EDA實驗報告計數(shù)器

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1、數(shù)字電路與邏輯設(shè)計實驗報告 模323計數(shù)器設(shè)計實驗報告 一、 實驗內(nèi)容 在QuartusII平臺上，利用VHDL代碼實現(xiàn)學號323計數(shù)器的設(shè)計，并在三位數(shù)碼管顯示出來。 二、 實驗步驟與過程分析 1、 建立工程。 打開Quartus II軟件平臺，點擊File---〉new project wizard建立一個工程xuehao_323,工程所在文件夾名字為xuehao_323,設(shè)置頂層實體名稱為xuehao_323，點擊next設(shè)置device，按照實驗箱上FPGA的芯片名更改編程芯片的設(shè)置。 分析： 選擇的硬件平臺是Altera EPF10K20TI144_4的FPGA

2、試驗箱。 2、 添加VHDL文件。 在所在工程添加文件cnt10.vhd（十進制計數(shù)器），cnt_xuehao.vhd（323進制計數(shù)器），scan_led3_vhd.vhd（三位數(shù)碼管顯示），exp_cnt_xuehao323_7seg.vhd（數(shù)碼管顯示323三位學號計數(shù)器）四個文件。 這里通過老師給出的代碼進行修改且理解： cnt10.vhd如下： 分析： 這是十進制計數(shù)器的VHDL代碼設(shè)計，因為十進制有十個狀態(tài)，所以輸入數(shù)據(jù)和輸出狀態(tài)需要四位寬，其中輸入端口有aclr 清零端，clock時鐘信號，cnt_en使能端，data[3..0]數(shù)據(jù)輸入，slo

3、ad裝載使能，當aclr為高電平有效時，輸出清零，從0開始，計數(shù)為時鐘信號clock的上升沿到來時且使能端cnt_en為高電平有效時自動加1（sload為低電平時），如果裝載使能sload為高電平有效時，則裝載數(shù)據(jù)data[3..0]，輸出端口有兩個，分別為cout（當q[3..0]為9時輸出為高電平），q[3..0]變化為0—9循環(huán)變化。 cnt_xuehao.vhd分析如下： 這里是調(diào)用cnt_10十進制計數(shù)器的元件例化來設(shè)計323（學號）計數(shù)器。輸入端口aclr（高電平有效清零端）,clock（時鐘信號上升沿有效）,cnt_en（使能端）,sload（

4、裝載時能，高電平有效時裝在輸入的數(shù)據(jù)），datab[3..0],datas[3..0],datag[3..0]（三位學號的數(shù)據(jù)輸入端，每位變化相當于一個十進制計數(shù)器）；輸出端口 qb[3..0]（百位）qs[3..0]（十位）qg [3..0]（個位）變化為qb qs qg=000到322共323中狀態(tài)，當?shù)扔?22時，輸出cout為高電平指示達到一個循環(huán)。 這里的主要思想是用三次十進制計數(shù)器分別生成323計數(shù)器的三位。 scan_led3_vhd.vhd如下： 分析： 這里是七段數(shù)碼管的顯示，顯示八個數(shù)碼管中的三個。輸

5、入引腳scan_clk為時鐘源,cnt_aclr為清零端，datab[3..0],datas[3..0],datag[3..0]為數(shù)據(jù)輸入，用以顯示得到三位十六進制的數(shù)，已在數(shù)碼管上顯示出來，輸出接口seg7[6..0]用來接七段數(shù)碼管的abcdefg段， wei[2..0]用來選擇八個數(shù)碼管中的三個來顯示輸入數(shù)據(jù)。 exp_cnt_xuehao323_7seg.vhd如下： 分析： 這里是用到元件例化把323計數(shù)器和3位數(shù)碼管結(jié)合，達到在七段數(shù)碼管上顯示323計數(shù)器的輸出的三位。也是我們實驗的最終目的，顯示計數(shù)器的狀態(tài)變化。輸入引腳和輸出引腳都是上面幾個vhd文件的結(jié)合，主要有輸入

6、接口aclr（高電位清零）,clock（計數(shù)器時鐘信號）,scan_clk（數(shù)碼管時鐘源）,cnt_en（時能端）,sload（裝在時能），數(shù)據(jù)裝載輸入datab[3..0]（百位）,datas[3..0]（十位）,datag[3..0]（個位）；輸出端口cout（當輸出狀態(tài)為322時cout輸出為高電平），seg7[6..0]（七段數(shù)碼管的abcdef段）, wei[2..0]三位數(shù)碼管顯示。 3、 簡單編譯 這里首先點擊左上角files中，選擇exp_cnt_xuehao323_7seg.vhd右擊選擇Set as Top-level Entity設(shè)為為頂層文件，然后鍵盤按下Ct

7、rl+L進行編譯。提示成功。 4、 RTL調(diào)試 點擊Tools->Netlist viewers->RTL viewer命令查看經(jīng)軟件解釋生成的原理圖如下： 分析： 如上圖由兩部分組成，一部分是cnt_xuehao（323計數(shù)器），另一部分是scan_led3_vhd(三位數(shù)碼管),輸出端為cout和wei[2..0]，seg7[6..0].輸入端為aclr（清零命令）,clock（計數(shù)器時鐘信號）,cnt_en（使能端）,sload（裝載使能）,數(shù)據(jù)輸入datab[3..0]（百位）,datas[3..0]（十位）,datag[3..

8、0]（個位）,scan_clk(數(shù)碼管時鐘源). 容易驗證RTL調(diào)試與VHD文件相符。 點擊cnt_xuehao部分生成cnt_xuehao的RTL部分如下圖： 分析： 如圖知道323計數(shù)器主要部分是由三個十進制計數(shù)器組成的。與相應(yīng)的VHDL代碼的實現(xiàn)功能是一致的。 4.功能仿真 下面我只對文件cnt_xuehao.vhd進行功能仿真，即對（學號）323計數(shù)器進行功能仿真。 首先設(shè)置cnt_xuehao.vhd為頂層實體文件（因為之前exp_cnt_xuehao323_7seg.vhd為頂層實體文件）。然后進行簡單編譯一次。 a). 點擊File->New->V

9、ector Waveform File建立波形文件。點擊“insert the node”,插入輸入端和輸出端接口。 b). 然后設(shè)置輸入端colck的周期為10ns；設(shè)置datab,datas,datag，qb,qs,qg為ASCII顯示；手動設(shè)置aclr(清零命令)為低電平，然后在180ns左右設(shè)置一小段為高電平以驗證清零作用；手動設(shè)置cnt_en（使能端）恒為高電平有效；手動設(shè)置sload(裝載使能)在前一周期為高電平有效，得以第一周期轉(zhuǎn)載輸入的數(shù)據(jù)，接著一個周期后恒為低電平無效，之后只做時鐘計數(shù)；手動設(shè)置輸入數(shù)據(jù)datab,datas,datag均恒為0，然后在第一周期把它們設(shè)置為3

10、99得以第一周期裝載（裝載使能sload有效）數(shù)據(jù)，則計數(shù)從399開始（我的學號為323）。 則初始設(shè)置完成，如下圖： 保存波形文件為cnt_xuehao.vwf c) 選擇ProcessingàGenerate Functional Simulation Netlist命令，產(chǎn)生功能仿真網(wǎng)表。 d)選擇AssignmentsàSettings命令，單擊Simulator Settings選項，在右側(cè)的Simulation mode下拉列表中選擇Functional項，并指定Simulation input波形文件為cnt_xuehao.vwf，單擊OK按鍵

11、完成設(shè)置 e)選擇ProcessingàStart Simulation命令，完成功能仿真，仿真結(jié)果為： 結(jié)果分析： 這里設(shè)置從399開始計數(shù) 如圖，使能端一直有效，第一個周期內(nèi)，sload裝載時能有效，所以上升沿到來前，輸出qb qs qg=0 0 0, 上升沿到來時，由于sload為高電平有效，輸入數(shù)據(jù)datab datas datsg為399，所以裝載入399，所以輸出qb qs qg=399;第二個周期開始，每個周期隨著時鐘信號上升沿的到來時，開始計數(shù)，所以qb qs qg從399變化為400,401,402,403,404,405,406,407,322,0

12、00（我的學號為323，所以323進制計數(shù)器設(shè)計成功），然后當180ns附近清零端aclr為高電平，則執(zhí)行清零命令，則輸出qb qs qg變?yōu)?00，接著又開始繼續(xù)計數(shù)。 綜上分析，323計數(shù)器設(shè)計成功，且有清零命令，裝載輸入功能，自動計數(shù)功能。 5.引腳設(shè)置與下載測試 a) 目標器件選擇及管腳分配。選擇菜單AssignmentsàPins,然后在分配窗口為輸入端和輸出端設(shè)置管腳。如圖為詳細的引腳設(shè)置： b) 進行一次全編譯(ctrl+L)后，開始下載驗證。選擇好硬件設(shè)施，然后點擊start進行下載 分析： 這里是在宿舍用老師給的小電路板安裝驅(qū)動后來進行下載實驗的，這里出現(xiàn)的問題明明只選擇了三個數(shù)碼管，但是八個都一起亮了，換了很多塊板子都是這樣的問題，所以驗證沒有順利進行，只有下次做實驗時再繼續(xù)在實驗室用專用實驗箱進行驗證了。 三、實驗總結(jié) 這次實驗最大收獲是搞清楚了計數(shù)器的功能原理和完全接觸到了元件例化的用法，這里通過幾個文件相互元件例化的調(diào)用而達到從一位到三位的計數(shù)器設(shè)計，這么多次元件例化的接觸，印象很深刻。還有通過波能仿真的過程也收獲很大，在初始化輸入端的設(shè)置用了很多技巧，得以把計數(shù)器的清零功能裝載功能和計數(shù)功能都仿真出來。 10