时钟控制器的设计.doc

时钟控制器的设计实验 江新远 一．实验内容及要求 实验目的 熟悉并掌握同步时序电路设计的时钟控制器的方法。 设计任务 设计一个能放过一串数目可预订的完整无缺的时钟控制器，放过的脉冲数目N=1~15可调，要求： 用常规器件实现，所给器件为“3”中所述。 用可编程器件FPGA实现，用原理图或VHDL语言实现电路功能。 参考器件 FPGA芯片,下载器 1只,七段字型译码器（74LS48）1只，led灯若干。 实验要求 设计电路，然后在仿真软件上进行虚拟实验，正确后，在实验板上搭建实验电路，现在数码管上观察显示数字是否正确，然后搭建动态观察时的电路，在示波器上观察并记录输入、输出波形，最后一步是撰写实验报告及整理文档，对实验进行总结。 二．设计过程： 实验原理图如图所示 图中，时钟φ为1kHz/1Hz脉冲源，k1~k4为0-1开关，为单次脉冲，低电平有效。兼有??零、预置及启动功能。时钟控制器输出Z平时处于低电平状态。为了检测该电路的功能，即放过的脉冲数是否为预定值，可采用两种方法：一种方法是将输出Z接至LED显示器，观察LED闪烁的次数；另一种方法是将Z接至十六进制计数器的时钟端，计数器的输出接译码、显示电路，以观察显示器的读数是否正确。如果控制器中的计数器选用加法计数，可将预置数的反码打入预置端，如果选用减法计数，可将预置数的原码打入预置端。 从图中可以看到，设计时钟控制器，关键是要设计一个启停电路，即产生一个门控信号，如图中虚线所示的Q波形。当启动时，其负脉冲将系统复位，并对计数器进行预置，负脉冲结束后的下一个时钟的上升沿到来时，启停电路开启，Q由01，与此同时，计数器开始计数。当计数值与预置值相等时，启停电路关闭，Q由10，这时，计数器停止计数，根据Q与φ的时间关系，通过简单的控制逻辑，即可实现预期的时钟控制的目的。 如果要用示波器动态观察Q和Z的波形，还需要对原电路进行改动，所以，设计的电路包括两部分，即静态观察时的电路和动态观察时的电路。 输出时钟脉冲数可控的时钟控制器VHDL语言描述 输出时钟脉冲数可控的时钟控制器VHDL语言描述的 设计流程如图所示： 顶层电路图 三:实验仿真 静态演示实验代码: library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; entity wavecontrol is port ( -- Input ports clk : in std_logic; data0 : in std_logic; data1 : in std_logic; data2 : in std_logic; data3 : in std_logic; reset: in std_logic; -- Output ports gate: out std_logic; z: out std_logic; q:buffer std_logic_vector(3 downto 0) ); end wavecontrol; architecture one of wavecontrol is signal tem_data:std_logic_vector(3 downto 0); signal tem_gate:std_logic; begin process(clk) begin if(clkevent and clk=1)then if(reset=0)then --如果清零端为有效，置数切计数清零 tem_data(0)=data0;--数据输入 tem_data(1)=data1; tem_data(2)=data2; tem_data(3)=data3; q=0000; tem_gate=0;--gate无效 else tem_gate=1;--否则门开启 if(qtem_data)then q=q+1; else tem_gate=0;--如果计数超过预置数门关闭 end if; end if; end if; end process; z=tem_gate and clk; gate=tem_gate; end one; 功能仿真结果: 动态演示过程： 把reset调为q计数结束后自动清零，让数据自动重复输入，以便于在示波器上显示。同时将gate与z进行双踪示波。 修改后的代码： library ieee; use ieee.s