实验二 异步清零和同步使能的4位计数器

西南科技大学
实验报告FPGA现代数字系统设计
实验题目：含异步清零和同步使能的4位加法计数器专业班级：
学生姓名：
学生学号：
实验时间：
指导教师：
实验二含异步清0和同步使能的4位加法计数器
一、实验目的：
学习时序电路的设计、仿真和硬件测试，进一步熟悉VHDL技术。

二、原理说明：
图2.1是一含计数使能、异步复位和计数值并行预置功能4位加法计数器，例2.1是其VHDL描述。

由图2-1所示，
4位锁存器；
rst是异步清0信号，高电平有效；
clk是锁存信号；
D[3..0]是4位数据输入端。

ENA是使能信号，当ENA为'1'时，多路选择器将加1器的输出值加载于锁存器的数据端；当ENA为'0'时将"0000"加载于锁存器。

图2-1含计数使能、异步复位和计数值并行预置功能4位加法计数器
三、实验内容：
1、在QuartusII上对例2-1进行编辑、编译、综合、适配、仿真。

说明例中各语句
的作用，详细描述示例的功能特点，给出其所有信号的时序仿真波形。

【例2-1】
module CNT4B(CLK,RST,ENA,CLK_1,RST_1,ENA_1,OUTY,COUT);//端口声明
input CLK,RST,ENA;
output CLK_1,RST_1,ENA_1;
output[3:0] OUTY;
output COUT;
reg[3:0] OUTY;
reg COUT;//寄存器变量OUTY，位宽为1
wire CLK_1;
wire RST_1;
wire ENA_1;
assign CLK_1 = CLK;
assign RST_1 = RST;
assign ENA_1 = ENA;
always@(posedge CLK or negedge RST) /*当CLK上升沿或者RST上升沿时，触发always模块执行*/
begin
if(!RST)
begin
OUTY<=4'b0000;
COUT<=1'b0;/*当复位信号等于0时，计数OUTY、COUT置0*/
end
else
if(ENA) /*当使能信号为1时，计数器计数工作*/
begin
OUTY<=OUTY+1;
COUT<=OUTY[0] & OUTY[1] & OUTY[2] & OUTY[3]; /*计数显示*/
end
end
endmodule
2保存计数器程序为CNT4B.vhd，进行功能仿真、全编译、时序仿真，如出现错误请按照错误提示进行修改，保证设计的正确性。

3锁定引脚
pin location DE2上的名称
ENA PIN_N25SW[0]
CLK PIN_G26KEY0
RST PIN_N23KEY1
OUTY[0]PIN_AC21LEDR[7]
OUTY[1]PIN_AA14LEDR[8]
OUTY[2]PIN_Y13LEDR[9]
OUTY[3]PIN_AA13LEDR[10]
COUT PIN_Y12LEDG[8]
CLK_1PIN_AE22LEDG[0]
RST_1PIN_AF22LEDG[1]
ENA_1PIN_AE23LEDR[0]
4下载
采用JATG方式进行下载，通过ENA,CLK,RST输入，观察的LEDR[0]，LEDR[7]，LEDR[8]，LEDR[9]，LEDR[10]，LEDG[0]，LEDG[1]，LEDG[8]亮灭验证计数器的
逻辑功能。

5使用SIGNALTAP II对CNT4B计数器中的COUT, OUTY进行实时测试。

四、实验结果与分析
功能仿真：
时序编译：
时序仿真：
下载情况：
最终结果：
五、思考题
1、改写例2-1，用两个always语句实现模块功能？
答：module CNT4B(CLK,RST,ENA,CLK_1,RST_1,ENA_1,OUTY,COUT);
input CLK,RST,ENA;
output CLK_1,RST_1,ENA_1;
output[3:0] OUTY;
output COUT;
reg[3:0] OUTY;
reg COUT;
wire CLK_1;
wire RST_1;
wire ENA_1;
assign CLK_1 = CLK;
assign RST_1 = RST;
assign ENA_1 = ENA;
always@(posedge CLK or negedge RST)
begin
if(!RST)
begin
OUTY<=4'b0000;
COUT<=1'b0;
end
else
OUTY= OUTY+1；
always@（OUTY）
if(ENA)
begin
OUTY<=OUTY+2’b1;
COUT<=OUTY[0] & OUTY[1] & OUTY[2] & OUTY[3];
end
end
assign COUT<=OUTY[0] & OUTY[1] & OUTY[2] & OUTY[3];
endmodule
2、逻辑分析仪的功能是什么？它在FPGA设计中的作用是什么？简述SIGNALTAP II的使用流程。

答：逻辑分析仪可以监测硬件电路工作时的逻辑电平（高或低），并加以存储,用图形的方式直观地表达出来，便于用户检测,分析电路设计(硬件设计和软件设计) 中的错误。

逻辑分析仪在FPGA的作用主要是用于调试。

SIGNALTAP II的使用流程：设计人员在完成设计并编译工程后，建立SignalTap II (.stp)文件并加入工程、配置STP文件、编译并下载设计到FPGA、在Quartus II软件中显示被测信号的波形；在测试完毕后将该逻辑分析仪从项目中删除。