EDA 16位加法计数器的设计

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1、北京理工大学用程序输入方法设计一个 16位二进制加法计数器学 院： 机械xxxx学院 专业班级：10机械电子工程x班 姓名：陈xx学号：10XXXXXX指导教师：xxx老师目录摘要11 绪论22 计数器的工作原理33 设计原理44 电路系统的功能仿真46 个人小结17参考文献18摘要计数器是数字系统中使用较多的一种时序逻辑器件。计数器的基本功能是统 计时钟脉冲的个数，即对脉冲实现计数操作。计数器也可以作为分频、定时、脉 冲节拍产生器和脉冲序列产生器使用。计数器的种类很多，按构成计数器中的各 触发器是否使用一个时钟脉冲源来分，可分为同步计数器和异步计数器；按进位 体制的不同，可分为二进制计数器、

2、十进制计数器和任意进制计数器；按计数过 程中数字增减趋势的不同，可分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器；还有 可预制数和可编计数器等等。本次课程设计将利用众多集成电路软件软件中的 Quartus II软件，使用VHDL语言编程完成论文用程序输入方法设计一个16位 二进制加法计数器，调试结果表明，所设计的计数器正确实现了计数功能。关键词：二进制；加法计数器；VHDL语言1 绪论现代电子设计技术的核心已日趋转向基于计算机的电子设计自动化，即EDA (Electronic Design Automation)技术。EDA技术就是依赖功能强大的计算 机，在集成电路软件平台上，对以硬件描述语言 HDL

3、( Hardware Description Language)为系统逻辑描述手段完成的设计文件，自动完成逻辑编译、化简、分 割、综合、布局布线以及逻辑优化和仿真测试，直至实现既定的电子线路系统功 能。现在对EDA的概念或范畴用得很宽。包括在机械、电子、通信、航空航天、 化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域，都有 EDA 的应用。目前 EDA 技 术已在各大公司、企事业单位和科研教学部门广泛使用。例如在飞机制造过程中， 从设计、性能测试及特性分析直到飞行模拟，都可能涉及到EDA技术。一般所 指的EDA技术，主要针对电子电路设计、PCB设计和IC设计。EDA工具软件可大致可分为芯片设计辅助软件

4、、可编程芯片辅助设计软件、 系统设计辅助软件等三类。常用的EDA工具软件平台有：Matlab、Protel、Proteus、 OrCAD以及我们学习的本次课程结课论文所用到的Quartus II等。而且EDA工 具软件平台一般都有第三方软件接口，以便于与其他软件联合使用。本次课程结课论文在设计16位二进制加法计数器时所用到的EDA软件工具 平台是Quartus II。Quartus II是Altera公司的综合性PLD (可编程逻辑器件)开 发软件，支持原理图、VHDL、VerilogHDL 以及 AHDL(Altera Hardware Description Language)等多种设计输

5、入形式，内嵌自有的综合器以及仿真器，可以完成从设 计输入到硬件配置的完整PLD设计流程。Quartus II通过和DSP Builder工具与 Matlab/Simulink相结合，可以方便地实现各种DSP应用系统；支持Altera的片 上可编程系统(SOPC)开发，集系统级设计、嵌入式软件开发、可编程逻辑设 计于一体，是一种综合性的开发平台。本文将介绍在Quartus II平台上利用VHDL 语言来实现16位二进制加法计数器的程序设计。2计数器的工作原理计数器是数字系统中使用较多的一种时序逻辑器件。计数器的基本功能是统 计时钟脉冲的个数，即对脉冲实现计数操作。其工作原理可概述为：当输入时钟

6、脉冲的一个上升沿（也可以是下降沿）来临时，二进制数据的低一位加1 （或减 1），并向高位进1 （或借1）。在没有外部约束条件时，计数器可进行与其二进制 位数对应的数值的相应进制的自循环计数，如位数为3的计数器可进行8进制的 自循环加法或减法计数。可根据需要来设置计数器的位数，并通过外部约束条件来人为设定计数器的 计数模数，来得到计数进制符合需要的N进制计数器。所谓N进制计数器，是 指一个计数器的计数过程，在经历时钟脉冲信号的个为N之后，二进制数据又 回到初始状态的计数器。表2.1计数器的状态表时钟Q0Q1Qn-1Qn0000.00001000120010300112n-111102n111.1

7、1112n+1000.0000图2.1计数器的状态图3设计原理本论文所设计的16位二进制加法计数器，其中16位计数器输出 Q15.0=0000000000000000,时钟CLK的上升沿到来时，计数器处于预置工作 状态，输出Q15.0= D15.0, D15.0是16位并行数据输入端，COUT是进位 输入端，当UPDOWN=0（进行加法操作）且输出Q15.0=1111111111111111时， COUT=1表示进位输出。4电路系统的功能仿真1.编辑文件（1）启动 Quartus双击桌面上的Quartus II图标或单击开始按扭，启动Quartus II。其初始界面如图1所示。图1初始界面（2

8、）编辑文件单击标题栏中的File-New对话框，如图2所示。图2输入选择对话框单击New对话框的Device Design Files选项卡，选择编译文件的语言类型。这里选择VHDL Files,选好后单击【OK】按钮，打开VHDL文本编辑器窗口，并在其中输入图3所示的程 序，这是一个与门的VHDL程序。著 Vhdn.vhdr1 GEtniTi CNT16 132 E FOBI CCLK ; IN 5II；金住；SufFI ftRAwat 砧5需 bOpitrifo d ;4El!时s EiLRcaiTEcruRE bhv or cm ISE e becim1 -PROCESS（匚匸匮）EEG

9、 IMB 益IF GLS E/ENI QD GLK - I1 TSE32 2 B t I； EMU IF；10 宜 Nil11 E.WD bhv;图3文本编辑器输入完成之后，单击FileSave As选项，将编辑的文本文件存在已建立的文件夹c:Users 下，存盘文件名应该与VHDL程序的实体名一致，即Vhdll.vhd。当出现问句Do you want to create.时，可选“否”2. 创建工程（1）打开建立新工程向导单击FileNew Project Wizard菜单，出现新建工程向导对话框，如图4所示。图4新建工程向导在图4中，单击【Next】按钮，出现如图5所示的工程基本设置对话

10、框。New Project VJizardi Directory. Mane-. Top-LewI Entity page 1 of 5jk Ihg wiEki鸭 di rectorv for thispwiBd?(? /U s sra/G angYu/Desklwp E DA/ cntl 67Vhst is lhe name d liiiy pfoiecf?wtlGWlwt 年 ihf* the top lev Chiari undiy tor th*s praieef? TNsnanre u皆 翻两曲mvslBiautlFUha enfty name in the dwign filp.U

11、搐色Hisli却Fiejeel Sellings.Fini sh图5工程基本设置和情况在最上面的输入框中输入工作库文件夹的地址，本例的地址是 C:User/GongYu/Desktop/EDA/cnt16或者单击该对话框最上一栏右侧的【】按钮，出现 选择文件夹的目录。(2) 将设计文件加入工程中单击图7中的【Next】按钮，在弹出的对话框中，将与本工程有关的文件加入，有两种方法:一种是单击右边的【Add All】按钮，将设定工程目录中的所有VHDL文件加入到工程文件栏；另一种是单击【Add】按钮，从工程目录中选出相关的VHDL文件。图5中间的输入框就是该工程的名称，一般可以用顶层文件的名称作为

12、工程名称，本例的顶 层文件名是cnt16。最下面的输入框要求输入顶层设计文件实体的名称，本例顶层文件的实 体名称是cnt16。图5就是完成后的效果。图8加入设计文件(3) 选择仿真器和综合器类型单击图8中的【Next】按钮，这时弹出选择仿真器和综合器类型的窗口。如果选择默认的 NONE，表示使用QuartusII中自带的仿真器和综合器。在本例中都选默认的NONE选项。 如图9所示。图9 EDA工具设置(4) 选择目标芯片单击图9中的【Next】按钮，根据系统设计的实际需要选择目标芯片。首先在Family栏选 择芯片系列，本例选择ACEX20KE系列。在此栏下方，询问选择目标器件的方式，选No,

13、 表示允许编程器自动选择该系列中的一个器件；单击Yes选项，表示手动选择。如图10所/示ODevice FaailT dele右 4 of 6EsilIEIEOXEYhi ch dviE4 Ejriily you MEh i-aargjat?Do yon v-axt to sci gi m Ef aai i a拧T4 5:-冃 I waiLt to allc* the CotilI cr ta choose -i 日iH 也dkNjct I Finish取.科图10器件模式本例采用手动选择,单击图10中的【Next】按钮，选择此系列的具体芯片:EP20K30ETC144-1, 如图11所示。N

14、ev Projcrt Tixeird; Select a TarsetEsvicc pace 5 oUse ikt Tilt era 5to control th* d.vi cas ttu.i are dispJ-aytdin the rtAvai 1 able devices list. Select a devi ce in the Li st, andAxul &hl 亡Er2OE3DEqC33a-LEr3ZiE3DETCL4-a-LEP2UE3DEIC14-1X ET2CiE6DEflC35fi-L EPOO&OEBCfi-lX EP2OE6 DEFC 141-L EP2UE&OEPC14-1X EF2OE6DEFC32-=1-L EP2UE&OEPC32-1X ErmEfiDEqcHM-t EP2UE&0EQC2L6-1X EPfflEfiDE7Cl4-l EPSUE&OETCI-IXFalters:PinSpeil|?4L5t5ti.avZZJZJBackKestI Fini sh图11目标器件选择单击【Next】按钮后，弹出工程设置统计窗口，如图12所示。图12摘要（5）结束设置最后单击图12中的【Finish】按钮，结束设置。在QuartusII主窗口的左侧，如图13所示。图13工程管理窗口该图是工程ex1_v的工程管理窗口（或称Compilation Hier