实验八8-分频器的设计与实现

实验八8分频器的设计与实现一．实验目的1．使用ISE软件设计并仿真；2．学会程序下载。二．实验内容使用ISE软件进行8分频器的设计与实现。三．实验步骤1.编写文本文件并编译2.软件仿真3.进行硬件配置四．实验原理1.ISE软件是一个支持数字系统设计的开发平台。2.用ISE软件进行设计开发时基于相应器件型号的。注意：软件设计时选择的器件型号是与实际下载板上的器件型号相同。3.8分频器的真值表如图8-1所示，其最高位q2的输出就是对输入信号的8分频。本实验中用Verilog语句来描述。图8-18分频器真值表（1）新建工程双击桌面上“ISEDesignSuite14.7”图标，启动ISE软件(也可从开始菜单启动)。每次打开ISE都会默认恢复到最近使用过的工程界面。当第一次使用时，由于还没有历史工程记录，所以工程管理区显示空白。选择FileNew--Project选项，在弹出的对话框中输入工程名称并指定工程路径。点击Next按钮进入下一页，选择所使用的芯片及综合、仿真工具。计算机上安装的所有用于仿真和综合的第三方EDA工具都可以在下拉菜单中找到。在图中我们选用了Spartan6XC6SLX16芯片，采用CSG324封装，这是NEXYS3开发板所用的芯片。另外，我们选择Verilog作为默认的硬件描述语言。再点击Next按钮进入下一页，这里显示了新建工程的信息，确认无误后，点击Finish就可以建立一个完整的工程了。（2）设计输入和代码仿真在工程管理区任意位置单击鼠标右键，在弹出的菜单中选择NewSource命令，选择VerilogModule输入，并输入Verilog文件名。单击Next按钮进入端口定义对话框。其中ModuleName栏用于输入模块名，这里是count3a，下面的列表框用于端口的定义。PortName表示端口名称，Direction表示端口方向(可选择为input、output或inout)，MSB表示信号最高位，LSB表示信号最低位，对于单信号的MSB和LSB不用填写。当然，端口定义这一步我们也可以略过，在源程序中再行添加。定义了模块的端口后，单击Next进入下一步，点击Finish完成创建。这样，ISE就会自动创建一个Verilog模块的模板，并且在源代码编辑区打开。简单的注释、模块和端口定义已经自动生成，接下来的工作就是将代码编写完整。输入代码后，我们还需要对模块进行测试。在工程管理区将view设置为Simulation，在任意位置单击鼠标右键，并在弹出的菜单中选择NewSource，在类型中选择VerilogTestFixture，输入测试文件名，单击下一步。这时所有工程中的模块名都会显示出来，我们选择要进行测试的模块。点击Next,再单击Finish按钮，ISE会在源代码编辑区自动生成测试模块的代码。我们看到，ISE已经自动生成了基本的信号并对被测模块做了例化。我们的工作就是在initial…end块中的“//Addstimulushere”后面添加测试向量。完成测试文件编辑后，确认工程管理区中view选项设置为Simulation，这时在过程管理区会显示与仿真有关的进程。右键单击其中的SimulateBehavioralModel项，选择弹出菜单中的ProcessProperties项，会弹出属性设置对话框，其中SimulationRunTime就是仿真时间的设置，可将其修改为任意时长。仿真参数设置完后，就可以进行仿真。首先在工程管理区选中测试代码，然后在过程管理区双击SimulateBehavioralModel，ISE将启动ISESimulator，可以得到仿真结果，如图8-2所示。图8-2（3）综合与实现在工程管理区的view中选择Implementation，然后在过程管理区双击Synthesize-XST，就可以开始综合过程。另外，要实现设计，还需要为模块中的输入输出信号添加管脚约束，这就需要在工程中添加UCF文件。在工程管理区单击鼠标右键，点击NewSource，选择Implementation-ConstraintsFile，出现一个空白的约束文件，我们就可以为设计添加各种约束。如果综合步骤没有语法错误，XST能够给出初步的资源消耗情况，点击DesignSummary，即可查看。在过程管理区双击ImplementationDesign选项，就可以自动完成实现步骤。如果设计没有经过综合，就会启动XST完成综合，在综合后完成实现过程。经过实现后能够得到精确的资源占用情况。在DesignSummary即可看到具体的资源占用情况。（4）器件配置硬件配置是FPGA开发最关键的一步，只有将HDL代码下载到FPGA芯片中，才能进行调试并最终实现相应的功能。首先我们必须生成能下载到硬件中的二进制比特文件。双击过程管理区的GenerateProgrammingFile，ISE就会为设计生成相应的二进制比特文件。然后利用USB-MiniUSB缆线，来为开发板提供电源和数据下载。我们只需上网下载免费的DigilentAdept软件，即可快速实现Nexys3开发板上FPGA的配置。用USB-MiniUSB缆线连接开发板和PC，打开开发板的电源开关，然后启动DigilentAdept软件。系统开始自动连接FPGA设备，成功检测到设备后，会显示出JTAG链上所用芯片。界面上将显示检测到NEXYS3开发板上的器件FPGA(XC6SLX16)。这里我们对FPGA进行配置。在Browse中找到之前生成的设计的二进制比特文件，并点击旁边的Program按钮，软件就开始对FPGA进行配置。配置成功后，下面的状态栏会显示ProgrammingSuccessful。至此，器件配置成功，我们就可以在器件上验证预期的设计有没有很好的得以实现。五．实验结论补充：（仅供参考）1．8分频器的verilog源代码modulecount3a(inputwireclr,inputwireclk,outputreg[2:0]q);wire[2:0]D;assignD[2]=~q[2]&q[1]&q[0]|q[2]&~q[1]|q[2]&~q[0];assignD[1]=~q[1]&q[0]|q[1]&~q[0];assignD[0]=~q[0];//3个D触发器always@(posedgeclkorposedgeclr)if(clr==1)q=0;elseq=D;endmodule2．8分频器的约束文件NETclrLOC=T10;NETclkLOC=V10;NETq[0]LOC=T12;NETq[1]LOC=V12;NETq[2]LOC=N10;注意：输出信号频率高，需用示波器观测。