基于HDL十进制计数、显示系统的设计.doc

*大学实验报告课程名称： FPGA技术 实验名称： 基于原理图的十进制计数器设计 姓 名： * 学 号: * 班 级： 电子1202 指导教师： * *大学*学院制实验二 基于 HDL 十进制计数、 显示系统设计一、实验原理1、 实验内容： 设计具有异步复位、 同步使能的十进制计数器， 其计数结果可以通过七段数码管、 发光二极管等进行显示。2、 模块端口信号说明输入信号：Clk_50m -系统采样时钟clk -待计数的时钟clr -异步清零信号， 当 clr=1， 输出复位为 0， 当 clr=0， 正常计数ena-使能控制信号， 当 ena=1， 电路正常累加计数， 否则电路不工作输出信号：q6： 0-驱动数码管， 显示计数值的个位cout -1bit 数据， 显示计数值向十位的进位COM-共阳级数码管,公共端（ 接地， 参考开发板原理图）3、 以自顶向下的设计思路进行模块划分：整个系统主要设计的模块是： 十进制计数模块和数码管驱动模块， 由于实验板的按键为实现硬件防抖， 则需要将按键输入的时钟 clk， 先通过消抖模块消抖后， 再输出至后续使用.1） 十进制计数器模块设计输入:CLK -待计数的时钟CLR -异步清零信号， 当 CLR =1， 输出复位为 0， 当 CLR =0， 正常计数ENA-使能控制信号， 当 ENA=1， 电路正常累加计数， 否则电路不工作输出：SUM3:0- 计数值的个位。 即， 在 CLK 上升沿检测到 SUM=9 时， SUM 将被置0， 开始新一轮的计数。COUT -计数值的十位进位， 即： 只有在时钟 CLK 上升沿检测到 SUM=9 时，COUT 将被置 1， 其余情况下 COUT=0;在设计中可以使用 always， if-else-if语句实现， 设计中注意不要在两个以上的 always模块中对同一个变量进行赋值， 否则会产生多重赋值源（ multi-source） 的问题。2） 数码管显示驱动模块（ led.v）输入： sum3:0 -待显示的数值输出： out6:0 -驱动数码管的七位数值（ 注意下表中 out 的对应位）这是一个组合逻辑电路， 可以考虑用 always， 或者 assign 语句设计。3） 消抖模块(1) 按键抖动的产生原因：通常的按键所用开关为机械弹性开关， 当机械触点断开、 闭合时， 由于机械触点的弹性作用， 一个按键开关在闭合时不会马上稳定地接通， 在断开时也不会一下子断开。 因而在闭合及断开的瞬间均伴随有一连串的抖动， 为了不产生这种现象而作的措施就是按键消抖。（ 2） 本次实验提供的消抖模块简介电平检查模块： 检测输入的按键是否被按下或者释放， 并分别将 H2L_Sig,L2H_Sig 拉高，并随后拉低， 给出按键的操作信息。延时模块： 对输入的信号变化时刻进行计时并观察信号的变换情况， 对输出端口进行恰当地赋值;实验资料中将给出消抖模块设计源代码。 对模块的具体设计细节不需理解， 消抖模块不要求仿真;4、 扩展内容: 完成四位一体数码管的动态扫描显示。 完成从 0-9999 循环计数。一、 实验步骤1、 先建立一个名为shiyan2的工程，在建立资源“cnt10”的Verilog HDL模型，完了之后，在此窗口下编辑cnt10的相关代码；完成以后，进行编译，看代码是否有错，代码截图如下：Testbench截图如下：仿真截图如下：2、 在同一工程下简历灵一资源“led.v”的Verilog HDL模型，建好之后，按照所给真值表进行代码编辑，完成之后同样进行编译，看是否出现错误，经过调试后得到正确代码截图如下：Testbench后截图如下：并进行仿真：3、 再建立一个消抖模块资源，并将老师所给的代码复制到窗口里，然后将两个子模块程序添加到这个资源下；完成第三部分；4、 最后是顶层模块的设计，建立一个名为“zongde”的资源，将前面三个模块都添加到此资源下，并编写相关代码，截图如下：5、 写好约束文件，建立一个net.ucf文件，并将第一行改成实验指导书上所要求的，完成这步之后，由于实验时间有限，后面的就没有完成了。二、 实验结果及分析仿真结果如下截图所示：三、 实验思考题解答(实验指导书要求的思考题)1、 如何用两个或一个 always 实现十进制计数模块？ 写出相应代码。module counter(clk,clr,E,C,data_out);input clk,E;input clr;output 3:0 data_out;output C;reg C;reg 3:0 data_out; initialbegin C=0; data_out=0;endalways (posedge clk or posedge clr ) begin if(clr) begin data_out=0; C=0; end else begin if(E) begin if(data_out4b1001) begin data_out=data_out+1;C=0; end else begin data_out=0; C=1; end end end endendmodule2、 如何用 always， 或 assign 实现数码管的驱动设计？ 写出相应代码。module seg7(data_in,data_out);input 3:0 data_in;output 6:0 data_out;reg 6:0 data_out;always (data_in)begindata_out=7b1111111; case(data_in) 4b0000:data_out=7b0111111; 4b0001:data_out=7b0000110; 4b0010:data_out=7b1011011; 4b0011:data_out=7b1001111; 4b0100:data_out=7b1100110; 4b0101:data_out=7b1101101; 4b0110:data_out=7b1111101; 4b0111:data_out=7b0000111; 4b1000:data_out=7b1111111; 4b1001:data_out=7b1101111; 4b1010:data_out=7b1110111; 4b1011:data_out=7b1111100; 4b1100:data_out=7b0111001; 4b1101:data_out=7b1011110; 4b1110:data_out=7b1111001; 4b1111:data_out=7b1110001; default; endcaseend3、 比较实验一与实验二的实验过程， 说明原理图输入法与 HDL 输入法的不同的应用环境。 通过两次实验对FPGA及ISE工具的学习，认识到：原理图输入法繁琐、效率低，一般只应用于小系设计或复杂系统的顶层模块连接。引荐描述语言HDL，适用于复杂系统设计要求的输入方式，可以有效的表达、传达设计者的设计意图，快速实现作者的设计思想。4、 CHIPSCOPE 调试和仿真有何区别？前者是对代码当中出现的错误进行检查，重点在过程；而后者则是一种虚拟的结果的分析。四、 体会这次实验虽然和第一次实验的题目都一样，但区别在于前者是通过电路原理图