第7章VerilogHDL可綜合設計舉例7.1跑馬燈把握器設計7.28位數碼掃描顯示電路設計7.3數控分頻器的設計7.4樂曲硬件演奏電路設計7.5數字跑表和數字鐘設計7.6VerilogHDL狀態機A/D采樣把握電路7.7交通把握器設計7.8空調把握器設計7.9飲料自動售賣機設計7.10小結7.1跑馬燈把握器設計設計要求：共8個LED燈，連成一排。要求實現幾種燈的組合顯示。具體要求如下：〔1〕模式1：先奇數燈即第1/3/5/7燈亮0.25s，然后偶數燈即第2/4/6/8燈亮0.25s；依次類推。〔2〕模式2：依據1、2、3、4、5、6、7、8的挨次依次點亮全部燈，間隔0.25s；然后再按1、2、3、4、5、6、7、8的挨次依次熄滅全部燈，間隔0.25s。〔3〕模式3：依據1/8、2/7、3/6、4/5的挨次依次點亮全部燈，間隔0.25s，每次同時點亮兩個燈；然后再依據1/8、2/7、3/6、4/5的挨次依次熄滅全部燈，間隔0.25s，每次同時熄滅兩個燈。〔4〕以上模式可以選擇。7.1跑馬燈把握器設計7.1跑馬燈把握器設計7.1跑馬燈把握器設計圖7-3跑馬燈仿真波形圖7.1跑馬燈把握器設計圖7-4引腳鎖定狀況7.1跑馬燈把握器設計擴展局部：請讀者思考其他LED顯示方式，并實現之。例如：先循環左移，再循環右移〔任一時刻只有一個LED燈亮〕，然后從兩頭至中間〔任一時刻只有兩個LED亮〕，之后不斷重復以上行為。7.28位數碼掃描顯示電路設計設計要求：共8個數碼管，連成一排，要求可以任意顯示其中一個或多個數碼管。具體要求如下：〔1〕依次選通8個數碼管，并讓每個數碼管顯示相應的值，比方：讓每個數碼管依次顯示13579BDF。〔2〕要求能在試驗臺上演示出數碼管的動態顯示過程。7.28位數碼掃描顯示電路設計圖7-5共陰數碼管及其電路7.28位數碼掃描顯示電路設計圖7-68位數碼掃描顯示電路7.28位數碼掃描顯示電路設計圖7-7數碼管頂層模塊框圖7.28位數碼掃描顯示電路設計圖7-8數碼管仿真波形圖7.28位數碼掃描顯示電路設計圖7-9引腳鎖定狀況7.28位數碼掃描顯示電路設計擴展局部：讀者嘗試完成以下幾種顯示方式：〔1〕8個數碼管同時顯示，8個段依次顯示，即a、b、c、d、e、f、g、dp依次顯示，每個段持續顯示時間為0.25s時間。〔2〕8個段和8個數碼管依次顯示，a段顯示在第1個數碼管上，b段顯示在第2個數碼管上，……，dp段顯示在第8個數碼管上，顯示持續時間0.25s。〔3〕將0~F這16個十六制數依次顯示在數碼管中，每個時刻只有一個數碼管顯示，持續時間為0.25s：0顯示在第1個數碼管、1顯示在第2個數碼管、……、7顯示在第8個數碼管、8顯示在第1個數碼管、……、F顯示在第8個數碼管。7.3數控分頻器的設計設計要求：〔1〕對于任意頻率可以實現數控分頻；〔2〕對于預定頻率，均可以通過分頻得到。7.3數控分頻器的設計圖7-10分頻器模塊端口框圖7.3數控分頻器的設計圖7-11數控分頻器的仿真結果7.3數控分頻器的設計圖7-12引腳鎖定7.3數控分頻器的設計擴展局部：〔1〕利用本節的數控分頻器得到的頻率，其占空比為50%。假設占空比可調，比方占空比為30%，如何實現？提示：可使用兩個8位輸入數據把握輸出脈沖的凹凸電平持續時間。〔2〕嘗試使用其他分頻器的設計方法。例如第4章提出的方法，并比較這些方法的異同。7.4樂曲硬件演奏電路設計設計要求：〔1〕利用7.3節的數控分頻器設計硬件樂曲演奏電路。〔2〕了解樂譜的一些根本學問，可以將樂譜轉換為相應的QuartusII文件，把握其演奏原理。〔3〕把握本設計各模塊的功能，能夠填入并演奏一些新的曲子。7.4樂曲硬件演奏電路設計圖7-13簡譜中音名與音頻的對應關系7.4樂曲硬件演奏電路設計圖7-14簡譜中音頻與分頻預置數的對應關系7.4樂曲硬件演奏電路設計圖7-15硬件樂曲演奏電路構造7.4樂曲硬件演奏電路設計圖7-16引腳鎖定7.4樂曲硬件演奏電路設計圖7-17梁祝簡譜7.4樂曲硬件演奏電路設計圖7-18兩只老虎的簡譜7.4樂曲硬件演奏電路設計擴展局部：1〕填入新的樂曲，如“梁祝”、或其它生疏的樂曲。操作步驟如下：a、依據所填樂曲可能消逝的音符，修改例7-11的音符數據，同時留意每一音符的節拍長短；b、假設樂曲比較長，可增加模塊NOTETABA中計數器的位數，如9位時可達512個根本節拍。〔2〕在一個ROM裝上多首歌曲，可手動或自動選擇歌曲。〔3〕結合本試驗，讀者可以查閱電子琴相關學問并設計一個簡易電子琴。〔4〕例7-8中的進程DelaySpkS對揚聲器發聲有什么影響？在電路上應當滿足哪些條件，才能用數字器件直接輸出的方波驅動揚聲器發聲？7.5數字跑表和數字鐘設計設計要求：〔1〕計時功能：編寫一個具有“百分秒、秒、分、小時”計時功能的數字跑表，可以實現一個小時以內準確至百分之一秒的計時。要求具有復位和暫停功能：復位后，從00:00:00:00開頭計數；暫停后，保持現有計數值不變。〔2〕校準功能：依據當前時間校準鬧鐘。即增加一個校時鍵，增加時、分預置初值按鈕，這樣可以對小時、分鐘進展校準。7.5數字跑表和數字鐘設計圖7-22數字鐘頂層模塊設計7.5數字跑表和數字鐘設計圖7-23仿真波形7.5數字跑表和數字鐘設計圖7-27引腳鎖定7.5數字跑表和數字鐘設計圖7-28256Hz轉換為100Hz的仿真波形7.5數字跑表和數字鐘設計擴展局部：〔1〕校時功能：增加一個校時鍵，增加4個時、分預置初值按鍵分別用來調整時、分的各位，這一步由讀者自己完成。〔2〕鬧鐘功能：即增加一個鬧鐘功能鍵，同時使用校時功能中用到的4個銨鍵來設置輸入鬧鐘時間。假設當前時間與設置的鬧鐘時間一樣，則揚聲器發出蜂鳴聲。〔3〕思考對于任意系統頻率，比方6MHz或者256Hz，如何獲得100Hz的百分秒頻率。下面給出將256Hz轉換成為100Hz的一種實現代碼，讀者也可以承受其他方法實現。7.6VerilogHDL狀態機A/D采樣把握電路實現設計要求：理解把握ADC0809芯片的工作時序要求；要求承受狀態機來設計實現對A/D轉換器ADC0809的采樣把握電路。7.6VerilogHDL狀態機A/D采樣把握電路實現圖7-29ADC0809工作時序7.6VerilogHDL狀態機A/D采樣把握電路實現圖7-30把握ADC0809采樣的狀態圖7.6VerilogHDL狀態機A/D采樣把握電路實現圖7-32采樣把握模塊內部構造圖7.6VerilogHDL狀態機A/D采樣把握電路實現圖7-33引腳鎖定7.6VerilogHDL狀態機A/D采樣把握電路實現擴展局部：〔1〕在本試驗的根底上，增加存儲器用于存儲AD轉換后的數據，設計一個簡易存儲示波器。〔2〕假設不承受集成電路芯片ADC0809，可否承受比較器和D/A器件實現A/D轉換功能。請查閱相關資料，并給出電路設計。7.7交通把握器設計設計要求：實現一個常見的十字路口交通燈把握功能。一個十字路口的交通燈一般分為兩個方向，每個方向具有紅燈、綠燈和黃燈3種。具體要求如下：〔1〕十字路口包含A、B兩個方向的車道。A方向放行1分鐘〔綠55s，黃5s〕，同時B方向禁行〔紅60s〕；然后A方向禁行1分鐘〔紅60s〕，同時B方向放行〔綠燈55s，黃燈5s〕，以此類推，循環往復。〔2〕實現正常的倒計時功能，用2組數碼管作為A和B兩個方向的倒計時顯示。〔3〕當遇特殊狀況時，可通過按hold鍵來實現特殊的功能。使A、B方向的紅燈亮并且警告燈不停閃爍；計數器停頓計數并保持在原來的狀態；特殊狀況處理完畢后可通過按hold鍵使交通燈正常運行，并正常計數。〔4〕系統已有時鐘為64Hz。7.7交通把握器設計圖7-34交通把握器模塊框圖7.7交通把握器設計圖7-35仿真波形圖7.7交通把握器設計圖7-36仿真細節〔局部仿真圖〕7.7交通把握器設計圖7-37引腳鎖定7.7交通把握器設計擴展局部：穿插路口簡潔多樣，因此交通把握器設計也會變化多端。請依據周邊的實際穿插路口狀況，設計相應的交通把握器。比方，可以考慮在每個方向增加一個左轉向燈。7.8空調把握器設計設計要求：〔1〕承受按鍵1/2設定溫度；通過按鍵8設定2種工作方式：手動和自動；按鍵7〔正反轉，高電平正轉低電平反轉〕、6〔停頓〕在手動方式下把握電機。并將溫度設定值在數碼管7和8上顯示出來。〔2〕承受A/D的一個通道〔可調電阻〕作為溫度傳感器，檢測環境溫度〔0-42℃〕。并在數碼管上1和2上顯示出來。〔3〕把握直流電機正轉、反轉和停頓。且正轉模擬加熱裝置制熱，反轉模擬壓縮機制冷；停頓模擬既不制熱也不制冷。承受流水燈指示電機的正、反轉和停的狀態。即：正轉時，流水燈運動方向從左向右；反轉時，流水燈運動方向從右向左；停立刻，流水燈熄滅。〔4〕把握溫度精度為±1℃。即當把握器設定在自動〔AUTO〕模式下，當環境溫度低于設定溫度1℃時，電機正轉——制熱；當環境溫度高于設定溫度1℃時，電機反轉——制冷；當環境溫度在設定溫度±1℃范圍之內時，電機停轉。7.8空調把握器設計圖7-38空調把握模擬系統整體框圖7.8空調把握器設計圖7-39空調把握器的仿真波形7.8空調把握器設計圖7-40引腳鎖定7.8空調把握器設計擴展局部：考慮為空調把握器增加風扇轉速顯示和把握功能。在空調把握系統中，風扇轉速準備了溫度變化的快慢，是空調把握器中的一個比較重要的把握變量。7.9飲料自動售賣機設計設計要求：〔1〕自動售飲料機。假定該自動售飲料機僅供給一種飲料，每盒售價為1.5元，該機器上有銨鍵，按下后表示購置該飲料；〔2〕投幣器只能承受1元硬幣和5角硬幣；〔3〕具有找零功能，即只找贖5角；〔4〕有兩個輸出口，一個輸出飲料，另一個輸出找零；在輸出飲料和找零時，使用兩個指示燈，分別用于提示用戶取走飲料和找零；〔5〕在界面上顯著位置顯示投幣總額和找零值。7.9飲料自動售賣機設計圖7-41狀態圖7.9飲料自動售賣機設計圖7-43仿真結果7.9飲料自動售賣機設計圖7-44引腳鎖定7.9飲料自動售賣機設計擴展局部：〔1〕為本設計添加一個退出購置按鈕：按動此鈕，則將已投錢幣全額退出。〔2〕本設計每次僅購置飲料的數量為1，同時供給飲料和找贖功能；請在本設計的根底上，增加一次可購置的飲料數量為N的功能。〔3〕本飲料自動售賣機僅供給一種飲料；請在本設計的根底上，將可供給的飲料種類為兩種，每種飲料每盒售價為1.5元和2.5元，在相應的飲料下方有銨鍵。7.10小結在本章，我們爭論了以下學問點：本章重點介紹了跑馬燈把握器8位數碼掃描顯示電路數控分頻器樂曲硬件演奏電路數字跑表