北邮数电实验报告信息.docx
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北邮数电实验报告信息
数字电路与逻辑设计实验
姓名***
学院信息与通信工程学院
专业信息工程
班级***
学号****
班内序号***
实验一
一、实验名称和实验任务要求
1.实验内容：
QuartusII原理图输入法设计与实现。
2.实验目的：
（1）熟悉用QuartusII原理图输入法进行电路设计和仿真。
（2）掌握QuartusII图形模块单元的生成与调用。
（3）熟悉实验板的使用。
3.实验任务要求：
（1）用逻辑门设计实现一个半加器，仿真验证其功能，并生成新的半加器图像模块。
（2）用实验内容1中生成的半加器模块和逻辑门设计实现一个全加器，仿真验证其功能，并下载到实验板上测试。
要求用拨码开关设定输入信号，发光二极管显示输出信号。
（3）用3线—8线译码器（74LS138）和逻辑门实现函数F=（/?
?
）（/?
?
）（/?
?
）+（/?
?
）?
?
（/?
?
）+?
?
（/?
?
）（/?
?
）+，仿真验证其功能，并下载到实验板测试。
要求用拨码开关设定输入信号，发光二极管显示输出信号。
二、原理图
半加器模块和逻辑门设计实现的全加器：
三、仿真波形图及分析
电路实现了全加器的功能。
全加器是实现两个1位二进制数及低位来的进位相加求得和数及向高位进位的逻辑电路。
由其原理可得逻辑表达式：
sum=ain⊕bin⊕cin
cout=（ain⊕bin）cin+ain*bin。
列出真值表：
输入
输出
ain
bin
cin
cout
sum
0
0
0
0
0
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
0
1
1
1
0
1
0
0
0
1
1
0
1
1
0
1
1
0
1
0
1
1
1
1
1
仿真波形对比真值表，可以看出波形图与理论值完全符合。
四、故障及问题分析
1、问题：
按照逻辑表达式连接了全加器电路后，仿真波形很乱。
解决方法：
思考后知道了应该把输入信号依次设成2的n次方，这样的仿真波形清楚容易分析。
2、问题：
把代码下载到板子上的过程中，进行到37%的时候停了，等了2分钟也没继续下载。
解决方法：
再次重连USB尝试下载，手紧握着接线口，下载成功了，分析可能是接线口接触不好。
实验二
一、实验名称和实验任务要求
1.实验内容：
用VHDL设计与实现组合逻辑电路。
2.实验目的：
（1）熟悉用VHDL语言设计组合逻辑电路的方法。
（2）熟悉用QuartusII文本输入法进行电路设计。
3.实验任务要求：
（1）用VHDL语言设计实现一个4位二进制奇校验器，输入奇数个‘1’时，输出为‘1’，否则输出‘0’，仿真验证其功能，并下载到实验板测试。
要求用拨码开关设定输入信号，发光二极管显示输出信号。
（2）用VHDL语言设计实现一个8421码转换为余3码的代码转换器，仿真验证其功能，并下载到实验板测试。
要求用拨码开关设定输入信号，发光二极管显示输出信号。
（3）用VHDL语言设计实现一个共阴极7段数码管译码器，仿真验证其功能，并下载到实验板测试。
要求用拨码开关设定输入信号，7段数码管显示输出信号。
二、VHDL代码
1.奇校验器
LIBRARYIEEE;
USEjijiaoyanqiIS
PORT（A:
STD_LOGIC;
B:
STD_LOGIC;
C:
STD_LOGIC;
D:
STD_LOGIC;
F:
OUTSTD_LOGIC）;
ENDjijiaoyanqi;
ARCHITECTUREoneOFjijiaoyanqiIS
SIGNALn1,n2:
STD_LOGIC;
BEGIN
n1<=AXORB;
n2<=n1XORC;
F<=n2XORD;--异或，A⊕B⊕C⊕D
ENDone;
2.8421码转余3码
LIBRARYIEEE;
USEbasizhuanyu3IS
PORT（A:
INSTD_LOGIC_VECTOR（3DOWNTO0）;
B:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR（3DOWNTO0））;
ENDbasizhuanyu3;
ARCHITECTUREzhuanyu3OFbasizhuanyu3IS
BEGIN
PROCESS（A）
BEGIN
CASEAIS
WHEN"0000"=>B<="0011";
WHEN"0001"=>B<="0100";
WHEN"0010"=>B<="0101";
WHEN"0011"=>B<="0110";
WHEN"0100"=>B<="0111";
WHEN"0101"=>B<="1000";
WHEN"0110"=>B<="1001";
WHEN"0111"=>B<="1010";
WHEN"1000"=>B<="1011";
WHEN"1001"=>B<="1100";
WHENOTHERS=>B<="ZZZZ";
ENDCASE;
ENDPROCESS;
ENDzhuanyu3;
3.数码管译码器
LIBRARYIEEE;
USEshumaguanyimaqiIS
PORT（A:
INSTD_LOGIC_VECTOR（3DOWNTO0）;
B:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR（6DOWNTO0）;
C:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR（5DOWNTO0））;
ENDshumaguanyimaqi;
ARCHITECTUREshumaOFshumaguanyimaqiIS
BEGIN
PROCESS（A）
BEGIN
C<="011111";
CASEAIS
WHEN"0000"=>B<="1111110";--0
WHEN"0001"=>B<="0110000";--1
WHEN"0010"=>B<="1101101";--2
WHEN"0011"=>B<="1111001";--3
WHEN"0100"=>B<="0110011";--4
WHEN"0101"=>B<="1011011";--5
WHEN"0110"=>B<="1011111";--6
WHEN"0111"=>B<="1110000";--7
WHEN"1000"=>B<="1111111";--8
WHEN"1001"=>B<="1111011";--9
WHENOTHERS=>B<="ZZZZZZZ";
ENDCASE;
ENDPROCESS;
ENDshuma;
三、故障及问题分析
1、问题：
代码写好以后编译出现错误，Error（10568）:
VHDLerrorat（17）:
can'twritetointerfaceobject"partout"ofmodeIN，由于报错指到了第17行F<=n2XORD;导致我开始的时候没意识到这是哪里的错误。
解决方法：
在XX查了以后发现是F:
OUTSTD_LOGIC）;这句我写成了F:
INSTD_LOGIC）;以后要注意少犯这些马虎的错误。
2、问题：
把代码下载到板子上的过程中，再次出现了第一节课出现的下载停止的问题，再次尝试后也没有下载成功，第三次接线的时候等了好久，HardwareSetup窗口也没有显示有硬件接入。
解决方法：
换了一台电脑尝试然后成功了，我觉得可能是两个原因，一是我反复操作导致软件反应时间长，二是我本来用的电脑接口连接不好。
实验三
一、实验名称和实验任务要求
1.实验内容：
用VHDL设计与实现时序逻辑电路。
2.实验目的：
（1）熟悉用VHDL语言设计时序逻辑电路的方法。
（2）熟悉用QuartusII文本输入法进行电路设计。
3.实验任务要求：
（1）用VHDL语言设计实现一个分频系数为12，分频输出信号占空比为50%的分频器。
要求在QuartusII平台上设计程序并仿真验证设计。
（2）用VHDL语言设计实现一个带异步复位的8421码十进制计数器，仿真验证其功能，并下载到实验板测试。
要求用按键设定输入信号，发光二极管显示输出信号。
（3）将
（1）、
（2）和数码管译码器3个电路进行连接，并下载到实验板显示计数结果。
二、模块端口说明及连接图
1.整个电路输入端：
时钟信号clk，复位键clr。
2.分频器及计数器的端口连接：
复位键clr作为分频器复位键clr1、8421十进制计数器复位键clr2；时钟信号clk作为分频器的时钟信号clk1，分频器输出CLK_OUT1作为8421十进制计数器的时钟信号clk2；计数器的输出Q[0,1,2,3]作为数码管译码器的输入a[0,1,2,3]。
3.整个电路输出端：
b[0,1,2,3,4,5,6]，分别对应7段数码管；c[0,1,2,3,4,5]，分别对应6个数码管译码器。
三、VHDL代码
（1）8421十进制计数器：
LIBRARYIEEE;
USEZY8421shijinzhiIS
PORT（CLK2,CLR2:
INSTD_LOGIC;
Q:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR（3DOWNTO0））;
ENDZY8421shijinzhi;
ARCHITECTUREbehaveOFZY8421shijinzhiIS
SIGNALQ_temp:
STD_LOGIC_VECTOR（3DOWNTO0）;
BEGIN
PROCESS（CLK2,CLR2）
BEGIN
IFCLR2='1'THENQ_temp<="0000";
ELSIFCLK2'EVENTANDCLK2='1'THEN
IFQ_temp="1001"THENQ_temp<="0000";
ELSEQ_temp<=Q_temp+1;
ENDIF;
ENDIF;
ENDPROCESS;
Q<=Q_temp;
ENDbehave;
（2）分频器：
LIBRARYIEEE;
USEdiv_50MIS
PORT（CLK1,CLR1:
INSTD_LOGIC;
CLK_OUT1:
OUTSTD_LOGIC）;
ENDdiv_50M;
ARCHITECTUREbehaveOFdiv_50MIS
SIGNALtemp:
INTEGERRANGE0TO;
SIGNALclkout:
STD_LOGIC;
BEGIN
PROCESS（CLK1,CLR1）
BEGIN
IFCLR1='1'THENtemp<=0;
ELSIFCLK1'EVENTANDCLK1='1'THEN
IFtemp=THENtemp<=0;clkout<=NOTclkout;
ELSEtemp<=temp+1;
ENDIF;
ENDIF;
ENDPROCESS;
CLK_OUT1<=clkout;
ENDbehave;
（3）将分频器、8421十进制计数器和数码管译码器3个电路的连接电路
LIBRARYIEEE;
USEfunction3IS
PORT（CLK,CLR:
INSTD_LOGIC;
b:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR（6DOWNTO0）;
c:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR（5DOWNTO0））;
ENDfunction3;
ARCHITECTUREa1OFfunction3IS
COMPONENTdiv_50M--调用分频器和计数器两个元件
PORT（CLK1,CLR1:
INSTD_LOGIC;
CLK_OUT1:
OUTSTD_LOGIC）;
ENDCOMPONENT;
COMPONENTZY8421shijinzhi
PORT（CLK2,CLR2:
INSTD_LOGIC;
Q:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR（3DOWNTO0））;
ENDCOMPONENT;
SIGNALa:
STD_LOGIC_VECTOR（3DOWNTO0）;
SIGNALclkin:
STD_LOGIC;
BEGIN
u1:
div_50MPORTMAP（CLK1=>CLK,CLR1=>CLR,CLK_OUT1=>clkin）;
u2:
ZY8421shijinzhiPORTMAP（CLK2=>clkin,CLR2=>CLR,Q=>a）;
PROCESS（a）
BEGIN
c<="110111";--左数第三个数码管亮
CASEaIS
WHEN"0000"=>b<="1111110";--0
WHEN"0001"=>b<="0110000";--1
WHEN"0010"=>b<="1101101";--2
WHEN"0011"=>b<="1111001";--3
WHEN"0100"=>b<="0110011";--4
WHEN"0101"=>b<="1011011";--5
WHEN"0110"=>b<="1011111";--6
WHEN"0111"=>b<="1110000";--7
WHEN"1000"=>b<="1111111";--8
WHEN"1001"=>b<="1111011";--9
WHENOTHERS=>b<="1111110";--0
ENDCASE;
ENDPROCESS;
END;
四、仿真波形图及分析
分析仿真波形图可知，c为110111，左数第三个数码管亮；数码管译码器循环显示0到9这10个数字；复位信号CLK是高电平有效，从波形中看出CLR=1时输出b=1111110，数码管显示数字0。
五、故障及问题分析
1、问题：
分频器代码编译成功后准备下载到板子上，在准备设置端口时，出现了这个跟之前不一样界面，没办法下载代码。
解决方法：
后来发现是最开始的时候，器件设置有问题，应该按照书上讲的在Availabledevices栏选择EPM11270T144C5这个型号。
前两次实验都没有犯这个错误，我认识到我不应该忽视前面的必要步骤，某个小细节的不注意可能会导致重做整个项目。
2、问题：
把（3）的代码写好后编译出现错误，Error（10313）:
VHDLCaseStatementerrorat（30）:
CaseStatementchoicesmustcoverallpossiblevaluesofexpression。
解决方法：
后来我检查发现是穷举法中的可能情况里忘了写WHENOTHERS=>b<="0000000";这一行，导致情况包括不完全而报错。
3、问题：
仿真波形中b的显示类似乱码，并不是预想的二进制码。
解决方法：
老师讲解后知道了应该在CountValue选项中的Radix栏选择Binary。
实验四
一、实验名称和实验任务要求
1.实验内容：
用VHDL设计与实现相关电路。
2.实验目的：
（1）掌握VHDL语言的语法规范，掌握时序电路描述方法。
（2）掌握多个数码管动态扫描显示的原理及设计方法。
3.实验任务要求：
（1）用VHDL语言设计并实现六个数码管串行扫描电路，要求同时显示“班号—班内序号”这6个数字图形到6个数码管，仿真验证其功能，并下载到实验板测试。
（2）用VHDL语言设计并实现六个数码管滚动显示电路。
循环左滚动，始终点亮6个数码管，左出右进。
状态为：
124-17，24-171，4-1712，-17124，17124-，7124-1，124-17。
二、模块端口说明及连接图
1.输入端：
clk时钟信号
2.输出端：
partout[0,1,2,3,4,5,6]，分别对应7段数码管；catout[0,1,2,3,4,5]：
分别对应6个数码管译码器
三、VHDL代码
（1）同时显示“班号—班内序号”这六个数字图形到6个数码管
libraryieee;
useZY12417is
port（clk:
instd_logic;
partout:
outstd_logic_vector（6downto0）;
catout:
outstd_logic_vector（5downto0））;
endZY12417;
architectureaofZY12417is
signalpart:
std_logic_vector（6downto0）;
signalcat:
std_logic_vector（5downto0）;
signaltempclk:
std_logic;
signalcount:
integerrange0to1999;
--为便于仿真，仿真图对应代码将分频改成了50
constantM:
integer:
=1999;
begin
p1:
process（clk）
begin
if（clk'eventandclk='1'）then
ifcount=Mthen
count<=0;
tempclk<=nottempclk;
else
count<=count+1;
endif;
endif;
endprocessp1;
p2:
process（tempclk）
begin
if（tempclk'eventandtempclk='1'）then
casecatis
when"111110"=>cat<="011111";part<="0110000";--1
when"011111"=>cat<="101111";part<="1101101";--2
when"101111"=>cat<="110111";part<="0110011";--4
when"110111"=>cat<="111011";part<="0000001";---
when"111011"=>cat<="111101";part<="0110000";--1
when"111101"=>cat<="111110";part<="1110000";--7
whenothers=>cat<="011111";part<="0110000";--1
endcase;
endif;
endprocessp2;
catout<=cat;
partout<=part;
enda;
（2）滚动显示电路（选做）
LIBRARYIEEE;
USEgundongxianshiIS
PORT（clk,clear:
INSTD_LOGIC;
catout:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR（6DOWNTO0）;
partout:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR（5DOWNTO0））;
ENDgundongxianshi;
ARCHITECTUREaOFgundongxianshiIS
SIGNALcat:
STD_LOGIC_VECTOR（6DOWNTO0）;
SIGNALpart:
STD_LOGIC_VECTOR（5DOWNTO0）;
SIGNALcnt,cnt1:
INTEGERRANGE0TO11;
SIGNALtmp:
INTEGERRANGE0TO15999;
SIGNALclk1:
STD_LOGIC;
BEGIN
p0:
PROCESS（clk,clear）
BEGIN
IFclear='0'THENtmp<=0;
ELSIFclk'EVENTANDclk='1'THEN
IFtmp=15999THEN
tmp<=0;
ELSEtmp<=tmp+1;
ENDIF;
ENDIF;
ENDPROCESSp0;
p1:
PROCESS（tmp）
BEGIN
IFclk'EVENTANDclk='1'THEN
IFtmp<1000THEN
clk1<='0';
ELSEclk1<='1';
ENDIF;
ENDIF;
ENDPROCESSp1;
p2:
PROCESS（clk）
BEGIN
IF（clk'EVENTANDclk='1'）THEN
IF（cnt=11）THENcnt<=0;
ELSEcnt<=cnt+1;
ENDIF;
ENDIF;
ENDPROCESSp2;
p3:
PROCESS（clk1）
BEGIN
IF（clk1'EVENTANDclk1='1'）THEN
IF（cnt1=11）THENcnt1<=0;
ELSEcnt1<=cnt1+1;
ENDIF;
ENDIF;
ENDPROCESSp3;
p4:
PROCESS（cnt,cnt1）
BEGIN
IF（clear='0'）THENcat<="0000000";
ELSE
CASEcnt+cnt1IS
WHEN6=>cat<="0110000";
WHEN7=>cat<="1101101";
WHEN8=>cat<="0110011";
WHEN9=>cat<="0000001";
WHEN10=>cat<="1101101";
WHEN11=>cat<="1101101";
WHENOTHERS=>cat<="0000000";
ENDCASE;
ENDIF;
ENDPROCESSp4;
catout<=cat;
p5:
PROCESS（cnt）
BEGIN
IF（clear='0'）THENpart<="111111";
ELSE
CASEcntIS
WHEN0=>part<="011111";
WHEN1=>part<="101111";
WHEN2=>part<="110111";
WHEN3=>part<="111011";
WHEN4=>part<="111101";
WHEN5=>part<="111110";
WHENOTHERS=>part<="111111";
ENDCASE;
ENDIF;
ENDPROCESSp5;
partout<=part;
ENDa;
四、仿真波形图及分析
同时显示“班号—班内序号”这六个数字图形到6个数码管
分析仿真
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