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1、 本科学生综合性实验报告学号 114090315 姓名 李开斌 学院 物电学院 专业、班级 11电子 实验课程名称 电子设计自动化（EDA实验） 教师及职称 罗永道 副教授 开课学期 2013 至 2014 学年 下 学期 填报时间 2014 年 5 月 23 日云南师范大学教务处编印实验序号4实验名称D触发器实验时间2014年5月23日实验室同析楼114一实验预习1. 实验目的:（1）掌握D触发器的工作原理；(2)掌握VHDL编程语言的使用，学习基本时序元件的VHDL表达；2 实验原理、实验流程或装置示意图： 最简单、最常用、最具代表性的时序元件时D触发器，它是现代数字系统设计中最基本的底层
2、元件，甚至是ASIC设计的标准单元。JK和T等触发器都可以由D触发器构建而来。D触发器的描述包含了VHDL对时序电路的最基本和经典的表达方式，同时也包含了VHDL许多最具特色的语言现象。具有边沿触发性能的D触发器（图1），只有当上升沿到来时，其输入的Q的数值才会随输入口D的数据而改变，在这里我们称之为更新。图1 D触发器凡在时钟信号作用下逻辑功能符合表2-1特性表所规定的逻辑功能者叫做D触发器。从特性表写出D触发器的特性方程为：Qn+1=D。 D触发器的特性表在试验中的VHDL代码中，条件语句的判断表达式“clkeventandclk=1”是用于检测时钟信号CLK的上升沿，即如果检测到CLK的
3、上升沿，此表达式将输出TRUE。因此这也可称为边沿敏感表达式。关键词EVENT是信号属性函数，也包含在IEEE库的std_logic_1164程序包。用来获得信号行为信息的函数称之为信号属性函数。VHDL通过通过以下表达式来测定某信号的跳变（变化）情况：EVENT短语“CLKEVENT”就是对CLK标示符的信号在当前的一个极小的时间段内发生事件的情况进行检测。所谓发生事件，就是CLK在其数据类型的取值范围内发生变化，从一种取值变到另一种取值（或电平方式）。如果CLK的数据类型定义为STD_LOGIC，则在时间段内，CLK从其数据类型允许的9种值中的任何一个值向另一值跳变，如由0变成1、由1变成
4、0或由Z变成0，都认为发生了事件，于是次表达式将输出一个布尔值TRUE，否则FALSE。3 实验设备及材料 电脑一台，QuartusII 实验平台，EDA实验箱4 实验方法步骤及注意事项1、启动QuartusII5.1：在Windows操作系统下，单击“开始”，选择“程序”，再选择“altera”选项下的“QuartusII5.1”命令。2、新建工程：在File菜单中选择NewProjectWizard，弹出对话框如图2-1所示在这个对话框中，第一行是需要你指定项目保存的路径，支持含中文字符的路径，第二行是需要你为这个项目取一个名称，第三行是需要你为这个项目的顶层实体取个名称，如实验不需要使用
5、芯片，这三个设定好后，点击“finish”。出现如下界面 3、在file中点击new,建立VHDL file文件，如下图 4、在本工程中输入VHDL代码。主要事项：实验过程中认真分析实验原理编写代码，防止书本、书包等物品与实验设备接触，以免造成不必要的麻烦。二实验内容1 实验现象与结果1、 D触发器VHDL语言程序如下：LIBRARY IEEE ;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL ;ENTITY dff1 IS PORT ( CLK, D : IN STD_LOGIC ; Q : OUT STD_LOGIC ); END ; ARCHITECTURE a OF dff1
6、ISSIGNAL Q1 : STD_LOGIC ; BEGIN PROCESS (CLK,Q1) BEGIN IF CLKEVENT AND CLK =1 THEN Q1 = D ;END IF ;END PROCESS ; Q new，然后在Device Design Files,SoftwareFiles,Other Files 中选择Other Files，然后选择最下面一个“Vector Waveform File”，新建一个波形仿真文件，见下图：新建完一个新的波形文件后，在左边的空白处点击右键，选择“Insert Node or Bus”,或者点击edit-Insert Node o
7、r Bus 。在点击完Insert Node or Bus 后会出现一个对话框：点击“Node Finder” 对话框中“Filter”为“滤除器”，“List”为“列出”，在滤除器选项中，可滤除掉自己不想要的一些信号，然后点击“List”按钮，就在“Node Found”下列出在这个程序中需要仿真的信号和总线，然后我们把这些有用的信号加入到“Selected Nodes”下，然后点击OK，回到原先的界面，在点击“OK”。下面为输入信号加激励信号，CLK为时钟信号，那我们就给它一个时钟激励：点击Edit-Value-Clock,出现一个对话框，在这个对话框中，我们可以设定这个时钟激励的周期（频
8、率），相位，以及占空比等参数，设定后，点击“OK”：然后保存，一般仿真的模块取什么名字，仿真文件也取什么名字，以方便日后文件的管理和调用，我们以dff_logic.vwf名字保存。然后点击Tool-Simulator Tool，见下图：选择时序仿真，点击Start，开始仿真，结束后点击“Report”。 至此，完成了程序的设计和仿真，可以把它生成一个模块符号，以便在以后图形文件中调用，点击File-Create/Update-Create Symbol Files for Current File，见下图：观察分析波形：还可以进一步了解信号的延时情况。2 对实验现象、实验结果的分析及其结论 通
9、过QuartusII软件的顺利编程，实现了D触发器的VHDL设计，从功能仿真图中可以看到，当CLK上升沿到来时，其输入的Q的数值才会随输入口D的数据而改变。对于同步时序逻辑电路，因为时钟脉冲对电路的控制作用，所以无论输入信号时电平信号还是脉冲信号，对电路引起的状态响应都是相同的。而对于异步时序逻辑电路，电路中没有统一的时钟脉冲信号同步，电路状态的改变是外部输入信号变化直接作用的结果；在状态转移过程中，各存储元件的状态变化不一定发生在同一时刻，不同状态的维持时间不一定相，并且可能出现非稳定状态。对输入信号的形式有所区分，输入电平信号与脉冲信号，对电路引起的状态响应是不同的。教师评语及评分：签名： 年 月 日13
