五位紐環(huán)計數(shù)器

1、文檔來源為:從網(wǎng)絡(luò)收集整理.word版本可編輯.歡迎下載支持.五比特紐環(huán)計數(shù)器設(shè)計一、設(shè)計要求：用D觸發(fā)器來設(shè)計一個五比特紐環(huán)計數(shù)器要求用觀察其計數(shù)器序列；2)列出至少三個制約系統(tǒng)正常工作的最高頻率的因素；3估計系統(tǒng)的最高工作頻率。二、設(shè)計原理：紐環(huán)計數(shù)器又叫作約翰遜計數(shù)器，五位紐環(huán)計數(shù)器由五個D觸發(fā)器構(gòu)成，后四位D觸發(fā)器的輸入由分別由前一個的觸發(fā)器的輸出作為輸入，而最高位的輸入由最低位的輸出經(jīng)過反向后輸入，因此五位紐環(huán)計數(shù)器的有效狀態(tài)位有2n個(這里n=5)所以有十個有效狀態(tài)，所以有32-10=22個狀態(tài)是非法的。我們使用五位計數(shù)器就是要使它在正常狀態(tài)中工作，才能達到理想的工作狀態(tài)，如果進入

2、了非法狀態(tài)，那么計數(shù)器就不能正常工作了。所以要使(B'00000')成為初始狀態(tài)這樣才能使得計數(shù)器進入非法狀態(tài)后經(jīng)過初始才能使計數(shù)器回到正常狀態(tài)中去。因此根據(jù)這個原理我們可以建立初步的設(shè)計思想。三、實驗過程首先根據(jù)設(shè)計要求對五位紐環(huán)計數(shù)器的工作狀態(tài)進行分析，通過計算可文檔來源為：從網(wǎng)絡(luò)收集整理.word版本可編輯.歡迎下載支持.以得出該計數(shù)器有以下幾個有效狀態(tài):紐環(huán)計數(shù)器的真值表當前狀態(tài)下一個狀態(tài)B"00000"B"10000"B"10000"B"11000"B"11000"B&

3、quot;11100"B"11100"B"11110"B"11110"B"11111"B"11111"B"01111"1B"01111"B"00111"B"00111"B"00011"B"00011"B"00001"B"00001"B"00000"其余未列出的狀態(tài)均為非法狀態(tài)根據(jù)上面的真值表利用AHDL硬件設(shè)

4、計語言就可以在QuartusU軟件中進行設(shè)計。在設(shè)計中除了需要滿足正常狀態(tài)的循環(huán)計數(shù)以外，我們還應(yīng)該注意計數(shù)器進入非法狀態(tài)后的工作情況，如果進入非法狀態(tài)系統(tǒng)就不會回到正常工作狀態(tài)了，這就需要在設(shè)計過程中對非法狀態(tài)進行編程，以便使得系統(tǒng)進入非法狀態(tài)后能自動回到正常狀態(tài)。這可以運用AHDL中的CASE語句,把非法狀態(tài)區(qū)分。（程序見附表）編程工作完成后就需要進行編譯，運用QuartusU軟件中的編譯工具可以對設(shè)計進行編譯來檢查所編程序的正確與否以便及時修改。編譯成功后下一步就是仿真，來驗證設(shè)計是否滿足題目所提出的要求。在設(shè)計中Mem表示觸發(fā)器的輸出，TOT9表示計數(shù)器在各有效狀態(tài)時產(chǎn)文檔來源為：從網(wǎng)

5、絡(luò)收集整理.word版本可編輯.歡迎下載支持.生的脈沖，這可以作為計數(shù)器的解碼器表示計數(shù)器計數(shù)到了那個狀態(tài)。的通過仿真圖可以看見Mem的確是按照真值表的內(nèi)容輸出的，TOT9在每個狀態(tài)時有且只有一個脈沖輸出?？梢娫O(shè)計是滿足題目需要的。MtHuttVslufi*1488rcl油JL田卩丁I10031oTQ$nT1iL12I013JQio15J016J0TTJ0TBJ0TSHTiniBa!嚴:I4.8T5Tit80.Uis12(D1610ns00.Uh=MJOrtIII/HIMUUCJ1H1J0LI11XODHOOQ11JDOGO1(DO30QIMJOOlltjd)(在仿真波形圖中我們可以看到若計數(shù)

6、器工作在正常循環(huán)狀態(tài)，那么解碼器就可以輸出瀑布型脈沖來顯示當前計數(shù)狀態(tài)。我們可以借此來進行邏輯控制。作為設(shè)計最終我們要投入實際工作，所以要對設(shè)計工作狀態(tài)進行必要的時序分析。作為計數(shù)器我們要關(guān)心它的最大計數(shù)頻率。因此利用時序分析工具可以看到最大工作頻率。文檔來源為：從網(wǎng)絡(luò)收集整理.word版本可編輯.歡迎下載支持.由下圖可以看見該計數(shù)器工作的最大頻率為422.12MHZ&T1EngTfioI&T1EngTfioIClochclockCuDelays20D210300150%35010040050>*450D四、試驗結(jié)論：五位紐環(huán)計數(shù)器是一種較為簡單的邏輯控制的實現(xiàn)，可以根據(jù)

7、當前的狀態(tài)準確地控制下一狀態(tài)。系統(tǒng)的狀態(tài)被一系列的組合邏輯所驅(qū)動，所以它的工作只有在：輸入的驅(qū)動功能（存儲元件的輸出）達到穩(wěn)定；傳播時延（這文檔來源為:從網(wǎng)絡(luò)收集整理.word版本可編輯.歡迎下載支持.種時延決定于組合邏輯與存儲元件的同步脈沖輸出的的時延）之后才能達到穩(wěn)定。根據(jù)分析這就是影響計數(shù)器最大頻率的因素此外還有有：TSU（時鐘建立時間）Th（時鐘保持時間）Tco（時鐘到輸出延時）這幾種時延的長短決定了最大工作頻率。通過本次試驗，我具體進一步熟悉了QuartusU軟件的使用，初步掌握了編程技巧，加深了AHDL語言的使用的熟悉程度。進一步了解了時序分析在硬件設(shè)計中的重要性。附AHDL源程序

8、SUBDESIGN'twist5'(clock:INPUT;文檔來源為:從網(wǎng)絡(luò)收集整理.word版本可編輯.歡迎下載支持.Mem4.0:OUTPUT;T9,T8,T7,T6,T5,T4,T3,T2,T1,T0:OUTPUT;)VARIABLEMem4.0:DFF;BEGINMem4.0.clk=clock;CASEMem4.0ISWHENB"00010",B"00100",B"01000"=>Mem4.0.d=B"00000"WHENB"10100",B"1001

9、0",B"10001",B"01100",B"01010",B"01001",B"00110",B"00101"=>Mem4.0.d=B"00000"WHENB"11010",B"11001",B"10110",B"10101",B"10011",B"01110",B"01101",B"010

10、11"=>Mem4.0.d=B"00000"WHENB"10111",B"11011",B"11101"=>Mem4.0.d=B"00000"WHENOTHERS=>Mem3.0.d=Mem4.1.q;Mem4.d=!Mem0;ENDCASE;%GENERATET0toT9%IF(Mem4.0=B"00000")THENT0=VCC;ELSET0=GND;ENDIF;IF(Mem4.0=B"10000")THENT1=VCC;E

11、LSET1=GND;ENDIF;IF(Mem4.0=B"11000")THENT2=VCC;ELSET2=GND;ENDIF;IF(Mem4.0=B"11100")THENT3=VCC;ELSET3=GND;ENDIF;IF(Mem4.0=B"11110")THENT4=VCC;ELSET4=GND;ENDIF;IF(Mem4.0=B"11111")THENT5=VCC;ELSET5=GND;ENDIF;IF(Mem4.0=B"01111")THENT6=VCC;ELSET6=GND;ENDIF;IF(Mem4.0=B"00111")THENT7=VCC;ELSET7=GND;E