基于VHDL的计数器电路的设计DTCNT9999_vhdl语言编辑的整体9999进制计数

 一.实验目的

1．学习Quartus Ⅱ/ISE Design Suite软件的基本使用方法。
2．学习GW48系列或其他EDA实验开发系统的基本使用方法。
3．学习VHDL程序的基本结构和基本语句的使用。

 二. 实验内容

设计并调试好一个计数范围为0～9999的4位十进制计数器电路CNT9999，并用GW48系列或其他EDA实验开发系统进行硬件验证，具体包括系统结构设计、VHDL程序设计、程序仿真与分析、逻辑综合分析、硬件逻辑验证等主要内容。

 三.实验条件

开发软件：Quartus II

实验设备：GX-BICE-EDA/SOPC实验开发系统

芯片：北京革新GX-BICE-EDA/SOPC(EP3C55-FBGA484)

 四.实验设计

总体思路：先设计四位十进制计数器电路完成底层模块CNT10，后通过3-8译码器设计动态显示控制信号产生模块CTRLS，设计数据动态显示控制模块DISPLAY，由六个模块按照图所示的原理图构成顶层电路DTCNT9999，其中底层和顶层电路均采用VHDL文本输入。

1、利用四个CNT10完成基本模块计数电路

2、：利用动态显示控制信号产生模块CTRLS、数据动态显示控制模块DISPLAY和四个CNT10模块构成一个动态扫描电路进行显示。

 五.实验基本步骤

1. 分析：利用quartus软件编写底层源程序：将底层文件CNT10、CTRLS、DISPLAY的VHDL源程序进行编译

底层的六个模块用VHDL文本输入；DTCNT9999中的CLK1是计数时钟信号，CLK2是动态扫描控制时钟信号，要求在24HZ以上；CLR是清零信号；ENA为计数时钟信号；COM为数码管公共端控制信号；SEG为数码管的显示驱动端，分别接a—g。

2、文件及工程的建立，用VHDL文件编辑好各个模块的源程序，工程编译观察工程是否实现

图5.2  编译源程序结果展示

3、工程仿真，建立仿真文件，观察仿真结果

对CNT10进行波形仿真：

图5.3.1  CNT10仿真波形图

  CLK是时钟信号，CLR为清零信号，ENA为使能信号，CO做为进位（由于只显示0-9，所以体现的作用为清零） ，CQ为输出数据端。了解CNT10的功能（十进制计数器），当CO端为1时，重新开始计数，由此可写出其他进制的程序。从系统仿真结果可以看出，本系统底层和顶层的程序设计完全符合设计要求。

对DTCNT9999进行波形仿真：

   图5.3.2  DTCNT9999仿真波形图

  当编程下载成功之后，首先将CLR为清零信号，仿真时设置为低电平，将ENA使能信号设置为高电平， DTCNT9999中的CLK1是计数时钟信号，CLK2是动态扫描控制时钟信号，要求在24HZ以上；假若改变CLK1的时钟频率，计数结果的变化快慢，会跟着发生变化。假若先选定动态扫描时钟信号CLK2的频率比较低，我们看到每次在一个数码管上显示一位数据，每隔一个CLK2的周期，显示的数据位数和数码管在不停的变化，随着CLK2的频率的增大，动态扫描变化的频率加快，当CLK2的频率达到一定数值后，最终计数结果的各位数据将同时在4个数码管上稳定的显示。

4、芯片管脚的锁定

对DTCNT9999顶层文件进行引脚锁定，根据DTCNT9999的电路结构图确定引脚的锁定如下图所示：

图5.4  芯片管脚的锁定

5、逻辑综合结果，查看程序RTL仿真图

图5.4  DTCNT9999 RTL视图

1. 编程下载及验证，硬件验证功能是否实现

六.实验分析：

1. CNT10源代码分析：

   CO为进位信号，连接CNT10计数模块；CNT10为十进制计数器，计数为0-9，当CNT为1001二进制为9时，进行边界处理，清零重新计数，进位并且下一个CNT10模块开始计数；可以把CNT模块比作计数的过程，从0开始到9则变成了10，进了一位，然后从10-19依次类推。类推0-99然后到4个CNT10模块 0-9999

2、DISPLAY源代码分析：

数码管是共阴极，所以当低电平时数码管被点亮，通过三八译码器作用于8个数码管，例如“000”对应的是“11111110”代表第一个数码管被点亮。那么如何同时显示8个数据呢，事实上做不到，但如果时间很短，频率很高，人眼无法识别，会出现八个数码管灯同时亮的现象，通过将频率降低可以使得人眼看见数码管依次点亮的过程。

 

 通过前面编码使得数码管进行点亮显示，再通过对单个数码管使得每个数码管显示出不同的数字。SEL充当数据选择器的作用，例：当SEL为“000”时选择4个数据；SEG是数码管显示驱动端，分别接a-g，高电平有效，如数字1四位二进制为“0001”，要在数码管显示出1则数码管的bc管要点亮，对应的是0x06为“00000110”其他依次可以推理所得

 七.实验总结(与DTCNT99999999对比)：

 DTCNT99999999需要8个十进制计数器CNT10组成，与DTCNT9999不同的是它输出32个数据，需要8个数码管显示，比DTCNT9999多几行代码就可以了