硬件描述語言及器件實驗指導實驗指導書最終版

1、硬件描述語言及器件實驗指導書電子科學與技術專業(yè)組第1章 實驗一用硬件描述語言的方法設計一個三輸入與門電路一、實驗目的1、掌握MAX+plusII的使用方法。2、掌握VHDL語言程序的基本結構。2、掌握使用硬件描述語言設計數(shù)字電路的方法和步驟。3、掌握用硬件描述語言設計三輸入與門電路的方法。二、實驗器材1.臺式計算機1臺。2.可編程邏輯邏輯器件實驗軟件1套。3.下載電纜一套。4.示波器一臺。三、實驗說明1臺式計算機用于向可編程邏輯邏輯器件實驗軟件提供編程、仿真、下載的平臺，供用戶使用。2可編程邏輯邏輯器件實驗軟件向原理圖的設計提供平臺，并將調試好的原理圖下載到可編程邏輯邏輯器件中。3下載電纜是可

2、編程邏輯器件軟件和可編程邏輯邏輯器件之間的接口電纜，為了便于區(qū)別，用不同顏色導線區(qū)分下載電纜的電源、地和信號，一般用紅色導線接電源，用黑色導線接地。4示波器用于觀察可編程邏輯器件執(zhí)行程序時輸出信號的變化。四、實驗內容與要求用硬件描述語言的方法設計一個三輸入與門電路，要求：（1）根據三輸入與門的邏輯表達式，在構造體中直接使用并行賦值語句實現(xiàn)，并進行仿真;（2）根據三輸入與門的真值表，在構造體中使用進程語句實現(xiàn)，并進行仿真;五、實驗步驟（下面七個的實驗的軟件的使用具體步驟跟本次試驗一樣不再詳述）1.打開新建菜單選擇“textedtiorfile”,這個文件是寫程序編程用的。2.程序寫完后點“保存”

3、，注意（1）保存的格式是.vhd，（2）保存的地址不能是桌面和硬盤的根目錄,否則在后面的編程將出現(xiàn)錯誤。3.在fileprojectsetprojecttocurrentfile，這步是將文件設置在工程里，能夠正常編譯和下載。4.在“assigndevice”選擇下載設備的芯片型號，如果芯片型號選錯將導致以后能編譯成功但下載到實驗箱時無法正常工作。5.在“max+plux”中選擇“compiler”進行編譯。6.在下載到實驗箱之前先進行仿真觀察結果是否滿足實驗要求，打開“MAX+PLUSwaveformeditor”做波形仿真7.點擊鼠標右鍵選擇“enternodesfromSNF”,選擇輸入

4、A,B,C和輸出管腳F，點擊8.在fileprojectsetprojecttocurrentfile，這步是將文件設置在工程里，能夠進行正常的仿真，否則后面的過程將不能進行9.點擊如圖所示按鍵設置輸入管腳A,B,C的時鐘周期，點擊“MAX+PLUS”中simulator進行仿真，觀察結果是否和預設的一樣。10.仿真結果正確后設置實驗箱芯片，點擊“MAX+PLUS”中Floorplaneditor，將輸入管腳A,B,C和輸出管腳F拖到芯片管腳中的I/O管腳中11.點擊“MAX+PLUS”中programmer,在hardwaretype中選擇byteblaster（mv）,parallelpo

5、rt選擇LPT1進行下載。其他方式都會出現(xiàn)錯誤。六、實驗報告要求1、整理實驗結果，填寫實驗報告。2、小結實驗心得體會。第2章 實驗二用硬件描述語言的方法設計一個三-八譯碼器一、實驗目的1.掌握IF語句和CASE語句的使用方法。2.掌握用硬件描述語言設計三-八譯碼器的方法。二、實驗器材1.臺式計算機1臺。2.可編程邏輯邏輯器件實驗軟件1套。3.下載電纜一套。4.示波器一臺。三、實驗說明1臺式計算機用于向可編程邏輯邏輯器件實驗軟件提供編程、仿真、下載的平臺，供用戶使用。2可編程邏輯邏輯器件實驗軟件向原理圖的設計提供平臺，并將調試好的原理圖下載到可編程邏輯邏輯器件中。3下載電纜是可編程邏輯器件軟件和

6、可編程邏輯邏輯器件之間的接口電纜，為了便于區(qū)別，用不同顏色導線區(qū)分下載電纜的電源、地和信號，一般用紅色導線接電源，用黑色導線接地。4示波器用于觀察可編程邏輯器件執(zhí)行程序時輸出信號的變化。四、實驗內容與要求根據三-八譯碼器的真值表，用硬件描述語言的方法設計一個三-八譯碼器，要求：（1）使用IF語句實現(xiàn)，并進行仿真;（2）使用CASE語句實現(xiàn)，并進行仿真;五、實驗步驟1.打開MAX+PLUS軟件，點擊“file”中“new”建立“textedtiorfile”文檔并輸入該實驗的程序。2.選擇菜單“File”“SaveAs”，選擇為自己建立的工程文件夾，將已編程好的程序保存（注意后綴是.vhd)在此

7、文件夾內。注意：文件夾名不能用中文，且不可帶空格。3.在“project”中設置“setprojecttocurrentfile”把文檔設置在工程下，否則會在時出現(xiàn)錯誤。4.選擇“Assign”菜單中“Device”項,彈出Device對話框，在Device對話框中選擇實驗箱上的芯片型號。注意如果芯片型號選擇錯誤，后面的過程一定會出現(xiàn)錯誤。5.選擇“max+plus”菜單中“complier”對實驗程序進行編譯，檢查程序是否有錯誤。出現(xiàn)warning時有時可以忽略不計，但出現(xiàn)錯誤一定要及時修改直至無錯誤出現(xiàn)。6.選擇“max+plus”菜單中“waveformeditor”，將設置輸入、輸出管

8、腳的初值和其周期，觀察結果是否符合實驗要求，如不符合要修改程序來滿足實驗要求。7.在“project”中設置“setprojecttocurrentfile”把文檔設置在程序編程所在的工程下，否則會在時出現(xiàn)錯誤。8.選擇“MAX+PLUS”中“Floorplaneditor”，設置輸入、輸出管腳在芯片I/O上。9.選擇菜單MAX+plus中“Programmer”，同時在Options菜單上選中HardwareSetup，在HardwareType中，選擇ByteBlaster，在ParallelPort中，選擇LPT1，然后按OK，此時硬件連接完畢。觀察實驗箱結果是否符合實驗要求，并記錄實驗

9、結果。六、實驗報告要求1、整理實驗結果，填寫實驗報告。2、小結實驗心得體會。第3章 實驗三用硬件描述語言的方法設計一個D觸發(fā)器一、實驗目的1、掌握同步復位和異步復位的實現(xiàn)方法。2、掌握用硬件描述語言表示上升沿和下降沿的方法。3、掌握用硬件描述語言設計D觸發(fā)器的方法。二、實驗器材1.臺式計算機1臺。2.可編程邏輯邏輯器件實驗軟件1套。3.下載電纜一套。4.示波器一臺。三、實驗說明1臺式計算機用于向可編程邏輯邏輯器件實驗軟件提供編程、仿真、下載的平臺，供用戶使用。2可編程邏輯邏輯器件實驗軟件向原理圖的設計提供平臺，并將調試好的原理圖下載到可編程邏輯邏輯器件中。3下載電纜是可編程邏輯器件軟件和可編程

10、邏輯邏輯器件之間的接口電纜，為了便于區(qū)別，用不同顏色導線區(qū)分下載電纜的電源、地和信號，一般用紅色導線接電源，用黑色導線接地。4示波器用于觀察可編程邏輯器件執(zhí)行程序時輸出信號的變化。四、實驗內容與要求用硬件描述語言的方法設計一個D觸發(fā)器，要求：（1）實現(xiàn)異步復位/置位、上升沿觸發(fā)的D觸發(fā)器，并進行仿真;（2）實現(xiàn)同步復位/置位、下降沿觸發(fā)的D觸發(fā)器，并進行仿真;五、實驗步驟1.打開MAX+PLUS軟件，點擊“file”中“new”建立“textedtiorfile”文檔并輸入該實驗的程序。2.選擇菜單“File”“SaveAs”，選擇為自己建立的工程文件夾，將已編程好的程序保存（注意后綴是.vh

11、d)在此文件夾內。注意：文件夾名不能用中文，且不可帶空格。3.在“project”中設置“setprojecttocurrentfile”把文檔設置在工程下，否則會在時出現(xiàn)錯誤。4.選擇“Assign”菜單中“Device”項,彈出Device對話框，在Device對話框中選擇實驗箱上的芯片型號。注意如果芯片型號選擇錯誤，后面的過程一定會出現(xiàn)錯誤。5.選擇“max+plus”菜單中“complier”對實驗程序進行編譯，檢查程序是否有錯誤。出現(xiàn)warning時有時可以忽略不計，但出現(xiàn)錯誤一定要及時修改直至無錯誤出現(xiàn)。6.選擇“max+plus”菜單中“waveformeditor”，將設置輸入

12、、輸出管腳的初值和其周期，觀察結果是否符合實驗要求，如不符合要修改程序來滿足實驗要求。7.在“project”中設置“setprojecttocurrentfile”把文檔設置在程序編程所在的工程下，否則會在時出現(xiàn)錯誤。8.選擇“MAX+PLUS”中“Floorplaneditor”，設置輸入、輸出管腳在芯片I/O上。9.選擇菜單MAX+plus中“Programmer”，同時在Options菜單上選中HardwareSetup，在HardwareType中，選擇ByteBlaster，在ParallelPort中，選擇LPT1，然后按OK，此時硬件連接完畢。觀察實驗箱結果是否符合實驗要求，并

13、記錄實驗結果。六、實驗報告要求1、整理實驗結果，填寫實驗報告。2、小結實驗心得體會。第4章 實驗四用硬件描述語言的方法設計一個分頻器一、實驗目的1、掌握各種分頻器的設計思路2、掌握用硬件描述語言設計各種分頻器的方法二、實驗器材1.臺式計算機1臺。2.可編程邏輯邏輯器件實驗軟件1套。3.下載電纜一套。4.示波器一臺。三、實驗說明1臺式計算機用于向可編程邏輯邏輯器件實驗軟件提供編程、仿真、下載的平臺，供用戶使用。2可編程邏輯邏輯器件實驗軟件向原理圖的設計提供平臺，并將調試好的原理圖下載到可編程邏輯邏輯器件中。3下載電纜是可編程邏輯器件軟件和可編程邏輯邏輯器件之間的接口電纜，為了便于區(qū)別，用不同顏色

14、導線區(qū)分下載電纜的電源、地和信號，一般用紅色導線接電源，用黑色導線接地。4示波器用于觀察可編程邏輯器件執(zhí)行程序時輸出信號的變化。四、實驗內容與要求用硬件描述語言的方法設計一個分頻器，要求：（1）實現(xiàn)四分頻器，并進行仿真;（2）實現(xiàn)五分頻器，并進行仿真;五、實驗步驟1.打開MAX+PLUS軟件，點擊“file”中“new”建立“textedtiorfile”文檔并輸入該實驗的程序。2.選擇菜單“File”“SaveAs”，選擇為自己建立的工程文件夾，將已編程好的程序保存（注意后綴是.vhd)在此文件夾內。注意：文件夾名不能用中文，且不可帶空格。3.在“project”中設置“setproject

15、tocurrentfile”把文檔設置在工程下，否則會在時出現(xiàn)錯誤。4.選擇“Assign”菜單中“Device”項,彈出Device對話框，在Device對話框中選擇實驗箱上的芯片型號。注意如果芯片型號選擇錯誤，后面的過程一定會出現(xiàn)錯誤。5.選擇“max+plus”菜單中“complier”對實驗程序進行編譯，檢查程序是否有錯誤。出現(xiàn)warning時有時可以忽略不計，但出現(xiàn)錯誤一定要及時修改直至無錯誤出現(xiàn)。6.選擇“max+plus”菜單中“waveformeditor”，將設置輸入、輸出管腳的初值和其周期，觀察結果是否符合實驗要求，如不符合要修改程序來滿足實驗要求。7.在“project”

16、中設置“setprojecttocurrentfile”把文檔設置在程序編程所在的工程下，否則會在時出現(xiàn)錯誤。8.選擇“MAX+PLUS”中“Floorplaneditor”，設置輸入、輸出管腳在芯片I/O上。9.選擇菜單MAX+plus中“Programmer”，同時在Options菜單上選中HardwareSetup，在HardwareType中，選擇ByteBlaster，在ParallelPort中，選擇LPT1，然后按OK，此時硬件連接完畢。觀察實驗箱結果是否符合實驗要求，并記錄實驗結果。六、實驗報告要求1、整理實驗結果，填寫實驗報告。2、小結實驗心得體會。3、回答思考題分頻器在數(shù)字

17、系統(tǒng)的設計中主要作用是什么，具體的應用有哪些？第5章 實驗五用硬件描述語言的方法設計一個狀態(tài)機一、實驗目的1、掌握MOORE狀態(tài)機和MEALY狀態(tài)機的功能和特點;2、掌握用硬件描述語言設計狀態(tài)機的方法。二、實驗器材1.臺式計算機1臺。2.可編程邏輯邏輯器件實驗軟件1套。3.下載電纜一套。4.示波器一臺。三、實驗說明1臺式計算機用于向可編程邏輯邏輯器件實驗軟件提供編程、仿真、下載的平臺，供用戶使用。2可編程邏輯邏輯器件實驗軟件向原理圖的設計提供平臺，并將調試好的原理圖下載到可編程邏輯邏輯器件中。3下載電纜是可編程邏輯器件軟件和可編程邏輯邏輯器件之間的接口電纜，為了便于區(qū)別，用不同顏色導線區(qū)分下載

18、電纜的電源、地和信號，一般用紅色導線接電源，用黑色導線接地。4示波器用于觀察可編程邏輯器件執(zhí)行程序時輸出信號的變化。四、實驗內容用硬件描述語言的方法設計一個狀態(tài)機，要求：（1）按照圖1所示的狀態(tài)轉換圖設計狀態(tài)機，并進行仿真;（2）按照圖2所示的狀態(tài)轉換圖設計狀態(tài)機，并進行仿真;圖1狀態(tài)轉換圖1mealy圖2狀態(tài)轉換圖2moore五、實驗步驟1.打開MAX+PLUS軟件，點擊“file”中“new”建立“textedtiorfile”文檔并輸入該實驗的程序。2.選擇菜單“File”“SaveAs”，選擇為自己建立的工程文件夾，將已編程好的程序保存（注意后綴是.vhd)在此文件夾內。注意：文件夾名

19、不能用中文，且不可帶空格。3.在“project”中設置“setprojecttocurrentfile”把文檔設置在工程下，否則會在時出現(xiàn)錯誤。4.選擇“Assign”菜單中“Device”項,彈出Device對話框，在Device對話框中選擇實驗箱上的芯片型號。注意如果芯片型號選擇錯誤，后面的過程一定會出現(xiàn)錯誤。5.選擇“max+plus”菜單中“complier”對實驗程序進行編譯，檢查程序是否有錯誤。出現(xiàn)warning時有時可以忽略不計，但出現(xiàn)錯誤一定要及時修改直至無錯誤出現(xiàn)。6.選擇“max+plus”菜單中“waveformeditor”，將設置輸入、輸出管腳的初值和其周期，觀察結

20、果是否符合實驗要求，如不符合要修改程序來滿足實驗要求。7.在“project”中設置“setprojecttocurrentfile”把文檔設置在程序編程所在的工程下，否則會在時出現(xiàn)錯誤。8.選擇“MAX+PLUS”中“Floorplaneditor”，設置輸入、輸出管腳在芯片I/O上。9.選擇菜單MAX+plus中“Programmer”，同時在Options菜單上選中HardwareSetup，在HardwareType中，選擇ByteBlaster，在ParallelPort中，選擇LPT1，然后按OK，此時硬件連接完畢。觀察實驗箱結果是否符合實驗要求，并記錄實驗結果。六、實驗報告要求1

21、、整理實驗結果，填寫實驗報告。2、小結實驗心得體會。3、回答思考題狀態(tài)機在數(shù)字系統(tǒng)的設計中主要作用是什么，具體的應用有哪些？第6章 實驗六用硬件描述語言的方法設計一個MEALY狀態(tài)機一、實驗目的1、掌握MEALY狀態(tài)機的功能和特點;2、掌握用硬件描述語言設計MEALY狀態(tài)機的方法。二、實驗器材1.臺式計算機1臺。2.可編程邏輯邏輯器件實驗軟件1套。3.下載電纜一套。4.示波器一臺。三、實驗說明1臺式計算機用于向可編程邏輯邏輯器件實驗軟件提供編程、仿真、下載的平臺，供用戶使用。2可編程邏輯邏輯器件實驗軟件向原理圖的設計提供平臺，并將調試好的原理圖下載到可編程邏輯邏輯器件中。3下載電纜是可編程邏輯

22、器件軟件和可編程邏輯邏輯器件之間的接口電纜，為了便于區(qū)別，用不同顏色導線區(qū)分下載電纜的電源、地和信號，一般用紅色導線接電源，用黑色導線接地。4示波器用于觀察可編程邏輯器件執(zhí)行程序時輸出信號的變化。四、實驗內容圖4-1狀態(tài)一圖4-2狀態(tài)二Mealy型狀態(tài)機和其等價的Moore型狀態(tài)機相比，其輸出變化要領先一個時鐘周期。下面我們以一個實例來介紹Mealy機的設計過程。狀態(tài)圖和狀態(tài)框圖分別見圖4-3和圖4-4。如圖4-3所示，Mealy機的輸出既和當前狀態(tài)有關，又和所有輸入信號有關。也就是說，一旦輸入信號發(fā)生變化或狀態(tài)發(fā)生變化，輸出信號立即發(fā)生變化，因此在狀態(tài)圖中，一般把輸出信號值畫在狀態(tài)變遷處。例

23、如：假定當前狀態(tài)為S0，當輸入信號為1時，輸出信號為“1001”;當輸入信號不是1時，輸出信號為“0000”。構造Mealy機的方法和Moore機相同，唯一的區(qū)別是：組合進程中的輸出信號是當前狀態(tài)和當前輸入的函數(shù)。圖4-3Mealy機的狀態(tài)圖圖4-4Mealy機的框圖輸入輸出信號仿真波形如下圖4-5：圖4-5波形仿真時序圖五、實驗步驟1.打開MAX+PLUS軟件，點擊“file”中“new”建立“textedtiorfile”文檔并輸入該實驗的程序。2.選擇菜單“File”“SaveAs”，選擇為自己建立的工程文件夾，將已編程好的程序保存（注意后綴是.vhd)在此文件夾內。注意：文件夾名不能用

24、中文，且不可帶空格。3.在“project”中設置“setprojecttocurrentfile”把文檔設置在工程下，否則會在時出現(xiàn)錯誤。4.選擇“Assign”菜單中“Device”項,彈出Device對話框，在Device對話框中選擇實驗箱上的芯片型號。注意如果芯片型號選擇錯誤，后面的過程一定會出現(xiàn)錯誤。5.選擇“max+plus”菜單中“complier”對實驗程序進行編譯，檢查程序是否有錯誤。出現(xiàn)warning時有時可以忽略不計，但出現(xiàn)錯誤一定要及時修改直至無錯誤出現(xiàn)。6.選擇“max+plus”菜單中“waveformeditor”，將設置輸入、輸出管腳的初值和其周期，觀察結果是否

25、符合實驗要求，如不符合要修改程序來滿足實驗要求。7.在“project”中設置“setprojecttocurrentfile”把文檔設置在程序編程所在的工程下，否則會在時出現(xiàn)錯誤。8.選擇“MAX+PLUS”中“Floorplaneditor”，設置輸入、輸出管腳在芯片I/O上。9.選擇菜單MAX+plus中“Programmer”，同時在Options菜單上選中HardwareSetup，在HardwareType中，選擇ByteBlaster，在ParallelPort中，選擇LPT1，然后按OK，此時硬件連接完畢。觀察實驗箱結果是否符合實驗要求，并記錄實驗結果。例程如下：libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;entitymealyisport(clk,in1,rst:instd_l