EDA技术.docx
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EDA技术
EDA技术实验指导书
（适用于电子信息工程专业）
信息科学与工程学院
崔秀敏
2013年9月
实验项目QUARTUSII8.1软件的使用
一、实验目的及要求：
1、练习使用QUARTUSII8.1软件，掌握利用该软件进行简单EDA设计的基本流程；
2、完成一个通过拨码开关控制发光二极管亮灭的应用，实验结束后可独立完成思考题。
二、实验环境及器材：
1、微机（已安装授权的QUARTUSII8.1软件）
2、EDA/SOPC实验开发系统
3、USBBlaster下载线一根
三、背景知识及操作流程：
QUARTUSII是ALTERA公司推出的EDA开发工具，其前身为MAXPLUSII，目前实验室安装的版本为8.1，利用该软件可进行对可编程逻辑器件的分析、综合、下载等设计。
EDA/SOPC实验开发系统是由北京百科公司生产的一套EDA实验系统，其核心芯片采用ALTERA公司的CYCLONE系列FPGA产品EP1C6Q240C8，同时配备了丰富的外部接口资源，可供学生进行EDA设计实验。
启动QUARTUS后的界面如图1所示，首先需要创建一个工程，具体操作过程如下：
图1QUARTUS软件的启动界面
（1）点击File–>NewProjectWizard创建一个新工程，系统显示如图2。
图2工程创建向导的启始页
（2）点击Next，为工程选择存储目录、工程名称、顶层实体名等，如图3所示；
（3）点击Next，若目录不存在，系统可能提示创建新目录，如图4所示，点击“是”按钮创建新目录，系统显示如图5所示；
（4）系统提示是否需要加入文件，在此不添加任何文件；
（5）点击Next，进入设备选择对话框，如图6，这里选中实验箱的核心芯片CYCLONE系列FPGA产品EP1C6Q240C8；
（6）点击Next，系统显示如图7，提示是否需要其他EDA工具，这里不选任何其他工具；
（7）点击Next后，系统提示创建工程的各属性总结，若没有错误，点击Finish，工程创建向导将生成一个工程，这时软件界面如图8，在窗口左侧显示出设备型号和该工程的基本信息等。
图3输入工程名称、存储目录
图4提示是否创建新文件夹
图5提示是否添加文件
图6芯片型号选择
图7提示是否利用其他EDA设计工具
图8工程阐述汇总
至此工程创建好完成，一下进行具体的设计了，为实现用一个拨码开关控制一个LED亮灭的功能，可用VHDL编写一个程序实现，具体操作过程如下：
（1）点击File->New创建一个设计文件，系统显示如图9；
图9创建一个设计文件
（2）选择设计文件的类型为VHDLFile；
（3）点击OK，系统显示如图10，窗口右侧为VHDL的编辑窗口。
图10新建的一个VHDL源文件的编辑窗口
（4）在编辑窗口中编辑以下程序：
libraryIEEE;
useIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
useIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
useIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
entitytestis
Port（led:
outstd_logic;
key:
instd_logic）;
endtest;
architectureBehavioraloftestis
begin
led<=key;
endBehavioral;
（5）输入程序后，存盘，如图11所示：
图11存盘
（5）点击Processing->StartCompilation编译该文件，系统将开始编译，结束后，给出提示信息和编译结果，如图12所示：
图12编译结果显示
（6）点击Assignment->Pins进行引脚分配，实验箱上拨码开关和LED对应的引脚分别为58和98，分配结果如图13所示。
图13引脚分配
（7）参照步骤（5）重新编译系统，系统将生成FPGA配置文件，在编译过程中若显示警告可不理会；
（8）准备下载，注意打开实验箱电源，并连接下载电缆；
（9）点击Tools->Programmer将配置文件下载到FPGA，系统显示如图14所示，注意选择下载模式为JTAG，若下载线硬件显示“NoHardware”（如图14所示），则点击HardwareSetup按钮，系统显示如图15，双击USB-Baster，设定其为当前选定硬件，再点Close返回。
图14下载界面
图15下载线配置
这时，系统界面如图16，选中Program/Configure，点击Start，将配置文件下载到FPGA。
图16配置好下载电缆的下载界面
（10）观察实验效果，尝试开关拨码开关K1，发光二极管D1-1将随之亮灭。
以上是通过编写VHDL程序实现，本实验也可以通过另一种方法实现，即通过设计顶层图的方法进行。
具体的实验步骤如下：
（1）如前所述创建工程，设所创建的工程名为testbdf
（2）点击File->New创建一个新文件，类型为BlockDiagram/SchematicFile，如图17所示：
图17创建新文件
点击OK后，系统显示如图18所示，窗口的右上部分即为设计窗口，可在此范围内进行逻辑设计
图18顶层图设计界面
（3）点击工具栏中的symboltools工具，系统显示如图19
图19选择所要添加的元素
（4）展开左侧Library树，双击input，将一个input类型的元件放到顶层图设计窗口，本操作可连续放置若干个元件，若想停止操作只需点击鼠标右键选cancel即可，结果如图20所示。
双击图中的pin_name，可更改其名字，如可改为KEY。
图20放置一个input类型的元件
（5）类似过程（4），再添加一个output类型的元件，命名为LED，注意放置元件时将两个元件连接在一起。
如图21所示
图21放置一个output类型的元件
（6）存盘，保存的文件名为testbdf
（7）类似前面过程（5）-（10），对其进行编译、锁定引脚、下载等操作，验证其正确性。
四、实验总结
通过本实验学生应掌握QUARTUS8.1软件的基本使用方法和利用该软件进行EDA设计的基本流程。
本实验的内容虽然简单，但却是进行复杂设计的基础。
五、思考题
本实验是利用1个拨码开关控制1个LED，现要求利用8个拨码开关控制8个LED，在现有的实验环境下完成。
实验箱上8个拨码开关控制8个LED对应的FPGA引脚为：
名称
引脚
名称
引脚
K1
58
D1-1
98
K2
57
D1-2
99
K3
56
D1-3
100
K4
55
D1-4
101
K5
54
D1-5
102
K6
53
D1-6
103
K7
50
D1-7
104
K8
49
D1-8
105
实验项目：
60进制计数器
一、实验目的
1、了解计数器的工作原理；
2、用VHDL语言编写60进制计数器，通过设计熟悉EDA开发的基本流程；
3、熟悉QuartusII软件的使用，练习使用文本编辑器；
4、掌握VHDL编写中的一些小技巧。
二、实验环境及器材：
1、计算机一台，实验箱
2、QuartusII环境
三、参考代码如下：
libraryieee;--调用ieee库
useieee.std_logic_1164.all;--使用ieee库中的1164包
useieee.std_logic_unsigned.all;--使用ieee库中的无符号包
entitycntm60is
port（ci:
instd_logic;--来至低级的进位
nreset:
instd_logic;--清零端
load:
instd_logic;--置数端
d:
instd_logic_vector（7downto0）;--与置数端对应的数据输入端
clk:
instd_logic;--时钟端
co:
outstd_logic;--进位输出端
qh:
bufferstd_logic_vector（3downto0）;--计数器的高位输出端
ql:
bufferstd_logic_vector（3downto0））;--计数器的低位输出端
endcntm60;
architecturebehaveofcntm60is
begin
co<='1'when（qh="0101"andql="1001"andci='1'）else'0';
process（clk,nreset）
begin
if（nreset='0'）then
qh<="0000";
ql<="0000";
elsif（clk'eventandclk='1'）then
if（load='1'）then
qh<=d（7downto4）;
ql<=d（3downto0）;
elsif（ci='1'）then
if（ql=9）then
ql<="0000";
if（qh=5）then
qh<="0000";
else
qh<=qh+1;
endif;
else
ql<=ql+1;
endif;
endif;
endif;
endprocess;
endbehave;
实验项目：
数字频率计
一、实验目的
1、学会数字频率计的设计方法；
2、设计一个计数范围在0～1MHz的数字频率计；
3、进一步掌握自顶向下的数字系统设计方法，并体会其优越性；
二、实验器材
PC机一台、EDA教学实验系统一台、下载电缆一根（已接好）、导线若干
三、实验原理与内容
1、测频原理
若某一信号在T秒时间里重复变化了N次，则根据频率的定义可知该信号的频率fs为：
fs=N/T通常测量时间T取1秒或它的十进制时间。
频率计方框图
（1）、时基T产生电路：
提供准确的计数时间T。
晶振产生一个振荡频率稳定的脉冲，通过分频整形、门控双稳后，产生所需宽度的基准时间T的脉冲，又称闸门时间脉冲。
注意：
分频器一般采用计数器完成，计数器的模即为分频比。
（2）、计数脉冲形成电路：
将被测信号变换为可计数的窄脉冲，其输出受闸门脉冲的控制。
（3）、计数显示电路：
对被测信号进行计数，显示被测信号的频率。
计数器一般采用多位10进制计数器；控制逻辑电路控制计数的工作程序：
准备——计数——显示——复位——准备下一次测量。
2、具体实现：
（1）、测频控制逻辑电路（以1秒为例）
A）产生一个1秒脉宽的周期信号；
B）对计数器的每一位计数使能进行控制；
C）完成下一次测量前的计数器复位；
一种可能的时序关系图
a）10进制计数器
要求具有计数使能端CNTEN、复位端CLR、进位输出端CO。
3、元件例化图
1、画出实验原理方框图；
2、设计各个元件；
3、进行元件例化；
五、参考程序：
六、实验报告
1、写出实验源程序，画出仿真波形；
2、总结实验步骤和实验结果；
3、心得体会；
4、完成实验思考题。
七、问题与思考
1、怎样实现测频范围的扩大；
2、怎样提高测量的精确度；
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