数字电路与数字逻辑实验指导书

数字电路与数字逻辑

实验指导书

目录

实验一：Quartus II软件操作 (3)

实验二：数据选择器和译码器功能验证 (14)

实验三：数据选择器和译码器应用 (17)

实验四：触发器的应用 (19)

实验五：计数器的功能验证 (21)

实验六：计数器的应用 (22)

实验七：寄存器的功能验证 (23)

附录： (24)

实验一：Quartus II软件操作

实验目的和要求：

1、了解并掌握QuartusII软件的使用方法。

2、了解并掌握仿真（功能仿真及时序仿真）方法及验证设计正确性。

3、了解并掌握EDA QuartusII中的原理图设计方法。

实验内容：

本实验通过简单的例子介绍FPGA开发软件QuartusII的使用流程，包括图形输入法的设计步骤和仿真验证的使用以及最后的编程下载。

图形编辑输入法也称为原理图输入设计法。用Quartus II的原理图输入设计法进行数字系统设计时，不需要了解任何硬件描述语言知识，只要掌握数字逻辑电路基本知识，就能使用QuartusII提供的EDA平台设计数字电路或系统。

QuartusII的原理图输入设计法可以与传统的数字电路设计法接轨，即把传统方法得到的设计电路的原理图，用EDA平台完成设计电路的输入、仿真验证和综合，最后编程下载到可编程逻辑器件(FPGA/CPLD)或专用集成电路(ASIC)中。实验步骤：

在QuartusII中通过原理图的方法，使用与门和异或门实现半加器。

第1步：打开QuartusII软件。

第2步：新建一个空项目。

选择菜单File->New Project Wizard，进入新建项目向导。如下图所示，填入项目的名称“hadder”，默认项目保存路径在Quartus安装下，也可修改为其他地址，视具体情况而定。

第3步：单击Next按钮，进入向导的下一页进行项目内文件的添加操作，如果没有文件需要添加进项目，则直接点击Next按钮既可。

第4步：选择CPLD/FPGA器件，如下图所示，选择芯片系列为“MAX II”，型号为“EPM240T100C5”。

第5步：向导的后面几步不做更改，直接点击Next即可，最后点击Finish结

束向导。到此即完成了一个项目的新建工作。

第6步：新建一个图形文件。选择File->New命令，选择“Diagram/Schematic File”，点击OK按钮完成。将该图形文件另存为hadder.bdf。图形编辑窗口如下图所示，窗口左边是图形编辑工具条。

第7步：在图形编辑窗口的空白处双击，打开符号库窗口，如左下图所示。展开符号库“c://.../libraries/”，可以看到有三个类别，分别是“megafunctions”——表示具有宏功能的符号，“others”——主要是一些常用的集成电路符号，“primitives”——主要是一些基本门电路符号、引脚和接地、电源符号等。窗口中的“name”框可快速检索到需要的符号，例如当输入型号“7408”，符号库立刻找到相应集成电路的符号，如右下图所示。

第8步：选择好需要的符号后，单击OK按钮，界面将回到原理图编辑界面，然后单击左键即在窗口内放置该符号。再用同样的方法，在“name”框中输入“xor”即可找到异或门的符号；如下图所示。

第9步：在图形编辑窗口中分别放置与门“7408”和异或门“xor”，如下图所示。

第10步：再次打开符号，在“name”栏中输入“input”，符号库自动在库中找到输入“input”符号（如左下图所示），并选中“Repeat-insert mode”点击OK 按钮，可反复在编辑窗口中放入输入符号，直单击右键取消放置为止。由于输入信号一共有2个，所以需要放入2个输入符号，并将2个输入符号命名为a和b。用

同样的方法放置2个输出“output”符号，并分别命名为s、cout。再选择工具栏中的按钮，将各符号连接起来，结果如右下图所示。

第11步：保存图形文件，进行语法检查和编译。

通过快捷按钮，对上面的代码进行语法检查和综合，同时在信息（Messages）窗口中显示检查结果，如程序中有错误，也将指出错误的地方以便修正。如果没有错误，则使用快捷按钮进行编译。编译结束后会自动打开一个编译报告（Compilation Report）窗口，如图所示。

第12步：仿真。在开发板上实现该电路之前，可以先在Quartus软件中对电路进行功能仿真，以测试电路逻辑的正确性。在仿真之前，先要建立一个矢量波形文件，包含输入信号的波形，并指定需要观察的输出信号。执行File->New命令，选择“Other Files”选项页中Vector Waveform File，并单击OK按钮，打开矢量波形编辑器窗口，如下图所示。

第13步：另存矢量波形文件为hadder.vwf。执行Edit->Insert Node or Bus命令，将需要仿真的输入和输出节点加入到波形中来。其窗口如下图所示。可以在Name框中直接输入节点的名称，也可点击Node Finder按钮，打开节点搜索窗口，如下图所示。在Filter下拉框中选择所要寻找的节点类型，这里选择“Pins：all”，点击List 按钮，在Nodes Found框中列出所有的引脚。

第14步：选择所有引脚，单击按钮，将所有引脚添加到Selected Nodes框中，再按OK按钮返回波形编辑器窗口，如下图所示。选择波形工具栏中的按钮，在波形图上左击或右击分别进行波形的放大和缩小。

第15步：编辑a和b的输入波形，再由仿真器输出y的波形。首先选中需要编辑的波形区间，再选择波形工具栏中的按钮，对选中区间进行置1或0。最后的输入波形如下图所示，保存矢量波形文件。

第16步：功能仿真。

选择Processing->Simulator Tool，窗口如下图所示。选择仿真模式（Simulator mode）为“Functional”，并选择hadder.vwf文件作为仿真输入（Simulation input）波形文件。点击Generate Functional Simulation Netlist按钮，生成仿真网表。然后