硬件描述语言实验指导书

硬件描述语言实验指导书目录目录3编写说明5第1篇实验基础知识61基本实验仪器使用方法和技巧72ALTERADE2开发板93开发板354QUARTUSII简明教程36第2篇硬件描述语言实验指导书75课程实验注意事项77实验1组合逻辑电路设计178实验2组合逻辑电路设计2数码和显示86试验3锁存器、触发器和寄存器92试验4计数器98试验5时钟和定时器101实验6加法器、减法器和乘法器107实验7有限状态机116实验8通用串行异步收发器实验127实验11存储器134实验12简单的微处理器142实验14VGA控制器实验153第3篇硬件描述语言课程设计155课程设计基本要求1571课程设计的目的1582课程设计的流程1583课程设计举例1584课程设计选题158第4篇深入学习161参数化模块库的使用方法163NIOSII硬件开发入门174ALTERASOPCBUILDER设计概述1784嵌入式存储器181致谢195参考文献197编写说明本实验指导书作为哈尔滨理工大学电子科学与技术系开设的硬件描述语言课程配套教材使用，目的在于1提高学生的动手实践能力；2加深对理论教学内容的理解；本实验指导书可与友晶科技公司DE2开发板配套使用，全部实验均可以在DE2开发板上实现，整个实验指导书分为两个部分，第1部分适合数字电路基础以及硬件描述语言入门类课程；第2部分适合作为数字系统设计类课程使用。本实验指导书与教材VERILOGHDL数字系统设计配套使用；限于水平有限，疏漏和错误之处在所难免。作者联系方式哈尔滨市南岗区学府路52号哈尔滨理工大学西区124，或者WJMVERILOG163COM。MSNWJMVERILOGHOTMAILCOM。作者王建民作者单位哈尔滨理工大学电子科学与技术系2008年5月初稿完成，初步翻译2010年10月1增加QUARTUSII简明教程，并对内容进行更新；2重新排版和修订；3修订文字错误；4增加了附录USINGLIBRARYMODULESINVERILOGDESIGN5增加了实验内容，包括A线性反馈移位寄存器实验；B二进制BCD码转换实验；2011年11月（1）增加了附录1DE2开发板使用手册；修改信息2012年10月（1）增加基础知识篇；（2）将DE2开发板使用手册调整到基础知识篇（3）增加课程设计指导部分版本信息10第1篇实验基础知识本部分主要主要为实验课和课程设计做准备，介绍主要测试仪器使用以及1基本实验仪器使用方法和技巧“工欲善其事，必先利其器”，掌握常用调试和测试仪器的使用方法是对电子信息类专业本科生的基本要求，这些测试仪器（包括万用表（手持式、台式）、示波器、直流电源等）是学生完成课程实验和课程实践环节的基础。本小节针对课程实验以及课程设计中可能使用到的测试仪器进行简单介绍，以帮助学生顺利完成课程实验和课程设计的相关内容。11万用表FLUKE17B1仪器概述接线端显示面板编号说明编号说明1已激活相对模式2已选中通断性3已启用数据保持1用于交流电和直流电电流测量（最高可测量10A）和频率测量的输入端子。4已选中温度5已选中占空比6已选中二极管测试2用于交流电和直流电的微安以及毫安测量（最高可测量400MA）和频率测量的输入端子。7F电容单位法拉8A,V安培或伏特9DC,AC直流或交流电压或电流3适用于所有测量的公共（返回）接线端。10HZ已选频率11已选欧姆12M,M,K十进制前缀13已选中自动量程4用于电压、电阻、通断性、二极管、电容、频率和温度测量的输入端子。14电池电量不足，应立即更换2基本操作电池节能功能如果电表连续30分钟未使用或没有输入信号，电表进入“休眠模式”，显示屏呈空白。按任何按钮或转动旋转开关，唤醒电表。要禁用“休眠状态”，在开启电表的同时按下“黄色”按钮。手动量程及自动量程电表有手动及自动量程两个选择。在自动量程模式内，电表会为检测到的输入选择最佳量程。这让您转换测试点而无需重置量程。您可以手动选择量程来改变自动量程。在有超出一个量程的测量功能中，电表的默认值为自动量程模式。当电表处于自动量程模式时，AUTORANGE显示。要进入及退出手动量程模式1按。按下增加量程。当达到最高量程时，电表会回到最低量程。2退出手动量程模式，按下并保持两秒。数据保持保持当前读数，按下。再按恢复正常操作。相对测量电表会显示除频率外所有功能的相对测量。1当电表设在想要的功能时，让测试表笔接触以后测量要比较的电路。2按将测量值存储为参考值，并启用相应的测量模式。会显示参考值和后续读数间的差异。3按住2秒以上，以使电表返回正常操作模式。测量交流和直流电压为最大程度减少交流或交直流混合电压部件内的未知电压读数错误，应首先选择电表上的交流电压功能，同时留意记下产生正确测量结果所在的交流量程。然后，手动选择直流电压功能，使直流量程等于或高于前面的交流量程。该过程可最大限度降低交流瞬变所带来的影响，确保准确直流测量。1调节旋钮至，或以选择交流或直流。2将红表笔连接至端子，黑表笔连接至COM端子3用探针接触想要的电路测试点，测量电压。注意只能通过手动量程才能调至400量程。图1测量交流和直流电压测量交流或直流电流1调节旋钮至，或。2按下“黄色”按钮，在交流或直流电流测量间切换。3根据要测量的电流将红表笔连至A，或MA端子，并将黑表笔连接至COM端子。4断开待测的电路路径。然后将测试表笔衔接断口并施用电源。5阅读显示屏上的测出电流。图2测量交合和直流电流测量电阻警告在测量电阻或电路的通断性时，为避免受到电击或损坏电表，请确保电路的电源已关闭，并将所有电容器放电。1将旋转开关转至。确保已切断待测电路的电源。2将红表笔连接至端子，黑表笔连接至COM端子。3将探针接触想要的电路测试点，测量电阻。4阅读显示屏上的测出电阻。测试通断性选择电阻模式，按下“黄色”按钮两次，以激活通断性蜂鸣器。如果电阻低于50，蜂鸣器将持续向其，表明出现短路。如果电表读数为，则电路断路。图3测量电阻/通断性测试二极管警告在测量电路二极管时，为避免受到电击或损坏电表，请确保电路的电源已关闭，并将所有电容器放电。1将旋转开关转至。确保已切断待测电路的电源。2按“黄色”功能按钮一次，启动二极管测试。3将红表笔连接至端子，黑表笔连接至COM端子。4将红色探针接到待测的二极管的阳极而黑色探针接到阴极。5读取显示屏上的正向偏压。6如果表笔极性与二极管极性相反，显示读数为。这可以用来区分二极管的阳极和阴极。测量电容注意为避免损坏电表，在测量电容前，请断开电路电源并将所有高压电容器放电。1将旋转开关转至。2将红表笔连接至端子，黑表笔连接至COM端子。3将探针接触电容器引脚。4读数稳定后（最多15秒钟），读取显示屏所显示的电容值。测量温度1将旋转开关转至。2将热电偶插入电表的和COM端子，确保标记有“”符号的热电偶塞插入电表的端子。3阅读显示屏上显示为摄氏温度。测量频率和占空比电表在进行交流电压或交流电流测量时可以测量频率或占空比。按按钮可将电表切换至手动量程。在测量频率或占空比前选择适当的量程。1在电表处于所需功能（交流电压或交流电流）模式时，按按钮。2阅读显示屏上的交流电信号频率。3要进行占空比测量，则再次按按钮。4阅读显示屏上的占空比百分数。注意更多功能请参阅FLUKE17B用户手册12示波器基本操作采集信号1将探头连接到通道1，例如P2221与MSO/DPO2000、P6139A与MSO/DPO3000或MSO/DPO4000。然后将探头的接地引线连接到待测电路的接地线上。将探头端部连接到待测点。图连接探头到测试点2若需要，请按下DEFAULTSETUP（默认设置），将示波器重新置于已知起始点。通常，每次在开始新任务时都应执行该操作。图执行默认设置3按“自动设置”。“自动设置”将自动调整水平、垂直和触发参数，以提供有用的相关信号的显示。现在应能看到几个周期的时钟信号。图执行自动设置使用垂直控件1左右旋转前面板通道1垂直“标度”旋钮，并观察显示如何变化。另请注意，显示器左下方的通道1读数显示当前的伏/格设置。将垂直“标度”设置为1V/格。2左右旋转前面板通道1垂直“位置”旋钮，并观察显示如何变化。将波形显示居中。3按下前面板通道2按钮以打开通道2。再次按下该按钮将关闭通道2。图使用垂直标度控件使用水平控件1左右旋转前面板水平“标度”旋钮，并观察显示。另请注意，水平读数表示当前时间/格设置。将水平“标度”设置为200NS/格。2左右旋转前面板水平“位置”旋钮，并观察显示。请注意，这会影响触发位置图标（橙色背景上的大T形）。将触发位置图标返回到中心屏幕。看一下显示在刻度上方的图形。3黄色长条代表全部采集，而灰色方括号表示您在屏幕上看到的采集的部分。图使用水平控件使用运行/停止控件1按下“运行/停止”按钮。这会停止采集，并显示最后采集到的波形。2按下“单次”可令示波器在采集到一个单独的波形后停止。3再次按下“运行/停止”按钮将重新启动采集。使用触发控件1左右旋转触发“位置”旋钮，并观察显示。旋转足够的角度以将触发位置移到波形之外。请注意，示波器会失去其稳定触发，现在波形表现为随机滚动。2按下“强制触发”按钮一次，会看到示波器将暂时显示一个单独的采集。这样您就会知道波形的样子，从而能够设置适当的稳定触发。3在MSO/DPO4000上，按设置为50按钮。这会自动将触发电平设置为信号在出现的侧面菜单的中点，以获得稳定触发。在MSO/DPO2000和MSO/DPO3000上，按位置旋钮。这将触发电平设为中点。使用光标1按下前面板“光标”按钮。刻度上方的图形中会出现两个垂直条光标。相应的光标读数显示每个光标相对于触发的时间、幅度以及光标之间的增量。2使用多功能A和B旋钮，使光标显示在屏幕上。提示要更迅速地移动光标，请按下前面板上两个多用途旋钮之间的“精细”按钮（如果该按钮亮起）关闭微调模式。3将一个光标放置在第一个下降边沿的中点。将另一个光标放置在第二个下降边沿的中点以测量信号的周期。光标读数应显示光标之间大约800NS的差值。提示要更慢地移动光标，请按下前面板上两个多用途旋钮之间的“精细”按钮（如果该按钮没有亮起）重新打开微调模式。4再按“光标”两次将其关闭。图使用光标测量1按下前面板上的“测量”按钮。图调出测量2按下下屏幕菜单“添加测量”按钮。3旋转通用旋钮A选择要添加的测量量。按下侧屏幕菜单“执行添加测量”按钮。4按下显示器右下方的MENUOFF（菜单关闭）消除侧面菜单。5观察测量读数。在MSO/DPO3000和MSO/DPO4000上，同时会显示测量的平均值、最小值、最大值和标准差。6按下下屏幕菜单“删除测量”按钮。图添加于删除测量7按下侧屏幕菜单“删除所有测量”或“删除所有”按钮。8按下显示器右下方的MENUOFF（菜单关闭）消除侧面菜单。再按一次消除下屏幕菜单。更多功能请参考TEKTRONIXMSO3034USERSGUIDE13直流电源仪器概述前面板图前面板18V/20A输出选择220V/10A输出选择3输出过压保护4输出过流保护5极限参数显示6调出键7存储/本地功能8错误显示/校准9I/O配置/SECUREKEY10输出打开/关闭11控制旋钮12分辨率选择按钮13电压/电流选择显示面板图显示面板ADRS指示电源正使用远程接口传输数据RMT电源处于远程访问8V电源处于8V/20A输出范围20V电源处于10V/10A输出范围OVP电源过压保护功能启用OVP电源过流保护功能启用CAL电源处于校准模式LIMIT该显示器显示的极限值电压和电流。ERROR硬件错误或远程通讯错误，且错误标志位未被清除HOFF电源输出处于禁止状态UNREG输出状态不确定（非电压源或电流源）CV电源工作在电压源模式CC电源工作在电压源模式基本操作设置为电压源1连接负载电源关闭时，将负载连接到和输出端子上。2按打开电源电源上电复位状态，输出是关闭的（显示屏显示OFF）；默认选择8V/20A输出；旋钮用于调整输出电压。按调整输出范围。3按切换到限制参数设置请注意，LIMIT字符闪烁，表示显示的是限制参数。此时可以看到电源的电压和电流限制值。在电压源模式中，输出电压和限制电压值是相同的。电流值是用来限制电源的最大输出电流。4使用调整限制电压到期望的值。5使用调整输出电流到期望的值。6按切换到测量模式7按使能电源输出8验证电源工作在电压源模式如果电源工作在电压源（CV）模式，CV字符应该被显示。如果CC字符显示，请选择较高的电流限制，即说明负载所需要的电流大于所设置的电流限制。设置为电流源1连接负载电源关闭时，将负载连接到和输出端子上。2按打开电源电源上电复位状态，输出是关闭的（显示屏显示OFF）；默认选择8V/20A输出；旋钮用于调整输出电压。按调整输出范围。3按切换到限制参数设置请注意，LIMIT字符闪烁，表示显示的是限制参数。此时可以看到电源的电压和电流限制值。在电流源模式中，输出电流和限制电流值是相同的。电压值是用来限制电源的最大输出电压。4使用调整限制电流到期望的值。5使用调整输出电压到期望的值。6按切换到测量模式7按使能电源输出8验证电源工作在电压源模式如果电源工作在电压源（CC）模式，CC字符应该被显示。如果CV字符显示，请选择较高的电压限制，即说明负载所需要的电压大于所设置的电压限制。更多功能请参考AGILENTE3633AANDE3634ADCPOWERSUPPLIESUSERSGUIDE14信号源前面板概述前面板被分成几个易于操作的功能区。本部分简明扼要地介绍前面板控制部件和屏幕界面。下图表示双通道型号的前面板。图前面板屏幕界面图屏幕界面BEZEL菜单。按下前面板按钮时，仪器在屏幕右侧显示相应的菜单。该菜单显示直接按下屏幕右侧未标记的BEZEL钮时可用的选项。（有些文档也可能将BEZEL钮称为选项按钮、侧面菜单按钮或软按键。）主显示区和视图标签。按下前面板VIEW（视图）按钮，可以切换主显示区的视图格式。视图标签对应当前视图格式。任意波形/函数发生器可以显示三种不同的屏幕格式（请参阅第25页）。输出状态。如果输出被设为停用，在该区域会出现OUTPUTOFF（输出关闭）消息。按下前面板通道输出按钮（请参阅第33页）打开输出时，该消息会消失。消息显示区。该区域中显示硬件状态（如时钟和触发器）的监控消息。电平表。显示幅度电平。下图介绍电平表。1显示仪器的最大幅度电平。2显示用户设置的高电平和低电平限定值的范围。3显示当前选择的幅度电平图电平设置基本操作VIEW（视图）按钮仪器提供了下面三种屏幕视图格式波形参数和图形显示图形对比波形参数对比即时提示如果仪器的当前菜单为SAVE（保存）、RECALL（调出）、UTILITY（辅助功能）、HELP（帮助）或OUTPUT（输出），按下VIEW（视图）按钮将不起作用。仪器在EDIT（编辑）菜单中时，按下VIEW（视图）按钮将在编辑文本和图形视图之间切换。这是单通道型号VIEW（视图）按钮的唯一功能。1要更改屏幕显示格式，请按下前面板VIEW（视图）按钮。2第一种格式提供单通道波形参数和图形显示。按一次VIEW（视图）按钮，视图格式变为图形对比格式。再按一次VIEW（视图）按钮，显示第三种格式。该视图提供了通道参数对比。图视图界面快捷按钮快捷按钮是为有经验的用户提供的。通过快捷按钮，可以选择设置参数，并用前面板控制部件输入数字值。使用快捷按钮，可以不进行任何BEZEL菜单选择而选择波形参数。1快捷按钮位于前面板上RUNMODE（工作模式）按钮的下方。本例中使用脉冲波形。2如果按一次AMPLITUDE/HIGH（幅度/高）快捷按钮，AMPLITUDE（幅度）变为有效。3如果再按一次AMPLITUDE/HIGH（幅度/高）快捷按钮，HIGHLEVEL（高电平）变为有效。用同样的方法，还可以设置FREQUENCY/PERIOD（频率/周期）、OFFSET/LOW（偏置/低）、DUTY/WIDTH（占空比/宽度）或LEADING/TRAILING（上升/下降）等参数。即时提示如果按下PHASE|DELAY（相位|延迟）快捷按钮，DELAY（延迟）变为有效。再按PHASE|DELAY（相位|延迟）将不起作用，因为脉冲参数菜单中没有相位参数。DUTY/WIDTH（占空比/宽度）和LEADING/TRAILING（上升/下降）快捷按钮只有在仪器处于脉冲参数菜单中时才可以使用。图快捷按钮界面默认设置如果希望将仪器设置恢复为默认值，请使用前面板DEFAULT（默认）按钮。1按下前面板DEFAULT（默认）按钮。2屏幕上出现一个确认弹出消息。按下OK（确认）恢复默认设置。按下CANCEL（取消）放弃恢复。3如果选择OK（确定），仪器将显示频率为1MHZ、幅度为1VPP的正弦波形，作为默认设置。即时提示AFG3000系列任意波形/函数发生器程序员手册详细介绍了默认设置。该手册可从附带光盘和网站WWWTEKTRONIXCOM获得。前面板的DEFAULT（默认）按钮不会复位下列设置语言选项开机设置系统相关设置（屏幕对比度、屏幕保护程序、单击音调和蜂鸣器）已保存的设置和任意波形数据校准数据GPIB和以太网设置访问保护图DEFAULT设置界面选择波形仪器可以提供12种标准波形（正弦波、方波、锯齿波、脉冲、SINX/X、噪声、直流、高斯、洛仑兹、指数式增长、指数式衰减、半正矢）。仪器还可以提供用户定义的任意波形。您可以创建、编辑、保存自定义波形。还可以使用RUNMODEMODULATION（运行模式调制）菜单创建调制波形。下表说明了调制类型和输出波形形状的组合。正弦波、方波、锯齿波、任意波形、SINX/X、高斯、洛仑兹、指数式增长、指数式衰减、半正矢脉冲噪声、直流调幅Y调频Y调相Y频移键控Y脉宽调制Y扫描Y脉冲YY图波形设置按照以下步骤选择输出波形1按下前面板SINE（正弦波）按钮，再按下CONTINUOUS（连续）按钮，选择连续正弦波形。2可以通过前面板FUNCTION（功能）按钮直接选择四种标准波形之一。3按下ARB（任意波形）按钮，选择任意波形。4按下MORE（更多）按钮，再按下顶部BEZEL按钮，选择其它标准波形（如SINX/X、噪声、直流或高斯）。5这是SINX/X和噪声波形的例子。图SINX/X和噪声波形6这是直流和高斯波形的例子。图直流和高斯波形7这是洛仑兹和半正矢波形的例子。图洛仑兹和半正矢波形8这是指数式增长和指数式衰减波形的例子。图指数式增长和指数式衰减波形选择RUNMODE（运行模式）按下四个RUNMODE（运行模式）按钮之一，选择仪器的信号输出方式。1默认RUNMODE（运行模式）为CONTINUOUS（连续）。2按下MODULATION（调制）按钮，选择调制波形。3按下SWEEP（扫描）按钮，选择扫描波形。4按下BURST（脉冲）按钮，选择脉冲波形。图设置运行模式调节波形参数仪器开机后，默认输出信号是1MHZ正弦波形，幅度为1VPP。在下面的例子中，您可以更改原输出信号的频率和幅度。1按下前面板DEFAULT（默认）按钮，显示默认输出信号。2按下前面板FREQUENCY/PERIOD（频率/周期）快捷按钮，可以更改频率。3现在FREQUENCY（频率）有效。可以使用键盘和单位BEZEL菜单或通用旋钮更改数值。4再按一次FREQUENCY/PERIOD（频率/周期）快捷按钮，将参数切换为PERIOD（周期）5接下来将更改幅度。按下AMPLITUDE/HIGH（幅度/高）快捷按钮。6现在AMPLITUDE（幅度）被激活。可以使用键盘和单位BEZEL菜单或通用旋钮更改数值。7再按一次AMPLITUDE/HIGH（幅度/高）快捷按钮，将参数切换为HIGHLEVEL（高电平）。可以用同样的方法更改相位和偏置的值。8要更改幅度单位，请按下MORE（更多）BEZEL钮，显示第二页。9按下UNITS（单位）BEZEL钮，显示单位选择屏幕菜单。默认选择是VPP。即时提示下面的转换表给出了VPP、VRMS和DBM之间的关系。VPPVRMSDBM2000VPP707VRMS3000DBM1000VPP354VRMS2398DBM2828VPP100VRMS1301DBM2000VPP707MVRMS1000DBM1414VPP500MVRMS699DBM632MVPP224MVRMS000DBM283MVPP100MVRMS699DBM200MVPP707MVRMS1000DBM100MVPP354MVRMS3602DBM打开/关闭输出要使信号输出有效，请按下前面板通道输出ON（开）按钮。在打开状态时，该按钮被一个LED点亮。您可以在输出关闭时配置信号。这样可以使您尽量避免向DUT发送有问题的信号。更多功能请参阅TEKTRONIXAFG3021B用户手册15台式万用表前面板简介1打开/关闭开关8退出键（自动量程）2测量功能键9SHIFT键（本地）3配置键10菜单定位小键盘（量程）4第二行显示键（重置）11前/后开关5归零键（数学功能）12HI和LO感应终端（4线测量）6数据记录键（实用程序）13HI和LO输入终端（除电流外的所有功能）7触发键（自动触发）14电流输入终端（交流和直流电流）显示屏简介字母数字显示1主要显示行2辅助显示行指示器3（正在进行测量）12SHIFT（按下SHIFT键）5HIZ（高输入阻抗，仅限直流电压）13MATH（启用DB或DBM功能）5OCOMP（偏移补偿）14STATS（启用统计功能）6MANRNG（手动调整量程）15LIMITS（启用限制测试功能）7TRIG（等待触发状态）16REAR（后面板端子活动）8HOLD（读数保留）174W（4线电阻或温度）9REMOTE（远程接口操作）18（启用连续性测试功能）10ERROR（错误队列）19（启用二极管检查功能）11NULL（启用归零功能）测量直流电压按选择直流电压功能。量程100MV、1V、10V、100V、1000V可配置的参数INTEGRATION（积分）、RANGE（量程）、INPUTZ（输入阻抗）、AUTOZERO（自动调零）、NULL（归零）和NULLVALUE（归零值）图1测量直流电压测量交流电压按选择交流电压功能。量程100MV、1V、10V、100V、750V交流技术真有效值、交流耦合可配置的参数ACFILTER（交流滤波器）、RANGE（量程）、NULL（归零）和NULLVALUE（归零值）图2测量交流电压测量直流电流按选择直流电流功能。量程100MA、1MA、10MA、100MA、1A、3A可配置的参数INTEGRATION（积分）、RANGE（量程）、AUTOZERO（自动调零）、NULL（归零）和NULLVALUE（归零）图3测量直流电流测量交流电流按选择交流电流功能。量程100MA、1MA、10MA、100MA、1A、3A交流技术真有效值、交流耦合可配置的参数ACFILTER（交流滤波器）、RANGE（量程）、NULL（归零）和NULLVALUE（归零值）图4测量交流电流2线电阻测量按选择2线电阻功能。量程100W、1KW、10KW、100KW、1MW、10MW、100MW、1GW可配置的参数INTEGRATION（积分）、RANGE（量程）、OFFSETCOMP（偏移补偿）、AUTOZERO（自动调零）、NULL（归零）和NULLVALUE（归零值）图52线电阻测量去除测试引线电阻1将测试引线的一端连接到量表，并将探头末端短接到一起。2按“NULL”（归零）。3将测试探头的末端连接到测试电路，并测量已校正的电阻值。4线电阻测量按选择4线电阻功能。量程100W、1KW、10KW、100KW、1MW、10MW、100MW、1GW可配置的参数INTEGRATION（积分）RANGE（量程）OFFSETCOMP（偏移补偿）、NULL（归零）和NULLVALUE（归零值）图54线电阻测量所有4线电阻测量时均开启自动调零。测量频率按选择频率功能。测量波段3HZ至300KHZ输入信号范围100MVAC至750VAC技术倒数计数可配置的参数GATETIME（门控时间）RANGE（量程）、ACFILTER（交流滤波器）、NULL（归零）和NULLVALUE（归零值）图6测量频率测量周期按选择频率功能。然后按并从菜单中选择PERIOD（周期）。测量波段033S至33MS输入信号范围100MVAC至750VAC技术倒数计数可配置的参数GATETIME（门控时间）RANGE（量程）、ACFILTER（交流滤波器）、NULL（归零）和NULLVALUE（归零值）图测量周期测量电容按选择电容功能。量程1NF、10NF、100NF、1MF、10MF可配置的参数RANGE（量程）、NULL（归零）和NULLVALUE（归零值）图测量电容若要去除测试引线电容1将阳极引线的探头末端从测试电路中拔出，然后保持开路状态。2按“NULL”（归零）。3将阳极引线的探头末端重新连接到测试电路中，并测量已校正的电容值。2线温度测量按选择温度功能。然后按并从菜单中选择RTD2W（RTD2线）或THERMISTOR2W（热敏电阻2线）。探头类型22KW、5KW、10KW热敏电阻；000385/OCRTD可配置的参数PROBETYPE（探头类型）THERMISTOR（热敏电阻）或RTD值、AUTOZERO（自动调零）、OFFSETCOMP（偏移补偿，仅限RTD探头）、INTEGRATION（积分）、UNITS（单位）、NULL（归零）和NULLVALUE（归零值）图测量温度4线温度测量按选择温度功能。然后按并从菜单中选择RTD4W（RTD4线）或THERMISTOR4W（热敏电阻4线）。探头类型22KW、5KW、10KW热敏电阻；000385/OCRTD可配置的参数PROBETYPE（探头类型）THERMISTOR（热敏电阻）或RTD值、OFFSETCOMP（偏移补偿，仅限RTD探头）、INTEGRATION（积分）、UNITS（单位）、NULL（归零）和NULLVALUE（归零值）图测量温度所有4线温度测量均启用自动调零。测试连续性按选择连续性功能。测试电流来源1MA报警器门限低于10W时发出哔哔声图测试连续性检查二极管按选择二极管测试功能。测试电流来源1MA报警器门限03V电压测量08V（不可调节）图检查二极管二极管检查功能用来指明正确的二极管操作；闭路前向偏置以及开路反向偏置。2ALTERADE2开发板ALTERA公司的DE2开发板是一款广泛应用的FPGA评估开发板，多个世界知名大学采用该开发板进行实验以及课程设计。DE2开发板采用ALTERA公司的CYCLONEII系列作为核心器件，配备512KRAM，8MSDRAM，4MFLASH，同时具有串口、USB、以太网接口以及VGA等接口。课程实验主要采用DE2开发板作为核心平台，部分课程设计内容采用DE2开发板完成，本小节对DE2开发板做简单介绍，关于DE2开发板的更详细的内容可以参考21概述211DE2开发板硬件资源及其布局DE2开发板功能强大，可以实现丰富的功能。图A11给出DE2开发板保护的一些关键模块及其布局情况。DE2开发板提供许多的外围器件，使用DE2开发板用户可以实现各种不同类型的电路设计。DE2开发板提供如下的硬件资源ALTERACYCLONEII2C35FPGAALTERA的串行配置器件EPCS16USBBLASTER（板载）以及API控制软件512KSRAM8MSDRAM4MFLASHSD卡插槽18个TOGGLE开关18个红色LED9个绿色LED50MHZ和27MHZ两个时钟源；24BITCDQUALITYAUDIOCODECWITHLINEIN,LINEOUT,ANDMICROPHONEINJACKS具有VGA插头VGA模数转换器；TV译码器（NTSC/PAL）和TVIN连接器10/100M以太网控制器USBHOST/SLAVECONTROLLERWITHUSBTYPEAANDTYPEBCONNCTORSRS232收发器（9针连接器）PS2鼠标键盘接口IRDA收发器两个40针的扩张接口（防氧化保护）除了上述硬件资源，DE2开发板提供了一些标准I/O接口的控制软件和一个被称为控制面板软件，通过这些软件和控制面板，用户可以访问DE2开发板上的各种硬件资源。为了能够正确使用DE2开发板，用户必须熟悉QUARTUSII软件。关于QUARTUSII软件的必要知识可以参考本实验指导实验0或者其他相关参考书，例如DE2开发板附带光盘中的GETTINGSTARTEDWITHALTERASDE2BOARD以及QUARTUSIIINTRODUCTION等文档。212DE2开发板的框图图A12给出了DE2开发板硬件资源连接框图。为了给用户设计提供更大的灵活性，所有的硬件资源都连接到主控FPGA，这样用户通过配置FPGA即可实现相应的设计。图A12DE2开发板框图DE2开发板主要硬件模块CYCLONEII2C35FPGA33216LES；105M4KRAMBLOCKS；35个嵌入式乘法器；4个锁相环；475个用户I/O；FINELINEBGA封装672引脚；串行通信器件和USBBLASTERALTERAEPCS16串行配置器件；板载USBBLASTER电路；支持JTAG和AS两种编程模式；SRAM512K字节的静态RAM（256KX16）通过DE2控制面板和NIOSII处理器可以访问该存储器22DE2开发板的使用本章介绍DE2开发板的使用方法以及每个I/O器件的使用。221配置CYCLONEIIFPGA关于使用QUARTUSII软件将配置文件下载到FPGA器件在实验0中已经进行了介绍，或者也可以参考QUARTUSIIINTRODUCTION（DE2开发板的附带光盘以及ALTERA官方网站都可以找到文档）。建议读者首先完成实验0。DE2开发板保护一个串行EEPROM芯片，永远保存CYCLONEIIFPGA的配置数据，每次DE2上电时，存储于EEPROM中的配置数据会自动被加载到FPGA。通过QUARTUSII软件，可以对FPGA反复进行编程，当然也可以对EEPROM中的数据进行编程。DE2开发板支持如下两种下载（本文档中，如无特别指明，下载、编程以及配置通用）方式1JTAG编程JTAG编程直接将编程数据（CONFIGURATIONBITSTREAM）直接写入到FPGA，如果对系统保持供电，FPGA将一直保持这些配置数据。如果系统掉电，配置数据将会丢失；2AS编程AS编程（ACTIVESERIALPROGRAMMING主动串行编程）将编程数据写入到ALTERA配置芯片（EPCS16串行EEPROM）。EEPROM属于非易失性存储器，即如果系统掉电，配置数据并不会丢失。当对系统上电，配置芯片EPCS16中的配置数据会自动被装载到CYCLONEIIFPGA。本节以下详细介绍JTAG和AS编程的详细步骤。无论哪种编程方式，首先通过USB连接线将DE2开发板连接到主机（HOSTCOMPUTER，QUARTUSII软件所在的计算机），这样DE2开发板会被主机识别为ALTERAUSBBLASTER。USBBLASTER驱动的安装方法参考GETTINGSTARTEDWITHALTERASDE2BOARD（DE2附带CDROM）。1、JTAG配置模式JTAG配置模式的连接框图如图A21所示，具体按照以下步骤执行图A21JTAG配置模式确定DE2开发板电源连接正确；通过USB电缆连接DE2开发板和主机；将RUN/PROG开关（开发板左边）置于RUN位置，是DE2开发板处于JTAG编程模式；使用QUARTUSIIPROGRAMMER模块下载配置文件，注意JTAG编程模式，编程文件的扩展名为SOF；2、AS（主动串行）配置模式AS配置模式的连接关系如图A22所示，为了将配置文件下载到串行EEPROM类型的配置芯片EPCS16中，执行如下操作确保DE2开发板正确加电；采用USB电缆正确连接DE2开发板和主机（参考图A21）；将DE2开发板左边的RUN/PROG开关扳到PROG位置，使DE2开发板的配置电路工作在AS配置模式；通过QUARUTSII软件的PROGRAMMER模块下载编程文件，注意AS配置模式对应的配置文件的扩展名为POF。配置文件被正确下载到DE2后，将RUN/PROG开关重新扳回到RUN位置，通过复位按钮对DE2开发板进行复位操作，当DE2开发板再次上电时，被下载到EPCS16中的配置文件会自动装置到FPGA芯片；图A22AS配置模式222LED、拨动开关和按键DE2开发板上提供了4个按键（PUSHBUTTON），这些按键都采用了施密特触发电路进行了消抖处理，如图A23所示。施密特触发器的输出KEY0，KEY1，KEY3直接连接到FPGA的I/O引脚。如果按键没有被按下，施密特触发器的输出高电平到FPGA的I/O引脚（33V），如果按键被按下，则输出低电平到FPGA的I/O引脚（0V）。因为这些按键经过硬件消抖处理，在电路设计时，适合作为时钟信号或者复位信号使用。除了4个按键，DE2开发板还同时提供18个拨动开关（TOGGLESWITCH），这些开关在硬件上并没有做消抖处理，可以用于一些电平敏感的数据输入。每个开关都直接连接到FPGA的I/O引脚。如果开关被扳到DOWN位置（靠近板子边缘一侧），开关输出逻辑低到FPGA，如果开关被扳到UP位置，输出高电平（33V）到FPGA。DE2开发板提供27个用户可控的LED，其中18个红色的对应地安装在18个拨动开关的上方，8个绿色的LED布置在4个按键的上方（此外，还有一个绿色的LED被布置在数码管的中间）。每个数码管都有FPGA直接驱动，如果LED对应的引脚连接高电平，则相应的笔段就会被点亮。按键和开关的原理图如图A24所示，LED连接的原理如图A25所示。图A24按键和开关原理图图A25LED连接原理图FPGA与拨动开关的连接关系如表A21所示，类似地，FPGA与LED和按键的连接关系分别由表A22和A23给出。表A21拨动开关与FPGA的连接关系SIGNALNAMEFPGAPINNODESCRIPTIONSW0PIN_N25TOGGLESWITCH0SW1PIN_N26TOGGLESWITCH1SW2PIN_P25TOGGLESWITCH2SW3PIN_AE14TOGGLESWITCH3SW4PIN_AF14TOGGLESWITCH4SW5PIN_AD13TOGGLESWITCH5SW6PIN_AC13TOGGLESWITCH6SW7PIN_C13TOGGLESWITCH7SW8PIN_B13TOGGLESWITCH8SW9PIN_A13TOGGLESWITCH9SW10PIN_N1TOGGLESWITCH10SW11PIN_P1TOGGLESWITCH11SW12PIN_P2TOGGLESWITCH12SW13PIN_T7TOGGLESWITCH13SW14PIN_U3TOGGLESWITCH14SW15PIN_U4TOGGLESWITCH15SW16PIN_V1TOGGLESWITCH16SW17PIN_V2TOGGLESWITCH17表A22FPGA与按键的连接关系SIGNALNAMEFPGAPINNODESCRIPTIONKEY0PIN_G26PUSHBUTTON0KEY1PIN_N23PUSHBUTTON1KEY2PIN_P23PUSHBUTTON2KEY3PIN_W26PUSHBUTTON3表A23FPGA与LED的连接关系SIGNALNAMEFPGAPINNODESCRIPTIONLEDR0PIN_AE23LEDRED0LEDR1PIN_AF23LEDRED1LEDR2PIN_AB21LEDRED2LEDR3PIN_AC22LEDRED3LEDR4PIN_AD22LEDRED4LEDR5PIN_AD23LEDRED5LEDR6PIN_AD21LEDRED6LEDR7PIN_AC21LEDRED7LEDR8PIN_AA14LEDRED8LEDR9PIN_Y13LEDRED9LEDR10PIN_AA13LEDRED10LEDR11PIN_AC14LEDRED11LEDR12PIN_AD15LEDRED12LEDR13PIN_AE15LEDRED13LEDR14PIN_AF13LEDRED14LEDR15PIN_AE13LEDRED15LEDR16PIN_AE12LEDRED16LEDR17PIN_AD12LEDRED17LEDG0PIN_AE22LEDGREEN0LEDG1PIN_AF22LEDGREEN1LEDG2PIN_W19LEDGREEN2LEDG3PIN_V18LEDGREEN3LEDG4PIN_U18LEDGREEN4LEDG5PIN_U17LEDGREEN5LEDG6PIN_AA20LEDGREEN6LEDG7PIN_Y18LEDGREEN7LEDG8PIN_Y12LEDGREEN822323数码管DE2开发板包括8个7段显示数码管，这8个数码管被分为两组，每组4个，以适应不同场合的需要。DE2开发板上数码管连接的原理图如图A26所示，每个数码管的7个笔段被直接连接到FPGA，FPGA引脚输出低电平会点亮数码管的响应笔段，高电平则会导致相应笔段熄灭。数码管一般由7个笔段组成，每个笔段的位置和索引编号如图A27所示。通常情况下，数码管还会包含一个点笔段，注意DE2开发板上该笔段并未连接。FPGA引脚与数码管的连接关系表A24所示。A27数码管每个笔段位置和索引的对应关系图A26数码管连接原理图表A24FPGA与数码管的连接关系SIGNALNAMEFPGAPINNODESCRIPTIONHEX00PIN_AF10SEVENSEGMENTDIGIT00HEX01PIN_AB12SEVENSEGMENTDIGIT01HEX02PIN_AC12SEVENSEGMENTDIGIT02HEX03PIN_AD11SEVENSEGMENTDIGIT03HEX04PIN_AE11SEVENSEGMENTDIGIT04HEX05PIN_V14SEVENSEGMENTDIGIT05HEX06PIN_V13SEVENSEGMENTDIGIT06HEX10PIN_V20SEVENSEGMENTDIGIT10HEX11PIN_V21SEVENSEGMENTDIGIT11HEX12PIN_W21SEVENSEGMENTDIGIT12HEX13PIN_Y22SEVENSEGMENTDIGIT13HEX14PIN_AA24SEVENSEGMENTDIGIT14HEX15PIN_AA23SEVENSEGMENTDIGIT15HEX16PIN_AB24SEVENSEGMENTDIGIT16HEX20PIN_AB23SEVENSEGMENTDIGIT20HEX21PIN_V22SEVENSEGMENTDIGIT21HEX22PIN_AC25SEVENSEGMENTDIGIT22HEX23PIN_AC26SEVENSEGMENTDIGIT23HEX24PIN_AB26SEVENSEGMENTDIGIT24HEX25PIN_AB25SEVENSEGMENTDIGIT25HEX26PIN_Y24SEVENSEGMENTDIGIT26HEX30PIN_Y23SEVENSEGMENTDIGIT30HEX31PIN_AA25SEVENSEGMENTDIGIT31HEX32PIN_AA26SEVENSEGMENTDIGIT32HEX33PIN_Y26SEVENSEGMENTDIGIT33HEX34PIN_Y25SEVENSEGMENTDIGIT34HEX35PIN_U22SEVENSEGMENTDIGIT35HEX36PIN_W24SEVENSEGMENTDIGIT36HEX40PIN_U9SEVENSEGMENTDIGIT40HEX41PIN_U1SEVENSEGMENTDIGIT41HEX42PIN_U2SEVENSEGMENTDIGIT42HEX43PIN_T4SEVENSEGMENTDIGIT43HEX44PIN_R7SEVENSEGMENTDIGIT44HEX45PIN_R6SEVENSEGMENTDIGIT45HEX46PIN_T3SEVENSEGMENTDIGIT46HEX50PIN_T2SEVENSEGMENTDIGIT50HEX51PIN_P6SEVENSEGMENTDIGIT51HEX52PIN_P7SEVENSEGMENTDIGIT52HEX53PIN_T9SEVENSEGMENTDIGIT53HEX54PIN_R5SEVENSEGMENTDIGIT54HEX55PIN_R4SEVENSEGMENTDIGIT55HEX56PIN_R3SEVENSEGMENTDIGIT56HEX60PIN_R2SEVENSEGMENTDIGIT60HEX61PIN_P4SEVENSEGMENTDIGIT61HEX62PIN_P3SEVENSEGMENTDIGIT62HEX63PIN_M2SEVENSEGMENTDIGIT63HEX64PIN_M3SEVENSEGMENTDIGIT64HEX65PIN_M5SEVENSEGMENTDIGIT65HEX66PIN_M4SEVENSEGMENTDIGIT66HEX70PIN_L3SEVENSEGMENTDIGIT70HEX71PIN_L2SEVENSEGMENTDIGIT71HEX72PIN_L9SEVENSEGMENTDIGIT72HEX73PIN_L6SEVENSEGMENTDIGIT73HEX74PIN_L7SEVENSEGMENTDIGIT74HEX75PIN_P9SEVENSEGMENTDIGIT75HEX76PIN_N9SEVENSEGMENTDIGIT76224时钟信号DE2开发板包括个晶振，分别提供27MHZ和50MHZ两个时钟信号，同时还包括一个SMA连接器，用于连接外部时钟源，时钟电路的原理如图A28所示，相应的引脚分配关系如表A25所示。图A28时钟电路原理图表A25时钟信号的引脚分配关系SIGNALNAMEFPGAPINNODESCRIPTIONCLOCK_27PIN_D1327MHZCLOCKINPUTCLOCK_50PIN_N250MHZCLOCKINPUTEXT_CLOCKPIN_P26EXTERNALSMACLOCKINPUT22525LCD模块LCD模块一般用于显示文本信息，DE2开发板提供的LCD模组内置了字体库，采用HD44780作为控制器芯片。有关于LCD模块使用的详细信息可以参考数据手册。LCD模块与FPGA连接的原理如图A29所示，引脚分配关系如表A26所示。图A29LCD模块连接原理图表A26LCD模块引脚分配关系SIGNALNAMEFPGAPINNODESCRIPTIONLCD_DATA0PIN_J1LCDDATA0LCD_DATA1PIN_J2LCDDATA1LCD_DATA2PIN_H1LCDDATA2LCD_DATA3PIN_H2LCDDATA3LCD_DATA4PIN_J4LCDDATA4LCD_DATA5P