目 录
第一章 设计原理................................................................................................................................ 1
1.1 课程设计依据 ........................................................................................................................ 1 1.2 课程设计内容及原理 ............................................................................................................ 1 1.3 课程设计要求 ........................................................................................................................ 1 第二章 设计流程................................................................................................................................ 2
2.1设计流程图 ............................................................................................................................. 2 第三章 模块连接................................................................................................................................ 3
3.1 四选一多路器 ........................................................................................................................ 3 3.2 7段数码管显示 ...................................................................................................................... 4
3.2.1 LED灯接线部分显示 .................................................................................................. 4 3.2.2数码管程序设计 ........................................................................................................... 5 3.3 循环扫描模块 ........................................................................................................................ 6 3.4 简易计算器总体程序设计 .................................................................................................... 7 第四章 仿真分析.............................................................................................................................. 10
4.1 四选一多路器 ...................................................................................................................... 10
4.1.1四选一多路器仿真图 ............................................................................................... 10 4.1.2四选一多路器仿真波形分析 ................................................................................... 10 4.2 数码管 .................................................................................................................................. 10
4.2.1数码管原理图与仿真图 ........................................................................................... 10 4.2.2数码管原理图与仿真图分析 ................................................................................... 11 4.3 循环扫描 .............................................................................................................................. 12
4.3.1循环扫描仿真图 ....................................................................................................... 12 4.3.2 循环扫描模块分析 .................................................................................................. 12 4.4 四选一多路器 ...................................................................................................................... 12
4.4.1简单计算器总体仿真图 ........................................................................................... 12 4.4.2简单计算器仿真图设计分析 ................................................................................... 13
第五章 设计体会.............................................................................................................................. 14 参考文献 ............................................................................................................................................ 15
第一章 设计原理
1.1 课程设计依据
在掌握常用数字电路功能和原理的基础上，根据EDA技术课程所学知识，利用硬件描述语言Verilog HDL、EDA软件Quartus II和硬件平台Cyclone/Cyclone II FPGA进行电路系统的设计。
1.2 课程设计内容及原理
设计一个简单计算器，采用简单4*4计算器键盘，输入2位十进制数进行+、-、 *、/ 四种运算，输入数据分别用两位数码管显示，输出用四位数码管显示4位10进制数，其中除法的结果显示分为商和余数两部分，要求设计键盘扫描存储逻辑，采用时序逻辑和有限状态机设计实现计算器操作的顺序步骤。
1.3 课程设计要求
1、 要求每个同学独立完成设计任务。
2、 课程设计说明书封面格式要求见《天津城市建设学院课程设计教学规范》附表1。 3、 课程设计的说明书要求简洁、通顺，计算正确，图纸表达内容完整、清楚、规范。 4、 测试要求：根据题目的特点，采用相应的时序仿真或者在实验系统上观察结果。 5、 课程设计说明书要求：
1) 说明题目的设计原理和思路、采用方法及设计流程。
2) 对各子模块的功能以及各子模块之间的关系作明确的描述。 3) 对实验和调试过程，仿真结果和时序图进行说明和分析。 4) 包含系统框图、电路原理图、HDL设计程序、仿真测试图。
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第二章 设计流程
2.1设计流程图
设计流程如下图，分别用两个数码管表示二位十进制数，用一个case语句表示输入数值采用哪种运算方式，分别用00，01，10，11表示加、减、乘、除。首先对运算符号进行选择，然后再在各自模块进行计算，用3—8译码器选择从哪个数码管输出。
复位
硬件控制编码数码管输出
图1 硬件设计流程图
加法输入1减法芯片控制输出乘法输入2除法
图2 输出结果A. B的软件流程图
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第三章 模块连接
3.1 四选一多路器
通过对四选一多路器设计，对计算器的运算符“+”，“-”,“*”,“/”进行选择
程序如下：
module jsq(a,b,c,out,out1,out2); input[7:0]a,b; input[1:0]c; output[15:0]out;
output[7:0]out1,out2; reg [15:0]out; reg[7:0]out1,out2; always@(a,b,c,out) case(c)
2'b00:begin out1=0; out2=0; out=a+b; end
2'b01:begin out1=0; out2=0; out=a-b; end
2'b10:begin out1=0; out2=0; out=a*b; end
2'b11:begin out1=a/b; out2=a%b;
out={out1,out2}; end
jsqa[7..0]out[15..0]b[7..0]out1[7..0]c[1..0]out2[7..0]inst 图3 四选一多路器
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default:; endcase endmodule
3.2 7段数码管显示
3.2.1 LED灯接线部分显示
7段数码显示译码器原理：通常的小规模专用IC，如74或4000系列的器件只能作十进制BCD码译码，然而数字系统中的数据处理和运算都是2进制的，所以输出表达都是16进制的，为了满足16进制数的译码显示（数码管可以显示0~F），最方便的方法就是利用译码程序在FPGA/CPLD中来实现。
EL-EDA-Ⅲ实验系统的显示采用8位八段共阴极数码管（高电平有效），所对应的接口序号为：8段驱动接口：a、b、c、d、e、f、g、Dp；
作为7段译码器，输入为需要显示的数，输出信号LED7S的7位分别接如图4数码管的7个段，高位在左，低位在右。例如当LED7S输出为“1101101”时，数码管的7个段：g、f、e、d、c、b、a分别接1、1、0、1、1、0、1；接有高电平的段发亮，于是数码管显示“5”。注意：这里没有考虑表示小数点的发光管，如果要考虑，需要增加段h。
图4 共阴数码管及其电路
8位数码扫描显示原理：四位拨码开关产生8421BCD码，经译码电路后成为7段数码管（不包括小数点段位）的字形显示驱动信号（a…g）。
图5所示的是8位数码扫描显示电路，其中每个数码管的7个段： g、f、e、d、c、b、a都分别连在一起，8个数码管分别由8个选通信号k1、k2、…k8来选择。被选通的数码管显示数据，其余关闭。如在某一时刻，k3为高电平，其余选通信号为低电平，这时仅k3对应的数码管显示来自段信号端的数据，而其它7个数码管呈现关闭状态。根据这种电路状况，如果希望在8个数码管显示希望的数据，就必须使得8个选通信号k1、k2、…k8分别被单独选通，并在此同时，在段信号输入口加上希望在该对应数码管上显示的数据，于是随着选通信号的扫变，就能实现扫描显示的目的。
图5 8位数码驱动显示电路
扫描电路通过可调时钟输出片选地址SEL[2..0]。由SEL[2..0] 通过3-8译码器的输出决定了8位中的哪一位显示，a…g决定了显示什么字形。SEL[2..0]变化的快慢决定了扫描频率f扫描的快慢。
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