实验四 计数器与七段译码器及显示的设计
一 实验目的
1、掌握七段译码器的工作原理；
2、学会用VHDL硬件描述语言进行数字系统设计；
3、学会运用波形仿真测试检验程序的正确性；
4、用QuartusII完成基本组合电路的设计。
二 实验仪器
PC机、Quartus II 6.0软件、康芯EDA实验箱
三 实验内容
选GW48系统的实验电路模式6，用数码8显示译码输出(PIO46-PIO40)，键3到键8作为控制输入端。完成计数器的数码管显示设计。
四 实验原理及步骤
7段数码是纯组合电路，通常的小规模专用IC，如74或4000系列的器件只能作十进制BCD码译码，然而数字系统中的数据处理和运算都是2进制的，所以输出表达都是16进制的，为了满足16进制数的译码显示，最方便的方法就是利用译码程序在FPGA/CPLD中来实现。例6-18作为7段译码器，输出信号LED7S的7位分别接如图6-2数码管的7个段，高位在左，低位在右。例如当LED7S输出为“1101101”时，数码管的7个段：g、f、e、d、c、b、a分别接
1、
1、0、
1、
1、0、1；接有高电平的段发亮，于是数码管显示“5”。注意，这里没有考虑表示小数点的发光管，如果要考虑，需要增加段h，例6-18中的LED7S:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0)应改为 ...(7 DOWNTO 0) 。
1、根据译码器真值表写出原程序。
译码器真值表：
数
输入
输出
值 A
B C D a b c d e f g 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 2 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 3 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 4 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 5 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 6 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1
7 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 8 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 9 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 A
1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 B 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 C 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 D 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 E 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 F 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1
三、实验内容：
1、说明下列程序中各语句的含义，以及该例的整体功能。在Quartus II 6.0上对以下该例进行编辑、编译、综合、适配、仿真，给出其所有信号的时序仿真波形（提示：用输入总线的方式给出输入信号仿真数据）。
LIBRARY IEEE ; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL ; ENTITY DecL7S IS PORT ( A : IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0) ; LED7S : OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0) ) ; END ; ARCHITECTURE one OF DecL7S IS BEGIN PROCESS( A ) BEGIN CASE A(3 DOWNTO 0) IS WHEN \"0000\" => LED7S LED7S LED7S LED7S LED7S LED7S LED7S LED7S LED7S LED7S LED7S LED7S LED7S LED7S LED7S LED7S NULL ; END CASE ; END PROCESS ; END ;
图3- 1 共阴数码管及其电路
2、引脚锁定以及硬件下载测试。建议选实验电路模式6，用数码8显示译码输出（PIO46--PIO40），键
8、键
7、键
6、键5四位控制输入，硬件验证译码器的工作性能。
3、用VHDL完成四位二进制加法计数器设计，命名为CNT4B.
4、用VHDL例化语句（参考实验1中的1位全加VHDL文本输入设计）按图3-2 的方式，完成顶层文件设计，并重复以上实验过程。注意图3-2中的tmp是4位总线，led是7位总线。对于引脚锁定和实验，建议仍选实验电路模式6，用数码8显示译码输出，用键3作为时钟输入（每按2次键为1个时钟脉冲），或直接时钟信号clock0。
图3-2 计数器和译码器连接电路的顶层文件原理图
(提示：
1、将教材P89页程序和P154页程序读懂，分别建立工程、生成各自原理图。
2、将上述两个原理图按教材P155页图6-19连接起来建立新的原理图设计文件。
3、将上述原理图文件编译、仿真、引脚绑定，下载到实验箱验证。）
四、实验报告要求
1、总结Quartus II 6.0 VHDL 中CASE语句应用及多层次设计方法
2、根据以上的实验内容写出实验报告，包括程序设计、软件编译、仿真分析、硬件测试和实验过程；设计程序、程序分析报告、仿真波形图及其分析报告；
3、心得体会――本次实验中你的感受；你从实验中获得了哪些收益；本次实验你的成功之处；本次实验中还有待改进的地方；下次实验应该从哪些地方进行改进；怎样提高自的实验效率和实验水平等等。
五、问题与思考：
只要求译出数字0～9和“-” ，怎样修改程序？
