FPGA 触发器与计数器实验报告

上海电力学院FPGA应用开发实验报告

实验名称：触发器与计数器

专业：电子科学与技术

姓名：

班级：

学号：

1.触发器功能的模拟实现

实验目的：

1．掌握触发器功能的测试方法。

2．掌握基本RS触发器的组成及工作原理。

3．掌握集成JK触发器和D触发器的逻辑功能及触发方式。

4．掌握几种主要触发器之间相互转换的方法。

5．通过实验，体会EPLD芯片的高集成度和多I/O口。

实验说明：

将基本RS触发器，同步RS触发器，集成J-K触发器，D触发器同时集一个FPGA芯片中模拟其功能，并研究其相互转化的方法。

实验的具体实现要连线测试，实验原理如图所示：

2.计数器

在VHDL中，可以用Q<=Q+1简单地实现一个计数器，也可以用LPM来实现。下面分别对这两种方法进行介绍。

方法一：

第1步：新建一个Quartus项目。

第2步：建立一个VHDL文件，实现一个8位计数器。计数器从“00000000”开始计到“11111111”，计数器的模是256。计数器模块还需要包含一个时钟clock、一个使能信号en、一个异步清0信号aclr和一个同步数据加载信号sload。模块符号如下图所示：

第3步：VHDL代码如下：

第4步：将VHDL文件另存为counter_8bit.vhd，并将其设定为项目的最顶层文件，再进行语法检查。

第5步：语法检查通过以后，用KEY[0]表示clock，SW[7..0]表示data，SW[8~10]分别表示en、sload和aclr；LEDR[7..0]表示q。

第6步：引脚分配完成后，编译并下载。

第7步：修改上述代码，把计数器的模更改为100，应如何操作。

模为100的计数器，VHDL代码如下：

方法二：使用LPM实现8位计数器。

LPM是指参数化功能模块，用LPM可以非常方便快捷地实现一个计数器。

第1步：选择Tools->MegaWizard Plug-In Manager命令，打开如下图所示的对话框。

第2步：直接单击Next按钮，出现如下图所示的对话框。如图所示，在左边的选择框中选择“LPM_COUNTER”，在输出文件类型单选框中选中“VHDL”，并输入文件名为“counter_lpm”。

第3步：完成设置后直接单击Next按钮，打开如下图所示的对话框。在输出位数的下拉框中选择“8 bits”，在计数方向的单选框中选中“Up only”。这个设置表示生成的计数器是8位加法计数器。

第4步：独立设计模为七的计数器

第4步：单击Next按钮后，出现如下图所示的对话框。在该对话框中选择添加额外的端口，在这里选中“Count Enable”选项，表示添加了一个计数使能端口，此时在左边的图形符号中可以看到多了一个“cnt_en”的引脚。

第5步：单击Next按钮，打开如下图所示的下一个对话框。在同步输入（Synchronous inputs）处选择“Load”，在异步输入（Asynchronous inputs）处选择“Clear”。表示在计数器中添加了一个同步置数端和一个异步清0端，在左边的图形符号中可以看到又添加了一个aclr、sload和用于置数用的data[7..0]。

第6步：继续单击Next按钮直到结束为止。到此即完成了一个8位计数器的设计，同时生成了一个VHDL文件此couter_lpm.vhd。

第7步：接着需要将生成的couter_lpm.vhd文件添加到项目中，如下图所示，

在项目浏览器窗口中，右击“Device Design Files”，在下拉菜单中选择“Add/Remove Files in Project”命令。

第8步：选择添加文件命令后，打开如下图所示的对话框。在“File name”处可直接输入将添加的文件名，或通过点击右边的浏览按钮，打开浏览窗口，选择需要添加的文件。然后点击右边的Add按钮，即完成。

第9步：将couter_lpm.vhd设定为顶层设计文件，进行语法检查后，执行与方法一相同的操作即可。

3.时钟电路

利用上面设计好的计数器和分频器设计一个实时的时钟。一共需要1个模24计数器、2个模6计数器、2个模10计数器、一个生成1Hz的分频器和6个数码管解码器。最终用HEX5~HEX4显示小时（0~23），用HEX3~HEX2显示分钟（0~59），用HEX1~HEX0显示秒钟（0~59）。具体步骤如下：

第1步：新建一个QuartusII工程，将其命名为Clockcircut。

第2步：建立各功能模块（计数器、分频器及7段数码管）的VHDL文件，并分别将它们设置成顶层文件，进行编译和仿真。

（1）模为24的计数器VHDL代码：

（2）模为6的计数器VHDL代码：

（3）模为10的计数器VHDL代码：

（4）7段数码管的VHDL代码：

（5）50M分频的分频器VHDL代码：

第3步：语法检查通过后直接生成符号。

第4步：采用图形编辑器，将几个模块连接起来构成一个时钟。

第5步：将原理图保存为clockcircuit.bdf，并进行语法分析，确定无误后在进行引脚分配。

第6步：锁定引脚以后，对项目进行全编译，然后下载到开发板上观察实验现象。