EDA实验 模4计数器的设计和仿真

EDA实验模4计数器的设计和仿真

一、实验目的：

熟练使用quartersⅡ软件，学会使用逻辑图设计模4计数器并进行仿真。

二、实验内容：

用逻辑图设计模4计数器并进行仿真与分析。

三、实验方法：

实验方法：

采用基于FPGA进行数字逻辑电路设计的方法。

采用的软件工具是QuartusII软件仿真平台，采用的硬件平台是Altera EPF10K20TI144_4的FPGA试验箱。

实验步骤：

1、绘制逻辑图。打开QuartusII软件平台，点击File中得New建立一个文件。编写的文件名与实体名一致，点击File/Save as以“.vhd”为扩展名存盘文件。

2、按照实验箱上FPGA的芯片名更改编程芯片的设置。操作是点击Assign/Device,选取芯片的类型。

3、编译与调试。确定逻辑图文件为当前工程文件，点击Complier进行文件编译。编译结果有错误或警告，则将要调试修改直至文件编译成功。

4、波形仿真及验证。在编译成功后，点击Waveform开始设计波形。点击“insert the node”,按照程序所述插入q[1..0],clk,任意设置各输入节点的输入波形…点击保存按钮保存。

5、时序仿真。（具体过程，操作细节以及实验过程截图见下面具体操作，都有说明。）

6、FPGA芯片编程及验证。（具体细节和过程看后续的实验过程的说明）

四、实验过程：

1、编译过程（可先绘制逻辑图再建工程，也可先建工程再建文件）

a）绘制逻辑图。打开QuartersII软件平台，点击file中的New新建一个文件。弹出一个窗口，选择Block Diagram选项；

新建文件，然后绘制实验要用到的逻辑图，双击空白处，选择要用到的器件并用适当的线把各元件连接好并进行命名，绘制的模4计数器的逻辑图如下：

接着保存文件，点击File/Save as，接着建一个工程，并保存。b）按照实验箱上FPGA的芯片名更改芯片的设置，选取芯片类型。设置如下图所示：

c)工程建好后，进行编译和调试。点击Processing->Compilation Tool，进行文件全编译，全编译的窗口如下：

2、波形仿真

a）波形仿真过程。点击file->new,选择Vector Waveform File,新建一个波形仿真文件，然后在空白处点击右键，选择“Insert Node or Bus”,出现一个对话框，进行添加节点，过程如下图所示

然后输入时钟激励信号，并进行参数设置，两个重要的参数:End time结束时间和Grid size网格大小。点击Edit->Value->Clock,出现一个对话框设置时钟激励周期，相位以及其他参数，点击OK，显示波形图如下：

接着保存波形文件，然后进行仿真。在仿真之前要先生成功能仿真表，首先要先设置仿真模式。

然后点击菜单项Processing->Generate Function Simulation Netlist,产生功能仿真所需要的网表

接着就能进行仿真操作了。

波形仿真。打开processing 仿真工具，如下图

出现仿真设置对话框，然后分别开始进行时序仿真和功能仿真。

这是功能仿真即波形仿真。

3、时序仿真：

a)时序仿真过程：时序仿真过程和上面相同，在仿真工具中选择时序仿真，然后进行仿真。

b)时序仿真生成波形图如下：

C）结果分析及结论：时序仿真图和功能仿真图有着相似之处，二者都表明了此逻辑的功能，但通过波形图可看到二者有些不同，时序仿真考虑了FPGA延时的特性，更接近于程序实际运行的结果，经查资料了解到实际程序在运行时会出现滞后，故时序仿真的波形图才出现了与波形仿真的不同之处，并不是当输入变化时，输出立即变化，而是延迟一会儿再变化，时序仿真更接近于实际。

4、Programming芯片编程：

a)芯片编程过程：芯片类型的选定见实验过程第一步，在新建项目是已经选定。选择Assignments—>Pins,设定引脚如下图：

然后选择Tools->programmer,点击start进行下载，下载前再进行一次全编译，则程序已被下载到实验箱。整个实验操作到此基本结束。此后便是用实验箱验

证该实验的结果。

结论：根据实验分析，可清楚的看到实验箱上的led灯有规律的亮:00,01,10,11。

五、实验总结和心得：

实验总结：通过此次释实验，回顾了以前对quarters2软件的操作，并且有了进一步的了解，纠正了以往的某些错误操作，并且熟悉了模4计数器的逻辑功能，对数字逻辑设计实验有了进一步的认识。