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第1章全加器設(shè)計(jì)目錄1.1項(xiàng)目需求分析1.2項(xiàng)目理論知識1.3項(xiàng)目設(shè)計(jì)1.4項(xiàng)目實(shí)施與調(diào)試1.5項(xiàng)目總結(jié)與拓展1.1項(xiàng)目需求分析全加器是基本的組合邏輯運(yùn)算電路,設(shè)計(jì)一個典型1位二進(jìn)制全加器模型,要求:(1)使用撥碼開關(guān)模塊作為全加器輸入;(2)使用LED燈模塊作為全加器輸出;(3)通過設(shè)置撥碼開關(guān),可以準(zhǔn)確進(jìn)行全加運(yùn)算,由LED燈顯示并驗(yàn)證結(jié)果.1.2項(xiàng)目理論知識1.2.1EDA技術(shù)簡介1.2.2可編程邏輯器件的硬件結(jié)構(gòu)1.2.3QuartusⅡ集成開發(fā)環(huán)境1.2.1EDA技術(shù)簡介
一、EDA技術(shù)的概念EDA是ElectronicDesignAutomation(電子設(shè)計(jì)自動化)的縮寫.EDA技術(shù)以計(jì)算機(jī)為工具,設(shè)計(jì)者在EDA軟件平臺上,用硬件描述語言完成設(shè)計(jì)文件,然后由計(jì)算機(jī)自動地完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合、優(yōu)化、布局、布線和仿真,以及對特定目標(biāo)芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作.1.2.1EDA技術(shù)簡介
二、EDA技術(shù)的發(fā)展1.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)階段2.計(jì)算機(jī)輔助工程設(shè)計(jì)(CAE)階段3.電子設(shè)計(jì)自動化(EDA)階段
1.2.1EDA技術(shù)簡介
三、EDA技術(shù)的主要內(nèi)容1.可編程邏輯器件(EDA技術(shù)的主要目標(biāo)器件)可編程邏輯器件(PLD)是一種由用戶編程以實(shí)現(xiàn)某種邏輯功能的新型邏輯器件,主要有現(xiàn)場可編程門陣列(FieldProgrammableGateArray,FPGA)和復(fù)雜可編程邏輯器件(ComplexProgrammableLogicDevice,CPLD)。2.硬件描述語言(EDA技術(shù)的主要描述和表達(dá)方式)硬件描述語言(HDL)是EDA技術(shù)的主要組成部分,是EDA各種描述方法中最能體現(xiàn)優(yōu)越性的一種描述方法。所謂硬件描述語言,就是用于描述設(shè)計(jì)系統(tǒng)的邏輯功能,實(shí)現(xiàn)該功能的算法、電路結(jié)構(gòu)、約束條件等。3.軟件開發(fā)工具(EDA技術(shù)的開發(fā)平臺)(1)集成的PLD/FPGA開發(fā)環(huán)境(2)綜合軟件(3)仿真軟件
1.2.1EDA技術(shù)簡介
四、EDA技術(shù)的設(shè)計(jì)流程(1)4個設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)準(zhǔn)備設(shè)計(jì)輸入設(shè)計(jì)處理器件編程(2)3個設(shè)計(jì)驗(yàn)證過程功能仿真(前仿真)時序仿真(后仿真)器件測試.
1.2.1EDA技術(shù)簡介
1.設(shè)計(jì)準(zhǔn)備主要進(jìn)行系統(tǒng)功能分析和器件選擇,準(zhǔn)備設(shè)計(jì)所用的硬件平臺和軟件開發(fā)平臺.2.設(shè)計(jì)輸入可以采用不同輸入形式完成設(shè)計(jì).(1)原理圖輸入(2)硬件描述語言輸入(3)波形輸入1.2.1EDA技術(shù)簡介
3.設(shè)計(jì)處理(1)語法和設(shè)計(jì)規(guī)則檢查(2)邏輯優(yōu)化和綜合(3)適配和分割(4)布局和布線(5)生成編程數(shù)據(jù)文件4.設(shè)計(jì)校驗(yàn)設(shè)計(jì)校驗(yàn)過程包括功能仿真、時序仿真和器件測試,是在設(shè)計(jì)處理過程中同時進(jìn)行的.1.2.1EDA技術(shù)簡介
4.設(shè)計(jì)校驗(yàn)設(shè)計(jì)校驗(yàn)過程包括功能仿真、時序仿真和器件測試,是在設(shè)計(jì)處理過程中同時進(jìn)行的.5.器件編程器件編程是指將編程數(shù)據(jù)放到具體的可編程器件中.1.2.2可編程邏輯器件的硬件結(jié)構(gòu)一、可編程邏輯器件的基本結(jié)構(gòu)與分類1.可編程邏輯器件的基本結(jié)構(gòu)可編程邏輯器件由輸入接口、與門陣列、或門陣列和輸出接口4個模塊組成.1.2.2可編程邏輯器件的硬件結(jié)構(gòu)2.可編程邏輯器件的分類可編程邏輯器件按集成度,可分為低集成度可編程邏輯器件和高集成度可編程邏輯器件。1.2.2可編程邏輯器件的硬件結(jié)構(gòu)3.低集成度可編程邏輯器件(1)PROM:ProgrammableReadOnlyMemory(2)PLA:ProgrammableArrayLogic(3)PAL:ProgrammableLogicArray(4)GAL:GenericArrayLogic1.2.2可編程邏輯器件的硬件結(jié)構(gòu)4.高集成度可編程邏輯器件(1)EPLD:ErasableProgrammableLogicDevice(2)CPLD:ComplexProgrammableLogicDevice①宏單元是CPLD的基本結(jié)構(gòu),由它來實(shí)現(xiàn)基本的邏輯功能.②可編程連線負(fù)責(zé)信號傳遞,連接所有的宏單元.③I/O引腳控制塊負(fù)責(zé)輸入、輸出的電氣特性控制,比如可以設(shè)定集電極開路輸出、擺率控制、三態(tài)輸出等.(3)FPGA:FieldProgrammableGateArray①IOE(inputoutputelement,輸入輸出單元)②LAB(logicarrayblock,邏輯陣列塊)③Interconnect(內(nèi)部連接線).1.2.2可編程邏輯器件的硬件結(jié)構(gòu)二、可編程邏輯器件的主要廠商1.Altera公司2.Xilinx公司3.Lattice公司4.Actel公司6.Lucent公司7.Atmel公司1.2.3QuartusⅡ集成開發(fā)環(huán)境
AlteraQuartusⅡ設(shè)計(jì)軟件提供完整的多平臺設(shè)計(jì)環(huán)境,能夠直接滿足特定設(shè)計(jì)需要,為可編程芯片系統(tǒng)(SOPC)提供全面的設(shè)計(jì)環(huán)境.QuartusⅡ軟件含有FPGA和CPLD設(shè)計(jì)所有階段的解決方案.1.2.3碼制無權(quán)碼每位無確定的權(quán)值,不能使用權(quán)展開式,但各有其特點(diǎn)和用途,例如格雷碼(又叫循環(huán)碼、反射碼),其相鄰兩個編碼只有一位碼狀態(tài)不同,在邏輯函數(shù)卡諾圖化簡中將會用到這一特點(diǎn)。表1-1列出了幾種常用的BCD碼。1.3項(xiàng)目設(shè)計(jì)1.3.1項(xiàng)目功能分析1.3.2項(xiàng)目硬件設(shè)計(jì)1.3.3項(xiàng)目軟件設(shè)計(jì)1.3.1項(xiàng)目功能分析1.3.2項(xiàng)目硬件設(shè)計(jì)1.3.3項(xiàng)目軟件設(shè)計(jì)1.4項(xiàng)目實(shí)施與調(diào)試1.4.1項(xiàng)目實(shí)施1.4.2項(xiàng)目調(diào)試1.4.1項(xiàng)目實(shí)施一、設(shè)計(jì)輸入1.建立工程2.建立設(shè)計(jì)文件二、設(shè)計(jì)處理三、設(shè)計(jì)校驗(yàn)四、器件編程1.4.2項(xiàng)目調(diào)試一、電路調(diào)試撥動撥碼開關(guān),查看發(fā)光二極管的亮滅情況,看是否符合全加器的邏輯要求和設(shè)計(jì)要求.二、故障現(xiàn)象與分析(1)撥動撥碼開關(guān),但LED燈不亮:引腳沒有分配好,需檢查并重新分配引腳;(2)撥動撥碼開關(guān),但LED燈亮滅情況錯誤:電路設(shè)計(jì)邏輯出錯,需檢查并糾正錯誤.1.5項(xiàng)目總結(jié)與拓展1.5.1項(xiàng)目總結(jié)1.5.2項(xiàng)目拓展1.5.1項(xiàng)目總結(jié)1.掌握可編程邏輯器件硬件結(jié)構(gòu)2.掌握EDA設(shè)計(jì)流程3.掌握QuartusⅡ軟件設(shè)計(jì)步
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