《 嵌入式硬件技術 》???????實 ?驗 ?指 ?導 ?書?????????編 寫??????????適用專業(yè)： 通信工程?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????閩江學院 計算機科學 系???????2010年 ?9月前 ??言???????嵌入式硬件技術實驗由驗證性實驗一、Quartus II軟件的使用，綜合性實驗二、組合邏輯與時序電路綜合設計，驗證性實驗三、Protel軟件的使用構成，通過實驗應達到下列要求：1.熟習Quartus II軟件的使用掌握該軟件的用法，包括Verilog HDL語言的編程、仿真、下載等的方法，為后續(xù)的綜合實驗打下基礎2.加深對數字系統(tǒng)中電源、組合邏輯、時序電路各部分原理的理解；熟悉各個功能部件的設計、分析與仿真；能根據要求設計一個數字系統(tǒng)，并在Quartus II軟件上用Verilog HDL語言進行編程設計、仿真實現、最后下載到CPLD或FPGA開發(fā)板上運行3.熟習Protel軟件的使用掌握該軟件的用法，包括模擬和數字系統(tǒng)硬件原理圖的繪制、仿真分析、PCB板的設計與制作等。

4．由于這門課程的實驗需要大量的時間練習，但受實驗課時的限制需要學生課外補足（12到20學時），因此要求學生在實驗前先預習實驗內容并根據實驗大綱的說明先期做好實驗的準備（如系統(tǒng)設計電路草圖、Verilog HDL語言程序等）???????本指導書對綜合性實驗只給出設計的要求和指標不給實驗源代碼，由學生自己設計、編譯、調試并運行；通過實驗結果理解數字系統(tǒng)硬件的組成、原理與實現方法；在實驗報告中回答思考題????目 ???錄 實驗一 Quartus II軟件的使用 3實驗二 組合邏輯與時序電路綜合設計 7實驗三 Protel軟件的使用 9實驗一 Quartus II軟件的使用實驗學時：2實驗類型：驗證實驗要求：必修一、實驗目的1、掌握Quartus II軟件的用法2、熟悉Verilog HDL語言的語法3、練習Verilog HDL語言的編程4、學會仿真、管腳約束、下載的方法二、實驗內容1、熟悉并使用Quartus II軟件2、閱讀并編譯實驗例程用Quartus II編譯實驗例程3、下載或仿真運行程序并對照實驗源程序閱讀理解實驗結果的含義三、實驗原理、方法和手段 根據實驗例程，編輯并仿真運行數字系統(tǒng)中的組合邏輯：加法器、比較器、三態(tài)驅動器；時序電路：4位計數器、4 選1 數據選擇器、簡單算術邏輯單元。

了解通過硬件描述語言的編程實現單元硬件的功能通過仿真過程中顯示的狀態(tài)和有關輸出情況學習組合邏輯與時序電路的原理和實現方法四、實驗組織運行要求根據本實驗的特點、要求和具體條件，采用以學生自主訓練為主的開放模式組織教學重點：用Verilog HDL語言實現組合邏輯與時序電路難點：用Verilog HDL語言實現時序電路五、實驗條件具備Windows操作系統(tǒng)、帶有Quartus II軟件的PC機六、實驗步驟 1、閱讀例程源代碼 2、編譯、運行 3、記錄并理解運行顯示的信息 4、回答思考題并撰寫實驗報告七、思考題1、 簡單介紹一下串行語句和并行語句的概念2、 Verilog HDL語言有哪幾種主要的數據類型？可否說明它的簡單用法？3、 數字電路設計有那幾種層次，可否分別舉個例子？4、 當前兩種硬件描述語言是什么？5、 假設一D觸發(fā)器組的器件 Reg8，輸入信號 Din，輸出信號Qout，位寬8位，時鐘信號Clk，異步復位信號Rst，用于實現對8位數據總線的寄存，請描述出module 語句，并畫出電路的示意圖6、 在實驗報告中完成問題 1、2、3、4、5的說明八、實驗報告1、實驗預習???????在實驗前每位同學都需要對本次實驗進行認真的預習，并寫好預習報告，在預習報告中要寫出實驗目的、要求，需要用到的儀器設備、物品資料以及簡要的實驗步驟，形成一個操作提綱。

對實驗中的安全注意事項及可能出現的現象等做到心中有數，但這些不要求寫在預習報告中????????設計性實驗要求進入實驗室前寫出實驗方案，并經指導教師審閱后實施2、實驗記錄???????學生開始實驗時，應該將記錄本放在近旁，將實驗中所做的每一步操作、觀察到的現象和所測得的數據及相關條件如實地記錄下來???????實驗記錄中應有指導教師的簽名3、實驗報告??????主要內容包括對實驗數據、實驗中的特殊現象、實驗操作的成敗、實驗的關鍵點等內容進行整理、解釋、分析總結，回答思考題，提出實驗結論或提出自己的看法九、實驗例程示例[1] 加法器module addr (a, b, cin, count, sum);input [2:0] a;input [2:0] b;input cin;output count;output [2:0] sum;assign {count,sum} = a +b + cin;endmodule示例[2] 比較器module compare （equal，a，b）；input [1:0] a,b; // declare the input signal ;output equare ; // declare the output signal;assign equare = (a == b) ? 1:0 ;/ * if a = b , output 1, otherwise 0；*/endmodule示例[3] 三態(tài)驅動器module mytri (din, d_en, d_out);input din;input d_en;output d_out;// -- Enter your statements here -- //assign d_out = d_en ? din :'bz;endmodulemodule trist (din, d_en, d_out);input din;input d_en;output d_out;// -- statements here -- //mytri u_mytri(din,d_en,d_out);endmodule該例描述了一個三態(tài)驅動器。

其中三態(tài)驅動門在模塊 mytri 中描述，而在模塊trist 中調用了模塊mytri 模塊mytri 對trist 而言相當于一個已存在的器件，在trist 模塊中對該器件進行實例化，實例化名 u_mytri 示例[4] 4位計數器module count4(out,reset,clk);output[3:0] out;input reset,clk;reg[3:0] out;always @(posedge clk)beginif (reset) out<=0; //同步復位else out<=out+1; //計數endendmodule示例[5] 用case 語句描述的4 選1 數據選擇器module mux4_1(out,in0,in1,in2,in3,sel);output out;input in0,in1,in2,in3;input[1:0] sel;reg out;always @(in0 or in1 or in2 or in3 or sel) //敏感信號列表case(sel)2'b00: out=in0;2'b01: out=in1;2'b10: out=in2;2'b11: out=in3;default: out=2'bx;endcaseendmodule示例[6] 用always 過程語句描述的簡單算術邏輯單元`define add 3'd0`define minus 3'd1`define band 3'd2`define bor 3'd3`define bnot 3'd4module alu(out,opcode,a,b);output[7:0] out;reg[7:0] out;input[2:0] opcode; //操作碼input[7:0] a,b; //操作數always@(opcode or a or b) //電平敏感的always 塊begincase(opcode)`add: out = a+b; //加操作`minus: out = a-b; //減操作`band: out = a&b; //求與`bor: out = a|b; //求或`bnot: out=~a; //求反default: out=8'hx; //未收到指令時，輸出任意態(tài)endcaseendendmodule實驗二 組合邏輯與時序電路綜合設計實驗學時：6實驗類型：綜合實驗要求：必修一、實驗目的1、進一步加深對Quartus II軟件的使用。

2、進一步熟悉用Verilog HDL語言進行編程設計3、練習綜合應用一個小型的數字系統(tǒng)二、實驗內容1、根據要求實現一個簡單的交通燈控制器要求：A、每個方向四盞燈（左拐燈、綠燈、黃燈和紅燈）可以控制其亮滅；B、用兩個LED數碼管顯示每個方向燈的倒計時顯示時間（左拐燈、綠燈25秒，黃燈6秒，紅燈20秒）C、設置按鍵實現倒計時時間可調2、根據要求實現一個多功能數字鐘要求：A、 計時功能，顯示分、秒（各倆位）B、 系統(tǒng)時鐘為11.05926MHzC、 鬧鐘功能，產生鬧鈴音、報時音的時鐘信號其頻率為 1024Hz D、手動校時功能3、自己設計、編譯、調試、仿真運行程序并理解實驗中輸入、輸出的含義三、實驗原理、方法和手段交通燈需要一個計時單元用于產生標準的秒脈沖，并對設定的時間進行計數交通燈實驗的核心是控制部分，即要求左拐燈和綠燈亮25秒，接著黃燈亮6秒，最后紅燈亮20秒；當紅燈滅后綠燈點亮，這樣周而復始LED燈采用動態(tài)顯示多功能數字鐘由秒脈沖發(fā)生電路、計數定時部分、數字顯示部分和時鐘調校部分組成通過對系統(tǒng)時鐘進行分頻得到1Hz的秒脈沖；LED燈采用動態(tài)顯示；調教部分可設置多個按鍵，例如K1、K2、K3分別用于控制計時開始、調校功能選擇、加1或減1調整等。

四、實驗組織運行要求根據本實驗的特點、要求和具體條件，采用以學生自主訓練為主的開放模式組織教學重點：設計計時單元產生標準的秒脈沖、LED的動態(tài)顯示 難點：按鍵的設計五、實驗條件具備Windows操作系統(tǒng)、帶有Quartus II軟件的PC機、DP-MCU/Atera綜合仿真試驗儀六、實驗步驟 1、閱讀每個問題的要求 2、設計程序并編譯、下載或仿真運行 3、記錄并理解運行顯示的信息 4、回答思考題并撰寫實驗報告七、思考題1、比較LED的靜態(tài)顯示與動態(tài)顯示2、總結計數器的實現方法3、總結分頻的公式4、說明按鍵設計的方法5、在實驗報告中完成問題 1、2、3、4的討論與說明八、實驗報告1、實驗預習???????在實驗前每位同學都需要對本次實驗進行認真的預習，并寫好預習報告，在預習報告中要寫出實驗目的、要求，需要用到的儀器設備、物品資料以及簡要的實驗步驟，形成一個操作提綱對實驗中的安全注意事項及可能出現的現象等做到心中有數，但這些不要求寫在預習報告中????????設計性實驗要求進入實驗室前寫出實驗方案，并經指導教師審閱后實施2、實驗記錄???????學生開始實驗時，應該將記錄本放在近旁，將實驗中所做的每一步操作、觀察到的現象和所測得的數據及相關條件如實地記錄下來。

???????實驗記錄中應有指導教師的簽名3、實驗報告??????主要內容包括對實驗數據、實驗中的特殊現象、實驗操作的成敗、實驗的關鍵點等內容進行整理、解釋、分析總結，回答思考題，提出實驗結論或提出自己的看法實驗三 Protel軟件的使用實驗學時：4實驗類型：驗證實驗要求：必修一、實驗目的1、掌握Protel軟件的用法2、熟悉硬件電路原理圖的繪制3、熟悉PCB圖的產生與手工繪制4、掌握電路的仿真二、實驗內容1、自己查找實驗電路建議：用電源、單片機及接口電路2、繪制例程電路用Protel軟件繪制實驗電路3、產生PCB圖，根據排版原則，檢查是否需要手工修改4、仿真原理電路三、實驗原理、方法和手段 根據實驗例程電路，繪制電路圖并仿真運行以檢查其功能和指標是否能夠實現通過仿真過程中顯示的狀態(tài)和有關輸出情況學習具體電路的原理和實現方法四、實驗組織運行要求根據本實驗的特點、要求和具體條件，采用以學生自主訓練為主的開放模式組織教學重點：掌握用Protel軟件繪制實驗電路、產生PCB圖，根據排版原則，檢查是否需要手工修改 難點：實驗電路的仿真五、實驗條件具備Windows操作系統(tǒng)、帶有Protel軟件的PC機。

六、實驗步驟 1、理解實驗電路 2、繪制原理圖并仿真其功能 3、記錄并理解仿真中顯示的信息 4、回答思考題并撰寫實驗報告七、思考題1、總結電路圖繪制的技巧2、說明產生PCB圖的方法3、總結電路布線的原則4、描述仿真中出現的問題及解決的方法5、在實驗報告中完成問題 1、2、3、4的討論說明八、實驗報告1、實驗預習???????在實驗前每位同學都需要對本次實驗進行認真的預習，并寫好預習報告，在預習報告中要寫出實驗目的、要求，需要用到的儀器設備、物品資料以及簡要的實驗步驟，形成一個操作提綱對實驗中的安全注意事項及可能出現的現象等做到心中有數，但這些不要求寫在預習報告中????????設計性實驗要求進入實驗室前寫出實驗方案，并經指導教師審閱后實施2、實驗記錄???????學生開始實驗時，應該將記錄本放在近旁，將實驗中所做的每一步操作、觀察到的現象和所測得的數據及相關條件如實地記錄下來???????實驗記錄中應有指導教師的簽名3、實驗報告?????? 主要內容包括對實驗數據、實驗中的特殊現象、實驗操作的成敗、實驗的關鍵點等內容進行整理、解釋、分析總結，回答思考題，提出實驗結論或提出自己的看法九、實驗電路根據所學過的課程在教材或互聯網上按大綱的建議查找實驗電路。