EDA实验指导书

EDA 技术与VHDL实验指导书通信实验室编制2012年9月实验一组合电路的设计 (3)实验二时序电路的设计.................................错误!未定义书签。

实验三8位全加器的设计................................错误!未定义书签。

实验四含异步清零和同步时钟使能的加法计数器的设计错误!未定义书签。

实验五十六进制七段数码显示译码器设计.错误!未定义书签。

实验六数控分频器的设计.............................错误!未定义书签。

实验七序列检测器的设计.............................错误!未定义书签。

实训一组合电路的设计一、实验目的熟悉QuartusⅡ的VHDL文本设计流程全过程, 学习简单组合电路的设计、多层次电路设计、仿真和硬件测试。

二、实验内容1: 首先利用QuartusⅡ完成2选1多路选择器的文本编辑输入(mux21a.vhd)和仿真测试等步骤, 给出仿真波形。

最后在实验系统上进行硬件测试, 验证本项设计的功能。

2：将此多路选择器看成是一个元件mux21a, 利用元件例化语句描述一个双2选1多路选择器, 并将此文件放在同一目录中。

三、实验仪器ZY11EDA13BE型实验箱通用编程模块, 配置模块, 开关按键模块, LED显示模块。

四、实验原理1.2选1多路选择器的VHDL源代码ENTITY mux21a ISPORT ( a, b, s: IN BIT;y : OUT BIT );END ENTITY mux21a;ARCHITECTURE one OF mux21a ISBEGINPROCESS (a,b,s)BEGINIF s = '0' THEN y <= a ; ELSE y <= b ;END IF;END PROCESS;END ARCHITECTURE one ;下图为本例2选1多路选择器的仿真图形2.双2选1多路选择器以下是部分参考程序:...COMPONENT MUX21APORT ( a, b, s : IN STD_LOGIC;y : OUT STD_LOGIC);END COMPONENT ；...u1 : MUX21A PORT MAP(a=>a2, b=>a3, s=>s0, y=>tmp);u2 : MUX21A PORT MAP(a=>a1, b=>tmp, s=>s1, y=>outy);END ARCHITECTURE BHV ;五、实验报告:根据以上的实验内容写出实验报告, 包括程序设计、软件编译、仿真分析、硬件测试和详细实验过程；给出程序分析报告、仿真波形图及其分析报告。

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。

电子设计自动化（EDA）实验指导书前言近些年来，电子设计自动化（EDA）技术发展迅速。

一方面，各种大容量、高性能、低功耗的可编程逻辑器件不断推出，使得专用集成电路（ASIC）的生产商感受到空前的竞争压力。

另一方面，出现了许多EDA设计辅助工具，这些工具大大提高了新型集成电路的设计效率，使更低成本、更短周期的复杂数字系统开发成为可能。

于是一场ASIC与FPGA/CPLD之争在所难免。

然而PLD器件具有先天的竞争优势，那就是可以反复编程，在线调试。

EDA技术正是这场较量的推动引擎之一。

一般来说，EDA技术就是以计算机为平台，以EDA软件工具为开发环境，以HDL为设计语言，以可编程器件为载体，以ASIC、SOC芯片为目标器件，以电子系统设计为应用方向的电子产品自动化设计过程。

设计者只需编写硬件描述语言代码，然后选择目标器件，在集成开发环境里进行编译，仿真，综合，最后在线下载调试。

整个过程，大部分工作由EDA软件完成。

全球许多著名的可编程器件提供商都推出了自己的集成开发工具软件，如Altera 公司的MAX+PLUSⅡ、Quartus Ⅱ软件；Xilinx公司的Foundation 、ISE软件，Lattice公司的ispExpert软件，Actel公司的Libero 软件等。

这些软件的推出，极大地促进了集算法设计、芯片编程、电路板设计于一体的EDA技术的发展。

另外，在以SOC芯片为目标器件的电子系统设计要求下，可编程器件的内部开始集成高速的处理器硬核、处理器软核、DSP模块、大量的存储资源、高速的串行收发模块、系统时钟管理器、多标准的I/O接口模块，亦使得设计者更加得心应手，新一轮的数字革命由此引发。

EDA技术是一门实践性很强的学科，要培养出具有竞争力的一流IC设计人才，动手能力是关键。

只有通过理论学习，加上现场实验，在使用软件编程加硬件调试的过程中真正获得锻炼，增长技能。

ZY11EDA13BE型实验系统采用主板加适配板加扩展板的灵活结构，可方便进行基于不同PLD芯片的实验开发，并易于升级，符合当前高校在此方面对人才培养的要求。

EDA技术实验指导书2012.09第一章针对HDL设计的EDA基本实验与设计实验1．计数器设计(1) 实验目的：熟悉Quartus II的Verilog/VHDL文本设计流程全过程，学习计数器的设计、仿真和硬件测试。

掌握原理图与文本混合设计方法。

(2) 实验原理：参考教材[1]3.3节。

实验程序为例(3) 实验内容1：根据教材[1]的4.1节在Quartus II上对例3-22进行编辑、编译、综合、适配、仿真。

说明例中各语句的作用。

给出其所有信号的时序仿真波形，根据波形详细描述此设计的功能特点，包括RST、EN、LOAD、DA TA，CLK等信号等异步和同步特性。

查阅编译后的计数器的时序特点，从时序仿真图和编1 原理图示意图译报告中了解计数时钟输入至计数数据输出的延时情况，包括设定不同优化约束后的改善情况以及当选择不同FPGA后的延时情况，给出分析报告。

(4) 实验内容2：用教材[1]第4章介绍的不同方式锁定引脚并硬件下载测试。

引脚锁定后进行编译、下载和硬件测试实验。

将实验过程和实验结果写进实验报告。

硬件实验中，注意测试所有控制信号和显示信号，包括RST、EN、LOAD、DA TA等的同步、异步特性，进位信号等。

时钟CLK换不同输入：手动有抖动或无抖动键输入，1Hz或4Hz时钟脉冲输入，这需要附录1.3的模块B4板才能获得，或直接使用KX_DN5/7系列EDA/SOPC实验系统。

(5) 实验内容3：使用SignalTap II对此计数器进行实时测试，流程与要求参考教材[1]第4章，给出报告。

(6) 实验内容4：从设计中去除SignalTap II，要求全程编译后，将生成的SOF文件转变成用于配置器件EPCS4的压缩的间接配置文件*. jic，并使用USB-Blaster对实验板上的EPCS4进行编程，最后进行验证。

编程和全程编译前，按教材[1]图4-6所示，设定所有控制和参数。

(7) 实验内容5：为此项设计加入一个可用于SignalTap II采样的独立的时钟输入端CLK0。

实验一QuartusII软件应用一、实验目的1、熟悉EDA开发平台的基本操作。

2、掌握EDA开发工具的图形设计方法。

3、掌握图形设计的编译与验证方法。

二、实验仪器PC机一台QuartusII软件三、实验内容1、实验原理图：建立一个4-bit 计数器图形设计文件（如图1.1示）；图 1.1 图形设计例图利用向导创建一个新器件（6位全加器：使能、流水线等参数自行设定）。

2、实验步骤：①新建一个文件夹，一般在F盘里。

②打开QuartusII软件，选择File/New,在弹出的窗口中选Device Design Files选项卡，再选择Block Diagram/Schematic 选项，单击OK后打开图形编辑窗口。

③选择File/Save As命令，保存文件在已经创建的文件夹里。

当出现询问是否创建工程的窗口，应当单击是进入创建工程流程，否则要重新创建工程把文件添加进去。

④打开工程中的原理图文件，在原理图编辑窗口的任何一个位置右击，将出现快捷菜单，选择Insert /Symbol命令，出现元件输入对话框，选择相应的器件，并连接好电路，然后分别在input和output 的PIN NAME上双击使其变黑色，再分别输入引脚名。

⑤选择Processing/Start Compilation命令，进行全程编译。

⑥打开波形编辑器，选择File/New，在New中选择Other Files中的 Vector Waveform File 选项，单击OK，出现空白的波形编译窗口⑦选择File/Save As命令，存盘。

文件名一定要与原理图文件名一致。

然后添加相应的端口信号节点到波形编辑器中，设置合理的输入信号。

⑧选择Processing/Start Simulation，进行波形仿真。

⑨选择Tools/MegaWizard Plug-In M anager,根据向导提示创建一个６位全加器。

３、实验结果记录：打印出实验原理图与仿真波形图，打印出利用向导创建的新器件的图形，完成实验报告四、实验研究与思考1、延迟时间分析、最高工作频率分析等时间分析有何重要性？2、流水线的作用是什么？对那些性能有影响？2、功能仿真、验证起到什么作用？实验二VHDL软件设计一、实验目的1、熟悉EDA开发平台的基本操作。

实验一熟悉QUARTUS Ⅱ的设计过程[输入方式：文本输入、图形输入、波形输入等]一、实验目的：1、掌握QUARTUSⅡ安装过程；2、熟悉QUARTUSⅡ设计环境；3、掌握QUARTUSⅡ的设计过程。

二、实验内容及步骤（一）、安装QUARTUS II。

注：第一次安装QUARTUS要安装license。

（二）、QUARTUSⅡ设计开发步骤一、创建工作文件夹在windows中建立一个文件夹（又称工作库或WORK LIBRARY），用于保存设计工程项目的有关文件。

注：设计工程项目的有关文件不能保存在根目录下，必须保存在一个文件夹之下。

例如建立的文件夹：E：\mux.二、启动Quartus II点击QUARTUSⅡ7.0图标打开QUARTUSⅡ7.0设计窗口。

三、设计文件输入1、打开输入文件编辑器点击菜单File\new…新建立一个文本设计文件。

用文本输入法输入程序。

程序见附录。

2、保存文件，文件名名同实体名。

后缀.VHD四、逻辑综合1、创建工程点击菜单File\New Project Wizard…….进行工程设置。

2、编译设置⑴选择PLD芯片：Assignmenmts\Settings\Device弹出的窗口中选择选择芯片。

⑵选择配置芯片的工作方式：Assignmenmts\Settings\Device\Device&Pin Options弹出的窗口中首选General项，在Options栏中选择Auto-restart-configuration after error.⑶选择配置芯片和编程方式：Assignmenmts\Settings\Device\Device&Pin Options弹出的窗口中选择Configuration栏，在窗口中设置配置方式，配置芯片和是否生成压缩的配置文件。

⑷选择输出设置：保持默认。

⑸选择目标器件闲置引脚的状态：Assignmenmts\Settings\Device\Device&Pin Options弹出的窗口中选择Unused Pins栏,在窗口中对闲置的引脚设置，推荐设置为As output driving groud。

实验一Quartus II开发环境入门一、实验目的1、了解QuartusII软件及基本操作2、熟悉图形编辑器Block Builder/Schematic File的设计输入3、掌握电路的编译和适配4、掌握电路仿真与时序分析5、熟悉3/8线译码器工作原理和五人表决器设计二、实验原理1、以3/8线译码器为例，总体思路以EP1C3中的三个拨位开关，SW3，SW2,SW1为三个输入信号，可以代表8种不同的状态，该译码器对这8种状态译码，并把所译码的结果在七个彩灯上显示。

2、三、实验步骤主要仪器和设备：计算机，EDA实验箱。

步骤一：1、建立工程，设计输入。

选择菜单“File”→“New Preject Wizard”将设计文件加入工程中：点击下方的“Next” 按钮，在弹出的对话框中点击“File”栏的按钮，将此工程相关的所有VHDL文件加入进此工程(如果有的话)。

Cyclone系列的EP1C3T144C8按下“Next”后，出现仿真工具选择对话框。

不作任何选择。

4、完成设置点击“Next”后，完成工程的设定，点击“finish”。

步骤二：1、选择File/New或点击主菜单中的空白图标，进入新建程序文件状态，选择VHDL file 。

VHDL程序文件的扩展名是：* .vhd程序代码：-- A simple 3 to 8 decoderlibrary ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity decoder isport ( inp: in std_logic_vector(2 downto 0);outp: out std_logic_vector(7 downto 0)); end decoder;architecture behave of decoder isbeginoutp(0) <= '1' when inp = "000" else '0';outp(1) <= '1' when inp = "001" else '0';outp(2) <= '1' when inp = "010" else '0';outp(3) <= '1' when inp = "011" else '0';outp(4) <= '1' when inp = "100" else '0';outp(5) <= '1' when inp = "101" else '0';outp(6) <= '1' when inp = "110" else '0';outp(7) <= '1' when inp = "111" else '0';end behave;步骤三：1、选择菜单“File”→“New ” →“ Schematic File”，即弹出原理图编辑框。

EDA技术实验指导书适用于电子信息工程专业QUARTUS II 8.1软件的使用一、实验目的与要求：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、实验环境与器材：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、背景知识与操作流程：QUARTUS II是ALTERA公司推出的EDA开发工具，其前身为MAX PLUS II，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。

EDA技术基础实验指导书海南大学信息学院编目录实验一MAX –plusII及开发系统使用 1 实验二高速四位乘法器设计7 实验三秒表的设计9 综合性设计性实验实验四序列检测器的设计12 实验五数字频率计的设计14 数字密码锁17 交通灯控制器182EDA实验指导书实验一MAX –plusII及开发系统使用一、实验目的1、熟悉利用MAX-plusⅡ的原理图输入方法设计简单的组合电路2、掌握层次化设计的方法3、熟悉DXT-BⅢ型EDA试验开发系统的使用二、主要实验设备PC 机一台（中档以上配置），DXT-B3 EDA实验系统一台。

三、实验原理数字系统设计系列实验是建立在数字电路基础上的一个更高层次的设计性实验。

它是借助可编程逻辑器件（PLD），采用在系统可编程技术（ISP），利用电子设计自动化软件（EDA），在计算机（PC）平台上进行的。

因为本实验是在计算机平台上进行，因此实验方式，实验手段和实验仪器与传统的实验有很大的区别，主要体现在以下几个方面：1、实验器材集中化，所有实验基本上在一套实验设备上进行。

传统的实验每作完一个实验，实验器材基本上都要变动（个别除外）。

而做本实验时，只要在计算机上把不同的程序输进去，其它步骤所有实验都一致；2、实验耗材极小（基本上没有耗材）；3、在计算机上进行，自动化程度高，人机交互性好，修改、验证实验简单；4、下载后，实验结果清晰；5、实验仪器损耗少，维护简单；下面，我们就本套实验设备做一个简单的介绍。

3(一)Max+plusⅡ10.0的使用。

1、Max+PlusII软件的安装步骤：第一步：系统要求奔3CPU以上，128M内存以上，4G 以上硬盘，98 操作系统（98或Me操作系统才可以下载，其他操作系统下载必须安装驱动，否则只能仿真，如果大家只进行仿真的话，对系统没要求）第二步：安装点击安装可执行文件进行安装，安装完毕后会弹出一对话框，点击是或否都可以。

第三步：将安装文件夹中的License 文件夹打开，里面有一个License.bat 注册文件，将此文件复制到你的安装目录下（你的安装目录可放在任一个驱动器下，然后建立一个Max10的文件夹，将系统安装在此文件夹中，安装后此文件夹中会有三个文件夹）的任一个文件夹中，要清楚位置。

《EDA技术》实验指导书面向专业：通信工程信息工程自动化电子信息工程电气工程及其自动化信息与通信工程学院2016年9月前言一、课程性质本课程是电子信息工程、通信工程、信息工程和自动化专业必修的专业实验课程。

通过本课程的教学，使学生掌握EDA技术的开发流程，学会利用以硬件描述语言为描述工具，以可编程逻辑器件为实现载体，在数字系统设计领域熟练应用EDA技术，使其具备研究和开发现代数字系统的能力。

二、专业安排本系统分为多个模块，适合通信工程、信息工程、自动化、电子信息工程、电气工程及其自动化等专业使用。

三、本书特点本实验指导书的特点是引入工程项目机制来管理实验项目，着重培养学生的方案设计、算法分析和现场调试能力，为培养卓越工程师打下坚实的基础。

目录前言 (I)第一章实验系统 (1)1.1 系统整体结构 (1)1.2 核心板 (1)1.3 基础扩展模块 (2)1.4 自动控制模块 (3)1.5 信号处理模块 (3)1.6 通信接口模块 (4)第二章开发平台简介 (5)2.1 Quartus II简介 (5)2.2 Quartus II开发流程 (5)第三章实验项目 (9)实验1 平台应用及全加器设计 (9)实验2 信号发生器设计 (11)实验3 数字电压表设计 (13)实验4 数字频率计设计 (16)实验5 交通灯控制器设计 (19)第一章实验系统1.1 系统整体结构本实验指导书采用的EDA综合实验开发系统是我院电子信息与通信技术实验教学中心自主研制，整体结构如图所示。

1.2 核心板核心板采用Altera公司的EP4CE22E22C8N芯片，具有低内核电压、低功耗的特点。

芯片内部具有22320个逻辑单元，594kbit RAM嵌入式储存器，66个嵌入式18×18乘法器，4组通用PLL。

1、DIP开关主要功能是控制高低电平，通过手动控制为系统提供稳定的逻辑信号。

系统总共提供了3位拨档开关，当开关的档位在上方时则输出高电平“1”，反之则为低电平“0”。