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1、 可编程逻辑器件 目 录实验一 基于QUARTUSII 1位全加器原理图设计3实验二 多路选择器设计7实验三 基本触发器的设计10实验四 八位七段数码管 动态显示电路的设计13实验五 数控分频器的设计16实验六 基于VHDL的表决器的设计18 实验七 设计含异步清0和同步时钟使能的十进制加法计数器实验一 基于QUARTUSII的全加器的设计一、 实验目的1、 通过一位的全加器的设计,掌握组合逻辑电路的设计方法。2、 初步了解QUARTUSII原理图输入设计的全过程。3、 掌握组合逻辑电路的静态测试方法。二、 实验原理全加器除考虑两个加数外，还考虑了低位的进位。输入端有3个，分别为加数、被加数与
2、低位进位；输入端有2个，分别为和与进位。其真值表如表1-1所示AiBiCiSiC 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1表1-1 1位全加器的真值表三、 实验内容 在本实验中，用三个按键开关来表示1位全加器的三个输入（Ai、Bi、Ci）；用二个LED来表示1位全加器的二个输出（Si，C）。通过输入不同的值来观察输入的结果与1位全加器的真值表（表1-1）是否一致。 该实验箱属于多种复用实验箱，可通过模式选择进行控制，不同的模式，如果同个按键，可能功能不一样，所以每次实验必须先预
3、设模式。“模式选择键”：按动该键能使实验板产生12种不同的实验电路结构。本次实验的模式选择到“6”（红色数码管上显示）。信号名称实验箱上对应的元器件对应FPGA管脚名Ai键311Bi键432Ci键533表1-2 按键开关与FPGA管脚连接表LED灯与FPGA的接口电路如图1-1所示，当FPGA与其对应的端口为高电平时LED就会发光，反之LED灯灭。其与FPGA对应的管脚连接如表1-3所示。 图1-1 LED灯与FPGA接口电路信号名称实验箱上对应的元器件对应FPGA管脚名SiLED D139CLED D240表1-3 LED灯与FPGA管脚连接表四、实验步骤1、打开QUARTUSII软件，新建
4、一个工程。2、在创建好设计工程后，选择FileNEW菜单，出现图1-9所示的新建设计文件类型选择窗口。这里我们以建立图形设计文件为例进行说明，其它设计输入方法与之基本相同 图2-2 新建设计文件选择窗口2）在New对话框（图1-2）中选择Device Design Files页下的Block Diagram/Schematic File，点击OK按钮，打开图形编辑器对话框，如图2-3所示。图中标明了常用的每个按钮的功能。图1-2 原理图编辑窗口1、 按照实验原理和自己的想法，在原理图编辑窗口绘制原理图。2、 编写完原理图后，保存起来。3、 对自己编写的原理图进行编译并仿真，对程序的错误进行修改
5、。4、 编译仿真无误后，依照按键开关、LED与FPGA的管脚连接表（表1-1、表1-2）或参照附录进行管脚分配，表2-1是示例程序的管脚分配表。分配完成后，再进行全编译一次，以使管脚分配生效。5、 用下载电缆通过JTAG口将对应的sof文件加载到FPGA中。观察实验结果是否与自己的编程思想一致。五、实验现象与结果当设计文件加载到目标器件后，按按键开关，LED会按照实验原理中的真值表输入一一对应的亮或者灭。六、实验报告1、 绘出仿真波形，并作说明。2、进一步熟悉QUARTUSII软件。3、将实验原理、设计过程、编译仿真波形和分析结果、硬件测试结果记录下来。实验二 多路选择器的设计一、 实验目的1
6、、进一步熟悉QUARTUSII软件的使用方法和VHDL输入的全过程。2、进一步掌握实验系统的使用。二、 实验原理四选一多路选择器的原理如下图及下表，由Sl， S0来选择d0 ，dl ，d2 ，d3的信号，并使其能在Q上输出。S1S0Q00d 001d 110d 211d 3三、 实验内容1、用VHDL语言的不同语句分别描述任务选择器，并通过编译仿真比较不同语句描述的区别。2、通过仿真下载并通过硬件验证实验结果。四、 实验步骤1、 打开QUARTUSII软件，新建一个工程。2、建完工程之后，再新建一个VHDL File。新建一个VHDL文件的过程如下：1）选择QUARTUSII软件中的FileN
7、ew命令，出现New对话框。如图2-2所示。 图2-1 新建设计文件选择窗口2）在New对话框（图2-1）中选择Device Design Files页下的VHDL File，点击OK按钮，打开VHDL编辑器对话框，如图2-2所示。图2-2 VHDL编辑窗口1、按照实验原理和自己的想法，在VHDL编辑窗口编写VHDL程序，用户可参照光盘中提供的示例程序。2、编写完VHDL程序后，保存起来。方法同实验一。3、对自己编写的VHDL程序进行编译并仿真，对程序的错误进行修改。4、编译仿真无误后，进行管脚分配，下表是示例程序的管脚分配表。分配完成后，再进行全编译一次，以使管脚分配生效。端口名使用模块信号
8、对应FPGA管脚说 明D1键311四选一选择器 输入与输出D2键432D3键533D4键634S0键735S1键836YLED D139表2-1 端口管脚分配表5、“模式选择键”：按动该键能使实验板产生12种不同的实验电路结构。本次实验的模式选择到“6”（红色数码管上显示）。6、用下载电缆通过JTAG口将对应的sof文件加载到FPGA中。观察实验结果是否与自己的编程思想一致。五、 实验现象与结果当设计文件加载到目标器件后，按键按键开关，LED会按照实验原理中的格雷码输入一一对应的亮或者灭。六、 实验报告1、 绘出仿真波形，并作说明。2、 进一步熟悉QUARTUSII软件。3、 将实验原理、设计
9、过程、编译仿真波形和分析结果、硬件测试结果记录下来。实验三 基本触发器的设计一、 实验目的1、 了解基本触发器的工作原理。2、 进一步熟悉在Quartus II中基于VHDL设计的流程。二、 实验原理基本触发器的电路如下图3-1所示。它可以由两个与非门交叉耦合组成,也可图3-1 基本触发器电路以由两个或非门交叉耦合组成。现在以两个与非门组成的基本触发器为例，来分析其工作原理。根据与非逻辑关系，可以得到基本触发器的状态转移真值表及简化的真值表，如下表3-1所示：状态转移真值表简化真值表01000100110101100111Qn101100不定11001111000不定001不定表3-1 基本触
10、发器状态转移真值表根据真值表，不难写出其特征方程：其中式（2）为约束条件。三、 实验内容本实验的任务就是利用Quartus II软件的文本输入，产生一个基本触发器，触发器的形式可以是与非门结构的，也是可以或非门结构的。实验中用按键模块的用键7和键8来分别表示R和S，用LED模块的LED D1和LED D21分别表示Q和。在R和S满足式（2）的情况下，观察Q和的变化。四、 实验步骤1. 打开QUARTUSII软件，新建一个工程。2. 建完工程后再新建一个文本输入文件。3. 按照实验原理和自己的想法，输入VHDL语言，进行设计。4. 设计好设计电路程序后，保存起来。5. 对自己编写的设计程序进行编
11、译并仿真，对程序的错误进行修改。6. 编译仿真无误后，依照按键开关、LED与FPGA的管脚连接表或参照附录进行管脚分配。表3-2是示例程序的管脚分配表。分配完成后，再进行全编译一次，以使管脚分配生效。端口名使用模块信号对应FPGA管脚说 明NR键7107NS键8108QLED灯D173NQLED灯D274表3-2 端口管脚分配表 7 “模式选择键”：按动该键能使实验板产生12种不同的实验电路结构。本次实验的模式选择到“1”（红色数码管上显示）。8. 用下载电缆通过JTAG口将对应的sof文件加载到FPGA中。观察实验结果是否与自己的编程思想一致。五、 实验现象与结果当设计文件加载到目标器件后，
12、按下相应的按键（即R、S），则通过LED灯上的亮和灭来显示这个触发器的输入结果。将输入与输出和表3-1基本触发器状态转移真值表进行比较，看是否一致。六、 实验报告1、 绘出不同R、S值的仿真波形，并作说明。2、 试设计一个其它的功能触发器如D触发器、JK触发器等3、 将实验原理、设计过程、编译仿真波形和分析结果、硬件测试结果记录下来。实验四 八位七段数码管动态显示电路的设计一、 实验目的1、 了解数码管的工作原理。2、 学习七段数码管显示译码器的设计。3、 学习计数器的编程方法。4、 学习VHDL的CASE语句及多层次设计方法。二、 实验原理图3-1所示的是8位数码扫描显示电路，其中每个数码管的8个段：h、g、f、e、d、c、b、a（h是小数点）都分别连在一起，8个数码管分别由8个选通信号k1、k2、k8来选择。被选通的数码管显示数据，其余关闭。如在某一时刻，k3为高电平，其余选通信号为低电平，这时仅k
