一、实验目的

（1） 熟悉EDA软件，并能熟练使用。

（2） 分析设计任务，根据任务要求完成设计内容。

（3） 利用软件对设计内容进行仿真调试，得到正确运行结果。

二、实验要求

设计任务给出十进制计数器的VHDL描述。要求：

（1） 利用有限状态机的方法。

（2） 具有同步使能。

（3） 设计七段译码器的VHDL代码。

（4） 利用元件例化的方式实现计数译码器的设计。

三、实验步骤

（1） 建立工作库文件夹和编辑设计文件

File->New Project Wizard

（2） 创建工程

File->New->Verilog HDL File

（3） 全程编译

（4） 时序仿真

由上图可知，当时钟使能端信号到来时，DOUT会加1；

当DOUT加到1001（数字9）时，COUT进位会加1；

符合10进制计数器规律。

当RST为1时，低四位高四位全清零。

综合分析可知，这是一个10进制计数器。

由仿真波形可知，数字0-9均可用八位二进制数表示出来，且结果是一一对应的；

当输入大于9时，输出为空，保持不变；

当时钟信号继续增加时，译码器会循环输出0-9的二进制数，可以看出来这是一个七段译码器。

由仿真波形可知，当时钟信号到来，使能端为高电平时，输出DOUT0加1，且表示为译码器形式，当加到9或者RST为低电平时，回到最初s0状态。

四、VHDL程序文本

有限状态机10进制计数器

LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;

ENTITY CNT10 IS
PORT (CLK,RST,EN:IN STD_LOGIC;  --
          DOUT : OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0));
END CNT10;
ARCHITECTURE behav OF CNT10 IS   --结构体 behav
TYPE states IS(s0,s1,s2,s3,s4,s5,s6,s7,s8,s9);  --定义状态
SIGNAL ST,NST :states :=s0;   --定义敏感信号并赋初值s0
BEGIN
COM:    PROCESS(ST) 
    VARIABLE Q:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);  --定义变量
BEGIN
CASE ST IS
WHEN s0 => Q :="0000";  NST <=s1;
WHEN s1 => Q :="0001";  NST <=s2;
WHEN s2 => Q :="0010";  NST <=s3;
WHEN s3 => Q :="0011";  NST <=s4;
WHEN s4 => Q :="0100";  NST <=s5;
WHEN s5 => Q :="0101";  NST <=s6;
WHEN s6 => Q :="0110";  NST <=s7;
WHEN s7 => Q :="0111";  NST <=s8;
WHEN s8 => Q :="1000";  NST <=s9;
WHEN s9 => Q :="1001";  NST <=s0;
WHEN others=>Q :="0000"; NST <=s0; --对函数进行扩充
END CASE;
DOUT <=Q;
END PROCESS COM;
PROCESS(CLK,RST,EN)     
BEGIN
     IF RST='0' THEN ST<=s0;   --当前状态清零
     ELSIF CLK'EVENT AND CLK ='1' THEN   
                   IF EN='1' THEN ST<=NST;  --使能时钟都为1 当前值为下一状态值
                END IF;
             END IF;
      END PROCESS;
    END behav;

LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL ;
USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITY SEG7 IS  --七段译码器
	PORT (INDATA: IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); --输入，4位数，表示0-9
		  ODATA: OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0));--输出，八位，对应数码管上八段
END ENTITY SEG7;
ARCHITECTURE BHV OF SEG7 IS
	BEGIN
	PROCESS (INDATA)
	BEGIN
		CASE (INDATA) IS
			WHEN "0000" => ODATA<= "0111111" ; --数字0的高电平点亮(公共端共阴极)二进制表示方法
			WHEN "0001" => ODATA<= "0001110" ; --1
			WHEN "0010" => ODATA<= "1011011" ; --2
			WHEN "0011" => ODATA<= "1001111" ; --3
			WHEN "0100" => ODATA<= "1100110" ; --4
			WHEN "0101" => ODATA<= "1101101" ; --5
			WHEN "0110" => ODATA<= "1111101" ; --6
			WHEN "0111" => ODATA<= "0000111" ; --7
			WHEN "1000" => ODATA<= "1111111" ; --8
			WHEN "1001" => ODATA<= "1101111" ; --9
			WHEN OTHERS => NULL;  --其他情况，输出为空
		END CASE; --结束case
	END PROCESS;
END ARCHITECTURE BHV;

LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL ;

ENTITY CNT10_LED IS
	PORT (CLK0,RST0,EN0: IN STD_LOGIC;
          DOUT0:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0));
END ENTITY CNT10_LED;

ARCHITECTURE BHV OF CNT10_LED IS

COMPONENT CNT10  --10进制计数器
PORT (CLK,RST,EN:IN STD_LOGIC;  --
          DOUT : OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0));
END COMPONENT CNT10;

COMPONENT SEG7  --七段译码器
PORT (INDATA: IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); 
		  ODATA: OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0));
END COMPONENT SEG7;

SIGNAL IKUN:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); --IKUN😍 敏感信号
BEGIN
U1:CNT10 PORT MAP(CLK=>CLK0,RST=>RST0,EN=>EN0,DOUT=>IKUN);
U2:SEG7 PORT MAP(INDATA=>IKUN,ODATA=>DOUT0);
END ARCHITECTURE BHV ;

五、遇到的问题及解决办法

1. Q10版本之后的Quartus在New中不直接提供软件波形仿真，一般需要调用ModelSim软件进行操作：

解决办法：按照图示依次点击Tools->Options->General->EDA Tool Options->ModelSim 把路径设置为ModelSim软件所在处。

1. VHDL文本正确，工程路径都没问题，波形输出失败，提示ModelSIM调用失败：

解决办法：检查问题1是否已经解决，解决后关闭软件，以管理员身份启动软件，再次仿真。