数字电子技术实验
数字电
子技术基础
实验报告
题目：实验四 基于Quartus II的硬件描述语言电路设计
小组成员： 小组成员：
一、 实验四 基于Quartus II的硬件描述语言电路设计
一、实验目的
1) 学习并掌握硬件描述语言VHDL；熟悉门电路的逻辑功能，并用硬件描述语言实现门电路的设计。 2) 熟悉中规模器件译码器的逻辑功能，用硬件描述语言实现其设计。 3) 熟悉时序电路计数器的逻辑功能，用硬件描述语言实现其设计。 4) 熟悉分频电路的逻辑功能，并用硬件描述语言实现其设计。
二、实验要求
要求1：参考“参考内容1”中给出的与门源程序，编写一个异或门逻辑电路。1）用QuartusII波形仿真验证；2）下载到DE0开发板验证。
要求2： 参考“参考内容2”中给出的将8421BCD码转换成0-9的七段码译码器源程序，编写一个将二进制码转换成0-E的七段码译码器。1）用QuartusII波形仿真验证；2）下载到DE0开发板，利用开发板上的数码管验证。
要求3：参考“参考内容3”中给出的四位二进制计数器的源程序，编写一个计数器实现0-E计数。用QuartusII波形仿真验证；
要求4：参考“参考内容4”中给出的50M分频器的源程序，编写一个能实现占空比50%的5M和50M分频器即两个输出，输出信号频率分别为10Hz和1Hz。下载到DE0开发板验证。（提示：利用DE0板上已有的50M晶振作为输入信号，通过开发板上两个的LED灯观察输出信号）。电路框图如下：
1
数字电子技术实验
要求5：利用已经实现的VHDL模块文件，顶层文件采用原理图设计方法，实现0-E计数自动循环显示，频率1Hz和10Hz可以切换。（提示：如何将VHDL模块文件在顶层原理图文件中引用，参考参考内容5）
三、实验设备
（1）电脑一台； （2）数字电路实验箱； （3）数据线一根。
四、实验原理
1.VHDL具有功能强大的语言结构，可以用简洁明确的源代码来描述复杂的逻辑控制。它具有多层次的设计描述功能，层层细化，最后可直接生成电路级描述。VHDL支持同步电路、异步电路和随机电路的设计，这是其他硬件描述语言所不能比拟的。VHDL还支持各种设计方法，既支持自底向上的设计，又支持自顶向下的设计；既支持模块化设计，又支持层次化设计。
2.VHDL具有多层次的设计描述功能，既可以描述系统级电路，又可以描述门级电路。而描述既可以采用行为描述、寄存器传输描述或结构描述，也可以采用三者混合的混合级描述。另外，VHDL支持惯性延迟和传输延迟，还可以准确地建立硬件电路模型。VHDL支持预定义的和自定义的数据类型，给硬件描述带来较大的自由度，使设计人员能够方便地创建高层次的系统模型。
3.VHDL是一种标准化的硬件描述语言，同一个设计描述可以被不同的工具所支持，使得设计描述的移植成为可能。
4.VHDL采用基于库（Library）的设计方法，可以建立各种可再次利用的模块。这些模块可以预先设计或使用以前设计中的存档模块，将这些模块存放到库中，就可以在以后的设计中进行复用，可以使设计成果在设计人员之间进行交流和共享，减少硬件电路设计。
五、实验内容
1、（要求一）
2
数字电子技术实验
（1）VHDL语言描述:
（2）原理图（Multisim和QuartusII中绘制的原理图）： 2、（要求二） （1）VHDL语言描述:
（2）原理图（Multisim和QuartusII中绘制的原理图）： (3)波形图: 3、（要求三） （1）VHDL语言描述:
（2）原理图（Multisim和QuartusII中绘制的原理图）： (3)波形图: 4、（要求四） （1）VHDL语言描述:
（2）原理图（Multisim和QuartusII中绘制的原理图）： 5、（要求五） （1）VHDL语言描述:
（2）原理图（Multisim和QuartusII中绘制的原理图）：
六、实验过程中的问题
1.在用VHDL语言写了一些器件，在应用时候，没有将逻辑电路图放到顶层，导致没有找到目标管脚。在仔细查看老师所给的参考资料之后，将设置调整为“顶层文件采用原理图设计方法”，得到了正确的结果。
2.在进行波形仿真的时候，没有考虑到延迟。一开始在脉冲时间间隔很短的情况下，发现波形并没有沿边变化。查找相关资料，了解到时序仿真会有延迟。于是我们将脉冲时间间隔调大，最终得到了正确的结果。
七、心得体会
1. 通过本次实验，初步掌握了VHDL语言的使用。学会用VHDL语言实现指定逻辑电路，并对几个模块进行综合。实验过程中出现的问题主要是编写代码错误，编写代码过程中一个字符打错了可能
3
数字电子技术实验
是整个代码错误，因此必须格外认真。代码更要做到准确、简洁，学会找出错误，改正错误。 2.前三次的实验都是利用quartus自带的器件资源库完成一定的逻辑功能。而这次实验是第一次写VHDL，可以用代码描述想要实现的逻辑功能，然后将它们封装为一个器件来使用。正是这次实验，让我们体会到数字逻辑电路设计的精华所在。提高了我们对数字逻辑电路的设计的兴趣。
4
数字电子技术实验报告-基于Quartus-II的硬件描述语言电路设计
