EDA課程實(shí)驗(yàn)講義

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上實(shí)驗(yàn)一 基本組合邏輯電路設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 熟悉Quartus 軟件基本使用方法；2. 掌握電路的基本設(shè)計(jì)方法；3. 掌握電路的基本仿真方法；4. 掌握電路的基本下載方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容用VHDL語(yǔ)言和原理圖分別完成設(shè)計(jì)、仿真和下載基本邏輯門電路半加器的過(guò)程：輸入：a，b； 輸出：求和sum，進(jìn)位c；三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1. KH-31001 主機(jī) ；2. KH-33001/2/3 下載板（或KH-33004 下載板 或KH-33005下載板）；四、實(shí)驗(yàn)步驟1. 新建文本文件 在Quartus 管理器界面中選擇File/New., 菜單，出現(xiàn)New對(duì)話框，如圖1.1所示。在對(duì)

2、話框中選擇VHDL File，點(diǎn)擊OK，打開(kāi)文本編輯器，輸入半加器的VHDL語(yǔ)言程序，如圖1.2所示。然后保存文件halfadd.vhd。需要注意的是，文件名與模塊名必須一致。圖1.1 Quartus 新建文本文件界面圖1.2 輸入半加器的VHDL語(yǔ)言程序圖1.3保存文件2. 建立工程項(xiàng)目（1）在管理器窗口中選擇File/New Project Wizard.菜單，出現(xiàn)新建項(xiàng)目向?qū)ew Project Wizard 對(duì)話框，輸入項(xiàng)目目錄（r:test）、項(xiàng)目名稱（halfadd）和頂層實(shí)體（halfadd），如圖1.4所示，頂層實(shí)體名可以與項(xiàng)目名不同。圖1.4 建立工程項(xiàng)目（2）點(diǎn)擊Next

3、,添加文件對(duì)話框。點(diǎn)擊按鈕“”，添加與該項(xiàng)目有關(guān)的所有文件到當(dāng)前項(xiàng)目，如圖1.5所示。本例只有一個(gè)文件halfadd.vhd，所以不用添加其它器件。圖1.5圖1.6圖1.7 添加項(xiàng)目有關(guān)的文件（3）點(diǎn)擊Next按鈕，再點(diǎn)擊Next選擇目標(biāo)器件系列ACEX1K，選擇目標(biāo)器件封裝形式，引腳數(shù)目和速度級(jí)別。如圖1.8所示,點(diǎn)擊NEXT。圖1.8 選擇目標(biāo)器件（4）點(diǎn)擊FINISH按鈕，項(xiàng)目halfadd出現(xiàn)在項(xiàng)目導(dǎo)航窗口中，如圖1.9所示。雙擊文件名，即可打開(kāi)文件。圖1.9 打開(kāi)文件3. 編譯并綜合 選擇菜單ProcessingStart Complition或直接點(diǎn)擊工具欄中編譯快捷按鈕開(kāi)始編譯。

4、編譯過(guò)程中，狀態(tài)窗口顯示編譯進(jìn)度的百分比和每個(gè)階段所花費(fèi)的時(shí)間。信息窗口顯示所有信息，警告和錯(cuò)誤，雙擊某個(gè)信息項(xiàng)，可以定位到原設(shè)計(jì)文件并高亮顯示。編譯完成后將產(chǎn)生一個(gè)編譯報(bào)告欄，編譯結(jié)果在編譯報(bào)告欄中自動(dòng)更新，如圖1.10所示。報(bào)告欄包含了將一個(gè)設(shè)計(jì)適配到器件的所有信息。選中某一項(xiàng)可獲得更詳細(xì)的信息。如編譯有錯(cuò)誤，需要修改設(shè)計(jì)進(jìn)行，并重新編譯。信息窗口編譯快捷鍵圖1.10編譯并綜合文件 4. 設(shè)計(jì)仿真（1）新建仿真波形文件.vwf 選擇菜單File/New.,在New對(duì)話框中選擇Other Files/Vector Waveform File,出現(xiàn)空的仿真波形文件。將文件保存為halfadd.

5、vwf。如圖1.11所示：圖1.11 打開(kāi)仿真波形文件（2）加入節(jié)點(diǎn) 選擇菜單Edit /Insert Node or Bus.,在Insert Node or Bus對(duì)話框中點(diǎn)擊按鈕Node Finder,先在Filter項(xiàng)里選擇Pins:all，然后點(diǎn)擊List,如圖1.12所示：圖1.12 列出仿真節(jié)點(diǎn)點(diǎn)擊“”（全部選中）或“>”（一個(gè)一個(gè)加入）選擇要仿真節(jié)點(diǎn)，“”和“<”刪除所選節(jié)點(diǎn)。點(diǎn)擊OK，加入節(jié)點(diǎn)。如圖1.13所示：圖1.13 選擇仿真節(jié)點(diǎn)（3）確定仿真時(shí)間 選擇菜單Edit/End Time.,可以調(diào)整最大仿真時(shí)間。本例使用200ns，如圖1.14所示；選擇菜單Ed

6、itGrid Size.,可以修改網(wǎng)格大小，通常用網(wǎng)格大小表示信號(hào)狀態(tài)的基本維持時(shí)間，本例輸入5ns，如圖1.15所示。圖1.14 確定仿真結(jié)束時(shí)間圖1.15 修改網(wǎng)格大?。?）編輯激勵(lì)波形 編輯激勵(lì)波形時(shí)，先選中Name欄的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，然后單擊圖形工具菜單中的賦值快捷鍵，根據(jù)要求編輯波形（如圖1.16）。編輯好后，點(diǎn)擊工具欄中按鈕，重新進(jìn)行編譯。圖1.16 編輯激勵(lì)波形（4）運(yùn)行仿真器 編譯完成后選擇Processing Start Simulation菜單，或點(diǎn)擊工具欄中的仿真快捷鍵按鈕運(yùn)行仿真器，波形如圖1.17所示。如果仿真結(jié)果有錯(cuò)誤，需要修改設(shè)計(jì)并重新編譯仿真。 圖 1.17 編譯仿真

7、（5）管腳的分配與定位 選擇Assignment Pins菜單，打開(kāi)引腳分配窗口，如圖1.18所示。進(jìn)行管腳分配：下面以33001下載板為例進(jìn)行管腳分配：輸入a設(shè)置為引腳pin7，輸入b設(shè)置為引腳pin8，分別對(duì)應(yīng)SW3的IO1和IO2；輸出sum設(shè)置為引腳pin39，輸出c設(shè)置為引腳pin40,分別對(duì)應(yīng)KH-310主板LED區(qū)D1和D2兩個(gè)LED，如下圖： 圖 1.18管腳的分配與定位分配完成后需要重新編譯。選擇菜單ProcessingStart Complition或直接點(diǎn)擊工具欄中編譯快捷按鈕開(kāi)始編譯。(6)硬件連接將PC的并口和下載板的JTAG,PS（Passive serial）通過(guò)

8、Altera的下載線連接起來(lái)。RESET是FPGA芯片復(fù)位按鍵；TDO，TDI是目標(biāo)器件選擇短路夾，兩個(gè)短路夾都接FO，F(xiàn)I時(shí)對(duì)FPGA配置，接EO，EI時(shí)對(duì)EPC2配置；配置開(kāi)關(guān)控制EPC2對(duì)FPGA進(jìn)行配置；該下載板支持JTAG、PS（Passive serial）（Quartus II支持）兩種配置方式。（7）器件下載編程與硬件實(shí)現(xiàn) 選擇ToolsProgrammer菜單，如圖1.19所示。請(qǐng)注意在Hardware setup右邊顯示的是當(dāng)前采用的燒錄設(shè)備，應(yīng)該是“ByteBlasterMV（LPT1）”。如果不是，點(diǎn)擊“Hardware setup”按鈕，如圖1.20所示,在彈出的對(duì)話

9、框中點(diǎn)擊“Add”按鈕，則又會(huì)彈出一個(gè)對(duì)話框，選擇含有“ByteBlasterMV”的項(xiàng)添加就可以指定燒錄設(shè)備為“ByteBlasterMV（LPT1）”。在Mode欄中選擇JTAG下載方式，選中Program/Configure選項(xiàng)。設(shè)置好以后，連接下載電纜，點(diǎn)擊窗口中Start按鈕開(kāi)始下載。圖1.19 器件下載編程圖1.20 器件硬件實(shí)現(xiàn)（8）編程后的硬件測(cè)試 下載完成后，改變輸入端口a，b的電平值，觀察LED的輸出變化，驗(yàn)證半加器的功能。5. 用原理圖設(shè)計(jì)半加器（1）選擇菜單File New.中Block DiagramSchematic File打開(kāi)模塊編輯器。如圖1.21所示。圖1.

10、21 模塊編輯器（1） 添加模塊：點(diǎn)擊右鍵，選擇Insert/Symbol,在Name中輸入xor現(xiàn)異或門，如圖1.22所示，點(diǎn)擊ok拖入圖中。同樣輸入AND2將與門加入圖中；輸入input,output加入輸入輸出。圖1.22 添加模塊（3）連線將輸入輸出改名為a,b,sum,c，并連線。當(dāng)鼠標(biāo)位于一個(gè)符號(hào)引腳上或圖表模塊邊沿時(shí)連線工具變?yōu)槭中?，移?dòng)鼠標(biāo)，選擇開(kāi)始點(diǎn)，按住左鍵拖動(dòng)鼠標(biāo)至結(jié)束點(diǎn)放開(kāi)。如圖1.23所示。圖1.23 連線并修改名稱（2） 保存文件為halfadd.bdf并將其設(shè)為頂層文件。接著就對(duì)原理圖進(jìn)行編譯、仿真、下載和驗(yàn)證，步驟同文本編輯方式，請(qǐng)參考上面步驟。實(shí)驗(yàn)二 3-8

11、線譯碼器的設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、熟悉QuartusII的開(kāi)發(fā)流程。2、掌握QuartusII文本輸入的設(shè)計(jì)方法。3、理解3-8譯碼器的設(shè)計(jì)思路。二、設(shè)計(jì)原理 3-8譯碼器有使能控制輸入端ENA和3線地址輸入端分別為C、B和A，ENA=1時(shí)譯碼器不能工作，8線輸出Y70=（譯碼器的輸出有效電平為低電平）；當(dāng)ENA=0時(shí)，譯碼器工作。，當(dāng)CAB=000時(shí)，Y70=（即Y0=0）；當(dāng)CBA=001時(shí)，Y70=(即Y1=0；依此類推。三、實(shí)驗(yàn)代碼四、3-8譯碼器的電路仿真圖實(shí)驗(yàn)三 下降沿有效的JK觸發(fā)器設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟練掌握J(rèn)K觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)原理。2、掌握CASE語(yǔ)句的使用。二、設(shè)計(jì)原理JK觸發(fā)器

12、有數(shù)據(jù)輸入端J、K，CLR是復(fù)位控制輸入端，當(dāng)CLR=0時(shí)，觸發(fā)器的狀態(tài)被置0，當(dāng)CLR=1時(shí)，其特性見(jiàn)下表。CLKJ K QnQn+1下降沿下降沿下降沿下降沿下降沿下降沿下降沿下降沿0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 101001110三、實(shí)驗(yàn)代碼。四、JK觸發(fā)器仿真波形圖。實(shí)驗(yàn)四 跑馬燈設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 學(xué)習(xí)狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)技巧；2. 掌握CASE語(yǔ)句的使用。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 控制8個(gè)LED進(jìn)行花式顯示，設(shè)計(jì)四種顯示模式：1. 從左到右逐個(gè)點(diǎn)亮LED；2. 從右到左逐個(gè)點(diǎn)亮LED；3. 從兩邊到中間逐個(gè)點(diǎn)亮LED；4. 從中間到兩邊逐個(gè)點(diǎn)亮LED。 四

13、種模式循環(huán)切換，由復(fù)位鍵rst控制系統(tǒng)的運(yùn)行與停止。三、實(shí)驗(yàn)原理S0：從左到右逐個(gè)點(diǎn)亮LEDS1：從右到左逐個(gè)點(diǎn)亮LEDS2：從兩邊到中間逐個(gè)點(diǎn)亮LEDS3：從中間到兩邊逐個(gè)點(diǎn)亮LED圖4.1可用移位寄存器來(lái)控制逐個(gè)點(diǎn)亮LED的操作，移位的頻率為1Hz。四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1. KH-31001 主機(jī)；2. KH-33001 下載板（或KH-33002或KH-33003或KH-33004或KH-33005 下載板）。五、實(shí)驗(yàn)步驟 KH-33001KH-33005下載板:1. 硬件連線部分: KH-31001 LED DISPLAY 模塊處右側(cè)12p×3的短路夾接到JP271端（下側(cè)）。2.

14、將配套的KH-310 出貨光盤打開(kāi)，將“實(shí)驗(yàn)程序”文件夾復(fù)制到“我的電腦”的D盤上，并將其對(duì)應(yīng)于下載板型號(hào)的壓縮文檔，解壓縮到“實(shí)驗(yàn)程序”文件夾內(nèi)，例如下載板型號(hào)為KH-33005,則將KH-33005壓縮文件，解壓到D盤的“實(shí)驗(yàn)程序”文件夾內(nèi)。（KH-33001/2/3下載板型號(hào)的區(qū)分主要看芯片的型號(hào)，EP1K30Q為KH-33001下載板，EP1K50Q為KH-33002下載板，EP1K100Q為KH-33003下載板）。3 軟件執(zhí)行模式及KH-31001主機(jī)負(fù)載區(qū)硬件操作步驟： JTAG 連接方式下：A. 下載方式： 將下載板KH-33001/2/3（或KH-33004 或KH-3300

15、5 下載板)插到主機(jī)KH-31001的下載板接口區(qū)。 連接主機(jī)的電源線。連接下載線，將下載線并口一端與電腦相連，另一端與下載板的JTAG口相連，IC1芯片(若是KH-33001/2/3芯片則為U1)右側(cè)的兩個(gè)短路夾JP9,JP10 (KH-33001/2/3為TDO,TDI)分別接到F0端和F1端。 打開(kāi)主機(jī)電源。 打開(kāi)Quartus 軟件，若用戶此時(shí)沒(méi)有申請(qǐng)license，則會(huì)出現(xiàn)如圖1 所示的界面，會(huì)提示您此時(shí)正處于試用期和剩余天數(shù)。選擇第一項(xiàng)“Run the Quartus software ”然后點(diǎn)擊OK。會(huì)出現(xiàn)如圖2 所示的界面，點(diǎn)擊確定后，即可進(jìn)行下面的步驟。 圖 1 圖 2 選擇

16、菜單Tools 下的 Programmer 選項(xiàng)或者直接點(diǎn)擊桌面上的快捷鍵，打開(kāi)如圖3所示的下載界面。Mode 欄 中選擇JTAG 方式。 圖 3 下載界面 點(diǎn)擊左欄中Add File 選項(xiàng)，在彈出的對(duì)話框依如下路徑：我的電腦D盤實(shí)驗(yàn)程序文件夾KH-33001(或KH-33002或KH-33003 或KH-33004或KH-33005)文件04 ledled.sof，選中，打開(kāi)。如圖4 所示。 圖 4 選擇sof 文件對(duì)話框 在下載頁(yè)面中Program/Configure 選項(xiàng)下的小方框中打?qū)催x中。 點(diǎn)擊Start 按鈕開(kāi)始下載，下載程度會(huì)在Progress 中顯示。如圖5所示。 圖 5 下

17、載過(guò)程界面 將KH-31001主機(jī)下側(cè) PULSE &CLOCK GENERATOR 單元 旋轉(zhuǎn)指撥開(kāi)關(guān)SW7(藍(lán)色)撥置第二段10Hz處，24 BIT DIP SW 模塊的SW3的I01撥置ON的位置，程序開(kāi)始運(yùn)行，LED DISPLAY 單元LED燈會(huì)有顯示。B. 燒錄方式： 將下載板KH-33001/2/3( KH-33004 或KH-33005 下載板)插到主機(jī)KH-31001的下載板接口 區(qū)。 連接主機(jī)電源線。連接下載線，將下載線并口一端與電腦相連，另一端與下載板的JTAG口相連，IC1芯片(若是KH-33001/2/3芯片則為U1)右側(cè)的兩個(gè)短路夾JP9,JP10 （KH-

18、33001/2/3下載板為TDO,TDI）分別接到E0端和EI端。 打開(kāi)主機(jī)電源。 打開(kāi)Quartus 軟件。若此時(shí)用戶沒(méi)有申請(qǐng)liscense,可參照J(rèn)TAG連接方式下A .下載方式的第步來(lái)進(jìn)行。 選擇菜單Tools 下的 Programmer 選項(xiàng)或者直接點(diǎn)擊桌面上的快捷鍵，打開(kāi)如圖6所示的下載界面。Mode 欄 中選擇JTAG 方式。 圖6 下載界面 點(diǎn)擊左欄中Add File 選項(xiàng)，在彈出的對(duì)話框中依如下路徑：我的電腦D盤實(shí)驗(yàn)程序文件夾KH-33001(或KH-33002或KH-33003 或KH-33004或KH-33005)文件04 LedLed.pof，選中，打開(kāi),如圖7所示。

19、圖 7 選擇 .pof 文件對(duì)話框（ 若在打開(kāi)pof 文件的過(guò)程中 出現(xiàn)如下圖（1）所示的對(duì)話框， 圖（1）請(qǐng)按如下步驟操作：打開(kāi)Quartus 軟件File 菜單下選擇open project 選擇對(duì)應(yīng)文件的帶有如下標(biāo)志 的.qpf 文件，打開(kāi)。會(huì)出現(xiàn)VHDL語(yǔ)言程序（或Verilog HDL語(yǔ)言程序）文件界面點(diǎn)擊工具欄中在彈出的對(duì)話框中點(diǎn)擊如下圖（2）所示的Device 點(diǎn)擊Family旁邊的 Device & Pin Options在彈出的對(duì)話框中點(diǎn)擊Configuration 選項(xiàng)。 圖 （2）出現(xiàn)如下圖（3）所示的對(duì)話框，在configuration scheme 旁方框的下

20、拉菜單中選擇下圖所示的選項(xiàng)Passive Serial (can use Configuration Device )。在Use Configuration device 欄中選擇EPC2，點(diǎn)擊確定。 圖 （3）點(diǎn)擊OK 重新對(duì)文件進(jìn)行編譯，點(diǎn)擊工具欄中的。編輯完成后，再回到步驟按順序進(jìn)行操作。） 在下載頁(yè)面中Program/Configure 選項(xiàng)下的小方框中打?qū)催x中。 點(diǎn)擊開(kāi)始按鈕Start，進(jìn)行燒錄，程序會(huì)首先進(jìn)入到EPC2芯片中。 燒錄完成后，將下載板上紅色指撥開(kāi)關(guān)（KH-33001/2/3為J5,KH-33004和KH-33005下載板為SWITCH ）全部置于ON的位置。 點(diǎn)擊下載板下方的RESET 按鈕(KH-31001/2/3下載板為下載板右側(cè)的S1按鈕)，程序由EPC2進(jìn)入到FPGA 芯片中。 將KH-31001主機(jī)下側(cè) PULSE &CLOCK GENERATOR 單元 旋轉(zhuǎn)指撥開(kāi)關(guān)SW7(藍(lán)色)撥至第二段10Hz處，24 BIT DIP SW 模塊的SW3的I01撥置ON的位置，程序開(kāi)始運(yùn)行，LED DISPLAY 單元LED燈會(huì)有顯示。 PS 連接