实验一 基本逻辑门

一、 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

二、 实验任务

利用Verilog语言实现不同的2输入基本逻辑门。

三、 实验原理

与门，或门，与非门，或非门，异或门，同或门真值如下表所示：

四、 Verilog HDL建模描述

程序清单 gates.v 

module gates
(
    //INPUT
    a           ,
    b           ,
    //OUTPUT
    led         ,
    empty
);
    //*******************
    //DEFINE INPUT
    //*******************
    input   a,b;     
  
    //*******************
    //DEFINE OUTPUT
    //*******************
    output  [7:0]   empty;
    output  [5:0]   led;
  
    wire    [5:0]   z;
  
    //Combinational logic style
    assign  z[5]=a&b;               //AND   
    assign  z[4]=~(a&b);            //NAND
    assign  z[3]=a|b;               //OR
    assign  z[2]=~(a|b);            //NOR
    assign  z[1]=a^b;               //XOR
    assign  z[0]=a~^b;              //XNOR
  
    assign  led=~z;             //led is low active
  
    assign  empty=8'b1111_1111; //led's defualt mode is lighted 
  
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。