实验3-基于VHDL的计数器设计

实验3基于VHDL的计数器设计实验目的（1）、掌握VHDL语言基本结构。（2）、掌握顺序描述语句IF的使用方法。（3）、掌握时序电路的设计方法，了解信号同步与异步的概念与区别。（4）、掌握不同要求计数器的设计方法（5）、学习使用RTL观察器。实验内容与要求：设计一个含异步清零和同步使能的4位二进制加法计数器。记满“1111”后，进位端输出高电平‘1’。完成波形仿真和硬件验证。实验步骤与结果：1、新建工程cnt，放置于D:\CNT。2、新建VHDL源文件。选择File→New→DesignFiles→VHDLFile。在打开的窗口中编辑VHDL源程序。保存于同一文件夹下。保存的文件名必须与实体名一致，后缀名是.vhd！实体名是cnt（关键词entity后），因此保存的文件名应是cnt.vhd•libraryieee;--打开ieee库•useieee.std_logic_1164.all;--允许使用std_logic_1164程序包•useieee.std_logic_unsigned.all;--允许使用std_logic_unsigned程序包•entitycntis--实体声明，描述输入输出接口•port(clk:instd_logic;--定义计数时钟•en:instd_logic;--使能信号en•clr:instd_logic;--清零信号clr•q:outstd_logic_vector(7downto0);--8位计数输出•cout:outstd_logic);--进位信号•end;••architectureoneofcntis--结构体•signalcqi:std_logic_vector(7downto0);--定义信号cqi用于计数•begin•process(clk,en,clr)--进程•begin•ifclr='1'thencqi=(others='0');--clr高电平清零•elsifclk'eventandclk='1'then--判断时钟clk的上升沿•ifen='1'thencqi=cqi+1;--en高电平计数•endif;•endif;•ifcqi=1111thencout='1';--输出进位信号•elsecout='0';•endif;•endprocess;•q=cqi;--将cqi赋值给q•end;3、启动全编译StartCompilation。4、使用NetlistViewers工具查看电路的生成。QuartusⅡ拥有强大的Viewers（图形观察）工具，可以运用它对我们的设计进行分析和调试。提供了3种观察器：RTLViewer、StateMachineViewer、TechnologyMapViewer,我们可以通过命令菜单Tools→NetlistViewers来进行选择。5.仿真通过编译后，必须对工程的功能和时序性质进行仿真测试，以了解设计结果是否满足设计要求。（1）、新建波形文件。File→New→VectorWaveformFile。（2）、设置仿真时间。Edit→EndTime。（3）、添加仿真信号。在进行仿真之前，必须添加仿真信号，即仿真中的激励和所要观察的信号。添加仿真信号的方法有很多，如：通过Edit→Insert→InsertNodeorBus菜单命令打开InsertNodeorBus窗口。然后选择NodeFinder按钮打开(4）、输入激励信号单击信号名，或者任意选中信号的一段，使之变成蓝色条，则在波形编辑窗口左边的灰色图标全部变亮，提供各种仿真激励类型，（5）、保存波形文件。单击File→SaveAs，将波形文件保存在D盘cnt文件夹中。文件名是：cnt.vwf。ProjectNavigator窗口File栏，新增波形文件。（6）、仿真器参数设置。选择菜单Processing→SimulatorTool，打开仿真参数设置窗口。在Simulationmode项内可以选择使用时序仿真（Timing）或者功能仿真（Function）。在Simulationinput项，通过单击按钮“…”选择需要仿真的文件cnt.vwf。然后单击Start进行仿真。（7）、观察仿真结果。仿真成功后会自动弹出波形报告窗口；如果没有，可以自行打开，选择Processing→SimulationReport即可含异步清零和同步使能的4位二进制加法计数器波形6.编程和配置（1）、选择引脚（2）、查找管脚分配表，确认管脚号（3）、引脚锁定选择Assignments→Pins，弹出PinPlanner窗口，可以看到在窗口下方列出了输入输出信号。双击信号的Location栏，写入引脚号。同理将其他引脚锁定。存储引脚锁定信息后，必须再次启动全编译，才能将引脚锁定的信息编译进编程下载文件中。（4）、配置文件下载执行Tools→Programmer，启动编程下载工具配置完成后单击Start按钮，即进入对目标器件的配置下载操作。当Progress显示出100%，表示编程成功，可以进行硬件测试。(5）、硬件验证选择模式5，其中按键SW0代表清零信号clr，SW1代表使能信号en，发光二极管D0/D1/D2/D3代表计数输出q，D7代表进位输出cout。6.实验扩展：1.在本实验基础上完成任意模值计数器。即从0开始计数，计数到同学自己的学号后清零（如27号，即计数0-27,1-10号请加30）。完成波形仿真和硬件验证。