VHDL与数字系统设计课程设计.doc

《VHDL与数字系统设计》 课程设计 高雪莲 2007年 1 月 8 日目录 实验一：8-3编码器 实验二：八位可逆计数器电路设计 实验三：ALU设计 实验四：双向移位寄存器 实验五：闹钟系统控制电路 实验六：简单状态机 实验七：交通灯控制器 实验八：简单电梯控制电路 实验一：8－3编码器 一、课程设计的目的与要求 设计目的 熟悉MAXPLUS2/Quartus II软件，掌握软件的VHDL程序输入、程序编译和程序仿真操作； 学习利用VHDL语言设计数字时序电路程序； 了解编码器电路的工作方式。 设计要求 利用VHDL语言设计8-3编码器电路，并利用相关软件进行编译和仿真。并通过其波形输入验证电路设计。 二、设计正文 带优先级的8-3编码器真值表如下所示： 实验二：八位可逆计数器电路设计 一、课程设计的目的与要求 1．设计目的 熟悉MAXPLUS2/Quartus II软件，掌握软件的VHDL程序输入、程序编译和程序仿真操作； 学习利用VHDL语言设计数字时序电路程序； 了解可逆计数器电路的工作方式。 设计要求 利用VHDL语言设计八位可逆计数器电路，并利用相关软件进行编译和仿真。并通过其波形输入验证电路设计。 二、设计正文 8位可逆计数器根据计数脉冲的不同，控制计数器在同步信号脉冲的作用下，进行加1或减1操作。其真值表如下所示： CLR UPDOWN CLK Q0~Q7 1 X X 0 1 ↑ 加1 0 0 ↑ 减1 可逆计数器的计数方向，由特殊的控制端UPDOWN控制。 当UPDOWN＝1时，计数器进行加1操作； 当UPDOWN＝0时，计数器进行减1操作。 实验三：ALU设计 一、课程设计的目的与要求 设计目的 1.1 熟悉MAXPLUS2/Quartus II软件，掌握软件的VHDL程序输入、程序编译和程序仿真操作； 1.2学习利用VHDL语言设计数字电路程序； 1.3了解ALU的工作方式。 设计要求 2．1利用VHDL语言设计ALU（算术逻辑单元）电路，并利用相关软件进行编译和仿真。并通过其波形输入验证电路设计。 2．2 根据ALU的每一个算术运算执行动作，写出当前算术运算执行动作的真值表，并根据这些真值表编写每个执行动作的VHDL程序。 2．3尽可能采用多种编程思路完成程序设计。 二、设计正文 ALU是算术逻辑单元，是拥有算术运算和逻辑运算功能的电路。 其中，算术运算主要以加、减法为主，（乘除法可以利用移位配合加法的方法处理，即可完成运算。逻辑运算分与、或、异或、非四种运算。ALU的真值表如下所示：（其中，A和B都为四位数据。） 表1 ALU真值表 S2 S1 S0 进\借位co 输出 执行动作 0 0 0 0 F=A+B 加法 1 F=A+B+1 进位加法 0 0 1 0 F=A-B 减法 1 F=A-B-1 借位减法 0 1 0 0 F=A 传递（无进位） 1 F=A+1 A加1 0 1 1 0 F=A 传递（无借位） 1 F=A-1 A减1 1 0 0 X F=A AND B 与操作 1 0 1 X F=A OR B 或操作 1 1 0 X F=A XOR B 异或操作 1 1 1 X F=NOT A 非操作 实验四：双向移位寄存器 一、课程设计的目的与要求 1．设计目的 熟悉MAXPLUS2/Quartus II软件，掌握软件的VHDL程序输入、程序编译和程序仿真操作； 学习利用VHDL语言设计双向移位寄存器电路程序。 2．设计要求 根据设计正文提出的双向移位寄存器功能设置，实现电路设计。 二、设计正文 双向移位寄存器有三种输入方式：4位并行输入、1位左移串行输入、1位右移串行输入； 双向移位寄存器有一种输出方式：4位并行输出。 双向移位寄存器工作过程如下： 当1位数据从左移串行输入端输入时，首先进入内部寄存器最高位，并在并行输出口最高位输出，后由同步时钟的上跳沿触发向左移位。 当1位数据从右移串行输入端输入时，首先进入内部寄存器最低位，并在并行输出口的最低位输出，后由同步时钟的上跳沿触发向右移位。 双向移位寄存器的输入、输出端口如下： CLR：异步清零输入端； SRSI：串行右移输入端； SLSI：串行左移输入端； A、B、C、D：4位并行输入端； QA、QB、QC、QD：4位并行输出端； S0，S1：两位控制码输入端。 双向移位寄存器的端口功能如下： 当CLR＝0时，4位输出端清0； 当CLK＝0时，4位输出端保持原来状态不变； 当S＝00时，4位输出端保持原来的状态不变； 当S＝01时，允许串行右移输入1位数据； 当S＝10时，允许串行左移输入1位数据； 当S＝11时，允许4位