ISE8.1全部實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書2014-9

1、實(shí)驗(yàn)一、ISE8.1軟件的基本操作介紹 一、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、 初步了解XILINX公司設(shè)計(jì)軟件ISE8.1界面的基本功能。2、 通過建立一個(gè)新設(shè)計(jì)項(xiàng)目2_4譯碼器的設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)用原理圖(Schematic)輸入的設(shè)計(jì)方法。3、 通過已完成的2_4譯碼器原理圖設(shè)計(jì)，了解使用Test Bench Waveform、ISE Simulator 、ModelSim Simulator進(jìn)行功能仿真的方法。4、 自己根據(jù)原理圖名YMQ1的仿真例子，對(duì)原理圖名YMQ2進(jìn)行仿真操作練習(xí)。二、 軟件ISE8.1界面的基本功能雙擊桌面圖標(biāo)進(jìn)入ISE8.1軟件界面如圖11所示。圖11界面稱為Project Naviga

2、tor界面。如果先前有工程項(xiàng)目則如圖1-2。41223 圖1132422212 圖1-2如果雙擊圖標(biāo)出現(xiàn)的界面與圖11不同，則再點(diǎn)擊下拉菜單View進(jìn)行選項(xiàng)。也可以從電腦的Start(開始)Programs(所有程序)Xilinx ISE8.1Project Navigator進(jìn)入圖11界面。圖11中除了下拉菜單和命令圖標(biāo)外，還包含4個(gè)子窗口。Source 子窗口(左上部分)該窗口可顯示Sources For下拉菜單選項(xiàng)和三大類用戶設(shè)計(jì)信息。1） Sources: 當(dāng)選中Sources時(shí)，該子窗口顯示項(xiàng)目名、用戶文件、所選器件類型、設(shè)計(jì)流程、綜合工具和設(shè)計(jì)源文件。通過圖標(biāo)表示文件類型（例如：H

3、DL、原理圖、核、狀態(tài)圖、文本文件等）。圖標(biāo)前有+說明有下級(jí)文件。2） Snapshot View :當(dāng)選中Snapshot View時(shí)，該子窗口顯示對(duì)項(xiàng)目導(dǎo)航器中當(dāng)前打開的項(xiàng)目進(jìn)行復(fù)制。操作方法：選中Module View中項(xiàng)目或子項(xiàng)目，點(diǎn)擊菜單命令Projectake Snapshot，彈出對(duì)話框，確認(rèn)后就將Module View顯示的所有項(xiàng)目和子項(xiàng)目以復(fù)制方式在Snapshot View子窗口中顯示。Snapshot View作用使設(shè)計(jì)者可以保存幾個(gè)不同內(nèi)容的同一項(xiàng)目名的設(shè)計(jì)。當(dāng)要從Snapshot View將某一項(xiàng)目?jī)?nèi)容替代當(dāng)前Module View中的項(xiàng)目?jī)?nèi)容，先將要替代的項(xiàng)目?jī)?nèi)容S

4、napshot，然后在Snapshot View窗口中選中要替換的文件夾，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵彈出菜單選Make Snapshot Current，或從菜單上選ProjectMake Snapshot Current。3） Library View: 該子窗口顯示項(xiàng)目中所有的庫(kù)文件。4） Sources For下拉菜單選項(xiàng)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行可選擇。圖1-3 圖1-4Processes 子窗口（位于左中部分）在界面下面有Processes和Options兩個(gè)選項(xiàng)項(xiàng)。當(dāng)選Processes 子窗口中的Processes，在Source 子窗口中選工程名或項(xiàng)目名，該界面分別如圖1-3，圖14。圖14中Proc

5、esses由以下幾部分內(nèi)容：è Design Entry Utilities(設(shè)計(jì)輸入工具)：提供選用元件符號(hào)生成、示例模板、HDL轉(zhuǎn)換器、命令行日志文件、運(yùn)行MTI和仿真程序編譯等功能。èUser Constraints(用戶設(shè)計(jì)約束設(shè)置)：提供用戶芯片內(nèi)部設(shè)置編輯和時(shí)間約束設(shè)計(jì)功能。èSynthesis(綜合)：提供語(yǔ)法檢測(cè)、綜合、RTL原理圖和綜合報(bào)告。èImplement Design(設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn))：提供設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)工具、設(shè)計(jì)流程報(bào)告和其他相關(guān)工具。èGenerate Programming File（生成編譯文件）：提供配置工具和位流生成功

6、能。MDI （multi-document interface）子窗口（右面） 1）當(dāng)創(chuàng)建 *. vhd (語(yǔ)言描述)模式輸入或打開 *.vhd，在該子窗口能進(jìn)行ISE文本編輯、ISE語(yǔ)言模板和HDL 測(cè)試文本顯示。èText Editor(文本編輯器) ：在此窗口可對(duì)源文件和其他文本文件進(jìn)行編輯設(shè)計(jì) 。èHDL Bencher (HDL測(cè)試文本文件) ：HDL測(cè)試文本文件是將特定的軟件（ModelSim）集成在Project Navigator構(gòu)架中的測(cè)試平臺(tái)。2)當(dāng)創(chuàng)建*.SCH(原理圖)模式輸入或打開*.SCH，在該子窗口能進(jìn)行電路原理圖設(shè)計(jì)。5） 當(dāng)選中Design

7、 Summary，彈出如圖1-2界面。此處有相關(guān)的設(shè)計(jì)文檔信息?？刂谱哟翱冢ㄏ路剑涸摯翱谟糜陲@示程序運(yùn)行中的錯(cuò)誤、警告。例如編寫的VHDL程序、由原理圖生成VHDL程序。有錯(cuò)誤時(shí)error前有紅色方塊顯示，出現(xiàn)警告時(shí)warning前有黃色方塊顯示。通過該窗口顯示的信息（例如指出的HDL的錯(cuò)誤發(fā)生在第幾行、錯(cuò)誤內(nèi)容。原理圖不能生成VHDL的錯(cuò)誤等。）供設(shè)計(jì)者進(jìn)行HDL或原理圖設(shè)計(jì)修改。以上四個(gè)子窗口的應(yīng)用在以后的實(shí)驗(yàn)中會(huì)進(jìn)一步說明，現(xiàn)在有一個(gè)大概了解就可以了。同學(xué)可以通過界面上的 help下拉菜單詳細(xì)了解界面的功能和用途。三、 用原理圖輸入方法設(shè)計(jì)新項(xiàng)目2_4譯碼器完成如圖1-5的原理圖輸入設(shè)

8、計(jì)。圖1-5方法簡(jiǎn)介：1） 在圖11或圖1-2界面窗口點(diǎn)擊菜單File New Project彈出圖16對(duì)話框。圖16圖17在Project Name中輸入工程項(xiàng)目名TEXT_1(或自己取)，在Top-Level Module Type中通過下拉菜單選Schematic。點(diǎn)擊下一步彈出圖17對(duì)話框。對(duì)話框中的Value下面的8個(gè)內(nèi)容除Top-Level Module Type為Schematic不能改變，其余七項(xiàng)都有下拉菜單。根據(jù)圖17對(duì)話框選項(xiàng)。點(diǎn)擊下一步，彈出圖18對(duì)話框。圖18 圖19 圖110 在該對(duì)話框中點(diǎn)擊New Source, 彈出圖19對(duì)話框。在對(duì)話框中左面選中Schemati

9、c，在 File欄中輸入原理圖名YMQ1（項(xiàng)目名），點(diǎn)擊下一步，彈出19圖框，點(diǎn)擊完成。出現(xiàn)圖110對(duì)話框， Source File欄中已加入了YMQ1.sch文件名。點(diǎn)擊下一步彈出圖111對(duì)話框，在此對(duì)話框中可以將已有的源文件加入，也可以通過菜單ProjectAdd Source或選菜單ProjectAdd Copy of Source。點(diǎn)擊下一步彈出圖112圖框。在該圖框中包含了新建原理圖的基本信息。點(diǎn)擊完成彈出如圖113。圖111圖1-12 1）根據(jù)圖15將器件放入圖板。雙擊圖標(biāo) 或在Sources窗口如圖1-13點(diǎn)擊圖標(biāo)，此時(shí)Sources窗口如圖1-14，選中< -All Sy

10、mbols- >，在Symbol Name Filter空白欄中輸入圖15的門電路名，在Symbols欄中選擇所需的器件，拖至圖板，不行的話再雙擊圖標(biāo)為選中狀態(tài)并移動(dòng)則選中器件可放如圖1-13中間的繪圖板中，以后只要圖標(biāo)為選中狀態(tài)，在Symbols欄中選擇所需的器件，選中就可將所選器件放入圖板，也可一通過下拉菜單AddSymbols將所選器件放入圖板。圖113圖1-13中部分圖標(biāo)功能說明：圖標(biāo)功能：逐級(jí)放大顯示。圖標(biāo)功能：逐級(jí)縮小顯示。圖標(biāo)功能：整圖板顯示。圖標(biāo)功能：根據(jù)所選窗口放大。圖標(biāo)功能：根據(jù)所選單體（元件、網(wǎng)線、總線等）放大。2）根據(jù)圖15連線點(diǎn)擊圖標(biāo) 或選擇菜單AddWire&

11、#160;進(jìn)入連線狀態(tài)，此時(shí)的Processes子窗口為Add Wire Options，如圖1-15，點(diǎn)擊所要連線的兩端，就會(huì)自動(dòng)連線，對(duì)已連線的中間要連線（終端）要雙擊結(jié)束。點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵退出連線，返回到Select Options狀態(tài)如圖1-15。或點(diǎn)擊圖標(biāo)返回到選擇狀態(tài)。在Select Options圖1-14 狀態(tài)選中Select the line segment，再選中圖中一段連 圖1-14 圖1-15線，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵可對(duì)該線段進(jìn)行刪除、剪切、拷貝等操作。3) 根據(jù)圖15加輸入輸出端口 點(diǎn)擊圖標(biāo) 或選擇菜單AddI/O Marker ，此時(shí)的Processes窗口為Add

12、I/O Marker Optiongs。根據(jù)圖13選擇Add an Atomatic marker （或者Add an input marker 或 Add an output Marker）再點(diǎn)擊圖標(biāo)移動(dòng)端口到所需連接的網(wǎng)線。4）根據(jù)圖15給連線或端口賦名點(diǎn)擊圖標(biāo)或選擇菜單AddNet Name，左面彈出對(duì)話框如圖116。在When you click on a branch項(xiàng)中選Name the branch。在name 項(xiàng)輸入en，然后選中en，再點(diǎn)擊圖標(biāo)將鼠標(biāo)十字拖動(dòng)到網(wǎng)線與端口連接處，則就成了端口命名。也可以選中要命名的網(wǎng)線或總線點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵后彈出下拉菜單，選Rename port

13、后彈出的對(duì)話框?qū)€或總線命名?；蛘咴谶x擇狀態(tài)雙擊該網(wǎng)線或端口，彈出對(duì)話框，在對(duì)話框中value下輸入網(wǎng)線、端口名。 在給A1-A2，Q0-Q3端口命名時(shí)，由于命名連續(xù)，當(dāng)在Name欄中輸入q0，然后在After naming the branch or net中選中Increment the name，將鼠標(biāo)十字拖動(dòng)到輸出端口（按端口標(biāo)號(hào)由低到高順序）點(diǎn)擊就會(huì)自動(dòng)將q0q1q2q3。 同樣可以用自動(dòng)命名對(duì)A1、A2端口賦名。再點(diǎn)擊圖標(biāo)或通過Tools下拉菜單Check Schematic 來(lái)檢查原理圖輸入是否有錯(cuò)誤。完成后SAVE。這樣就完成了2_4譯碼器的原理圖設(shè)計(jì)輸入。5）設(shè)計(jì)一個(gè)用總線表

14、示輸入、輸出端口的2_4譯碼器的原理圖 在Sources子窗口點(diǎn)擊Sources在Sources子窗口中選中項(xiàng)目名TEST_1，點(diǎn)擊菜單ProjectNew Source，在對(duì)話框中，在File空欄中輸入YMQ2，左欄選Schmatic，點(diǎn)擊完成，進(jìn)入ymq2雙擊Sources in Project子窗口中的ymq2的ECS界面，此界面可以進(jìn)入YMQ1、YMQ2兩個(gè)圖板界面。 進(jìn)入YMQ1圖板，將YMQ1原理圖復(fù)制到Y(jié)MQ2（選中原理圖成紅色點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵選copy，在YMQ2圖板中點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵選paste）。 i)在YMQ2原理圖中刪除A1、A2、Q0-Q3端口，點(diǎn)擊圖標(biāo) 或選擇菜

15、AddWire 進(jìn)入畫線狀態(tài)，畫線位置如圖 114。ii)點(diǎn)擊圖標(biāo) 或選擇菜單AddI/O Marker 在左彈出Add I/O Marker Options對(duì)話框中根據(jù)輸入、輸出端口選端口，將端口和所畫線相連。如圖117。 圖116iii)給總線端口命名 點(diǎn)擊圖標(biāo)或選擇菜單AddNet Name，在左面彈出對(duì)話框中name 項(xiàng)輸入A(1：0)，然后選中A(1：0)，再將鼠標(biāo)十字頭拖動(dòng)到網(wǎng)線與端口連接處，則就完成了輸入總線端口命名，此時(shí)的連線由細(xì)線（網(wǎng)線）變成了粗線（總線）。同樣對(duì)輸出總線Q(3：0)端口命名。iv)完成總線與網(wǎng)線的連接。點(diǎn)擊圖標(biāo)或選菜單AddgBus Ta

16、p或按Ctul+B鍵，在Processes窗口彈出如圖118對(duì)話框，根據(jù)總線引腳的方向選擇，將引腳先與總線相連，如圖119所示，再將總線引腳與對(duì)應(yīng)網(wǎng)線連接。根據(jù)前面學(xué)過的方法給網(wǎng)線命名，注意網(wǎng)線命名序號(hào)要加括號(hào)（例如：Q（0）、Q（1）。完成圖后，保存一下。再點(diǎn)擊圖板或通過Tools下拉菜單Check Schematic 來(lái)檢查 圖1-17原理圖輸入是否有錯(cuò)誤。V) 如果要查看或刪除A(1)整個(gè)網(wǎng)線可先點(diǎn)擊 在Processes窗口中選再選點(diǎn)擊A(1)網(wǎng)線根據(jù)需要操作。 如果A(1) 整個(gè)網(wǎng)線中有某一段連接錯(cuò)了，要?jiǎng)h除，則選中欄中的再選中要?jiǎng)h除的某段線，就能將該線段刪除。圖1-18四、 學(xué)習(xí)如

17、何通過選項(xiàng)由原理圖自動(dòng)VHDL,使用Test Bench Waveform 、ModelSim Simulator對(duì)已完成的2_4譯碼器進(jìn)行功能仿真的方法。 以及VHDL Test Bench的使用。 1、 由原理圖自動(dòng)VHDL程序返回Project Navigator界面，選中Source in Project子窗口選中ymq1，再將Process for Source “ymq1”子窗口中的Design Entry Utilities項(xiàng)展開，選中雙擊View HDL Functional Model，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，彈出圖1-20對(duì)話框，選所需的描述語(yǔ)言，再雙擊View HDL Functi

18、onal Model在右面文字編輯子窗口顯示由2_4譯碼器原理圖自動(dòng)生成描寫2_4譯碼器語(yǔ)言程序。仔細(xì)閱讀并請(qǐng)問該語(yǔ)言描述程序是采用結(jié)構(gòu)體的哪一種描述方式？ 圖1-19 圖1-20五、 Test Bench Waveform 、ISE Simulator、ModelSim Simulator的使用1）Test Bench Waveform仿真輸入信號(hào)界面設(shè)置操作a、將圖1-20中的Value中的選項(xiàng)恢復(fù)為默認(rèn)的Verilog。b、在Source in Project子窗口選中ymq1，然后點(diǎn)擊菜單Projectnew Source，在左欄中選Test Bench Waveform ， 文件名輸

19、入YMQ1_twb，點(diǎn)擊完成，此時(shí)彈出一個(gè)測(cè)試輸入波形設(shè)置對(duì)話框，如圖121。點(diǎn)擊OK，在右面彈出測(cè)試波形圖如圖122。如果測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)度不合適或時(shí)鐘標(biāo)尺不合適，可以在圖板上點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，選菜單中的Set End of test Bench或Rsecale Timing重新設(shè)置。注意圖1-21中Clock Information的選項(xiàng)，默認(rèn)的是“Single Clock”。在輸入沒有時(shí)鐘信號(hào)要選“Combinatorial (or interal clock)。在圖1-22界面，單擊輸入信號(hào)A1、A2、EN波形可設(shè)置0、1電平，根據(jù)表格1-1設(shè)置。圖1-21 圖1-22en01A10101010

20、1A200110011表1-1如果希望連續(xù)設(shè)置可雙擊輸入信號(hào)波形處會(huì)彈出set value對(duì)話框，點(diǎn)擊Pattern Wizard，彈出對(duì)話框Pattern Wizard如圖123。Pattern Wizard中有：i) 模式選擇（Choose Pattern）: 當(dāng)選隨機(jī)模式（Random）,則根據(jù)重復(fù)次數(shù)設(shè)置隨機(jī)設(shè)置電平。當(dāng)選觸發(fā)模式（Toggle）, 除根據(jù)重復(fù)次數(shù)設(shè)置外還要根據(jù)規(guī)定模式設(shè)置電平。圖1-23圖1-24ii)碼設(shè)置（Radix）:有16、10、2進(jìn)制三種，信號(hào)量只能2進(jìn)制。 iii)重復(fù)次數(shù)設(shè)置（Repeat Pattern）:根據(jù)仿真需要設(shè)置次數(shù)。iv)規(guī)定格式設(shè)置（Cu

21、stomize pettern）:當(dāng)初始值（initial value）設(shè)置為1時(shí)，其他值（other Value）設(shè)置為0，或者相反，兩者不能一樣（可以是0、1、Z、X 、U）。v)觸發(fā)轉(zhuǎn)換周期（Toggle Every）:設(shè)置電平由高到低或低到高的周期數(shù)。數(shù)值在1999范圍內(nèi)。手動(dòng)對(duì)A1、A2、EN輸入信號(hào)的電平設(shè)置完后， 保存一下。在Sources子窗口中的Sources for中選Behavioral Simulation，再按圖1-25選中propertise彈出圖1-26窗口，展開simulator項(xiàng)可以現(xiàn)在仿真工具。 設(shè)置完Test Bench Waveform，保存一下。在So

22、urces for 選項(xiàng)中behaviorial simulation如圖1-25。在圖1-26中展開圖1-25 圖1-261） ISE仿真軟件的操作可以選擇ISE自帶的仿真工具“ISE Simulator(VHDL/Verilog)項(xiàng)，選中后綴為.tbw仿真文件。在Sources界面中根據(jù)圖1-27選擇操作，雙擊Properties彈出圖1-28界面。圖1-27圖1-28根據(jù)圖1-28選項(xiàng)，在Porcessses子窗口中點(diǎn)擊左下的Porcessses選項(xiàng)中雙擊“Simulate Bhevioral Model” ，見圖1-29。觀察simulation界面上的輸入及Q0、Q1、Q2、Q3輸出

23、響應(yīng)波形。 圖1-29可以在圖1-30的仿真波形圖上點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，彈出如圖1-31中的菜單，圖1-30圖1-31當(dāng)選“Add Marker”項(xiàng)會(huì)出現(xiàn)測(cè)量桿，測(cè)量桿可以左右移動(dòng)，其測(cè)量桿位置所對(duì)應(yīng)的輸入輸出值在左側(cè)顯示。也可以根據(jù)實(shí)際需要增加測(cè)量桿或刪除測(cè)量標(biāo)桿。 圖1-322）可以圖1-28中選擇第三方仿真工具M(jìn)odelSim。假如選擇“Modelsim-SE Mixed在ModelSim Simulator中選第一項(xiàng)，運(yùn)行如圖1-33 ，觀察HDLBencher上的Q0、Q1、Q2、Q3輸出響應(yīng)。 圖1-34ModelSim Simulator仿真的操作i)在完成Test Bench Wav

24、eform波形窗口輸入值設(shè)置后，就可以進(jìn)行ModelSim Simulator仿真操作，運(yùn)行Porcessses子窗口中，放大wave-default窗口，通過調(diào)節(jié)顯示波形，了解下列功能圖標(biāo)作用：。wave-default窗口波形如圖1-35。點(diǎn)擊會(huì)彈出豎向標(biāo)尺（標(biāo)尺可以移動(dòng)），該標(biāo)桿所在波形位置其對(duì)應(yīng)的數(shù)值在左面顯示。如果要改變輸入信號(hào)再觀察ModelSim的輸出波形有兩種方法：方法1：在窗口上重新設(shè)置輸入波形并保存，關(guān)閉ModelSim SE PLUS, 再運(yùn)行Porcessses子窗口中的，就可以觀察重新輸入的信號(hào)設(shè)置和輸出響應(yīng)波形。方法2：在窗口上重新設(shè)置輸入波形并保存，在ModeSi

25、m主界面選中compile下拉菜單的compile，彈出圖1-36對(duì)話框，選中后綴為.twf 圖1-35 圖1-36或.vhw文件名，點(diǎn)擊Compile，wave-default窗口，點(diǎn)擊圖標(biāo)(運(yùn)行Restart)，再點(diǎn)擊圖標(biāo)（運(yùn)行Run All）,就可以觀察重新輸入輸入信號(hào)后的輸出相應(yīng)波形。根據(jù)表1-2重新設(shè)置輸入信號(hào)，觀察輸出波形，并填入表1-2中。en01A110101010A211001100Q0Q1Q2Q3 表1-2 3、VHDL Test Bench的使用ISE8.1設(shè)計(jì)軟件還提供了一個(gè)根據(jù)通過Test Bench Waveform窗口設(shè)置的輸入信號(hào)自動(dòng)生成Test Bench V

26、HDL的功能。設(shè)置好窗口的輸入信號(hào)，在Sources子窗口和Processes子窗口選項(xiàng)如圖1-37， 運(yùn)行View Generated Test Bench As HDL，在右面窗口就自動(dòng)生成TEXT_1_TWB的VHDL 的測(cè)試程序。該程序的測(cè)試輸入信號(hào)是否是根據(jù)Test Bench Waveform窗口設(shè)置編寫的？請(qǐng)檢查一下。 圖1-37六、 現(xiàn)在要求在已完成YMQ2原理圖進(jìn)行VHDL語(yǔ)言生成及Test Bench Waveform、ISE Simulator 、ModelSim Simulator 仿真測(cè)試及VHDL Test Bench 的自動(dòng)生成練習(xí)。并根據(jù)表1-3在Test Be

27、nch Waveform界面設(shè)置仿真輸入波形，通過ISE及ModelSim仿真工具，觀察輸出結(jié)果并填入表1-3中。en01A（2:1）0001101100011011Q（3:0）表1-3實(shí)驗(yàn)二、原理圖輸入與仿真及由原理圖生成元器件模塊實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、 完成所給原理圖的設(shè)計(jì)輸入。2、 對(duì)已完成的原理圖進(jìn)行VHDL轉(zhuǎn)換和Test Bench Waveform、ISE Simulator、ModelSim Simulator 仿真測(cè)試。3、 學(xué)習(xí)觀察器件下級(jí)原理圖及由原理圖生成模塊的方法。二、 一位全加法器的原理圖設(shè)計(jì)輸入及Test Bench Waveform、ISE Simulator、M

28、odelSim Simulator 仿真測(cè)試及VHDL轉(zhuǎn)換。圖圖21 表21ABCinSumCout0000010100111001011101111）新建一個(gè)項(xiàng)目名為TEST_2項(xiàng)目，完成如圖21原理圖的設(shè)計(jì)輸入。2）用Test Bench Waveform、ModelSim Simulator 進(jìn)行仿真測(cè)試，將仿真結(jié)果填入一位全加法器真值表表21中。3）利用生成器將原理圖轉(zhuǎn)換為VHDL描述的語(yǔ)言。三、 二位比較器的原理圖設(shè)計(jì)輸入及Test Bench Waveform、ModelSim Simulator 仿真測(cè)試及VHDL轉(zhuǎn)換。1）在已建的項(xiàng)目名TEST_2下，完成如圖22原理圖的設(shè)計(jì)輸

29、入。2）用Test Bench Waveform、ModelSim Simulator 進(jìn)行仿真測(cè)試，將仿真結(jié)果填入一位全加法器真值表表22中。3） 生成器將原理圖轉(zhuǎn)換為VHDL描述的語(yǔ)言。表22 A與B的關(guān)系Q值A(chǔ)>BA<BA=B四、 復(fù)習(xí)查看調(diào)用器件模塊的下級(jí)原理圖的方法1）在ECS界面，打開已完成的原理圖（比較器或加法器），加入器件模塊CB16CE，選中CB16CE器件模塊點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵選Symbol Push Into Symbol，此時(shí)圖板顯示的為CB16CE器件模塊的下級(jí)原理圖，以同樣的方法查看CB16CE原理圖中FTCE模塊的下級(jí)原理圖。2） 模塊的下級(jí)原理圖級(jí)，在空白

30、處點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵選Pop to Calling Schematic，就返回到上一級(jí)。3） 可以a)通過選中模塊點(diǎn)擊圖標(biāo) 來(lái)觀看下一級(jí)原理圖，和點(diǎn)擊下級(jí)原理圖的空白處和圖標(biāo)來(lái)返回到上級(jí)模塊。4）通過選中模塊點(diǎn)擊菜單Viewg Push Into Symbol來(lái)觀看下一級(jí)原理圖，和點(diǎn)擊菜單ViewgPop to Calling Schematic來(lái)返回到上級(jí)模塊。請(qǐng)自己操作一下。五、由建立的原理圖生成模塊器件的方法 1）建立模塊：當(dāng)完成原理圖輸入并保存后，在Source in Project子窗口選中要生成模塊的原理圖名，在Process for Source “原理圖文件名”子窗口中，雙擊Desi

31、gn Entry Utilities 下級(jí)Create Schematic Symbol，成功后在Create Schematic Symbol前會(huì)打上一個(gè)綠色的勾，表示模塊生成成功。2）調(diào)用新建模塊：在ECS窗口，新建一張?jiān)韴D，點(diǎn)擊圖標(biāo)在左欄中選中項(xiàng)目文件名的路徑，在Symbols欄中將已建立的模塊放入新建原理圖中，可以用前面學(xué)過的方法觀察模塊的下級(jí)原理圖。3）完成另一個(gè)已有原理圖的模塊生成。六、根據(jù)教課書第18頁(yè)題2.2進(jìn)行原理圖輸入設(shè)計(jì)并仿真，根據(jù)仿真說明該電路功能。圖22實(shí)驗(yàn)三 VHDL設(shè)計(jì)輸入及時(shí)鐘頻率仿真和測(cè)試 一、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、 VHDL設(shè)計(jì)輸入的方法學(xué)習(xí)。2、 利用語(yǔ)言模板進(jìn)

32、行VHDL設(shè)計(jì)輸入。3、 如何運(yùn)用控制子窗口的提示更改語(yǔ)法錯(cuò)誤。4、 綜合技術(shù)的應(yīng)用學(xué)習(xí)。5、 時(shí)序仿真時(shí)周期的測(cè)量方法。二、 用VHDL設(shè)計(jì)一個(gè)六分頻器1、新建一個(gè)(Project Name)名為TEST_3項(xiàng)目，在圖31對(duì)話框中，左欄選VHDL Module，F(xiàn)ile欄中輸入FPQ3，點(diǎn)擊下一步。圖31圖322、在圖32對(duì)話框中第一欄輸入端口名。第二欄中通過下拉菜單輸入端口方向。第三欄和第四欄為需輸入的端口總線最高位（MSB）和最低位（LSB），通過點(diǎn)擊空格，彈出的上下箭頭輸入需要值，信號(hào)量（std_logic、bit）不用輸入。3、完成后在右面的MDI子窗口自動(dòng)生成VHDL語(yǔ)言描述的庫(kù)、

33、實(shí)體以及結(jié)構(gòu)體框架（如圖33），在結(jié)構(gòu)體中輸入設(shè)計(jì)內(nèi)容，就完成了該電路的VHDL設(shè)計(jì)。圖33 4、在VHDL編譯窗口中關(guān)鍵字為藍(lán)色（如 end ; port 等），數(shù)據(jù)類型為粉紅色，注釋為綠色。庫(kù)名、實(shí)體名、端口名、結(jié)構(gòu)體名、均為黑色。這樣有助于發(fā)現(xiàn)輸入錯(cuò)誤。完整的6分頻器VHDL程序如下(也可以自己設(shè)計(jì))：library IEEE;use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;entity FPQ3 is Port ( CLK : in std_logic; C

34、P : out std_logic);end FPQ3;architecture Behavioral of FPQ3 is signal a:integer range 0 to 5; begin process(CLK) begin if (CLK'event and CLK='1') then if a=5 then a<=0; else a<=a+1; end if; case a is when 0|1|2=>CP<='1' when 3|4|5=>CP<='0' when others=&g

35、t;CP<='Z' end case;end if; end process;end Behavioral;5、生成VHDL模塊結(jié)構(gòu)體內(nèi)輸入完畢后進(jìn)行保存。在Processes子窗口中，雙擊（Design Entry Utilities 下級(jí)）Create Schematic Symbol，運(yùn)行后在控制子窗口（左下方）彈出Create Schematic Symbol" completed successfully，表示VHDL模塊生成。但不能保證設(shè)計(jì)語(yǔ)法沒有錯(cuò)誤。要通過雙擊Processes子窗口中的Synthesiz-XST子項(xiàng)Check Syntax進(jìn)行語(yǔ)

36、法檢測(cè)，必須查看控制子窗口是否有報(bào)錯(cuò)、警告，根據(jù)指出的錯(cuò)誤進(jìn)行修改，直到控制子窗口沒有報(bào)錯(cuò)和警告。 6、 View VHDL Intantiation Template的作用雙擊（Design Entry Utilities 下級(jí)）View VHDL Intantiation Template，生成后在控制子窗口（左下方）會(huì)彈出Process "View HDL Instantiation Template" completed successfully，同樣不能保證設(shè)計(jì)語(yǔ)法沒有錯(cuò)誤，必須查看控制子窗口是否有報(bào)錯(cuò)、警告，如果有要根據(jù)指出的錯(cuò)誤進(jìn)行修改，直到控制子窗口沒有報(bào)錯(cuò)

37、和警告。用鼠標(biāo)選中View VHDL Intantiation Template，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵選Open Without Updating，在右面的MDI子窗口自動(dòng)顯示生成的fpq3.vhi文本，當(dāng)fpq3作為元件被上層VHDL程序被調(diào)用時(shí)，可以將fpq3.vhi文本中的調(diào)用元件說明、端口映射框架復(fù)制過去，加入上層VHDL程序的對(duì)應(yīng)端口就可以完成上層VHDL程序中fpq3元件調(diào)用語(yǔ)句和端口映射語(yǔ)句。7、綜合技術(shù)的應(yīng)用 在Processes子窗口中，展開Synthesize-XST。XST是Xilinx Synthesis Technology的縮寫。直接雙擊Synthesize-XST，如果有

38、錯(cuò)誤，會(huì)在Synthesize-XST前打紅色r，在View Synthesis Report前打綠色的，可以閱讀綜合報(bào)告來(lái)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，也可以從控制子窗口找錯(cuò)。如果都正確，在Synthesize-XST前打綠色的，在View Synthesis Report前打綠色的，Check Syntax打綠色的。點(diǎn)擊View RTL Schematic，在ESC窗口，可以看到由VHDL程序自動(dòng)生成的RTL Schematic模塊（上層），通過層次進(jìn)入下級(jí)可以一層一層到達(dá)最底層原理圖。點(diǎn)擊View Synthesis Report閱讀綜合報(bào)告（FPQ3.SYS）和點(diǎn)擊圖標(biāo)打開的報(bào)告。三、 ModelSim

39、Simulator中的時(shí)序仿真及周期測(cè)量方法1、 在Sources子窗口選中fpq3-behavioral，點(diǎn)擊菜單ProjectgNew Source彈出圖34對(duì)話框，左欄選Test Bench Waveform，輸入文件名fpq3_twb，完成后彈出圖35對(duì)話框。圖34 圖35 根據(jù)圖35輸入數(shù)值。點(diǎn)擊OK，在右面顯示測(cè)試波形，保存一下。如圖3-6在Sources 子窗口選Behavioral Simultion 和fpq3_tw，在Processes 在窗口選Processes ，運(yùn)行 Generate Expected Simulation Results，觀察測(cè)試窗口的輸出波形。如果

40、設(shè)置不合適，可以點(diǎn)擊圖面的空白處彈出如圖3-7的下拉菜單，選中下拉菜單中的jk項(xiàng)，重新設(shè)置仿真參數(shù)的時(shí)鐘和長(zhǎng)度。運(yùn)行Simulate Behavioral Model，鏈接ModelSim SE。 通過wave-default窗口觀察輸出波形cp。方法：點(diǎn)擊菜單ViewgZoomgZoom full和Zoom in觀察輸出波形。由于是6分頻器比較容易判別結(jié)果是否正確。如果是100分頻器，通過數(shù)數(shù)就很不合理。此軟件有測(cè)試標(biāo)尺，可以通過測(cè)試標(biāo)尺值來(lái)計(jì)算設(shè)計(jì)結(jié)果是否正確。方法介紹如下：在ModelSim SE波形 圖3-612 圖3-7 界面先用鼠標(biāo)點(diǎn)擊要測(cè)量波形周期的上升沿或下降沿（粗選定），再點(diǎn)

41、擊圖標(biāo)（鼠標(biāo)點(diǎn)擊的是下降沿）或圖標(biāo)（鼠標(biāo)點(diǎn)擊的是上升沿），來(lái)準(zhǔn)確選取，再點(diǎn)擊圖標(biāo)和圖標(biāo)或及圖標(biāo)使縱向標(biāo)尺在所選波形的一個(gè)周期兩端，此時(shí)在界面下方，兩根縱向標(biāo)尺分別顯示周期兩端時(shí)間坐標(biāo)值，兩根縱向標(biāo)尺之間為所測(cè)波形周期值。點(diǎn)擊圖標(biāo)再點(diǎn)擊縱向標(biāo)尺，縱向標(biāo)尺將被刪除。請(qǐng)測(cè)一下CLK及CP的周期值，用CP的周期值除以CLK的周期值值為多少？，此值就是分頻數(shù)。如圖3-8。圖3-8四、 1、根據(jù)教課書第18頁(yè)習(xí)題2.2圖，用VHDL描述該電路，并進(jìn)行仿真驗(yàn)證。 2、用VHDL設(shè)計(jì)一個(gè)20分頻器，并進(jìn)行仿真驗(yàn)證。 3、如果現(xiàn)有的硬件上提供的時(shí)鐘信號(hào)為50Hz，而電路需要0.5秒的時(shí)鐘信號(hào)，請(qǐng)用VHDL設(shè)計(jì)能

42、實(shí)現(xiàn)該功能的分頻器電路，并進(jìn)行仿真驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)四.運(yùn)用Language Templates設(shè)計(jì)VHDL 及符號(hào)編輯工具的運(yùn)用一、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、 運(yùn)用語(yǔ)句模板設(shè)計(jì)VHDL。2、 仿真時(shí)總線數(shù)據(jù)類型設(shè)置及總線數(shù)據(jù)顯示格式的不同設(shè)置。3、 符號(hào)編輯工具的運(yùn)用。4、 用VHDL設(shè)計(jì)一個(gè)16進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器及仿真驗(yàn)證。二、用語(yǔ)句模板設(shè)計(jì)VHDL 新建一個(gè)項(xiàng)目名為TEST_4，在項(xiàng)目名下設(shè)計(jì)一個(gè)六進(jìn)制計(jì)數(shù)器的VHDL程序，步驟與實(shí)驗(yàn)三中第二中部分中的1、2相同。在MDI子窗口自動(dòng)生成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器VHDL語(yǔ)言描述的庫(kù)、實(shí)體以及結(jié)構(gòu)體框架后，點(diǎn)擊菜單Edit"Language Templates，在右面

43、的MDI子窗口彈出Templates，選VHDL"Synthesis Constructs"coding Examples"counters"up counters"simple counter如圖41。將語(yǔ)言模板中的程序復(fù)制到六進(jìn)制計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)體中，根據(jù)設(shè)計(jì)具體要求作修改。圖42是未作修改的加入模板后的六進(jìn)制計(jì)數(shù)器VHDL程序。修改后的六進(jìn)制計(jì)數(shù)器的VHDL程序見程序一。建成后保存。要求完成以下實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1） 語(yǔ)法檢測(cè)。 2） VHDL模塊的生成。3） RTLRTL Schematic模塊的生成及下級(jí)原理圖的閱讀。4） 閱讀綜合報(bào)告。5） 仿

44、真驗(yàn)證。圖41圖42參考程序1library IEEE;use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;entity JSQ6 isPort ( EN,CLK : in STD_LOGIC;Q : inout STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);end JSQ6;architecture Behavioral of JSQ6 isbeginPROCESS(CLK,EN)BEGINIF EN='0'THENQ<="

45、000"ELSIF CLK'EVENT AND CLK='1' THENIF Q="101" THENQ<="000" ;ELSE Q<=Q+1;END IF;END IF;END PROCESS; end Behavioral; 圖44在wave-default窗口觀察六進(jìn)制輸出波形Q時(shí)，Q前有號(hào)表示，為總線雙擊 號(hào)，此時(shí)窗口同時(shí)顯示總線波形和總線展開的網(wǎng)線波形。雙擊Q前的 號(hào)，展開的總線合并。1）選中總線點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，選Radix彈出如圖44，總線可以用8種數(shù)據(jù)類型顯示，請(qǐng)分別用這8種數(shù)據(jù)類型顯示輸出Q。

46、2）選中總線點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，選Format，總線可以用三種格式顯示。如果選CLK也可以用三種格式顯示。請(qǐng)分別選總線、時(shí)鐘信號(hào)用三種顯示格式操作一下。三、符號(hào)編輯工具的運(yùn)用 當(dāng)由原理圖、VHDL、狀態(tài)圖設(shè)計(jì)輸入生成模塊后，有時(shí)候希望模塊的輸入、輸出引腳位置作一些上下、左右調(diào)整，使各模塊連線減少交叉，可通過符號(hào)編輯（Edit Symbol）實(shí)現(xiàn)。 現(xiàn)在在項(xiàng)目名為TEST_4下新建一個(gè)名為TEST_41的原理圖，將由VHDL 圖45描述的6進(jìn)制計(jì)數(shù)模塊放入TEST_41的原理圖中，如圖45，現(xiàn)在將圖45的模塊進(jìn)行符號(hào)編輯，使其的模塊引腳位置及形狀如圖46所示。圖461)選中圖45模塊，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵選菜

47、單如圖47。此時(shí)進(jìn)入原理圖名為 圖47JSQ6的JSQ6符號(hào)編輯窗口，選中模塊邊框移動(dòng)鼠標(biāo)可以改變形狀，或刪除原有形狀重新畫，再根據(jù)圖48選中引腳及引腳名移動(dòng)鼠標(biāo)將引腳放到圖46所示的位置。完成編輯后保存，再打開TEST_41原理圖，會(huì)彈出對(duì)話框如圖49，選擇更新（Update）和OK，這樣就完成了JSQ6模塊的符號(hào)編輯。 圖48圖49四、練習(xí)1、在TEST_4項(xiàng)目名下用語(yǔ)句模板設(shè)計(jì)10進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器。要求：1） 設(shè)計(jì)電路仿真驗(yàn)證。2） 分別用8種數(shù)據(jù)類型顯示輸出。3） 分別用三種格式顯示輸出。 2、設(shè)計(jì)一個(gè)有控制端控制可以進(jìn)行12進(jìn)制加或8進(jìn)制加的（有進(jìn)位指示）的VHDL 電路。要求設(shè)對(duì)計(jì)電

48、路仿真驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)五、頂層為原理圖的能顯示16進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)一、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：用VHDL設(shè)計(jì)一個(gè)二選一電路，并用ModelSim Simulator 仿真驗(yàn)證。 要求該二選一電路能實(shí)現(xiàn)16進(jìn)制數(shù)的兩位數(shù)據(jù)串行輸出（或稱動(dòng)態(tài)輸出）。（在圖51中為KZ模塊，其中Q(3:0)為數(shù)據(jù)輸出信號(hào)，D(2:0)為輸出位選通信號(hào)）。2、用VHDL設(shè)計(jì)一個(gè)16進(jìn)制減法器，并用ModelSim Simulator 仿真驗(yàn)證。 3、用VHDL設(shè)計(jì)一個(gè)共陰極7段譯碼電路，并用ModelSim Simulator 仿真驗(yàn)證。4、設(shè)計(jì)一個(gè)能顯示15到0減法計(jì)數(shù)器頂層為原理圖電路。用ModelSim Simulator 仿

49、真驗(yàn)證。5、設(shè)計(jì)一個(gè)能將一個(gè)輸入總線數(shù)值為0000到1111的分成輸出為個(gè)、十位的二個(gè)總線信號(hào)（個(gè)位為0000到1001，十位為0000到0001）。6、學(xué)習(xí)根據(jù)硬件實(shí)驗(yàn)裝置外圍電路與可編程器件引腳連接關(guān)系的附錄表1（或所選硬件實(shí)驗(yàn)裝置的芯片與外圍電路連接附錄表）定義芯片的I/O管腳，并將所設(shè)計(jì)16進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器下載到可編程器件芯片中去，通過硬件實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果。7、掌握數(shù)據(jù)并行輸入并行輸出，串行輸入并行輸出及并行輸入串行輸出的設(shè)計(jì)電路。本設(shè)計(jì)中控制電路為數(shù)據(jù)并行輸入串行輸出。二、 實(shí)驗(yàn)步驟新建一個(gè)項(xiàng)目名TEST_5，頂層為原理圖，原理圖名為XSQ，可編程芯片選SPARTAN3系列中XC3

50、S50-TQ144（或根據(jù)所選硬件裝置上的芯片系列型號(hào)）。1）畫出能兩位動(dòng)態(tài)顯示（串行）十進(jìn)制的16進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器的框圖。 2）分別用VHDL設(shè)計(jì)下層各模塊：（1）二選一掃描電路（KZ）、（2）共陰極7段譯碼電路(decode)、（3）16進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器(jsq 16)、（4）將十六進(jìn)制分成十進(jìn)制的高低位（個(gè)、十位）(gdf)，（5）根據(jù)所給時(shí)鐘頻率設(shè)計(jì)記數(shù)分頻器和掃描分頻器（硬件驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)裝置的輸入時(shí)鐘頻率為10MHZ，也可查附錄表1獲得）。其中16進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器(jsq16)可通過Project Navigator界面中菜單ProjectgAdd Source從實(shí)驗(yàn)四中將練習(xí)時(shí)已生成的16進(jìn)

51、制減法計(jì)數(shù)器VHDL加入（調(diào)入）。3）在右面界面的XSQ原理圖圖板中完成模塊的各設(shè)計(jì)模塊的連接。如圖51。保存后各設(shè)計(jì)模塊由原來(lái)的與XSQ原理圖同級(jí)文件成為XSQ原理圖下級(jí)文件。見Sources子窗口。4）給輸入輸出端口定義引腳序號(hào)如果不給芯片的定義I/O引腳序號(hào)，則軟件編譯時(shí)會(huì)自動(dòng)生成設(shè)計(jì)的I/O引腳表，設(shè)計(jì)者根據(jù)I/O引腳表通過連接線將芯片端口與外圍器件連接。在給定的硬件驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)裝置LP2900上芯片與外圍器件的接口引腳已固定，只能自己收到定義I/O引腳。手動(dòng)定義引腳操作方法：在Project Navigator界面中選菜單ProjectgNew Source，在file欄中輸入文件名，左

52、欄選Implementation Constraints File，然后點(diǎn)擊“下一步”，在Source File中選設(shè)計(jì)頂層文件名，點(diǎn)擊“下一步”此時(shí)在sources in Project中生成后綴名為.ucf文件，選中.ucf文件，在Processes for Source中雙擊，如果設(shè)計(jì)無(wú)誤，則會(huì)彈出.ucf文件窗口如圖5-5，在圖5-6窗口中通過Design Object List I/O pin 表和Package Pin for xc3s50-TQ144或Deveic Architecture for xc3s50-TQ144進(jìn)行人工定義引腳，為了與硬件外圍設(shè)備相匹配，要根據(jù)硬件設(shè)備（例如按鍵、數(shù)碼管、LED發(fā)光二極管等）與芯片引腳連接表（見附錄表 1 ）進(jìn)行定義可編程器件引腳。如要使在LP2900實(shí)驗(yàn)裝置中en使能端通過按鍵SW1控制，由附錄表查得按鍵SW1與芯片引腳P20相連，則應(yīng)定義en引腳為P20。全部定義結(jié)束后，保存一下。對(duì)于引腳定義不要選用專用引腳（例VCC、GND等），時(shí)鐘信號(hào)引腳要選用I/O/GCK （Global Clock）全局時(shí)鐘信號(hào)。在Package Pin Legend窗口說明了Package Pin for xc