DE2-70实验指导书20091116_第2.87版_正式打印版.pdf

根据提供的文档信息，我们可以归纳出一系列与DE2-70实验平台相关的专业知识点。这份实验指导书主要介绍了基于Altera公司的FPGA芯片EP2C70F896C6和Quartus II V7.2/V8.02.87版软件工具的实验操作流程，覆盖了从开发板驱动安装到具体实验项目实施的各个方面。 ### 1. DE2-70开发板驱动安装 #### 1.1 DE2-70介绍 - **简介**：DE2-70是一款由台湾友晶公司生产的教学用开发板，主要应用于FPGA/SOPC（System-On-a-Programmable-Chip）技术的教学和研究。 - **特性**： - 采用Altera公司的Cyclone II系列FPGA芯片EP2C70F896C6； - 提供丰富的外围接口和扩展接口； - 内置USB-Blaster编程接口； - 支持多种操作系统下的驱动程序。 #### 1.2 USB-Blaster的驱动安装 - **安装步骤**： 1. 下载Quartus II软件，并安装相应的USB-Blaster驱动； 2. 连接DE2-70开发板与电脑； 3. 在设备管理器中识别新硬件，并手动指定驱动程序路径。 - **注意事项**： - 确保使用的Quartus II版本与开发板匹配； - 驱动安装完成后需重启电脑。 #### 1.3 USB-Blaster驱动之疑难解答 - **常见问题及解决方法**： - 无法识别USB-Blaster：检查连接线是否完好，重新安装驱动； - 驱动安装失败：确保下载的驱动与操作系统版本兼容； - 编程失败：检查FPGA配置是否正确。 #### 1.4 DE2-70引脚分配的一般性指导 - **引脚分配原则**： - 根据功能模块进行分类； - 合理规划I/O资源，避免冲突； - 尽量利用芯片边缘的引脚资源，便于布线。 #### 1.5 DE2-70实验板基本输入输出引脚信号 - **输入信号**： - 开关、按钮等手动输入信号； - 外部传感器输入信号。 - **输出信号**： - LED灯、七段数码管等视觉输出信号； - 扬声器等听觉输出信号。 ### 2. 实验一：3-8译码器实验 #### 2.1 建立Quartus工程 - **步骤**： 1. 创建新的工程文件； 2. 设置工程参数（如芯片型号、工作频率等）； 3. 导入或创建源文件。 #### 2.2 使用Verilog HDL完成硬件设计 - **代码示例**： ```verilog module decoder_3_to_8(input [2:0] addr, output reg [7:0] output); always @ (addr) case (addr) 3'b000: output = 8'b00000001; 3'b001: output = 8'b00000010; // 更多case... default: output = 8'b00000000; endcase endmodule ``` - **设计要点**： - 使用`always @ (addr)`敏感列表触发器更新输出值； - `case`语句实现不同地址对应的不同输出。 ### 3. 实验二十进制计数器实验 #### 3.1 建立工程并完成硬件描述设计 - **设计思路**： - 选择合适的计数方式（同步/异步）； - 定义计数范围（0~9）； - 使用`always`块实现状态机逻辑。 - **仿真验证**： - 在Quartus II中使用波形编辑器进行仿真； - 观察计数器状态变化是否符合预期。 #### 3.2 逻辑分析仪SignalTapII的使用 - **SignalTap II功能**： - 实时监测FPGA内部信号； - 数据捕获和回放； - 支持多通道数据采集。 - **操作指南**： - 在Quartus II中打开SignalTap II Logic Analyzer； - 添加需要监控的信号； - 设置采样率和触发条件。 ### 4. 实验三：灯光控制实验 #### 4.1 建立Quartus工程 - **同上**。 #### 4.2 使用符号框图描述完成硬件描述设计 - **符号框图特点**： - 直观表示硬件结构； - 方便理解设计逻辑； - 支持自定义组件。 - **设计过程**： - 在Quartus II中使用图形编辑器绘制符号框图； - 定义输入输出端口； - 连接各组件完成逻辑设计。 #### 4.3 电路仿真 - **仿真目的**： - 验证电路逻辑是否正确； - 检测潜在的时序问题； - 调试和优化设计。 ### 5. 实验四：移位寄存器实验 #### 5.1 建立Quartus工程 - **同上**。 #### 5.2 使用MegaFunction+符号框图描述完成硬件描述设计 - **MegaFunction+优势**： - 快速构建复杂功能模块； - 集成度高，易于维护； - 支持多种编程语言。 - **设计流程**： - 选择合适的MegaFunction组件； - 调整参数以适应具体需求； - 通过符号框图连接各部分。 #### 5.3 使用Verilog语言完成硬件描述设计 - **代码示例**： ```verilog module shift_register(input clk, input reset, input load, input [3:0] data_in, output reg [3:0] q, input s1, input s2); always @(posedge clk or posedge reset) begin if (reset) q <= 4'b0000; else if (load) q <= data_in; else if (s1) q[3:1] <= q[2:0]; else if (s2) q[2:0] <= q[3:1]; end endmodule ``` - **设计要点**： - 使用`always @(posedge clk or posedge reset)`实现时钟上升沿触发； - `if-else`结构实现不同的控制逻辑。 ### 6. 实验五：LCD显示实验 #### 6.1 建立Quartus工程 - **同上**。 #### 6.2 建立SOPC系统 - **SOPC概述**： - SOPC是System-On-a-Programmable-Chip的缩写，即可编程片上系统； - 包含处理器、存储器、外设等硬件资源； - 可通过Quartus II中的SOPC Builder工具构建。 - **构建步骤**： - 选择处理器类型（如Nios II）； - 配置存储器资源； - 添加外设组件。 #### 6.3 用Verilog语言完成顶层实体 - **顶层实体作用**： - 作为整个系统的接口； - 定义系统的主要功能和外部接口； - 负责调度各个子模块。 - **代码示例**： ```verilog module top_module(input clk, input reset, output [7:0] lcd_data, output [1:0] lcd_command, output lcd_enable, output lcd_rs, output lcd_rw); // 子模块实例化 lcd_controller lcd_ctrl(clk, reset, lcd_data, lcd_command, lcd_enable, lcd_rs, lcd_rw); endmodule ``` - **设计要点**： - 实现LCD控制器与主控单元之间的通信协议； - 控制LCD显示内容。 #### 6.4 Nios软件设计 - **Nios II特点**： - Altera公司设计的软核处理器； - 可根据需要配置性能； - 支持多种编程语言。 - **软件设计流程**： - 使用Nios II IDE编写应用程序； - 通过JTAG接口下载至FPGA； - 调试并运行程序。 #### 6.5 添加间隔定时器 - **定时器功能**： - 产生周期性的中断信号； - 控制LCD刷新频率； - 实现延时操作。 - **实现方法**： - 使用Nios II IDE中的定时器组件； - 编写中断处理函数； - 调整定时器参数以满足具体需求。 通过上述对DE2-70实验平台及其相关实验项目的详细介绍，我们不仅了解了如何使用该平台进行FPGA/SOPC技术的学习和实践，还掌握了从基础的驱动安装到高级的系统设计和编程技巧等多个方面的知识。这对于初学者来说是一份非常宝贵的学习资料。