EDA應用技術 第2版 課件 01-2位二進制數(shù)乘法器設計方案教學課件

項目一2位二進制數(shù)乘法器設計制作方案以2位二進制數(shù)乘法器設計為載體，介紹基于FPGA(Field-ProgrammableGateArray)的EDA（ElectronicDesignAutomation）技術。通過在QuartusII集成開發(fā)環(huán)境，基于原理圖輸入的2位二進制數(shù)乘法器設計，認識EDA開發(fā)流程，熟悉開發(fā)工具QuartusPrime20.1和仿真工具ModelSim-Altera2020.1。教學目標項目一2位二進制數(shù)乘法器設計制作方案技能目標知識目標素質(zhì)目標(1)會安裝EDA開發(fā)工具軟件。(2)能使用QuartusPrime20.1軟件，應用原理圖輸入法設計簡單的組合邏輯電路。(3)能使用ModelSim-Altera2020.1軟件對設計電路進行仿真。(4)能將設計好的硬件程序通過編程器載入開發(fā)板目標芯片。(5)能使用QuartusPrime20.1軟件對設計電路進行管腳分配。(6)能用開關與數(shù)碼管設計數(shù)字電子系統(tǒng)的輸入與輸出。(1)知道EDA技術概況。(2)知道FPGA的工作原理與基本結構。(3)掌握基于FPGA的EDA開發(fā)流程。(4)熟悉QuartusPrime20.1開發(fā)工具界面。(5)熟悉ModelSim-Altera2020.1仿真工具界面。(1)訓練正確使用工具、儀器、電子元器件。(2)訓練安全用電操作，電子元器件安全調(diào)試。(3)訓練規(guī)范的嚴謹細致的電子設計規(guī)范。任務描述設計2位二進制數(shù)乘法器：在QuartusPrime20.1軟件平臺上，用原理圖輸入法設計2位二進制數(shù)乘加器；用ModelSim-Altera2020.1仿真軟件仿真檢查設計結果；硬件驗證采用FPGA最小系統(tǒng)板；輸入輸出可利用的資源有按鈕開關、LED燈、數(shù)碼管、連接線等即插件。項目一2位二進制數(shù)乘法器設計制作方案設計方案1.2位二進制乘法器組成兩位二進制數(shù)相乘，最多可得四位二進制數(shù)，其乘法運算，如圖1.1所示。圖1.1兩位二進制數(shù)相乘過程項目一2位二進制數(shù)乘法器設計制作方案從兩位二進制數(shù)相乘過程可知：系統(tǒng)可分解為兩個半加器和4個與門聯(lián)結而成，如圖1.2所示。圖1.22位二進制數(shù)乘法器原理圖項目一2位二進制數(shù)乘法器設計制作方案1位二進制數(shù)半加器輸入端口有加數(shù)Bn與被加數(shù)An,輸出端口有和Sn與進位Cn,其模型如圖1.3所示。圖1.3半加器模型項目一2位二進制數(shù)乘法器設計制作方案圖1.4半加器原理圖根據(jù)半加器定義及真值表可得邏輯表達式；根據(jù)邏輯表達式，畫出1位半加器原理圖，如圖1.4所示。項目一2位二進制數(shù)乘法器設計制作方案圖1.5兩位二進制數(shù)輸入?yún)⒖茧娐?.輸入電路設計用二個按鍵開關代表2位二進制數(shù)輸入，當按鍵按下時輸入高電平，與之相連的發(fā)光二極管“亮”，表示輸入二進制數(shù)“1”；當按鍵未按下時，輸入低電平，與之相連的發(fā)光二極管“滅”，表示輸入二進制數(shù)“0”。輸入?yún)⒖茧娐啡鐖D1.5所示。項目一2位二進制數(shù)乘法器設計制作方案圖1.6四位二進制數(shù)輸出參考電路3.用發(fā)光二極管表示輸出用發(fā)光二極管的“亮”與“滅”表示輸出的二進制數(shù)“1”與“0”。當輸出為高電平時，與之相連接的發(fā)光二極管“亮”，表示數(shù)出二進制數(shù)“1”；當輸出為低電平時，與之相連接的發(fā)光二極管“滅”，表示數(shù)出二進制數(shù)“0”。輸出參考電路，如圖1.6所示。項目一2位二進制數(shù)乘法器設計制作方案圖1.7七段數(shù)碼管的形態(tài)與輸出電路連接原理圖4.用數(shù)碼管表示輸出值為了直觀地顯示2位二進制數(shù)乘法器積的輸出數(shù)值，可用七段數(shù)碼管，表示輸出積的值。七段數(shù)碼管的形態(tài)與輸出電路的連接原理圖，如圖1.7所示。項目一2位二進制數(shù)乘法器設計制作方案七段數(shù)碼管需要7位二進制數(shù)表示，而2位二進制數(shù)乘法器輸出為4位二進制數(shù),因而，需要增加譯碼器。譯碼器可以選擇BCD七段譯碼器，其真值表如表1.3所示。項目一2位二進制數(shù)乘法器設計制作方案增加譯碼器后2位二進制數(shù)乘法器原理圖，如圖1.8所示。圖1.8具有譯碼器的2位二進制數(shù)乘法器原理圖項目一2位二進制數(shù)乘法器設計制作方案5.輸入輸出值均用數(shù)碼管表示圖1.9兩位二進制數(shù)乘法