在quartus中用三个d触发器构建异步模八加一触发器，要求能够设置初值，置位端和清零端都是低电平有效，怎么连线

<think>好的，用户现在问的是在Quartus中用三个D触发器构建一个异步模八加一计数器，要求能够设置初值，置位端和清零端都是低电平有效，该怎么连线。首先，我需要确认用户的需求。模八加一计数器，也就是每来一个时钟周期，计数值加一，范围是0到7，然后循环。异步的话，意味着每个触发器的时钟可能不是同一个信号，但通常计数器是同步的，不过用户可能是指异步复位或其他控制信号？或者可能用户想要的是异步计数器，即每个触发器的时钟由前一个触发器的输出触发？这点需要澄清，但根据常见的模八计数器设计，同步计数器更常见，但用户提到“异步模八加一”，可能是指异步清零或者其他异步控制。不过题目中又提到置位端和清零端都是低有效，可能用户需要的是带有异步复位和置位的计数器。 接下来，用户要求能够设置初值，所以每个D触发器应该有一个预置位端（PRN）和清零端（CLRN），低电平有效。这三个触发器需要连接成一个三位二进制计数器，实现0到7的计数。每个D触发器的输出Q作为下一位的时钟输入？或者使用同步时钟，但这里用户可能希望用异步方式，例如行波计数器。通常异步计数器是行波进位，每个触发器的时钟来自前一级的输出，这样会有延迟，但结构简单。而同步计数器则是所有触发器共用同一时钟，通过组合逻辑产生进位。 首先，需要明确模八加一计数器的工作原理。三位二进制计数器，每个D触发器代表一个位，从Q0（LSB）到Q2（MSB）。每个D触发器的输入D应该是其当前输出的反，这样每当时钟边沿到来时，输出翻转，实现加一。如果是行波计数器，那么每个后续的触发器时钟来自前一个的Q输出。例如，Q0连接到第一个触发器的时钟输入，Q0的翻转（下降沿或上升沿触发）触发Q1，以此类推。但需要确认D触发器的触发方式，比如是上升沿触发还是下降沿触发。通常，在行波计数器中，使用下降沿触发，因为当低位从高到低变化时，高位翻转。 然后，设置初值，需要用到PRN（置位）和CLRN（清零）端，低电平有效。用户可能希望通过外部信号来设置初始值，比如三个位的初值可以通过置位和清零端来设置。例如，如果初值为3（二进制011），那么Q0=1，Q1=1，Q2=0。此时，需要将Q0和Q1的PRN拉低（置位），Q2的CLRN拉低（清零）。但需要注意，PRN是置位到1，CLRN是清零到0，所以需要根据初值的每一位来连接对应的置位或清零信号。不过用户可能希望有一个统一的初值设置信号，可能需要外部逻辑来生成各个PRN和CLRN的信号。或者用户可能是指每个触发器都可以单独设置初值，但这样可能需要更多的输入线。这个问题需要进一步考虑。 接下来，连线步骤。每个D触发器的D输入端连接到自己的Q非输出，这样每来一个时钟边沿，输出翻转。时钟信号方面，如果是异步行波计数器，第一个触发器的时钟是外部时钟，第二个的时钟是Q0，第三个是Q1。但需要确认触发器的时钟触发边沿是否匹配。例如，如果D触发器是上升沿触发，那么当Q0从低到高时，触发下一个触发器，但这样可能需要将D触发器的输入改为Q非，或者调整连接方式。或者，如果触发器是下降沿触发，那么当Q0从高到低时触发下一个。这需要明确。通常，行波计数器使用下降沿触发，这样当前一个触发器输出下降时，下一个触发器翻转。 置位端和清零端的连接：每个触发器的PRN和CLRN需要连接到外部的置位和清零信号。例如，如果用户想要设置初值为某个值，比如000，则所有CLRN拉低，PRN保持高。如果是其他值，如011，那么Q0和Q1的PRN拉低（置位），Q2的CLRN拉低（清零）。但这样需要每个触发器的置位和清零端单独控制，可能需要外部多路选择器或开关。但用户可能希望有一个统一的置位信号和清零信号，但这样的话无法设置任意初值。所以可能需要每个触发器的PRN和CLRN单独控制，或者使用组合逻辑来根据所需的初值生成对应的PRN和CLRN信号。不过用户的问题中可能只是希望每个触发器都有独立的置位和清零端，能够通过外部输入来设置初值，而连线时将这些端引出到顶层端口，让用户可以在外部设置。 因此，具体步骤可能如下： 1. 使用三个D触发器，每个触发器的D输入连接到自身的Q非输出，即D = ~Q，这样每个时钟边沿到来时，输出翻转，实现计数。 2. 时钟连接：第一个触发器的时钟输入接外部时钟信号。第二个触发器的时钟输入接第一个触发器的Q输出（如果是下降沿触发）。第三个触发器的时钟输入接第二个触发器的Q输出。这样形成行波进位，实现异步计数。 3. 置位端（PRN）和清零端（CLRN）的处理：每个触发器的PRN和CLRN连接到外部的控制信号。例如，每个触发器有一个PRN和CLRN输入，用户可以通过拉低对应的信号来设置初始值。例如，要设置初值为5（101），则需要将Q0和Q2的PRN拉低（置位到1），Q1的CLRN拉低（清零到0）。但每个触发器的置位和清零需要独立控制，这可能需要在顶层设计中有三个PRN和三个CLRN信号，每个对应一个触发器。 不过用户的问题中提到“能够设置初值”，可能希望有一个统一的方式设置初始值，比如通过三个输入位来设置Q0、Q1、Q2的初值，然后通过某种方式将初值载入到触发器中。但D触发器本身没有同步加载的功能，只能通过异步置位和清零来实现。因此，设置初值需要分别控制每个触发器的PRN和CLRN。例如，如果要设置初值为3（011），则需要将Q0和Q1的PRN拉低，Q2的CLRN拉低。这时候需要外部逻辑将初始值转化为对应的PRN和CLRN信号。例如，对于每个位，如果该位为1，则对应的PRN拉低，CLRN保持高；如果该位为0，则CLRN拉低，PRN保持高。这样，每个触发器的初值由对应的PRN和CLRN信号决定。因此，需要为每个触发器提供一个输入信号，用于选择置位或清零。例如，三个输入线来设置每个位的值，然后通过逻辑电路生成对应的PRN和CLRN信号。 但用户可能希望简化，直接连线，可能使用三个开关分别控制每个触发器的PRN和CLRN。或者，用户可能希望有一个加载信号，当加载信号有效时，将初值载入到触发器中。但D触发器的异步置位和清零是立即生效的，不需要时钟，所以当加载信号有效时，直接通过PRN和CLRN设置值。例如，当Load=0时，根据数据输入D0、D1、D2来设置各触发器的PRN和CLRN。但需要设计逻辑电路，将D0转换为对应的PRN0和CLRN0信号，即如果D0=1，则PRN0=0，CLRN0=1；如果D0=0，则PRN0=1，CLRN0=0。同样处理D1和D2。这可能需要使用一些门电路，比如当Load有效时，用数据位控制PRN和CLRN的状态。 但用户的问题可能更倾向于如何直接连接这三个D触发器的PRN和CLRN，以及时钟，来实现模八加一计数器，并且能够设置初值。可能用户需要的步骤是： - 每个D触发器的D端接自己的Q非，形成T'触发器，实现翻转。 - 时钟连接：第一个触发器接外部时钟，后续的触发器接前一个的Q输出，形成行波计数器，异步方式。 - 置位和清零端：每个触发器的PRN和CLRN连接到外部的置位和清零信号，允许用户通过拉低这些信号来设置初值。例如，如果要设置Q0=1，Q1=0，Q2=1，则PRN0=0， CLRN1=0， PRN2=0，同时其他端保持高电平。 但用户可能需要一个统一的设置初值的方法，比如通过三个输入线来设置每个位的值，然后通过逻辑生成对应的PRN和CLRN信号。例如，三个输入位D0、D1、D2，当Load信号有效时，将D0-D2转换为各个触发器的PRN和CLRN信号。例如，如果Load=0，那么对于每个触发器i： 如果Di=1，则PRNi = 0，CLRNi = 1； 如果Di=0，则PRNi = 1，CLRNi = 0； 当Load无效时，PRNi和CLRNi都保持高电平，不影响触发器正常工作。 这可以通过使用与非门或者多路选择器来实现，但具体电路可能需要一些逻辑设计。 不过用户的问题可能更关注如何在Quartus中进行连线，而不是具体的门级设计。因此，可能需要描述每个D触发器的连接方式，包括时钟、D输入、PRN、CLRN，以及如何将它们级联成计数器，同时允许设置初值。 可能的步骤总结： 1. 实例化三个D触发器，每个都有PRN（低有效置位）和CLRN（低有效清零）。 2. 每个触发器的D输入端连接到自身的Q非输出，即D = ~Q，使其在时钟边沿翻转。 3. 时钟连接： - 第一个触发器的时钟接外部时钟信号。 - 第二个触发器的时钟接第一个触发器的Q输出（如果使用下降沿触发）。 - 第三个触发器的时钟接第二个触发器的Q输出。 这样，每个后续触发器的时钟由前一个的Q触发，形成异步行波计数器。 4. 置位和清零端连接： - 每个触发器的PRN和CLRN连接到外部的控制信号，允许用户设置初值。例如，每个触发器有独立的PRN和CLRN输入，用户根据需要拉低对应的信号来置位或清零每个触发器，从而设置初始值。 5. 如果需要同步加载初值，可能需要额外的逻辑，但用户问题中可能只需异步设置，即通过PRN和CLRN直接设置。 需要注意的问题： - 异步置位和清零的优先级高于时钟和数据输入，因此当PRN或CLRN有效时，输出立即改变，不受时钟影响。 - 在正常计数时，PRN和CLRN应保持无效（高电平），否则会覆盖计数器的正常操作。 可能的示意图： 外部时钟 -> CLK0 (第一个触发器) Q0 -> CLK1 (第二个触发器) Q1 -> CLK2 (第三个触发器) 每个触发器的PRN和CLRN连接到外部的控制信号，如PRN0, CLRN0, PRN1, CLRN1, PRN2, CLRN2，用户通过这些信号设置初始值。 当需要设置初值时，用户将对应的PRN或CLRN拉低，例如： - 设置Q0=1：PRN0=0，CLRN0=1 - 设置Q0=0：PRN0=1，CLRN0=0 同样适用于Q1和Q2。 这样，初始值可以任意设置为0到7之间的值。 最后，用户可能需要一个复位信号，将所有触发器清零，但这里用户要求的是能够设置初值，所以可能复位信号用于清零，而置位用于设置1。或者用户可能希望有一个统一的复位和置位信号，但根据问题描述，置位端和清零端都是低有效，每个触发器都有独立的，所以需要分别连接。 综上，连线步骤应包括三个D触发器的级联方式，每个的D端接Q非，时钟级联，以及PRN和CLRN端连接到外部控制信号以设置初值。</think>在Quartus中使用三个D触发器构建**异步模八加一计数器**（即0→1→2→…→7→0循环），并支持通过**低电平有效的置位端（PRN）和清零端（CLRN）**设置初值，需按以下步骤连线： --- ### **1. 核心原理** - **异步模八加一计数器**：由3个D触发器级联构成，输出Q2Q1Q0表示3位二进制数（范围0~7），每个时钟周期加1。 - **异步特性**：触发器的状态翻转不依赖统一时钟，而是通过前一级的输出触发下一级（行波进位）。 - **初值设置**：通过PRN（低电平置位Q=1）和CLRN（低电平清零Q=0）强制设置初始状态。 --- ### **2. 具体连线步骤** #### **（1）D触发器配置** 每个D触发器需满足： - **D输入**：连接到自身的$\overline{Q}$（即反相输出端），实现$Q_{n+1} = \overline{Q_n}$（翻转逻辑）。 - **时钟CLK**：前一级的$Q$输出作为下一级的时钟（下降沿触发）。 - **异步控制端**： - **PRN**（低电平置位Q=1） - **CLRN**（低电平清零Q=0） #### **（2）级联逻辑** - **第一级D触发器（Q0）**： - CLK：接外部时钟信号。 - D：接$\overline{Q_0}$。 - **第二级D触发器（Q1）**： - CLK：接Q0的输出。 - D：接$\overline{Q_1}$。 - **第三级D触发器（Q2）**： - CLK：接Q1的输出。 - D：接$\overline{Q_2}$。 #### **（3）初值设置逻辑** - **PRN和CLRN控制**： - 若某位需初始值为1，则拉低对应PRN（PRN=0），CLRN保持高电平（CLRN=1）。 - 若某位需初始值为0，则拉低对应CLRN（CLRN=0），PRN保持高电平（PRN=1）。 | 初始值（Q2Q1Q0） | PRN2 | CLRN2 | PRN1 | CLRN1 | PRN0 | CLRN0 | |------------------|------|-------|------|-------|------|-------| | 000 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | | 101 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | | 任意值 | 自定义 | 自定义 | 自定义 | 自定义 | 自定义 | 自定义 | --- ### **3. 电路示意图** ``` 外部时钟 │ ▼ D0─┐ PRN0──(置位Q0=1) CLK│ CLRN0─(清零Q0=0) ▼ Q0─┬─►D1─┐ PRN1──(置位Q1=1) │ CLK│ CLRN1─(清零Q1=0) ▼ ▼ Q1─┬─►D2─┐ PRN2──(置位Q2=1) │ CLK│ CLRN2─(清零Q2=0) ▼ ▼ Q2 输出Q2Q1Q0 ``` --- ### **4. 注意事项** 1. **异步优先级**：PRN和CLRN的优先级高于时钟和数据输入，强制操作立即生效。 2. **正常计数时**：PRN和CLRN需保持高电平（无效状态），否则会覆盖计数逻辑。 3. **时序问题**：行波计数器存在级联延迟，不适用于高频场景，若需同步计数需改用同步设计。 --- ### **5. Quartus实现步骤** 1. 创建原理图文件，添加三个D触发器（符号名：`DFF`）。 2. 按上述逻辑连接D端、CLK、PRN、CLRN。 3. 添加输入引脚（时钟、PRN0/1/2、CLRN0/1/2）和输出引脚（Q0/1/2）。 4. 编译并仿真验证初值设置与计数功能。 通过此设计，可灵活设置初值并实现模八异步加法计数。