一、实验目的
熟悉QuartusⅡ的VHDL文本设计过程，学习简单组合逻辑电路的设计、仿真和测试方法。
二、实验内容
1. 基本命题
完成2选1多路选择器的文本编辑输入(mux21a.vhd)和仿真测试等步骤。最后在实验系统上进行硬件测试，验证本项设计的功能。
2. 扩展命题
将设计的2选1多路选择器看成是一个元件mux21a，利用元件例化语句设计能够满足图3-1所示仿真波形的逻辑功能的双2选1多路选择器。
图3-1 仿真波形
三、实验仪器与器材
计算机1台，GW48-PK2S实验箱1台，QuartusⅡ6.0 1套。
四、实验
将实验原理、设计过程、仿真步骤、仿真波形和分析结果、硬件测试实验结果写进实验报告。
2选1多路选择器设计
① 实验原理
由数电知识可知，2选1多路选择器由2个数据输入口（IN0,IN1），1个数据选择端（S1），一个输出口（COUTY）构成。本程序通过判断数据选择端(S1)的取值，将对应的数据输入口(IN0或IN1)输出。
② 程序设计
LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY mux21a IS PORT ( IN0,IN1,S1:in std_logic; COUTY : OUT STD_LOGIC); END mux21a; ARCHITECTURE behav OF mux21a IS BEGIN COUTY<=IN0 when S1='0' ELSE IN1; END behav;
③ mux21a仿真波形图
为了使仿真结果更为直观，我们将IN0设为高电平，IN1设为低电平。
图1 mux21a仿真波形图
由图1可知，我们可知当S1处于高电平时，COUNT输出IN1;反之，输出IN0.所以所设计的实验能够满足要求。
双2选1多路选择器
① 实验原理
本实验中直接利用上题的mux21a。由上题可知，mux21a由2个数据输入口（IN0,IN1），1个数据选择端（S1），一个输出口（COUTY）构成。设有两个mux21a，分别为U1和U2。为了充分利用U1和U2的数据选择端，我们将U1的输出口(COUNT)接到U2的输入口IN0，这样U2通过自身的选择端（S1）就可以选择U1的输出或则自己IN0的输入数据，实现2选1选择器到双2选1多路选择器的扩展。(如图2所示)
图2 双二选一多路选择器
② 程序设计
LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY dmux21a IS PORT ( IN0,IN1,IN2,S0,S1:in STD_LOGIC; COUTY : OUT STD_LOGIC); END dmux21a; ARCHITECTURE BHV OF dmux21a IS COMPONENT MUX21A PORT(IN0,IN1,S1:IN STD_LOGIC; COUTY :OUT STD_LOGIC); END COMPONENT; SIGNAL tmp : STD_LOGIC; BEGIN u1 : MUX21A PORT MAP(IN0, IN1, S0, tmp); u2 : MUX21A PORT MAP(IN2, tmp, S1, COUTY); END BHV;
③ dmux21a 仿真波形图
波形图预测：当S1=0时输出IN2的波形；当S1=1，S0=1，输出IN1的波形；当S1=1,S0=0,输出IN0的波形。
由波形图可知，方针结果与预测结果一致。
（2）进行本实验引脚锁定时，建议选择实验模式5（No.5），用键1（PIO0）控制端s0；用键2（PIO1）控制端s1；a3、a2、a1分别接clock5、clock0和clock2；输出信号y接扬声器spkert。通过短路帽选择clock0接256Hz信号，clock5接1024kHz信号，clock2接8kHz信号。最后进行编辑、下载和硬件测试实验（通过选择键1、键2、控制s0、s1，可使扬声器输出不同音调）。
表1-1 dmux21a在GWAC6板上目标芯片EP1C6Q240C8的引脚锁定信息
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端口名称 |
端口符号 |
GWAC6板输入输出元件 |
GWAC6板接口 |
目标器件引脚 |
备注 |
|
控制端s0 |
s0 |
键1 |
PIO0 |
233 |
模式No.5 |
|
控制端s1 |
S1 |
键2 |
PIO1 |
234 |
|
|
输入信号3 |
IN2 |
clock5 |
clock5 |
152 |
|
|
输入信号2 |
IN1 |
Clock0 |
Clock0 |
153 |
|
|
输入信号1 |
IN0 |
Clock2 |
Clock2 |
28 |
|
|
扬声器 |
y |
扬声器 |
SPEAKER |
174 |
如表1所示完成元件dmux21a与实验板引脚的绑定。如图4所示
图4 dmux21a与实验板引脚的绑定
五、实验思考题
比较图形编辑输入与文本编辑输入的主要差别，谈谈例化语句的作用及应用时应注意的问题。
1、比较图形编辑输入与文本编辑输入的主要差别
使用图形编辑法的话，我们需要对逻辑运算与硬件结构对应起来，也就是要懂得将逻辑运算转化成硬件电路，这需要有较为扎实的硬件功底。使用文本编辑输入的话，我们只需要懂得用VHDL表达逻辑运算，而不必关心硬件电路的组成，这可以减轻很多硬件设计方面的功夫（接线，选用元器件等）。
2、例化语句的作用及应用时应注意的问题
1) 例化语句的作用是：引入另一个已经设计好的组件。
2) 应用时应注意的问题：
① 要记得将原先已经设计好的原件放在工程底下。对于本体来说是mux21a。
② 要将引入的元件与*元件的引脚一一匹配，有需要的话，使用信号(SINGAL)进行消息的传递。