EDA课程实验讲义.docx
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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File/New..,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File/NewProjectWizard...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。
编译快捷键
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File/New..,在New对话框中选择OtherFiles/VectorWaveformFile,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。
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