实验1.2 多输入基本门电路

1.实验目的

熟悉和掌握FPGA开发流程和Lattice Diamond软件使用方法
通过实验理解基本门电路
掌握用Verilog HDL数据流基本门电路的方法

2.实验任务

利用Verilog语言实现不同的多输入基本逻辑门。

3.实验原理

4输入与门，或门，与非门，或非门，异或门，同或门真值如下表所示：

4.Verilog HDL建模描述

程序清单four_in_gates.v

//********************************************************
//
//   Copyright(c)2016, STEP FPGA 
//   All rights reserved
//
//   File name       :   four_in_gates.v
//   Module name     :   four_in_gates
 
//   Author          :   STEP
//   Email           :   info@stepfpga.com
//   Data            :   2016/08/19
 
//   Version         :   V1.0
//   Description     :   4 inputs and 6 logic four_in_gates
//
//   Modification history
//   ----------------------------------------------------------------------------
// Version       Data(2016/08/19)   V1.0
// Description    
//
//********************************************************
//
//
//*******************
//DEFINE MODULE PORT
//*******************
 
module four_in_gates
(
	//INPUT
	a			,
 
 
	//OUTPUT
	led			,
	empty
);
	//*******************
	//DEFINE INPUT
	//*******************
	input 	[3:0]  a;     
 
	//*******************
	//DEFINE OUTPUT
	//*******************
	output  [7:0] 	empty;
	output  [5:0]	led;
 
	wire	[5:0]	z;
 
	//Combinational logic style
//	assign	z[5]=a[0]&a[1]&a[2]&a[3]; 				//three kinds of AND logic expression
//	assign	z[5]=&a;
	and(z[5],a[0],a[1],a[2],a[3]);
 
//	assign	z[4]=~(a[0]&a[1]&a[2]&a[3]);			//three kinds of NAND logic expression
//	assign	z[4]=~&a;
	nand(z[4],a[0],a[1],a[2],a[3]);
 
//	assign	z[3]=a[0]|a[1]|a[2]|a[3];				//three kinds of OR logic expression
//	assign	z[3]=|a;
	or(z[3],a[0],a[1],a[2],a[3]);
 
//	assign	z[2]=~(a[0]|a[1]|a[2]|a[3]);			//three kinds of NOR logic expression
//	assign	z[2]=~|a;
	nor(z[2],a[0],a[1],a[2],a[3]);
 
//	assign	z[1]=a[0]^a[1]^a[2]^a[3];				//three kinds of XOR logic expression
//	assign	z[1]=^a;
	xor(z[1],a[0],a[1],a[2],a[3]);
 
//	assign	z[0]=a[0]~^a[1]~^a[2]~^a[3];			//three kinds of XNOR logic expression
//	assign	z[0]=~^a;
	xnor(z[0],a[0],a[1],a[2],a[3]);
 
	assign	led=~z;        		//led is low active
 
	assign  empty=8'b1111_1111;	//led's defualt mode is lighted 
 
endmodule

仿真程序清单gates_tb.v

//
//*******************
//DEFINE MODULE PORT
//*******************
`timescale 1ns/100ps
module four_in_gates_tb;
 
reg [3:0] a;
initial 
	begin 
		a[0]=0;
		a[1]=0;
		a[2]=0;
		a[3]=0;
		#50;
		a[0]=0;
		a[1]=0;
		a[2]=0;
		a[3]=1;
		#50;
		a[0]=0;
		a[1]=0;
		a[2]=1;
		a[3]=0;
		#50;
		a[0]=0;
		a[1]=0;
		a[2]=1;
		a[3]=1;
		#50;
		a[0]=0;
		a[1]=1;
		a[2]=0;
		a[3]=0;
		#50;	
		a[0]=0;
		a[1]=1;
		a[2]=0;
		a[3]=1;
		#50;	
		a[0]=0;
		a[1]=1;
		a[2]=1;
		a[3]=0;
		#50;	
		a[0]=0;
		a[1]=1;
		a[2]=1;
		a[3]=1;
		#50;	
		a[0]=1;
		a[1]=0;
		a[2]=0;
		a[3]=0;
		#50;
		a[0]=1;
		a[1]=0;
		a[2]=0;
		a[3]=1;
		#50;
		a[0]=1;
		a[1]=0;
		a[2]=1;
		a[3]=0;
		#50;
		a[0]=1;
		a[1]=0;
		a[2]=1;
		a[3]=1;
		#50;
		a[0]=1;
		a[1]=1;
		a[2]=0;
		a[3]=0;
		#50;
		a[0]=1;
		a[1]=1;
		a[2]=0;
		a[3]=1;
		#50;
		a[0]=1;
		a[1]=1;
		a[2]=1;
		a[3]=0;
		#50;
		a[0]=1;
		a[1]=1;
		a[2]=1;
		a[3]=1;
		#50;		
	end
four_in_gates four_in_gates_tb_uut(
	                      .a(a)
				);
endmodule

五、实验步骤

1.新建工程

双击打开Lattice Diamond软件，点击File—New—Project新建工程，输入工程名称，指定工程保存目录，单击Next，选择设备如下：

Family选择MachXO2，
Device选择LCMXO2-4000HC,
- Performance grade选择4，
- Package type选择CSBGA132，
- Operating conditions选择Commercial，
- Part Names为LCMXO2-4000HC-4MG132C。
- 选择综合工具Lattice LSE，完成。
2. 输入Verilog文件

点击File—New—File新建文件，类型选择Verilog Files，输入文件名称，选择保存路径，输入实验中的源代码后保存，编辑器会自动检查有无编辑错误，在下面的Output一栏会输出检查结果，如果有错误更正后重新保存直到没有报错为止。

3. 输入仿真文件

按照步骤(2)新建一个Verilog仿真文件，输入实验例程中仿真文件的代码后保存。在软件File List一栏中，右键单击“仿真文件”—Include for—Simulation,将文件设置为仿真文件（设置完成后文件图标的V会消失）。

4. 功能仿真

点击Tools选择Simulation Wizard或点击图标，按照仿真向导指示新建仿真工程，

输入工程名称，选择工程目录，选择Simulator为Active-HDL，
Process Stage选择RTL，
Add and Reorder Source：确认参与仿真的文件列表，Next
Parse HDL files for simulation：软件会编译仿真文件，若报错需修改后重新仿真
Summary：确认仿真工程信息，勾选Run simulator、Add top-level signals to waveform display和Run simulation，然后Finish

仿真软件会自动启动、运行仿真并显示仿真结果。查看仿真结果是否符合预期功能，如果不符合电路功能，则修改Verilog代码保存后，在Active-HDL中选择Design—Compile All 重新编译文件，编译通过后，在Simulation中重新开始仿真。

5. 综合

在Lattice Diamond软件的Process一栏，双击第一项Synthesize Design进行综合（确保仿真文件设置为simulation后不参与综合），综合结果会在下面的Output一栏中给出，如果有错误则修改Verilog文件后重新综合直至综合成功为止。

6. 分配管脚

打开Tools—Spreadsheet View或是点击图标在Port Assignments一栏中对输入输出信号分配引脚。

7. 布局布线

双击Process一栏的Map Design和Place & Route Design完成FPGA内部的布局布线。

8. 生成配置文件

勾选并双击JEDEC File生成可下载的jed文件。

9. 下载

打开Tools—Programmer或单击图标，根据下图选择设备和下载文件，点击上面的绿色按钮Program，下载jed文件到FPGA，下载成功后Status状态显示PASS（下载前确保下载器驱动成功安装）。观察开发板现象。