EDA课程实验讲义.docx

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EDA课程实验讲义

实验一基本组合逻辑电路设计

一、实验目的

1.熟悉QuartusⅡ软件基本使用方法；

2.掌握电路的基本设计方法；

3.掌握电路的基本仿真方法；

4.掌握电路的基本下载方法。

二、实验内容

用VHDL语言和原理图分别完成设计、仿真和下载基本逻辑门电路半加器的过程：

输入：

a，b；输出：

求和sum，进位c；

三、实验设备

1.KH-31001主机；

2.KH-33001/2/3下载板（或KH-33004下载板或KH-33005下载板）；

四、实验步骤

1.新建文本文件

在QuartusⅡ管理器界面中选择..,菜单，出现New对话框，如图1.1所示。

在对话框中选择VHDLFile，点击OK，打开文本编辑器，输入半加器的VHDL语言程序，如图1.2所示。

然后保存文件halfadd.vhd。

需要注意的是，文件名与模块名必须一致。

图1.1QuartusⅡ新建文本文件界面

图1.2输入半加器的VHDL语言程序

图1.3保存文件

2.建立工程项目

（1）在管理器窗口中选择ProjectWizard...菜单，出现新建项目向导NewProjectWizard对话框，输入项目目录（r:

\test）、项目名称（halfadd）和顶层实体（halfadd），如图1.4所示，顶层实体名可以与项目名不同。

图1.4建立工程项目

（2）点击Next,添加文件对话框。

点击按钮“…”，添加与该项目有关的所有文件到当前项目，如图1.5所示。

本例只有一个文件halfadd.vhd，所以不用添加其它器件。

图1.5

图1.6

图1.7添加项目有关的文件

（3）点击Next按钮，再点击Next选择目标器件系列ACEX1K，选择目标器件封装形式，引脚数目和速度级别。

如图1.8所示,点击NEXT。

图1.8选择目标器件

（4）点击FINISH按钮，项目halfadd出现在项目导航窗口中，如图1.9所示。

双击文件名，即可打开文件。

图1.9打开文件

3.编译并综合

选择菜单Processing\StartComplition或直接点击工具栏中编译快捷按钮

开始编译。

编译过程中，状态窗口显示编译进度的百分比和每个阶段所花费的时间。

信息窗口显示所有信息，警告和错误，双击某个信息项，可以定位到原设计文件并高亮显示。

编译完成后将产生一个编译报告栏，编译结果在编译报告栏中自动更新，如图1.10所示。

报告栏包含了将一个设计适配到器件的所有信息。

选中某一项可获得更详细的信息。

如编译有错误，需要修改设计进行，并重新编译。

图1.10编译并综合文件

4.设计仿真

（1）新建仿真波形文件.vwf

选择菜单..,在New对话框中选择OtherWaveformFile,出现空的仿真波形文件。

将文件保存为halfadd.vwf。

如图1.11所示：

图1.11打开仿真波形文件

（2）加入节点

选择菜单Edit/InsertNodeorBus..,在InsertNodeorBus对话框中点击按钮NodeFinder,先在Filter项里选择Pins:

all，然后点击List,如图1.12所示：

图1.12列出仿真节点

点击“》”（全部选中）或“>”（一个一个加入）选择要仿真节点，“《”和“<”删除所选节点。

点击OK，加入节点。

如图1.13所示：

图1.13选择仿真节点

（3）确定仿真时间

选择菜单Edit/EndTime..,可以调整最大仿真时间。

本例使用200ns，如图1.14所示；选择菜单Edit\GridSize..,可以修改网格大小，通常用网格大小表示信号状态的基本维持时间，本例输入5ns，如图1.15所示。

图1.14确定仿真结束时间

图1.15修改网格大小

（4）编辑激励波形

编辑激励波形时，先选中Name栏的一个节点，然后单击图形工具菜单中的赋值快捷键，根据要求编辑波形（如图1.16）。

编辑好后，点击工具栏中按钮

，重新进行编译。

图1.16编辑激励波形

（4）运行仿真器

编译完成后选择Processing\StartSimulation菜单，或点击工具栏中的仿真快捷键按钮

运行仿真器，波形如图1.17所示。

如果仿真结果有错误，需要修改设计并重新编译仿真。

图1.17编译仿真

（5）管脚的分配与定位

选择Assignment\Pins菜单，打开引脚分配窗口，如图1.18所示。

进行管脚分配：

下面以33001下载板为例进行管脚分配：

输入a设置为引脚pin7，输入b设置为引脚pin8，分别对应SW3的IO1和IO2；输出sum设置为引脚pin39，输出c设置为引脚pin40,分别对应KH-310主板LED区D1和D2两个LED，如下图：

图1.18管脚的分配与定位

分配完成后需要重新编译。

选择菜单Processing\StartComplition或直接点击工具栏中编译快捷按钮

开始编译。

（6）硬件连接

将PC的并口和下载板的JTAG,／PS（Passiveserial）通过Altera的下载线连接起来。

RESET是FPGA芯片复位按键；TDO，TDI是目标器件选择短路夹，两个短路夹都接FO，FI时对FPGA配置，接EO，EI时对EPC2配置；配置开关控制EPC2对FPGA进行配置；该下载板支持JTAG、PS（Passiveserial）（QuartusII支持）两种配置方式。

（7）器件下载编程与硬件实现

选择Tools\Programmer菜单，如图1.19所示。

请注意在Hardwaresetup右边显示的是当前采用的烧录设备，应该是“ByteBlasterMV（LPT1）”。

如果不是，点击“Hardwaresetup”按钮，如图1.20所示,在弹出的对话框中点击“Add”按钮，则又会弹出一个对话框，选择含有“ByteBlasterMV”的项添加就可以指定烧录设备为“ByteBlasterMV（LPT1）”。

在Mode栏中选择JTAG下载方式，选中Program/Configure选项。

设置好以后，连接下载电缆，点击窗口中Start按钮开始下载。

图1.19器件下载编程

图1.20器件硬件实现

（8）编程后的硬件测试

下载完成后，改变输入端口a，b的电平值，观察LED的输出变化，验证半加器的功能。

5.用原理图设计半加器

（1）选择菜单File\New..中BlockDiagram\SchematicFile打开模块编辑器。

如图1.21所示。

图1.21模块编辑器

（1）添加模块：

点击右键，选择Insert/Symbol,在Name中输入xor现异或门，如图1.22所示，点击ok拖入图中。

同样输入AND2将与门加入图中；输入input,output加入输入输出。

图1.22添加模块

（3）连线

将输入输出改名为a,b,sum,c，并连线。

当鼠标位于一个符号引脚上或图表模块边沿时连线工具变为十字形，移动鼠标，选择开始点，按住左键拖动鼠标至结束点放开。

如图1.23所示。

图1.23连线并修改名称

（2）保存文件为halfadd.bdf并将其设为顶层文件。

接着就对原理图进行编译、仿真、下载和验证，步骤同文本编辑方式，请参考上面步骤。

实验二3-8线译码器的设计

一、实验目的

1、熟悉QuartusII的开发流程。

2、掌握QuartusII文本输入的设计方法。

3、理解3-8译码器的设计思路。

二、设计原理

3-8译码器有使能控制输入端ENA和3线地址输入端分别为C、B和A，ENA=1时译码器不能工作，8线输出Y[7…0]=11111111（译码器的输出有效电平为低电平）；当ENA=0时，译码器工作。

，当CAB=000时，Y[7…0]=11111110（即Y[0]=0）；当CBA=001时，Y[7…0]=11111101（即Y[1]=0；依此类推。

三、实验代码

四、3-8译码器的电路仿真图

实验三下降沿有效的JK触发器设计

一、实验目的

1、熟练掌握JK触发器的结构原理。

2、掌握CASE语句的使用。

二、设计原理

JK触发器有数据输入端J、K，CLR是复位控制输入端，当CLR=0时，触发器的状态被置0，当CLR=1时，其特性见下表。

CLK

JKQn

Qn+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

000

001

010

011

100

101

110

111

0

1

0

0

1

1

1

0

三、实验代码。

四、JK触发器仿真波形图。

实验四跑马灯设计

一、实验目的

1.学习状态机的设计技巧；

2.掌握CASE语句的使用。

二、实验内容

控制8个LED进行花式显示，设计四种显示模式：

1.从左到右逐个点亮LED；

2.从右到左逐个点亮LED；

3.从两边到中间逐个点亮LED；

4.从中间到两边逐个点亮LED。

四种模式循环切换，由复位键rst控制系统的运行与停止。

三、实验原理

图4.1

可用移位寄存器来控制逐个点亮LED的操作，移位的频率为1Hz。

四、实验设备

1.KH-31001主机；

2.KH-33001下载板（或KH-33002或KH-33003或KH-33004或KH-33005下载板）。

五、实验步骤

KH-33001～KH-33005下载板:

1.硬件连线部分:

KH-31001LEDDISPLAY模块处右侧12p×3的短路夹接到JP271端（下侧）。

2.将配套的KH-310出货光盘打开，将“实验程序”文件夹复制到“我的电脑”的D盘上，并将其对应于下载板型号的压缩文档，解压缩到“实验程序”文件夹内，例如下载板型号为KH-33005,则将KH-33005压缩文件，解压到D盘的“实验程序”文件夹内。

（KH-33001/2/3下载板型号的区分主要看芯片的型号，EP1K30Q为KH-33001下载板，EP1K50Q为KH-33002下载板，EP1K100Q为KH-33003下载板）。

3．软件执行模式及KH-31001主机负载区硬件操作步骤：

⑴JTAG连接方式下：

A.下载方式：

1将下载板KH-33001/2/3（或KH-33004或KH-33005下载板）插到主机KH-31001的下载板接口区。

2连接主机的电源线。

连接下载线，将下载线并口一端与电脑相连，另一端与下载板的JTAG口相连，IC1芯片（若是KH-33001/2/3芯片则为U1）右侧的两个短路夹JP9,JP10（KH-33001/2/3为TDO,TDI）分别接到F0端和F1端。

3打开主机电源。

4打开

QuartusⅡ软件，若用户此时没有申请license，则会出现如图1所示的界面，会提示您此时正处于试用期和剩余天数。

选择第一项“RuntheQuartusⅡsoftware”然后点击OK。

会出现如图2所示的界面，点击确定后，即可进行下面的步骤。

图1

图2

5选择菜单Tools下的

Programmer选项或者直接点击桌面上的快捷键

，打开如图3所示的下载界面。

Mode栏中选择JTAG方式。

图3下载界面

6点击左栏中AddFile选项，在弹出的对话框依如下路径：

我的电脑→D盘→实验程序文件夹→KH-33001（或KH-33002或KH-33003或KH-33004或KH-33005）文件→04led→led.sof，选中，打开。

如图4所示。

图4选择sof文件对话框

7在下载页面中Program/Configure选项下的小方框中打对勾选中。

8点击Start按钮开始下载，下载程度会在Progress中显示。

如图5所示。

图5下载过程界面

⑨将KH-31001主机下侧PULSE&CLOCKGENERATOR单元旋转指拨开关SW7（蓝色）拨置第二段10Hz处，24BITDIPSW模块的SW3的I01拨置ON的位置，程序开始运行，LEDDISPLAY单元LED灯会有显示。

B.烧录方式：

1将下载板KH-33001/2/3（KH-33004或KH-33005下载板）插到主机KH-31001的下载板接口区。

2连接主机电源线。

连接下载线，将下载线并口一端与电脑相连，另一端与下载板的JTAG口相连，IC1芯片（若是KH-33001/2/3芯片则为U1）右侧的两个短路夹JP9,JP10（KH-33001/2/3下载板为TDO,TDI）分别接到E0端和EI端。

3打开主机电源。

4打开

QuartusⅡ软件。

若此时用户没有申请liscense,可参照JTAG连接方式下A.下载方式的第④步来进行。

5选择菜单Tools下的

Programmer选项或者直接点击桌面上的快捷键

，打开如图6所示的下载界面。

Mode栏中选择JTAG方式。

图6下载界面

6点击左栏中AddFile选项，在弹出的对话框中依如下路径：

我的电脑→D盘→实验程序文件夹→KH-33001（或KH-33002或KH-33003或KH-33004或KH-33005）文件→04Led→Led.pof，选中，打开,如图7所示。

图7选择.pof文件对话框

（若在打开pof文件的过程中出现如下图

（1）所示的对话框，

图

（1）

请按如下步骤操作：

打开QuartusⅡ软件→File菜单下选择openproject→选择对应文件的带有如下标志

的.qpf文件，打开。

会出现VHDL语言程序（或VerilogHDL语言程序）文件界面→点击工具栏中

→在弹出的对话框中点击如下图

（2）所示的Device→点击Family旁边的Device&PinOptions…→在弹出的对话框中点击Configuration选项。

图

（2）

→出现如下图（3）所示的对话框，在configurationscheme旁方框的下拉菜单中选择下图所示的选项PassiveSerial（canuseConfigurationDevice）。

在UseConfigurationdevice栏中选择EPC2，点击确定。

图（3）

→点击OK→重新对文件进行编译，点击工具栏中的

。

编辑完成后，再回到步骤⑤按顺序进行操作。

）

7在下载页面中Program/Configure选项下的小方框中打对勾选中。

8点击开始按钮Start，进行烧录，程序会首先进入到EPC2芯片中。

9烧录完成后，将下载板上红色指拨开关（KH-33001/2/3为J5,KH-33004和KH-33005下载板为SWITCH）全部置于ON的位置。

10点击下载板下方的RESET按钮（KH-31001/2/3下载板为下载板右侧的S1按钮），程序由EPC2进入到FPGA芯片中。

将KH-31001主机下侧PULSE&CLOCKGENERATOR单元旋转指拨开关SW7（蓝色）拨至第二段10Hz处，24BITDIPSW模块的SW3的I01拨置ON的位置，程序开始运行，LEDDISPLAY单元LED灯会有显示。

⑵PS连接方式：

1将下载板KH-33001/2/3（或KH-33004或KH-33005下载板）插到主机KH-31001的下载板接口区。

2连接主机电源线。

连接下载线，将下载线并口一端与电脑相连，另一端与下载板的PS口相连，IC1芯片（若是KH-33001/2/3芯片则为U1）右侧的两个短路夹JP9,JP10（KH-33001/2/3为TDO,TDI）分别接到F0端和F1端。

下载板上的拨码开关（KH-33001/2/3为J5,KH-33004和KH-33005为SWITCH）拨到OFF.

3打开主机电源。

4打开

QuartusⅡ软件。

若用户此时没有申请lisence,可参照⑴JTAG连接方式下的A.加载方式的第④步来操作。

5选择菜单Tools下的

Programmer选项或者直接点击桌面上的快捷键

，打开如图6所示的下载界面。

Mode栏中选择PassiveSerial方式。

图6下载界面

6点击左栏中AddFile选项，在弹出的对话框中依如下路径：

我的电脑→D盘→实验程序文件夹→KH-33001（或KH-33002或KH-33003或KH-33004或KH-33005）文件→04Led→Led.sof，选中，打开。

7点击Start按钮开始下载，下载程度会在Progress中显示。

⑧将KH-31001主机下侧PULSE&CLOCKGENERATOR单元旋转指拨开关SW7（蓝色）拨至第二段10Hz处，24BITDIPSW模块的SW3的I01拨置ON的位置，程序开始运行，LEDDISPLAY单元LED灯会有显示。