IT工程師數位筆記本

一、實驗目的

熟悉QuartusⅡ的VHDL文本設計過程，學習簡單組合邏輯電路的設計、仿真和測試方法。

二、實驗內容

1. 基本命題

完成2選1多路選擇器的文本編輯輸入(mux21a.vhd)和仿真測試等步驟。最后在實驗系統上進行硬件測試，驗證本項設計的功能。

2. 擴展命題

將設計的2選1多路選擇器看成是一個元件mux21a，利用元件例化語句設計能夠滿足圖3-1所示仿真波形的邏輯功能的雙2選1多路選擇器。

圖3-1 仿真波形

三、實驗儀器與器材

計算機1臺，GW48-PK2S實驗箱1臺，QuartusⅡ6.0 1套。

四、實驗

將實驗原理、設計過程、仿真步驟、仿真波形和分析結果、硬件測試實驗結果寫進實驗報告。

2選1多路選擇器設計

① 實驗原理

由數電知識可知，2選1多路選擇器由2個數據輸入口（IN0,IN1），1個數據選擇端（S1），一個輸出口（COUTY）構成。本程序通過判斷數據選擇端(S1)的取值，將對應的數據輸入口(IN0或IN1)輸出。

② 程序設計

LIBRARY IEEE;

USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;

ENTITY mux21a IS

    PORT (   IN0,IN1,S1:in std_logic;

                      COUTY : OUT STD_LOGIC);

END mux21a;

ARCHITECTURE behav OF mux21a IS

BEGIN

       COUTY<=IN0 when S1='0' ELSE IN1;

END behav;

③ mux21a仿真波形圖

為了使仿真結果更為直觀，我們將IN0設為高電平，IN1設為低電平。

圖1 mux21a仿真波形圖

由圖1可知，我們可知當S1處于高電平時，COUNT輸出IN1;反之，輸出IN0.所以所設計的實驗能夠滿足要求。

雙2選1多路選擇器

① 實驗原理

              本實驗中直接利用上題的mux21a。由上題可知，mux21a由2個數據輸入口（IN0,IN1），1個數據選擇端（S1），一個輸出口（COUTY）構成。設有兩個mux21a，分別為U1和U2。為了充分利用U1和U2的數據選擇端，我們將U1的輸出口(COUNT)接到U2的輸入口IN0，這樣U2通過自身的選擇端（S1）就可以選擇U1的輸出或則自己IN0的輸入數據，實現2選1選擇器到雙2選1多路選擇器的擴展。(如圖2所示)

                                   圖2 雙二選一多路選擇器

② 程序設計

LIBRARY IEEE;

USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;

ENTITY dmux21a IS

    PORT (   IN0,IN1,IN2,S0,S1:in STD_LOGIC;

                      COUTY : OUT STD_LOGIC);

END dmux21a;

 

ARCHITECTURE BHV OF dmux21a IS

 COMPONENT MUX21A

              PORT(IN0,IN1,S1:IN STD_LOGIC;

                            COUTY :OUT STD_LOGIC);

   END COMPONENT;

SIGNAL tmp : STD_LOGIC;

BEGIN

              u1 : MUX21A PORT MAP(IN0, IN1, S0, tmp);   

              u2 : MUX21A PORT MAP(IN2, tmp, S1, COUTY);

END BHV;

③ dmux21a 仿真波形圖

                              圖3dmux21a仿真波形圖
                           

波形圖預測：當S1=0時輸出IN2的波形；當S1=1，S0=1，輸出IN1的波形；當S1=1,S0=0,輸出IN0的波形。

由波形圖可知，方針結果與預測結果一致。

（2）進行本實驗引腳鎖定時，建議選擇實驗模式5（No.5），用鍵1（PIO0）控制端s0；用鍵2（PIO1）控制端s1；a3、a2、a1分別接clock5、clock0和clock2；輸出信號y接揚聲器spkert。通過短路帽選擇clock0接256Hz信號，clock5接1024kHz信號，clock2接8kHz信號。最后進行編輯、下載和硬件測試實驗（通過選擇鍵1、鍵2、控制s0、s1，可使揚聲器輸出不同音調）。

表1-1  dmux21a在GWAC6板上目標芯片EP1C6Q240C8的引腳鎖定信息

如表1所示完成元件dmux21a與實驗板引腳的綁定。如圖4所示

圖4 dmux21a與實驗板引腳的綁定

五、實驗思考題

比較圖形編輯輸入與文本編輯輸入的主要差別，談談例化語句的作用及應用時應注意的問題。

1、比較圖形編輯輸入與文本編輯輸入的主要差別

使用圖形編輯法的話，我們需要對邏輯運算與硬件結構對應起來，也就是要懂得將邏輯運算轉化成硬件電路，這需要有較為扎實的硬件功底。使用文本編輯輸入的話，我們只需要懂得用VHDL表達邏輯運算，而不必關心硬件電路的組成，這可以減輕很多硬件設計方面的功夫（接線，選用元器件等）。

2、例化語句的作用及應用時應注意的問題

1)        例化語句的作用是：引入另一個已經設計好的組件。

2)        應用時應注意的問題：

① 要記得將原先已經設計好的原件放在工程底下。對于本體來說是mux21a。

② 要將引入的元件與頂級元件的引腳一一匹配，有需要的話，使用信號(SINGAL)進行消息的傳遞。