EDA试验4消抖电路的顶层设计和移位寄存器的功能仿真

1、EDA实验四消抖电路的顶层设计和移位寄存器的功能仿真一、实验目的：了解消抖电路的原理与应用并用VHDLM层代码实现；了解触发器的基本原理，并且掌握LPMTE件定制；掌握基本时序电路VHDLS写；了解移位寄存器的工作原理与应用；熟悉波形仿真基本方法；熟悉相关LPMTE件定制；掌握VHDLTE件例化方法；了解混合模块的工程设计方法。二、实验内容：实验内容分为两部分，一是消抖电路的设计与实现，其中底层用DFFLPM_FF定制，顶层用VHD用构式描述；另外一个内容是74194（移位寄存器）功能仿真，了解具体的仿真方法与步骤。三、实验方法：实验方法：采用基于FPGA!行数字逻辑电路设计的方法。采用的软件

2、工具是QuartusII软件仿真平台，采用的硬件平台是AlteraEPF10K20TI144_4勺FPGAC验箱。实验步骤：1、编写源代码（或者绘制电路逻辑图）。打开QuartusII软件平台，点击File中的New建立一个文件。编写的文件名与实体名一致，点击File/Saveas以”.vhd”为扩展名存盘文件。2、按照实验箱上FPGA勺芯片名更改编程芯片的设置。操作是点击Assign/Device,选取芯片的类型。3、编译与调试。确定源代码文件为当前工程文件，点击Complier进行文件编译。编译结果有错误或警告，则将要调试修改直至文件编译成功。4、波形仿真及验证。在编译成功后，点击Wave

3、form开始设计波形。点击“insertthenode，按照程序所述引脚，任意设置各输入节点的输入波形点击保存按钮保存。5、FPGA5片编程及验证，应记录实验结果进行分析。四、实验过程：实验(一)消抖电路的设计与实现a)利用LPM元件定制D触发器，具体步骤如下：(1)按照上次实验定制LPM的步骤和方法进行定制，lpm_ff元件所示的宏功能选择对话框的左侧列表中选择InstalledPlug_Ins-Storage-lpm_ff项。(2)在参数设置页面1中，输入data选用1位，clock为时钟信号，类型为D型。(3)在参数设置页面2中添加异步清零和异步置1.然后按finish完成，然后找出定制

4、文件夹中的VHDLC件，名称为。至此D触发器定制完成，然后设计消抖电路。b)消抖电路的设计，步骤如下：(1)新建一个工程文件，工程名和文件名均为xiaodou,然后按照实验箱上FPGA的芯片名更改芯片的设置，选取芯片类型，建好工程。设置如下图所示：(2)工程建好后，然后将步骤a中定制的文件复制到xiaodou文件夹中，即是放置底层文件。(3)新建文件，编写VHDL代码，用结构式描述完成消抖电路的顶层设计，然后保存编译，并进行波形仿真。VHDL弋码如下：libraryieee;usexiaodouisport(d_in,clk:inSTD_LOGIC;clk_out:outSTd_LOGIC);

5、endxiaodou;architectureaofxiaodouissignalw,x:STD_LOGic;componentlpm_Disport(clock:instd_logic;data:instd_logic;Q:outstd_logic);endcomponent;begindff1:lpm_Dportmap(clk,d_in,w);dff2:lpm_Dportmap(clk,w,x);clk_outnew,选才VVectorWaveformFile,新建一个波形仿真文件，然后在空白处点击右键，选择“InsertNodeorBus”,出现一个对话框，进行添加节点，然后输入时钟激励

6、信号，并进行参数设置，两个重要的参数:Endtime结束时间和Gridsize网格大小。点击Edit-Value-Clock,出现一个对话框设置时钟激励周期，相位以及其他参数，(注意d_in的时钟设置)点击OK显示波形图如下：然后点击菜单项Processing-GenerateFunctionSimulationNetlist,产生功能仿真所需要的网表，接着就能进行仿真操作了波形仿真。打开processing仿真工具，出现仿真设置对话框，然后开始进行功这是功能仿真即波形仿真的波形图d）、波形仿真图分析由D触发器的工作原理可知，当CLK为上升沿是，输入端有效，即是clk上升沿,d_in为高电平时

7、，clk_out为高，d_in为低电平时，clk_out为低，；clk不是上升沿则clk_ou保持前一个值不变。由波形图可知，正符合上述结果，这样设计也就实现了消抖的功能，是输出为稳定的脉冲，而不会随输入的波动而出现波动。由波形图也可以看出虽然输入不稳定但是输出任然是稳定的，这样就达到了目的。f）下载验证：波形仿真进行完之后再进行一次全编译，后设置引脚，引脚设置如下:设置仿真模式能仿真SihuLiti0nrnodt：FuzetiontlA英Na-sterTimeBai.Na-sterTimeBai.jj 什|Poirtei.Poirtei.1 1.06.06nsInlerval.nsInler

8、val.39nsStart.lamed:|二|型EditXMINodeNanreDirection1LocationNodeNanreDirection1LocationI II/OBankI/OBank1 1QdkInputInputP1W_1222 20dk_outOutputpm_93 3* *d_rd_rInputInputP11N_7D4 4) )newnodE其中CLK为时钟输入，每当上升沿时D触发器有效。硬件实验箱的验证结果如下：按下70按钮，输出9led则会亮，而且稳定，在验证结果的过程注意讲clk的时钟周期调长些，以便于观察。此次实验的观察结果和波形验证的一样，即是实现了消抖

9、电路的功能。实验（二）移位寄存器的功能仿真此次实验的目的旨在学习电路仿真的基本方法，并不要求下载验证,熟悉功能仿真的步骤。实验过程如下：用一片74194芯片连接好功能验证电路，如下图所示：产g一需十喧国骷晶嵋a的一。4Nd#Nd#NIEEDiDi- -：newnode(HlfcslrHlfcslrn n国s1313 口_工EiibedEiibedE EubMubMI IB BBQ3gBQ3g3(D(DD-DQ33BKED-DQ33BKE* *6 6J JI I1 1i、ft t000000Q0IXTI3)激励输入及分段仿真，设置仿真激励及仿真注意如下：(1)首先设置时钟等系统信号激励完成电路初

10、始状态，如下图所示:VAIi伸M)pi)pi40400TH0TH方T中MKT如他0p30p31 1g g1口,elk,elkBOnr故故L Lelrtielrtiau u22220 0S SE E0000L L2-,*国sl.srsl.srEOQEOQi.i._ _coco*国abedabedBoaoaoaoa1i1i00000000翁 L3L3因工时卜卜门BIXHIBIXHIr rL Liliailia1i1icicii iII1II1i iIIIIIIII1 111HV1111HV11IIIIIIII1 1II!lII!lIlIl(2)、分段仿真，将时间轴划分为连续的时间段，一时间段完成一

11、小步实验内容一小段信号激励输入完成后立即生成波形并判断结果；波形正确之后再根据下步实验内容直至完成所有的实验内容仿真。一、仿真并行置入1010,仿真波形如下图：MauelIntDarMauelIntDar5050止PewterPewter| |227En47En4 -2P.24-2P.24HiShMHiShM就T05f4T05f4KilwKilwA5050= =JpilOO.pT13200.003JpilOO.pT13200.003B0.2152151111口上B B11 11 1山餐SS二国：B B1111t.1X XA A5 5画式_=1X1X乳iiM MiBJDlijBJDlij(IUL

12、 LUYUY00000000- -沙口国 L&NL&ND D1D101D10(.。0印1)IC1)IC结果判断：由上波形图可知，当clk为上升沿，sl_sr为11时，输入abcd为1010,则输出q_abcd并行置入1010,结果正确。二、接着进行仿真异步清零功能，仿真波形如下：为异步清零， 当clrn为低电平时， 输出端清零， 由上波形图可看出， 当clrn为低电平时， 输出q_abcd结果判断：clrn清零，仿真结果正确。Jlanr鬻0.0dkdk1olrnolrn11丰m m= =3Llp pclcl1BlBlLEI1D5 5国sljrsljr3Orz z：ISstcdI

13、SstcdEnoc国工通鼠EOflrPorterIner-b1a: 7BJ4rts7BJ4rtsQ QUr.sUr.s1ILI I1I I| |1r r)0D：“1上1工 d dLMtID（1 由口）LOBOLOBO(DODO工 mnKocmV而口oioion-_irai：miQ、用行右移仿真，仿真波形如下:结果分析：用行右移是当s为01时，clk处于上升沿时，输出结果为SRSI,ABG由上面两个波形可知，当处于细线位置时分别发生用行右移，对图一在原有的基础上移入数据位为1,故结果为1000,正确；对于图二，当clk处于上升沿时,移入数据位为0,故结果为0100,波形仿真正确。四、用行左移仿真，仿真波形如下图:结果分析：用行左移是当s为10时，clk处于上升沿时，输出结果为BCDSLSI。由上面两个波形可知，当处于细线位置时分别发生用行左移，对图一在原有的基础上移入数据位为1,故结果为1001,正确； 对于图二， 当clk处于上升沿时，移入数据位为0,故结果为0010,波形仿真正确。EniWaserTiniEEar6-iQ.6-iQ.0 0M五、保持仿真，此步骤以上波形均有说明，当s为00,clk为上升沿时，输出保持当前值不变，由以上波形图可看出仿真结