硬件描述语言实验附录
姓名：xxx
学号：xxx
指导教师：xxx
目录
硬件描述语言实验附录 (1)
实验1.三输入与门电路实验 (2)
实验2. 三—八译码器实验 (3)
实验3. D触发器实验 (4)
实验4. 分频器实验 (5)
实验5. 状态机实验 (8)
实验1.三输入与门电路实验
--三输入与门电路threeinput
--姓名：王定
--学号：1306034248
--中北大学
LIBRARY IEEE; --调用库
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;--库文件
--------------------------------------------------------------
ENTITY threeinput IS --定义实体名，其名称必须与VHDL文本文件名称相同PORT( A: IN STD_LOGIC; --输入端口，时钟输入
B: IN STD_LOGIC; --输入端口，个位写入使能
C: IN STD_LOGIC; --输入端口，十位写入使能
CO: OUT STD_LOGIC); --输出端口，溢出标志
END ENTITY threeinput; --结束端口定义
--------------------------------------------------------------
ARCHITECTURE RTL OF threeinput IS--定义结构体
BEGIN
PROCESS(A,B,C) IS --开始，必须带上
BEGIN
CO<=A AND B AND C ;
END PROCESS;
END ARCHITECTURE RTL; --结束结构体
表1. 三输入与门电路VHDL实验代码
图1. 三输入与门电路仿真波形图，A,B,C输入，CO输出
实验2. 三—八译码器实验
--王定--2015年11月25日--3线-8线译码器
LIBRARYIEEE; --调用库
USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; --库文件
-------------------------------------------------------------
ENTITYthreetoeightIS
PORT(
DA TAIN:INSTD_LOGIC_VECTOR(2DOWNTO0);
--数据输入
DA TAOUT:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0));--
数据输出
ENDENTITYthreetoeight; --结束实体
-------------------------------------------------------------
ARCHITECTUREBEHA VEOFthreetoeightIS--结构体
BEGIN --不能漏掉
PROCESS(DATAIN) --数据输入
BEGIN --开始，不能漏掉
CASEDATAINIS --情况判定
WHEN"000"=>DA TAOUT<="00000001";
WHEN"001"=>DA TAOUT<="00000010";
WHEN"010"=>DA TAOUT<="00000100";
WHEN"011"=>DATAOUT<="00001000";
WHEN"100"=>DA TAOUT<="00010000";
WHEN"101"=>DA TAOUT<="00100000";
WHEN"110"=>DATAOUT<="01000000";
WHEN"111"=>DA TAOUT<="10000000";
WHENOTHERS=>null;
ENDCASE;
ENDPROCESS;
ENDBEHA VE;
LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
ENTITY decoder_3_to_8 IS
PORT (a,b,c,g1,g2a,g2b:IN STD_LOGIC;
y:OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0));
END decoder_3_to_8;
ARCHITECTURE rtl OF decoder_3_to_8 IS
SIGNAL indata:STD_LOGIC_VECTOR (2 DOWNTO 0);
BEGIN
indata <= c & b & a;
PROCESS (indata,g1,g2a,g2b)
BEGIN
IF (g1 = '1' AND g2a = '0' AND g2b = '0' ) THEN
CASE indata IS
WHEN "000" => y <= "11111110";
WHEN "001" => y <= "11111101";
WHEN "010" => y <= "11111011";
WHEN "011" => y <= "11110111";
WHEN "100" => y <= "11101111";
WHEN "101" => y <= "11011111";
WHEN "110" => y <= "10111111";
WHEN "111" => y <= "01111111";
WHEN OTHERS=>y<= "XXXXXXXX";
END CASE;
ELSE
Y <= "11111111";
END IF;
END PROCESS;
END rtl;
表2. 三—八译码器VHDL实验代码
图2. 三—八译码器仿真波形图
《创新实验》实验报告 —基于VHDL的编程和硬件实现
一、实验目的 1.熟悉和掌握硬件描述语言VHDL的基本语法及编写； 2.掌握软件Xilinx ISE 10.1的使用； 3.熟悉SDZ-6电子技术实验箱的使用； 4.了解节拍脉冲发生器等基本电路的实现； 5.了解八位二进制计数器的功能与设计； 6.学习键盘和七段数码管显示的控制和设计。 二、实验内容 1.Xilinx ISE 10.1软件的使用； 2.节拍脉冲发生器等基本电路的实现； 3.八位二进制计数器的实现 4.键盘扫描及显示的实现 三、实验器材 1、PC机 2、SDZ-6电子技术实验箱 3、正负5V电源 4、I/O接口线 四、软件的使用 在安装Xilinx10.1软件时，需要一个ID号，其实这个ID号是可以重复使用的，几个同学在官网注册后就可以共享ID号了。 安装完成之后就可以使用这个软件编写相应的VHDL的程序。 1.新建工程 File—>New Project 弹出下面的对话框 输入工程名后单击Next。然后根据本实验的实验箱进行以下设置。
以后的步骤一般都是单击Next（有些资料上会介绍有些这些步骤的具体功能，但对于本实验不必用到），最后单击Finish，完成新建一个工程。在窗口的左边会出现刚刚新建的工程，如下: 2.新建一个VHDL的源文件。 在上图中，右击工程选择New Source ，弹出如下对话框。
在对画框的左边选择VHDL Module，输入文件的名字（改名字最好是你定义的实体的名字）。单击Next。出现下面的对话框。 该对话框主要是对外部端口的编辑。可以直接跳过，即单击Next，在源文件上编辑端口。然后在接下来的对话框中单击Finish。完成建立一个源文件。窗口右边就会出现刚才编辑的源文件。 3.编写和编译代码 将事先编好的代码复制到源文件里，然后保存文件。 选中左边的文件名，在窗体的左边出现如下编辑文档内容。
硬件描述语言及器件实验指导书 电子科学与技术专业组
第1章实验一用硬件描述语言的方法设计一个三输入与门电 路 一、实验目的 1、掌握MAX+plusII的使用方法。 2、掌握VHDL语言程序的基本结构。 2、掌握使用硬件描述语言设计数字电路的方法和步骤。 3、掌握用硬件描述语言设计三输入与门电路的方法。 二、实验器材 1.台式计算机1台。 2.可编程逻辑逻辑器件实验软件1套。 3.下载电缆一套。 4.示波器一台。 三、实验说明 1．台式计算机用于向可编程逻辑逻辑器件实验软件提供编程、仿真、下载的平台，供用户使用。 2．可编程逻辑逻辑器件实验软件向原理图的设计提供平台，并将调试好的原理图下载到可编程逻辑逻辑器件中。 3．下载电缆是可编程逻辑器件软件和可编程逻辑逻辑器件之间的接口电缆，为了便于区别，用不同颜色导线区分下载电缆的电源、地和信号，一般用红色导线接电源，用黑色导线接地。 4．示波器用于观察可编程逻辑器件执行程序时输出信号的变化。 四、实验内容与要求 用硬件描述语言的方法设计一个三输入与门电路，要求： （1）根据三输入与门的逻辑表达式，在构造体中直接使用并行赋值语句实现，并进行仿真;
（2）根据三输入与门的真值表，在构造体中使用进程语句实现，并进行仿真; 五、实验步骤（下面七个的实验的软件的使用具体步骤跟本次试验一样不再详述） 1.打开新建菜单选择“textedtiorfile”,这个文件是写程序编程用的。 2.程序写完后点“保存”，注意（1）保存的格式是.vhd，（2）保存的地址不能是桌面和硬盘的根目录,否则在后面的编程将出现错误。
3.在file→projectset→projecttocurrentfile，这步是将文件设置在工程里，能够正常编译和下载。
VHDL实验报告 60 庄炜旭实验三. 4位可逆计数器，4位可逆二进制代码－格雷码转换器设计 一．实验目的 学习时序电路的设计,仿真和硬件测试,进一步熟悉VHDL设计技术 1. 学习４位可逆计数器的设计 2. 学习４位可逆二进制代码－格雷码转换器设计 二．实验内容 设计4位可逆计数器，及4位可逆二进制代码－格雷码转换器，并仿真，下载。 [具体要求] 1.4位可逆计数器 a)使用CLOCK_50作为输入时钟，其频率为50MHz（对于频率大于50Hz的闪烁， 人眼会看到连续的光），因而，对其进行225的分频后，再用于时钟控制。（可 利用实验一） b)使用拨码开关SW17作为模式控制，置‘1’时为加法计数器，置‘0’时为减 法计数器，同时使用LEDR17显示SW17的值。 c)使用KEY3作为异步复位开关（按下时为0，不按为1），当为加法计数器时， 置“0000”，当为减法计数器时，置“1111”。 d)使用LEDR3，LEDR2，LEDR1，LEDR0作为转换后的输出结果显示，LEDR3为高 位，LEDR0为低位。 2.4位可逆二进制代码――格雷码转换器 a)使用拨码开关SW17作为模式控制，置‘1’时为二进制代码―>格雷码转换， 置‘0’时为格雷码―>二进制代码，同时使用LEDR17显示SW17的值。 b)使用拨码开关SW3, SW2, SW1, SW0作为输入的被转换数，SW3为高位，SW0 为低位。 c)使用LEDR3，LEDR2，LEDR1，LEDR0作为转换后的输出结果显示，LEDR3为高 位，LEDR0为低位。 三．管脚设定 SW[0]PIN_N25 SW[1]PIN_N26 SW[2]PIN_P25 SW[3] PIN_AE14 SW[17] PIN_V2 LEDR[0] PIN_AE23 LEDR[1] PIN_AF23 LEDR[2] PIN_AB21 LEDR[3] PIN_AC22 LEDR[17] PIN_AD12 KEY[3] PIN_W26
组合逻辑电路实验（一）实验报告 一．实验名称：3-8译码器设计 二．实验目的 1.掌握ISE 开发工具的使用，掌握FPGA 开发的基本步骤； 2.掌握组合逻辑电路设计的一般方法； 3.掌握程序下载方法，了解UCF 文件的格式； 4.初步了解开发板资源，掌握开发板使用方法。重点了解滑动开关和LED 显示灯的使用方法。 三．实验内容 1.用VHDL 实现3-8译码器模块 译码器电路如图2-1所示。其功能如表2-1所示。试用VHDL 实现该译码器，并在开发板上进行检验。 表2-1 译码器功能表 EN A B C Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0 1 X X X 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 3-8 译码器 A B C EN Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 图2-1 3-8译码器
0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 2.将程序下载到FPGA并进行检验 （1）资源使用要求：用滑动开关SW3~SW1作为输入A，B，C；滑动开关SW0控制EN；8个LED灯表示8个输出。 （2）检验方法：当SW0处于ON（EN=1）位置时，所有LED灯灭；当SW0处于OFF（EN=0），反映当前输入的译码输出在LED灯上显示，即当输入为000（滑动开关SW3-SW1处于OFF状态），LED0亮，其它灯灭，等等。 四．实验步骤 1.启动ISE，新建工程文件，编写3-8译码器的VHDL模块； 2.新建UCF文件，输入位置约束； 3.完成综合、实现，生成下载文件； 4.连接开发板USB下载线，开启开发板电源； 5.下载到FPGA； 6.拨动开关，验证结果是否正确。 五．主要vhdl代码 architecture Behavioral of coder_38 is --3-8译码器行为级描述signal x:STD_LOGIC_VECTOR (2 downto 0); begin x <= A&B&C;
实验3 基于硬件描述语言的电路设计 一、实验目的 1 、了解可编程数字系统设计的流程； 2 、掌握Quartus II 软件的使用方法； 3 、掌握采用硬件描述语言设计数字系统的方法和流程。 二、实验设备 1、计算机：Quartus II 软件 2、Altera DE0 三、实验内容 要求1：学习并掌握硬件描述语言（VHDL或Verilog HDL）；熟悉门电路的逻辑功能，并用硬件描述语言实现门电路的设计。参考“参考内容1”中给出的与门源程序，编写一个异或门逻辑电路。 1）用QuartusII波形仿真验证； 2）下载到DE0开发板验证。 要求2：熟悉中规模器件译码器的逻辑功能，用硬件描述语言实现其设计。参考“参考内容2”中给出的将8421BCD码转换成0-9的七段码译码器源程序，编写一个将二进制码转换成0-F 的七段码译码器。 1）用QuartusII波形仿真验证； 2）下载到DE0开发板，利用开发板上的数码管验证。 要求3：熟悉时序电路计数器的逻辑功能，用硬件描述语言实现其设计。参考“参考内容3”中给出的四位二进制加减计数器的源程序，编写一个计数器。 1）用QuartusII波形仿真验证； 2）下载到DE0开发板验证。 要求4：熟悉分频电路的逻辑功能，并用硬件描述语言实现其设计。参考“参考内容4”中给出的50M分频器的源程序，编写一个能实现占空比50%的5M和50M分频器即两个输出，输出信号频率分别为10Hz和1Hz。 1）下载到DE0开发板验证。（提示：利用DE0板上已有的50M晶振作为输入信号，通过开发板上两个的LED灯观察输出信号）。电路框图如下： 四、实验结果 1、用硬件描述语言（VHDL 或Verilog HDL）实现一个异或门电路。 VHDL源程序： Library ieee; use ieee.std_logic_1164.all;
硬件描述语言语言设计实例 1、8-3编码器 module encode_verilog ( a ,b ); input [7:0] a ; //编码器输入 wire [7:0] a ; output [2:0] b ; //编码器输出 reg [2:0] b; always @ ( a ) begin case ( a ) //编码器某一输入端口为高电平输出相应的3位二进制数 8'b0000_0001 : b<=3'b000; //0 8'b0000_0010 : b<=3'b001; //1 8'b0000_0100 : b<=3'b010; //2 8'b0000_1000 : b<=3'b011; //3 8'b0001_0000 : b<=3'b100; //4 8'b0010_0000 : b<=3'b101; //5 8'b0100_0000 : b<=3'b110; //6 8'b1000_0000 : b<=3'b111; //7 default : b<= 3'b000; //其他情况编码器输出3’b000 endcase end endmodule 2、8-3优先编码器 module p_encode_verilog ( A ,I ,GS ,EO ,EI ); //编码器以低为有效 input [7:0] I ; //编码器输入 wire [7:0] I ; input EI ; //输入使能，EI=0时，编码器正常工作 wire EI ; output [2:0] A ; //编码器输出 reg [2:0] A ; output GS ; //优先编码器工作状态标志，编码器的八个输入端有信号输入时，GS=0 reg GS ; output EO ; //输出使能， reg EO ; always @ ( I or EI ) if ( EI ) //使用if、else if表明条件的优先级顺序 begin A <= 3'b111; GS <= 1; EO <= 1; end else if ( I[7] == 0 ) begin A <= 3'b000;
EDA 实验报告 ——多功能电子钟 姓名:张红义 班级：10级电科五班 学号：1008101143 指导老师：贾树恒
电子钟包括：主控模块，计时模块，闹钟模块，辅控模块，显示模块，蜂鸣器模块，分频器模块。 1．主控模块： 主要功能：控制整个系统，输出现在的状态，以及按键信息。 源代码: libraryieee; use ieee.std_logic_1164.all; useieee.std_logic_arith.all; useieee.std_logic_unsigned.all; entity mc is port(functionswitch,k,set,lightkey: in std_logic; chose21,setout: out std_logic; lightswitch:bufferstd_logic; modeout,kmodeout : out std_logic_vector(1 downto 0); setcs,setcm,setch,setas,setam,setah:outstd_logic); end mc; architecture work of mc is signalmode,kmode:std_logic_vector(1 downto 0); signal light,chose21buf:std_logic; signalsetcount:std_logic_vector(5 downto 0); begin process(functionswitch,k,set,lightkey) begin iffunctionswitch'event and functionswitch='1' then mode<=mode+'1'; end if; iflightkey'event and lightkey='1' then lightswitch<=not lightswitch; end if; if mode="01" thenchose21buf<='0'; else chose21buf<='1'; end if; ifk'event and k='1' then if mode="01" or mode="11" then kmode<=kmode+'1'; end if;end if; if set='1' then if mode = "01" then ifkmode="01" then setcount<="000001"; elsifkmode="10" thensetcount<="000010"; elsifkmode="11" then setcount<="000100";
课程名称：FPGA与硬件描述语言 课程编码：7002301 课程学分：2学分 课程学时：32学时 适应专业：电子信息工程、电子信息工程（理工科实验班） 《FPGA与硬件描述语言》 FPGA and Hardware Describing Language 教学大纲 一、课程性质与任务 性质：本课程的授课对象为电子信息工程专业二年级本科生，课程属性为专业基础必修课，该课程讲授FPGA基本原理及结构，先进的硬件描述语言（VHDL语言），FPGA设计与应用等知识。 任务：通过对（VHDL）硬件描述语言，FPGA设计等知识的学习，掌握硬件描述语言，FPGA设计的基本知识。培养学生动手能力以及解决实际问题的能力。理解VHDL语言，学会FPGA设计方法等。 二、课程教学基本内容及要求 第一章绪论VHDL的数据和表达式 （一）教学基本要求： 掌握：VHDL程序的特点，VHDL的数据，VHDL的表达式。 了解：FPGA基本原理及结构。 （二）教学基本内容： 绪论：FPGA基本原理及结构 第一章VHDL的数据和表达式 1.1 VHDL程序的特点 1.2 VHDL程序的基本结构 1.3 VHDL的数据 1.4 VHDL的表达式 第二章VHDL的顺序描述语句 （一）教学基本要求： 掌握：信号赋值语句和变量赋值语句，if语句，case语句，null语句。 理解：loop语句。 （二）教学基本内容：
第二章VHDL的顺序描述语句 2.1信号赋值语句和变量赋值语句 2.2 if语句 2.3 case语句 2.4 loop语句 2.5 null语句 第三章VHDL的并行描述语句 （一）教学基本要求： 掌握：进程语句，并发信号赋值语句，元件例化语句。 理解：条件信号赋值语句，选择信号赋值语句。 了解：生成语句。 （二）教学基本内容： 第三章VHDL的并行描述语句 3.1进程语句 3.2并发信号赋值语句 3.3条件信号赋值语句 3.4选择信号赋值语句 3.5元件例化语句 3.6生成语句 第四章VHDL的时钟信号描述方法 （一）教学基本要求： 掌握：时钟的VHDL描述方法，时序电路中复位信号的VHDL描述方法。（二）教学基本内容： 第四章VHDL的时钟信号描述方法 4.1时钟信号的VHDL描述方法 4.2时序电路中复位信号的VHDL描述方法 第五章VHDL的有限状态机的设计 （一）教学基本要求： 掌握：有限状态机的基本概念及应用。 理解：一个Moore型有限状态机的设计实例 （二）教学基本内容： 第五章VHDL的有限状态机的设计 5.1 有限状态机的基本概念 5.2一个Moore型有限状态机的设计实例
硬件描述语言实验附录 姓名：xxx 学号：xxx 指导教师：xxx 目录 硬件描述语言实验附录 (1) 实验1.三输入与门电路实验 (2) 实验2. 三—八译码器实验 (3) 实验3. D触发器实验 (4) 实验4. 分频器实验 (5) 实验5. 状态机实验 (8)
实验1.三输入与门电路实验 --三输入与门电路threeinput --姓名：王定 --学号：1306034248 --中北大学 LIBRARY IEEE; --调用库 USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;--库文件 -------------------------------------------------------------- ENTITY threeinput IS --定义实体名，其名称必须与VHDL文本文件名称相同PORT( A: IN STD_LOGIC; --输入端口，时钟输入 B: IN STD_LOGIC; --输入端口，个位写入使能 C: IN STD_LOGIC; --输入端口，十位写入使能 CO: OUT STD_LOGIC); --输出端口，溢出标志 END ENTITY threeinput; --结束端口定义 -------------------------------------------------------------- ARCHITECTURE RTL OF threeinput IS--定义结构体 BEGIN PROCESS(A,B,C) IS --开始，必须带上 BEGIN CO<=A AND B AND C ; END PROCESS; END ARCHITECTURE RTL; --结束结构体 表1. 三输入与门电路VHDL实验代码 图1. 三输入与门电路仿真波形图，A,B,C输入，CO输出
数字电子技术基础 实验报告 题目：实验四基于Quartus II的硬件描述语言电路 设计 小组成员： 小组成员：
一、实验四基于Quartus II的硬件描述语言电路设 计 一、实验目的 1)学习并掌握硬件描述语言VHDL；熟悉门电路的逻辑功能，并用硬件描述语言 实现门电路的设计。 2)熟悉中规模器件译码器的逻辑功能，用硬件描述语言实现其设计。 3)熟悉时序电路计数器的逻辑功能，用硬件描述语言实现其设计。 4)熟悉分频电路的逻辑功能，并用硬件描述语言实现其设计。 二、实验要求 要求1：参考“参考内容1”中给出的与门源程序，编写一个异或门逻辑电路。1）用QuartusII波形仿真验证；2）下载到DE0开发板验证。 要求2：参考“参考内容2”中给出的将8421BCD码转换成0-9的七段码译码器源程序，编写一个将二进制码转换成0-E的七段码译码器。1）用QuartusII波形仿真验证；2）下载到DE0开发板，利用开发板上的数码管验证。 要求3：参考“参考内容3”中给出的四位二进制计数器的源程序，编写一个计数器实现0-E计数。用QuartusII波形仿真验证； 要求4：参考“参考内容4”中给出的50M分频器的源程序，编写一个能实现占空比50%的5M和50M分频器即两个输出，输出信号频率分别为10Hz和1Hz。下载到DE0开发板验证。（提示：利用DE0板上已有的50M晶振作为输入信号，通过开发板上两个的LED灯观察输出信号）。电路框图如下：
要求5：利用已经实现的VHDL模块文件，顶层文件采用原理图设计方法，实现0-E计数自动循环显示，频率1Hz和10Hz可以切换。（提示：如何将VHDL模块文件在顶层原理图文件中引用，参考参考内容5） 三、实验设备 （1）电脑一台； （2）数字电路实验箱； （3）数据线一根。 四、实验原理 1.VHDL具有功能强大的语言结构，可以用简洁明确的源代码来描述复杂的逻辑控制。它具有多层次的设计描述功能，层层细化，最后可直接生成电路级描述。VHDL支持同步电路、异步电路和随机电路的设计，这是其他硬件描述语言所不能比拟的。VHDL还支持各种设计方法，既支持自底向上的设计，又支持自顶向下的设计；既支持模块化设计，又支持层次化设计。 2.VHDL具有多层次的设计描述功能，既可以描述系统级电路，又可以描述门级电路。而描述既可以采用行为描述、寄存器传输描述或结构描述，也可以采用三者混合的混合级描述。另外，VHDL支持惯性延迟和传输延迟，还可以准确地建立硬件电路模型。VHDL支持预定义的和自定义的数据类型，给硬件描述带来较大的自由度，使设计人员能够方便地创建高层次的系统模型。 3.VHDL是一种标准化的硬件描述语言，同一个设计描述可以被不同的工具所支持，使得设计描述的移植成为可能。 4.VHDL采用基于库（Library）的设计方法，可以建立各种可再次利用的模块。这些模块可以预先设计或使用以前设计中的存档模块，将这些模块存放到库中，就可以在以后的设计中进行复用，可以使设计成果在设计人员之间进行交流和共享，减少硬件电路设计。
专用集成电路实验报告 13050Z01 1305024237 刘德文
实验一开发平台软件安装与认知实验 实验内容 1、本实验以三线八线译码器（LS74138）为例，在Xilinx ISE 9.2软件平台上完成设计 电路的VHDL文本输入、语法检查、编译、仿真、管脚分配和编程下载等操作。下载芯片选择Xilinx公司的CoolRunner II系列XC2C256-7PQ208作为目标仿真芯片。 2、用1中所设计的的三线八线译码器（LS74138）生成一个LS74138元件，在Xilinx ISE 9.2软件原理图设计平台上完成LS74138元件的调用，用原理图的方法设计三线八线译 码器（LS74138），实现编译，仿真，管脚分配和编程下载等操作。 源程序： library IEEE; use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL; use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; -- Uncomment the following lines to use the declarations that are -- provided for instantiating Xilinx primitive components. --library UNISIM; --use UNISIM.VComponents.all; entity ls74138 is Port ( g1 : in std_logic; g2 : in std_logic; inp : in std_logic_vector(2 downto 0); y : out std_logic_vector(7 downto 0)); end ls74138; architecture Behavioral of ls74138 is begin process(g1,g2,inp) begin if((g1 and g2)='1') then case inp is when "000"=>y<="00000001"; when "001"=>y<="00000010";
《硬件描述语言与FPGA技术》 实验指导书 西北工业大学 2012/10/10
目录 实验一简单的组合逻辑设计 (3) 实验二简单分频时序逻辑电路的设计 (6) 实验三利用条件语句实现计数分频时序电路 (9) 实验四阻塞赋值与非阻塞赋值的区别 (12) 实验五用always块实现较复杂的组合逻辑电路 (16) 实验六在Verilog中使用函数 (20) 实验七在Verilog HDL中使用任务（task） (23) 实验八利用有限状态机进行时序逻辑的设计 (27) 实验九利用状态机实现比较复杂的接口设计 (32) 练习十利用SRAM设计一个FIFO (39)
实验一简单的组合逻辑设计 一、实验目的 1. 学习Quartus和ModSim两种EDA工具的使用方法； 2．掌握基本组合逻辑电路的实现方法； 3．初步了解两种基本组合逻辑电路的生成方法； 4．学习测试模块的编写； 5．通过综合和布局布线了解不同层次仿真的物理意义。 二、实验内容 本次实验采用Verilog HDL语言设计一个可综合的数据比较器，其功能是比较数据a与数据b的结果，如果两个数据相同，则输出结果1，否则给出结果0；并写出测试模型，使其进行比较全面的测试。 三、实验仪器、设备 预装了开发工具ModelSimSE、synplify的PC机。 四、实验原理 1.组合逻辑电路是指在任何时刻，输出状态只决定于同一时刻各输入状态的组合而与 电路以前状态无关，而与其他时间的状态无关。其逻辑函数如下： Li=f（A1，A2，A3……An） (i=1，2，3…m) 其中，A1~An为输入变量，Li为输出变量。 2.组合逻辑电路的特点归纳如下： ① 输入、输出之间没有返馈延迟通道； ② 电路中无记忆单元。 3.组合逻辑设计示例：可综合的数据比较器。它的功能是比较数据a与数据b，如果 两个数据相同，则给出结果1，否则给出结果0。描述组合逻辑时常使用assign 结构。注意equal=(a==b)?1:0，这是一种在组合逻辑实现分支判断时常使用的格 式。 模块源代码： //--------------- compare.v ----------------- module compare(equal,a,b);
VHDL 实验报告 一、实验目的 1、掌握蜂鸣器的使用； 2、通过复杂实验，进一步加深对VHDL语言的掌握程度。 二、实验原理乐曲都是由一连串的音符组成，因此按照乐曲的乐谱依次输出这些音符所对应的频率，就可以在蜂鸣器上连续地发出各个音符的音调。而要准确地演奏出一首乐曲，仅仅让蜂鸣器能够发声是不够的，还必须准确地控制乐曲的节奏，即每个音符的持续时间。由此可见，乐曲中每个音符的发音频率及其持续的时间是乐曲能够连续演奏的两个关键因素。 乐曲的12 平均率规定：每2 个八度音（如简谱中的中音1 与高音1）之间的频率相差1 倍。在2个八度音之间，又可分为12个半音。另外，音符A（简谱中的低音6）的频率为440Hz, 音符B到C之间、E到F之间为半音，其余为全音。由此可以计算出简谱中从低音I至高音1 之间每个音符的频率,如表所示。 音名频率/Hz 音名频率/Hz 音名频率/Hz 低音1 中音1 高音1 低音2 中音2 高音2 低音3 中音3 高音3 低音4 中音4 高音4 低音5 392 中音5 784 高音5 1568 低音6 440 中音6 880 高音6 1760 低音7 中音7 高音7 表简谱音名与频率的对应关系 产生各音符所需的频率可用一分频器实现, 由于各音符对应的频率多为非整数, 而分频系数又不能为小数, 故必须将计算得到的分频数四舍五入取整。若分频器时钟频率过低, 则由于分频系数过小, 四舍五入取整后的误差较大；若时钟频率过高,虽然误差变小,但分频数将变大。实际的设计应综合考虑两方面的因素, 在尽量减小频率误差的前提下取合适的时钟频率。实际上,只要各个音符间的相对频率关系不变,演奏出的乐曲听起来都不会走调。 音符的持续时间须根据乐曲的速度及每个音符的节拍数来确定。因此, 要控制音符的音 长,就必须知道乐曲的速度和每个音符所对应的节拍数, 本例所演奏的乐曲的最短的音符为四分音符,如果将全音符的持续时间设为1s 的话,那么一拍所应该持续的时间为秒,则只需要提供一个4HZ的时钟频率即可产生四分音符的时长。 本例设计的音乐电子琴选取40MHZ的系统时钟频率。在数控分频器模块，首先对时钟频率进行40分频，得到1MHZ的输入频率，然后再次分频得到各音符的频率。由于数控分频器 输出的波形是脉宽极窄的脉冲波, 为了更好的驱动蜂鸣器发声, 在到达蜂鸣器之前需要均衡占空比, 从而生成各音符对应频率的对称方波输出。这个过程实际上进行了一次二分频, 频率变为原来的二分之一即。 因此，分频系数的计算可以按照下面的方法进行。以中音1为例，对应的频率值为 523. 3Hz,它的分频系数应该为： 0.375MHZ 0.375 106 716 523.3 523.3
VHDL大总结 一、填空题 1.两种标识符 短、扩展 2.4种基本数据类型 常量、变量、信号、文件 3.常量说明格式 constant 常数名: 数据类型：=表达式； 4.三种数据变换方法？ 函数转换、常数转换、类型标记 5.四种运算操作符？ 逻辑、关系、算术、并置 6.如何启动进程? (1).必须包含一个显示的敏感信号变量 (2).或者包含一个wait语句 7.五种基本结构？ 库(library)、包集合(package)、实体(entity)、结构体(architecture)、配置(configuration) 8.信号与变量代入？ (1).<= (2).:= 9.列举可编程逻辑器件? PROM→PLA→PAL→CPLD→FPGA→EPROM→EEPROM→GAL 10.数据类型 整数、位、位矢量、符号、布尔量、时间、错误等级、标准逻辑 11.四种端口模式？ IN—OUT—INOUT—BUFFER 12.三种子结构描述语句？BLOCK—PROCESS—SUBPROGRAMS
13.结构体三种描述方式 寄存器传输（RTL）--数据流、结构描述、行为描述14.标识符规则？ (1).不以数字靠头 (2).下划线不连续 (3).不与保留字重复 (4).下划线前后必须有英文字母或者数字 (5).最后一个不能使用下划线（连字符） 15.扩展标识符 \12@+\ 16.赋值？ (1).信号、变量可以多次赋值 (2).常量只能定义时赋值（进程内部，子函数内部）17.高阻、不定态？ 'Z'------------'X' 18.进程位置？ 结构体内部 19.变量位置? 进程内部---包内部----子程序内部 20.进程执行机制？ 敏感信号发生跳变 21.优先级？ if语句之间具有不同优先级 22.时序电路的去驱动信号？ 时钟 23.时序电路在何时发生变化？ 时钟信号的边沿 24.两种状态机？ (1).moore-----f(现状) (2).mealy-----f(现状，输入)
福建农林大学计算机与信息学院 信息工程类 实验报告 2013年11 月13 日
实验项目列表
福建农林大学计算机与信息学院信息工程类实验报告 系：电子信息工程系专业：电子信息工程年级： 2010级 姓名：学号：实验课程： VHDL数字系统设计 实验室号：__ 田C407 实验设备号： 07 实验时间： 11.12 指导教师签字：成绩： 实验一数控分频器的设计 1．实验目的和要求 学习数控分频器的设计、分析和测试方法。 2．实验原理 信号有不同的分频比，数控分频器就是用计数值可并行预置的加法计数器设计完成的，方法是将计数溢出位与预置数加载输入信号相接即可，详细设计程序如例1所示。 数控分频器的仿真波形如图1所示：输入不同的CLK频率和预置值D，给出如图1的时序波形。 100.0μs200.0μs300.0μs400.0μs 图1 当给出不同输入值D时，FOUT输出不同频率(CLK周期=50ns) 3．主要仪器设备（实验用的软硬件环境） 实验的硬件环境是： 微机一台 GW48 EDA实验开发系统一套 电源线一根 十芯JTAG口线一根 USB下载线一根 USB下载器一个 示波器 实验的软件环境是： Quartus II 9.0软件
4．操作方法与实验步骤 （1）创建工程，并命名位test。 （2）打开QuartusII,建立VHDL文件，并输入设计程序。保存为DVF. （3）选择目标器件。Acex1k—EP1K100QC208-3。 （4）启动编译。 （5）建立仿真波形图。 （6）仿真测试和波形分析。 （7）引脚锁定编译。 （8）编程下载。 （9）硬件测试 5．实验内容及实验数据记录 在实验系统上硬件验证例5-20的功能。可选实验电路模式1（第一章图4）；键2/键1负责输入8位预置数D(PIO7-PIO0)；CLK由clock0输入，频率选65536Hz 或更高(确保分频后落在音频范围)；输出FOUT接扬声器(SPKER)。编译下载后进行硬件测试：改变键2/键1的输入值，可听到不同音调的声音。 6．实验数据处理与分析 1）实验代码 【例1】 LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY DVF IS PORT ( CLK : IN STD_LOGIC; D : IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); FOUT : OUT STD_LOGIC ); END; ARCHITECTURE one OF DVF IS SIGNAL FULL : STD_LOGIC; BEGIN P_REG: PROCESS(CLK) VARIABLE CNT8 : STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); BEGIN IF CLK'EVENT AND CLK = '1' THEN IF CNT8 = "11111111" THEN CNT8 := D; --当CNT8计数计满时，输入数据D被同步预置给计数器CNT8 FULL <= '1'; --同时使溢出标志信号FULL输出为高电平 ELSE CNT8 := CNT8 + 1; --否则继续作加1计数 FULL <= '0'; --且输出溢出标志信号FULL为低电平 END IF; END IF; END PROCESS P_REG ; P_DIV: PROCESS(FULL) VARIABLE CNT2 : STD_LOGIC; BEGIN IF FULL'EVENT AND FULL = '1' THEN CNT2 := NOT CNT2; --如果溢出标志信号FULL为高电平，D触发器输出取反
实验一 实验目的： 熟悉quartus的vhdl文本设计流程全过程，学习简单的组合电路的设计，多层次的电路设计，仿真和硬件测试 二、实验内容 内容（一）用vhdl语言设计2选1多路选择器 参考例3-1程序设计如下： library ieee; use mux21a is port (a,b,s:in bit; y: out bit); end entity mux21a; architecture one of mux21a is begin y<=a when s='0' else b; end architecture one 全程编译后软件提示0错误，3警告，可以继续下面仿真操作。 程序分析： 这是一个2选1多路选择器，a和b分别为两个数字输入端的端口名，s为通道选择控制信号输入端的端口名，y为输出端的端口名。 时序仿真及分析： 时序仿真输入图： 时序仿真输出图： 时序分析： 由上面两图可以得知：当s=0时，y口输出a，当s=1时，y口输出b 下载和硬件测试： 引脚锁定图： 程序下载完成后，选择实验电路模式5，通过短路帽选择clock0接256Hz 信号，clock2接8Hz信号。通过键一控制s，当键一进行切换时，明显能听到扬声器发出两种不同音调的声音。 实验内容（二）双二选一多路选择器设计
程序设计： library ieee; use mux21a is port (a,b,s:in bit; y: out bit); end entity mux21a; architecture one of mux21a is begin y<=a when s='0' else b; end architecture one; entity muxk is port (a1,a2,a3,s0,s1:in bit; outy:out bit); end entity muxk; architecture bhv of muxk is component mux21a port (a,b,s:in bit; y:out bit); end component; signal tmp: bit; begin u1:mux21a port map(a=>a2,b=>a3,s=>s0,y=>tmp); u2:mux21a port map(a=>a1,b=>tmp,s=>s1,y=>outy); end architecture bhv; 全程编译后软件提示0错误，2警告 程序分析： 这是一个双2选1多路选择器，a1、a2和a3分别为两个数字输入端的端口名，s0、s1为通道选择控制信号输入端的端口名，outy为输出端的端口名。实体mux21a是一个2选一选通电路，实体muxk是元件的例化，其作用是将两个mux21a组合成一个3选1多路选择器。 时序仿真及分析： 时序仿真输入图 时序仿真输出图 时序分析: 从仿真出来的结果，我们不难发现，s0和s1做为a1、a2、a3的选通控制信号。当s0=0.、s1=0时，outy输出a1；当s0=0.、s1=1时，outy输出a2；当s0=1.、s1=0时，outy输出a1；当s1=1.、s2=1时，outy输出a3； 下载和硬件测试： 引脚锁定图
VHDL实验报告 5080309563 李斌 实验三.4位可逆计数器，4位可逆二进制代码－格雷码转换器设计 [设计思路及步骤]： 一．需求： 设计4位可逆计数器，及4位可逆二进制代码－格雷码转换器，并仿真，下载。 [具体要求] 1.4位可逆计数器 a)使用CLOCK_50作为输入时钟，其频率为50MHz（对于频率大于50Hz的闪烁， 人眼会看到连续的光），因而，对其进行225的分频后，再用于时钟控制。（可 利用实验一） b)使用拨码开关SW17作为模式控制，置‘1’时为加法计数器，置‘0’时为减 法计数器，同时使用LEDR17显示SW17的值。 c)使用KEY3作为异步复位开关（按下时为0，不按为1），当为加法计数器时， 置“0000”，当为减法计数器时，置“1111”。 d)使用LEDR3，LEDR2，LEDR1，LEDR0作为转换后的输出结果显示，LEDR3为高 位，LEDR0为低位。 2.4位可逆二进制代码――格雷码转换器 a)使用拨码开关SW17作为模式控制，置‘1’时为二进制代码―>格雷码转换， 置‘0’时为格雷码―>二进制代码，同时使用LEDR17显示SW17的值。 b)使用拨码开关SW3, SW2, SW1, SW0作为输入的被转换数，SW3为高位，SW0 为低位。 使用LEDR3，LEDR2，LEDR1，LEDR0作为转换后的输出结果显示，LEDR3为高位，LEDR0为低位。 二．变量解释： 4位可逆计数器： 1.clk为时钟输入，clkout为分频后的时钟，cnt为分频计数，ctr为SW17模式 控制，rst为KEY3异步复位开关，tem为输出结果的中间变量； 2.本实验的时钟输入为50MHz，定义为clk，为此设计时需要将其分频为50Hz， 需225分频，因此，代码中，需要有一个cnt作为一个225计数器，同时，定义 分频后的时钟为clkout； 3.建立process，检测key是否为0，为0则复位。否则，检测clkout，触发上升 沿则检测模式控制，对tem加1或减1，同时应检测是否达到最大或最小值， 达到最值则直接返回到最初值，否则继续操作； 4.最后，转换tem的值为相应的4位二进制数，并于LED上反映出来。 四位可逆二进制代码-格雷码转换器： 1．检测模式，进行相应的操作； 2．ctr为0则格雷码转换成二进制码；ctr为1则为二进制码转换为格雷码 [源代码]： 1)4位可逆计数器： library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; entity cnt is
实验一4选一多路选择器 一：实验目的及实验环境 目的 1、熟悉ModelSim SE 6.5c的verilog 的文本设计流程，组合电路的设计、仿真和测试。 2、用verilog语言完成设计4选一多路选择器。 3、熟悉文本输入及仿真步骤。 4、初步了解可编程器件设计的全过程。 环境 1、P C 机一台 2、M odelSim SE 6.5c 二. 实验内容 1、用verilog语言完成设计4选一多路选择器， 2、用结构建模及数据流建模两种方法实现。 3、对于所设计的程序进行编译，检查纠错。 4、程序完善之后进行程序的仿真并进行波形的记录与分析 三．实验步骤 1、建立工程 2、添加文件到工程 3、编译文件 4、查看编译后的设计单元 5、将信号加入波形窗口 6、运行仿真 四．运行结果
五．总结 本次实验让我更加的熟悉modelsim使用方法，以及使用时应该注意的问题。在试验中也学习到了Verilog语法。在实验中我们应该注意verilog的格式要求，在用编程语言编程的时候，要自习留意语法标准，整理好逻辑思维的同时保证格式的正确。否则就会浪费大量的时间来完成实验。试验开始到结束这一过程中，我遇到了很多困难，后来都在同学的提醒和帮助下克服了。相信有了这次对这个语言和这个软件的接触，我们都有了更加深入的理解。 六．源代码 module mux41(a,b,c,d,s1,s0,out); input[1:0] a,b,c,d; input s1,s0; output[1:0] out; reg[1:0] out; always @(a or b or c or d or s 1 or s0) begin :mux41 case({s1,s0}) 2'b00: out<=a; 2'b01: out<=b; 2'b10: out<=c; 2'b11: out<=d; default: out=a; endcase end endmodule module sti; reg[1:0] a,b,c,d; reg s0,s1; wire[1:0] out; mux41 dtg(a,b,c,d,s0,s1,out); initial begin a=3'd0;b=3'd1;c=3'd2;d=3'd3; s0=0;s1=0; #100 a=3'd0;b=3'd1;c=3'd2;d= 3'd3;s0=0;s1=1; #100 a=3'd0;b=3'd1;c=3'd2;d= 3'd3;s0=1;s1=0; #100 a=3'd0;b=3'd1;c=3'd2;d= 3'd3;s0=1;s1=1; end endmodule