EDA技术与HDL 实验指导书
吉林大学珠海学院
二零一一年制定
目录
实验一：实验环境和平台的建立 (1)
实验二：组合逻辑电路设计 (12)
实验三：多层次设计 (14)
实验四：时序逻辑电路设计（一） (18)
实验五：时序逻辑电路设计（二） (20)
实验六：分频器的设计 (22)
实验七：通用移位寄存器的设计 (23)
实验八：数码管扫描显示的设计 (24)
实验九：正弦信号发生器的设计 (26)
实验十：序列检测器的设计 (36)
实验一：实验环境和平台的建立
一、实验目的：
熟悉Quartus II的VHDL文本设计流程，学习8-3编码器的设计、仿真。二、实验内容：
用VHDL编写8-3编码器的VHDL代码并仿真。
三、实验环境
PC 机（Pentium100 以上）、Altera Quartus II 6.0 CPLD/FPGA 集成开环境。
四、实验原理
在数字系统中，常常需要将某一信息（输入）变换为某一特定的代码（输出）。把二进制码按一定的规律排列，例如8421码、格雷码等，使每组代码具有一特定的含义（代表某个数字或是控制信号）称为编码。具有编码功能的逻辑电路称为编码器。编码器有若干个输入，在某一时刻只有一个输入被转换为二进制码。例如8线-3线编码器和10线-4线编码器分别有8输入、3位输出和10位输入、4位输出。8线-3线编码器的真值表见表1-1，管脚图如图1-1所示。
输入输出
A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 Y2 Y1 Y0
0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0
0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1
0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0
0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1
0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0
0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1
0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0
1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1
表1-1 8-3编码器真值表
图1-1 8-3编码器管脚图
五、实验步骤
1、打开Quartus II 6.0软件，选择File | New Project Wizard新建一个工程，
在对话框中第一行选择工程路径，并为该工程新建一个文件夹，本例更改路径为D:\test\vhdl\exp1。工程路径最后为D:\test\vhdl\exp1；第二行输入工程名bm8_3；第三行是工程顶层设计文件名，该顶层设计文件名一定要与设计文件中模块名一致，可以与工程名不同，但一般都和工程名一致，（注意：在Quartus II中区分大小写）这里输入bm8_3；如图1-2所示。
图1-2 在Quartus II里面新建工程（1）
2、单击“Next”，此对话框是向工程中添加设计文件的。现在还没有写设计文件，
所以没有文件可以添加；直接单击“Next”，进入器件选择对话框。在Family 下拉菜单中选择Cyclone II 系列。然后在Filters下的Package下拉菜单中选择封装形式FBGA，Pin count下拉菜单中选择管脚数484，Speed grade下拉菜单中选择速度级别8；然后在Available devices中选择EP2C20F484C8器件。
如图1-3所示。
图1-3 在Quartus II里面新建工程（2）
3、单击“Next”进入选择其他EDA工具对话框，这里都不选，直接单击“Next”
进入工程信息对话框，列出了工程名，模块名和器件名等信息，如图1-4所示
图1-4 在Quartus II里面新建工程（3）
4、最后单击“Finish”完成工程建立。
5、新建设计文件，选择File | New ，在New对话框中选择Device Design Files
下的VHDL File，单击OK，完成新建设计文件。如图1-5所示。
图1-5 在Quattus II里面新建文件
6、在新建设计文件中输入VHDL程序，如图1-6所示。
图1-6 在Quartus II里面输入代码
本例只有一个设计文件，即为顶层设计文件，它的模块名一定要与顶层设计文件名bm8_3一致，然后保存到工程文件夹exp1下，命名为bm8_3，即为顶层设计文件。如图1-7所示。
图1-7 保存文件
7、保存后，利用QuartusII进行全程编译，选择工具栏里的Processing -> Start Compilation进行编译，如图1-8所示。
图1-8 全程编译后错的报告信息
8、编译通过后进行时序仿真，选择工具栏里的File | New ，在New对话框中选择Other Files下的Vector Waveform File，单击OK，完成新建仿真波形文件。如图1-9所示。
图1-9 新建仿真波形文件
9、设置仿真时间区域。
图1-10 设置仿真时间长度10、将工程bm8_3的端口信号节点选入波形编辑器中。
图1-11 打开信号节点查询端口11、将工程bm8_3的端口信号节点选入波形编辑器中。
12、编辑输入波形
13、选择工具栏里的Processing | Start Simulation进行仿真，观察结果。
图1-14 进行仿真
14、在仿真没有问题以后，先利用QuartusII编译一次，然后分配管脚。分配管脚有两种方法。一种是选择如图1-15所示的选项，出现如图1-16的对话框，在里面编辑定义管脚。另外的一种方法是编译qsf文件，在Quartus文件下利用文本编辑器打开bm8_3.qsf文件，可以就直接添加管脚。如图1-17所示。
图1-15 分配管脚选项（1）
图1-16 分配管脚选项（2）
图1-17 分配管脚选项（3）
注意：在修改bm8_3.qsf文件来分配管脚的时候，使用VHDL编写的模块端口名必须与qsf文件中的管脚名一致，否则，主板上的按键和LED灯就不能连接在我们编写的模块端口上。我们这里用到的是低8位的拨码开关Bit7-Bit0作为输入，LED2、LED1、LED0作为输出。我们提供了SOPC1000的实验箱主板和核心板完整的qsf文件，用文本编辑器打开，把相应的管脚分配拷贝到bm8_3.qsf中，并且
修改管脚名，与模块的端口名一致。如图1-18和图1-19所示。
图1-18 修改qsf文件
图1-19 修改后的qsf文件
15、在Assignments|Device 里面打开Device& Pin Options选项，在Unused Pins页里面的选择第一项As input tri-stated。每次新建的工程编译前必须设置这个选项。如图1-20。
图1-20 未使用的管脚设置
16、利用QuartusII编译布局，下载开发板进行验证。
17、将开关选择跳线选择至低8位拨动开关，利用低BIT7~BIT0位作为输入，LED2、LED1、LED0作为输出。
18、分析比较实测的结果和仿真时序波形。
实验二：组合逻辑电路设计
一、实验目的：
学习组合逻辑电路，学习译码器的功能与定义，学习VHDL。
二、实验内容：
编写3-8译码器的VHDL 代码并仿真，编译下载验证。
三、实验环境
PC 机（Pentium100 以上）、Altera Quartus II 6.0 CPLD/FPGA 集成开发环境、AR1000核心板、SOPC-MBoard板、ByteBlaster II 下载电缆。
四、实验原理
译码是编码的逆过程，它的功能是将特定含义的二进制码进行辨别，并转换成控制信号，具有译码功能的逻辑电路成为译码器。
译码器可分为两种类型，一种是将一系列代码转换成与之一一对应得有效信号。这种译码器可以称为唯一地址译码器，它常用于计算机中对存储器单元地址的译码，即将每一个地址代码换成一个有效信号，从而选中对应的单元。另一种是将一种代码转换成另一种代码，所以也称为代码变换器。
3线-8线译码器的真值表见表2-1，管脚图如图2-1所示。
输入输出
G1 G2 G3 A2 A1 A0 Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0
x 1 x x x x 1 1 1 1 1 1 1 1
x x 1 x x x 1 1 1 1 1 1 1 1
0 x x x x x 1 1 1 1 1 1 1 1
1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0
1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1
1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1
1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1
1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1
1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1
1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1
1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1
表2-1 3-8译码器真值表
图2-1 3-8译码器管脚图
五、实验步骤
1、按照真值表编写3-8译码器VHDL代码。
2、利用仿真软件进行编译仿真，给出电路的时序逻辑波形。
3、将开关选择跳线选择至低3位拨动开关，利用低3位BIT2 、BIT1、BIT0作为A输入，G1、G2、G3分别由BIT5、BIT6、BIT7作为输入。LED7、LED6、…LED0作为输出。利用QuartusII编译布局，下载开发板进行验证。
4、分析比较实测的结果和仿真时序波形。
实验三：多层次设计
一、实验目的：
学习加法器的功能与定义，学习VHDL，学习用图形方法设计多层次结构的VHDL设计。
二、实验内容：
编写一个半减器和一个或门的VHDL代码，用图形的方法建立一个全加器并编译，仿真。
三、实验环境
PC 机（Pentium100 以上）、Altera Quartus II 6.0 CPLD/FPGA 集成开发环境。
四、实验原理
算术运算式数值系统的基本功能，更是计算机中不可缺少的组成单元。
1、半加器
半加法和全加法是算术运算电路中的基本单元，它们是完成1位二进制相加的一种组合逻辑电路。一位加法器的真值表见下表；由表3-1中可以看见，这种加法没有考虑低位来的进位，所以称为半加。半加器就是实现下表中逻辑关系的电路。
被加数A 加数B 和数S 进位C
0 0 0 0
0 1 1 0
1 0 1 0
1 1 0 1
表3-1 一位半加器真值表
2、全加器
全加器能进行加数、被加数和低位来的进位信号相加，并根据求和结果给出该位的进位信号。根据它的功能，全加器可由半加器和或门组成，其结构图如图3-1所示。
图3-1 全加器结构
五、 实验步骤
1、先建立一个工程，工程名为f_adder.vhd ，在工程中建立两个VHDL 文件，文 件名分别是h_adder.vhd 和or_2a.vhd 。h_adder.vhd 按半加器真值表进行编写，or_2a.v 完成了或门的功能。
2、分别为h_adder.vhd 和or_2a.vhd 两个文件设置成可调用的元件，选择File | Creat/_update | Creat Symbol Files for Current File ，
图3-2 将Verilog 文件设置成可调用的元件
3、为工程建立顶层文件，选择File | New,新建文件，在对话框里选择Block Diagram/Schematic File ，建立图形文件。
ain cout cout ain bin sum
cin
bin sum
cin
f_adder
or2a
f e
d u3
u2
u1b
a c
co so
B
co so
B
h_adder A h_adder
A
图3-3 建立图形文件
4、在图形文件里，双击鼠标左键，出现Symbol对话框。选择Libraries | Project|h_adder添加h_adder元件。
图3-4 添加元件
5、用相同的方法添加or2a元件
6、在图形文件里，双击鼠标左键，出现Symbol对话框。选择Libraries | d:/altera/quartus60/libraries/ | primirives | pin | input 添加输入引脚。
图3-5 添加引脚
7、用相同的方法添加需要的输出引脚。
8、按图3-1连接好个元件和引脚，然后分别在input和output引脚的PIN NAME上双击使其变为黑色，按图3-1修改引脚名。
9、将此文件保存为与工程顶层文件名相同的名字f_adder.bdf做为此工程的顶层文件，并对此文件进行编译。
10、编译好后进行仿真，给出仿真波形，分析是否满足全加器的逻辑。
实验四：时序逻辑电路设计（一）
一、实验目的：
学习时序逻辑电路，学习计数器的原理，学习VHDL。
二、实验内容：
编写一个带预置输入，清零输入，可加/可减计数器的VHDL 代码并仿真。
三、实验环境
PC 机（Pentium100 以上）、Altera Quartus II 6.0 CPLD/FPGA 集成开发环境。
四、实验原理
计数器是数字系统中用的较多的基本逻辑器件。它不仅能记录输入时钟脉冲的个数，还可以实现分频、定时等功能。
计数器的种类很多。按脉冲方式可以分为同步计数器和异步计数器；按进制可以分为二进制计数器和非二进制计数器；按计数过程数字的增减，可分为加计数器、减计数器和可逆计数器。
本实验就是设计一个4位二进制加减法计数器，该计数器可以通过一个控制信号决定计数器时加计数还是减计数，另外，该寄存器还有一个清零输入，低电平有效。还有一个load装载数据的信号输入，用于预置数据；还有一个C的输出，用于计数器的级联。其功能表如表4-1所示;管脚定义如图4-1所示。
R CLK load up_down 状态
L x x x 置零
H x L x 置数
H ↑H 0 减法
H ↑H 1 加法
表4-1 4位二进制加减法计数器功能表
EDA技术与VHDL程序设计基础教程习题答案 第1章EDA习题答案 1.8.1填空 1.EDA的英文全称是Electronic Design Automation 2.EDA技术经历了计算机辅助设计CAD阶段、计算机辅助工程设计CAE阶段、现代电子系统设计自动化EDA阶段三个发展阶段 3. EDA技术的应用可概括为PCB设计、ASIC设计、CPLD/FPGA设计三个方向 4.目前比较流行的主流厂家的EDA软件有Quartus II、ISE、ModelSim、ispLEVER 5.常用的设计输入方式有原理图输入、文本输入、状态机输入 6.常用的硬件描述语言有VHDL、V erilog 7.逻辑综合后生成的网表文件为EDIF 8.布局布线主要完成将综合器生成的网表文件转换成所需的下载文件 9.时序仿真较功能仿真多考虑了器件的物理模型参数 10.常用的第三方EDA工具软件有Synplify/Synplify Pro、Leonardo Spectrum 1.8.2选择 1.EDA技术发展历程的正确描述为（A） A CAD->CAE->EDA B EDA->CAD->CAE C EDA->CAE->CAD D CAE->CAD->EDA 2.Altera的第四代EDA集成开发环境为（C） A Modelsim B MUX+Plus II C Quartus II D ISE 3.下列EDA工具中，支持状态图输入方式的是（B） A Quartus II B ISE C ispDesignEXPERT
D Syplify Pro 4.下列几种仿真中考虑了物理模型参数的仿真是（A） A时序仿真 B 功能仿真 C 行为仿真 D 逻辑仿真 5.下列描述EDA工程设计流程正确的是（C） A输入->综合->布线->下载->仿真 B布线->仿真->下载->输入->综合 C输入->综合->布线->仿真->下载 D输入->仿真->综合->布线->下载 6.下列编程语言中不属于硬件描述语言的是（D） A VHDL B V erilog C ABEL D PHP 1.8.3问答 1.结合本章学习的知识，简述什么是EDA技术？谈谈自己对EDA技术的认识？ 答：EDA（Electronic Design Automation）工程是现代电子信息工程领域中一门发展迅速的新技术。 2.简要介绍EDA技术的发展历程？ 答：现代EDA技术是20世纪90年代初从计算机辅助设计、辅助制造和辅助测试等工程概念发展而来的。它的成熟主要经历了计算机辅助设计（CAD，Computer Aided Design）、计算机辅助工程设计（CAED，Computer Aided Engineering Design）和电子设计自动化（EDA，Electronic System Design Automation）三个阶段。 3.什么是SOC？什么是SOPC？ 答：SOC （System on Chip，片上系统） SOPC（System on a Programmable Chip，片上可编程系统) 4.对目标器件为CPLD/FPGA的VHDL设计，主要有几个步骤？每步的作用和结果分别是什
辽东学院自编教材 《可编程逻辑器件原理及应用实验》指导书 李海成编 （计算机科学与技术、电子信息工程专业用） 姓名： 学号： 班级： 信息技术学院 2013年6月
目录 目录 (1) 实验一MAX+PLUS-II设计三八译码器......... 错误！未定义书签。实验二半加器 . (2) 实验三带进位输入的8位加法器 (4) 实验四数据比较器 (6) 实验五编码器 (9) 实验六组合逻辑电路的设计 (12) 实验七计数器 (14) 实验八触发器功能的模拟实现 (17)
（被加数）Ai （被加数）Bi （半加和）Hi （本位进位）Ci 实验二 半加器 实验类型： 验证性 实验课时： 2 指导教师： 李海成 时 间：201 年 月 日 课 次：第 节 教学周次：第 周 实验分室： 实验台号： 实 验 员： 一、 实验目的 1.设计并实验一个一位半加器 2.掌握CPLD/FPGA 组合逻辑设计基本方法。 二、 实验原理 计算机中数的操作都是以二进制进位的，最基本的运算就是加法运算。按照进位是否加入，加法器分为半加器和全加器电路两种。计算机中的异或指令的功能就是求两个操作数各位的半加和。一位半加器有两个输入、输出，如图2-1。 图2-1 一位半加器示意图 表2-1 一个半加大路的真值表如表2-1所示，根据真值表可得到半加器的函数表达式： Bi Ai Bi Ai Hi ?+?= Bi Ai Ci ?= 三、 实验连线 半加器的两个输入所对应的管脚同两位拨码开关相连,两个输入管脚名为a 、b ；两个输出所对应的管脚同两位发光二极管相连,两个输出管脚名为 c0和s,其中c0表示进位, s 表示相加结果。 四、
第一章 1-1 EDA技术与ASIC设计和FPGA开发有什么关系? P3~4 答：利用EDA技术进行电子系统设计的最后目标是完成专用集成电路ASIC的设计和实现；FPGA和CPLD是实现这一途径的主流器件。FPGA和CPLD通常也被称为可编程专用IC，或可编程ASIC。FPGA和CPLD的应用是EDA技术有机融合软硬件电子设计技术、SoC（片上系统）和ASIC设计，以及对自动设计与自动实现最典型的诠释。 1-2与软件描述语言相比，VHDL有什么特点? P6 答：编译器将软件程序翻译成基于某种特定CPU的机器代码，这种代码仅限于这种CPU而不能移植，并且机器代码不代表硬件结构，更不能改变CPU的硬件结构，只能被动地为其特定的硬件电路结构所利用。综合器将VHDL 程序转化的目标是底层的电路结构网表文件，这种满足VHDL设计程序功能描述的电路结构，不依赖于任何特定硬件环境；具有相对独立性。综合器在将VHDL(硬件描述语言)表达的电路功能转化成具体的电路结构网表过程中，具有明显的能动性和创造性，它不是机械的一一对应式的“翻译”，而是根据设计库、工艺库以及预先设置的各类约束条件，选择最优的方式完成电路结构的设计。 l-3什么是综合?有哪些类型?综合在电子设计自动化中的地位是什么? P5 什么是综合? 答：在电子设计领域中综合的概念可以表示为：将用行为和功能层次表达的电子系统转换为低层次的便于具体实现的模块组合装配的过程。 有哪些类型? 答：(1)从自然语言转换到VHDL语言算法表示，即自然语言综合。(2)从算法表示转换到寄存器传输级(RegisterTransport Level，RTL)，即从行为域到结构域的综合，即行为综合。(3)从RTL级表示转换到逻辑门(包括触发器)的表示，即逻辑综合。(4)从逻辑门表示转换到版图表示(ASIC设计)，或转换到FPGA的配置网表文件，可称为版图综合或结构综合。 综合在电子设计自动化中的地位是什么? 答：是核心地位（见图1-3）。综合器具有更复杂的工作环境，综合器在接受VHDL程序并准备对其综合前，必须获得与最终实现设计电路硬件特征相关的工艺库信息，以及获得优化综合的诸多约束条件信息；根据工艺库和约束条件信息，将VHDL程序转化成电路实现的相关信息。 1-4在EDA技术中，自顶向下的设计方法的重要意义是什么? P7~10 答：在EDA技术应用中，自顶向下的设计方法，就是在整个设计流程中各设计环节逐步求精的过程。 1-5 IP在EDA技术的应用和发展中的意义是什么? P11~12 答：IP核具有规范的接口协议，良好的可移植与可测试性，为系统开发提供了可靠的保证。 第二章 2-1 叙述EDA的FPGA/CPLD设计流程。P13~16 答：1.设计输入(原理图/HDL文本编辑)；2.综合；3.适配；4.时序仿真与功能仿真；5.编程下载；6.硬件测试。 2-2 IP是什么?IP与EDA技术的关系是什么? P24~26 IP是什么? 答：IP是知识产权核或知识产权模块，用于ASIC或FPGA/CPLD中的预先设计好的电路功能模块。 IP与EDA技术的关系是什么?答：IP在EDA技术开发中具有十分重要的地位；与EDA技术的关系分有软IP、固IP、硬IP：软IP是用VHDL等硬件描述语言描述的功能块，并不涉及用什么具体电路元件实现这些功能；软IP 通常是以硬件描述语言HDL源文件的形式出现。固IP是完成了综合的功能块，具有较大的设计深度，以网表文件的形式提交客户使用。硬IP提供设计的最终阶段产品：掩模。 2-3 叙述ASIC的设计方法。P18~19 答：ASIC设计方法,按版图结构及制造方法分有半定制(Semi-custom)和全定制(Full-custom)两种实现方法。 全定制方法是一种基于晶体管级的，手工设计版图的制造方法。 半定制法是一种约束性设计方式，约束的目的是简化设计，缩短设计周期，降低设计成本，提高设计正确率。半定制法按逻辑实现的方式不同，可再分为门阵列法、标准单元法和可编程逻辑器件法。 2-4 FPGA/CPLD在ASIC设计中有什么用途? P16,18 答：FPGA/CPLD在ASIC设计中，属于可编程ASIC的逻辑器件；使设计效率大为提高，上市的时间大为缩短。 2-5 简述在基于FPGA/CPLD的EDA设计流程中所涉及的EDA工具，及其在整个流程中的作用。 P19~23答：基于FPGA/CPLD的EDA设计流程中所涉及的EDA工具有：设计输入编辑器（作用：接受不同的设计输
实验一上机学习电路原理图的绘制（2） 一、设计目的 1. 掌握PROTEL软件的安装、运行及卸载，掌握Protel 99 SE的基本操作； 2. 掌握设计管理器的使用和设计环境的设置，熟悉常用元件库和各主要菜单及命令的使用； 3．学习电路原理图的基本绘图方法 二、设计内容 1.设置原理图的环境参数，添加相应的元件库文件 2.绘制课本P92页的一个D/A功能模块电路图，其中由一片12位的D/A、两片运放、一些电阻和电容组成 图1-1 实验1电路原理图实例 三、设计设备和仪器 1．计算机 1 台（CPU要求Pentium 166MHz以上，推荐内存应为16MB以上，显示器分辨率为800×600(或1024×768)模式。） 2.Protel 99SE 软件 四、设计方法 根据电路图加载相应的元件库文件，然后选择放置电子元件，编辑各元件并精确调整元件位置。对放置好的元件根据例图连接导线，绘制总线和总线出入端口，放置网络标号及电源和输入输出端口。最后放置注释文字。 五、实验步骤 （1）新建名为自己学号姓名的设计数据库 点击“NEW新建”新建数据库文件 在上图所示的选项栏里设置名为自己姓名学号的数据库文件 （2）建立名为自己姓名的原理图文件
点击上图所示图标建立名为自己姓名的原理图文件（3）进入原理图设计环境，修改文件名并修改图纸大小为A4 点击下图中“Options”选项设置图纸大小 （4）加载常用元件库 （5）从元件库中选出需用元件放在原理图设计工作面上 （6）利用绘图工具对所有元器件进行连线 最终原理图如图所示。 六、设计报告 1．明确实验目的和实验要求； 2．写出详细的实验内容和步骤； 3．写出实验中遇到的问题及改正的方法 七、注意事项 熟悉绘图工具的功能和用法是绘制好电路原理图的关键。
实验一 MAX+PLUSII软件的使用 [实验目的] 掌握MAX+PLUSII软件的使用。 [实验内容] 学习MAX+PLUSII软件的设计操作步骤。 [实验原理] MAX+PLUSII软件介绍。 MAX+PLUSII软件功能简介： 1 原理图输入（Graphic Editor） MAX+PLUSII软件具有图形输入能力,用户可以方便的使用图形编辑器输入电路图,图中的元器件可以调用元件库中元器件,除调用库中的元件以外,还可以调用该软件中的符号功能形成的功能块。 2 硬件描述语言输入(Text Editor) MAX+PLUSII软件中有一个集成的文本编辑器,该编辑器支持VHDL,AHDL和Verilog硬件描述语言的输入,同时还有一个语言模板使输入程序语言更加方便,该软件可以对这些程序语言进行编译并形成可以下载配置数据。 3 波形编辑器(waveform Editor) 在进行逻辑电路的行为仿真时，需要在所设计电路的输入端加入一定的波形，波形编辑器可以生成和编辑仿真用的波形（*.SCF文件），使用该编辑器的工具条可以容易方便的生成波形和编辑波形。 4 编译与仿真 当设计文件被编译好,并在波形编辑器中将输入波形编辑完毕后,就可以进行行为仿真了,通过仿真可以检验设计的逻辑关系是否准确。 5 器件编程 当设计全部完成后,就可以将形成的目标文件下载到芯片中,实际验证设计的准确性。[实验步骤] 设计过程如下： 1)输入项目文件名(File/Project/Name) 2)输入源文件(图形、VHDL、AHDL、Verlog和波形输入方式) (Max+plusⅡ/graphic Editor, Max+plusⅡ/Text Editor, Max+plusⅡ/Waveform Editor) 3)指定CPLD型号(Assign/Device) 4)设置管脚、下载方式和逻辑综合的方式 (Assign/Global Project Device Option,Assign/Global Logic Synthesis) 5)保存并检查源文件(File/project/Save & Check) 6)指定管脚(Max+plusⅡ/Floorplan Editor) 7)保存和编译源文件(File/project/Save & Compile) 8)生成波形文件(Max+plusⅡ/Waveform Editor) 9)仿真(Max+plusⅡ/Simulator) 10)下载配置(Max+plusⅡ/Programmer) [实验报告要求] 不做要求。 实验二简单组合逻辑电路设计 [实验目的] 1 通过本实验提供的实例,掌握组合逻辑电路的设计方法。
EDA技术与VHDL语言课程设计 课程设计 EDA技术与VHDL语言 课程设计报告 班级: 电信11-2班 姓名: 董元伟 学号: 1106110205 指导教师: 李铁 成绩: 电子与信息工程学院 信息与通信工程系 - 2 - 课程设计;数字密码锁 目录 摘 要 ..................................................................... .......................................... - 3 - 一、设计目 的 ..................................................................... ............................ - 4 - 二、设计内容和要 求 ..................................................................... .................. - 4 - 1、用户开 锁 ..................................................................... ......................... - 5 -
2、管理员解除警 报 ..................................................................... .............. - 5 - 3、管理员修改密 码 ..................................................................... .............. - 5 - 4、定时返 回 ..................................................................... ......................... - 6 - 三、设计思路和系统结构...................................................................... ............ - 6 - 1、设计模 块 ..................................................................... ......................... - 6 - 2、系统结构和数字密码锁原理 图 .............................................................. - 7 - 3、设计思 路 ..................................................................... ......................... - 8 - 四、实验设计程序 如 ..................................................................... ................... - 9 - 五、创建测试平台仿真结 果 ..................................................................... ....... - 21 - 参考文
EDA实验指导书
目录 实验一基于QUARTUSII图形输入电路的设计 (2) 实验二含异步清零和同步使能的加法计数器 (5) 实验三图形和VHDL混合输入的电路设计 (7) 实验四矩阵键盘接口电路的设计 (10) 实验五交通灯控制电路实验 (16) 附图EP1K10TC100管脚图 (24) 主芯片：ACEX 1K 系列的EP1K10TC100-3 下载电缆：Byte Blaster II
实验一基于QUARTUSII图形输入电路的设计 一、实验目的 1、通过一个简单的3线—8线译码器的设计,掌握组合逻辑电路的设计方法。 2、初步了解QUARTUSII原理图输入设计的全过程。 3、掌握组合逻辑电路的静态测试方法。 二、实验原理 3线-8线译码器三输入，八输出。当输入信号按二进制方式的表示值为N时，输出端标号为N的输出端输出高电平表示有信号产生，而其它则为低电平表示无信号产生。因为三个输入端能产生的组合状态有八种，所以输出端在每种组合中仅有一位为高电平的情况下，能表示所有的输入组合。其真值表如表1-1所示 输入输出 D2 D1 D0 Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 表1-1 3线-8线译码器真值表 译码器不需要像编码器那样用一个输出端指示输出是否有效。但可以在输入中加入一个输出使能端，用来指示是否将当前的输入进行有效的译码，当使 能端指示输入信号无效或不用对当前信号进行译码时，输出端全为高电平，表 示无任何信号。本例设计中没有考虑使能输入端，自己设计时可以考虑加入使 能输入端时，程序如何设计。 三、实验内容 在本实验中，用三个拨动开关来表示3线-8线译码器的三个输入（D2-D0）；用
《EDA技术与VHDL语言设计》 课程设计 题目：交通灯控制器 姓名： ***** 院系：电子信息工程系 专业：电子信息工程 班级：电信112班 学号： ****** 指导教师： ****** 2013年6 月
交通灯控制器 *** （电子信息工程学系指导教师：**） 摘要：传统的交通灯控制器多数由单片机实现，本文介绍基于EDA技术设计交通灯控制器的 一种方案。EDA技术的一个重要特征是使用硬件描述语言来完成系统的设计文件，这在电子 设计领域已得到设计者的广泛采用。给出了交通灯控制器的源程序和仿真结果，仿真结果表明 该设计方案可行。 关键词：交通灯控制器；仿真；设计 1.设计原理 1.1设计要求 设计一个十字路口交通控制器，器示意图如图1.1所示，A方向和B方向歌设红（R）、黄（Y）、 绿（G）、和左拐（L）四盏灯，四种灯按合理的顺序亮灭，并能将灯亮的时间以倒计时的形式显示出来。A方向红、绿、黄、左拐灯亮的时间分别为65s、40s、5s、和15s，B方向红、绿、黄、左拐灯亮的时 间分别为55s、30s、5s、和15s。 1.2功能要求 两个方向各种灯亮的时间能够进行设置和修改，此外假设A方向是主干路，车流大，因此在 表1.2 交通灯控制器的状态 1.3设计思路和原理 根据交通灯控制器要求实现的功能，考虑用两个并行执行的always模块来分别控制A和B两个方向的四盏灯，这两个always模块使用同一个时钟信号，以进行同步。也就是说，两个always模块的敏感信号是同一个，每个模块控制一个方向的四种灯按如下顺序点亮，并往复循环：绿灯→黄灯→左拐灯→黄灯→红灯。 每种灯亮的时间采用一个减法计数器进行计数，计数器用同步预置法设计，这样只需改变计数器的
《EDA技术与VHDL基础》 课后习题答案 第一章EDA技术概述 一、填空题 1、电子设计自动化 2、非常高速集成芯片硬件描述语言 3、CAD、CAE、EDA 4、原理图输入、状态图输入、文本输入 5、VHDL、Verilog HDL 6、硬件特性 二、选择题 1、A 2、C 3、A 4、D 5、C 6、D 7、A 第二章可编程逻辑器件基础 一、填空题 1、PLD 2、Altera公司、Xilinx公司、Lattice公司 3、基于反熔丝编程的FPGA 4、配置芯片 二、选择题 1、D 2、C 3、C 4、D 第三章VHDL程序初步——程序结构 一、填空题 1、结构、行为、功能、接口 2、库和程序包、实体、结构体、配置 3、实体名、类型表、端口表、实体说明部分
4、结构体说明语句、功能语句 5、端口的大小、实体中子元件的数目、实体的定时特性 6、设计库 7、元件、函数 8、进程PROCESS、过程PROCEDURE 9、顺序语句、并行语句 二、选择题 1、D 2、C 3、C 4、B 5、D 6、B 7、A 8、C 三、简答题 2、 LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITY nand_3in IS PORT(a,b,c:IN STD_LOGIC; y:OUT STD_LOGIC); END; ARCHITECTURE bhv OF nand_3in IS BEGIN y<=NOT(a AND b AND c); END bhv; 5、0000 6、（247） 第四章VHDL基础 一、填空题 1、顺序语句、并行语句 2、跳出本次循环 3、等待、信号发生变化时 4、函数、过程 5、值类属性、函数类属性、信号类属性、数据类型类属性、数据范围类属性 6、程序调试、时序仿真 7、子程序、子程序 二、选择题
ED心验指导书齐鲁理工学院
目录 实验一Protel DXP 2004认识实验 0 实验二两级阻容耦合三极管放大电路原理图设计 0 实验三原理图元件库建立与调用 (2) 实验四两级阻容耦合三极管放大电路PCB图设计............................ .4实验五集成电路的逻辑功能测试.. (6) 实验六组合逻辑电路分析与设计............................................... 1.1实验七Quartus II的使用 ................................................. 1.6实验八组合逻辑器件设计. (16) 实验九组合电路设计 (24)
实验一Protel DXP 2004 认识实验 一、实验目的 1. 掌握Protel DXP 2004的安装、启动和关闭。 2. 了解Protel DXP 2004主窗口的组成和各部分的作用。 3. 掌握Protel DXP 2004工程和文件的新建、保存、打开。 二、实验内容与步骤 1、Protel_DXP_2004 的安装 (1) 用虚拟光驱软件打开Protel_DXP_2004.iso 文件 (2) 运行setup\Setup.exe 文件，安装Protel DXP 2004 (3) 运行破解程序后，点击导入模版”，先导入一个ini文件模版(如果要生成单机版的License选择Unified Nexar-Protel License.ini;要生成网络版的License选择Unified Nexar-Protel Network License.ini )，然后修改里面的参数：TransactorName=Your Name (将"Your Name替换为你想要注册的用户名)；SerialNumber=0000000 (如果你只有一台计算 机，那么这个可以不用修改，如果有两台以上的计算机且连成局域网，那么请保证每个License文件中的SerialNumber=为不同的值。修改完成后点击生成协议文件"，任意输入一 个文件名(文件后缀为.alf)保存，程序会在相应目录中生成1个License文件。点击替换密钥”，选取DXP.exe (在DXP 2004安装目录里，默认路径为)，程序会自动替换文件中的公开密钥。将前面生成的License文件拷贝至DXP 2004安装目录里(默认路径为)授权完成。 (4) 打开Protel 在左上角DXP 菜单下的Preference 菜单项里，选中Use localize resources后关闭Protel_DXP_2004 ,重新打开软件变为简体中文版本。 2、Protel_DXP_2004 的卸载 卸载Protel_DXP_2004的具体步骤如下： (1) 在Windows的“开始”菜单中选择“设置/控制面板”，然后在控制面板中选择“添加/删除程序”选项，将弹出对话框。从中选择DXP 2004应用软件。 (2) 单击删除”按钮，将弹出对话框，询问用户是否真的要删除程序。 (3) 单击“是”按钮，开始卸载。在卸载过程中，若想终止卸载，可单击“取消”按
第3章 VHDL 基础 3-1 如图所示 input output enable buf3s mux21 in0in1output sel 3-2 程序： IF_THEN 语句 LIBRARY IEEE ; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL ; ENTITY mux21 S PORT ( s1,s0 : IN STD_LOGIC_VECTOR ; a,b,c,d : IN STD_LOGIC ; y : OUT STD_LOGIC ) ; END ENTITY mux21 ; ARCHITECTURE one OF mux21 IS BEGIN PROCESS ( s0,s1,a,b,c,d ) BEGIN IF s1=?0? AND s0=?0? THEN y<=a ; ELSIF s1=?0? AND s0=?1? THEN y<=b ; ELSIF s1=?1? AND s0=?0? THEN y<=c ; ELSIF s1=?1? AND s0=?1? THEN y<=d ; ELSE y<=NULL ; END IF ; END PROCESS ; END ARCHITECTURE one ; CASE 语句 LIBRARY IEEE ; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL ; ENTITY mux21 IS
PORT ( s1,s0 : IN STD_LOGIC_VECTOR ; a,b,c,d : IN STD_LOGIC ; y : OUT STD_LOGIC ) ; END ENTITY mux21 ; ARCHITECTURE two OF mux21 IS SIGNAL s : STD_LOGIC_VECTOR ( 1 DOWNTO 0 ) ; BEGIN s<=s1 & s0 ; PROCESS ( s ) BEGIN CASE s IS WHEN “00” => y<=a ; WHEN “01” => y<=b ; WHEN “10” => y<=c ; WHEN “11” => y<=d ; WHEN OTHERS => NULL ; END CASE ; END PROCESS ; END ARCHITECTURE two ; 3-3 程序： LIBRARY IEEE ; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL ; ENTITY MUXK IS PORT ( s0,s1 : IN STD_LOGIC ; a1,a2,a3 : IN STD_LOGIC ; outy : OUT STD_LOGIC ) ; END ENTITY MUXK ; ARCHITECTURE double OF MUXK IS SIGNAL tmp : STD_LOGIC ; --内部连接线 SIGNAL u1_s, u1_a, u1_b, u1_y : STD_LOGIC ; SIGNAL u2_s, u2_a, u2_b, u2_y : STD_LOGIC ; BEGIN p_MUX21A_u1 : PROCESS ( u1_s, u1_a, u1_b, u1_y ) BEGIN
EDA技术实验手册及程序代码 物理与信息项目学院 学号：111000228 姓名：汪艺彬 注意事项 1、本实验手册是为了配合《EDA技术实用教程》，作为本课程实验环节的补充 指导而编制。 2、实验中涉及的QuartusⅡ软件的使用请参考 《EDA技术实用教程》中有关章节。 手册中所有的虚线空白框，都留出来作为实验记录之用，每个实验完成后，应按照实验内容的要求将实验结果记入框中。 4、每个实验后面都附有一道思考题，完成实验内容后可以作为更进一步的练习 。 5、每次实验后将手册相关部分<完成实验结果记录）和实验源代码<.vhd文件） 一起，作为实验报告上交。 6、课程结束后请将所有报告按顺序加封面装订好上交，作为实验部分成绩计入 总成绩。 实验一利用原理图输入法设计4位全加器一、实验目的： 熟悉如何在QuartusⅡ集成环境下利用原理图输入设计简单组合逻辑电路，掌握层次化的电路设计方法。 二、实验原理： 一个4位全加器可以由4个一位全加器构成，加法器间的进位可以串行方式实现，即将低位加法器的进位输出cout与相邻的高位加法器的进位输入信号cin相接。 三、实验内容： 1.QuartusII软件的熟悉
熟悉QuartusⅡ环境下原理图的设计方法和流程，可参考课本5.4节的内容，重点掌握层次化的设计方法。 2.设计1位全加器原理图 设计的原理图如下所示 3.利用层次化原理图方法设计4位全加器 <1）生成新的空白原理图，作为4位全加器设计输入 <2）利用已经生成的1位全加器作为电路单元，设计4位全加器的原理图，如下所示 4、设计一个超前进位4位全加器 以上设计的全加器是基于串行进位的结构，高位的进位输入必须等待低位的运算结果，造成较长的延时。通过对进位位进行超前运算，可以缩短这部分的延时。 在已有1位全加器的基础上设计一个具有超前进位结构的4位全加器，原理图如下所示 5、完成设计流程
4．大规模可编程器件主要有FPGA、CPLD两类，下列对FPGA结构与工作原理的描述中，正确的是C。 A. FPGA是基于乘积项结构的可编程逻辑器件； B. FPGA是全称为复杂可编程逻辑器件； C. 基于SRAM的FPGA器件，在每次上电后必须进行一次配置； D. 在Altera公司生产的器件中，MAX3000系列属FPGA结构。 5．以下对于进程PROCESS的说法，正确的是： A A. 进程语句本身是并行语句 B. 进程内部由一组并行语句来描述进程功能 C. 进程之间可以通过变量进行通信 D. 一个进程可以同时描述多个时钟信号的同步时序逻辑 6．在VHDL语言中，下列对时钟上升沿检测描述中，错误的是C。 A. if clk’event and clk = ‘1’ then B. if rising_edge(clk) then C. if clk’event and clk = ‘0’ then D. if not clk’stable and clk = ‘1’ then 7．关于VHDL中的数字，请找出以下数字中数值最大的一个：B A. 2#1111_1110# B. 8#366# C. 10#169# D. 16#F#E1 8．下列标识符中，B是不合法的标识符。 A. State0 B. 9moon C. Not_Ack_0 D. signall 9．下列语句中，不属于并行语句的是：D A．进程语句 B．条件信号赋值语句 C．元件例化语句 D．IF语句 10. 状态机编码方式中，其中 C 占用触发器较多，但其实现比较适合FPGA的应用 A. 状态位直接输出型编码 B. 顺序编码 C. 一位热码编码 D. 以上都不是
2.8.1填空 1.可编程逻辑器件的英文全称是Programmable Logic Device 2.可编程逻辑器件技术经历了PROM 、PLA、PAL 三个发展阶段 3. CPLD的基本结构包括可编程逻辑阵列块、输入/输出块、互联资源三个部分 4.目前市场份额较大的生产可编程逻辑器件的公司有Altera 、Xillinx 、Lattice 5.根据器件应用技术FPGA可分为基于SRAM编程的FPGA、基于反熔丝编程的FPGA 6. 快速通道/互联通道包括行互连、列互联、逻辑阵列块、逻辑单元 7.常用的的FPGA配置方式为主动串行、主动并行、菊花链 8.实际项目中，实现FPGA的配置常常需要附加一片EPROM 9.球状封装的英文缩写为BGA 10.CPLD/FPGA选型时主要考虑的因素有器件逻辑资源、芯片速度、功耗、封装2.8.2选择 1. 在下列可编程逻辑器件中，不属于高密度可编程逻辑器件的是（D） A EPLD B CPLD C FPGA D PAL 2. 在下列可编程逻辑器件中，属于易失性器件的是（D） A EPLD B CPLD C FPGA D PAL 3.下列逻辑部件中不属于Altera公司CPLD的是（A） A通用逻辑块（GLB） B可编程连线阵列（PIA） C输入输出控制（I/O） D逻辑阵列块（LAB） 4.下列逻辑部件中不属于Lattice公司CPLD的是（D） A通用逻辑块（GLB） B全局布线区（GRP） C输出布线区（ORP） D逻辑阵列块（LAB） 5.下列FPGA中不属于Xilinx公司产品的是（D） A XC4000 B Virtex
实验二流水灯 1.实验目的 通过本实验让学生进一步了解、熟悉和掌握CPLD/FPGA开发软件的使用方法及VHDL 语言的编程方法；学习简单的时序电路的设计和硬件测试。 2.实验内容 本实验的内容是控制实验箱上的发光二极管LED1—LED8，使之实现流水灯显示。3.实验原理 在LED1~LED8引脚上周期性地输出流水数据，即输出的数据依次为11111111、11111110、11111100、11111000、11110000、11100000、11000000、10000000、00000000，如此循环显示，输出数据“0”，表示点亮相应的LED小灯。为了方便观察，流水的速率控制在2Hz左右。在核心板上有一个48MHz的标准时钟源，该时钟源与芯片EP2C5的23脚相连。为了产生2Hz的时钟源，在此调用了分频模块int_div。 4.实验步骤 (1)启动Quartus II，建立一个空白工程，然后命名为led_waterflow.qpf。 (2)新建ledwater.vhd源程序文件，源代码如下。然后进行综合编译。若在编译过程中发现错误，则找出并更正错误，直到编译成功为止。生产符号文件ledwater.bsf (File→ Create/_Update → Create Symbol Files for Current File)。 流水灯程序参考 LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_Arith.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_Unsigned.ALL; ENTITY ledwater IS PORT( clk: IN STD_LOGIC; led: OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0) );END; ARCHITECTURE one OF ledwater IS SIGNAL led_r:STD_LOGIC_VECTOR(8 DOWNTO 0); BEGIN led<=led_r(7 DOWNTO 0); PROCESS(clk) BEGIN IF clk’event and clk=’1’ THEN led_r<=led_r(7 DOWNTO 0) & '0'; IF led_r="000000000" THEN --循环完毕吗？ led_r<="111111111"; --是，则重新赋初值 END IF; END IF; END PROCESS; END; (3)将实验模块库里的int_div.vhd和int_div.bsf拷贝到工程目录下。
《VHDL语言与EDA技术》课程试卷（1）答案 一、分析下列代码。 1、试分析，该代码描述的是什么功能电路？ 答：模8计数器 2、 试分析，该代码描述的是什么功能电路？ 答：四位二进制码输入，LED七段码显示电路 若不写第24行代码，是否可以？说明理由。 答：不可以，否则输入0000-1001以外的数据时就无法继续执行代码。 3、试分析，在该代码中，第8行“f<=temp1 XOR temp2;”写在第九行“temp1<=a AND b; ”和第十行“temp2<=c OR d;”前面，这种书写顺序对功能的实现有没有影响？ 答：没有 该代码中有一个错误，在第4行，此行语句应改为END exam; 4、 试分析，该代码描述的是什么功能电路？ 答：通用译码器 第4句中的端口ena 是使能信号输入端，在此代码描述的电路中，ena为0还是为1时电路能有效完成期望功能？ 答：1 此代码描述中，第11句和第12句中，x'high 代表的值是多少？ 答：7 二、填空，补全下列代码。 1、output: OUT std_logic_vector( 7 downto 0) ); (OTHERS=>' Z'); 2、 q:OUT STD_LOGIC_VECTOR (1 DOWNTO 0)); SIGNAL q_tmp: STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0); process( clk) IF(clk'event and clk=' 1 ')then q_tmp <= ( others =>'0'); end if; end process ;
end rtl; 三、设计程序，完成下列功能 1、 LIBRARY ieee; USE ieee.std_logic_1164.all; ENTITY fulladder IS PORT (a, b, cin: IN BIT; s, cout: OUT BIT); END fulladder; ARCHITECTURE rtl OF fulladder IS BEGIN s<=a XOR b XOR cin; cout<=(a AND B) OR (a AND cin) OR (b AND cin); END rtl; 2、 LIBRARY ieee; USE ieee.std_logic_1164.all; ENTITY dff1 IS PORT(d, clk, rst: IN STD_LOGIC; q: OUT STD_LOGIC); END dff1; ARCHITECTURE behavior OF dff1 IS BEGIN PROCESS (rst, clk) BEGIN IF (rst='1') THEN q<='0'; ELSIF ( clk'EVENT AND clk='1' ) THEN q<=d; END IF; END PROCESS; END behavior; 四、简答题 1、 进程（process）内部的语句是一种顺序描述语句，其内部经常包括if,wait,case或loop语句。 特点： 1、进程与进程，或其它并发语句之间的并发性； 2、进程内部的顺序性； 3、要么使用敏感信号列表（sensitivity list），要么使用wait语句，二者不可同时使用。 4、进程必须包含在主代码段中，当敏感信号列表中的某个信号发生变化，或者wait语句的条件满足时，process内部的代码就顺序执行一次；
EDA实验指导书 天津大学仁爱学院 2011年9月30日
目录 1.实验一LED实验 （验证性实验） 2.实验二LED点阵实验 （综合性实验） 3.实验三LCD显示实验 （设计性实验）
实验一：LED实验 一、实验目的 1.熟悉ISE8.2开发环境，掌握工程的生成方法； 2.熟悉SEED-XDTK_V4实验环境； 二、实验内容 1.创建工程； 2.添加HDL资源文件； 3.配置一个应用程序完成设计。 三、实验准备 1.通过USB口下载电缆将计算机的USB口及SEED-FEM025板的J9连接好； 2.启动计算机，打开SEED-XDTK_V4实验箱电源开关。观察SEED-FEM025板上的＋ 5V（D11）的电源指示灯是否均亮。若有不亮的，请断开电源，检查电源。 四、实验步骤 1.创建工程 1)双击桌面Xilinx ISE8.2快捷方式打开ISE工程管理器（Project Navigator）； 2)打开Project Navigator后，选择File→New Project，弹出新建工程对话框； 3)在工程路径中单击“…”按钮，将工程指定到如下目录D:\02.V4_lab，单击确定； 4)在工程名称中输入led，点击Next按钮，如图1.1所示； 图1.1 5)弹出器件特性对话框。器件族类型（Device Family）选择“Virtex4”，器件型号（Device） 选“XC4VSX25FF668-10”，综合工具（Synthesis Tool）选“XST(VHDL/Verilog)”，仿真器（Simulator）选“ISE Simulator”，如图1.2；