数字电路与数字逻辑实验指导书.doc

数字电路与数字逻辑 实验指导书 目 录 实验一：Quartus II软件操作 3 实验二：数据选择器和译码器功能验证 14 实验三：数据选择器和译码器应用 17 实验四：触发器的应用 19 实验五：计数器的功能验证 21 实验六：计数器的应用 22 实验七：寄存器的功能验证 23 附录： 24 实验一：Quartus II软件操作 实验目的和要求： 1、了解并掌握QuartusII软件的使用方法。 2、了解并掌握仿真（功能仿真及时序仿真）方法及验证设计正确性。 3、了解并掌握EDA QuartusII中的原理图设计方法。 实验内容： 本实验通过简单的例子介绍FPGA开发软件QuartusII的使用流程，包括图形输入法的设计步骤和仿真验证的使用以及最后的编程下载。 图形编辑输入法也称为原理图输入设计法。用Quartus II的原理图输入设计法进行数字系统设计时，不需要了解任何硬件描述语言知识，只要掌握数字逻辑电路基本知识，就能使用QuartusII提供的EDA平台设计数字电路或系统。 QuartusII的原理图输入设计法可以与传统的数字电路设计法接轨，即把传统方法得到的设计电路的原理图，用EDA平台完成设计电路的输入、仿真验证和综合，最后编程下载到可编程逻辑器件(FPGA/CPLD)或专用集成电路(ASIC)中。 实验步骤： 在QuartusII中通过原理图的方法，使用与门和异或门实现半加器。 第1步：打开QuartusII软件。 第2步：新建一个空项目。 选择菜单File-New Project Wizard，进入新建项目向导。如下图所示，填入项目的名称“hadder”，默认项目保存路径在Quartus安装下，也可修改为其他地址，视具体情况而定。 第3步：单击Next按钮，进入向导的下一页进行项目内文件的添加操作，如果没有文件需要添加进项目，则直接点击Next按钮既可。 第4步：选择CPLD/FPGA器件，如下图所示，选择芯片系列为“MAX II”，型号为“EPM240T100C5”。 第5步：向导的后面几步不做更改，直接点击Next即可，最后点击Finish结束向导。到此即完成了一个项目的新建工作。 第6步：新建一个图形文件。选择File-New命令，选择“Diagram/Schematic File”，点击OK按钮完成。将该图形文件另存为hadder.bdf。图形编辑窗口如下图所示，窗口左边是图形编辑工具条。 第7步：在图形编辑窗口的空白处双击，打开符号库窗口，如左下图所示。展开符号库“c://.../libraries/”，可以看到有三个类别，分别是“megafunctions”——表示具有宏功能的符号，“others”——主要是一些常用的集成电路符号，“primitives”——主要是一些基本门电路符号、引脚和接地、电源符号等。窗口中的“name”框可快速检索到需要的符号，例如当输入型号“7408”，符号库立刻找到相应集成电路的符号，如右下图所示。 第8步：选择好需要的符号后，单击OK按钮，界面将回到原理图编辑界面，然后单击左键即在窗口内放置该符号。再用同样的方法，在“name”框中输入“xor”即可找到异或门的符号；如下图所示。 第9步：在图形编辑窗口中分别放置与门“7408”和异或门“xor”，如下图所示。 第10步：再次打开符号，在“name”栏中输入“input”，符号库自动在库中找到输入“input”符号（如左下图所示），并选中“Repeat-insert mode”点击OK按钮，可反复在编辑窗口中放入输入符号，直单击右键取消放置为止。由于输入信号一共有2个，所以需要放入2个输入符号，并将2个输入符号命名为a和b。用同样的方法放置2个输出“output”符号，并分别命名为s、cout。再选择工具栏中的 按钮，将各符号连接起来，结果如右下图所示。 第11步：保存图形文件，进行语法检查和编译。 通过快捷按钮 ，对上面的代码进行语法检查和综合，同时在信息（Messages）窗口中显示检查结果，如程序中有错误，也将指出错误的地方以便修正。如果没有错误，则使用快捷按钮进行编译。编译结束后会自动打开一个编译报告（Compilation Report）窗口，如图所示。 第12步：仿真。在开发板上实现该电路之前，可以先在Quartus软件中对电路进行功能仿真，以测试电路逻辑的正确性。在仿真之前，先要建立一个矢量波形文件，包含输入信号的波形，并指定需要观察的输出信号。执行File-New命令，选择“Other Files”选项页中Vector Waveform File，并单击OK按钮，打开矢