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1、实验一（1）异或门电路设计 班级 _ 姓名 _ 学号 _ 一、实验目的 熟悉 Quartusll 仿真软件的基本操作，并用 VHDL/Verilog 语言设计一个异或门。二、实验内容 1、熟悉 Quartusll 软件的基本操作，了解各种设计输入方法（原理图设计、文本设计、波形设计）2、用 VHDL 语言设计一个异或门，最终在 FPGA 芯片上编程异或门，并验证逻辑实现。三、实验方法 1、实验方法：采用基于 FPGA 进行数字逻辑电路设计的方法。采用的软件工具是 QuartusII 软件仿真平台，采用的硬件平台是 Altera EPF10K20TI144_4 的 FPGA 试验箱。2、实验步骤
2、：1、新建，编写源代码。.选择保存项和芯片类型：【File】-【new project wizard】-【next】（设置文件路径+设 置 project name 为 xor2）-【next 1（设置文件名 xor2.vhd 在【add）-properties】（type=AHDL）-【next （family=FLEX10K name=EPF10K10TI1444）-【next -【finish （2）.新建：【file-【new （第二个 AHDL File）-【OK 2、写好源代码，保存文件（xor2.vhd）。3、编译与调试。确定源代码文件为当前工程文件，点击【process in
3、g-start compilation 进行文件编译。编译结果有一个警告，文件编译成功。4、波形仿真及验证。新建一个 vector waveform file。按照程序所述插入 a,b,c 三个节点（a、b 为输入节点，c 为输出节点）。（操作为：右击-【in sert -【insert node or bus -【node finder （pins=all;list）-【-【ok-【ok）。任意设置 a,b 的输入波形 点击保存按钮保存。（操作为：点击 name（如:A）-右击-value -【clock（如设置 period=200;offset=0）,同理设置 name B（如 120,
4、60），保存）。然后【start simulation,出 name C 的输出图。5、时序仿真。暂时不知道什么是时序仿真 6、FPGA 芯片编程及验证 选择 pins,连接计算机到实验箱，操作。四、实验过程 3、编译过程 a）源代码如图（VHDL 设计）老 xai2.vhd try or2.vwf 1 1 LIBRARY IEEE：2 USE IEEE,5TD_L0GIC_ JI,ALL；M 站 3 S ENTITY XOR2 IS q B PORT(ArB：IN STD LOGIC；_!_!C:0UT STD LOGIC 7 3 EWD ENTITY X0R2;%?%9 3 ARCHITE
5、CTURE BHV OF XOR2 IS 10 H BEGIN 11 C-【ok-ok）。任意设置 X,Y 的输入波形 点击保存按钮保存。然后【start simulation,出 name C 的输出图。5、时序仿真。暂时不知道什么是时序仿真 6、FPGA 芯片编程及验证 选择 pins,连接计算机到实验箱，操作。悉软件的基本操作了解各种设计输入方法原理图设计文本设计波形设计用语言设计一个异或门最终在芯片上编程异或门并验证逻辑实现三实验方法实验方法采用基于进行数字逻辑电路设计的方法采用的软件工具是软件仿真平台采用二个写好源代码保存文件编译与调试确定源代码文件为当前工程文件点击进行文件编译编译
6、结果有一个警告文件编译成功波形仿真及验证新建一个按照程所述插入三个节点为输入节点为输出节点操作为右击任意设置的输入波形点击及验证选择连接计算机到实验箱操作四实验过程编译过程源代码如图设计老站匚口确定源代码文件为当前工程文件点击编译结果有一个警告文件编译成功进行文件编译结果分析及结论结果正确波形仿真波形仿真过程详见实验步骤波四、实验过程 9、编译过程 a）源代码如图（VHDL 设计）b）编译、调试过程 按照上述步骤进行调试分析 c）结果分析及结论 结果有一个警告，0 个错误。编译成功 10、波形仿真 a）波形仿真过程（详见实验步骤）b）波形仿真波形图 c）结果分析及结论 0-10 ns：X 0
7、1 0 Y 1 1 1 1 1 0 1 1 10-20 ns：X 0 0 1 Y 1 1 1 1 1 1 0 1 20-30ns：悉软件的基本操作了解各种设计输入方法原理图设计文本设计波形设计用语言设计一个异或门最终在芯片上编程异或门并验证逻辑实现三实验方法实验方法采用基于进行数字逻辑电路设计的方法采用的软件工具是软件仿真平台采用二个写好源代码保存文件编译与调试确定源代码文件为当前工程文件点击进行文件编译编译结果有一个警告文件编译成功波形仿真及验证新建一个按照程所述插入三个节点为输入节点为输出节点操作为右击任意设置的输入波形点击及验证选择连接计算机到实验箱操作四实验过程编译过程源代码如图设计老
8、站匚口确定源代码文件为当前工程文件点击编译结果有一个警告文件编译成功进行文件编译结果分析及结论结果正确波形仿真波形仿真过程详见实验步骤波Y 110 1 1 1 1 1 Y 111 1 1 1 1 0 Y 110 1 1 1 1 1 Y 110 1 1 1 1 1 11、时序仿真 c）时序仿真过程 做好上述步骤后，编译【classic timing analysis】-在 compilation report 中选择【timing analysis】-【tpd】（引脚到引脚的延时）b）时序仿真图 仿真是不考虑器件及电路延时的情况下的功能上的仿真验证计电路是否达 到预想要求。时序仿真在考虑门级及电
9、路延时的情况下 考虑有延时情况下的结果 一般接 近最后作出的硬件结果。所以功能仿真是验证理论上的正确值 时序仿真是考虑误差后的值。按钮开关引脚分配 LED 灯引脚分配X 1 0 1 30-40ns：X 0 0 0 40-70ns：X 1 0 1 80-90ns：X 1 1 0 悉软件的基本操作了解各种设计输入方法原理图设计文本设计波形设计用语言设计一个异或门最终在芯片上编程异或门并验证逻辑实现三实验方法实验方法采用基于进行数字逻辑电路设计的方法采用的软件工具是软件仿真平台采用二个写好源代码保存文件编译与调试确定源代码文件为当前工程文件点击进行文件编译编译结果有一个警告文件编译成功波形仿真及验证
10、新建一个按照程所述插入三个节点为输入节点为输出节点操作为右击任意设置的输入波形点击及验证选择连接计算机到实验箱操作四实验过程编译过程源代码如图设计老站匚口确定源代码文件为当前工程文件点击编译结果有一个警告文件编译成功进行文件编译结果分析及结论结果正确波形仿真波形仿真过程详见实验步骤波d）结果分析及结论 在 DEO 实验板上，扳动 SW2,SW1 和 SWO 开关，可以看到译码之 后的 LEDR7LEDR0 红 色 LED 发光输出 Programming芯片编程 b）芯片编程过程 写好代码和得到波形图后，【Assignments】-【Pins -连接端口。设置好三入八出，从计算机 连接数据线到
11、 EPF10K20TI144_4的 FPGA 试验箱。连接电源，开始按开关。找到 pin J1,pin J2,pin J3 以及 LED3-LED9的位置，改变 J1,J2,J3 的开关状态。看 LED 灯的亮熄情况并记录。b）编程芯片验证结果 In put:x0 In put:x1 In put:x2 Output:y0 Output:y1 Output:y2 Output:y3 Output:y4 Output:y5 Output:y6 Output:y7 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 I 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0
12、 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 F-1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 二-!1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 二 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 代表不灯亮，1 代表灯亮。c）结果分析与结论 由逻辑关系得的上述结果。结果正确。五、实验结论（实验总结与实验心得）虽然已经做过一个实验了，但是对 QuartusII,软件的使用还不是很到位。并且对于问题 的分析也不够透彻，最重要的是我还不熟悉用 QuartusII 的语言来编写代码，花了很长时间 才做好第二个实验并加深了解了 QuartusII 的一些基本操
13、作。可以说 3-8异或门这个实验的 进行让我对这门课有了更深的印象，我想在我以后一定会更熟练地运用软件解决问题。实验一(3)指令译码器电路设计 班级 计科 1504 姓名 张洁 学号 201508010402 一、实验目的 熟悉 Quartusll 仿真软件的基本操作，并用 VHDL/Verilog 语言设计一个异或门。悉软件的基本操作了解各种设计输入方法原理图设计文本设计波形设计用语言设计一个异或门最终在芯片上编程异或门并验证逻辑实现三实验方法实验方法采用基于进行数字逻辑电路设计的方法采用的软件工具是软件仿真平台采用二个写好源代码保存文件编译与调试确定源代码文件为当前工程文件点击进行文件编译
14、编译结果有一个警告文件编译成功波形仿真及验证新建一个按照程所述插入三个节点为输入节点为输出节点操作为右击任意设置的输入波形点击及验证选择连接计算机到实验箱操作四实验过程编译过程源代码如图设计老站匚口确定源代码文件为当前工程文件点击编译结果有一个警告文件编译成功进行文件编译结果分析及结论结果正确波形仿真波形仿真过程详见实验步骤波二、实验内容 1、熟悉 Quartusll 软件的基本操作，了解各种设计输入方法(原理图设计、文本设计、波形设计)2、用 VHDL 语言设计一个异或门，最终在 FPGA 芯片上编程指令译码器，并验证逻辑实 现。三、实验方法 12、实验方法：采用基于 FPGA 进行数字逻辑
15、电路设计的方法。采用的软件工具是 QuartusII 软件仿真平台，采用的硬件平台是 Altera EPF10K20TI144_4 的 FPGA 试验箱。13、实验步骤：3、新建，编写源代码。(1).选择保存项和芯片类型：【File】-【new project wizard】-【next】(设置文件路径+设 置 project name 为 zlym)-【next】(设置文件名 zlym.vhd 在【add】)-【properties】(type=AHDL)-【next】(family=FLEX10K name=EPF10K10TI1444)-【next】-【finish】(2).新建：【fi
16、le】-【new】(第二个 AHDL File)-【OK】2、写好源代码，保存文件(zlym.vhd)。3、编译与调试。确定源代码文件为当前工程文件，点击【process in g】-【start compilation】进行文件编译。编译结果有一个警告，文件编译成功。4、波形仿真及验证。新建一个 vector waveform file。按照程序所述插入 X1,X2.X2 以及 Y（8）四个节点（x1,x2,x3 为输入节点，Y 为输出节点）。（操作为：右击-【insert】-【insert node or bus】-【node finder】（pins=all；【list】）-【】-【ok
17、】-【ok】）。任意设置 X1,X2,X3 的输入 波形点击保存按钮保存。然后【start simulation】，出 name Y 的输出图。5、时序仿真。暂时不知道什么是时序仿真 6、FPGA 芯片编程及验证 选择 pins,连接计算机到实验箱，操作。四、实验过程 14、编译过程 a）源代码如图（VHDL 设计）悉软件的基本操作了解各种设计输入方法原理图设计文本设计波形设计用语言设计一个异或门最终在芯片上编程异或门并验证逻辑实现三实验方法实验方法采用基于进行数字逻辑电路设计的方法采用的软件工具是软件仿真平台采用二个写好源代码保存文件编译与调试确定源代码文件为当前工程文件点击进行文件编译编译
18、结果有一个警告文件编译成功波形仿真及验证新建一个按照程所述插入三个节点为输入节点为输出节点操作为右击任意设置的输入波形点击及验证选择连接计算机到实验箱操作四实验过程编译过程源代码如图设计老站匚口确定源代码文件为当前工程文件点击编译结果有一个警告文件编译成功进行文件编译结果分析及结论结果正确波形仿真波形仿真过程详见实验步骤波b）编译、调试过程 确定源代码文件为当前工程文件，点击【process in g】-【start compilation】进行文件编译。编译结果有四个警告，文件编译成功。c）结果分析及结论 结果正确，15、波形仿真 a）波形仿真过程（详见实验步骤）悉软件的基本操作了解各种设计
19、输入方法原理图设计文本设计波形设计用语言设计一个异或门最终在芯片上编程异或门并验证逻辑实现三实验方法实验方法采用基于进行数字逻辑电路设计的方法采用的软件工具是软件仿真平台采用二个写好源代码保存文件编译与调试确定源代码文件为当前工程文件点击进行文件编译编译结果有一个警告文件编译成功波形仿真及验证新建一个按照程所述插入三个节点为输入节点为输出节点操作为右击任意设置的输入波形点击及验证选择连接计算机到实验箱操作四实验过程编译过程源代码如图设计老站匚口确定源代码文件为当前工程文件点击编译结果有一个警告文件编译成功进行文件编译结果分析及结论结果正确波形仿真波形仿真过程详见实验步骤波b）波形仿真波形图 c
20、）结果分析及结论 0-10ns：0011 0000 10-20 ns:00111100 20-30ns:00110011 30-40ns:10010000 40-50ns:01100000 MOVA=1 MOVB=1 MOVC=1 ALU=1 ALU=1 通过波形图可以得出实验结果正确 16、时序仿真 e）时序仿真过程 做好上述步骤后，编译【classic timing analysis】-在 compilation report 中选择【timing analysis】-【tpd】（引脚到引脚的延时）b）时序仿真图悉软件的基本操作了解各种设计输入方法原理图设计文本设计波形设计用语言设计一个异
21、或门最终在芯片上编程异或门并验证逻辑实现三实验方法实验方法采用基于进行数字逻辑电路设计的方法采用的软件工具是软件仿真平台采用二个写好源代码保存文件编译与调试确定源代码文件为当前工程文件点击进行文件编译编译结果有一个警告文件编译成功波形仿真及验证新建一个按照程所述插入三个节点为输入节点为输出节点操作为右击任意设置的输入波形点击及验证选择连接计算机到实验箱操作四实验过程编译过程源代码如图设计老站匚口确定源代码文件为当前工程文件点击编译结果有一个警告文件编译成功进行文件编译结果分析及结论结果正确波形仿真波形仿真过程详见实验步骤波f）结果分析及结论 X11引脚到 JMP 引脚的实际 p2p 时间为 1
22、0.732ns,其余分析见图 tpd（引脚到引脚的延时）17、Programming 芯片编程 c）芯片编程过程 写好代码和得到波形图后，【Assignments】-【Pins】-连接端口。设置好八入十三出，从计算 机连接数据线到 EPF10K20TI144_4的 FPGA 试验箱。连接电源，开始按开关。找到位置，改 变开关状态。看灯的亮熄情况并记录。b）编程芯片验证结果 X EN Dataout OUT 0011 R1 R2 1 1000000000000 MOVA=1 0011 11 R2 1 0100000000000 MOVB=1 0011 R1 11 1 0010000000000
23、MOV C=1 1001 R1 R2 1 0001000000000 ALU=1 0110 R1 R2 1 0001000000000 ALU=1 悉软件的基本操作了解各种设计输入方法原理图设计文本设计波形设计用语言设计一个异或门最终在芯片上编程异或门并验证逻辑实现三实验方法实验方法采用基于进行数字逻辑电路设计的方法采用的软件工具是软件仿真平台采用二个写好源代码保存文件编译与调试确定源代码文件为当前工程文件点击进行文件编译编译结果有一个警告文件编译成功波形仿真及验证新建一个按照程所述插入三个节点为输入节点为输出节点操作为右击任意设置的输入波形点击及验证选择连接计算机到实验箱操作四实验过程编译过
24、程源代码如图设计老站匚口确定源代码文件为当前工程文件点击编译结果有一个警告文件编译成功进行文件编译结果分析及结论结果正确波形仿真波形仿真过程详见实验步骤波1110 R1 R2 1 0001000000000 ALU=1 悉软件的基本操作了解各种设计输入方法原理图设计文本设计波形设计用语言设计一个异或门最终在芯片上编程异或门并验证逻辑实现三实验方法实验方法采用基于进行数字逻辑电路设计的方法采用的软件工具是软件仿真平台采用二个写好源代码保存文件编译与调试确定源代码文件为当前工程文件点击进行文件编译编译结果有一个警告文件编译成功波形仿真及验证新建一个按照程所述插入三个节点为输入节点为输出节点操作为右
25、击任意设置的输入波形点击及验证选择连接计算机到实验箱操作四实验过程编译过程源代码如图设计老站匚口确定源代码文件为当前工程文件点击编译结果有一个警告文件编译成功进行文件编译结果分析及结论结果正确波形仿真波形仿真过程详见实验步骤波0101 R1 XX 1 0000100000000 N0T=1 1010 R1 00 1 0000010000000 SH=1 1010 R1 11 1 0000010000000 SH=1 0001 00 00 1 0000001000000 JMP=1 0001 00 01 1 0000000100000 JZ=1 0001 00 10 1 000000001000
26、0 JC=1 0010 R1 XX 1 0000000001000 IN=1 0100 R1 XX 1 0000000000100 OUT=1 0111 00 00 1 0000000000010 NOP=1 1000 00 00 1 0000000000001 HALT=1 0 代表不灯亮，1 代表灯亮。C）结果分析与结论 由逻辑关系得的上述结果。结果正确。五、实验结论（实验总结与实验心得）这是第三次使用这个软件了，这次自己独立完成了一道题。一天多的修修改改让我对逻 辑设计一个题目以及软件的使用有了更加明显的进步，刚接触 Quartusll，什么都不懂。但 是通过上网学习 VHDL 语言了解
27、了它其实与 C+十分相似，但是在使用过程中有一些问题也 是因为这个引起的，例如 ELSE IF 应该是 ELSIF 这个问题导致我无数次错误。最后才发现。让 我长了教训，深刻的记住了这个 tip。所以我认为题目都是靠练出来的，独立完成题目很重 要。悉软件的基本操作了解各种设计输入方法原理图设计文本设计波形设计用语言设计一个异或门最终在芯片上编程异或门并验证逻辑实现三实验方法实验方法采用基于进行数字逻辑电路设计的方法采用的软件工具是软件仿真平台采用二个写好源代码保存文件编译与调试确定源代码文件为当前工程文件点击进行文件编译编译结果有一个警告文件编译成功波形仿真及验证新建一个按照程所述插入三个节点为输入节点为输出节点操作为右击任意设置的输入波形点击及验证选择连接计算机到实验箱操作四实验过程编译过程源代码如图设计老站匚口确定源代码文件为当前工程文件点击编译结果有一个警告文件编译成功进行文件编译结果分析及结论结果正确波形仿真波形仿真过程详见实验步骤波