十进制计数器设计.docx
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十进制计数器设计
十进制计数器设计
一、实验目的：
熟悉QuartusII的Verilog文本设计流程全过程，学习十进制计数器的设计、仿真，掌握计数器的工作原理。
二、实验原理：
计数器属于时序电路的范畴，其应用十分普遍。
该程序设计是要实现带有异步复位、同步计数使能和可预置型的十进制计数器。
该计数器具有5个输入端口（CLK、RST、EN、LOAD、DATA）。
CLK输入时钟信号；RST起异步复位作用，RST=0，复位；EN是时钟使能，EN=1，允许加载或计数；LOAD是数据加载控制，LOAD=0，向内部寄存器加载数据；DATA是4位并行加载的数据。
有两个输出端口（DOUT和COUT）。
DOUT的位宽为4，输出计数值，从0到9；COUT是输出进位标志，位宽为1，每当DOUT为9时输出一个高电平脉冲。
RST在任意时刻有效时，如CLK非上升沿时，计数也能即刻清0；当EN=1，且在时钟CLK的上升沿时刻LOAD=0，4位输入数据DATA被加载，但如果此时时钟没有上升沿，尽管出现了加载信号LOAD=0,依然未出现加载情况；当EN=1,RST=1,LOAD=1时，计数正常进行，在计数数据等于9时进行输出高电平。
三、实验任务：
在QuartusII上将设计好的程序进行编辑、编译、综合、适配、仿真，从时序仿真图中学习计数器工作原理，了解计数器的运行情况及时钟输入至计数器数据输出的延时情况。
四、实验步骤：
（一）、建立工作库文件和编辑设计文件
任何一项设计都是一项Project（工程），而把一个工程下的所有文件放在一个文件夹内是一个非常好的习惯，以便于我们整理，利用和提取不同工程下的文件，而此文件夹将被EDA软件默认为WorkLibrary（工作库），所以第一步先根据自己的习惯，建立个新的文件夹。
（1）新建文件夹：
在盘建立并保存工程，将文件夹取名Jishuqi。
（2）输入源程序：
打开QuartusII，选择菜单FileNewDesignFilesVerilogHDLFileOK（如图1所示）。
图1
在空白处工作框处输入任务要求中的代码，代码如下：
moduleCNT10（CLK,RST,EN,LOAD,COUT,DOUT,DATA）;
inputCLK,EN,RST,LOAD;
input[3:
0]DATA;
output[3:
0]DOUT;
outputCOUT;
reg[3:
0]Q1;
regCOUT;
assignDOUT=Q1;
always@（posedgeCLKornegedgeRST）begin
if（!
RST）Q1<=0;
elseif（EN）begin
if（!
LOAD）Q1<=DATA;
elseif（Q1<9）Q1<=Q1+1;
elseQ1<=4'b0000;end
end
always@（Q1）
if（Q1==4'h9）COUT=1'b1;
elseCOUT=1'b0;
endmodule
（3）保存文件：
选择FileSaveas,选择保存路径，即刚才新建文件夹Jishuqi,文件名应与实体名保持一致，即CNT10，点击保存后会跳出“Doyouwanttocreateanewprojectwiththisfile?
”选择“是”，则进入如下界面，如图2所示。
图2
点击Next，进入“工程设置”对话框，第一行表示工程所在的文件夹，第二行为工程名，可以与顶层文件的实体名保持一致，也可以另取别的名字，第三行为当前工程顶层文件的实体名，如图3所示。
图3
点击Next，进入ADDFILE对话框，单击AddAll按钮，将工程相关的所有Verilog文件加进工程，也可以单击“Add ...”选择性加入，从工程目录中选出相关的Verilog文件，然后点击Next，当先直接建立工程时，需要自己添加，如图4所示。
图4
（4）选择目标芯片：
我们选用的是CycloneIII系列的EP3C55F484C8，在Family栏选择芯片系列——CycloneIII，在窗口右边的三个下拉列表框选择过滤条件，分别选择Package为FBGA、Pincount为484和Speedgrade为8，
点击Next，如图5所示。
图5
（5）工具设置：
进入EDA工具设置窗口，有三个选项，分别是选择输入的HDL类型和综合工具、选择仿真工具、选择时序分析工具，这是除QuartusII自含的所有设计工具以外的外加的工具，如果不作选择的，表示仅选择QuartusII自含的所有设计工具，本次不需要其他的设计工具，可以直接点击Next，如图6所示。
图6
（6）结束设置：
进入“工程设置统计”窗口，列出了与此工程相关的设置情况，设置完成，点击Finish，如图7所示。
图7
（二）、编译
配置好后就可以进行编译了，点击ProcessingStartCompilation命令， 启动全程编译
编译成功后的界面如图8所示。
图8
（三）、时序仿真
（1）打开波形编辑器：
FileNewVerification/DebuggingFilesVectorWaveformOK,即出现空白的波形编辑器，如图9所示。
图9
（2）设置仿真时间区域：
Edit-->EndTime在Time栏中输入50，单位选择“us”，点击确定并保存波形文件，如图10所示。
图10
（3）点击EditInsertInsertNodeorBusNodeFinderList>>OK，如图11所示。
图11
（4）编辑输入波形：
首先进行时钟窗口设置：
点击左边的
输入CLK的周期为2.56us，50%的占空比，如图12所示，设置EN、RST与LOAD，将它们设置为高电平。
图12
接着进行总线数据格式设置和参数设置：
点击输入数据信号DATA的左边的+号，能展开此总线中的所有信号；如果双击此+号左边的信号标记，将弹出对该信号数据格式设置的NodeProperties对话框，在该对话框的Radix下拉列表中有四种选择，这里选择十进制表达方式。
其次输入波形数据：
由于DATA是4位待加载的输入数据，需要设置输入数据。
用鼠标在所示信号名DATA的某一数据区拖拉出来一块蓝色区域，然后单击左侧工具栏的
按钮，在弹出窗口输入数据如1，继而在不同区域设置不同数据。
这里为方便观察，输入的数据依次是1，5，7，9，4，如图13所示。
图13
（5）仿真
仿真器参数仿真：
选择AssignmentSettings命令，在Settings窗口下选择CategorySimulatorSettings。
在右侧的Simulationmode下拉列表中选择Timing，即选择时序仿真，并选择仿真激励文件名CNT10.vwf。
选择SimulationPeriod栏，确认选中了“Runsimulationuntilallvectorstimuliareused”，如图14所示。
图14
启动仿真器：
ProcessingStartSimulation，直至出现Simulationwassuccessful，仿真结束，然后会自动弹出“SimulationReport”，点击输出信号“DOUT”旁边的“+”，展开总线中的所有信号，可以便于我们观察和分析波形，如图15所示。
图15
（四）应用RTL电路图观察器
ToolsNetlistViewersRTLViewer，结果如图16所示。
图16
五、实验心得
通过几周的学习，我了解了FPGA编程语言的使用方法，通过设计实验项目，我掌握了QuartusII软件的用法以及十进制计数器的工作原理。
在这个过程中，让我明白了动手能力的重要性，同时也使我认识到自己所学的知识还很欠缺，要加强这方面的学习。
（注：
专业文档是经验性极强的领域，无法思考和涵盖全面，素材和资料部分来自网络，供参考。
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