EDA技术实践课程设计--24进制计数器

东北石油大学EDA技术实践课程设计年7月25日课程EDA技术实践课程设计题目24进制计数器院系电气信息工程学院电气系专业班级学生姓名学生学号指导教师EDA技术实践课程设计任务书课程EDA技术实践课程设计题目24进制计数器专业电气工程及其自动化姓名学号主要内容：1.熟练掌握QuartusII软件的使用。2.熟练掌握在QuartusII平台上用原理图或者VHDL语言进行电路设计的方法。3.学会用例化语句对EDA电路设计中顶层电路进行描述。基本要求：1.熟悉仿真开发软件QuartusII的使用；2.根据功能要求，用原理图或文本输入方式完成设计；3.用QuartusII做波形仿真调试；4.下载至EDA试验仪调试设计。主要参考资料：[1]潘松，黄继业.《EDA技术实用教程》［M］.北京：科学出版社，2002.[2]卢杰，赖毅.《VHDL与数字电路设计》［M］.北京：科学出版社，2001.[3]张明.《VerilogHDL实用教程》［M］.成都：电子科技大学出版社，1999.[4]郑家龙，王小海，章安元.《集成电子技术基础教程》［M］.北京：高等教育出版社，2002.[5]王金明，杨吉斌.《数字系统设计与VerilogHDL》［M］.北京：电子工业出版社，2002.完成期限指导教师专业负责人年7月18日目录1设计..................................................................12方案选择与电路原理图的设计............................................12.124进制计数器的基本原理............................................12.2设计流程图........................................................12.3原理图............................................................1374LS161元件说明......................................................23.1简介..............................................................23.274ls161管脚图与介绍...............................................23.374ls161功能表.....................................................33.474ls161主要特点...................................................34设计过程..............................................................44.1新文件的建立.......................................................44.2宏功能模块的使用..................................................54.3普通元件的添加....................................................84.4电路连接..........................................................95功能仿真..............................................................96出现的问题及调试方法.................................................117总结.................................................................11参考文献................................................................12附录VHDL语言编写的该程序清单........................................13EDA技术实践课程设计（报告）11设计设计一个二十四进制计数器，计数状态从0~23，要求有译码显示。2方案选择与电路原理图的设计2.124进制计数器的基本原理用两个74ls161为主，其中一个为输出结果的低四位，另一个为输出结果的高4位，低四位从0000到1001（即十进制的九）然后置0000并且高四位加1，如此到高四位为0010，第四位为0011，这时计数到23，进位信号输出1，同时8位输出同时置0；2.2设计流程图图2.1设计流程图2.3原理图由采用两个74ls161和一个与非门构成的最基本的24进制计数器。开始查找资料选定计数器仿真与调试总结EDA技术实践课程设计（报告）2图2.224进制计数器原理图374LS161元件说明3.1简介74LS161是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器，它可以灵活地运用在各种数字电路，以及单片机系统种实现分频器等很多重要的功能3.274ls161管脚图与介绍管脚图介绍：时钟CP和四个数据输入端P0~P3清零/MR使能CEP，CET置数PE数据输出端Q0~Q3以及进位输出TC.(TC=Q0·Q1·Q2·Q3·CET)EDA技术实践课程设计（报告）3图3.174ls161管脚图图3.274ls161的逻辑符号3.374ls161功能表表3-174ls161功能表输入输出CRLDCTPCTTCPD3D2D1D0Q3Q2Q1Q00XXXXXXXX000010XX↑d3d2d1d0d3d2d1d01101XXXXX保持11X0XXXXX保持1111↑XXXX计数从74LS161功能表功能表中可以知道，当清零端CR=“0”，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。当CR=“1”且LD=“0”时，在CP信号上升沿作用后，74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3，D2，D1，D0的状态一样，为同步置数功能。而只有当CR=LD=EP=ET=“1”、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。74LS161还有一个进位输出端CO，其逻辑关系是CO=Q0·Q1·Q2·Q3·CET。合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。3.474ls161主要特点（1）异步清零功能EDA技术实践课程设计（报告）4当CR＝0时，不管其他输人端的状态如何（包括时钟信号CP），4个触发器的输出全为零。（2）同步并行预置数功能在CR＝1的条件下，当LD＝0且有时钟脉冲CP的上升沿作用时，D3，D2，D1，D0输入端的数据将分别被Q3～Q0所接收。由于置数操作必须有CP脉冲上升沿相配合，故称为同步置数。（3）保持功能在CR=LD＝1的条件下，当T*P＝0时，不管有无CP脉冲作用，计数器都将保持原有状态不变（停止计数）。（4）同步二进制计数功能当CR＝LD＝P＝T＝1时，74LS161处于计数状态，电路从0000状态开始，连续输入16个计数脉冲后，电路将从1111状态返回到0000状态，状态表见表2。（5）进位输出C当计数控制端T＝1，且触发器全为1时，进位输出为1，否则为0。4设计过程4.1新文件的建立建立新项目工程，方法如右图点击：【File】菜单，选择下拉列表中的【NewProjectWizard...】命令，打开建立新项目工程的向导对话框。从File菜单中选择【New…】命令，或直接点击常用工具栏的第一个按钮，打开新建设计文件对话框，如下图。选择【BlockDiagram/SchematicFile】，点击OK，即进入原理图编辑界面。EDA技术实践课程设计（报告）5图图4.1新建工程项目图4.2新建设计文件4.2宏功能模块的使用双击原理图编辑窗口，在弹出的元件选择窗口的“Libraries”栏中选择“arithmetic”中的lpm_counter元件，如下图所示,图4.3新增宏模块对lpm_counter元件的各种参数进行选择，定制适合设计需要的模块，NEXT。在“Howwideshouldthe‘q’outputbusbe?”此处输入“4”位;并选择“Uponly”(为双边沿有效),NEXT。EDA技术实践课程设计（报告）6图4.4参数界面1选择计数器的类型:Plainbinary（二进制）Modulus（任意模值）”；在“Doyouwantanyoptionaladditionalports?”栏中可以为定制的lpm_counter选择增加一些输入输出端口，如“ClockEnable（时钟使能）”、“Carry-in（进位输入）”、“CountEnable（计数器使能）”和“Carry-out（进位输出）”。图4.5参数界面2EDA技术实践课程设计（报告）7弹出定制lpm_counter元件对话框5。可为计数器添加同步或者异步输入控制端口，如“Clear（清除）”、“Load（加载）”和“Set（设置）”。如果不要添加这些端口，直接单击“Next”按钮即可。图4.6参数界面3另一种方法：直接双击原理图的任一空白处，会弹出一个元件对话框。在Name栏目中输入74161，我们就得到一个四位二进制计数器。图4.774ls161完成品EDA技术实践课程设计（报告）84.3普通元件的添加双击原理图的任一空白处，会弹出一个元件对话框。在Name栏目中输入and2，我们就得到一个2输入的与门。点击OK按钮，将其放到原理图的适当位置。重复操作，放入另外两个2输入与门。也可以通过右键菜单的Copy命令复制得到。图4.8普通元件的添加双击原理图的空白处，打开元件对话框。在Name栏目中输入Input,我们便得到一个输入引脚。点击OK按钮，放入原理图。同理，在Name栏目中输入output，我们会得到一个输出引脚。图4.9输入引脚的添加EDA技术实践课程设计（报告）94.4电路连接把所用的元件都放好之后，开始连接电路。将鼠标指到元件的引脚上，鼠标会变成“十”字形状。按下左键，拖动鼠标，就会有导线引出。根据我们要实现的逻辑，连好各元件的引脚。图4.10完成品5功能仿真在【File】菜单下，点击【New】命令。在随后弹出的对话框中，切换到【OtherFiles】页。选中【VectorWaveformFile】选项，点击OK按钮。图5.1打开仿真菜单EDA技术实践课程设计（报告）10在【Edit】菜单下，点击【InsertNodeorBus…】命令，或在下图Name列表栏下方的空白处双击鼠标左键，打开编辑输入、输出引脚对话框。在上图新打开的对话框中点击【NodeFinder…】按钮，打开【NodeFinder】对话框。点击【List】按钮，列出电路所有的端子。选中in1信号，在Edit菜单下，选择【Value=Clock…】命令。或直接点击左侧工具栏上按钮。在随后弹出的对话框的Period栏目中设定参数，点击OK按钮。随后重复设置。图5.2引脚设置对话框将软件的仿真模式修改为“功能仿真”模式.开始功能仿真，在【Processing】菜单下，选择【StartSimulation】启动仿真工具，或直接点击常用工具栏上的按钮。仿真结束后，点击确认按钮。观察仿真结果，对比输入与输出之间的逻辑关系是否符合电路的逻辑功能。图5.324进制计数器波形图EDA技术实践课程设计（报告）116出现的问题及调试方法作为第一次使用Quartus软件的我们来说，出现了诸多问题，现列出主要问题如下：第一个问题是发现采用原理图法输出结果并不是24进制的计数器输出的波形，经过检查是由于芯片引脚接反了，改正