二位十进制计数器

EDA技术及应用讲座作业
题目：基于EDA的二位十进制计数器
学校：中南大学
学科专业：生物医学工程
学生：
学号： 0405080704 任课教师：
完成日期： 2011 年 5 月 19日
基于EDA的二位十进制计数器
一实验目的
1了解QuartusII软件及基本操作；
2熟悉图形编辑器 Graphic Editor File 的设计方法；
3熟悉VHDL 语言设计方法；
4掌握简单计数器的图形设计方法和VHDL语言设计方法。

二任务要求
用两种EDA设计方法设计一个二位十进制计数器，具体要求如下：
1能累加计时；
2能循环计时（当计时到我们所需的数值时，能清零继续计数）；
3能通过一个开关来选择计数器进制数；
4要求分别用图形设计方法和VHDL语言两种方法实现该设计；
5分析比较两种设计方法。

三计数器原理及其EDA实现方法
计数是一种最简单基本的运算，计数器就是实现这种运算的逻辑电路，计数器在数字系统中主要是对脉冲的个数进行计数，以实现测量、计数和控制的功能，同时兼有分频功能，计数器是由基本的计数单元和一些控制门所组成，计数单元则由一系列具有存储信息功能的各类触发器构成，这些触发器有RS触发器、T触发器、D触发器及JK触发器等。

在EDA设计中，可以采用两种方法来实现简单的计数器。

采用图形设计方法，设计者可以调用设计软件提供的库元件，如基本的逻辑器件与门、或门、四位十进制计数器74160等等，并将这些元件以一定方式连接，从而构成目标计数器；采用VHDL语言设计方法，设计者只要根据VHDL语言规则定义目标计数器的管脚，并描述目标计数器的功能，然后设计软件便可以自动综合出目标计数器，采用这种设计方法，设计者不用考虑实际可用硬件的构成方式，因此很灵活方便。

本作业将利用Alter公司的设计软件Quartus II 9.1分别采用以上两种方法来实现一个二位十进制计数器，该计数器有两个可选进制24进制和12进制，可以通过一个开关来改变进制。

该计数器在输入时钟的驱动下可以在00到24（或12）间循环计数，并将当前计数的十位和个位以BCD码输出。

四具体方案
4.1 图形设计方法
1设计思路
我采用了两个同步十进制计数器74160来实现二位十进制计数器，其原理图如图1所示。

图1中将个位计数器ONES的输出H0[0]-H0[3]通过一个或非门连接到十位计数器TENS的时钟输入，从而实现个位到十位的进位。

当H0[0]-H0[3]，由“1001”变为“0000时”，或非门将产生一个上升沿，从而触发十位数计数器加1。

74160具有一个异步清零脚（CLRN）和一个同步置数脚（LDN），我采用了同步置数脚来实现该计数器的循环计数。

图1中24进制计数情况下，当两个计数器的输出为23（即“00100011”）时，通过一个与非门产生一个下降沿并输入到两个计数器的同步置数端，从而实现了循环计数。

12进制计数时，只要输出为
11（即“00010001”）时便产生置数信号。

图1中多路复用器Multiplexer用来选择进制数，由开关SWI控制，如果SWI为高电平，则选通A->Y 的通道，即选择了24进制计数；如果SWI为高电平，刚选通B->Y通道，即选择了12进制计数。

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4.2 VHDL语言设计方法
1设计思路及代码
利用VHDL语言设计电路，只要正确描述目标电路的功能，然后由设计软件综合而到最终的逻辑电路。

下面是设计该二位十进制计数器的程序代码，其功能与上面图形设计方法所得计数器基本一样，只是多一个复位功能。

library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
use ieee.std_logic_unsigned.all;
entity Counter24VHDL is
port(Rst:in std_logic;--复位，低电平有效
hCLK:in std_logic; --时钟输入
SWI:in std_logic;--开关输入，用于选择24（高电平）或12（低电平）进制计数hour0,hour1:out std_logic_vector(3 downto 0));--个位与十位BCD码输出
end entity Counter24VHDL;
architecture one of Counter24VHDL is
signal hour0_t,hour1_t:std_logic_vector(3 downto 0); --个位与十位缓冲器
begin
process(Rst,hCLK,SWI)
begin
if Rst='0' then
hour0_t<="0000" ;hour1_t<="0000";
elsif hCLK'event and hCLK='1' then
if SWI='1' and hour0_t="0011"and hour1_t="0010"then
hour0_t<="0000";hour1_t<="0000";
elsif SWI='0' and hour0_t="0001"and hour1_t="0001"then
hour0_t<="0000";hour1_t<="0000";
elsif hour0_t="1001"then
hour0_t<="0000";hour1_t<=hour1_t+1;
else
hour0_t<=hour0_t+1;
end if;
end if;
hour0<=hour0_t;
hour1<=hour1_t;
end process;
end one;
2 仿真波形。