2024年EDA技術(shù)實驗報告

試驗一運用原理圖輸入法設(shè)計4位全加器一、試驗?zāi)康模赫莆者\用原理圖輸入法設(shè)計簡樸組合電路的措施，掌握MAX+plusII的層次化設(shè)計措施。通過一種4位全加器的設(shè)計，熟悉用EDA軟件進行電路設(shè)計的詳細流程。二、試驗原理：一種4位全加器可以由4個一位全加器構(gòu)成，全加器的進位以串行方式實現(xiàn)，即將低位加法器的進位輸出cout與相鄰的高位加法器的低位進位輸入信號cin相接。1位全加器f-adder由2個半加器h-adder和一種或門按照下列電路來實現(xiàn)。AABCOSOABCOSO≥1ainbincincoutsumh_adderh_adder半加器h-adder由與門、同或門和非門構(gòu)成。&&⊙&1ABCOSOf-adderainbinf-adderainbincincoutsumainbincincoutsumainbincincoutsumf-adderf-adderf-adderA1B1A2B2A3B3A4B4ainbincincoutsumCICOS1S2S3S4三、試驗內(nèi)容：1.熟悉QuartusII軟件界面,掌握運用原理圖進行電路模塊設(shè)計的措施。QuartusII設(shè)計流程見教材第五章:QuartusII應(yīng)用向?qū)А?.設(shè)計1位全加器原理圖（1）生成一種新的圖形文獻（file->new->graphiceditor）（2）按照給定的原理圖輸入邏輯門(symbol－>entersymbol)（3）根據(jù)原理圖連接所有邏輯門的端口，并添加輸入/輸出端口（4）為管腳和節(jié)點命名：在管腳上的PIN_NAME處雙擊鼠標左鍵，然後輸入名字；選中需命名的線，然後輸入名字。（5）創(chuàng)立缺?。―efault）符號：在File菜單中選擇CreateSymbolFilesforCurrentFile項，即可創(chuàng)立一種設(shè)計的符號，該符號可被高層設(shè)計調(diào)用。3.運用層次化原理圖措施設(shè)計4位全加器（1）生成新的空白原理圖，作為4位全加器設(shè)計輸入（2）運用已經(jīng)生成的1位全加器的缺省符號作為電路單元，設(shè)計4位全加器的原理圖.4.新建波形文獻（file->new->OtherFiles->VectorWaveformFile），保留後進行仿真（Processing->StartSimulation），對4位全加器進行時序仿真。給出波形圖，并分析仿真成果與否對的。1位半加器：原理圖：仿真波形：1位全加器：原理圖：仿真波形：4位全加器：原理圖：仿真波形：4位全加器仿真成果對的：例：0011(A)+0111(B)+0(CI)成果為1010(S)，進位CO為0。5．思索 怎樣在原理圖中輸入一種總線，并與其他總線連接？ 先選中細線，然後右擊，選”busline”,總線是以粗線條表達。與其他總線連接：例如一根8位的總線bus1[7..0]欲與另三根分別為1、3、4個位寬的連線相接，則它們的標號可分別表達為bus1[0],bus1[3..1],bus1[7..4]。試驗二簡樸組合電路的設(shè)計一、試驗?zāi)康模菏煜uartusIIVHDL文本設(shè)計流程全過程。學習簡樸組合電路的設(shè)計、多層次電路設(shè)計、仿真和硬件測試。二、試驗原理 VHDL硬件描述語言是一種可以從多種層次上對數(shù)字邏輯電路進行建模的國際原則(IEEE),本次試驗是用VHDL設(shè)計一種簡樸的數(shù)字組合邏輯電路，并結(jié)合QuartusII環(huán)境和試驗電路進行硬件測試。三、試驗內(nèi)容：根據(jù)試驗一中一位全加器的電路原理圖，改用VHDL語言文本輸入措施，設(shè)計一位全加器，規(guī)定采用構(gòu)造化的描述措施。設(shè)計完畢後，運用QuartusII集成環(huán)境進行時序分析、仿真，記錄仿真波形和時序分析數(shù)據(jù)。用VHDL語言設(shè)計一種四選一數(shù)據(jù)選擇器電路。規(guī)定先設(shè)計一種二選一數(shù)據(jù)選擇器mux21，然後運用元件例化語句設(shè)計四選一數(shù)據(jù)選擇器mux41，同樣請給出時序分析數(shù)據(jù)和仿真成果。3）硬件測試（選用器件EPF10K10Pin84）管腳鎖定：1）一位全加器aPIO23(I/O19)30SW1bPIO24(I/O20)35SW2ciPIO25(I/O21)36SW3sPIO21(I/O16)27LED10coPIO19(I/O8)29LED122)四選一數(shù)據(jù)選擇器a1PIO2330SW1 a0PIO2435SW2d3PIO2738SW5d2PIO2839SW6d1PIO2947SW7d0PIO3042SW8yout29LED12四、思索題 比較原理圖輸入法和文本輸入法的優(yōu)缺陷。試驗成果：一位全加器的VHDL描述：半加器的VHDL描述：LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITYh_adderISPORT(a,b:INSTD_LOGIC;co,so:OUTSTD_LOGIC);ENDENTITYh_adder;ARCHITECTUREfh1OFh_adderISBEGINso<=NOT(aXOR(NOTb));co<=aANDb;ENDARCHITECTUREfh1;或門的VHDL描述：LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITYor2aISPORT(a,b:INSTD_LOGIC;c:OUTSTD_LOGIC);ENDENTITYor2a;ARCHITECTUREoneOFor2aISBEGINc<=aORb;ENDARCHITECTUREone;一位全加器的VHDL描述：LINRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITYf_adderISPORT(ain,bin,cin:INSTD_LOGIC;cout,sum:outSTD_LOGIC);ENDENTITYf_adder;ARCHITECTUREfd1OFf_adderISCOMPUTERh_adderPORT(a,b:INSTD_LOGIC;co,so:OUTSTD_LOGIC);ENDCOMPONENT;COMPONENTor2aPORT(a,b:INSTD_LOGIC;c:OUTSTD_LOGIC);ENDCOMPONENT:SIGNALd,e,f:STD_LOGIC;BEGINu1:h_adderPORTMAP(a=>ain,b=>bin,co=>d,so=>e);u2:h_adderPORTMAP(a=>e,b=>cin,co=>f,so=>sum);u3:or2aPORTMAP(a=>d,b=>f,c=>cout);ENDARCHITECTUREfd1;仿真波形：硬件測試成果及分析：ain PIN_233SW1bin PIN_234SW2cin PIN_235SW3cout PIN_1LED1sum PIN_2LED2SW1SW2SW3LED1LED2000暗暗001暗亮010暗亮011亮暗100暗亮101亮暗110亮暗111亮亮得成果對的。四選一數(shù)據(jù)選擇器的VHDL描述：二選一數(shù)據(jù)選擇器的VHDL描述：ENTITYmux21aISPORT(a,b:INBIT;s:INBIT;y:OUTBIT);ENDENTITYmux21a;ARCHITECTUREoneOFmux21aISBEGINy<=aWHENs='0'ELSEb;ENDARCHITECTUREone;四選一數(shù)據(jù)選擇器的VHDL描述：libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;entitymux41aisport(d0,d1,d2,d3,a0,a1:instd_logic;yout:outstd_logic);endentitymux41a;architecturefd1ofmux41aiscomponentmux21aport(a,b,s:instd_logic;y:outstd_logic);endcomponent;signale,f:std_logic;beginu1:mux21aportmap(a=>d0,b=>d2,s=>a1,y=>e);u2:mux21aportmap(a=>d1,b=>d3,s=>a1,y=>f);u3:mux21aportmap(a=>e,b=>f,s=>a0,y=>yout);endarchitecturefd1;仿真波形：硬件測試成果及分析：a1PIN_233SW1a0PIN_234SW2d0PIN_235SW3d1PIN_236SW4d2PIN_237SW5d3PIN_238SW6youtPIN_1LED1SW1SW2SW3SW4SW5SW6LED1001000亮010100亮100100暗110001亮此成果對的?；卮饐栴}：原理圖輸入法的長處：設(shè)計者進行電子線路設(shè)計不需要增長新的有關(guān)知識；設(shè)計過程形象直觀；由于設(shè)計方式靠近于底層電路布局，因此易于控制邏輯資源的耗用。原理圖輸入法的缺陷：圖形文獻兼容性差；伴隨電路設(shè)計規(guī)模的擴大，原理圖輸入描述方式必然引起一系列難以克服的困難，如電路功能原理的易讀性下降，錯誤排查困難，整體調(diào)整和構(gòu)造升級困難等；由于圖形文獻的不兼容性，性能優(yōu)秀的電路模塊的移植和再運用拾分困難；由于在原理圖中已確定了設(shè)計系統(tǒng)的基本電路構(gòu)造和元件，留給綜合器和適配器的優(yōu)化選擇的空間已拾分有限，因此難以實現(xiàn)顧客所但愿的面積，速度以及不一樣風格的綜合優(yōu)化；在設(shè)計中，由于必須直接面對硬件模塊的選用，因此行為模型的建立將無從談起，從而無法實現(xiàn)真實意義上的自頂向下的設(shè)計方案。不過HDL文本輸入的設(shè)計措施，基本上克服了用原理圖輸入法存在的所有弊端，因此HDL輸入設(shè)計仍然是最基本、最有效和通用的輸入措施。試驗三 簡樸時序電路的設(shè)計一、試驗?zāi)康模?熟悉QuartusII的VHDL文本設(shè)計過程，學習簡樸時序電路的設(shè)計、仿真和硬件測試。二、試驗原理 時序邏輯電路是現(xiàn)代復(fù)雜數(shù)字電路的重要構(gòu)成部分，往往占到整個設(shè)計的90％以上。觸發(fā)器是時序電路的基本單元，本試驗中將波及到邊緣觸發(fā)和電平觸發(fā)兩種電路構(gòu)造，其中邊緣觸發(fā)是實際電路實現(xiàn)的重要方式。試驗內(nèi)容設(shè)計一種上升沿觸發(fā)的D觸發(fā)器 輸入：D 輸出：Q 觸發(fā)時鐘：CLK設(shè)計同步/異步清零D觸發(fā)器觸發(fā)器有兩種清零方式：同步——當觸發(fā)沿到來時，若清零信號有效，則實現(xiàn)清零；異步——任何時候清零信號一旦有效，觸發(fā)器立即清零，而不管觸發(fā)沿與否到來。在以上設(shè)計的D觸發(fā)器基礎(chǔ)上，加入清零端rst，分別實現(xiàn)同步和異步清零方式。設(shè)計一種高電平有效的鎖存器 輸入：D 輸出：Q 觸發(fā)：E 電平觸發(fā)的鎖存器與沿觸發(fā)的觸發(fā)器不一樣之處在于當觸發(fā)端處在有效電平時，輸出等于輸出，隨輸入變化；觸發(fā)端無效時輸出保持不變。4）在QuartusII環(huán)境下對以上設(shè)計的模塊進行編譯，記錄時序分析數(shù)據(jù)和仿真波形，并在試驗電路上進行硬件測試。 管腳鎖定： D PIO2330SW1 CLK CLK143頻率源（35SW2） Q PIO1929LED12問題1)在本次試驗中你使用的VHDL描述方式是和試驗二中同樣的構(gòu)造化描述還是行為級描述？這兩種方式描述的編譯出來的仿真成果與否相似？2)請在試驗匯報中分析和比較1）和3）的仿真和實測成果，闡明兩者之間的異同點。試驗成果：上升沿觸發(fā)的D觸發(fā)器的VHDL描述：libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;entitydisport(CLK:instd_logic;D:instd_logic;Q:outstd_logic);end;architecturebhvofdissignalq1:std_logic;beginprocess(CLK,q1)beginifCLK'eventandCLK='1'thenq1<=D;endif;endprocess;Q<=q1;endbhv;仿真波形：硬件測試成果及分析：CLKPIN_233SW1DPIN_234SW2QPIN_1LED1若SW2為1，當按下SW1時，LED1亮，此時若讓SW2為0，再按下SW1，則LED1滅?？芍寒擟LK上升沿到來時，輸出Q就是D值。故成果對的。設(shè)計同步/異步清零D觸發(fā)器的VHDL描述：同步清零D觸發(fā)器的VHDL描述：libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;entityDTisport(clk,rst:instd_logic;D:instd_logic;Q:outstd_logic);end;architectureoneofDTissignalQ1:std_logic;beginprocess(clk,rst,Q1)beginifclk'eventandclk='1'thenifrst='0'thenQ1<=D;elseQ1<='0';endif;endif;endprocess;Q<=Q1;endone;仿真波形：硬件測試成果及分析：CLKPIN_233SW1DPIN_234SW2rstPIN_235SW3QPIN_1LED1若SW3為1，只有在按下SW1時，輸出才復(fù)位。成果對的。異步清零D觸發(fā)器的VHDL描述：libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;entityDYisport(CLK:instd_logic;D,RST:instd_logic;Q:outstd_logic);end;architecturebhvofDYissignalq1:std_logic;beginprocess(CLK,q1)beginifRST='1'thenq1<='0';elsifCLK'eventandCLK='1'thenq1<=D;endif;endprocess;Q<=q1;endbhv;仿真波形：硬件測試成果及分析：CLKPIN_233SW1DPIN_234SW2RSTPIN_235SW3QPIN_1LED1一旦當SW3為1時，輸出就復(fù)位。成果對的。高電平有效的鎖存器的VHDL描述：libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;entitySD1isport(d,clk:instd_logic;q:outstd_logic);endentitySD1;architectureoneofSD1isbeginprocess(clk,d)beginifclk='1'thenq<=d;endif;endprocess;endarchitectureone;仿真波形：硬件測試成果及分析：clkPIN_233SW1dPIN_234SW2qPIN_1LED1僅當clk為1時，輸出q才隨輸入d變化。驗證成果對的。回答問題：，本次試驗中采用的VHDL描述方式是行為級描述。2），1）和3)仿真和實測成果相似點是：兩者均能在CLK高電平上升沿抵達時輸出等于輸入，且在CLK處在低電平時輸出保持低電平之前的一種高電平時的輸出狀態(tài)；不一樣點是：前者直到下一種CLK高電平抵達前均保持相似輸出，而後者在CLK保持高電平期間，若輸入D發(fā)生變化，則輸出Q也隨之變化。試驗四 設(shè)計一種異步清零和同步時鐘使能的4位加法計數(shù)器一、試驗?zāi)康模?學習計數(shù)器的設(shè)計、仿真和硬件測試，深入熟悉VHDL設(shè)計技術(shù)。二、試驗原理 本試驗中所要設(shè)計的計數(shù)器，由4位帶異步清零的加法計數(shù)器和一種4位鎖存器構(gòu)成。其中，rst是異步清零信號，高電平有效；clk是計數(shù)時鐘，同步也是鎖存信號；ENA為計數(shù)器輸出使能控制。當ENA為‘1’時，加法計數(shù)器的輸出值加載于鎖存器的數(shù)據(jù)端，；當ENA為‘0’時鎖存器輸出為高阻態(tài)。當計數(shù)器輸出“1111”時，進位信號COUT為試驗內(nèi)容1）畫出該計數(shù)器的原理框圖。2）用VHDL語言完畢上述計數(shù)器的行為級設(shè)計?？梢圆捎梅謱用枋龅姆绞剑謩e設(shè)計計數(shù)器和輸出鎖存器模塊，然後將兩個模塊組合成一種頂層模塊。注意鎖存器輸出高阻時的描述的方式。3）用QuartusII對上述設(shè)計進行編譯、綜合、仿真，給出其所有信號的仿真波形和時序分析數(shù)據(jù)。4）通過QuartusII集成環(huán)境，將設(shè)計下載到試驗電路上進行硬件測試。引腳鎖定：clk:clk143clk1rst:PIO2435SW2ena:PIO2330SW1outy(3)PIO1929LED12outy(2)PIO2028LED11outy(1)PIO2127LED10outy(0)PIO2225LED9coutPIO1223LED7思索題：假如需要設(shè)計帶并行預(yù)置初始值的計數(shù)器，用VHDL應(yīng)怎樣描述？試驗成果：計數(shù)器的原理框圖：計數(shù)器的VHDL描述：LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITYCNT4ISPORT(RST,CLK,ENA:INSTD_LOGIC;COUT:OUTSTD_LOGIC;OUTY:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0));ENDCNT4;ARCHITECTUREbehvOFCNT4ISBEGINPROCESS(RST,ENA,CLK)VARIABLECQI:STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);BEGINIFRST='1'THENCQI:=(OTHERS=>'0');ELSIFCLK'EVENTANDCLK='1'THENIFENA='1'THENIFCQI<15THENCQI:=CQI+1;ELSECQI:=(OTHERS=>'0');ENDIF;ENDIF;ENDIF;IFCQI=15THENCOUT<='1';ELSECOUT<='0';ENDIF;OUTY<=CQI;ENDPROCESS;ENDbehv; 仿真波形：硬件測試成果及分析：CLK PIN_233ENA PIN_234 RSTPIN_235 COUT PIN_1 OUTY[0] PIN_2 OUTY[1] PIN_3 OUTY[2] PIN_4 OUTY[3] PIN_6 當ENA=1且RST=0時計數(shù)器開始計數(shù)，當ENA=0時停止計數(shù)。若RST=1則計數(shù)器清零。當計數(shù)器輸出OUTY=1111時，進位信號COUT=1。成果對的?；卮饐栴}：LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITYCNT4AIS PORT(CLK:INSTD_LOGIC;RST:INSTD_LOGIC;ENA:INSTD_LOGIC;OUTY:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);COUT:OUTSTD_LOGIC);ENDCNT4A;ARCHITECTUREbehavOFCNT4AISSIGNALCQI:STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);BEGINP_REG:PROCESS(CLK,RST,ENA)BEGINIFRST='1'THENCQI<="0000";ELSIFCLK'EVENTANDCLK='1'THENIFENA='1'THENCQI<=CQI+1;ENDIF;ENDIF; OUTY<=CQI;ENDPROCESSP_REG;COUT<=CQI(0)ANDCQI(1)ANDCQI(2)ANDCQI(3);ENDbehav;試驗五七段數(shù)碼顯示譯碼器設(shè)計試驗?zāi)康模簩W習7段數(shù)碼顯示譯碼器設(shè)計，學習VHDL的多層次設(shè)計措施。二、試驗原理： 七段數(shù)碼管由8個（a,b,c,d,e,f,g,dp）按照一定位置排列的發(fā)光二極管構(gòu)成，一般采用共陰極或者共陽極的設(shè)計，將8個二極管的同一極接在一起，通過度別控制此外的8個電極的電平，使二極管導(dǎo)通（發(fā)光）或截止（不發(fā)光）。 七段數(shù)碼顯示譯碼器的功能就是根據(jù)需要顯示的字符，輸出可以控制七段數(shù)碼管顯示出該字符的編碼。試驗內(nèi)容：用VHDL設(shè)計7段數(shù)碼管顯示譯碼電路，并在VHDL描述的測試平臺下對譯碼器進行功能仿真，給出仿真的波形。數(shù)碼管顯示電路設(shè)計 運用以上設(shè)計的譯碼器模塊，設(shè)計一種可以在8個數(shù)碼管上同步顯示字符的電路。迅速輪番點亮8個數(shù)碼管，這樣就可以實現(xiàn)同步顯示8個字符的效果（盡管實際上同一時間只有一種數(shù)碼管被點亮）。 要實現(xiàn)以上功能，就必須按照一定期鐘節(jié)拍，輪番使譯碼器輸出所需要字符的編碼；同步控制數(shù)碼管的公共電極電平，輪番點亮數(shù)碼管（可以使用上個試驗設(shè)計的計數(shù)器，加試驗板上的74ls138來實現(xiàn)）。用QuartusII對2）中的設(shè)計進行編譯、綜合、仿真，給出其所有信號的仿真波形和時序分析數(shù)據(jù)。通過QuartusII集成環(huán)境，將設(shè)計下載到試驗電路上進行硬件測試。管腳鎖定： *clk:clk143clk1 D(3):PIO3030SW1D(2):PIO2435SW2D(1):PIO2536SW3D(0):PIO2637SW4A(6):PIO611SEGgLED1 A(5):PIO510SEGfA(4):PIO49SEGe A(3):PIO38SEGdA(2):PIO27SEGcA(1):PIO16SEGbA(0):PIO05SEGa*S(2): 80*S(1): 79*S(0): 78思索題：嘗試將74ls138的功能也用VHDL來實現(xiàn)，將所有邏輯功能都集成到FPGA裏面。試驗成果：數(shù)碼管顯示電路的原理框圖：VHDL描述：7段數(shù)碼管顯示譯碼電路VHDL描述： libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;entitydecl7sisport(a:instd_logic_vector(3downto0);led7s:outstd_logic_vector(6downto0));end;architectureoneofdecl7sisbeginprocess(a)begincaseaiswhen"0000"=>led7s<="0111111";when"0001"=>led7s<="0000110";when"0010"=>led7s<="1011011";when"0011"=>led7s<="1001111";when"0100"=>led7s<="1100110";when"0101"=>led7s<="1101101";when"0110"=>led7s<="1111101";when"0111"=>led7s<="0000111";when"1000"=>led7s<="1111111";when"1001"=>led7s<="1101111";when"1010"=>led7s<="1110111";when"1011"=>led7s<="1111100";when"1100"=>led7s<="0111001";when"1101"=>led7s<="1011110";when"1110"=>led7s<="1111001";when"1111"=>led7s<="1110001";whenothers=>null;endcase;endprocess;end;仿真波形：數(shù)碼管顯示電路VHDL描述：LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;useieee.std_logic_unsigned.all;entitySCAN_LEDisport(CLK:instd_logic;S:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(2DOWNTO0);D:INSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);A:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(6DOWNTO0));endSCAN_LED;architectureONEofSCAN_LEDisSIGNALC:STD_LOGIC_VECTOR(2DOWNTO0);BEGINP1:PROCESS(CLK)BEGINIFCLK'EVENTANDCLK='1'THENIFC<"111"THENC<=C+1;ELSEC<="000";ENDIF;ENDIF;S<=C;ENDPROCESSP1;P2:PROCESS(D)BEGINCASEDISWHEN"0000"=>A<="0111111";WHEN"0001"=>A<="0000110";WHEN"0010"=>A<="1011011";WHEN"0011"=>A<="1001111";WHEN"0100"=>A<="1100110";WHEN"0101"=>A<="1101101";WHEN"0110"=>A<="1111101";WHEN"0111"=>A<="0000111";WHEN"1000"=>A<="1111111";WHEN"1001"=>A<="1101111";WHEN"1010"=>A<="1110111";WHEN"1011"=>A<="1111100";WHEN"1100"=>A<="0111001";WHEN"1101"=>A<="1011110";WHEN"1110"=>A<="1111001";WHEN"1111"=>A<="1110001";WHENOTHERS=>NULL;ENDCASE;ENDPROCESSP2;END;仿真波形：硬件測試成果及分析：CLK頻率不一樣，輪番點亮8個數(shù)碼管的速率也不一樣，當CLK頻率足夠大時，可實現(xiàn)同步顯示8個字符的效果。回答問題：libraryieee;

useieee.std_logic_1164.all;

useieee.std_logic_unsigned.all;

entitydecoder38is

port(Q0:outstd_logic_vector(7downto0);

Q1:instd_logic_vector(2downto0);

en:instd_logic);

endentitydecoder38;

architecturecode1ofdecoder38is

begin

process(Q1,en)

variabletemp:std_logic_vector(7downto0);

begin

ifen='1'thentemp:="ZZZZZZZZ";

else

caseQ1is

when"000"=>temp:="00000001";

when"001"=>temp:="00000010";

when"010"=>temp:="00000100";

when"011"=>temp:="00001000";

when"100"=>temp:="00010000";

when"101"=>temp:="00100000";

when"110"=>temp:="01000000";

when"111"=>temp:="10000000";

endcase;

endif;

Q0<=temp;

endprocess;

endarchitecturecode1;試驗六數(shù)控分頻器的設(shè)計試驗?zāi)康模簩W習數(shù)控分頻器的設(shè)計和測試措施。二、試驗原理： 數(shù)控分頻器的功能為在不一樣輸入信號時，對時鐘信號進行不一樣的分頻，在輸出端輸出不一樣頻率的信號。該電路可以用品有并行預(yù)置功能的加法計數(shù)器實現(xiàn)，措施是對應(yīng)不一樣的輸入信號，預(yù)置數(shù)（初始計數(shù)值）設(shè)定不一樣的值，計數(shù)器以此預(yù)置數(shù)為初始狀態(tài)進行不一樣模值的計數(shù)，當計數(shù)器的狀態(tài)全為1時，計數(shù)器輸出溢出信號。用計數(shù)器的溢出信號作為輸出信號或輸出信號的控制值，使輸出信號的頻率受控于輸入的預(yù)置數(shù)。電路輸出波形圖：三、試驗內(nèi)容：1）根據(jù)試驗原理畫出電路框圖，并計算在不一樣預(yù)置數(shù)時輸出信號的頻率與時鐘頻率的比值。2）編寫實現(xiàn)數(shù)控分頻器的VHDL程序。規(guī)定輸出信號的占空比盡量為50％。提醒：可以將計數(shù)器溢出信號輸出給一種翻轉(zhuǎn)觸發(fā)器，溢出信號的邊緣作為觸發(fā)器的觸發(fā)信號，觸發(fā)器的輸出就是分頻器的輸出（注意計數(shù)器初始計數(shù)值與輸出頻率之間的關(guān)系）。3）用QuartusII對設(shè)計進行編譯、綜合、仿真，給出仿真波形和時序分析數(shù)據(jù)。4）通過QuartusII集成環(huán)境，將設(shè)計下載到試驗電路上進行硬件測試。 輸入不一樣的clk信號和不一樣的輸入控制信號，測試輸出波形。管腳鎖定： clkclk143D(3)PIO2330SW1D(2)PIO2435SW2D(1)Pio2536SW3D(0)PIO2637SW4FoutPIO1929LED12四、思索題：假如需要進行奇數(shù)分頻（如3分頻），能否夠保持輸出波形的占空比為50％？假如不能，怎樣使占空比盡量靠近50％；假如可以，應(yīng)怎樣做？試驗成果：數(shù)控分頻器的原理框圖：數(shù)控分頻器輸出頻率與輸入時鐘的關(guān)系：當輸入端給定不一樣輸入數(shù)據(jù)時，將對輸入的時鐘信號有不一樣的分頻比。任意小數(shù)都可以表到達形式，其中a<b。設(shè)分頻器輸入脈沖數(shù)為M，輸出脈沖數(shù)為P，則有如下關(guān)系：上式表明分頻器進行b次n分頻時，設(shè)法多輸入a個脈沖?；蛘哒f在b個脈沖輸入周期中，進行b-a次n分頻和a次n+1分頻。這就是小數(shù)分頻的基本原理。n和n+1也稱為分頻模式。運用上述小數(shù)分頻的措施，同樣也可以實現(xiàn)整數(shù)分頻，即令a=0，就可以完畢整數(shù)N分頻。數(shù)控分頻器的VHDL描述：LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITYDVFISPORT(CLK:INSTD_LOGIC;D:STD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);FOUT:OUTSTD_LOGIC);END;ARCHITECTUREoneOFDVFISSIGNALFULL:STD_LOGIC;BEGINP_REG:PROCESS(CLK)VARIABLECNT8:STD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);BEGINIFCLK'EVENTANDCLK='1'THENIFCNT8="11111111"THENCNT8:=D;FULL<='1';ELSECNT8:=CNT8+1;FULL<='0';ENDIF;ENDIF;ENDPROCESSP_REG;P_DIV:PROCESS(FULL)VARIABLECNT2:STD_LOGIC;BEGINIFFULL'EVENTANDFULL='1'THENCNT2:=NOTCNT2;IFCNT2='1'THENFOUT<='1';ELSEFOUT<='0';ENDIF;ENDIF;ENDPROCESSP_DIV;END;仿真波形：硬件測試成果及分析：通過變化輸入頻率，可以聽到不一樣頻率的聲音。硬件測試成果對的：回答問題：libraryIEEE;

useIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

useIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;

useIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;entityDIV3is

port(clk:instd_logic;

out1:outstd_logic);

endDIV3;architectureBehavioralofDIV3is

signaldivision2,division4:std_logic:='0';

signaltemp1,temp2:integerrange0to10;

begin

p1:process(clk)

begin

ifrising_edge(clk)then

temp1<=temp1+1;iftemp1=1then

division2<='1';

elsiftemp1=2then

division2<='0';

temp1<=0;

endif;

endif;

endprocessp1;p2:process(clk)

begin

ifclk'eventandclk='0'then

temp2<=temp2+1;

iftemp2=1then

division4<='1';

elsiftemp2=2then

division4<='0';

temp2<=0;

endif;

endif;

endprocessp2;p3:process(division2,division4)

begin

out1<=division2ordivision4;

endprocessp3;

endBehavioral;試驗七4位拾進制頻率計的設(shè)計試驗?zāi)康模?設(shè)計一種4位拾進制頻率計，學習復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計措施。試驗原理：根據(jù)頻率的定義和頻率測量的基本原理，測定信號的頻率必須有一種脈寬為1秒的脈沖計數(shù)容許信號，1秒計數(shù)結(jié)束後，計數(shù)值（即所測信號頻率）鎖入鎖存器，并為下一次測頻作準備，即將計數(shù)器清零。試驗內(nèi)容：1、根據(jù)頻率計的工作原理，將電路劃提成控制器、計數(shù)器、鎖存器和LED顯示幾種模塊，控制器——產(chǎn)生1秒脈寬的計數(shù)容許信號、鎖存信號和計數(shù)器清零信號計數(shù)器——對輸入信號的脈沖數(shù)進行合計鎖存器——鎖存測得的頻率值LED顯示——將頻率值顯示在數(shù)碼管上頂層文獻框圖如下：2、用元件例化語句寫出頻率計的頂層文獻。3、用VHDL硬件描述語言進行模塊電路的設(shè)計。本試驗中不少模塊在之前的試驗中已經(jīng)有所波及，只需要對此前的設(shè)計做部分修改即可用于這次試驗。提醒：拾進制計數(shù)器輸出的應(yīng)是4位拾進制數(shù)的BCD碼，因此輸出一共是4×4bit。4、用QuartusII對設(shè)計進行編譯、綜合、仿真，給出仿真波形和時序分析數(shù)據(jù)（不包括數(shù)碼管顯示部分）。5、通過QuartusII集成環(huán)境，將設(shè)計下載到試驗電路上進行硬件測試。管腳鎖定： Clk clk143 fx (頻率任選)A(7):81SEGdpA(6):PIO611SEGgA(5):PIO510SEGfA(4):PIO49SEGeA(3):PIO38SEGdA(2):PIO27SEGcA(1):PIO16SEGbA(0):PIO05SEGaS(1): 79S(0): 78四、思索題： 本試驗中的控制器部分可以用此前試驗中的哪個電路來實現(xiàn)，其輸出的rst和ena信號與否可以合并為一種信號？試驗成果：各模塊電路的VHDL描述：測試控制電路:LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.all;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.all;ENTITYCNT10ISPORT(en,clk,rst:INSTD_LOGIC;cq:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);cout:OUTSTD_LOGIC);ENDCNT10;ARCHITECTUREbehavOFCNT10ISBEGINprocess(clk,en)variablecqi:STD_LOGIC_VECTOR(3downto0):="0000";beginif(rst='1')thenCQI:=(others=>'0');elsif(clk'eventandclk='1')thenifen='1'thenifcqi<9thencqi:=cqi+1;elsecqi:=(others=>'0');endif;endif;endif;ifcqi=9thencout<='1';elsecout<='0';endif;cq<=cqi;endprocess;ENDbehav;16位鎖存器:LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.all;ENTITYREG16DISPORT(lk:INSTD_LOGIC;din:inSTD_LOGIC_VECTOR(15downto0);dout:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(15downto0));ENDENTITYREG16D;ARCHITECTUREfd1OFREG16DISBEGINprocess(lk,din)beginif(lk'eventa