基于FPGA的4位通用十进制计数器VHDL代码ISE仿真

名称：基于FPGA的4位通用十进制计数器VHDL代码ISE仿真

软件：ISE

语言：VHDL

代码功能：

要求实现一个4位通用十进制计数器 (counter)，counter的输入信号有：RST（Asynchronous Reset Input，表示异步复位，当RST为低电平时，此时不需要考虑时钟信号的状态，输出直接全0），时钟信号CLK，CLK上升沿触发，LD（Synchronous Parallel Load ，当为高电平时控制同步输入数据），D3~D0(Parallel Data Inputs ，同步输入的数值)，U/D（Count direction，用于控制计数器是向上计数还是向下计数，高电平表示上计数，低电平表示下计数）输出信号为Q3~Q0（Data Outputs ，表示最终输出的计数值）。

设计思路

首先根据框图的输入输出端口的要求，可以要求定义好代码的entity，即输入输出端口，输入信号有CLK、RST、U_D、D(3 DOWNTO 0)，LD，输出端口为Q(3 DOWNTO 0)。然后根据真值表可知，RST需要实现异步清零功能，即只要RST为低电平，此时不需要考虑其他任何输入的状态，输出均为0，故RST信号的优先级最高，故使用IF语句，并将RST是否为0作为最先的判断条件，然后由于LD、U_D信号均为同步触发信号，故需要在时钟的边沿才有效，因此有第二个if条件判断CLK信号的上升沿，当满足上升沿条件时，再判断LD和U_D；根据真值表可知，当LD高电平时，此时无论U_D是什么状态，均为Synchronous Parallel Load

功能，故LD的优先级高于U_D，因此需要先判断LD是否为高电平，若为高，则将输入D(3 DOWNTO 0)赋值给Q(3 DOWNTO 0),此处定义一个中间变量cnt(3 DOWNTO 0)，作为Q信号的缓存器，因为Q信号为端口输出信号，不能在进程中作为赋值语句的右侧。最后判断U_D信号的电平，当为高电平时，将cnt(3 DOWNTO 0)信号加1，若加到9，再返回0。当U_D为低电平时，将cnt(3 DOWNTO 0)信号减1，若减到0，再返回9。最后将cnt(3 DOWNTO 0)信号赋值给Q(3 DOWNTO 0)即完成设计的全部功能。

FPGA代码Verilog/VHDL代码资源下载：www.hdlcode.com

演示视频：

设计文档：

1. 工程文件

2. 程序文件

3. 程序编译

4. Testbench

5. 仿真图

部分代码展示:

LIBRARY ieee;
   USE ieee.std_logic_1164.all;
   USE ieee.std_logic_unsigned.all;
--a 4-bit universal decimal counter
ENTITY count IS
   PORT (
      CLK  : IN STD_LOGIC;--clock
      RST  : IN STD_LOGIC;--Asynchronous Reset Input
      U_D  : IN STD_LOGIC;--Count direction (up/down)
      D    : IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);-- Parallel Data Inputs
      LD   : IN STD_LOGIC;--Synchronous Parallel Load
      Q    : OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0)--Data Outputs
   );
END count;
ARCHITECTURE behave OF count IS
   SIGNAL cnt : STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0) := "0000";
BEGIN
   
   PROCESS (CLK, RST)
   BEGIN
      IF (RST = '0') THEN--Asynchronous Reset
         cnt <= "0000";
      ELSIF (CLK'EVENT AND CLK = '1') THEN
         IF (LD = '1') THEN--Synchronous Parallel Load
            cnt <= D;
         ELSIF (U_D = '1') THEN--Count Up
            IF (cnt = "1001") THEN--9
               cnt <= "0000";--0
            ELSE
               cnt <= cnt + "0001";--Count Up
            END IF;

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