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E D A/S O P C技术实验讲义陕西科技大学电气与信息工程学院目录4第一章 EDA_VHDL实验/设计与电子设计竞赛4 1-1、应用QuartusII完成基本组合电路设计5 1-2. 应用QuartusII完成基本时序电路的设计6 1-3. 设计含异步清0和同步时钟使能的加法计数器7 1-4. 7段数码显示译码器设计8 1-5. 8位数码扫描显示电路设计9 1-6. 数控分频器的设计10 1-7. 32位并进/并出移位寄存器设计10 1-8. 在QuartusII中用原理图输入法设计8位全加器11 1-9. 在QuartusII中用原理图输入法设计较复杂数字系统11 1-10. 用QuartusII设计正弦信号发生器13 1-11. 8位16进制频率计设计16 1-12. 序列检测器设计16 1-13. VHDL状态机A/D采样控制电路实现18 1-14. 数据采集电路和简易存储示波器设计19 1-15. 比较器和D/A器件实现A/D转换功能的电路设计20 1-16 移位相加硬件乘法器设计24 1-17 采用流水线技术设计高速数字相关器24 1-18 线性反馈移位寄存器设计25 1-19 乐曲硬件演奏电路设计28 1-20 乒乓球游戏电路设计32 1-21 循环冗余校验(CRC)模块设计33 1-22. FPGA步进电机细分驱动控制设计(电子设计竞赛赛题)34 1-23. FPGA直流电机PWM控制实验35 1-24. VGA彩条信号显示控制器设计37 1-25. VGA图像显示控制器设计37 1-26. 清华大学学生基于GW48PK2系统VGA图像显示控制器设计示例5则38 1-27. 直接数字式频率合成器(DDS)设计实验(电子设计竞赛赛题)39 1-28. 嵌入式锁相环PLL应用实验41 1-29. 使用嵌入式锁相环的DDS设计实验（200MHz超高速DAC的PLL测试42 1-30. 基于DDS的数字移相信号发生器设计(电子设计竞赛赛题)45 1-31. 采用超高速A/D的存储示波器设计(含PLL,电子设计竞赛赛题)46 1-32. 信号采集与频谱分析电路设计(电子设计竞赛赛题)46 1-33. 等精度数字频率/相位测试仪设计实验(电子设计竞赛赛题)48 1-34. FPGA与单片机联合开发之isp单片机编程方法49 1-35. 测相仪设计(电子设计竞赛赛题)50 1-36. PS/2键盘鼠标控制电子琴模块设计50 1-37. PS/2鼠标与VGA控制显示游戏模块设计50 1-38. FPGA_单片机_PC机双向通信测频模块设计50 1-39. 10路逻辑分析仪设计(电子设计竞赛赛题)51 1-40. IP核：数控振荡器NCO应用设计52 1-41. IP核：FIR数字滤波器应用设计53 1-42. IP核：FFT应用设计53 1-43. IP核：CSC VGA至电视色制互转模块应用设计54 1-44. IP核：嵌入式逻辑分析仪SignalTapII调用55 1-45. USB与FPGA通信实验56第二章 SOPC/EDA设计实验I56 2-1 用逻辑锁定优化技术设计流水线乘法器实验57 2-2 用逻辑锁定优化技术设计16阶数字滤波器实验59 2-3 基于DSP Builder的FIR数字滤波器设计实验60 2-4 基于DSP Builder的IIR数字滤波器设计实验60 2-5 基于DSP Builder的DDS与数字移相信号发生器设计实验62 2-6 m序列伪随机序列发生器设计实验63 2-7 巴克码检出器设计实验65 2-8 RS码编码器设计实验65 2-9 正交幅度调制与解调模型设计实验67 第三章 SOPC/EDA设计实验II67 3-1 基于MATLAB/DSP Builder DSP可控正弦信号发生器设计72 3-2 32位软核嵌入式处理器系统Nios开发实验73 3-3 设计一个简单的SOPC系统74 3-4 简单测控系统串口接收程序设计74 3-5 GSM短信模块程序设计75 3-6 基于SOPC的秒表程序设计77 3-7 Nios Avalon Slave外设（PWM模块）设计78 3-8 Nios Avalon Slave外设（数码管动态扫描显示模块）设计79 3-15 DMA应用和俄罗斯方块游戏设计79第四章 SOPC/EDA设计实验III ( NiosII系统设计 ) 79 4-1、建立NIOSII嵌入式处理器硬件系统87 4-2、NIOSII软件设计与运行流程94 4-3、加入用户自定义组件设计100 4-4、加入用户自定义指令设计103 4-5、FLASH编程下载104 4-6、设计DSP处理器功能系统104 4-7、AM调制电路设计105第五章液晶接口实验105 5-1 GDM12864A液晶显示模块接口开发111 5-2 HS162-4液晶显示模块与单片机的接口114 5-3 G240-128A液晶显示模块的接口115第六章 CPU及其结构组件设计实验115 6-1 复杂指令CPU设计122 6-2 8051/89C51单片机核于FPGA中实现实验124第七章模拟EDA实验124 7-1 模拟EDA实验及其设计软件使用向导（PAC _Designer使用）124 7-2 基于ispPAC80的5阶精密低通滤波器设计126 7-3 基于ispPAC10的直流增益为9的放大器设计129附录：GW48 EDA/SOPC主系统使用说明129 第一节：GW48教学系统原理与使用介绍，132 第二节：实验电路结构图137 第三节：超高速A/D、D/A板GW-ADDA说明138 第四节：步进电机和直流电机使用说明138 第五节：SOPC适配板使用说明139 第六节：GWDVPB电子设计竞赛应用板使用说明141 第七节：GWCK/PK2/PK3系统万能接插口与结构图信号/与芯片引脚对照表第一章EDA_VHDL实验/设计与电子设计竞赛1-1. 应用QuartusII完成基本组合电路设计(1) 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。
EDA习题第一章1。
1 EDA的英文全称是什么？EDA的中文含义是什么？答：EDA即Electronic Design Automation的缩写，直译为：电子设计自动化。
1.2 什么叫EDA技术？答：EDA技术有狭义和广义之分，狭义EDA技术就是以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式,以计算机、大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计工具，通过有关的开发软件，自动完成用软件的方式设计的电子系统到硬件系统的逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化、逻辑布局布线、逻辑仿真，直至完成对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射、编程下载等工作,最终形成集成电子系统或专用集成芯片的一门新技术，或称为IES/ASIC自动设计技术.1。
3 利用EDA技术进行电子系统的设计有什么特点?答：①用软件的方式设计硬件;②用软件方式设计的系统到硬件系统的转换是由有关的开发软件自动完成的；③设计过程中可用有关软件进行各种仿真;④系统可现场编程,在线升级；⑤整个系统可集成在一个芯片上,体积小、功耗低、可靠性高。
1。
4 从使用的角度来讲,EDA技术主要包括几个方面的内容？这几个方面在整个电子系统的设计中分别起什么作用?答：EDA技术的学习主要应掌握四个方面的内容：①大规模可编程逻辑器件;②硬件描述语言;③软件开发工具；④实验开发系统.其中，硬件描述语言是重点。
对于大规模可编程逻辑器件，主要是了解其分类、基本结构、工作原理、各厂家产品的系列、性能指标以及如何选用，而对于各个产品的具体结构不必研究过细。
对于硬件描述语言,除了掌握基本语法规定外，更重要的是要理解VHDL的三个“精髓”:软件的强数据类型与硬件电路的惟一性、硬件行为的并行性决定了VHDL语言的并行性、软件仿真的顺序性与实际硬件行为的并行性;要掌握系统的分析与建模方法，能够将各种基本语法规定熟练地运用于自己的设计中。
对于软件开发工具，应熟练掌握从源程序的编辑、逻辑综合、逻辑适配以及各种仿真、硬件验证各步骤的使用.对于实验开发系统,主要能够根据自己所拥有的设备，熟练地进行硬件验证或变通地进行硬件验证。
EDA技术-VHDL-四选⼀数据选择器程序设计与仿真实验四选⼀数据选择器程序设计与仿真实验1 实验⽬的(1) 熟悉在QuartusⅡ软件平台上建⽴⼯作库⽂件和编辑设计⽂件的⽅法。
(2) 熟悉创建⼯程⽂件⽅法。
(3) 熟悉编译前设置和启动全程编译设置的⽅法。
(4) 熟悉波形编辑器的使⽤⽅法(5) 熟悉在QuartusⅡ软件平台上对设计进⾏仿真的操作全过程(6) 会⽤VHDL语⾔设计⼀个四选⼀数据选择器。
2 实验原理数据选择器⼜叫“多路开关”。
数据选择器在地址码（或叫选择控制）电位的控制下，从⼏个数据输⼊中选择⼀个并将其送到⼀个公共的输出端。
数据选择器的功能类似⼀个多掷开关，如图3.2.1所⽰，图中有四路数据a、b、c、d输⼊，通过选择控制信号 s1、s2（地址码）从四路数据中选中某⼀路数据送⾄输出端y。
逻辑功能如表3.2.1所⽰。
图3.2.1 四选1数据选择器⽰意图表3.2.1 四选⼀数据选择器逻辑功能表从表3.2.1中可知使能端en＝1时，不论a～c输⼊状态如何，均⽆输出（y＝1，因为所⽤器件的显⽰电路是共阳极），多路开关被禁⽌。
使能端en＝0时，多路开关正常⼯作，根据地址码s2、s1的状态选择a～c输⼊信号中某⼀个通道的数据输送到输出端y。
3 实验内容(1) 建⽴⼀个四选⼀数据选择器的⽂件夹。
(2) 在定义好的VHDL模型中完成四选⼀数据选择器的描述，并创建⼯程。
(3) 设计完成后进⾏全程编译，检查源程序编写是否正确。
(4) 建⽴波形编辑⽂件并对输⼊波形进⾏编辑。
(5) 启动仿真器进⾏仿真，并分析仿真结果。
4 实验预习与思考(1) 进⼀步学习在QuartusⅡ软件平台上建⽴⼯作库⽂件和编辑设计⽂件的⽅法。
(2) 进⼀步学习建⽴波形编辑器⽂件编辑输⼊波形的⽅法。
(3) VHDL语⾔的结构体在整个程序中起什么作⽤。
5 VHDL仿真实验（1）新建⼀个⽂件夹。
本例中⽂件夹名为mux。
（2）输⼊源程序，打开计算机桌⾯上图标。
3.7 3-8译码器程序设计与仿真实验1 实验目的(1) 掌握3-8译码器的工作原理。
(2) 学会用VHDL语言进行逻辑电路设计。
2 实验原理3-8译码器是把一组三位二进制代码译成对应的八个输出信号，其三位二进制译码器状态如表3.7.1所示。
表3.7.1 三位二进制译码器状态表3 实验内容(1) 用VHDL语言编写3-8译码器源程序。
(2) 将源程序进行综合、优化及功能仿真。
（3）把适配后生成的下载，通过编程器向FPGA下载，进行硬件调试和验证。
4 实验预习与思考(1) 熟悉3-8译码器的工作原理。
(2) 若下载器件的显示电路是共阴极的，编程时译码输出的二进制代码怎样改变。
5 VHDL仿真实验(1)为此工程新建一个文件夹。
启动QuartusⅡ软件工作平台。
新建工程设计文件名为decoder.vhd。
在新建的VHDL模型窗口下编写的源程序如下：library IEEE;use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;entity decoder is --实体说明Port ( reset : in std_logic;input : in std_logic_vector(2 downto 0);output : out std_logic_vector(7 downto 0));end decoder;architecture Behavioral of decoder is --结构体beginprocess(reset,input) --进程beginif ( reset = '1') thenoutput <= "00000000";elsecase input iswhen "000" => output <= "00000001";when "001" => output <= "00000010";when "010" => output <= "00000100";when "011" => output <= "00001000";when "100" => output <= "00010000";when "101" => output <= "00100000";when "110" => output <= "01000000";when "111" => output <= "10000000";when others => output<= "00000000";end case;end if;end process;end Behavioral;(2) 创建工程及全程编译完成源代码输入后即可创建工程。
一、什么是EDA20世纪90年代，国际上电子和计算机技术较先进的国家，一直在积极探索新的电子电路设计方法，并在设计方法、工具等方面进行了彻底的变革，取得了巨大成功。
在电子技术设计领域，可编程逻辑器件（如CPLD、FPGA）的应用，已得到广泛的普及，这些器件为数字系统的设计带来了极大的灵活性。
这些器件可以通过软件编程而对其硬件结构和工作方式进行重构，从而使得硬件的设计可以如同软件设计那样方便快捷。
这一切极大地改变了传统的数字系统设计方法、设计过程和设计观念，促进了EDA技术的迅速发展。
EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）的缩写，在20世纪90年代初从计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）的概念发展而来的。
EDA技术就是以计算机为工具，设计者在EDA 软件平台上，用硬件描述语言HDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。
EDA技术的出现，极大地提高了电路设计的效率和可*性，减轻了设计者的劳动强度。
二、设计方法前端设计(系统建模RTL 级描述)后端设计(FPGAASIC)系统建模IP 复用前端设计系统描述：建立系统的数学模型。
功能描述：描述系统的行为或各子模块之间的数据流图。
逻辑设计：将系统功能结构化，通常以文本、原理图、逻辑图、布尔表达式来表示设计结果。
仿真：包括功能仿真和时序仿真，主要验证系统功能的正确性及时序特性。
EDA技术的发展与应用1 前言---- 人类社会已进入到高度发达的信息化社会，信息社会的发展离不开电子产品的进步。
现代电子产品在性能提高、复杂度增大的同时，价格却一直呈下降趋势，而且产品更新换代的步伐也越来越快，实现这种进步的主要原因就是生产制造技术和电子设计技术的发展。
EDA技术1 EDA技术概述利用EDA技术(特指IES/ASIC自动设计技术)进行电子系统的设计，具有以下几个特点：①用软件的方式设计硬件；②用软件方式设计的系统到硬件系统的转换是由有关的开发软件自动完成的；③设计过程中可用有关软件进行各种仿真；④系统可现场编程，在线升级；⑤整个系统可集成在一个芯片上，体积小、功耗低、可靠性高。
因此，EDA技术是现代电子设计的发展趋势。
2 EDA发展过程a) 20世纪70年代的计算机辅助设计CAD阶段早期的电子系统硬件设计采用的是分立元件，随着集成电路的出现和应用，硬件设计进入到发展的初级阶段。
初级阶段的硬件设计大量选用中、小规模标准集成电路。
由于设计师对图形符号使用数量有限，因此传统的手工布图方法无法满足产品复杂性的要求，更不能满足工作效率的要求。
b)20世纪80年代的计算机辅助工程设计CAE阶段初级阶段的硬件设计是用大量不同型号的标准芯片实现电子系统设计的。
随着微电子工艺的发展，相继出现了集成上万只晶体管的微处理器、集成几十万直到上百万储存单元的随机存储器和只读存储器。
伴随着计算机和集成电路的发展，EDA技术进入到计算机辅助工程设计阶段。
20世纪80年代初推出的EDA工具则以逻辑模拟、定时分析、故障仿真、自动布局和布线为核心，重点解决电路设计没有完成之前的功能检测等问题。
利用这些工具，设计师能在产品制作之前预知产品的功能与性能，能生成产品制造文件，使设计阶段对产品性能的分析前进了一大步.c) 20世纪90年代电子系统设计自动化EDA阶段为了满足千差万别的系统用户提出的设计要求，最好的办法是由用户自己设计芯片，让他们把想设计的电路直接设计在自己的专用芯片上。
微电子技术的发展，特别是可编程逻辑器件的发展，使得微电子厂家可以为用户提供各种规模的可编程逻辑器件，使设计者通过设计芯片实现电子系统功能。
EDA工具的发展，又为设计师提供了全线EDA工具。
这个阶段发展起来的EDA工具，目的是在设计前期将设计师从事的许多高层次设计工作由工具来完成，如可以将用户要求转换为设计技术规范，有效地处理可用的设计资源与理想的设计目标之间的矛盾，按具体的硬件、软件和算法分解设计等。
3-8译码器的设计1 设计目的与要求随着社会的进一步发展，我们的生活各个地方都需要计算机的参与，有了计算机，我们的生活有了很大的便利，很多事情都不需要我们人为的参与了，只需要通过计算机就可以实现自动控制。
由此，计算机对我们的社会对我们每个人都是很重要的。
所以我们要了解计算机得组成，内部各种硬件，只有了解了计算机基本器件已经相应的软件，才能促进社会的发展。
编码器和译码器的设计是计算机的一些很基础的知识，通过本次对于编码器和译码器的设计，可以让我知道究竟这种设计是如何实现的，这种设计对我们的生活有什么帮助，这种设计可以用到我们生活的哪些方面，对我们的各种生活有什么重大的意义。
1.1 设计的目的本次设计的目的是通过简单的译码器的设计掌握基本的计算机的一些有关的知识，通过查资料已经自己的动手设计去掌握EDA技术的基本原理已经设计方法，并掌握VHDL硬件描述语言的设计方法和思想。
以计算机组成原理为指导，通过将理论知识，各种原理方法与实际结合起来，切实的亲手设计，才能掌握这些非常有用的知识。
通过对编码器和译码器的设计，巩固和综合运用所学知识，提高IC设计能力，提高分析、解决计算机技术实际问题的独立工作能力。
也能通过这种自主设计，增强自己的动手能力，将理论知识切实应用的能力，这对我们将来的发展是很有帮助的。
1.2 设计要求根据计算机组成原理中组合逻辑电路设计的原理，利用VHDL设计计算机电路中译码器的各个模块，并使用EDA 工具对各模块进行仿真验证和分析。
译码器由三-八译码器为实例代表。
关键词:输入、输出、译码2 VHDL的简单介绍2.1 VHDL的简介VHDL语言是一种用于电路设计的高级语言。
它在80年代的后期出现。
最初是由美国国防部开发出来供美军用来提高设计的可靠性和缩减开发周期的一种使用范围较小的设计语言。
VHDL翻译成中文就是超高速集成电路硬件描述语言，主要是应用在数字电路的设计中。
目前，它在我过的应用多数是用在FPGA/CPLD/EPLD的设计中。
EDA技术与VHDL实验指导书电气中心实验室编制2011-9前言《EDA技术与VHDL实验指导书》是与理论课程《EDA技术与VHDL》配套开出的，是电子信息工程等专业的一门专业选修课程，对电子信息工程等专业的学生具有非常重要的作用。
本实验课与理论课同时进行，与理论课有着较密切的联系。
因此学生在做本实验之前必须具备1.一定的C语言基础；2.电路与电子技术的基础知识；3.计算机辅助设计的基本操作能力；4.理论联系实践的自学能力。
学生学习完本实验课后，应具有1.能熟练使用Quartus II等EDA开发工具软件；2.掌握CPLD/FPGA芯片的基本使用方法，能用现代数字系统的设计方法进行基本的数字系统设计；3.掌握图形编辑和VHDL文本编辑两种设计方法，重点是VHDL文本编辑；4.具备基本的开发能力，为后续学习打下坚实的基础等方面能力。
从70 年代第一片可编程逻辑器件PROM的诞生到现在的CPLD/FPGA，数字系统的设计发生了本质的变化。
基于CPLD/FPGA和EDA（电子设计自动化）工具进行数字系统的设计与开发。
它代表了数字电信领域的最高水平，给数字电路的设计带来了革命性的变化。
从传统的对电路板的设计到现在的基于芯片的设计，使得数字系统设计的效率大大提高，产品更新速度大大加快，设计周期大大变短。
所以本科生学习本课程有着非常重要的意义。
本实验不同于其它实验，其实验手段和实验方法都有重大的变化，要求实验前提交预习报告，检查通过后方可实验，设计与综合实验环节。
本实验是在PC 平台上，用原理图或文本进行输入，然后进行编译，通过之后再进行波形仿真，如有缺陷，对源文件进行修改。
利用ISP技术、采用EDA工具、应用PLD 器件，在PC及EDA开发平台上进行。
实验一组合逻辑电路设计实验学时：3学时实验类型：验证实验要求：必做一、实验目的1.熟练掌握QuartusII开发工具软件；2.掌握门电路VHDL语言程序设计方法；3.掌握选择器VHDL语言程序设计方法；4.掌握加法器VHDL语言程序设计方法；5.熟悉VHDL编程的基本方法；二、实验原理1.二输入与门二输入与门是我们数字电路中的一个基础逻辑门电路，是最基本的逻辑门电路之一，也是最简单的逻辑门之一。
