《Xilinx FPGACPLD设计初级教程》课件实验五

实验五

数码管循环计数器

1.实验目的

◆初步掌握利用人眼惰性现象让几个数码管同时显示的方法。

◆掌握ISE9.1i综合工具的使用。

◆掌握ModelSimSE6.2b仿真工具的使用。

◆掌握引脚分配方法。

◆掌握JTAG下载工具的使用。

2.实验内容

本实验要求以EZBoard为开发板，完成逻辑设计后并下板测试。实现的功能为：以一只pb按键作为复位键，以另一只pb按键作为启动键。按复位键复位后，数码管全部清零。当按下启动键(下降沿触发)时，数码管开始累加，范围在0～9999循环，变化间隔为1s。EZBoard开发板上的晶振频率为4MHz，按键pb(1)～pb(4)在按下时为低电平，数码管低电平驱动。由人眼惰性现象可知，数码管在熄灭20ms以内再重新点亮，人眼就看成此数码管处于点亮状态。本实验因要用到四只数码管，故每只数码管要在5ms以内重新点亮，这样四只数码管就都处于点亮状态。本实验参考程序代码中，每只数码管是在2ms时重新点亮，秒数越小，数码管的亮度就越高，设计者可自行配置。

设计的端口连接如图T5.1所示，方框里的名称为设计模块中定义的名称(此名称是本实验参考程序中定义的名称)，方框外的名称为对应EZBoard开发板上的器件名称。图T5.1数码管计数器端口连接要完成此实验，应按照下面的步骤一步一步进行。

(1)使用ISE9.1i新建工程项目。

(2)使用ISE9.1i文本编辑器进行电路逻辑设计。

(3)使用ISE9.1i综合工程项目。

(4)使用ISE9.1i文本编辑器编写测试文件。

(5)使用ModelSimSE6.2b工具进行仿真测试。

(6)使用ISE9.1i工具进行引脚分配、布线并生成下载的jed文件。

(7)通过JTAG下载线将PC机与EZBoard板卡连接起来，使用ISE9.1i的iMPACT工具将jed文件下载至EZBoard板卡上。

(8)通过按键，观察EZBoard板卡上的数字显示，以此来验证逻辑设计的正确性。

3.实验步骤

(1)建立ISE工程。

具体步骤如下：

①打开ISE9.1i，选择“开始”→“程序”→“XilinxISE9.1i”→“ProjectNavigator”(或者直接双击桌面图标启动ISE)。

②新建一个工程项目，选择菜单命令“File”→“NewProject”(如果打开ISE后，上面已经有存在的工程项目，请选择“File”→“CloseProject”)。图T5.2新建工程向导④在弹出的“DeviceProperties”对话框中选择FPGA的型号、仿真工具和硬件描述语言类型。

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Family:XC9500XLCPLDs。

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Device:XC95144XL。

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Package:TQ100。

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Speed:–10。

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SynthesisTool:XST(VHDL/Verilog)。

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Simulator:Modelsim-SEVerilog。

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PreferredLanguage:Verilog(如果是VHDL语言用户，请选择VHDL)。⑤点击“Next”按钮，弹出“CreateNewSource”对话框。

⑥点击“Next”按钮，弹出“AddExistingSources”对话框。

⑦点击“Next”按钮，在弹出的“ProjectSummary”对话框中，点击“Finish”按钮，完成工程项目的建立，如图T5.3所示。图T5.3“ProjectSummary”对话框

(2)用文本编辑形式完成对电路功能的描述，并完成综合。

具体步骤如下：

①在新建工程向导完成以后，点击“New”按钮，如图T5.4所示。图T5.4点击“New”按钮②在出现的“New”对话框中选择“TextFile”，点击“OK”按钮，如图T5.5所示。图T5.5选择“TextFile”③此时在新建的文本对话框中，按照本实验的功能说明，用VerilogHDL或VHDL语言完成此实验功能的逻辑编程。

④待程序设计完成后，选择菜单“File”→“SaveAs”保存文件，在“文件名”中填写要保存文件的名字(这里以lab5.v为例)，然后点击“保存”按钮，如图T5.6所示。图T5.6保存文件⑤在工程项目的“Sources”窗口中右击“xc95144xl-10TQ100”，选择“AddSource…”，如图T5.7所示。图T5.7加入源代码⑥通过上一步骤会出现“AddExistingSources”对话框，在此对话框中选择lab5.v文件，点击“打开”按钮，如图T5.8所示。图T5.8选择源代码⑦在随后出现的“AddingSourceFiles…”对话框中点击“OK”按钮，如图T5.9所示。图T5.9添加源文件⑧在工程项目的“Sources”窗口中，单击“lab5.v”，在工程的资源操作窗口(Processes)中展开“ImplementDesign”，双击“Synthesize-XST”，进行综合，综合完成后如图T5.10所示。图T5.10综合设计注意：综合完成后，在“Synthesize-XST”上会显示一个小图标，表示该步骤的完成情况。有些警告是可以忽略的。图标的含义如下：

●“对号”表示该操作步骤成功完成。

●“叹号”表示该操作步骤虽完成，但有警告信息。

●“叉号”表示该操作步骤因错误而未完成。

如果编写的程序有错误，请查看“errors”窗口里的提示信息，并修改相应的错误代码，然后保存，再进行综合。

(3)使用ModelSimSE6.2b仿真工具对电路进行前仿真测试。具体步骤如下：

①在ISEProjectNavigator中，选择菜单“File”→“New”,在出现的“New”对话框中选择“TextFile”，点击“OK”按钮，此时在新建的文本对话框里编写仿真程序。

②待编写完仿真程序后，选择菜单“File”→“SaveAs”，在出现的“保存文本”对话框的“文件名”中输入lab5_tp.v，然后点击“保存”按钮。

③在ISEProjectNavigator中，选择菜单“Project”→“AddSource”，指向上一步骤保存的lab5_tp.v文件夹目录，选择lab5_tp.v文件，点击“打开”按钮。在弹出的“AddingSourceFiles…”对话框里，点击“OK”按钮，如图T5.11所示。图T5.11添加仿真文件④在工程项目的“Sources”窗口中，确保“Sourcesfor”的选项为“BehavioralSimulation”。

⑤在工程项目的“Sources”窗口中，选中工程的顶层文件lab5_tp.v(注意这很关键，不然仿真的波形出不来)，然后展开工程的资源操作窗口(Processes)里的“ModelSimSimulator”选项，双击“SimulateBehavioralModel”，进入“ModelSimSE6.2b”仿真环境。

⑥按照相关步骤，最后仿真出来的参考波形如图T5.12所示。图T5.12时序波形②在XilinxPACE中浏览“DesignObjectList-I/OPins”窗口，在Loc中输入对应的引脚。图T5.13为配置好的此实验的引脚图表。图T5.13参考“lab5_ucf.txt”文件配置引脚③在XilinxPACE窗口中，选择“File”→“Save”。在出现的“BusDelimiter”对话框里，选择默认的“XSTDefault”形式，点击“OK”按钮。

④关闭XilinxPACE窗口。在工程项目的资源操作窗口(Processes)中双击“ImplementDesign”，进行布局布线并生成jed下载文件，如图T5.14所示。图T5.14进行布局布线注意：布局布线完成后，如有错误出现，请查看芯片类型和引脚配置是否正确。

(5)接通板卡电源和JATG下载线，并下载jed程序到板卡上进行测试。

具体步骤如下：

①用JTAG-USB下载线或并口JTAG下载线将PC机与EZBoard板卡JTAG接口连接起来。

②展开“GenerateProgrammingFile”，双击“ConfigureDevice(iMPACT)”，如图T5.15所示。在出现“iMPACT–WelcometoiMPACT”对话框后，单击“Finish”按钮。图T5.15启动iMPACT③在为xc95144xl芯片选择对应的下载程序时，选择lab5.jed，点击“Open”按钮，如图T5.16所示。图T5.16