EDA论文用程序输入法设计16位二进制加法计算器

用程序输入法设计16位二进制加法计算器班级 xxxx 姓名 xxx 学号 xxxxx

内容提要:

计数器是数字系统中使用较多的一种时序逻辑器件。计数器的基本功能是统计时钟脉冲的个数，即对脉冲实现计数操作。计数器也可以作为分频、定时、脉冲节拍产生器和脉冲序列产生器使用。计数器的种类很多，按构成计数器中的各触发器是否使用一个时钟脉冲源来分，可分为同步计数器和异步计数器；按进位体制的不同，可分为二进制计数器、十进制计数器和任意进制计数器；按计数过程中数字增减趋势的不同，可分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器；还有可预制数和可编计数器等等。本次课程设计将利用众多集成电路软件软件中的Quartus II软件，使用VHDL语言编程完成论文《用程序输入方法设计一个16位二进制加法计数器》，调试结果表明，所设计的计数器正确实现了计数功能。

关键词：二进制；加法计数器；VHDL语言

1问题分析

计数器是数字系统中使用较多的一种时序逻辑器件。计数器的基本功能是统计时钟脉冲的个数，即对脉冲实现计数操作。其工作原理可概述为：当输入时钟脉冲的一个上升沿（也可以是下降沿）来临时，二进制数据的低一位加1（或减1），并向高位进1（或借1）。在没

有外部约束条件时，计数器可进行与其二进制位数对应的数值的相应进制的自循环计数，如位数为3的计数器可进行8进制的自循环加法或减法计数。

可根据需要来设置计数器的位数，并通过外部约束条件来人为设定计数器的计数模数，来得到计数进制符合需要的N 进制计数器。所谓N 进制计数器，是指一个计数器的计数过程，在经历时钟脉冲信号的个为N 之后，二进制数据又回到初始状态的计数器。

表1.1计数器的状态表

图1.1计数器的状态图

2 设计原理

本论文所设计的16位二进制加法计数器，其中16位计数器输出Q[15..0]=0000000000000000，时钟CLK 的上升沿到来时，计数器处于预置工作状态，输出Q[15..0]= D[15..0]，D[15..0]是16位并行数据输入端，COUT 是进位输入端，当UPDOWN=0(进行加法操作)且输出Q[15..0]=1111111111111111时，COUT=1表示进位输出。

3 程序

ENTITY CNT16 IS

PORT (CLK : IN BIT;

Q : BUFFER INTEGER RANGE 65535 DOWNTO 0 );

END;

ARCHITECTURE bhv OF CNT16 IS

BEGIN

PROCESS (CLK) BEGIN

IF CLK'EVENT AND CLK = '1' THEN

Q <= Q + 1; END IF;

END PROCESS;

END bhv;

4 编译与仿真

1.编辑文件

（1）启动Quartus，双击桌面上的QuartusⅡ图标或单击开始按扭，启动QuartusⅡ。（2）编辑文件，单击标题栏中的File→New对话框。单击New对话框的Device Design Files 选项卡，选择编译文件的语言类型。这里选择VHDL Files，选好后单击【OK】按钮，打开VHDL 文本编辑器窗口，并在其中输入图1所示的程序。

图1 文本编辑器

输入完成之后，单击File→Save As选项，将编辑的文本文件存在已建立的文件夹c:\Users下，存盘文件名应该与VHDL程序的实体名一致，即Vhdl1.vhd。当出现问句Do you want to create…时，可选“否”。

2.创建工程

（1）打开建立新工程向导，单击File→New Project Wizard菜单，出现新建工程向导对话框，单击【Next】按钮，出现如图2所示的工程基本设置对话框。

在最上面的输入框中输入工作库文件夹的地址，本例为C:\User/GongYu/Desktop/EDA/cnt16，或者单击该对话框最上一栏右侧的【…】按钮，出现选择文件夹的目录。

(2) 将设计文件加入工程中，单击图5中的【Next】按钮，在弹出的对话框中，将与本工程有关的文件加入，有两种方法：一种是单击右边的【Add All】按钮，将设定工程目录中的所有VHDL文件加入到工程文件栏；另一种是单击【Add …】按钮，从工程目录中选出相关的VHDL文件。

图2中间的输入框就是该工程的名称，一般可以用顶层文件的名称作为工程名称，本例的顶层文件名是cnt16。最下面的输入框要求输入顶层设计文件实体的名称，本例顶层文件的实体名称是cnt16。

图2 工程基本设置和情况

(3) 选择仿真器和综合器类型，单击图2中的【Next】按钮，这时弹出选择仿真器和综合器类型的窗口。如果选择默认的NONE，表示使用QuartusⅡ中自带的仿真器和综合器。

(4) 选择目标芯片，单击【Next】按钮，根据系统设计的实际需要选择目标芯片。首先在Family 栏选择芯片系列。在此栏下方，询问选择目标器件的方式，选No，表示允许编程器自动选择该系列中的一个器件；单击Yes选项，表示手动选择。本例采用手动选择，单击【Next】按钮，选择此系列的具体芯片：EP20K30ETC144-1。单击【Next】按钮后，弹出工程设置统计窗口。

(5) 结束设置，最后单击【Finish】按钮，结束设置。在QuartusⅡ主窗口的左侧。

3.目标芯片的配置

(1) 选择目标芯片，单击标题栏中的Assignments→Settings菜单，在弹出的对话框中选Category下的Device选项，然后在右侧选择目标芯片EP20K30ETC144-1（此芯片已在建立工程时选定了）。也可在Available devices栏分别单击Package（封装形式）、Pin count（管脚数量）和Speed（速度）来选定芯片。

(2) 选择目标器件编程配置方式，单击【D evice & Pin Options…】按钮进入器件与管脚操作对话框，首先选择Configuration项，在此框的下方有相应的说明，在此可选Configuration方式为Passive Serial，这种方式可以直接由PC机配置，也可由专用配置器件进行配置。使用的配置器件选Auto（系统自动配置），如图3所示。

图3 配置选项卡

(3) 选择输出配置，单击Programming Files选项卡，可以选Hexadecimal，即产生下载文件的同时，产生十六进制配置文件，Start（起始地址）设为0，Count（计数）设为Up（递增方式）。