THGSC-3型 大规模EDA/SOPC综合实验开发系统
2． 建完工程之后，再新建一个VHDL File，打开VHDL 编辑器对话框。 3． 按照实验原理和自己的想法，在VHDL 编辑窗口编写VHDL 程序。 4． 编写完VHDL 程序后，保存起来。方法同实验一。
5． 对编写的VHDL 程序进行编译并仿真，对程序的错误进行修改。
6． 编译仿真无误后，依照《用户手册》进行管脚分配。分配完成后，再进行全编译一次，以使管脚分配生效。
7． 用下载电缆通过JTAG 口将对应的sof 文件加载到FPGA 中。
8． 将数字信号源模块F的时钟选择为1MHZ，拨动八位拨动开关，使SW1-SW4 中至少有一个为高电平，SW5-SW8至少有一个为高电平，此时用示波器观测J7探针右1脚的波形。每按下一次S1按键后，观察波形的变化。记录实验现象。观察实验结果是否与自己的编程思想一致。
9． 实验完毕，关闭电源，整理实验器材。
六、实验结果
以设计的参考示例为例，当设计文件加载到目标器件后，拨码开关SW1~SW4位，使其中至少有一个为高电平，拨码开关SW 5~SW8位至少有一个为高电平，此时实验箱J7探针右1脚用示波器可以观测到一个矩形波。按下S1按键后，矩形波发生改变，依次为非调制波、正脉冲调制波和负脉冲调制波形，输出如图14-1所示的调制波形 七、实验报告
1． 绘出仿真波形，并作说明；
2． 将实验原理、设计过程、编译仿真波形和分析结果、硬件测试结果记录下来； 3． 设计一FSK信号发生电路； 4． 实验心得和意见。
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实验十五 直流电机的测速
一、实验目的
1． 掌握直流电机的工作原理。
2． 了解开关型霍尔传感器的工作原理和使用方法。 3． 掌握电机测速的原理。 二、实验设备
1． PC机 一台； 2． Altera Blaster下载器 一根； 3． THGSC-3型实验箱 一台； 4． 一字螺丝刀 一把。 三、实验原理
直流电机是我们生活当中常用的一种电子设备。其内部结构如下图15-1所示：
图15-1 直流电机结构图 图15-2 直流电机、霍尔器件电路图
下面就上图来说明直流电机的工作原理。将直流电源通过电刷接通电枢绕组，使电枢导体有电流流过，由于电磁作用，这样电枢导体将会产生磁场。同时产生的磁场与主磁极的的磁场产生电磁力，这个电磁力作用于转子，使转子以一定的速度开始旋转。这样电机就开始工作。为了能够测定出电机在单位时间内转子旋转了多少个周期，我们在电机的外部电路中加入了一个开关型的霍尔原件（44E），同时在电机转子上的转盘上加入了一个能够使霍尔原件产生输出的带有磁场的磁钢片。当电机旋转时，带动转盘的磁钢片一起旋转，当磁钢片旋转到霍尔器件的上方时，可以导致霍尔器件的输出端高电平变为低电平。当磁钢片转过霍尔器件上方后，霍尔器件的输出端又恢复高电平输出。这样电机每旋转一周，则会使霍尔器件的输出端产生一个低脉冲，我们就可以通过检测单位时间内霍尔器件输出端低脉冲的个数来推算出直流电机在单位时间内的转速。直流电机和开关型霍尔器件的电路原理图如下图15-2 所示：
电机的转速通常是指每分钟电机的转速，也就是单位为rpm，实际测量过程中，为了减少转速刷新的时间，通常都是5～10 秒刷新一次。如果每6 秒钟刷新一次，那么相当于只记录了6
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秒钟内的电机转数，把记录的数据乘10 即得到一分钟的转速。最后将这个数据在数码管上显示出来。最后显示的数据因为是将数据乘以10，也就是将个位数据的后面加上一位来做个位即可，这一位将一直为0。如：45*10 变为450，即为在“45”个位后加了一位“0”。为了使显示的数据能够在数码管是显示稳定，在这个数据的输出时加入了一个16 位的锁存器，把锁存的数据送给数码管显示，这样就来会因为在计数过程中，数据的变化而使数码管显示不断变化。 四、实验内容
本实验要求完成的任务是通过编程实现电机转数读取，并在数码管上显示。其读取数据和显示数据的时序关系如下图15-3 所示：
图15-3 实验控制信号时序图
五、实验步骤
1． 打开QUARTUSII 软件，新建一个工程。
2． 建完工程之后，再新建一个VHDL File，打开VHDL 编辑器对话框。 3． 按照实验原理和自己的想法，在VHDL 编辑窗口编写VHDL 程序。 4． 编写完VHDL 程序后，保存起来。方法同实验一。
5． 将编写的VHDL 程序进行编译并生成模块符号文件，并对程序的错误进行修改，最终所有程序通过编译并生成模块符号文件。其具体方法请参照实验六。
6． 新建一个图形编辑文件，将已生成的模块符号文件放入其中，并根据要求连接起来。 7． 将自己编辑好的的程序进行编译仿真，并对程序的错误进行修改，最终通过编译。 8． 编译仿真无误后，依照《用户手册》进行管脚分配。分配完成后，再进行全编译一次，以使管脚分配生效。 9． 用下载电缆通过JTAG 口将对应的sof 文件加载到FPGA 中。
10．将数字信号源模块F的时钟选择为1MHZ，将直流电机模块的J9模式选择到ON 模式，旋转改变转速的电位器RW3，使直流电机开始旋转，观察数码管上将显示此时直流电机的每分钟转速。通过电位器慢慢增加或者减少直流电机的转动速率，再次观察此时数码管上的数值。观察实验结果是否与自己的编程思想一致。
11．实验完毕，将直流电机模块的J9模式选择到OFF模式，关闭电源，整理实验器材。 六、实验结果
在七段数码管显示了电机当前的转速。
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七、实验报告
1． 绘出仿真波形，并作说明。
2． 试编写程序将实验的结果精确到个位。
3． 将实验原理、设计过程、编译仿真波形和分析结果、硬件测试结果记录下来。
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实验十六 数字频率计的设计
一、实验目的
1． 了解等精度测频的方法和原理。
2． 掌握如何在FPGA 内部设计多种功能模块。 3． 掌握VHDL 在测量模块设计方面的技巧。 二、实验设备
1． PC机 一台； 2． Altera Blaster下载器 一根； 3． THGSC-3型实验箱 一台； 4． 数字信号源 一台。 三、实验原理
所谓频率就是周期性信号在单位时间（1s）内变化的次数。若在一定时间间隔T（也称闸门时间）内测得这个周期性信号的重复变化次数为N，则其频率可表示为 f＝N/T
由上面的表示式可以看到，若时间间隔T 取1s，则f＝N。由于闸门的起始和结束的时刻对于信号来说是随机的，将会有一个脉冲周期的量化误差。进一步分析测量准确度：设待测信号脉冲周期为Tx，频率为Fx，当测量时间为T=1s 时，测量准确度为δ=Tx/T=1/Fx。由此可知这种直接测频法的测量准确度与被测信号的频率有关，当待测信号频率较高时，测量准确度也较高，反之测量准确度较低。因此，这种直接测频法只适合测量频率较高的信号，不能满足在整个测量频段内的测量精度保持不变的要求。若要得到在整个测量频段内的测量精度保持不变的要求，应该考虑其它频率测量方法。等精度频率测频的实现方法，可以用图16-1 所示的框图来实现。
图16-1 等精度测频实现框图
所谓等精度是指该频率计在所测量的整个频段内部，均可实现相同精度的测量，即测量精度与频率无关。图中预置门信号通常为1s。其内部包括一个同步门电路，用来实现被测频标与被测频率的同步，提高测量精度，减少基本误差。该部分与清零脉冲协调工作用来控制两个计数器的启动脉冲。计数器1 和计数器2分别用来给频标和被测数字脉冲计数，设在同步门控制结
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