1、FPGA 实验一、 实验平台1、 Xilinx Basys3 开发平台开发平台特性：FPGA XC7A35T-1CPG236CI/O Interfaces USB-UART for programming and serial communication USB-UART Bridge 12-bit VGA output USB HID Host for mice, keyboards and memory sticksMemory 32 Mbit Serial FlashDisplays One 4-digit 7-Segment displaysSwitches and LEDs 16 S
2、lide switches 16 LEDs 5 Push-buttonsClocks One 100 MHz crystal oscillatorExpansion ports Pmod for XADC signals 3 Pmod ports参考：Xilinx Basys3 开发平台用户手册及资料2、 Xilinx Nexys4 开发平台开发平台特性Feature DescriptionFPGA XC7A100T-1CSG324CI/O Interfaces USB-UART for programming and serial communication One 10/100 Ether
3、net USB OTG 2.0 USB-UART bridge 12-bit VGA output 3-axis accelerometer PWM audio output Temperature sensor PDM microphone USB HID Host for mice, keyboards and memory sticksMemory 16 Mbyte CellularRAM 128 Mbit Serial Flash Micro SD card connectorDisplays 2 4-digit 7-Segment displaysSwitches and LEDs
4、16 Slide switches 16 LEDs 2 tri-color LEDs 5 Push-buttonsClocks One 100 MHz crystal oscillatorExpansion ports Pmod for XADC signals 4 Pmod ports参考：Xilinx Nexys4 开发平台用户手册及资料3、 Xilinx ZYBO 开发平台开发平台特性Feature DescriptionFPGA Zynq-7000 AP SoC XC7Z010-1CLG400I/O Interfaces USB-UART for programming and ser
5、ial communication and powering the board One 10/100/1G Ethernet USB OTG 2.0 USB-UART bridge 16-bit VGA output Dual role (Input/Output) HDMI I2S CODEC Audio Line-In, Line-Out, microphoneMemory 512 Mbyte DDR3 128 Mbit Quad-SPI Flash MicroSD card connectorSwitches and 4 Slide switches accessible from P
6、LLEDs 4 LEDs accessible from PL 1 LED accessible from PS 4 Push-buttons accessible from PL 2 Push-buttons accessible from PS 1 Reset button accessible from PL 1 Reset button accessible from PSClocks one 50.000 MHz Oscillator for PSExpansion ports One processor-dedicated Pmod connector One dual (anal
7、og/digital) Pmod conenctor 4 Pmod connectors参考：Xilinx ZYBO 开发平台用户手册及资料FPGA 实验题目及要求基于上述 Basys3 和 Nexys4 开发板实现以下 10 个实验，由于共有 16 个滑动开关、16 个 LED 和 4 个数码管，资源较多，感兴趣的同学可增加其他效果。请结合实际，合理设计灯光变化频率（如 0.5Hz2Hz） ，以便于观察。实验一组：1. 多模式加法/减法计算器（Basys3 ）1） 实现二进制和 BCD 两种编码模式（滑动开关控制编码模式）2） 加法减法模值可配置（滑动开关控制加减模式和配置模值）3） 具有异
8、步复位功能（按钮控制）4） LED 灯显示计数结果2. 液晶屏显示字符（Nexys4）1） 在开关控制下液晶屏显示四条语句，每条语句向左滚动显示。2） 通过滑动开关控制语句切换3） 具有异步复位功能（按钮控制）4） 液晶屏需要通过 Pmod 接口连接实验二组：1. 超前进位加法器（Basys3）1） 实现超前进位型 8 位加法器功能2） 滑动开关输入两组两位数据（八位加数，八位被加数）3） LED 显示加法运算结果4） 具有异步复位功能（按钮控制）2. 基于状态机的序列信号发生器（Nexys4）1） 基于状态机产生一个具有 8 个状态的状态机2） 通过 8 个状态分别控制 8 种跑马灯闪烁效果
9、变换3） LED 对产生的序列信号进行移位循环显示4） 具有异步复位功能，复位状态值通过开关控制实验三组：1.多模式 LED 发光控制器（ Basys3）1） 采用 16 个并排 LED 实现跑马灯发光器件；2） 具有异步复位功能（按钮） ，复位时，LED 全亮；3） 模式选择(利用两位滑动开关)：00 左循环跑马灯，01 右循环跑马灯，10交叉闪烁跑马灯，11 全亮全灭闪烁4） 速度选择(利用两位滑动开关)：通过 0011 实现四个速度等级的闪烁效果2.电子数字时钟（Nexys4）1） 具有电子时钟功能2） 液晶屏显示小时、分钟和秒，格式 hh：mm：ss 3） 具有异步复位功能（按钮控制）
10、实验四组：1.多模式编码转化器（Basys3）4） 设计八位二进制-格雷码，二进制-BCD 码转换电路5） 通过 8 位滑动开关作为二进制码输入，1 位开关作为模式选择6） 通过 8 位 LED 实现转换后编码显示7） 具有异步复位功能（按钮控制）2.多模式运动计时器（Nexys4）1） 具有计时和倒计时功能（最低位滑动开关进行模式选择） ，2） 数码管显示分钟和秒，格式 mm：ss ，最长时间为 59 分 59 秒3） 倒计时时长可配置（15 位滑动开关控制倒计时值）4） 具有启动/暂停功能，计时和倒计时均具有异步复位功能， （按钮控制）实验五组：1. 可编程分频器（Basys3）1） 对系
11、统时钟进行分频，生成 1Hz 用户时钟2） 通过滑动开关控制分频模式选择，对用户时钟进行 4 分频和 5 分频，3） 通过 LED 显示时钟信号 4） 具有异步复位功能（按钮控制）2.智能交通信号灯控制器（Nexys4）1） 控制主干道与乡村公路交叉口交通，默认主干道绿灯亮；乡村公路车来时，乡村公路变为绿灯，维持 N 秒时间。当乡村公路上不再有车辆，绿灯变为黄灯，然后变为红灯，同时，主干道上的红灯变黄，然后变绿。2） 按钮开关模拟支路来车事件3） LED 灯模拟主干道和支路的红黄绿灯4） 乡村公路绿灯时间通过滑动开关进行配置，最小单位：秒6 选作实验：（ZQBO ）1） 设计简单的 SOPC
12、系统2） 设计基本的嵌入式软件程序3） 设计简单的用户 IP 逻辑并集成4） 实现简单的系统功能大规模可编程器件技术实验报告班级： 学号： 姓名： 一、实验目的1. 熟悉FPGA软件基本使用方法；2. 掌握电路的基本设计、仿真、布线方法；3. 掌握FPGA开发板的应用。二、实验器材1）开发板描述2）软件工具描述三、实验原理详细描述实验原理，并用图标、硬件框图、流程图、状态图表示四、实验内容请按照FPGA设计流程完成以下环节，需图文结合说明。（抓图）1）代码设计2）仿真3）综合4）布局布线5）生成数据文件五、实验思考结合实验的具体过程总结个人通过实验的收获、感触和不足。 （不少于 300 字）六、对学习 FPGA 课程的认识总结本课程学习、心得、意义，FPGA技术现状及发展前景等（1000字）。七、附录1、代码按要求完成规定功能，保证代码风格和整齐。2、引脚定义本设计管脚约束语句，能够正确执行，保证书写整齐
