实验二简单时序电路的设计

1、简单时序电路的设计 一、实验目的：1.熟悉QuartusII的VHDL文本设计过程。2.学习简单时序电路的设计、仿真和硬件测试。二、实验原理时序逻辑电路是现代复杂数字电路的重要组成部分，往往占到整个设计的90以上。触发器是时序电路的基本单元，本实验中将涉及到边沿触发和电平触发两种电路结构，其中边沿触发是实际电路实现的主要方式。三 实验环境1. 硬件：PC机、Cyclone III开发板一块。2. 软件：Quartus II 8.1四实验内容1） 设计一个上升沿触发的D触发器输入：D输出：Q触发时钟：CLK2） 在QuartusII环境下对以上设计的模块进行编译，记录时序分析数据和仿真波形，并在

2、实验电路上进行硬件测试。管脚锁定：D PIN_J6 CLK PIN_G4Q PIN_D2五实验步骤：1. 建立工作库文件夹和编辑设计文件（1） 新建一个文件夹。本项设计文件夹取名为D:DFF1。（2） 输入源程序。打开Quartus II ，选择FileNew 。在New窗口中的Device Design Files中选择编译文件的语言类型，这里选择VHDL Files 。然后在VHDL 文本编辑窗中输入2选1多路选择器的VHDL程序。程序如下：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY DFF1 IS PORT(CLK:IN STD_LOG

3、IC; D:IN STD_LOGIC; Q:OUT STD_LOGIC); END; ARCHITECTURE bhv OF DFF1 IS SIGNAL Q1:STD_LOGIC; BEGIN PROCESS(CLK,Q1) BEGIN IF CLKEVENT AND CLK =1 THEN Q1=D; END IF; END PROCESS; Q=Q1; END bhv;（3） 文件存盘。选择FileSave As 命令，找到已设立的文件夹D:DFF1,存盘文件名应该与实体名一致，即DFF1.vhd 。当出现问句“Do you want to create”时，点击“是”，直接进入创建工程

4、流程。2. 创建工程（1）打开建立新工程管理窗口。在上一步弹出的New Project Wizard：Introduction窗口点击“Next”按钮，即弹出“工程设置”对话框。单击此对话框最上一栏右侧的“”按钮，找到文件夹 D:quartvs2 DFF1 ，选中以存盘的文件DFF1.vhd 在单击“打开”按钮。（2）将设计文件加入工程中。单击下方的“Next”按钮，在弹出的对话框中单击File栏的按钮，将与工程有关的所有VHDL文件加入此工程，然后单击下方的“Next”按钮。（3）选择目标芯片。首先在Family栏选芯片系列，在此选“Cyclne3”系列，再在Available device

5、s栏中选择具体芯片，最后在Package栏选择FBGA,在Pincount栏中选择256，点击下方的“Next”按钮。（4）结束设置。在弹出的窗口再点击“Next”按钮，出现“工程设置统计”窗口，上面列出了此项工程相关的设置情况，最后单击Finish按钮。即已设计好此工程。3. 全程编译编译前首先选择Processing菜单中的Start Compilation项，启动全程编译。编译过程中药注意工程管理窗口下方的Processing栏中的编译信息。如果工程中文件有错误，启动编译后在下方的Processing栏中会显示出来，对于Processing栏显示出的语句格式错误，可双击此条文，即弹出对应

6、的vhdl文件，在深色标记处即为文件中的错误，再次进行编译直至排除所有错误。4. 仿真 对工程设计编译后，必须对其功能和时序性质进行仿真测试，以了解设计结果是否满足原设计要求。（1） 打开波形编译器。选择菜单File中的New项，在New窗口中选择Other Files中的 Vector Waveform File，单击OK按钮，即出现空白的波形编译器。（2） 设计仿真时间区域。在Edit菜单中选择End Tian项，在弹出的窗口中的Tian栏处输入50，单位选“us”，单击OK，结束设置。（3） 波形文件存盘。选择File中的Save as项，将以默认名DFF1.vwf的波形文件存入文件夹d

7、: DFF1中。（4） 将工程DFF1的端口信号名选人波形编译器中。（5） 编辑输入波形。单击波形窗口的信号CLK，使之变成蓝条，在单击左列的时钟设置键，在Clock窗口中设置CLK信号的时钟周期，然后再设置D的电平。（6） 启动仿真器。在菜单Processing项下选择Start Simulation，直到出现Simulation was successful，仿真结束。（7） 观察仿真结果。5. 引脚设置：在Assignments菜单中的pins选项里设置管脚映射。 6. 编程下载：需要重新安装USB驱动程序。7. 硬件测试：开发板测试。五 实验结果输入源程序界面如下：编译成功的界面如下：

8、功能仿真结果如下： 硬件测试结果及分析：CLK PIN_233 SW1D PIN_234 SW2Q PIN_1 LED1若SW2为1，当按下SW1时，LED1亮，此时若让SW2为0，再按下SW1，则LED1灭。可知：当CLK上升沿到来时，输出Q就是D值。故结果正确。实验结果分析与结论时序电路含有记忆元件（例如触发器），电路状态的变化一般只发生在时钟信号的特定时刻（例如上升沿），而其它时刻保持原有状态不变。时序电路一般只能利用进程中的顺序语句来建立，最主要的途径是利用不完整的条件语句描述。时序电路中两个关键信号是时钟信号和复位信号，在对时钟信号边沿检测的描述方法中，最常用的表达式是CLKEVENT AND CLK=1。在波形仿真及硬件测试的时候，