实验七 模-5计数器的设计与实现
一．实验目的
1．使用ISE软件设计并仿真； 2．学会程序下载。 二．实验内容
使用ISE软件进行模-5计数器的设计与实现。 三．实验步骤
1. 编写文本文件并编译 2. 软件仿真
3. 进行硬件配置 四．实验原理
1. ISE软件是一个支持数字系统设计的开发平台。 2. 用ISE软件进行设计开发时基于相应器件型号的。
注意：软件设计时选择 的器件型号是与实际下载板上的器件型号相同。
3. 模-5计数器就是从0到4重复计数。也就是说，它一共要经历5个状态，输出从000变到100然后再回到000。本实验中用Verilog语句来描述。 （1） 新建工程
双击桌面上“ISE Design Suite 14.7”图标，启动ISE软件(也可从开始菜单启动)。每次打开ISE都会默认恢复到最近使用过的工程界面。当第一次使用时，由于还没有历史工程记录，所以工程管理区显示空白。选择File New--Project选项，在弹出的对话框中输入工程名称并指定工程路径。
点击Next按钮进入下一页，选择所使用的芯片及综合、仿真工具。计算机上安装的所有用于仿真和综合的第三方EDA工具都可以在下拉菜单中找到。在图中我们选用了Spartan6 XC6SLX16芯片，采用CSG324封装，这是NEXYS3开发板所用的芯片。另外，我们选择Verilog作为默认的硬件描述语言。
再点击Next按钮进入下一页，这里显示了新建工程的信息，确认无误后，点击Finish就可以建立一个完整的工程了。 （2） 设计输入和代码仿真
在工程管理区任意位置单击鼠标右键，在弹出的菜单中选择New Source命令，选择Verilog Module输入，并输入Verilog文件名。
单击Next按钮进入端口定义对话框。其中Module Name栏用于输入模块名，这里是mod5cnt，下面的列表框用于端口的定义。Port Name表示端口名称，Direction表示端口方向(可选择为input、output或inout)，MSB表示信号最高位，LSB表示信号最低位，对于单信号的MSB和LSB不用填写。当然，端口定义这一步我们也可以略过，在源程序中再行添加。
定义了模块的端口后，单击Next进入下一步，点击Finish完成创建。这样，ISE就会自动创建一个Verilog模块的模板，并且在源代码编辑区打开。简单的注释、模块和端口定义已经自动生成，接下来的工作就是将代码编写完整。
输入代码后，我们还需要对模块进行测试。在工程管理区将view设置为Simulation，在任意位置单击鼠标右键，并在弹出的菜单中选择New Source，在类型中选择Verilog Test Fixture，输入测试文件名，单击下一步。这时所有工程中的模块名都会显示出来，我们选择要进行测试的模块。点击Next ,再单击Finish按钮，ISE会在源代码编辑区自动生成测试模块的代码。我们看到，ISE
已经自动生成了基本的信号并对被测模块做了例化。我们的工作就是在initial?end块中的“//Add stimulus here”后面添加测试向量。
完成测试文件编辑后，确认工程管理区中view选项设置为Simulation，这时在过程管理区会显示与仿真有关的进程。右键单击其中的Simulate Behavioral Model项，选择弹出菜单中的Process Properties项，会弹出属性设置对话框，其中Simulation Run Time就是仿真时间的设置，可将其修改为任意时长。
仿真参数设置完后，就可以进行仿真。首先在工程管理区选中测试代码，然后在过程管理区双击Simulate Behavioral Model，ISE将启动ISE Simulator，可以得到仿真结果，如图7-1所示。
图7-1
（3） 综合与实现
在工程管理区的view中选择Implementation，然后在过程管理区双击Synthesize-XST，就可以开始综合过程。
另外，要实现设计，还需要为模块中的输入输出信号添加管脚约束，这就需要在工程中添加UCF文件。在工程管理区单击鼠标右键，点击New Source，选择Implementation- Constraints File，出现一个空白的约束文件，我们就可以为设计添加各种约束。如果综合步骤没有语法错误，XST能够给出初步的资源消耗情况，点击Design Summary，即可查看。
在过程管理区双击Implementation Design选项，就可以自动完成实现步骤。如果设计没有经过综合，就会启动XST完成综合，在综合后完成实现过程。经过实现后能够得到精确的资源占用情况。在Design Summary即可看到具体的资源占用情况。
（4） 器件配置
硬件配置是FPGA开发最关键的一步，只有将HDL代码下载到FPGA芯片中，才能进行调试并最终实现相应的功能。首先我们必须生成能下载到硬件中的二进制比特文件。双击过程管理区的Generate Programming File，ISE就会为设计生成相应的二进制比特文件。
然后利用USB-MiniUSB缆线，来为开发板提供电源和数据下载。我们只需上网下载免费的Digilent Adept软件，即可快速实现Nexys3开发板上FPGA的配置。用USB-MiniUSB缆线连接开发板和PC，打开开发板的电源开关，然后启动Digilent Adept软件。系统开始自动连接FPGA设备，成功检测到设备后，会显示出JTAG链上所用芯片。
界面上将显示检测到NEXYS3开发板上的器件FPGA(XC6SLX16)。这里我们对FPGA进行配置。在Browse中找到之前生成的设计的二进制比特文件，并点击旁边的Program按钮，软件就开始对FPGA进行配置。配置成功后，下面的状态栏会显示Programming Successful。至此，器件配置成功，我们就可以在器件上验证预期的设计有没有很好的得以实现。 五．实验结论
补充：（仅供参考）
1．模-5计数器的verilog源代码 module mod5cnt ( input wire clr, input wire clk, output reg [2:0] q );
reg [24:0] q1; //25位计数器
always @ (posedge clk or posedge clr) begin
if (clr == 1) q1 <= 0; else
q1 <= q1 + 1; end
assign mclk = q1[24]; // 1.5 Hz // 模-5计数器
always @ (posedge mclk or posedge clr) begin
if (clr == 1) q <= 0;
else if (q == 4) q <= 0; else
q <= q + 1; end
endmodule
2．模-5计数器的约束文件 NET \NET \NET \NET \NET \