摘要：

本实验通过Multsim和Quartus软件完成对同步十三进制计数器的仿真，运用Quartus软件编VHDL程序，实现波形图的生成，并且运用Multsim软件进行电路图仿真。同时，加深 对数字电路和VHDL语言的理解，提高实验操作能力。

关键词：Quartus；Multsim；VHDL

引言

随着数字电路技术的迅猛进步，VHDL已成为硬件描述语言中的关键利器。 利用VHDL，工程师能够精准地描绘电路逻辑，并通过仿真工具验证设计的准确 性，进而生成对应的波形图。在本文中，我们将依据同步十三进制计数器的原 理，采用Quartus软件编写VHDL代码，以直观地展示并生成所需的波形图，并借 助Mutsim软件对电路图进行仿真，使用数码管直观显示十三进制计数器。这样 的工作流程使得电路设计、验证与仿真更加高效、精确。

2.同步十三进制计数器的VHDL程序

VHDL（VHSIC Hardware Description Language）是一种文本化的硬件描述语言， 它允许工程师精确地定义数字系统的结构和行为。在Quartus软件中，使用VHDL 的数据流描述方法来进行数字系统设计，通常遵循以下步骤：

2.1. 定义实体（Entity）：

（1）在VHDL代码中明确指定数字系统的接口。

（2）包括所有输入输出端口的数据类型、位宽和方向。

2.2. 架构化设计（Architecture）：

（1）详细描述系统内部的工作机制和逻辑。

（2）定义数据如何在各个组件之间流动和处理。

2.3. 构建层次结构：

（1）将定义的实体和架构组合起来，形成一个完整的系统模型。

（2）通过VHDL的层次化描述，实现复杂系统的模块化设计。

通过这种VHDL描述方式，工程师可以在Quartus软件中高效地创建、模拟和验证 数字系统，确保设计的正确性和可靠性。

VHDL程序命令与解释(同步十三进制计数器)
library ieee;//导入IEEE库，这个库包含了标准逻辑类型和子程序

use ieee.std_logic_1164.all;//使用IEEE库中的std_logic_1164包，它定义了std_logic
类型及其相关类型

use ieee.std_logic_unsigned.all; // 使用IEEE库中的std_logic_unsigned包，它提供
了对std_logic_vector的无符号算术操作

entity JK13 is//定义一个名为JK13的实体，它表示一个十三进制计数器
EDA

20

port (cp:in std_logic;//输入时钟信号cp

Q:out std_logic_vector(3 downto 0);//输出端口Q，用于显示计数器的值（4位，
表示0-12）

C:out std_logic);//输出端口C，用于指示是否发生了进位（或称为溢出，当计数
器从12回到0时）

end JK13;
architecture a1 of JK13 is//定义一个名为a1的架构，它描述了JK13实体的行为

signal temp:std_logic_vector(3 downto 0); //定义一个名为temp的信号，用于在过程
中暂存计数器的值

begin
process(cp) //定义一个过程，当cp信号发生变化时触发

begin
if rising_edge(cp) then//如果cp信号上升沿来到（即cp从0变为1）

if temp="1100" then//如果temp的值为"1100"（即十进制的12）

temp<="0000"; //将temp重置为"0000"（即十进制的0）

C<='1'; //设置进位输出C为1，表示发生了进位（或溢出）

else
temp<=temp+1; //否则，将temp的值加1

C<='0'; //设置进位输出C为0，表示没有发生进位

end if;
end if;
end process;
Q<=temp; //将temp的值赋给输出端口Q，以便在外部查看计数器的当前值

end a1;//"开始和结束JK13架构的定义，其中...是实际的逻辑电路实现部分"

总结

一.本次实验通过使用Quartus软件编写了一个JK触发器的VHDL代码，并进行了 波形仿真验证。以下是对代码和实验结果的总结：

1.VHDL代码编写：

（1）使用了IEEE标准库，包括std_logic_1164和std_logic_unsigned。

（2）定义了实体（entity）JK13，其中包括一个时钟输入端口cp、一个4位输 出端口Q以及一个输出端口C。

（3）在结构（architecture）a1 中，使用了一个过程（process）来响应时钟 信号。

（4）在时钟上升沿检测到时，根据当前状态进行状态转移，具体逻辑为：如果 当前状态为"1100"，则将状态重置为"0000"，并将输出信号C置为高电平；否则 ，状态加一，并将输出信号C置为低电平。

（5）最后，将状态信号temp赋值给输出端口Q。

2.波形仿真结果：

（1）通过Quartus软件进行了波形仿真，观察了输入时钟信号cp和输出信号Q、 C的波形变化。 （2）可以看到，随着时钟信号的变化，输出信号Q呈现出了符合JK触发器逻辑 的变化，并且输出信号C在状态转移时也表现出了正确的行为。

3.本次实验通过VHDL语言描述了JK触发器的逻辑功能，并利用Quartus软件进行 了验证。

4.VHDL语言的编写使得描述数字电路逻辑变得简单清晰，而Quartus软件提供了 方便的仿真工具，能够直观地观察数字电路的行为。

5.实验过程中也发现了仿真可能存在的问题，例如干扰因素对结果的影响，需 要进行更深入的分析和理解。

二.在本次实验中，我学会了使用Multisim软件进行电路设计和仿真，以验证数 字电路的逻辑功能。以下是对实验结果的总结：

1、通过该实验，我掌握了Multisim软件的基本操作方法，包括创建电路图、添 加元件、连接元件以及设置仿真参数等。

2、通过仿真观察和分析，我成功验证了JK触发器的同步上升沿十三进制计数器 的逻辑功能。该计数器能够在每个时钟的上升沿按十三进制顺序计数，并在达 到最大计数值时自动归零，实现了预期的功能。

3、在仿真过程中，我注意到了一些问题和挑战。例如，在设置仿真参数时，需 要确保时钟信号的频率和脉冲宽度符合设计要求，以确保仿真结果的准确性。 此外，仿真过程中还需要考虑电路中可能存在的干扰因素，以及如何处理这些 干扰对仿真结果的影响。

4、通过这次实验，我不仅加深了对JK触发器和十三进制计数器的理解，还提高 了使用Multisim软件进行数字电路设计和仿真的技能。我将继续努力学习，不 断提升自己在数字电路设计和仿真方面的能力，以应对更复杂的电路设计和仿 真任务。 总体而言，本次实验提高了对数字电路设计和仿真的理解，同时也锻炼了解决 问题的能力。

致谢

在此，我要向我的导师11老师表示最诚挚的感谢。在整个实验报告撰写的 过程中，1老师始终给予我悉心的指导和耐心的解答。他渊博的学识、对专业的 热情与执着，以及严谨认真的工作态度，都对我产生了深远的影响。他的亲历亲 为、追求完美的精神，不仅教会了我专业知识，更传授了我做人的道理。同时， 我也要感谢所有在实验过程中给予我们指导和帮助的老师们。是您们的专业知识 和丰富经验，为我们指明了方向，提供了宝贵的建议。您们的严谨治学态度和无 私奉献的精神，是我们学习的楷模，让我们在实验过程中收获满满，受益匪浅。