数电实验4：彩灯控制器设计-Toy模板网

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西南交大数电实验————《数字电路与计算机组成原理》

一、实验目的

巩固组合逻辑电路设计、仿真方法.
学习简单时序电路的设计与实验方法。
巩固 Verilog HDL 层次化文件设计。

二、实验内容

用 Verilog HDL 以层次化的设计方法（电路结构参照图 1 所示的电路框图），设计一个 6 进制计数器及合适的译码器，将计数器输出 Q 与译码器输入 x 相连，译码器输出codeout 锁定到实验箱的数码管段信号上（abcdefg），实现一个彩灯控制器的设计。数码管外圈的笔段在控制电路的驱动下，按杨辉三角的规律依次点亮/熄灭。对整体电路进行仿真，应当能够看到使能信号 en 为低电平时电路状态保持不变， en 为高电平时计数器的输出值自动增加，相应地译码器的输出依次变化，并循环。图 1 为顶层电路框图，图 2 为仿真波形图。
引脚锁定
a) 计数器的 en 锁定到实验箱的开关 1；
b) 计数器的输出 Q 作为待观测的中间信号锁定到指示灯 LED2…LED0;
c) clk 锁定到 CLK0（PIN_88）；
d) 译码器输出锁定到数码管段信号(abcdefg)；
e) seg 锁定到 SEG0。
实验测试
a) 将实验箱的时钟 clk0 设置到 1Hz，观察数码管的显示，并用文字记录实验现象。
b) 将 clk0 设置到 PULSE，使用手动脉冲，单步调试，观察计数器输出 Q 与 codeout指示灯显示的对应关系。
c) 将 clk0 设置到 4096Hz，观察数码管的显示，记录实验现象。
d) 将 clk0 设置到 4096Hz,用导线将 clk、 Q[2:0]连接到实验箱的逻辑分析仪上（CH0~CH7）观测波形。尝试设置不同的触发字及采样率，观察逻辑分析仪显示波形的变化。画出 1 个大周期 clk 与 Q 的时序波形。

三、预习要求

自行查找资料，自学 Verilog HDL 的层次化文件设计，完成本实验“实验内容”部分的设计要求。
对实验电路进行功能仿真，并将仿真结果截图插入报告中。
列出引脚锁定分配表（信号名->主板器件名->引脚号）。
填写编译报告。

四、实验报告要求

列出通电测试结果。
列出实验过程出现的问题及解决措施。
附源程序。

五、Verilog代码、RTL视图及仿真波形

1.Verilog代码

module dzx_2_1(en,clk,Q);//模块1，产生数据Q
input en,clk;
output [2:0]Q;
reg [2:0]Q;
parameter S0=3'd0,S1=3'd1,S2=3'd2,S3=3'd3,S4=3'd4,S5=3'd5;
always@(posedge clk)
	if(en)
		case(Q)
			S0:Q <= S1;
			S1:Q <= S2;
			S2:Q <= S3;
			S3:Q <= S4;
			S4:Q <= S5;
			S5:Q <= S0;
			default:Q <= S0;
		endcase
endmodule 

module dzx_2_2(x,seg,codeout);//模块2：数据x在数码管上的现实
input [2:0]x;
output seg;
output [6:0]codeout;
reg seg;
reg [6:0]codeout;
parameter S0=3'd0,S1=3'd1,S2=3'd2,S3=3'd3,S4=3'd4,S5=3'd5;
always@(x)
	case(x)
		S0:{codeout,seg}= {7'b0000001,1'b1};
		S1:{codeout,seg}= {7'b0000011,1'b1};
		S2:{codeout,seg}= {7'b0000111,1'b1};
		S3:{codeout,seg}= {7'b0001111,1'b1};
		S4:{codeout,seg}= {7'b0011111,1'b1};
		S5:{codeout,seg}= {7'b0111111,1'b1};
		default:{codeout,seg} = {7'b0000001,1'b1};
	endcase
endmodule

module colorful_lights(en,clk,Q,seg,codeout);//顶层模块
input en,clk;
output seg;
output [2:0]Q;
output [6:0]codeout;
dzx_2_1(en,clk,Q);
dzx_2_2(Q,seg,codeout);
endmodule