基于VHDL的组合逻辑电路的设计、仿真
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
图3dmux21a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
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s0s0键1pio0233模式no.5
控制端s1s1键2pio1234
输入信号3in2clock5clock5152
输入信号2in1clock0clock0153
输入信号1in0clock2clock228
扬声器y扬声器speaker174
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 要将引入的元件与顶级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。
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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;
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port （ in0，in1，in2，s0，s1:in std_logic;
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end dmux21a;
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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
图3dmux21a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。
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输入信号1in0clock2clock228
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