二進制計數器的工作原理

時間：2024-05-20 09:07:14

一、 實驗目的
1、了解二進制計數器的工作原理。
2、進一步熟悉QUARTUSII軟件的使用方法和VHDL輸入。
3、時鐘在編程過程中的作用。
二、 實驗原理
二進制計數器中應用最多、功能最全的計數器之一，含異步清零和同步使能的加法計數器的具體工作過程如下：
在時鐘上升沿的情況下，檢測使能端是否允許計數，如果允許計數（定義使能端高電平有效）則開始計數，否則一直檢測使能端信號。在計數過程中再檢測復位信號是否有效（低電平有效），當復位信號起作用時，使計數值清零，繼續進行檢測和計數。其工作時序如圖4-3-1所示：

圖4-3-1 計數器的工作時序
三、 實驗內容
本實驗要求完成的任務是在時鐘信號的作用下，通過使能端和復位信號來完成加法計數器的計數。實驗中時鐘信號使用數字時鐘源模塊的1HZ信號，用一位撥動開關K1表示使能端信號，用復位開關RST表示復位信號，用LED模塊的D1～D4來表示計數的二進制結果。實驗LED亮表示對應的位為‘1’，LED滅表示對應的位為‘0’。通過輸入不同的值模擬計數器的工作時序，觀察計數的結果。

四、 實驗步驟
1、打開QUARTUSII軟件，新建一個工程。
2、建完工程之后，再新建一個VHDL File，打開VHDL編輯器對話框。
3、按照實驗原理和自己的想法，在VHDL編輯窗口編寫VHDL程序，用戶可參照光盤中提供的示例程序。
4、編寫完VHDL程序后，保存起來。方法同實驗一。
5、對自己編寫的VHDL程序進行編譯并仿真，對程序的錯誤進行修改。
6、編譯仿真無誤后，根據用戶自己的要求進行管腳分配。分配完成后，再進行全編譯一次，以使管腳分配生效。
7、根據實驗內容用實驗導線將上面管腳分配的FPGA管腳與對應的模塊連接起來。
如果是調用的本書提供的VHDL代碼，則實驗連線如下：
CLK：FPGA時鐘信號，接數字時鐘CLOCK4，并將這組時鐘設為1HZ。
Ret：計數復位信號，接核心板按鍵開關RST。
EN：計數使能信號，接一個撥動開關K1（LOCK KEY AREA）。
CQ：計數進位信號，接一個LED燈D8（LED AREA）。
COUT：計數輸出，接四個連續的LED燈D1-D4（LED AREA）。
8、用下載電纜通過JTAG口將對應的sof文件加載到FPGA中。觀察實驗結果是否與自己的編程思想一致。
五、 實驗現象與結果
以設計的參考示例為例，當設計文件加載到目標器件后，確認信號連接線已正確連接，將數字信號源的時鐘選擇為1HZ，使撥動開關K1置為高電平（使撥動開關向上），四位LED會按照實驗原理中依次被點亮，當加法器加到9時，D8（進位信號）被點亮。當復位鍵（核心板上的RST鍵）按下后，計數被清零。如果撥動開關K1置為低電平（撥動開關向下）則加法器不工作。
六、 實驗報告
1、繪出仿真波形，并作說明。
2、寫出在VHDL編程過程中需要說明的規則。
3、將實驗原理、設計過程、編譯仿真波形和分析結果、硬件測試結果記錄下來。
4、改變時鐘頻率，看實驗現象會有什么改變，解釋這一現象。
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