西安交大数子电子技术实验报告

1、西安交通大学数字电子技术实验报告姓名：高加西班级：电气学号：ISE基础实验一、 设计要求1） 通过使用ISE软件和FPGA实现带有置位和清零端的边沿D触发器的逻辑图。2） 练习verilog语法编写，掌握用HDL实现基本逻辑功能。二、 HDL综合实验任务边沿D触发器的设计1. 实验方法和步骤(1) 建立工程文件，输入HDL程序如下：module D_Flip_Flop( input clk, input set, input D, input clr, output reg q/注意：always模块中的输出必须是寄存器型变量 );always (posedge clk or posedge

2、clr or posedge set)beginif(clr) q=0;else if(set) q=1;else q=D; endendmodule(2) 编写约束文件：NET clk LOC =B8; /时钟NET D LOC =N3; /SW7NET set LOC =L3; /SW1NET clr LOC =P11; /SW0NET q LOC =G1; /LD7(3) 综合、实现及生成编程文件；仿真，设计下载：仿真测试文件如下：module test_D_Flip_Flop;/ Inputsreg clk;reg set;reg D;reg clr;/ Outputswire q;/

3、 Instantiate the Unit Under Test (UUT)D_Flip_Flop uut (.clk(clk), .set(set), .D(D), .clr(clr), .q(q);initial begin/ Initialize Inputsclk=0;set=1;D=0; clr=0;/ Wait 100 ns for global reset to finish#100;/ Add stimulus hereEndalways#10clk=clk;always#12D=D;always#33clk=clk;always#42set=set;endmodule仿真结果

4、：三、分析与讨论由仿真结果可以看出该电路完成了想要实现的逻辑功能（即边沿D触发器），通过这次实验我大体了解了ISE软件和Verilog程序语言.组合逻辑电路实验一、 实验目的及其设计要求1）学习使用ISE软件生成一个新工程文件2）学习使用HDL进行电路设计3）学会编辑顶层文件和用户约束文件4）熟悉仿真及综合及实现还有FPGA配置等5） 熟悉在BASYS2开发板上的简单外围设备的控制6）使用HDL设计一个新的逻辑功能并验证，本实验设计的逻辑功能函数表达式为：。7） 设计一个4选1多路选择器，并在开发板上验证。8） 完成4位数码管动态显示设计，实现将8个SW输入的两位十六进制对应的8421BCD码

5、，显示在数码管上。二、 组合逻辑电路实验任务任务1：逻辑功能函数表达式设计实验方法和步骤(1) 建立工程文件,输入HDL程序如下:(2) module gate2(3) input a,(4) input b,(5) input c,(6) input d,(7) output z(8) );(9) assign z=(a&b)|(c&d);(10) endmodule(11) 编写约束文件:NET a LOC=P11;NET b LOC=L3;NET c LOC=K3;NET d LOC=B4;NET z LOC=M5;(12) 综合、实现及生成编程文件；仿真,设计下载:仿真测试文件如下:m

6、odule gates2test;/ Inputsreg a;reg b;reg c;reg d;/ Outputswire y;/ Instantiate the Unit Under Test (UUT)gates4uut (.a(a), .b(b), .c(c), .d(d), .y(y);initial begin/ Initialize Inputsa = 0;b = 0;c = 0;d = 0;/ Wait 100 ns for global reset to finish#100;/ Add stimulus here#100;a=0;b=0;c=0;d=1;#200;a=0;b

7、=0;c=1;d=0;#200;a=0;b=0;c=1;d=1;#200;a=0;b=1;c=0;d=0;#200;a=0;b=1;c=0;d=1;#200;a=0;b=1;c=1;d=0;#200;a=0;b=1;c=1;d=1;#200;a=1;b=0;c=0;d=0;#200;a=1;b=0;c=0;d=1;#200;a=1;b=0;c=1;d=0;#200;a=1;b=0;c=1;d=1;#200;a=1;b=1;c=0;d=0;#200;a=1;b=1;c=0;d=1;#200;a=1;b=1;c=1;d=0;#200;a=1;b=1;c=1;d=1;#200;endendmodul

8、e仿真结果:任务2：4选1多路选择器的设计与验证实验方法和步骤（1）建立工程文件, 输入HDL程序如下:module MUX( input wire a, input wire b, input wire c, input wire d, input wire s1, input wire s2, output wire y ); assign y=(a&(s1)&(s2)|(b&(s1)&(s2)|(c&(s1)&(s2)|(d&(s1)&(s2); (2) 编写约束文件:NETs1LOC=P11;NETs2LOC=L3;NETaLOC=K3;NETbLOC=B4;NETcLOC=G3;NE

9、TdLOC=F3;NETyLOC=M5;(3)综合、实现及生成编程文件；仿真，设计下载：仿真测试文件如下：#100a=1;b=0;c=0;d=0;s1=0;s2=0;#400a=0;b=1;c=0;d=0;s1=0;s2=1;#400a=0;b=0;c=1;d=0;s1=1;s2=0;#400a=0;b=0;c=0;d=1;s1=1;s2=1;end仿真结果：任务3：4位数码管动态显示设计实验方法和步骤建立工程文件，输入HDL程序如下：module x7seg(input wire7:0x,input wire clk,input wire clr,output reg6:0a_to_g,ou

10、tput reg3:0an );wire 1:0s;reg 3:0digit;reg19:0clkdiv;assign s=clkdiv19:18;always(*)case(s)0:digit=x7:4;1:digit=x3:0;2:digit=0;3:digit=0;default:digit=x7:4;endcasealways(*)case(digit)0:a_to_g=7b0000001;1:a_to_g=7b1001111;2:a_to_g=7b0010010;3:a_to_g=7b0000110;4:a_to_g=7b1001100;5:a_to_g=7b0100100;6:a_

11、to_g=7b0100000;7:a_to_g=7b0001111;8:a_to_g=7b0000000;9:a_to_g=7b0000100;hA:a_to_g=7b0001000;hB:a_to_g=7b1100000;hC:a_to_g=7b0110001;hD:a_to_g=7b1000010;hE:a_to_g=7b0110000;hF:a_to_g=7b0111000;default:a_to_g=7b0000001;endcasealways(*)beginan=4b1111;ans=0;endalways(posedge clk or posedge clr)beginif(c

12、lr=1)clkdiv=0;elseclkdiv=clkdiv+1;endendmodule (2) 编写约束文件：NETa_to_g0LOC=M12;NETa_to_g1LOC=L13;NETa_to_g2LOC=P12;NETa_to_g3LOC=N11;NETa_to_g4LOC=N14;NETa_to_g5LOC=H12;NETa_to_g6LOC=L14;NETan3LOC=K14;NETan2LOC=M13;NETan1LOC=J12;NETan0LOC=F12;NETclkLOC=B8;NETclrLOC=G12;NETx0LOC=P11;NETx1LOC=L3;NETx2LOC

13、=K3;NETx3LOC=B4;NETx4LOC=G3;NETx5LOC=F3;NETx6LOC=E2;NETx7LOC=N3;(3)综合、实现及生成编程文件，设计下载。三、讨论与分析由任务一仿真结果可以看出该设计完成了想要实现的逻辑功能（即），仿真图中a=1、b=1、c=0、d=1时， y=1，与理论结果相同；由任务二仿真结果可以看出该设计完成了想要实现的逻辑功能（即4选1多路选择器），与理论结果相同。将任务三的程序下载到BASYS2板子上后，通过改变选择八个开关的0-1状态，我们发现每两个数码管将分别显示一位16进制数（按10进制显示），实现了4位数码管动态显示的功能。通过这次实验我对组合

14、逻辑电路有了进一步的认识，并对语言有了初步的了解，为下一步实验打好了基础。 时序逻辑电路实验一、 设计要求1） 设计一个秒脉冲发生器，用LED指示秒脉冲的发放。（检查秒脉冲发生器的精度，能将1秒的脉冲周期改为2秒或3秒等）。2） 试设计一个带有异步清零和同步置数信号的4位寄存器，并在开发板上验证。实验前编写好HDL源文件、用户约束文件和仿真文件，并给出仿真波形。二、 时序逻辑电路实验任务任务1：秒脉冲发生器的设计实验方法和步骤(1) 建立工程文件，输入HDL程序如下：module miaomaichong(input clk,clr,output reg6:0 a_to_g,output wi

15、re3:0 an,output reg3:0q);assign an=4b1110; reg 26:0 counter;always (posedge clk)if(counter=25000000) counter = 0; else counter = counter+1;reg clk_div; always (posedge clk)if(counter=25000000) clk_div = clk_div; always(posedge clk_div or posedge clr)beginif(clr=1)q=0;else if(q=9)q=0;else q=q+1;endal

16、ways(*)case(q)0:a_to_g=7b0000001;1:a_to_g=7b1001111;2:a_to_g=7b0010010; 3:a_to_g=7b0000110;4:a_to_g=7b1001100;5:a_to_g=7b0100100;6:a_to_g=7b0100000;7:a_to_g=7b0001111;8:a_to_g=7b0000000;9:a_to_g=7b0000100;default:a_to_g=7b0000001;endcaseendmodule(2) 编写约束文件：NETa_to_g0LOC=M12;NETa_to_g1LOC=L13;NETa_to

17、_g2LOC=P12;NETa_to_g3LOC=N11;NETa_to_g4LOC=N14;NETa_to_g5LOC=H12;NETa_to_g6LOC=L14;NETan0LOC=F12;NETan1LOC=J12;NETan2LOC=M13;NETan3LOC=K14;NETclkLOC=B8;NETclrLOC=P11;NETq3LOC=G1; /LED7NETq2LOC=P4; /LED6NETq1LOC=N4; /LED5NETq0LOC=N5; /LED4(3) 综合、实现及生成编程文件，设计下载。任务2：带有异步清零和同步置数信号的4位寄存器设计实验方法和步骤（1）建立工程文

18、件，输入HDL程序如下：module register(input load,inputclk,inputclr,input wire3:0d,outputreg3:0q );/定义足够大的计数器，使时钟脉冲的周期可分辨reg 27:0q1;always(posedgeclk or posedgeclr)beginif(clr=1)q1=0;elseq1=q1+1;endassignmclk=q127;/实现异步清零，同步置数功能always(posedgemclk or posedgeclr)if(clr=1)q=0;else if(load=1)q=d;endmodule(2) 编写约束文

19、件：ProjectNew Source选Implantation Constraints File输入文件名：register点击Next按钮点击Finish按钮输入ucf文件如下：NETclkLOC=B8;NETclrLOC=P11;NETloadLOC=L3;NETd0LOC=K3;NETd1LOC=B4;NETd2LOC=G3;NETd3LOC=F3;NETq0LOC=M5;NETq1LOC=M11;NETq2LOC=P7;NETq3LOC=P6;（3） 综合、实现及生成编程文件；仿真，设计下载：仿真测试文件如下：moduleregistertest;/ Inputsreg load;r

20、egclk;regclr;reg 3:0 d;/ Outputswire 3:0 q;/ Instantiate the Unit Under Test (UUT)registeruut (.load(load), .clk(clk), .clr(clr), .d(d), .q(q);initial begin/ Initialize Inputsload = 0;clk = 0;clr = 0;d = 4b0101;/ Wait 100 ns for global reset to finish#100;endalways #24 load=load;always #10 clk=clk;a

21、lways #42 clr=clr;endmodule仿真结果：寄存器清零信号有效时的仿真结果寄存器置数信号有效时的仿真结果三、讨论与分析将任务一的程序下载到BASYS2板子上后，可实现秒脉冲发生器的功能。由任务二的仿真结果可以看出，当清零信号有效时（clr=1），无论输入数据为何值（此时为0101），寄存器的数据都被清零（即q=0000）；当置数信号有效且清零信号无效时（load=1且clr=0），输入数据（此时为0101）被寄存到寄存器中（即q=0101）；通过这次实验我学习使用HDL进行时序电路设计，并且学习编辑顶层文件和用户约束文件，并且熟悉了同步与异步的概念及实现方法，熟悉在Basy

22、s2开发板简单外围设备的控制，了解了时钟的分频方法及占空比的调节。HDL综合实验一、 设计要求数字钟：设置一个完整的数字钟，小时和分钟用数码管显示，秒用发光二极管闪烁显示，每秒闪烁一次。如有可能，请增加校时功能。二、 HDL综合实验任务数字钟的设计实验方法和步骤(1) 建立工程文件，输入HDL程序如下：moduleclocktjjs(inputclk,inputclr,input 1:0FLAG,input 5:0Stime,inputSetH,inputSetM,outputSflash,outputreg6:0a_to_g,outputreg3:0an );reg 3:0cent60L;r

23、eg 3:0cent60H;reg 3:0cent24L;reg 3:0cent24H;reg 3:0LED1,LED2,LED3,LED4;reg 1:0s;reg 3:0digit;reg 16:0clkdiv;reg 26:0q1;reg sec;integerss;integeri;initial begincent60L=9;cent60H=5;cent24L=3;cent24H=2;ss=0;LED4=cent60L;LED3=cent60H;LED2=cent24L;LED1=cent24H;endalways(*)beginan=4b1111;s=clkdiv16:15;ans

24、=0;case(s)0:digit=LED1;1:digit=LED2;2:digit=LED3;3:digit=LED4;default:digit=LED4;endcasecase(digit)0:a_to_g=7b0000001;1:a_to_g=7b1001111;2:a_to_g=7b0010010;3:a_to_g=7b0000110;4:a_to_g=7b1001100;5:a_to_g=7b0100100;6:a_to_g=7b0100000;7:a_to_g=7b0001111;8:a_to_g=7b0000000;9:a_to_g=7b0001100;hA:a_to_g=7

25、b0001000;hB:a_to_g=7b1100000;hC:a_to_g=7b0110001;hD:a_to_g=7b1000010;hE:a_to_g=7b0110000;hF:a_to_g=7b0111000;default:a_to_g=7b0000001;endcaseendalways(posedgeclk)beginclkdiv=clkdiv+1;end/时钟程序，计时加校时always(posedgeclk or posedgeclr)beginif(clr=1)beginq1=0;LED1=0;LED2=0;LED3=0;LED4=0;cent60L=0;cent60H=0

26、;cent24L=0;cent24H=0;ss=0;endelse if(FLAG=2b10)/调分状态beginif(SetM)beginif(Stime=59)beginfor(i=0;i6;i=i+1)beginif(Stime5:0-i*1010)begincent60L=Stime5:0-i*10;cent60H=i;i=6;endendendelsebegincent60H=0;cent60L=0;endss=0;LED43:0=cent60L3:0;LED33:0=cent60H3:0;endendelse if(FLAG=2b11)/调时状态beginif(SetH)begin

27、if(Stime=23)beginfor(i=0;i=3;i=i+1)beginif(Stime5:0-i*1010)begincent24L=Stime5:0-i*10;cent24H=i;i=6;endendendelsebegincent24L=0;cent24H=0;endss=0;LED23:0=cent24L3:0;LED13:0=cent24H3:0;endendelse if(FLAG=2b00)beginif(q1=50000000)beginq1=0;sec=sec;LED43:0=cent60L3:0;LED33:0=cent60H3:0;LED23:0=cent24L3

28、:0;LED13:0=cent24H3:0;ss=ss+1;if(ss=59)beginss=0;cent60L=cent60L+1;if(cent60L=9)begincent60L=0;cent60H=cent60H+1;endif(cent60H=5¢60L=9)begincent60L=0;cent60H=0;cent24L=cent24L+1;if(cent24L=9)begincent24L=0;cent24H=cent24H+1;endif(cent24H=2¢24L=3)begincent24L=0;cent24H=0;endendendendelseq1=q1+1;endendassignSflash=sec;endmodule(2) 编写约束文件：NETa_to_g6LOC=L14;NETa_to_g5LOC=H12;NETa_to_g4LOC=N14;NETa_to_g3LOC=N11;NETa_to_g2LOC=P12;NETa_to_g1LOC=L13;NETa_to_g0LOC=M12;NETan3LOC=F12;NETan2LOC=J12;NETan1LOC=M13;NETan0LOC=K14;NETclkLOC=B8;NETclrLOC=G1