专用集成电路.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流专用集成电路.精品文档.实验一 EDA软件实验一、实验目的：1、掌握Xilinx ISE 9.2的VHDL输入方法、原理图文件输入和元件库的调用方法。2、掌握Xilinx ISE 9.2软件元件的生成方法和调用方法、编译、功能仿真和时序仿真。 3、掌握Xilinx ISE 9.2原理图设计、管脚分配、综合与实现、数据流下载方法。二、实验器材：计算机、Quartus II软件或xilinx ISE三、实验内容：1、 本实验以三线八线译码器（LS74138）为例，在Xilinx ISE 9.2软件平台上完成设计电路的VHDL文本输入、语法检查、编

2、译、仿真、管脚分配和编程下载等操作。下载芯片选择Xilinx公司的CoolRunner II系列XC2C256-7PQ208作为目标仿真芯片。2、 用1中所设计的的三线八线译码器（LS74138）生成一个LS74138元件，在Xilinx ISE 9.2软件原理图设计平台上完成LS74138元件的调用，用原理图的方法设计三线八线译码器（LS74138），实现编译，仿真，管脚分配和编程下载等操作。四、实验步骤：1、三线八线译码器（LS 74138）VHDL电路设计(1)三线八线译码器（LS74138）的VHDL源程序的输入打开Xilinx ISE 6.2编程环境软件Project Navigat

3、or，执行“file”菜单中的【New Project】命令，为三线八线译码器（LS74138）建立设计项目。项目名称【Project Name】为 “Shiyan”,工程建立路径为“C:XilinxbinShiyan1”，其中“顶层模块类型（Top-Level Module Type）”为硬件描述语言（HDL），如图1所示。图1点击【下一步】，弹出【Select the Device and Design Flow for the Project】对话框，在该对话框内进行硬件芯片选择与工程设计工具配置过程。图2完成具体选择后点击【下一步】弹出如图3所示对话框，在该对话框内创建文件资源。图3

4、图4打开【New Source】标签，弹出如图4所示对话框在【File】标签下对话框内写入用户自定义的文件名称，标签【Locatior】下显示了新定义文件的创建路径，选中标签【Add to proje】前的对号标记，将新创建的文件74ls138添加到工程 “Shiyan”中。点击【下一步】，弹出如图5所示对话框，在此对话框中输入三线八线译码器（LS 74138）的的端口信息。图5点击【下一步】弹出【New Source Information】对话框，在该对话框内显示了新建文件的属性及信息，如图6所示。图6点击【完成】标签结束新建工程过程。进入Xilinx ISE文本编辑方式，在文本框中编辑输

5、入3线8线译码器的VHDL源程序。library IEEE;use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;- Uncomment the following lines to use the declarations that are- provided for instantiating Xilinx primitive components.-library UNISIM;-use UNISIM.VComponents.all;entity ls74138 i

6、s Port ( G1 : in std_logic; G2 : in std_logic; INP : in std_logic_vector(2 downto 0); Y : out std_logic_vector(7 downto 0);end ls74138;architecture Behavioral of ls74138 isbeginprocess(G1,G2,INP)begin if(G1 and G2)=1) thencase INP is when 000=YYYYYYYYY=00000000; end case; else Y G1,G2 = G2,INP = INP

7、,Y = Y- * Test Bench - User Defined Section *u1:PROCESS wait for 15 us; BEGIN INP=010; G1=0; wait for 15 us; wait for 15 us; INP=011; G1=1; wait for 15 us; wait for 100 us; INP=100; G1=0; wait for 15 us; wait for 15 us; INP=101; G1=1; wait for 15 us; wait; INP=110; END PROCESS u1; wait for 15 us;u2:

8、PROCESS INP=111; BEGIN wait for 30 us; G2=0; INP=000; wait for 15 us; wait; G2=1; end PROCESS u3; wait for 100 us; - * End Test Bench - User Defined Section * G2=0; END behavior ; wait for 15 us; G2=1; wait; END PROCESS u2;u3:PROCESS BEGIN INP=000; wait for 30 us; INP=001;（4）芯片管脚定义如前所述添加用户定义限制文件，运行【

9、Assign Package Pins】选项卡，Xilinx ISE将弹出管脚分配窗口，输入各个端口管脚位置并保存，完成芯片管脚定义。 （5）编译与综合图16 图17运行【Process for Source】中的【Implement Design】（图16），ISE将自动完成编译并调用内嵌的综合工具XST完成综合过程，运行结果如图17所示。编译通过后即自动生成了电路烧录下载文件（*.jed）以及资源消耗报告，通过该报告即可了解所设计电路的资源消耗情况。由图可知，在三线八线译码器（74LS138）的设计中使用了8个宏单元，9个乘积项，8个寄存器单元，13个用户引脚及5个功能输入块。2、元件的生

10、成、调用和仿真新建原理图文件，命名为 “Sch_LS74138”并添加到工程“Shiyan”中。点击【下一步】完成原理图文件的创建。在弹出的原理图编辑框内选择【Symbols】标签，在其目录列表内显示了所有可用电路器件，其中包括了我们所设计的LS74138。双击“ls74138”将其放置到原理图编辑区内。点击为器件添加外围端口。将原理图文件保存后返回【Xilinx Project Navigator】平台，此时已经将程序所设计的器件“LS74138”配置给了原理图文件“sch_ls74138”。 实验二 组合逻辑电路的VHDL语言实现一、实验目的：1、掌握VHDL语言设计基本单元及其构成2、掌

11、握用VHDL语言设计基本的组合逻辑电路的方法。二、实验器材：计算机、Quartus II软件或Xilinx ISE三、实验内容：1、以四选一选择器为例，在Xilinx ISE软件平台上完成设计电路的VHDL文本输入，编辑，编译，仿真，管脚分配和编程下载等操作。四、实验步骤：（一）、用VHDL语言实现四选一选择器的设计并实现功能仿真。选择器常用于信号的切换，四选一选择器可以用于4路信号的切换。其真值表如下所示： 表3 四选一真值表选择输入数据输入数据输出baInput0Input1Input2Input3y000xxx0001xxx101x0xx001x1xx110xx0x010xx1x111x

12、xx0011xxx11用VHDL语言实现四选一选择器的设计并实现功能仿真。参考程序如下：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY mux4 IS PORT (INPUT:IN STD_LOGIC_VECTOR (3 DOWNTO 0); A,B:IN STD_LOGIC; Y:OUT STD_LOGIC);END mux4;ARCHITECTURE rt1 OF mux4 ISSIGNAL se1:STD_LOGIC_VECTOR (1 DOWNTO 0);BEGIN se1=B&A; PROCESS (INPUT,se1) BEGIN I

13、F(se1=00)THEN y=INPUT(0); ELSIF(se1=01)THEN y= INPUT (1); ELSIF(se1=10)THEN y= INPUT (2); ELSE y INPUT,A = A,B = B,Y = Y- * Test Bench - User Defined Section *u1: PROCESS BEGIN A=0; B=1;wait for 15 us; wait for 5 us;A=1; B=0;wait for 15 us; wait for 5 us;A=0; B=1;wait for 5 us; wait;A=1; end process

14、 u2;wait for 5 us; u3: processA=0; beginwait; INPUT=1101; END PROCESS u1; wait for 10 us;u2: process INPUT =1010; begin wait for 10 us; B=0; INPUT =0111; wait for 10 us; wait for 20 us; B=1; INPUT =0001; wait for 20 us; wait for 10 us; B=0; INPUT =0010; wait for 5 us; wait ; end process u3; - * End

15、Test Bench - User Defined Section *END behavior;仿真结果如下图：实验三 时序逻辑电路的VHDL语言实验一、实验目的：1、掌握用VHDL语言设计基本的时序逻辑电路及仿真。 2、掌握VHDL顺序语句和并行语句的异同3、掌握触发器同步复位和异步复位的实现方式。4、掌握软件时钟的加入方法。二、实验器材：计算机、Quartus II软件或xilinx ISE三、实验内容：1、设计带使能的递增计数器2、在步骤1的基础上设计一带使能的同步（异步）复位的递增（递减）计数器四、实验步骤：参考程序：library ieee;use ieee.std_logic_11

16、64.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity ycounter is port(clk,clear,ld,enable:in std_logic; d:in std_logic_vector(7 downto 0); qk:out std_logic_vector(7 downto 0);end ycounter;architecture a_ycounter of ycounter isbegin PROCESS (clk) VARIABLE cnt :std_logic_vector(7 downto 0); BEGIN IF (clkEVEN

17、T AND clk = 1) THEN IF(clear = 0) THEN cnt := 00000000; ELSE IF(ld = 0) THEN cnt := d; ELSE IF(enable = 1) THEN cnt := cnt + 00000001; END IF; END IF; END IF; END IF; qk clk,clear = clear,ld = ld,enable = enable,d = d,qk = qk- * Test Bench - User Defined Section *u1 : PROCESS wait for clk_cycle/2; B

18、EGIN clk=1; clk=0; wait for clk_cycle/2;wait for clk_cycle/2; clk=0;clk=1; wait for clk_cycle/2;wait for clk_cycle/2; clk=1;clk=0; wait ;wait for clk_cycle/2; END PROCESS u1;clk=1; u2: processwait for clk_cycle/2; beginclk=0; clear=0;wait for clk_cycle/2; wait for clk_cycle;clk=1; clear=1;wait for c

19、lk_cycle/2; wait;clk=0; end process;wait for clk_cycle/2; u3: processclk=1; beginwait for clk_cycle/2; ld=1;clk=0; wait for clk_cycle*6;wait for clk_cycle/2; ld=0;clk=1; wait ;wait for clk_cycle/2; end process u3;clk=0; u4: processwait for clk_cycle/2; beginclk=1; enable=1;wait for clk_cycle/2; wait

20、 ;clk=0; end process u4;u5: process begin d=00001111; wait; end process u5; - * End Test Bench - User Defined Section *END behavior;仿真结果如图所示：实验四 VHDL层次化设计方法实验一、实验目的：1、掌握用VHDL语言层次化设计的基本方法。 2、掌握GENERATE语句的用法。二、实验器材：计算机、Quartus II软件或xilinx ISE三、实验内容：设计一8位异步计数器，它的上一位计数器的输出作为下一位计数器的时钟信号，一级一级串行连接构成一个异步计数器

21、。各个D触发器模块采用VHDL语言编写，分别用原理图和VHDL语言元件例化语句的方法实现8位异步计数器的设计。四、实验步骤：（一）、在原理图中调用VHDL生成的D触发器模块实现8位异步计数器的设计 1、在xilinx ISE环境中新建vhdl文本编辑文件，设计带清零端的D触发器并编译仿真。 2、将步骤1所设计的D触发器生成一个元件。3、新建原理图文件，调用步骤2所生成的D触发器元件，在原理图中实现8位异步计数器。（二）、用VHDL的COMPONENT语句调用VHDL生成的D触发器模块实现8位异步计数器设计。 1、在xilinx ISE环境中新建vhdl文本编辑文件，设计带清零端的D触发器并编译

22、仿真。2、在同一个程序中用COMPONENT语句实现8位异步计数器的设计。library IEEE;use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;- Uncomment the following lines to use the declarations that are- provided for instantiating Xilinx primitive components.-library UNISIM;-use UNISIM.VComponents.

23、all;entity dff isport ( d,clk,clear: in std_logic; q,q_n: out std_logicend dff;architecture Behavioral of dff isbeginprocess(clk,clear)beginif (clear=0) then q=0;elsif(clkevent and clk=1) then q=d; q_n=not d;end if;end process;end Behavioral;D触发器测试向量程序如下：Test Bench Created from source file dff.vhd - - Notes: - This testbench has been automatical