二進制計數(shù)器的工作原理

時間：2024-05-20 09:07:14

一、 實驗?zāi)康?/strong>
1、了解二進制計數(shù)器的工作原理。
2、進一步熟悉QUARTUSII軟件的使用方法和VHDL輸入。
3、時鐘在編程過程中的作用。
二、 實驗原理
二進制計數(shù)器中應(yīng)用最多、功能最全的計數(shù)器之一，含異步清零和同步使能的加法計數(shù)器的具體工作過程如下：
在時鐘上升沿的情況下，檢測使能端是否允許計數(shù)，如果允許計數(shù)（定義使能端高電平有效）則開始計數(shù)，否則一直檢測使能端信號。在計數(shù)過程中再檢測復(fù)位信號是否有效（低電平有效），當復(fù)位信號起作用時，使計數(shù)值清零，繼續(xù)進行檢測和計數(shù)。其工作時序如圖4-3-1所示：

圖4-3-1 計數(shù)器的工作時序
三、 實驗內(nèi)容
本實驗要求完成的任務(wù)是在時鐘信號的作用下，通過使能端和復(fù)位信號來完成加法計數(shù)器的計數(shù)。實驗中時鐘信號使用數(shù)字時鐘源模塊的1HZ信號，用一位撥動開關(guān)K1表示使能端信號，用復(fù)位開關(guān)RST表示復(fù)位信號，用LED模塊的D1～D4來表示計數(shù)的二進制結(jié)果。實驗LED亮表示對應(yīng)的位為‘1’，LED滅表示對應(yīng)的位為‘0’。通過輸入不同的值模擬計數(shù)器的工作時序，觀察計數(shù)的結(jié)果。

四、 實驗步驟
1、打開QUARTUSII軟件，新建一個工程。
2、建完工程之后，再新建一個VHDL File，打開VHDL編輯器對話框。
3、按照實驗原理和自己的想法，在VHDL編輯窗口編寫VHDL程序，用戶可參照光盤中提供的示例程序。
4、編寫完VHDL程序后，保存起來。方法同實驗一。
5、對自己編寫的VHDL程序進行編譯并仿真，對程序的錯誤進行修改。
6、編譯仿真無誤后，根據(jù)用戶自己的要求進行管腳分配。分配完成后，再進行全編譯一次，以使管腳分配生效。
7、根據(jù)實驗內(nèi)容用實驗導(dǎo)線將上面管腳分配的FPGA管腳與對應(yīng)的模塊連接起來。
如果是調(diào)用的本書提供的VHDL代碼，則實驗連線如下：
CLK：FPGA時鐘信號，接數(shù)字時鐘CLOCK4，并將這組時鐘設(shè)為1HZ。
Ret：計數(shù)復(fù)位信號，接核心板按鍵開關(guān)RST。
EN：計數(shù)使能信號，接一個撥動開關(guān)K1（LOCK KEY AREA）。
CQ：計數(shù)進位信號，接一個LED燈D8（LED AREA）。
COUT：計數(shù)輸出，接四個連續(xù)的LED燈D1-D4（LED AREA）。
8、用下載電纜通過JTAG口將對應(yīng)的sof文件加載到FPGA中。觀察實驗結(jié)果是否與自己的編程思想一致。
五、 實驗現(xiàn)象與結(jié)果
以設(shè)計的參考示例為例，當設(shè)計文件加載到目標器件后，確認信號連接線已正確連接，將數(shù)字信號源的時鐘選擇為1HZ，使撥動開關(guān)K1置為高電平（使撥動開關(guān)向上），四位LED會按照實驗原理中依次被點亮，當加法器加到9時，D8（進位信號）被點亮。當復(fù)位鍵（核心板上的RST鍵）按下后，計數(shù)被清零。如果撥動開關(guān)K1置為低電平（撥動開關(guān)向下）則加法器不工作。
六、 實驗報告
1、繪出仿真波形，并作說明。
2、寫出在VHDL編程過程中需要說明的規(guī)則。
3、將實驗原理、設(shè)計過程、編譯仿真波形和分析結(jié)果、硬件測試結(jié)果記錄下來。
4、改變時鐘頻率，看實驗現(xiàn)象會有什么改變，解釋這一現(xiàn)象。
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