VHDL和数字电路设计课程实验.doc

VHDL和数字电路设计课程实验 课程实验目的： （1）理论和实践相结合，使学生更加深入地掌握所学内容； （2）掌握如何利用VHDL硬件描述语言方法设计数字电路； （3）掌握如何利用PLD器件结合EDA系统工具设计数字集成电路； （4）培养学生独立开发设计电路系统的能力； （5）培养学生具备从事科研的能力。 实验条件： 要求具备可编程逻辑器件和EDA设计工具实验条件。实验室可提供带配有可编程逻辑器件的通用型GELIN EPF10K10 A系统板、专业型GELIN EPF10K10（B）系统板、GELIN EPF10K10（C）系统板。提供的EDA设计工具为MaxplusⅡ系统。 实验目录： 实验一 二选一数据选择器 实验二 数据对象的定义 附加实验：一位BCD码加法器的设计 实验三 四位二进制加法器设计 附加实验：利用Generic设计一个通用的加法器 实验四 四位二进制乘法器设计 附加实验：n位二进制乘法器设计 实验五 十进制计数器设计 实验六 交通灯控制器的设计 实验七 数字钟的设计 实验一二选一数据选择器设计 实验目的：掌握VHDL程序的结构和熟悉MaxplusⅡ系统的操作。 实验内容：二选一数据选择器电路设计。 实验要求：采用电路真值表方式进行设计。 设计原理： 电路真值表如下： 电路真值表 S C 0 A 1 B 实验报告： （1）电路示意图及源程序代码； （2）功能仿真波形文件。 实验二 数据对象的定义 实验目的：掌握如何定义一个信号或变量数据对象，以及它们的传输特性。 实验内容： （1）利用VHDL进行如下电路的描述 （2）D触发器的设计 实验要求：分别采用定义一个信号对象和变量对象两种方式进行电路设计。 设计原理：D触发器的状态随输入状态的变化而变化，其电路示意图几电路特性表为： D触发器电路示意图 触发器特性表 CLK Q ↑ Qn-1 ↑ D 实验报告： （1）电路示意图及源程序代码； （2）功能仿真波形文件。 实验（1）仿真结果： 仿真结果为（采用信号对象）：x=c xor b, y=c xor b。 仿真结果为（采用变量对象）：x=c xor a, y=c xor b。 结论：在一个进程中，多次对同一信号对象赋值，只有最后一次赋值起作用，前面的赋值语句被忽略；而变量对象则不同，在过程内的每次赋值均会起作用。 实验（2）仿真结果： 结论：在一个进程中，信号的更新不是立即执行的，而是在end process，即过程结束时才执行；而变量在过程内的更新是立即起作用的。 附加实验：一位BCD码加法器的设计 实验三 四位二进制加法器设计 实验目的：掌握元件例化语句的使用。 实验内容：四位二进制加法器设计。 实验要求：采用元件例化语句进行设计。 设计原理： 首先设计一个一位全加器，然后采用元件例化语句设计一个四位二进制加法器。电路示意图如下所示：A、B、Sum均为四位矢量信号。 Sumi=Ai⊕Bi⊕Cii Coi=AiBi+(Ai+Bi)Cii 实验报告： （1）电路示意图及源程序代码； （2）功能仿真波形文件。 附加实验：利用Generic设计一个通用的加法器 实验四 四位二进制乘法器设计 实验目的：学习组合逻辑电路的VHDL设计。 实验内容：设计一个四位并行二进制乘法器。 实验要求：要求设计的四位并行二进制乘法器并行输入并行输出。 设计原理： 如果设计一个n位的二进制乘法器，那么乘积的位数为2n。那么四位二进制相乘可得到八位二进制数，其实现和十进制乘法类似，可分为两步进行：“取与”和“相加”。 电路示意图及运算如下所示：A和B为四位矢量信号，M为八位矢量信号。 a3 a2 a1 a0 被乘数 × b3 b2 b1 b0 乘数 ------------------------------------------------------------------ a3b0 a2b0 a1b0 a0b0 a3b1 a2b1 a1b1 a0b1 a3b2 a2b2 a1b2 a0b2 ＋ a3b3 a2b3 a1b3 a0b3 ------------------------------------------------------------------ m7 m6 m5 m4 m3 m2 m1 m0 乘法运算也可以只通过被乘数移位来实现，再由乘数判断是否相加即可，如下所示。 a3 a2 a1 a0 被乘数 × b3 b2 b1 b0 乘数 -------------------------