数电大作业

姓名班级学号

实验日期2016.3.29 节次教师签字成绩

实验名称基于BASYS 2 的数据选择器

1.实验目的

1.熟悉BASYS2的实验板的使用。

2.熟悉基于Verilog HDL语言输入方式的数字电路的设计方法。

2.总体设计方案或技术路线

Basys2 FPGA开发板是一个电路设计实现平台，可以通过它来搭建一个真正的数字电路。Basys2是围绕着一个Spartan-3E FPGA芯片和一个Atmel AT90USB USB控制器搭建的，它提供了完整、随时可以使用的硬件平台，并且它适合于从基本逻辑器件到复杂控制器件的各种主机电路Basys2开发板兼容所有版本的Xilinx ISE工具，其中也包括免费的WebPack版本。Basys2附带一个用于供电和编程的USB下载线，所以就不需要其他供电器件或编程下载线。

在自行设计完数字电路后，可以在计算机上利用VHDL语言编写实验程序，进而下载到实验板的芯片中，通过操作实验板验证所设计的数字电路是否正确。

3.实验电路图

4. 仪器设备名称、型号

BASYS 2实验板一个 PC机一台 USB数据下载线一根

5.理论分析或仿真分析结果

本次自主设计实验的目的是实现4选1数据选择器的功能。理论分析如下：数据选择器的逻辑功能是从多路输入中选择一路输出，4选1数据选择器是将4个输入变量中的其中一个选中，将其输出。实验中设定每路输入用实验板上的两个开关的二进制状态表示，输出用实验板上的两个LED灯的状态来表示。两个选择变量用实验板上的按键开关状态来表示。实验中，4个输入分别为in0，in1，in2，in3，两个选择变量为sel0，sel1，当选择变量为sel1 sel0 =00时，选择第一路输入，即选择开关1,2，输出为in0，两个LED 灯只受开关L1和L2的控制；当选择变量为sel1 sel0 =01时选择第二路输入，即选择开关3,4，输出为in1，两个LED 灯只受开关L3和L4的控制；当选择变量为sel1 sel0 =10时，选择第三路输入，即选择开关5,6，输出为in2，两个LED 灯只受开关L5和L6的控制；当选择变量为sel1 sel0 =11时，选择第四路输入，即选择开关7,8，输出为in3，两个LED 灯只受开关L7和L8的控制。

6.详细实验步骤及实验结果数据记录（包括各仪器、仪表量程及内阻的记录）

首先安装软件ISE 13.4,安装完成后打开软件，在file菜单中新建一个new project，然后选择目标芯片，选择输入方式为Verilog HDL，接着输入设计好的程序。程序如下：module mux4_1(out,in0,in1,in2,in3,sel);

output out;

input in0,in1,in2,in3;

output[1:0] sel;

reg out;

always @(in0 or in1 or in2 or in3 or sel)

case(sel)

2’b00 : out = in0;

2’b01 : out = in1;

2’b10 : out = in2;

2’b11 : out = in3;

default : out = 1’bx;

endcase

endmodule

程序输入完成后，进行仿真。经过仿真可以得出输入输出的波形，进而检查程序是否有错误。由于本次使用的软件无法进行仿真，所以略过此过程，直接用实验板进行验证。下一步进行综合，综合完成后进行引脚锁定，引脚锁定关系如下：

In0’---sw0-P11 in0’’---sw1-L3 in1’---sw2-K3 in1’’---sw3-B4 in2’---sw4-G3

In2’’---sw5-F3 in3’---sw6-E2 in3’’---sw7-N3 out’---LD0-M5 out’’---LD1-M11 Sel0---BTON-G12 sel1---BTON-C11

引脚锁定完成后，再次运行一次程序，运行完成后生成文件。将BASYS 2 实验板用USB 线与电脑连接，然后将生成的文件下载到芯片中。下载完成后，将实验板取下，就可以进行验证。

7.实验结论

实验结果与理论分析的结果一致：当按键开关为00时，选择的输入是in0，即两个LED 灯的状态只由开关SW0和SW1控制；当按键开关为01时，选择的输入是in1，即两个LED 灯的状态只由开关SW2和SW3控制；当按键开关为10时，选择的输入是in2，即两个LED 灯的状态只由开关SW4和SW5控制；当按键开关为11时，选择的输入是in3，即两个LED 灯的状态只由开关SW6和SW7控制。

由实验板的实验结果说明此程序是正确的，即此程序完成了4选1数据选择器的功能。

8.实验中出现的问题及解决对策

实验中在编写程序时由于自己的粗心大意，有一行程序的编写少了一个符号，因此编译时总是不正确，最后仔细检查后才发现了这个问题。另外，在完成程序的编译后，要对程序进行仿真，但是无论如何都无法成功，最后通过请教老师才知道本次使用的软件没有仿真功能，所以就直接下载到实验板上，用实验板进行了验证。

9.本次实验的收获和体会、对电路实验室的意见或建议

收获：通过本次实验，我对BASYS 2实验板有了更好的了解，对VHDL 语言的理解也更加深刻。同时我了解了设计一个实验的流程和需要注意的事项，知道了如何从大量的资料和自己已掌握的知识中提炼出需要设计的内容，我认为最最重要的是一定要明确自己所设计实验的实验目的，只有这样才能有明确的收集资料和思考的目标，有助于一步一步的完成实验的设计。完成设计后，仿真是很有必要的，通过仿真可以调试程序，从而避免因为程序设计不合理而浪费时间。在实验中遇到了一些困难一时无法解决，甚至想过放弃，但最后通过坚持不懈的努力终于完成了实验，从而我体会到在学习过程中需要坚强的毅力。

建议：希望实验室能够提供一些可供选择的自主设计实验的指导教程，使学生在设计时不会特别盲目。

10．参考文献

[1] 孟涛. 电工电子EDA实验教程. 机械工业出版社，第2版：191-200

[2] 杨春玲王淑娟.数字电子技术基础.高等教育出版社，2013：294-298