實驗二

按鍵消抖

1.實驗目的

◆掌握按鍵消抖的方法。

◆熟悉ISE9.1i綜合工具的使用。

◆熟悉ModelSimSE6.2b仿真工具的使用。

◆熟悉引腳分配方法。

◆熟悉JTAG下載工具的使用。

2.實驗內容

按鍵一般都存在抖動現象(如圖T2.1所示)。按鍵消抖一直以來都是工程師們的必備技能，因此掌握按鍵消抖方法是一項基本要求。按鍵消抖的方法有很多，本實驗只提供一種消抖方法(設計者可自行思考其他方法)。圖T2.1未消抖與消抖后的按鍵信號對比圖本實驗要求以EZBoard為開發板，完成邏輯設計后并下板測試。實現的功能為：以一只pb按鍵作為手動循環累加計數器按鈕，計數范圍為0～15，數字要求以二進制的方式顯示到LED燈上，每按動pb按鍵一次，計數就累加1；以另一只pb按鍵作為系統復位按鈕，復位后計數器恢復到初始狀態。EZBoard開發板上的晶振頻率為4MHz，按鍵pb(1)～pb(4)在按下時為低電平，LED1、LED2、…、LED10這10個LED燈高電平點亮，低電平熄滅。設計的端口連接如圖T2.2所示，方框里的名稱為設計模塊中定義的名稱(此名稱是本實驗參考程序中定義的名稱)，方框外的名稱為對應EZBoard開發板上的器件名稱。因本實驗中pb(1)按鈕為系統復位信號，故只需對pb(4)按鈕消抖。在做此實驗時，設計者可對pb(4)按鈕做不消抖和消抖兩次實驗，看消抖效果是否明顯。圖T2.2按鍵消抖端口連接要完成此實驗，應按照下面的步驟一步一步進行。

(1)使用ISE9.1i新建工程項目。

(2)使用ISE9.1i文本編輯器進行電路邏輯設計。

(3)使用ISE9.1i綜合工程項目。

(4)使用ISE9.1i文本編輯器編寫測試文件。

(5)使用ModelSimSE6.2b工具進行仿真測試。

(6)使用ISE9.1i工具進行引腳分配、布線并生成下載的jed文件。

(7)通過JTAG下載線將PC機與EZBoard板卡連接起來，使用ISE9.1i的iMPACT工具將jed文件下載至EZBoard板卡上。

(8)通過按鍵驗證EZBoard板卡上4只LED的變化情況，以此來驗證按鍵消抖邏輯設計的正確性。

3.實驗步驟

(1)建立ISE工程。

具體步驟如下：

①打開ISE9.1i，選擇“開始”→“程序”→“XilinxISE9.1i”→“ProjectNavigator”(或者直接雙擊桌面圖標啟動ISE),如圖T2.3所示。圖T2.3啟動ISE②新建一個工程項目，選擇菜單命令“File”→“NewProject…”(如果打開ISE后，上面已經有存在的工程項目，請選擇“File”→“CloseProject”)，如圖T2.4所示。圖T2.4新建工程圖T2.5新建工程向導④在彈出的“DeviceProperties”對話框中選擇FPGA的型號、仿真工具和硬件描述語言類型，如圖T2.6所示。

●

Family:XC9500XLCPLDs。

●

Device:XC95144XL。

●

Package:TQ100。

●

Speed:-10。

●

SynthesisTool:XST(VHDL/Verilog)。

●

Simulator:Modelsim-SEVerilog。

●

PreferredLanguage:Verilog(如果是VHDL語言用戶，請選擇VHDL)。圖T2.6“DeviceProperties”對話框⑤點擊“Next”按鈕，彈出“CreateNewSource”對話框，如圖T2.7所示。圖T2.7“CreateNewSource”對話框⑥點擊“Next”按鈕，彈出“AddExistingSources”對話框，如圖T2.8所示。圖T2.8“AddExistingSources”對話框⑦點擊“Next”按鈕，在彈出的“ProjectSummary”對話框中點擊“Finish”按鈕，完成工程項目的建立，如圖T2.9所示。圖T2.9“ProjectSummary”對話框

(2)使用文本編輯形式完成對電路功能的描述，并完成綜合。

具體步驟如下：

①在新建工程向導完成以后，點擊“New”按鈕，如圖T2.10所示。圖T2.10點擊“New”按鈕②在出現的“New”對話框中選擇“TextFile”，點擊“OK”按鈕，如圖T2.11所示。圖T2.11選擇“TextFile”③此時在新建的文本對話框中，按照本實驗的功能說明，用VerilogHDL或VHDL語言完成此實驗功能的邏輯編程。

④待程序設計完成后，選擇菜單“File”→“SaveAs”保存文件，在“文件名”中填寫要保存文件的名字(這里以lab2.v為例)，然后點擊“保存”按鈕，如圖T2.12所示。圖T2.12保存文件⑤在工程項目的“Sources”窗口中右擊“xc95144xl-10TQ100”，選擇“AddSource…”，如圖T2.13所示。圖T2.13加入源代碼⑥通過上一步驟會出現“AddExistingSources”對話框，在此對話框中選擇lab2.v文件，點擊“打開”，如圖T2.14所示。圖T2.14選擇源代碼⑦在隨后出現的“AddingSourecFiles…”對話框中點擊“OK”按鈕，如圖T2.15所示。圖T2.15添加源文件⑧在工程項目的“Sources”窗口中單擊lab2.v，在工程項目的資源操作窗口(Processes)里展開“ImplementDesign”，雙擊“Synthesize-XST”，進行綜合，綜合完成后如圖T2.16所示。圖T2.16綜合設計注意：綜合完成后，在“Synthesize-XST”上會顯示一個小圖標，表示該步驟的完成情況。有些警告是可以忽略的。圖標的含義如下：

●“對號”表示該操作步驟成功完成。

●“嘆號”表示該操作步驟雖完成，但有警告信息。

●“叉號”表示該操作步驟因錯誤而未完成。

如果編寫的程序有錯誤，可查看“errors”窗口里的提示信息，并修改相應的錯誤代碼，然后保存，再進行綜合。

(3)使用ModelSimSE6.2b仿真工具對電路進行前仿真測試。具體步驟如下：

①在ISEProjectNavigator里選擇菜單“File”→“New”，在出現的“New”對話框里選擇“TextFile”，點擊“OK”按鈕，此時在新建的文本對話框里編寫仿真程序。

②待編寫完仿真程序后，選擇菜單“File”→“SaveAs”，在出現的保存文本對話框的“文件名”中輸入lab2_tp.v(在此以lab2_tp.v為例)，然后點擊“保存”按鈕。

③在ISEProjectNavigator中選擇菜單“Project”→“AddSource”，指向上一步驟保存的lab2_tp.v文件夾目錄，選擇lab2_tp.v文件，點擊“打開”按鈕。在彈出的“AddingSourceFiles…”對話框里點擊“OK”按鈕，如圖T2.17所示。圖T2.17添加仿真文件④在工程項目的“Sources”窗口里，確保“Sourcesfor”的選項為“BehavioralSimulation”，如圖T2.18所示。圖T2.18確認選中“BehavioralSimulation”⑤在工程項目的“Sources”窗口里，選中工程的頂層文件lab2_tp.v(注意這很關鍵，不然仿真的波形出不來)，然后展開工程項目的資源操作窗(Processes)里的“ModelSimSimulator”選項，雙擊“SimulateBehavioralModel”，如圖T2.19所示。之后會出現進入“ModelSimSE6.2b”仿真環境，如圖T2.20所示。圖T2.19雙擊“SimulateBehavioralModel”圖T2.20進入“ModelSimSE6.2b”仿真環境⑥進入ModelSimSE后，觀察在“wave-default”窗口中有沒有出現不想觀看波形的端口，如果有此端口，請在此端口上點鼠標右鍵，選擇“Delete”選項，如圖T2.21所示。圖T2.21“wave-default”窗口刪除此端口后，就將要觀察的寄存器或者wire型變量添加到觀察窗口中，在“Workspace”窗口中選擇“uut”，然后在“Objects”窗口中選擇想要觀看波形的端口，再在此端口上右鍵選擇“AddtoWave”→“SelectedSignals”，如圖T2.22所示。圖T2.22添加觀察變量⑦在工具欄的紅色標記編輯框中設置仿真時間，如圖T2.23所示，時間自行設定，建議設置為500ms。圖T2.23設置仿真時間⑧點擊工具欄中紅色標記框內的按鈕，開始仿真，如圖T2.24所示。圖T2.24開始仿真圖T2.25時序波形圖T2.26雙擊“AssignPackagePins”②在出現的“ProjectNavigator”對話框里，點擊“Yes”按鈕，如圖T2.27所示。圖T2.27確定配置引腳③在XilinxPACE中瀏覽“DesignObjectList-I/OPins”窗口，在Loc中輸入對應的引腳。圖T2.28為配置好的此實驗的引腳圖表。圖T2.28參考“lab1_ucf.txt”文件配置引腳④在XilinxPACE窗口中，選擇“File”→“Save”。在出現的“BusDelimiter”對話框里選擇默認的“XSTDefault”形式，點擊“OK”按鈕，如圖T2.29所示。圖T2.29“BusDelimiter”對話框⑤關閉XilinxPACE窗口。在工程項目的資源操作窗口(Processes)里雙擊“ImplementDesign”，進行布局布線并生成jed下載文件，如圖T2.30所示。

注意：布局布線完成后，如有錯誤出現，可查看芯片類型和引腳配置是否正確。

圖T2.30進行布局布線

(5)接通板卡電源和JATG下載線，并下載jed程序到板卡上進行測試。

具體步驟如下：

①用JTAG-USB下載線將PC機與EZBoard板卡JTAG接口連接起來，具體連線如T2.31所示。圖T2.31JTAG下載線與EZBoard板卡JTAG接口連接圖②展開“GenerateProgrammingFile”，雙擊“ConfigureDevice(iMPACT)”，如圖T2.32所示。在出現“iMPACT–WelcometoiMPACT”對話框后，單擊“Finish”按鈕，如圖T2.33所示。圖T