含异步清零和同步加载的十进制加法计数器的设计

实验二设计含异步清零和同步使能的加法计数器

1.实验目的

学习计数器的设计、仿真和硬件测试，进一步熟悉VHDL设计技术。

2．实验内容或原理

在Quartus II 上对源程序进行编辑、编译、综合、适配、仿真。说明源程序各语句的作用，详细描述其功能特点，给出其所有信号的时序仿真波形。RST为异步清零信号，高电平有效；CLK是锁存信号；EN为计数使能信号，LOAD为加载控制信号，DATA为预置数。当时钟信号CLK、加载控制信号LOAD、复位信号RST或时钟使能信号EN中任一信号发生变化，都将启动进程语句PROCESS。此时如果RST为‘0’，将对计数器清零，即复位，这项操作是独立于CLK的，因而称异步。

3．实验仪器

（1）GW48系列SOPC/EDA实验开发系统

（2）配套计算机及Quartus II 软件

4．实验步骤

（1）完成含异步清零和同步使能的加法计数器的VHDL描述，并对其进行波形仿真，确定结果正确。

（2）建议选择实验电路模式5对该设计进行硬件验证。

5. VHDL仿真实验

（1）为此工程新建一个文件夹。启动QuartusII软件工作平台，新建工程设计文件名为。在新建的VHDL模型窗口下编写源程序代码如下：

LIBRARY IEEE;

USE CNT10 IS

PORT (CLK,EN,RST,LOAD: IN STD_LOGIC;

DATA: IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);

DOUT: OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);

COUT: OUT STD_LOGIC );

END;

ARCHITECTURE behav OF CNT10 IS

BEGIN

PROCESS(CLK,RST,EN,LOAD)

VARIABLE Q:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);

BEGIN

IF RST='0' THEN Q:=(OTHERS=>'0');

ELSIF CLK'EVENT AND CLK='1' THEN

IF EN='1' THEN

IF (LOAD='0') THEN Q:=DATA;ELSE

IF Q<9 THEN Q:=Q+1;

ELSE Q:=(others=>'0');

END IF;

END IF;

END IF;

END IF;

IF Q="1001" THEN COUT<='1';

ELSE COUT<='0';

END IF;

DOUT<=Q;

END PROCESS;

END behav;

（2）创建工程及全程编译。完成源代码输入后即可创建工程然后进入全程编译，检查设计是否正确。选择Tools->Netlist Viewers->RTL Viewers命令，即HDL 的RTL级图形观测器，选择好后即自动弹出计数器设计的RTL电路，如下图：

（3）仿真。建立波形编辑文件进行功能仿真，仿真结果如下图所示，在脉冲上升沿出现时，只要满足RST=1，EN=1,计数器就开始计数。

（4）硬件测试。完成仿真实验后，若仿真结果无误，则进行锁脚，然后下载到FPGA实验箱上进行硬件测试。

选择试验箱的模式为模式5，时钟CLK选择为CLOCK0（PIN_28脚）,使能信号EN （PIN_234），复位信号RST(PIN_233)，加载控制信号LOAD（PIN_235）,预置数DATA （PIN_236,237,238,239），进位信号COUT(PIN_1)，4位输出数据总线DOUT[3..0]可由数码1来显示，通过分别接PIO19、PIO18、PIO17、PIO16（它们对应的引脚编号分别为16、15、14、13）

6. 实验报告要求

将实验原理、设计过程、编译仿真波形和分析结果、硬件测试实验结果写进实验报告。

参考资料：参考书：EDA技术实用教程——VHDL版第四版潘松黄继业编著