实验三 VHDL时序逻辑电路设计.docx
实验三 VHDL时序逻辑电路设计 实验三 VHDL 时序逻辑电路设计 一、实验目的 1 熟悉用VHDL语言设计时序逻辑电路的方法 2 熟悉用Quartus文本输入法进行电路设计 二、实验所用仪器元件及用途 1 计算机：装有Quartus软件，为VHDL语言提供操作场所。 2 直流稳压电源：通过USB接口实现，为实验开发板提供稳定电源。 3 数字系统与逻辑设计实验开发板：使试验结果下载到开发板上，实现整个实验的最终结果。 三、实验内容 1 用VHDL语言设计实现一个8421码十进制计数器。 实验内容及要求：在Quartus平台上设计程序和仿真题目要求，并下载到实验板上验证试验结果。 试验结果：VHDL代码和仿真结果。 2 用VHDL语言设计实现一个分频系数为8，分频输出信号占空比为50%的分频器。 实验内容及要求：在Quartus平台上设计程序和仿真题目要求。 试验结果：VHDL代码和仿真结果。 3 用VHDL语言设计实现一个控制8个发光二极管亮灭的电路。 实验内容及要求：在Quartus平台上设计程序和仿真题目要求，并下载到实验板上验证试验结果。 a. 单点移动模式：一个点在8个发光二极管上来回的亮 b. 幕布式：从中间两个点，同时向两边依次点亮直至全亮，然后再向中间点灭，依次往复 c. 通过拨码开关或按键控制两种模式的转换 试验结果：VHDL代码和仿真结果。 四、实验设计思路及过程 1.8421码十进制计数器状态转移表 a b c d A B C D 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 左图为8421码十进制计数0 0 1 0 0 0 1 1 器的状态转移表，abcd为初0 0 1 1 0 1 0 0 状态，ABCD为下一状态，0 1 0 0 0 1 0 1 每当有“1”出现时，相应0 1 0 1 0 1 1 0 的管脚就亮灯，从而从00000 1 1 0 0 1 1 1 到1001的灯依次出现。 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 VHDL代码如下： LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY count12 IS PORT( clk,clear:IN STD_LOGIC; q :OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); END count12; ARCHITECTURE a OF count12 IS SIGNAL q_temp:ATD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); BEGIN PROCESS(clk) BEGIN IF(clk'event and clk='1') THEN IF clear='0' THEN q_temp<="0000" ELSIF q_temp="1011"THEN q_temp<="0000" ELSE q_temp<=q_temp+1; END IF; END IF; END PROCESS; q<=q_temp; END a; 2.分频系数为8，输出占空比为50%的分频器的设计 a 0 0 0 0 1 1 1 1 b 0 0 1 1 0 0 1 1 c 0 1 0 1 0 1 0 1 A 0 0 0 1 1 1 1 0 B 0 1 1 0 0 1 1 0 C 1 0 1 0 1 0 1 0 F 0 0 0 0 1 1 1 1 左图为八分频器 的状态转移图，其中abc为原状态，ABC为下一状态。当输出F为“1”时，输出波形。 VHDL代码为： LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY div_8 IS PORT( clk:IN STD_LOGIC; clear:IN STD_LOGIC; clk_out:OUT STD_LOGIC); END div_8; ARCHITECTURE a OF div_8 IS SIGNAL tmp:INTEGER RANGE 0 TO 7; BEGIN p1:PROCESS(clear,clk) BEGIN IF clear='0'THEN tmp<=0; ELSIF clk'event AND clk='1' THEN IF tmp=7 THEN tmp<=0; ELSE tmp<=tmp+1; END IF; IF tmp<=4 THEN clk_out<='0' ELSE clk_out<='1' END IF; END IF; END PROCESS p1; END a; 五、实验结果 一、.8421码十进制计数器 其中，end time 设为 50us, clear和clk的period 分别为1和1us. 对结果进行分析： 由仿真波形可以看出，当输入在0000到1001时，输出对应亮灯随着1的出现依次变化，每拨动一次时钟clk的锁定管脚，就由一个状态转换到下一状态，亮灯也进入下一状态。 二、八分频器 波形分析： 每出现八次时钟为分频器的周期，输出的波形如图为占空比为50%的矩形波，构成了如题所要求的分频器。 六、故障及问题分析 1.每次实验中都应该注意到VHDL的文件名应与实体名一致，如果不一致编译会报错。我在实验过程中虽然原理图设计名与工程名相同，但在其后某程序名上犯了错误，导致出错。 2.在仿真波形的观察中，一定要调节好zoom一选项，缩放出便于观察的波形。 3.在命名过程一定要注意规范，不要出现非法字符。 4.在做10进制计数器时，由于板的固有频率为晶振的频率50兆赫兹，所以当以微秒级的时钟去自动跳变太快根本无法看清，应该加一段程序令时钟在微秒级跳变25兆次时外部时钟输出，从而令外部时钟变为秒级的，才能看见自动跳变现象。 七总结和结论 1.本次实验是有关于VHDL的第三次实验，在前几次的实验中已经基本掌握了软件的用法，所以实验起来比较上手，还需要多加练习。 2.由于上次实验仅仅是运用图形工具，所以对VHDL语言的学习成了本次实验的难点，在仔细看过相关参考书后，发现其实VHDL语言还是相对比较好理解的，多次研读语言后应该能自行进行修改等工作。 3.有许多有语言功底的同学能编出十分简洁而有效的编码，值得我向其请教学习，还要更加努力掌握这门语言。 VHDL 数电实验三 班级：07115 学号：30号 姓名：杨帆 时序逻辑电路设计
