain_lightwashing_light=0;clean_light=1;drain_lightwashing_light=0;clean_light=0;drain_l
22、ightnull; end case; else case c_s is -执行已选的洗衣模式 when s0= if c_t 15 then washing_light=1; -标准洗 clean_light=1; drain_light3 then washing_light=0; clean_light=1; -2.漂洗 drain_light=1; else washing_light=0; clean_light=0; -3.脱水 drain_lightwashing_light=1; -单洗 clean_light=0; drain_light if last_time12 then washing_light=1; -洗漂 clean_light=1; -1.洗涤 drain_light=0; else washing_light=0; clean_light=1; -2.漂洗 drain_light washing_light=0; -单漂 clean_light=1; drain_light if last_time3 then washing_light=0; -漂脱 clean_light=1; -1.漂洗 drain_light=1;
