黄红涛-vhdl实验报告-实验3 触发器

学学生生实实验验报报告告 实验课名 称 VHDL 硬件描述语言 实验项目名称 触发器 专 业 名称 电子科学与技术 班级 32050801 学号 3205080134 学 生 姓名 黄红涛 教 师 姓名 程鸿亮 2010 2010 年 11 11 月 6 6 日 组别组别 同组同学同组同学 刘增辉刘增辉 实验日期 实验日期 2011 年年 11 月月 6 日日 实验室名称实验室名称 成绩成绩 一 实验名称 一 实验名称 触发器触发器 二 实验目的与要求 二 实验目的与要求 设计 RS JK D T 四种触发器 掌握异步复位置位的方法以及四种触发功能的实 现方法 掌握 QuartusII 软件的使用方法以及 GW48 型 SOPC 开发平台中的输入输出模式配 置方法 通过 VHDL 编程 实现 RS JK D T 四种触发器 要求四种触发器同时在开发平 台 上实现 并共享置位 复位端 JK D T 三种触发器共享时钟信号端 具体接口如下所 示 s 所有触发器的置位输入端 低电平有效 r 所有触发器的复位输入端 低电平有效 j JK 触发器可 j 控制输入端 k JK 触发器的 k 控制输入端 cp 时钟信号 d D 触发器数据输入端 t T 触发器控制端 q rs qn rs RS 触发器状态输出端 q jk qn jk JK 触发器状态输出端 q d qn d D 触发器状态输出端 q t qn t T 触发器状态输出端 err 3 0 无效状态显示输出端 首先在 QuartusII 上进行功能和时序仿真 之后通过器件及其端口配置下载程序到 SOPC 开发平台中 在硬件实现中 要求 1 用拨动开关实现触发器的控制信号 r s t j k d 注 要求使用最右面6个开关 2 用实验平台的按键实现时钟信号 cp 3 用 LED 阵列实现状态输出的显示 注 要求用 LED3 LED11 分别显示 RS 触发器的 q rs 和 qn rs 用 LED4 LED12 分 别显示 T 触发器的 q t 和 qn t 用 LED5 LED13 分别显示 JK 触发器的 q jk 和 qn jk 用 LED6 LED14 分别显示 D 触发器的 q d 和 qn d 用 LED1 LED9 LED8 LED16 同时显示无效状态 三 实验内容 三 实验内容 1 打开 QuartusII 软件 建立一个新的工程 2 建立VHDL文件 3 建立矢量波形文件 4 进行功能仿真 5 进行时序仿真 6 器件的下载 四 实验条件 四 实验条件 1 安装WindowsXP系统的PC机 2 安装QuartusII6 0 EDA软件 3 GW48 型 SOPC 开发平台 五 实验原理 五 实验原理 1 算法流程图 r 0 s 1 r 1 s 0 r 0 s 0 q rs 0 qn rs 1 q rs 1 qn rs 1 q rs 1 qn rs 0 q rs s and qn rs qn rs r and q rs 开始 结束 Y Y Y N N N r 0 s 1 r 0 s 0 r 1 s 0 q d 0 qn d 1 q d 1 qn d 1 q d 1 qn d 0 cp event and cp 1 q d d qn d not d 开始 结束 Y Y Y N N N N r 0 s 1 r 0 s 1 r 0 s 0 cp event and cp 1 q t q t qn t qn t q t not q t qn t nt qn t q t 1 qn t 1 q t 1 qn t 0 q t 0 qn t 1 Y Y Y N N N Y t 1 开始 结束 N N N r 0 s 1 r 0 s 0 r 1 s 0 q jk 0 qn jk 1 q jk 1 qn jk 1 q jk 1 qn jk 0 j 1 k 1 j 1 k 0 j 0 k 1 q jk 0 qn jk 1 q jk 1 qn jk 0 q jk not q jk qn jk not qn jk 开始 结束 cp event and cp 1 Y Y Y Y Y Y Y N N N N 2 硬件设置与调试原理 硬件设置与调试原理 1 用拨动开关实现触发器的控制信号 r s t j k d 用实验平台的按键实现时 钟信号cp 这时 可以直接通过拨动六个开关的位置和按键的状态 改变输入信号 开关上置表示输入高电平 1 开关下置表示输入低电平 0 按键指示灯亮表示 为高电平 按键指示灯暗表示为低电平 2 用LED阵列实现状态输出的显示 根据LED的显示原理 加在LED上的电平为高电平时 LED正常发光 低电平时 LED不会正常发光 用LED3 LED11分别显示RS触发器的 q rs和qn rs 用LED4 LED12分别显示T触发器的q t和qn t 用LED5 LED13分别显 示JK触发器的q jk和qn jk 用LED6 LED14分别显示D触发器的q d和qn d 用 LED1 LED9 LED8 LED16同时显示无效状态 这样各个触发器随时钟脉冲产生的 状态就可以直接通过LED的发光状态显示出来 3 各个触发器随cp时钟变化的规律如下表格 这样 触发器的时序功能在试验平台上得到实现和验证 六 源代码 六 源代码 library ieee use ieee std logic 1164 all entity trigger all is port s r j k cp d t in std logic q rs qn rs out std logic q jk qn jk out std logic q d qn d out std logic q t qn t out std logic err out std logic vector 3 downto 0 end entity trigger all architecture one of trigger all is signal q temp rs qn temp rs q temp jk qn temp jk q temp d qn temp d q temp t qn te mp t std logic begin prs process r s begin if r 0 and s 1 then q temp rs 0 qn temp rs 1 elsif r 1 and s 0 then q temp rs 1 qn temp rs 0 elsif r 0 and s 0 then q temp rs 1 qn temp rs 1 end if q temp rs s nand qn temp rs qn temp rs r nand q temp rs end process prs pjk process r s j k cp begin if r 0 and s 1 then q temp jk 0 qn temp jk 1 elsif r 1 and s 0 then q temp jk 1 qn temp jk 0 elsif r 0 and s 0 then q temp jk 1 qn temp jk 1 elsif cp event and cp 1 then if j 0 and k 1 then q temp jk 0 qn temp jk 1 elsif j 1 and k 0 then q temp jk 1 qn temp jk 0 elsif j 1 and k 1 then q temp jk not q temp jk qn temp jk not qn temp jk end if end if end process pjk pd process r s d cp begin if r 0 and s 1 then q temp d 0 qn temp d 1 elsif r 1 and s 0 then q temp d 1 qn temp d 0 elsif r 0 and s 0 then q temp d 1 qn temp d 1 elsif cp event and cp 1 then q temp d d qn temp d not d end if end process pd pt process r s t cp begin if r 0 and s 1 then q temp t 0 qn temp t 1 elsif r 1 and s 0 then q temp t 1 qn temp t 0 elsif r 0 and s 0 then q temp t 1 qn temp t 1 elsif cp event and cp 1 then if t 1 then q temp t not q temp t qn temp t not qn temp t else q temp t q temp t qn temp t qn temp t end if end if end process pt perr process r s begin if r 0 and s 0 then err 1111 else err 0000 end if end process q rs q temp rs qn rs qn temp rs q jk q temp jk qn jk qn temp jk q d q temp d qn d qn temp d q t q temp t qn t qn temp t end architecture one 七 实验结果与分析七 实验结果与分析 1 波形时序仿真 其仿真结果如下图 创建的波形文件 进行功能仿真 进行时序仿真 2 以下是对参考代码的编译下载后的部分图例 说明 通过异步清零方式 r 1 s 0 此时无论 j k t d 输入为多少四个触发器的输出都为 1 说明 当 r s 端同时为高电平时 可以通过 cp 端 按键 1 来改变 T JK 和 D 触发器的状态 RS 触发器的状态由其前一有效状态决定 上图是其中的一个截图 此时 由于 d k t 0 j 1 所以 led3 保持亮 led4 led5 led14 全亮 说明 当 r s 端同时为 0 时 触发器处于无效状态 触发器所有的输出为高电平 对应 LED1 LED9 LED8 LED16 被点亮以表示此无效状态 八 讨论和回答问题及体会 八 讨论和回答问题及体会 1 触发器是数字系统中非常重要的器件 它应用于有记忆功能的逻辑电路之中 不同 的触发器在状态的变化中具有不同的动作特点