基于FPGA的呼叫设备verilog开发

Posted 2022-12-14 fpga和matlab

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目录

一、理论基础

二、核心程序

三、测试结果

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一、理论基础

       随着集成电路技术的发展，电子设计自动化（EDA）逐渐成为重要的设计手段，已经广泛应用于模拟与数字电路系统等许多领域。电子设计自动化是一种实现电子系统或电子产品自动化设计的技术，它与电子技术，微电子技术的发展密切相关，它吸收了计算机科学领域的大多数最新研究成果，以高性能的计算机作为工作平台，促进了工程发展。EDA的一个重要特征就是使用硬件描述语言（HDL）来完成的设计文件，Verilog语言是经IEEE确认的标准硬件语言，在电子设计领域受到了广泛的接受。

1.将按键编号,当某一路由(按键)呼叫时,能显示该路编号,且相应指示灯点亮；

2.能在显示端发出声光报警信号,报警时间2s左右，可手动切除；

3.可扩展至十六路呼叫器；

4.可设计每一路相应声音报警不同；

5.设计一存储功能，将同时按下的呼叫路由排序依次在输出端显示。

二、核心程序

       当FPGA接收到16路控制信号的某路信号的时候，对应的输出显示使能信号，每个显示使能信号来控制对应的显示过程。其具体的设计代码如下：

always @(posedge clk or negedge rst)
begin
     if(!rst)
     begin
     led<=1'b0;
     num<=1'b0;
     bee<=1'b0;
     end
else begin
     if(cnt<8'b11111111)
        begin
        led<=1'b1;
        num<=1'b1;
        bee<=1'b1;        
        end
     if(cnt==8'b11111111||cnt==8'b00000000)
        begin
        led<=1'b0;
        num<=1'b0;
        bee<=1'b0;  
        end
     end
end

手动切除声光报警信号模块

       上面的模块基本实现了警报信号的发送，但是在实践情况下警报信号应该可以手动的切除，否则就会影响正常的设备使用。其具体的设计构思为，当每路信号发送出控制信号的时候，发送显示使能信号，当切除信号发出的时候，警报信号马上切除。其主要代码如下：

always @(posedge clk or negedge rst)
begin
     if(!rst)
     begin
     cnt<=8'b00000000;
     end
else begin
          if(en_able1==1'b0&&en_able2==1'b0)
          cnt<=8'b00000000;
          if(en_able1==1'b1&&en_able2==1'b1)
          cnt<=8'b00000000; 
          if(en_able1==1'b1&&en_able2==1'b0)
          begin
               if(cnt==8'b11111111)
               cnt<=8'b11111111;
               else
               cnt<=cnt+1'b1;
          end 
          if(en_able1==1'b0&&en_able2==1'b1)
          cnt<=8'b00000000; 
     end
end

同时按下的呼叫路由排序依次在输出端显示模块

      前面我们讨论的都是只有一路信号发出信号的说明，现在我们要讨论当信号同时发出的时候，系统是如何工作的。并且实现信号编号的一次排序。这个模块的主要难点在于，系统为16路系统，那么当不同的信号发出控制使能信号的时候，其组合可能性是个天文数值。应此我们必学改变传统的设计思路。在这里，我们采用ROM来设计一个存储器来实现这个功能。

      我们将16路信号分为4个部分，例如1-4路信号的16种组合情况为一个模块。而后面的5-8，9-12，13-16的编号为就为在第一种的情况下加上4，8，12，从而实现同时显示编号的功能。

    我们首先来设计一个MIF文件来做为ROM的存储文件。其具体内容如下：

DEPTH = 32;

WIDTH = 16;

ADDRESS_RADIX = HEX;

DATA_RADIX = HEX;

CONTENT

BEGIN

0 : 0000;

1 : 0001;

2 : 0020;

3 : 0021;

4 : 0300;

5 : 0301;

6 : 0320;

7 : 0000;

8 : 4000;

9 : 4001;

A : 4020;

B : 4021;

C : 4300;

D : 4301;

E : 4320;

F : 4321;

END ;

其深度为32，宽度为16，其文件的内容如上。其每组信号的排序有16种情况，即0000，0001，0020，0021等等。然后利用QUARTUSII来设计ROM的IP核。

三、测试结果

其具体的仿真结论如下：

        从上面的显示过程中，当第3路信号发送信号的时候，那么对应的第三路LED信号显示灯亮，而且对应的编号number显示2，表示第三路信号，其对应的编号为0，1，2……15，表示第一路到第16路信号，应此从上面的仿真图可以看到，显示标号为2.此外，警报器发出声音，bee信号的每一路对应着不同的报警信号。从而验证了这个模块的正确性。

当切除信号的发出的时候哦，切除使能信号enable2使警报信号结束。

      如图所示，当切除信号del发出一个脉冲的时候，LED显示灯，每路的编号信号以及BEE警报信号都马上停止，通过这个仿真图，我们基本验证了手动切除模块的正确性。  

       基于FPGA的16路呼叫器设计过程。对于设计部分。整个呼叫器的设计分为软、硬件两个部分。软件部分采用Verilog HDL硬件描述语言进行设计，硬件部分采用以555时基电路进行设计。设计完成后，将验证正确的顶层原理图文件下载到实验箱，与面包板上搭建的模拟电路相连，进行功能验证。

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