數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計EDA版

1、11.1.時間要求：每天上午時間要求：每天上午8:00-11:158:00-11:15；下午：；下午：13:30-13:30-15:0015:00；三次不到；三次不到NONO2.2.課程內(nèi)容要求：獨立完成；基本功能（課程內(nèi)容要求：獨立完成；基本功能（7070分）擴展分）擴展功能（功能（9090分）；自我功能設(shè)計（分）；自我功能設(shè)計（100100分）分）3.3.能力要求：速度與質(zhì)量有機結(jié)合；能力要求：速度與質(zhì)量有機結(jié)合；4.4.報告要求：原理；設(shè)計圖；仿真；調(diào)試；演示；報告要求：原理；設(shè)計圖；仿真；調(diào)試；演示；5.5.答辯答辯：軟件使用的熟練程度；設(shè)計內(nèi)容的原理掌握軟件使用的熟練程度；設(shè)計內(nèi)容的

2、原理掌握程度；設(shè)計內(nèi)容的深度；設(shè)計功能的擴展程度。程度；設(shè)計內(nèi)容的深度；設(shè)計功能的擴展程度。23設(shè)計題目：設(shè)計題目： 多功能數(shù)字鐘多功能數(shù)字鐘 電子搶答器的設(shè)計電子搶答器的設(shè)計(4路路) 交通指示燈的設(shè)計交通指示燈的設(shè)計 音樂電路的設(shè)計音樂電路的設(shè)計 彩燈電路的設(shè)計彩燈電路的設(shè)計 自帶題目自帶題目4課程目的：課程目的： 本次課程設(shè)計，指導老師給出大致的設(shè)本次課程設(shè)計，指導老師給出大致的設(shè)計要求，學生自己設(shè)計電路，在設(shè)計思路上計要求，學生自己設(shè)計電路，在設(shè)計思路上不框定和約束同學們的思維，學生可以發(fā)揮不框定和約束同學們的思維，學生可以發(fā)揮自己的創(chuàng)造性盡可能多地實現(xiàn)所設(shè)計電路的自己的創(chuàng)造性盡可能多

3、地實現(xiàn)所設(shè)計電路的功能。功能。 數(shù)字鐘、電子搶答器、交通指示燈、彩數(shù)字鐘、電子搶答器、交通指示燈、彩燈、音樂電路、都是我們比較熟悉的電子裝燈、音樂電路、都是我們比較熟悉的電子裝置。我們通過這些電路的設(shè)計可以更好地掌置。我們通過這些電路的設(shè)計可以更好地掌握電子技術(shù)課程中的知識。握電子技術(shù)課程中的知識。5設(shè)計要求設(shè)計要求功能：根據(jù)自己選定的題目，完成設(shè)計要求功能功能：根據(jù)自己選定的題目，完成設(shè)計要求功能論文：每人撰寫設(shè)計與調(diào)試總結(jié)報告。論文：每人撰寫設(shè)計與調(diào)試總結(jié)報告。 首先應(yīng)進行系統(tǒng)模塊的劃分，規(guī)定首先應(yīng)進行系統(tǒng)模塊的劃分，規(guī)定每一模塊的功能以及各個模塊之間的接口。每一模塊的功能以及各個模塊之間

4、的接口。通常分為如下四個模塊：通常分為如下四個模塊：輸入電路模塊；輸入電路模塊；輸出電路模塊；輸出電路模塊；處理電路模塊；處理電路模塊；顯示電路模塊。顯示電路模塊。67設(shè)計要求設(shè)計要求- -數(shù)字鐘：數(shù)字鐘：基本功能：基本功能：準確計時，以數(shù)字顯示時、分、秒、星期準確計時，以數(shù)字顯示時、分、秒、星期 ；小時的計時要求為小時的計時要求為“1212翻翻1 1”，分和秒的計時要求為，分和秒的計時要求為6060進位；進位；校正時間校正時間仿電視臺整點報時仿電視臺整點報時擴展功能擴展功能秒表功能秒表功能鬧鐘系統(tǒng)鬧鐘系統(tǒng)日歷功能日歷功能觸摸整點報數(shù)觸摸整點報數(shù)其它電子表的功能。其它電子表的功能。論文：每人撰

5、寫設(shè)計與調(diào)試總結(jié)報告。論文：每人撰寫設(shè)計與調(diào)試總結(jié)報告。 主體電路 擴展電路 時顯示器 時譯碼器 時計數(shù)器 分顯示器 分譯碼器 分計數(shù)器 校時電路 振蕩器 分頻器 秒顯示器 秒譯碼器 秒計數(shù)器 定時控制 仿電臺報時 報整點時數(shù) 觸摸整點報時 1s 89分頻器的功能主要有兩個：分頻器的功能主要有兩個：產(chǎn)生標準秒脈沖信號產(chǎn)生標準秒脈沖信號提供功能擴展電路所需要的信號，如仿提供功能擴展電路所需要的信號，如仿電臺報時用的電臺報時用的1kHz1kHz的高音頻信號和的高音頻信號和500Hz500Hz的低音頻信號等的低音頻信號等10要求：要求： 分和秒計數(shù)器都是模分和秒計數(shù)器都是模M M=60=60的計數(shù)器

6、，其計數(shù)的計數(shù)器，其計數(shù)規(guī)律為規(guī)律為00000101585859590000； 選選74LS90/74LS16074LS90/74LS160作十位、個位計數(shù)器，將作十位、個位計數(shù)器，將它們級聯(lián)組成模數(shù)它們級聯(lián)組成模數(shù)M M=60=60的計數(shù)器；的計數(shù)器； 1212小時制計數(shù)器是一個小時制計數(shù)器是一個“1212翻翻1 1”的特殊進制的特殊進制計數(shù)器。即當數(shù)字鐘運行到計數(shù)器。即當數(shù)字鐘運行到1212時時5959分分5959秒時，秒時，秒的個位計數(shù)器再輸入一個秒脈沖時，數(shù)字秒的個位計數(shù)器再輸入一個秒脈沖時，數(shù)字鐘應(yīng)自動顯示為鐘應(yīng)自動顯示為0101時時0000分分0000秒，實現(xiàn)日常生秒，實現(xiàn)日常生活

7、中習慣用的計時規(guī)律?；钪辛晳T用的計時規(guī)律。 11 當剛接通電源或計時出現(xiàn)誤差時，都要當剛接通電源或計時出現(xiàn)誤差時，都要對時間進行校正。要求：對時間進行校正。要求：在小時校正時不影響分和秒的正常計數(shù)；在小時校正時不影響分和秒的正常計數(shù)；在分校正時不影響秒和小時的正常計數(shù)；在分校正時不影響秒和小時的正常計數(shù)； 12鬧鐘時間可以任意設(shè)定；鬧鐘時間可以任意設(shè)定；在達到設(shè)定時間時發(fā)出聲、光信號；在達到設(shè)定時間時發(fā)出聲、光信號；設(shè)計提示：整點報時電路的設(shè)計設(shè)計提示：整點報時電路的設(shè)計要求模仿電視臺的整點報時功能：即從要求模仿電視臺的整點報時功能：即從5959分分5050秒起，每隔兩秒發(fā)出一次低音信號，秒起

8、，每隔兩秒發(fā)出一次低音信號，整點時發(fā)出一次高音信號；整點時發(fā)出一次高音信號；在報時期間不影響秒和小時的正常計數(shù)；在報時期間不影響秒和小時的正常計數(shù)； 13可以進行計時；可以進行計時；具有暫停具有暫停/ /繼續(xù)計時功能繼續(xù)計時功能 設(shè)計提示：觸摸報時電路的設(shè)計設(shè)計提示：觸摸報時電路的設(shè)計為盲人設(shè)計的功能：為盲人設(shè)計的功能： 當按報時鍵時，能以聲響數(shù)告訴盲人時數(shù)。當按報時鍵時，能以聲響數(shù)告訴盲人時數(shù)。 當按報分鍵時，能以聲響數(shù)告訴盲人分數(shù)當按報分鍵時，能以聲響數(shù)告訴盲人分數(shù)。 14能夠顯示日、月、年的自動顯示系統(tǒng)；能夠顯示日、月、年的自動顯示系統(tǒng)；注意：注意：2 2月分為月分為2828天和天和29

9、29天兩種情況。天兩種情況。具有手動校正日、月、年的功能。具有手動校正日、月、年的功能。151.1.基本功能：基本功能：（1 1）搶答器同時供搶答器同時供4 4名選手比賽，分別用名選手比賽，分別用4 4個按鈕個按鈕S0S0S3S3表示。表示。（2 2）設(shè)置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān)設(shè)置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān)S S，該開關(guān)由主持人控制。該開關(guān)由主持人控制。（3 3）搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應(yīng)的編號，揚聲器發(fā)出聲動按鈕，鎖存相應(yīng)的編號，揚聲器發(fā)出聲響提示，并在數(shù)碼管上顯示選手號碼。選響提示，并在數(shù)碼管上顯示選手號碼。選手搶答實行優(yōu)先鎖存

10、，優(yōu)先搶答選手的編手搶答實行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。號一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。搶答器搶答器162.2.擴展功能：擴展功能： （1 1）搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設(shè)定（如的時間由主持人設(shè)定（如3030秒）。當主持人啟秒）。當主持人啟動動 開始開始 鍵后，定時器進行減計時。鍵后，定時器進行減計時。 （2 2）參賽選手在設(shè)定的時間內(nèi)進行搶答，搶參賽選手在設(shè)定的時間內(nèi)進行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)的編號

11、和搶答的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。清除為止。 （3 3）在設(shè)定的搶答時間內(nèi)如果定時時間已到，）在設(shè)定的搶答時間內(nèi)如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報警并禁止搶無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報警并禁止搶答，定時顯示器上顯示答，定時顯示器上顯示0000設(shè)計要求設(shè)計要求- -搶答器：搶答器： 搶答器主電路的設(shè)計：搶答器電路的功能有兩個：搶答器主電路的設(shè)計：搶答器電路的功能有兩個：一是能辨認出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者一是能辨認出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，送給譯碼電路；二是要使其他選手隨后的的編號，送給譯碼電路；二是要使其他選手隨后的按鍵操作無效。按鍵操作無效。

12、定時電路設(shè)計：節(jié)目主持人根據(jù)搶答題目的難易程定時電路設(shè)計：節(jié)目主持人根據(jù)搶答題目的難易程度設(shè)定一個搶答時間，通過預置電路對計數(shù)時間進度設(shè)定一個搶答時間，通過預置電路對計數(shù)時間進行設(shè)置。行設(shè)置。報警電路設(shè)計：當答題時間將到或結(jié)束發(fā)出蜂鳴聲報警電路設(shè)計：當答題時間將到或結(jié)束發(fā)出蜂鳴聲結(jié)束答題。結(jié)束答題。犯規(guī)電路設(shè)計：犯規(guī)電路設(shè)計：17設(shè)計提示：搶答器的設(shè)計設(shè)計提示：搶答器的設(shè)計 鎖存器芯片鎖存器芯片74LS27974LS279優(yōu)先編碼器優(yōu)先編碼器74LS14874LS148十進制同步加十進制同步加/ /減計數(shù)器減計數(shù)器74LS19274LS19218設(shè)計提示：搶答器的設(shè)計設(shè)計提示：搶答器的設(shè)計 1

13、 1搶答判斷的關(guān)鍵是準確判斷出第一搶答搶答判斷的關(guān)鍵是準確判斷出第一搶答者并將其鎖存，實現(xiàn)的方法可使用觸發(fā)器者并將其鎖存，實現(xiàn)的方法可使用觸發(fā)器或鎖存器，在得到第一信號后將輸入封鎖，或鎖存器，在得到第一信號后將輸入封鎖，使其它組的搶答信號無效。使其它組的搶答信號無效。2 2形成第一搶答信號后，用編碼、譯碼及形成第一搶答信號后，用編碼、譯碼及數(shù)碼顯示電路顯示第一搶答者的組別，控數(shù)碼顯示電路顯示第一搶答者的組別，控制揚聲器發(fā)出音響，并啟動答題計時電路。制揚聲器發(fā)出音響，并啟動答題計時電路。19設(shè)計提示：鑒別與鎖存設(shè)計提示：鑒別與鎖存4秒秒2秒秒2秒秒4秒秒2秒秒2秒秒東西燈東西燈 綠亮綠亮 綠閃綠

14、閃 黃亮黃亮 紅亮紅亮 紅亮紅亮 紅亮紅亮南北燈南北燈 紅亮紅亮 紅亮紅亮 紅亮紅亮 綠亮綠亮 綠閃綠閃 黃亮黃亮20 基本功能：東西方向綠燈亮基本功能：東西方向綠燈亮4 4秒后閃秒后閃2 2秒滅；黃燈亮秒滅；黃燈亮2 2秒滅；紅燈亮秒滅；紅燈亮8 8秒；綠燈亮秒；綠燈亮4 4秒。對秒。對應(yīng)東西方向綠或黃亮時南北燈紅燈亮應(yīng)東西方向綠或黃亮時南北燈紅燈亮8 8秒，接著綠秒，接著綠燈亮燈亮4 4秒后閃秒后閃2 2秒滅；黃燈亮秒滅；黃燈亮2 2秒后，紅燈又秒后，紅燈又亮。亮。交通指示燈的自動控制交通指示燈的自動控制21擴展功能：此十字路口為大道和小道（智能交通燈）擴展功能：此十字路口為大道和小道（智

15、能交通燈）1 1、通常大道綠燈亮，小道紅燈亮；、通常大道綠燈亮，小道紅燈亮；2 2、若小道來車，大道經(jīng)、若小道來車，大道經(jīng)6 6秒由綠燈變?yōu)辄S燈；再經(jīng)秒由綠燈變?yōu)辄S燈；再經(jīng)4 4秒秒大道由黃燈變?yōu)榧t燈，同時小道由紅燈變?yōu)榫G燈；大道由黃燈變?yōu)榧t燈，同時小道由紅燈變?yōu)榫G燈；3 3、小道變綠燈后，若大道來車不到三輛，則經(jīng)過、小道變綠燈后，若大道來車不到三輛，則經(jīng)過2525秒秒后自動由綠燈變?yōu)辄S燈，再經(jīng)過后自動由綠燈變?yōu)辄S燈，再經(jīng)過4 4秒變?yōu)榧t燈，同秒變?yōu)榧t燈，同時大道由紅燈變?yōu)榫G燈；時大道由紅燈變?yōu)榫G燈；4 4、如果小道在綠燈亮時，小道亮的時間還沒到、如果小道在綠燈亮時，小道亮的時間還沒到2525

16、秒，秒，只要大道檢測到已經(jīng)超過只要大道檢測到已經(jīng)超過3 3輛車在等候，那么小道輛車在等候，那么小道應(yīng)立即由綠燈變?yōu)辄S燈，再經(jīng)應(yīng)立即由綠燈變?yōu)辄S燈，再經(jīng)4 4秒變?yōu)榧t燈，同時秒變?yōu)榧t燈，同時大道由紅燈變?yōu)榫G燈。大道由紅燈變?yōu)榫G燈。設(shè)計要求設(shè)計要求- -交通燈：交通燈： 22原理圖：原理圖：檢測信號檢測信號大道指示燈大道指示燈小信號燈小信號燈 驅(qū)動器驅(qū)動器 控制器控制器 計數(shù)器計數(shù)器秒信號秒信號 23流程圖：流程圖：大道綠燈亮大道綠燈亮小道紅燈亮小道紅燈亮小道來車？小道來車？N大道綠燈亮大道綠燈亮6秒秒大道黃燈亮大道黃燈亮4秒秒大道紅燈亮大道紅燈亮小道綠燈亮小道綠燈亮Y大道來車大道來車3輛？輛？小

17、道燈黃小道燈黃4秒秒小道紅燈亮小道紅燈亮大道綠燈亮大道綠燈亮Y計時計時大于大于25秒？秒？YN24音樂電路的設(shè)計音樂電路的設(shè)計基本功能：基本功能：1.1.能彈出高中低能彈出高中低1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6、7 7、1 1基本音符；基本音符；2.2.能彈出簡短的曲目。能彈出簡短的曲目。擴展功能：擴展功能：1.1.幾首樂曲自動播放。幾首樂曲自動播放。2.2.曲目的播放速度可以變換。曲目的播放速度可以變換。3.3.彩燈隨著樂曲閃爍。彩燈隨著樂曲閃爍。音名音名頻率頻率(hz)(hz)音名音名頻率頻率(hz)(hz)音名音名頻率頻率(hz)(hz)低音低音1 1261.63261.6

18、3中音中音1 1523.25523.25高音高音1 11046.501046.50低音低音2 2293.67293.67中音中音2 2587.33587.33高音高音2 2l124.66l124.66低音低音3 3329.63329.63中音中音3 3659.25659.25高音高音3 31381.511381.51低音低音4 4349.23349.23中音中音4 4698.46698.46高音高音4 41396.921396.92低音低音5 5391.99391.99中音中音5 5783.99783.99高音高音5 51567.981567.98低音低音6 6440440中音中音6 6880

19、880高音高音6 617601760低音低音7 7439.88439.88中音中音7 7987.76987.76高音高音7 71975.521975.5225簡譜音名與國際標準音頻率關(guān)系：簡譜音名與國際標準音頻率關(guān)系： 26原理結(jié)構(gòu)圖：原理結(jié)構(gòu)圖： 音調(diào)發(fā)生器、音樂編碼器、彩燈控制器這三項音調(diào)發(fā)生器、音樂編碼器、彩燈控制器這三項功能由可編程邏輯器件芯片實現(xiàn)。音頻放大器、功能由可編程邏輯器件芯片實現(xiàn)。音頻放大器、彩燈、各種時鐘可由具體的外圍電路來實現(xiàn)。彩燈、各種時鐘可由具體的外圍電路來實現(xiàn)。 27彩燈電路的設(shè)計彩燈電路的設(shè)計：基本功能：實現(xiàn)至少基本功能：實現(xiàn)至少8 8路彩燈變換功能路彩燈變換功能

20、(1)(1)彩燈從右到左，然后從左到右逐次產(chǎn)閃爍。彩燈從右到左，然后從左到右逐次產(chǎn)閃爍。(2)(2)彩燈從右到左點亮，然后從左到右逐次依次彩燈從右到左點亮，然后從左到右逐次依次熄滅，全亮全滅。熄滅，全亮全滅。(3)(3)彩燈兩邊同時亮彩燈兩邊同時亮2 2個逐次向中間移動再散開。個逐次向中間移動再散開。(4)(4)彩燈兩邊同時亮彩燈兩邊同時亮2 2個，個，4 4亮亮4 4滅。滅。擴展功能：自行設(shè)計其他彩燈變換形式擴展功能：自行設(shè)計其他彩燈變換形式分四部分完成：分四部分完成：一個八路彩燈花樣控制器；一個八路彩燈花樣控制器；一個四頻率輸出分頻器；一個四頻率輸出分頻器；一個四選一控制器；一個四選一控制

21、器；一個時間選擇器。一個時間選擇器。四選一控制器從分頻器選擇不同頻率的時鐘信四選一控制器從分頻器選擇不同頻率的時鐘信號輸送到彩燈花樣控制器，從而達到控制彩燈號輸送到彩燈花樣控制器，從而達到控制彩燈閃爍速度的快慢，時間選擇器控制每種速度維閃爍速度的快慢，時間選擇器控制每種速度維持的時間長短。持的時間長短。28彩燈電路的設(shè)計：彩燈電路的設(shè)計：(1)(1)四頻率輸出分頻器：四頻率輸出分頻器： 一個輸入的時鐘信號，對所輸入的時鐘信號進行一個輸入的時鐘信號，對所輸入的時鐘信號進行2 2分頻、分頻、4 4分頻、分頻、8 8分頻、分頻、1616分頻，得到四種頻率信號。分頻，得到四種頻率信號。(2)(2)時間

22、選擇器：時間選擇器： 時間選擇器實際上是兩個分頻器，其中一個頻率是另一個時間選擇器實際上是兩個分頻器，其中一個頻率是另一個頻率的兩倍。這兩個輸出的的時鐘信號組合起來就可以為四頻率的兩倍。這兩個輸出的的時鐘信號組合起來就可以為四選一控制器提供選一控制器提供0000、0101、1010、1111四個時間選擇條件。四個時間選擇條件。(3)(3)四選一控制器：四選一控制器： 從分頻器中選擇不同頻率的時鐘信號送給彩燈控制器，實從分頻器中選擇不同頻率的時鐘信號送給彩燈控制器，實現(xiàn)彩燈閃爍的頻率變化。現(xiàn)彩燈閃爍的頻率變化。(4)(4)彩燈控制器：彩燈控制器： 彩燈控制電路是整個設(shè)計的核心，它負責整個設(shè)計的輸

23、出彩燈控制電路是整個設(shè)計的核心，它負責整個設(shè)計的輸出效果即各種彩燈圖案的樣式變化。效果即各種彩燈圖案的樣式變化。29彩燈電路的設(shè)計彩燈電路的設(shè)計30用原理圖設(shè)計方式完成設(shè)計用原理圖設(shè)計方式完成設(shè)計使用功能仿真單獨仿真驗證各模塊的功能。使用功能仿真單獨仿真驗證各模塊的功能。產(chǎn)生頂層模塊，完成頂層設(shè)計。產(chǎn)生頂層模塊，完成頂層設(shè)計。選擇目標器件，編譯頂層設(shè)計，在編譯報告中查選擇目標器件，編譯頂層設(shè)計，在編譯報告中查看時序分析結(jié)果和器件資源使用情況?？磿r序分析結(jié)果和器件資源使用情況。在分配編輯器中完成引腳分配。在分配編輯器中完成引腳分配。下載到芯片并驗證設(shè)計下載到芯片并驗證設(shè)計將調(diào)試好的程序作為論文的

24、一部分提交將調(diào)試好的程序作為論文的一部分提交答辯答辯設(shè)計實施方式設(shè)計實施方式：分頻電路的功能主要有兩個：分頻電路的功能主要有兩個：產(chǎn)生標準秒脈沖信號產(chǎn)生標準秒脈沖信號提供功能擴展電路所需要的信號，如聲提供功能擴展電路所需要的信號，如聲音報警時用的音報警時用的1kHz1kHz的高音頻信號和的高音頻信號和500Hz500Hz的低音頻信號等的低音頻信號等 參照書參照書78797879頁頁顯示電路的功能：顯示電路的功能：控制控制8 8個數(shù)碼管的顯示個數(shù)碼管的顯示; ;動態(tài)顯示動態(tài)顯示; ; 參照書參照書80-8380-83頁頁電子設(shè)計自動化（電子設(shè)計自動化（Electronic Design Auto

25、mationElectronic Design Automation，EDAEDA）技術(shù)是以計算機科學和）技術(shù)是以計算機科學和微電子微電子技術(shù)發(fā)展為先技術(shù)發(fā)展為先導，匯集了計算機圖形學、拓撲邏輯學、微電子工導，匯集了計算機圖形學、拓撲邏輯學、微電子工藝與結(jié)構(gòu)學和計算數(shù)學等多種計算機應(yīng)用學科最新藝與結(jié)構(gòu)學和計算數(shù)學等多種計算機應(yīng)用學科最新成果的先進技術(shù)，它是在先進的計算機工作平臺上成果的先進技術(shù)，它是在先進的計算機工作平臺上開發(fā)出的一整套電子系統(tǒng)設(shè)計的軟件工具。從開發(fā)出的一整套電子系統(tǒng)設(shè)計的軟件工具。從2020世世紀紀6060年代中期開始，人們不斷開發(fā)出各種計算機輔年代中期開始，人們不斷開發(fā)出各

26、種計算機輔助設(shè)計工具來幫助設(shè)計人員進行集成電路和電子系助設(shè)計工具來幫助設(shè)計人員進行集成電路和電子系統(tǒng)的設(shè)計，集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展對統(tǒng)的設(shè)計，集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展對EDAEDA技術(shù)提技術(shù)提出新的要求，并促進了出新的要求，并促進了EDAEDA技術(shù)的發(fā)展。技術(shù)的發(fā)展。33什么是什么是EDAEDA 電路仿真工具：主要用于模擬電路和數(shù)字電電路仿真工具：主要用于模擬電路和數(shù)字電路的仿真，常見的有路的仿真，常見的有SPICESPICEPSPICE PSPICE 、EWBEWB、MULTISIMMULTISIM等；等；電路板級設(shè)計工具：常見的有電路板級設(shè)計工具：常見的有PROTELEPROTELE、POW

27、ER PCBPOWER PCB等；等；可編程器件開發(fā)工具：常見的有可編程器件開發(fā)工具：常見的有MAXPLUS IIMAXPLUS II、QUARTUS IIQUARTUS II、MATLABMATLABDSP BUILDERDSP BUILDER等。等。3435EDAEDA（Electronics Design AutomationElectronics Design Automation）即電子設(shè)）即電子設(shè)計自動化技術(shù)，是利用計算機工作平臺，從事電子計自動化技術(shù)，是利用計算機工作平臺，從事電子系統(tǒng)和電路設(shè)計的一項技術(shù)。系統(tǒng)和電路設(shè)計的一項技術(shù)。EDAEDA技術(shù)為電子系統(tǒng)設(shè)計帶來了這樣的變化：

28、技術(shù)為電子系統(tǒng)設(shè)計帶來了這樣的變化：（1 1）設(shè)計效率提高，設(shè)計周期縮短；）設(shè)計效率提高，設(shè)計周期縮短；（2 2）設(shè)計質(zhì)量提高；）設(shè)計質(zhì)量提高；（3 3）設(shè)計成本降低；）設(shè)計成本降低；（4 4）能更充分地發(fā)揮設(shè)計人員的創(chuàng)造性；）能更充分地發(fā)揮設(shè)計人員的創(chuàng)造性；（5 5）設(shè)計成果的重用性大大提高，省去了不必要的）設(shè)計成果的重用性大大提高，省去了不必要的重復勞動。重復勞動。 EDA設(shè)計方法設(shè)計方法 36數(shù)字電路的數(shù)字電路的EDA設(shè)計是基于設(shè)計是基于FPGA進行設(shè)計的，支持進行設(shè)計的，支持自頂向下的設(shè)計方法：自頂向下的設(shè)計方法：（1）首先從系統(tǒng)設(shè)計入手，在頂層進行功能劃分和）首先從系統(tǒng)設(shè)計入手，在頂

29、層進行功能劃分和結(jié)構(gòu)設(shè)計；結(jié)構(gòu)設(shè)計；（2）然后再逐級設(shè)計底層的結(jié)構(gòu)；）然后再逐級設(shè)計底層的結(jié)構(gòu)；（3）并在系統(tǒng)級采用仿真手段驗證設(shè)計的正確性；）并在系統(tǒng)級采用仿真手段驗證設(shè)計的正確性；（4）最后完成整個系統(tǒng)的設(shè)計，實現(xiàn)從設(shè)計、仿真、）最后完成整個系統(tǒng)的設(shè)計，實現(xiàn)從設(shè)計、仿真、測試一體化。測試一體化。37傳統(tǒng)的設(shè)計方法是基于中小規(guī)模集成電路器件進行設(shè)傳統(tǒng)的設(shè)計方法是基于中小規(guī)模集成電路器件進行設(shè)計（如計（如7474系列及其改進系列、系列及其改進系列、CC4000CC4000系列、系列、74HC74HC系系列等都屬于通用型數(shù)字集成電路），而且是采用自列等都屬于通用型數(shù)字集成電路），而且是采用自底向

30、上進行設(shè)計：底向上進行設(shè)計：（1 1）首先確定可用的元器件；）首先確定可用的元器件；（2 2）根據(jù)這些器件進行邏輯設(shè)計，完成各模塊；）根據(jù)這些器件進行邏輯設(shè)計，完成各模塊；（3 3）將各模塊進行連接，最后形成系統(tǒng)；）將各模塊進行連接，最后形成系統(tǒng)；（4 4）而后經(jīng)調(diào)試、測量觀察整個系統(tǒng)是否達到規(guī)定）而后經(jīng)調(diào)試、測量觀察整個系統(tǒng)是否達到規(guī)定的性能指標。的性能指標。 383940QuartusII軟件的設(shè)計過程主要包括：軟件的設(shè)計過程主要包括：建立項目建立項目輸入設(shè)計電路（可采用不同方式）輸入設(shè)計電路（可采用不同方式）設(shè)計編譯設(shè)計編譯設(shè)計仿真設(shè)計仿真設(shè)計下載設(shè)計下載 QuartusQuartus設(shè)

31、計流程介紹設(shè)計流程介紹QuartusQuartus設(shè)計流程設(shè)計流程 啟動啟動Quartus 5.0Quartus 5.0（6.1)6.1)雙擊桌面上的雙擊桌面上的Quartus5.0Quartus5.0圖標或單擊開始按扭，在程圖標或單擊開始按扭，在程序菜單中選擇序菜單中選擇Quartus5.0 Quartus5.0 ，可以啟動可以啟動Quartus5.0Quartus5.0。其初始界面如圖所示。其初始界面如圖所示。 1新建一個工程新建一個工程利用利用QuartusII提供的新建工程指南可以幫助我們很容易的建立一提供的新建工程指南可以幫助我們很容易的建立一個工程：個工程：在主菜單上選擇在主菜單上

32、選擇FileNewProjectWizard將彈出如下圖將彈出如下圖所示對話框。所示對話框。 QuartusQuartus設(shè)計流程設(shè)計流程 在上圖中的第一個空白處需添入新建工程工作目錄的在上圖中的第一個空白處需添入新建工程工作目錄的路徑，為便于管理，路徑，為便于管理，QuartusII軟件要求每一個工程項軟件要求每一個工程項目及其相關(guān)文件都統(tǒng)一存儲在單獨的文件夾中。第二目及其相關(guān)文件都統(tǒng)一存儲在單獨的文件夾中。第二個空白處需添入新建的工程名稱。第三個空白處需添個空白處需添入新建的工程名稱。第三個空白處需添入的是工程的頂層設(shè)計實體名稱，要求頂層設(shè)計實體入的是工程的頂層設(shè)計實體名稱，要求頂層設(shè)計實

33、體名稱和新建的工程名稱保持一致。名稱和新建的工程名稱保持一致。如上圖所示添好后，按如上圖所示添好后，按Next按鈕，將會彈出加入文件按鈕，將會彈出加入文件對話框，如下圖所示。對話框，如下圖所示。 QuartusQuartus設(shè)計流程設(shè)計流程 可以在可以在File空白處選擇添入其他已存在的設(shè)計文件加入到空白處選擇添入其他已存在的設(shè)計文件加入到這個工程中，也可以使用這個工程中，也可以使用UserLibraryPathnames按鈕按鈕把用戶自定義的庫函數(shù)加入到工程中使用。完成后按把用戶自定義的庫函數(shù)加入到工程中使用。完成后按Next按鈕進入下一步。按鈕進入下一步。下面彈出的是選擇可編程邏輯器件對話

34、框，如下圖所下面彈出的是選擇可編程邏輯器件對話框，如下圖所示。選示。選Specific，手動選擇需要的器件，選手動選擇需要的器件，選Auto，則由則由編譯器自動選擇。編譯器自動選擇。QuartusQuartus設(shè)計流程設(shè)計流程 在下一步彈出的對話框中通過選擇器件的封裝形式，引腳在下一步彈出的對話框中通過選擇器件的封裝形式，引腳數(shù)目，以及速度級別來約束可選器件的范圍。如圖所示。數(shù)目，以及速度級別來約束可選器件的范圍。如圖所示。器件設(shè)置對話框器件設(shè)置對話框 QuartusQuartus設(shè)計流程設(shè)計流程 最后是由新建工程指南建立的工程文件摘要，顯示了上面最后是由新建工程指南建立的工程文件摘要，顯示了

35、上面的全部設(shè)置選項。至此，新工程建立完畢，在的全部設(shè)置選項。至此，新工程建立完畢，在QuartusIIQuartusII設(shè)設(shè)計軟件界面的頂部標題欄將顯示工程名稱和存儲路徑。如下計軟件界面的頂部標題欄將顯示工程名稱和存儲路徑。如下圖所示。圖所示。QuartusQuartus設(shè)計流程設(shè)計流程 2 2編輯文件編輯文件 單擊標題欄中的單擊標題欄中的FileNewFileNew對話框，如圖所示對話框，如圖所示。 單擊單擊NewNew對話框的對話框的Device Device Design FilesDesign Files選項卡，選擇編選項卡，選擇編譯文件的語言類型。這里選擇譯文件的語言類型。這里選擇B

36、lock Diagram/Schematic Block Diagram/Schematic FileFile，選好后單擊【，選好后單擊【OKOK】按鈕，按鈕，打開原理圖編輯器窗口，可以打開原理圖編輯器窗口，可以在此窗口進行原理圖的設(shè)計。在此窗口進行原理圖的設(shè)計。QuartusQuartus設(shè)計流程設(shè)計流程 在編輯窗中的任何一個位置上單擊鼠標右鍵，在彈出在編輯窗中的任何一個位置上單擊鼠標右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇其中的輸入元件項的快捷菜單中選擇其中的輸入元件項Insert-SymbolInsert-Symbol，于是將彈出如下圖所示的輸入元件的對話框于是將彈出如下圖所示的輸入元件的對話框 Q

37、uartusQuartus設(shè)計流程設(shè)計流程 選擇菜單選擇菜單File-Save AsFile-Save As命令，將已設(shè)計好的原理圖文件命令，將已設(shè)計好的原理圖文件取名并存盤在已為此項目建立的文件夾內(nèi)。取名并存盤在已為此項目建立的文件夾內(nèi)。QuartusQuartus設(shè)計流程設(shè)計流程 設(shè)置引腳：為了能對此全加器進行硬件測試，應(yīng)將其輸入設(shè)置引腳：為了能對此全加器進行硬件測試，應(yīng)將其輸入輸出信號鎖定在芯片確定的引腳上，編譯后下載。輸出信號鎖定在芯片確定的引腳上，編譯后下載。 選擇選擇ToolsTools菜單中的菜單中的AssignmentsAssignments項，即進入如圖所示的項，即進入如圖所

38、示的Assignment EditorAssignment Editor編輯器窗。在編輯器窗。在CategoryCategory欄中選擇欄中選擇PinPin，或直接單擊右上側(cè)的或直接單擊右上側(cè)的PinPin按鈕。按鈕。 QuartusQuartus設(shè)計流程設(shè)計流程 雙擊雙擊ToTo欄的欄的，在出現(xiàn)的如圖所示的下拉欄中分，在出現(xiàn)的如圖所示的下拉欄中分別選擇本工程要鎖定的端口信號名；然后雙擊對應(yīng)的別選擇本工程要鎖定的端口信號名；然后雙擊對應(yīng)的LocationLocation欄的欄的，在出現(xiàn)的下拉欄中選擇對應(yīng)端口，在出現(xiàn)的下拉欄中選擇對應(yīng)端口信號名的器件引腳號，如對應(yīng)信號名的器件引腳號，如對應(yīng)ain

39、,ain,選擇選擇8 8腳。腳。 QuartusQuartus設(shè)計流程設(shè)計流程 3 3QuartusIIQuartusII編譯編譯編譯設(shè)置：利用編譯設(shè)置：利用Quartus IIQuartus II提供的編譯設(shè)置指南可以幫助我提供的編譯設(shè)置指南可以幫助我們很容易的進行一個項目的編譯設(shè)置。在主菜單中選擇們很容易的進行一個項目的編譯設(shè)置。在主菜單中選擇Assignments/Compiler Settings WizardAssignments/Compiler Settings Wizard選項，將彈出一個對選項，將彈出一個對話框，要求輸入指定的編譯實體模塊和設(shè)定名字。話框，要求輸入指定的編譯實

40、體模塊和設(shè)定名字。編譯設(shè)置好后，在主菜單中選擇編譯設(shè)置好后，在主菜單中選擇Processing/Start Processing/Start Compilation Compilation 對所設(shè)置的項目進行編譯。對所設(shè)置的項目進行編譯。閱讀編譯報告：編譯后自動生成的編譯報告如圖閱讀編譯報告：編譯后自動生成的編譯報告如圖8.138.13所示，所示，它包含了怎樣將一個設(shè)計放到一個器件中的所有信息。有器件它包含了怎樣將一個設(shè)計放到一個器件中的所有信息。有器件使用統(tǒng)計，編譯設(shè)置情況，底層顯示，器件資源利用率，狀態(tài)使用統(tǒng)計，編譯設(shè)置情況，底層顯示，器件資源利用率，狀態(tài)機的實現(xiàn)，方程式，延時分析結(jié)果，機

41、的實現(xiàn)，方程式，延時分析結(jié)果，CPUCPU使用資源。使用資源。QuartusQuartus設(shè)計流程設(shè)計流程 QuartusQuartus設(shè)計流程設(shè)計流程 Quartus設(shè)計流程設(shè)計流程4QuartusII仿真仿真QuartusII支持多種仿真輸入方法，它支持波形方式輸入，如：支持多種仿真輸入方法，它支持波形方式輸入，如：向量波形文件（向量波形文件（.vwf）、）、向量文件（向量文件（.vec）、）、列表文件列表文件（.tbl），），也支持也支持Testbench如：如：Tcl/TK腳本文件，同時也支腳本文件，同時也支持第三方的仿真工具的持第三方的仿真工具的Verilog/VHDLTestben

42、ch。QuartusII仿真設(shè)置仿真設(shè)置:利用利用QuartusII提供的仿真設(shè)置指南可提供的仿真設(shè)置指南可以幫助我們快速進行一個項目的仿真設(shè)置。在主菜單中選以幫助我們快速進行一個項目的仿真設(shè)置。在主菜單中選擇擇Assignments/SimulatorSettingsWizard選項，在彈出的選項，在彈出的對話框中，輸入指定的仿真實體模塊和設(shè)定名字。對話框中，輸入指定的仿真實體模塊和設(shè)定名字。Quartus設(shè)計流程設(shè)計流程 建立仿真波形文件建立仿真波形文件:在主菜單在主菜單中選擇中選擇File/New選項，在彈出選項，在彈出的的New對話框中選擇對話框中選擇OtherFiles選項中的選項中

43、的VectorWaveformFile。設(shè)置仿真參數(shù)設(shè)置仿真參數(shù):設(shè)置仿真時間設(shè)置仿真時間區(qū)域。對于時序仿真來說，將區(qū)域。對于時序仿真來說，將仿真時間軸設(shè)置在一個合理的仿真時間軸設(shè)置在一個合理的時間區(qū)域上十分重要。通常設(shè)時間區(qū)域上十分重要。通常設(shè)置的時間范圍在數(shù)十微秒間：置的時間范圍在數(shù)十微秒間： Quartus設(shè)計流程設(shè)計流程 將工程端口信號節(jié)點選入波形編輯器中。將工程端口信號節(jié)點選入波形編輯器中。Quartus設(shè)計流程設(shè)計流程 編輯輸入波形編輯輸入波形( (輸入激勵信號輸入激勵信號) )。QuartusQuartus設(shè)計流程設(shè)計流程 存盤，并啟動仿真存盤，并啟動仿真QuartusQuart

44、us設(shè)計流程設(shè)計流程 觀察仿真波形觀察仿真波形QuartusQuartus設(shè)計流程設(shè)計流程 5、QuartusII下載下載:打開編程窗和配置文件。首先將實驗系統(tǒng)和并口通信線連打開編程窗和配置文件。首先將實驗系統(tǒng)和并口通信線連接好，打開電源。在菜單接好，打開電源。在菜單Tool中選擇中選擇Programmer，于是彈，于是彈出如圖所示的編程窗。在出如圖所示的編程窗。在Mode欄中有欄中有4種編程模式可以選擇：種編程模式可以選擇：JTAG，PassiveSerial（被動串行配置方式）（被動串行配置方式） ，ActiveSerial和和In-Socket。為了直接對。為了直接對FPGA進行配置，在編程窗進行配置，在編程窗的編程模式的編程模式Mode中選中選JTAG(默認默認)，并選中打勾下載文件右，并選中打勾下載文件右側(cè)的第一小方框。注意要仔細核對下載文件路徑與文件名。側(cè)的第一小方框。注意要仔細核對下載文件路徑與文件名。如果此文件沒有出現(xiàn)或有錯，單擊左側(cè)如果此文件沒有出現(xiàn)或有錯，單擊左側(cè)“AddFile”按鈕，按鈕，手動選擇配置文件手動選擇配置文件f_ad