实验一十进制计数器的设计与仿真电子科技大学

实验一十进制计数器的设计与仿真一、实验目的熟悉QuartusⅡ的VerilogHDL文本设计流程全过程，学习计数器的设计、仿真和硬件测试。二、实验原理该程序设计是带有异步复位、同步计数使能、可预置型功能全面的十进制计数器。（1）第一个条件句if(!RST)构成的RST接于寄存器下方的异步清0端CLR。（2）第二个条件句if(EN)构成EN接于寄存器左侧的使能端ENA。（3）第三个条件句if(LODA)构成LODA接于上面的多路选择器，使之控制选择来自DATA的数据，还是来自另一多路选择器的数据。（4）不完整的条件语句与语句Q1=Q1+1构成了加1加法器和4位寄存器。（5）语句（Q19）构成了小于比较器，比较器的输出信号控制左侧多路选择器。（6）第二个过程语句构成了纯组合电路模块，即一个等式比较器，作进位输出。三、实验设备与软件平台实验设备：计算机、FPGA硬件平台是Cyclone系列FPGA软件平台：QuartusII9.1(32-Bit)、5E+系统四、实验内容编写Verilog程序描述一个电路，实现以下功能：设计带有异步复位、同步计数使能和可预置型的十进制计数器。具有5个输入端口（CLK、RST、EN、LOAD、DATA）。CLK输入时钟信号；RST起异步复位作用，RST=0，复位；EN是时钟使能,EN=1,允许加载或计数；LOAD是数据加载控制，LOAD=0，向内部寄存器加载数据；DATA是4位并行加载的数据。有两个输出端口（DOUT和COUT）。DOUT的位宽为4，输出计数值，从0到9；COUT是输出进位标志，位宽为1，每当DOUT为9时输出一个高电平脉冲。五、实验步骤设计程序：moduleCNT10(CLK,RST,EN,LOAD,COUT,DOUT,DATA);inputCLK;inputEN;inputRST;inputLOAD;input[3:0]DATA;output[3:0]DOUT;outputCOUT;reg[3:0]Q1;regCOUT;assignDOUT=Q1;always@(posedgeCLKornegedgeRST)beginif(!RST)Q1=0;elseif(EN)beginif(!LOAD)Q1=DATA;elseif(Q19)Q1=Q1+1;elseQ1=4'b0000;endendalways@(Q1)if(Q1==4'h9)COUT=1'b1;elseCOUT=1'b0;Endmodule设计流程：1．编辑和输入设计文件（1）、新建一个文件夹如D：\CNT10,本工程所有文件将存放在此目录中。1）输入VHDL源程序打开QuartusII,选择菜单File-New。选择VerilogHDLFile，输入源程序。2）文件存盘选择File-SaveAs命令，找到已设立的文件夹D：\CNT10，存盘文件名应与实体名一致，存盘为CNT10.v。当出现语句“doyouwanttocreate…..”的对话框，选择“是”自动创建工程。这里先选择“否”，即暂时不创建工程流程。下一步手动创建工程。（2）、创建工程1）选择菜单File-NewprojectWizard命令，即弹出工程设置对话框。单击此对话框右侧的“…”进行设置，第一行的D：\CNT10表示工程所在的工作库文件夹，第二行的CNT10表示此项工程的工程名，第三行是当前工程顶层文件的实体名。2）将设计文件CNT10.v添加入工程中。点“…”按钮，在弹出的对话框中选择CNT10.v文件。单击“Add”按钮。3）选择目标芯片器件选择Cyclone系列中的EP1C6Q240C8。也可以从主菜单Assignments的下拉菜单中点击Device目标芯片设置窗口。4）工具设置，此处不进行设置，点击Next5）结束设置列出了此工程相关设置情况，点击Finish按钮，出现projectnevigator窗口，显示本工程项目的层次结构和各层次的实体名。２．全程综合与编译选择Processing-startcompilation，等待一段时间，跳出对话框提示编译成功或有错误，并在信息栏显示错误信息。３．仿真测试1）打开波形编辑器选择File-new,选择vectorwaveformfile。2）设定仿真时间区域在Edit-endtime，在弹出的窗口time栏处输入50，单位选“us”。3）波形文件存盘，默认文件名为CNT10.vwf4）将此工程CNT10的端口信号名选入波形编辑器中View-utilitywindows项的NodeFinder选项。点击“list”。5）将端口信号名拖入波形编辑器中，拖完信号后可以关掉浮动窗口6）按键盘上“CTRL+W”，显示全部仿真时间区域。7）编辑输入波形(输入激励信号)8)仿真器参数设置9）启动仿真器。提示是否保存，选择“是”，仿真成功后选“确定”。10)观察仿真结果按键盘上“CTRL+W”，在全部仿真时间区域内观察波形，并分析波形图显示的逻辑功能是否正确点击“start”将配置文件下载，然后进行硬件测试。功能仿真截图：仿真波形图管脚锁定截图六、实验结果及分析（1）RST在任意时刻有效时，如CLK非上升沿时，计数也能即刻清0。（2）当EN=1，且在时钟CLK的上升沿时刻LODA=0时，4位输入数据DATA=7被加载，在LOAD=1后作为计数器的计数初值，如图所示计数从4加载到7的时序。计数到9时，COUT输出进位1。当下一轮计数到2时，尽管出现了加载信号LODA=0，但不加载。（3）当EN=1，RST=1，LODA=1时，计数正常进行，在计数数据等于9时进位输出高电平。当计数从7计到8时有一毛刺信号。七、心得体会第一次做EDA实验，使用QuartusII感觉很吃力，因为以前都没有接触过电子设计之类的东西。虽然没有电子基础但还是硬着头皮慢慢去摸索。经过老师的详细讲解和耐心指导以及同学们的探讨学习，使我对EDA和QuartusII的使用有了一定的了解。十进制计数器的设计使用QuartusII的时候要注意程序的准确输入才能够顺利通过综合与编译，才能够继续进行接下来的仿真和下载、测试。