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1、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 QUARTUS II 8.1软件的使用一、实验目的及要求：1、 练习使用QUARTUS II 8.1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QUARTUS II 8.1软件）2、 EDA/SOPC实验开发系统3、 USB Blaster下载线一根三、背景知识及操作流程：QUARTUS II是ALTERA公司推出的EDA开发工具，其前身为MAX PLUS II，

2、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1 QUARTUS软件的启动界面（1） 点击File New Project Wizard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

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

4、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VHDL File；（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：library IEEE;use IEEE.STD_LOGIC_1164.AL

5、L;use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;entity test is Port ( led:out std_logic; key:in std_logic);end test;architecture Behavioral of test isbeginled Start Compilation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

6、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“No Hardware”（如图14所示），则点击Hardware Setup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

7、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Block Diagram/Schematic File，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symbol tools工具，系统

8、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

9、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K158D1-198K257D1-299K356D1-3100K455D1-4101K554D1-5102K653D1-6103K750D1-7104K849D1-8105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

10、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Quartus II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、Quartus II环境三、参考代码如下：library ieee; -调用ieee库use ieee.std_logic_1164.all; -使用ieee库中的1164包use ieee.std_logic_unsigned.all; -使用ieee库中的无符号包entity cntm60 is port(ci :in std_logic; -来至低级的进位 nreset:in std_log

11、ic; -清零端 load :in std_logic; -置数端 d :in std_logic_vector(7 downto 0); -与置数端对应的数据输入端 clk :in std_logic; -时钟端 co :out std_logic; -进位输出端 qh :buffer std_logic_vector(3 downto 0); -计数器的高位输出端 ql :buffer std_logic_vector(3 downto 0); -计数器的低位输出端end cntm60;architecture behave of cntm60 isbeginco=1when(qh=010

12、1and ql=1001and ci=1)else0; process(clk,nreset) begin if(nreset=0)then qh=0000; ql=0000; elsif(clkevent and clk=1)then if(load=1)then qh=d(7 downto 4); ql=d(3 downto 0); elsif(ci=1)then if(ql=9)then ql=0000; if(qh=5)then qh=0000; else qh=qh+1; end if; else ql=ql+1; end if; end if; end if; end proces

13、s;end behave;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01MHz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

14、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；