EDA技术与应用上机任务 电子信息类 Quartus II或Quartus Prime D触发器、半减器、全减器、可加减控制的50进制加减计数器。

EDA技术与应用上机任务书

1. 上机目的

1. 熟悉掌握Quartus II或Quartus Prime开发工具的使用。
2. 掌握利用硬件描述语言（Verilog）设计简单程序的步骤及方法。
3. 掌握若干组合逻辑电路及简单时序逻辑电路的Verilog程序设计方法，以及仿真测试方法。

1. 上机内容

1. 独立设计一个如图1所示，带同步置位/复位的D触发器，两个反相的输出端为q，qb。其中置位端为pset，复位/清零端为clr，时钟端为clk，数据输入端为d，注意：置位信号的优先级要比复位信号优先级高。
2. 

图1 带同步置位/复位的D触发器示意图

（2）用Verilog语言设计一位半减器，然后在该半减器的基础上利用元件调用的方法设计一位全减器。

   1）半减器真值表如表1。

表1 半减器真值表

2）全减器对应原理图如图2。

图2 全减器对应原理图

（3）设计带有异步复位的可加减控制的50进制加减计数器。

三. 程序实现

具体代码和上机报告参考：

EDA技术与应用上机报告D触发器半减器全减器50进制加减计数器.zip-专业指导文档类资源-CSDN文库

例如：D触发器：

四.仿真附图

（1）D触发器的波形图如图3所示，该图中的clk,pest,clr,d信号在激励文件中已经行进设置，因为题目中要求置位信号的优先级要比复位信号优先级高，所以在该波形中，在置位信号和清零信号同时有效时，q端为高电平。

激励代码主要部分：

Initial begin

    clk = 0;

       clr = 0;

       pset = 0;//首先初始化各个变量，置零

forever begin

              #60 d

              #20 d

       end

end

    always #720 clr = $random;//每隔720ps，clr信号变化

       always #360 pset = $random;//每隔360ps，pest信号变化

       always #20  clk

  图3  D触发器波形图

1. 半减器的波形图如图4所示，该图中的clk,x，y信号在激励文件中已经行进设置，输出信号为差值diff和借位标志s_out。如图可知在clk信号有效时，该波形如图4所示，符合半减器真值表内容。

激励代码主要部分：

`define clock_period 20//宏定义clock_period为20ps

initial clk = 0;//clk初始化为0

  always #(`clock_period/2) clk = ~clk;//每隔10ps，clk信号取反

  initial begin

     x = 0;//x初始化为0

     repeat(20)

           #(`clock_period) x = $random;//每隔20ps，x信号变化，重复20次

  end

  initial begin

     y = 0;//y初始化为0

     repeat(20)

           #(`clock_period) y = $random;//每隔20ps，y信号变化，重复20次

end

  initial begin

     #(`clock_period*20)

         $stop;//每隔20*20ps，停止

  end

图4 半减器波形图

1. 全减器的波形图如图5所示，该图中的clk, x，y，sub_in信号在激励文件中已经行进设置，全减器在调用了两个半减器的基础上增加了或门，使结果满足全减器真值表。

激励代码主要部分：

`define clock_period 20//宏定义clock_period为20ps

 initial clk = 0;//clk初始化为0

  always #(`clock_period/2) clk = ~clk;//每隔10ps，clk信号取反

  initial begin

     x = 0;//x初始化为0

     repeat(20)

           #(`clock_period) x = $random;//每隔20ps，x信号变化，重复20次

  end

  initial begin

     y = 0;//y初始化为0

     repeat(20)

           #(`clock_period) y = $random;//每隔20ps，y信号变化，重复20次

  end

   initial begin

     sub_in = 0;//sub_in初始化为0

     repeat(20)

           #(`clock_period) sub_in = $random;;//每隔20ps，sub_in信号变化，重复20次

  end

  initial begin

     #(`clock_period*20)

         $stop;//每隔20*20ps，停止

  end

 图5 全减器波形图

（4）50进制加减计数器的波形图如图6所示，clk作为系统时钟，rst为复位信号低电平触发，当rst=0时输出即为0。adds控制加减，当adds=0时计数器做减法计数，当adds=1时计数器做加法计数。此外当计数器计到49时cout=1即产生进位标志。经过仿真测试，仿真出的波形符合预期计算。

激励代码主要部分：

initial begin

clk=1;rst=0;//clk，rst初始化为0

#100;clk=0;rst=0;//100ps后，clk，rst置为0

#100;clk=0;rst=0;//100ps后，clk，rst置为0

#100;adds=1;//100ps后，adds置为1

 repeat(50)

  begin

  clk=0;rst=1;//clk，rst分别初始化为0，1

  #100;clk=1;rst=1;//100ps后，clk，rst置为1

  #100;

  end

clk=0;rst=1;;//clk，rst分别初始化为0，1

#100;clk=1;rst=1;//100ps后，clk，rst都置为1

#100;clk=1;rst=0;//100ps后，clk，rst分别置为1，0

#100;clk=0;rst=0;//100ps后，clk，rst都置为0

#100;clk=1;rst=1;//100ps后，clk，rst都置为1

#100;$stop;//100ps后，停止

end

 图6  50进制加减计数器的波形图

五.上机总结

通过本次上机任务，我不仅复习了以前学过的数字电路逻辑设计相关知识，也对EDA知识以及对Verilog 语言的运用有了更深一步的理解。通过本次上机任务，我也比较熟悉实验的操作流程，相关的功能菜单选项和Quartus软件的使用，并进一步学习了一些对基本时序电路器件进行描述和仿真。在开始上机时，我对quartus软件的使用不够了解，编译运行上出现了很多问题，也不知道如何调试出波形图。后来，通过对教材第三章的研究，询问同学，以及在网上找资料，知道了module名称要保持与顶层实体一致，建立测试脚本（Test Bench）文件，Test Bench可以自动生成，但是核心语句需要自己添加。同时可以通过修改激励文件调整波形图。这次上机课在软件学习方面花费时间长，锻炼了我的自学能力，提高了我的自学能力。

在设计D触发器时，在复习数字电路逻辑设计相关知识的同时，也对Verilog语言有了更深的理解，并了解了D触发器的工作原理以及如何设计D触发器。在设计一位半减器和全减器的时候，刚开始构建好半减器后，不知道全减器如何调用半减器，后来通过网上查资料解决了问题。对于异步复位可加减50进制加减计数器运用了综合知识，刚开始写的代码在软件中运行有错误，后来通过参考课本解决了该问题。通过这次上机的四个内容，激发了我对eda学习的兴趣，有助于我以后的学习。

来源：小王yue