FPGA设计开发（基础课题）：74LS160计数器芯片设计-Toy模板网

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一、设计目的

1、学会用HDL语言设计时序电路；

2、用HDL语言设计74LS160计数器芯片的数字功能。

二、设计原理

计数器是最常用的寄存器逻辑电路，从微处理器的地址发生器到频率计都需要用到计数器。一般计数器可以分为两类：加法计数器和减法计数器。加法计数器每来一个脉冲计数值加1；减法计数器每来一个脉冲计数值减1。

下面将通过模仿中规模集成电路74LS160的功能，用HDL语言设计一个十进制可预置计数器。74LS160共有一个时钟输入端CLK，一个清除输入端CLR，两个计数允许信号P和T，4个可预置数据输入端D、C、B、A，一个置位允许端LOAD，4个计数输出端QD、QC、QB、QA，一个进位输出端RC，其工作模式及时序图如下表和图2-14所示。

功能	输入					输出
操作	CLR	CLK	P	T	LOAD	QD、QC、QB、QA
复位	L	X	X	X	X	L、L、L、L
预置	H	↑	X	X	L	D、C、B、A
计数	H	↑	H	H	H	+1
保持	H	X	L	X	H	QD、QC、QB、QA
保持	H	X	X	L	H	QD、QC、QB、QA

注：进位输出端RC=Q3&!Q2&!Q1&Q0&T

三、设计内容

本实验要完成的任务就是实现中规模集成电路74LS160的功能，观察其工作时序，并下载到芯片中观察其实际工作过程。

实验时为了便于观察，需经分频得到1Hz时钟，用拨挡开关的SW1A～SW4A作为计数器的输入D，按键F3和F4作为计数器的控制允许P和T信号，F2作为清除输入CLR，用按键开关模块的F1作为LOAD信号（注意：由于计数器采用的是1Hz时钟，而装载数据是在时钟信号的上升沿作用下进行，所以要想正确的加载预制数据，F1按键必须按住至少1s以上才可以），用七段数码管模块中的某一位作为计数器的输出Q指示，用LED8作为计数器的输出翻转信号RC指示。

四、设计结果

1、74LS160源程序：

module A74LS160(clr,clk,et,ep,load,datain,dataout,rc,smg);

input clr,clk,et,ep,load;

input [3:0] datain;

output [6:0] smg;

reg [6:0]smg;

output [3:0] dataout;

output rc;

reg rc;

reg clk2;

reg [3:0] q1;

reg [8:0] cnt;

wire clr;

parameter n=50000000;

always@(posedge clk)

begin

if(cnt<(n/2-1))

begin

cnt<=cnt+1'b1;

clk2<=clk2;

end

else

begin

cnt<=9'd0;

clk2<=~clk2;

end

end

always@(posedge clk2 or negedge clr)

begin

if(clr==0)

begin

q1<=4'd0;

end

else

begin

if(clk2==1&load==0)

q1=datain;

else if(clk2==1&load==1)

begin

if(ep==1&et==1&q1<4'd10)

begin

q1=q1+1;

rc=0;

end

else if((et&ep)==0)

begin

q1=q1;

rc=0;

end

else if(q1==4'd10)

rc=1;

end

end

end

assign dataout=q1;

always@(dataout)

begin

case(dataout)

4'b0000:smg=7'b0000001;

4'b0001:smg=7'b1001111;

4'b0010:smg=7'b0010010;

4'b0011:smg=7'b0000110;

4'b0100:smg=7'b1001100;

4'b0101:smg=7'b0100100;

4'b0110:smg=7'b1100000;

4'b0111:smg=7'b0001111;

4'b1000:smg=7'b0000000;

4'b1001:smg=7'b0001100;

4'b1010:smg=7'b0001000;

endcase

end

endmodule

2、仿真波形图：

FPGA设计开发（基础课题）：74LS160计数器芯片设计