EDA基礎(chǔ)與應(yīng)用（第2版）本章要點

EDA技術(shù)的內(nèi)涵

QuartusⅡ軟件的使用數(shù)據(jù)比較器的設(shè)計第1章數(shù)據(jù)比較器的設(shè)計

EDA（ElectronicDesignAutomation）就是電子設(shè)計自動化。

1.1.1發(fā)展歷史

1．計算機輔助設(shè)計（CAD）

2．計算機輔助工程設(shè)計（CAED）

3．電子設(shè)計自動化（EDA）

4．可編程片上系統(tǒng)（SOPC）

1.1認識EDA技術(shù)

1．采用自頂向下設(shè)計方案

2．應(yīng)用硬件描述語言（HDL）

3．能夠自動完成仿真和測試

4．開發(fā)技術(shù)的標準化和規(guī)范化

5．對工程技術(shù)人員的硬件知識和經(jīng)驗要求低1.1.2EDA技術(shù)的特點1．硬件描述語言（HDL）：用于描述數(shù)字系統(tǒng)，表達電子工程師的設(shè)計思想。常用的有以下2種：（1）Verilog-HDL語言

（2）VHDL語言

2．EDA軟件：用于在計算機上仿真、調(diào)試設(shè)計的數(shù)字系統(tǒng)。

3．可編程邏輯器件：可編程邏輯器件是實現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)的主要載體，通過EDA軟件將系統(tǒng)編程或下載到可編程邏輯器件中。1.1.3EDA技術(shù)的內(nèi)涵1.2QuartusII開發(fā)軟件1.2.1軟件的獲得與安裝一、軟件的獲得（1）進入公司網(wǎng)站首頁，網(wǎng)址是。（2）打開網(wǎng)頁后，單擊“支持”→“下載”菜單，進入“下載中心”，如圖1-1所示。單擊QuartusIIWebEdition后的【Download】按鈕，進入QuartusII網(wǎng)絡(luò)版本下載管理窗口在“選擇版本”下拉框中選擇需要下載的軟件版本后，單擊窗口中【點擊開始指南】按鈕在Enteryouremailaddress下方的對話框中輸入郵箱地址，單擊【CreateAccount】按鈕，在彈出的賬戶注冊頁面中輸入個人信息（只能用英文），將輸入的用戶名和密碼記好，以便再次登錄時使用，單擊【CreateAccount】按鈕。檢查郵箱中Altera公司的回信。注冊成功后，回到賬戶管理界面，填寫用戶名（在UserName欄輸入）和密碼（在Password欄輸入），單擊【SignIn】按鈕，進入文件下載窗口，如圖1-4所示。單擊文件下載窗口最下方的Clickhere鏈接，選擇需要下載的文件（最好全選），輸入文件保存路徑后，等待下載完成即可。（6）所有文件下載完成后，把所有文件解壓縮或復(fù)制到同一目錄中。如果把文件解壓縮到不同的目錄中，安裝程序只會安裝同一目錄中的組件。二、軟件的安裝與授權(quán)

1．安裝雙擊下載軟件QuartusSetupWeb-00-windows.exe的圖標，出現(xiàn)安裝向?qū)А?．單擊【Next】按鈕開始安裝。3．授權(quán)不同的授權(quán)文件具有不同的權(quán)限，學(xué)習版或基本版授權(quán)的軟件在使用時會受到某些限制，例如有些功能或器件不可用，但對于學(xué)習軟件的使用方法及其開發(fā)過程并不影響。其他版本的軟件在安裝完成之后，還需要完成授權(quán)工作，才能保證軟件的正常工作。1.2.2項目建立以三人表決器電路為例學(xué)習軟件使用方法，三人表決器電路如圖1-6所示。1．項目準備在E盤根目錄下建立E:\Example1文件夾作為項目文件夾。2．啟動軟件單擊桌面上的圖標或單擊“開始”→“所有程序”→Altera00WebEdition→QuartusⅡWebEdition→QuartusⅡ14.0（64-bit），如圖1-7所示。3．打開項目建立向?qū)马椖拷⑾驅(qū)υ捒?．建立項目單擊第1個對話框右側(cè)的

按鈕，在彈出的窗口中選擇E:\Example1文件夾，單擊【打開】按鈕；然后在第2個對話框中輸入項目名、在第3個對話框輸入頂層設(shè)計實體名。項目名和文件名稱可由字母、數(shù)字和下劃線組成，但第1個字符必須是英文字母。本例中項目名和頂層文件名均為Choice。5．添加文件6．選擇器件7．選擇EDA工具

8．摘要摘要信息顯示項目文件夾是E:\Example1，項目名是Choice，頂層設(shè)計實體名也是Choice，項目僅含一個設(shè)計文件，選用CycloneⅣE系列的EP4CE6E22C8芯片等信息。仔細閱讀摘要信息與設(shè)計是否相同，若不同可單擊【Back】按鈕返回后修改。最后單擊【Finish】按鈕，關(guān)閉新項目建立向?qū)АＷ⒁猓很浖臉祟}欄必須變?yōu)镋:/example1/Choice-Choice，表示當前項目工作在E:\example1文件夾下、項目名是Choice、頂層設(shè)計實體名也是Choice。1.建立圖形輸入文件：單擊菜單File→New選項1.2.3編輯文件編輯窗口輸入元件及管腳三人表決器電路1.2.4編譯和仿真

單擊菜單欄中的Processing→StartCompilation選項或工具欄的

按鈕，啟動編譯。（1）仿真前必須建立波形文件。單擊File→New選項，打開文件選擇窗口，展開Verification/DebuggingFiles選項卡，選擇其中的UniversityProgramVWF選項，單擊【OK】按鈕。2．仿真（2）為了使仿真時間設(shè)置在一個合理的時間區(qū)域上，單擊波形編輯器的菜單Edit→SetEndTime選項，在彈出窗口中的Time輸入框輸入1，單位選us，即整個仿真域的時間設(shè)定為1微秒；單擊波形編輯器的菜單Edit→GridSize…選項，在彈出窗口中的Period輸入框輸入100，單位選ns，即設(shè)定仿真周期為100納秒。結(jié)束設(shè)置后，要將波形文件存盤。單擊File→Save選項，將波形文件以Chioce名存入文件夾E:\Example1中。（3）雙擊波形編輯器“Name”下的空白處，會打開插入管腳或總線對話框。（4）單擊該對話框的【NodeFind…】按鈕，打開管腳搜索對話框，選中Pins：all，然后單擊【list】按鈕。（5）編輯輸入波形先使用“調(diào)整焦距”工具調(diào)整波形坐標間距，選中該工具，在波形編輯區(qū)單擊鼠標，右鍵放大、左鍵縮小，調(diào)整到坐標間距50ns或100ns，間距過小不利于設(shè)置和觀察波形。在管腳A上單擊鼠標，選中A信號，再單擊

時鐘信號按鈕，在時鐘設(shè)置對話框的Period輸入框中輸入200，即設(shè)定仿真周期為200納秒；同樣把B信號的仿真周期設(shè)置為400納秒；C信號的仿真周期設(shè)置為800納秒。（5）單擊菜單欄中的Simulation→RunFunctionalSimulation選項或工具欄中的

按鈕，即可啟動仿真。仿真分析能夠?qū)⒃O(shè)計電路的邏輯功能用波形的形式表現(xiàn)出來，檢驗電路功能。通過仿真分析后，就可以使用QuartusⅡ軟件的編程器把設(shè)計下載到可編程邏輯器件中，進一步驗證電路功能并實現(xiàn)電路。1.管腳鎖定（1）單擊標題欄中的Assignments→PinPlanner選項，出現(xiàn)管腳規(guī)劃窗口1.2.5器件編程（2）在Location輸入框中，雙擊鼠標，再單擊出現(xiàn)的彈出式菜單的下拉式箭頭，出現(xiàn)的下拉菜單列出所選用芯片的所有可用管腳，可根據(jù)所使用的實驗箱或開發(fā)板的管腳分配情況鎖定管腳。將輸入信號管腳鎖定為按鍵、輸出管腳鎖定為發(fā)光二極管。（3）按照同樣的方法，將其他管腳一一鎖定。本書的管腳對應(yīng)情況如下：將A鎖定為PIN_90（對應(yīng)按鍵1）、B鎖定為PIN_91（對應(yīng)按鍵2）、C鎖定為PIN_88（對應(yīng)按鍵3）、Y鎖定為PIN_85（對應(yīng)發(fā)光二極管）。（4）關(guān)閉配置編輯器。（5）單擊標題欄中的Processing→StartCompilation選項，再次啟動全程編譯。編譯成功后，就可以將設(shè)計的程序下載到可編程邏輯芯片中。在編譯成功后，QuartusⅡ軟件將自動生成編程數(shù)據(jù)文件，如．pof（專用配置器件）和．sof（通過連接計算機上的下載電纜直接對FPGA進行配置）等編程數(shù)據(jù)文件，這些文件可以被編程器使用，對器件進行編程。編程的方式可以是JTAG方式或AS方式，JTAG方式將程序下載到可編程邏輯器件；AS方式將程序下載到存儲器（使用．pof文件）。（1）如果使用ByteBlasterMV編程器，可將ByteBlasterMV下載電纜接到計算機的并行端口；如果使用MasterBlaster編程器，可將MasterBlaster下載電纜連接到計算機的串行端口。編程器下載電纜連接后，要打開EDA實驗箱或開發(fā)板的電源。2．編程（2）如果使用USB-Blaster編程器，需要安裝USB驅(qū)動程序。將USB-Blaster編程器一端連接到計算機的USB端口，另一端連接到EDA實驗箱或開發(fā)板的JTAG接口，打開EDA實驗箱或開發(fā)板的電源。這時會彈出一個USB驅(qū)動程序?qū)υ捒颍鶕?jù)對話框的提示，選擇用戶手動搜索驅(qū)動程序，如果QuartusⅡ安裝在D盤的ALTERA14.0文件夾下，則驅(qū)動程序的路徑為D:\ALTERA14.0\QUARTUS\DRIVERS\USB-BLASTER。（3）單擊Tools→Programmer選項（4）單擊圖1-25中的【HardwareSetup】按鈕（5）單擊圖1-26中Availablehardwareitems列表框，雙擊USB-Blaster[USB-0]，然后單擊【Close】按鈕，關(guān)閉硬件配置對話框。（6）在編程窗口中，單擊Mode下拉框右端的下拉按鈕，選中JTAG編程方式。JTAG編程方式支持在系統(tǒng)編程，可對FPGA、DSP等器件進行編程，是通用的編程方式。另外，ActiveSerialProgramming模式可對FLASH存儲器進行編程。（7）單擊【AddFiles】按鈕，在彈出的對話框中，再打開output_files文件夾，選中Choice.sof文件。根據(jù)實驗箱或開發(fā)板的實際情況，測試電路。本書使用的開發(fā)板：輸入信號為按鍵按下時，輸入信號為1，按鍵指示燈亮；按鍵抬起時，輸入信號為0，按鍵指示燈暗。輸出信號為1時，信號燈亮；輸出信號為0時，信號燈暗。當2個或3個按鍵同時按下時，信號燈亮；只有一個按鍵按下時，信號燈暗。3．電路測試1.3數(shù)據(jù)比較器的設(shè)計1.3.1同比較器1．電路設(shè)計設(shè)輸入的兩個一位二進制數(shù)分別為A、B，用Y表示比較結(jié)果。若兩數(shù)相等，輸出1；兩數(shù)不等輸出0。同比較器的真值表如表1-3所示。2．建立項目

（1）在計算機的E盤，建立文件夾E:\EXAM111作為項目文件夾。（2）啟動QuartusⅡ，單擊【CreateaNewProject】按鈕打開新項目建立向?qū)?，也可以單擊菜單File→New→NewQuartusIIProject，在新項目建立向?qū)υ捒蛑蟹謩e輸入項目文件夾、項目名和頂層設(shè)計實體名。項目名為COMPA、頂層設(shè)計實體名也為COMPA。（3）由于采用圖形輸入方式，在添加文件對話框的Filename中輸入COMPA.bdf，然后單擊【Add】按鈕，添加該文件。（4）在器件設(shè)置對話框中，根據(jù)實驗箱或開發(fā)板上使用的器件決定選擇的芯片系列和具體元件，本書選擇CycloneⅣE系列的EP4CE6E22C8芯片。（5）單擊【Finish】按鈕，關(guān)閉新項目建立向?qū)АＷ⒁猓很浖臉祟}欄必須變?yōu)镋:/EXAM111/COMPA-COMPA。3．編輯與編譯（1）編輯。單擊File→New選項，選中BlockDiagram/SchematicFile，單擊【OK】按鈕，打開圖形編輯器窗口。（2）雙擊圖形文件編輯窗口的編輯區(qū)，打開元件輸入對話框。根據(jù)同比較器的邏輯表達式，依次輸入1個XNOR（同或門）、2個INPUT（輸入管腳）和1個OUTPUT（輸出管腳）。編輯完成后的電路如圖1-28所示。（3）編譯。單擊Processing→StartCompilation選項，啟動全程編譯。如果設(shè)計中存在錯誤，可以根據(jù)Massage-Compiler窗口所提供的信息進行修改，重新編譯，直到?jīng)]有錯誤為止。4．波形仿真（1）單擊File→New選項，選中UniversityProgramVWF選項，單擊【OK】按鈕，建立波形輸入文件。（2）單擊Edit→SetEndTime選項，設(shè)定仿真時間為1us；單擊Edit→GridSize…選項，設(shè)定仿真時間周期為100ns。將波形文件以COMPA為名稱存入文件夾E:\EXAM111文件夾下。（3）雙擊波形編輯器“Name”下的空白處，打開插入管腳或總線對話框。（4）單擊該對話框的【NodeFind…】按鈕，打開管腳搜索對話框，選中Pins：all，然后單擊【list】按鈕。在下方的NodesFinder窗口中會出現(xiàn)設(shè)計項目的所有端口管腳名。（5）選中輸入端口節(jié)點A、B和輸出信號節(jié)點Y后，單擊窗口中間的方向按鈕，將管腳進入窗口右側(cè)的選擇區(qū)，單擊OK按鈕；回到插入管腳或總線對話框，再次單擊OK按鈕。（6）調(diào)整波形坐標間距后，選中輸入管腳A，單擊波形編輯按鈕

，并在Period輸入框內(nèi)輸入200，單位選ns；選中輸入管腳B，單擊波形編輯按鈕

，并在Period輸入框內(nèi)輸入400，單位選ns。（6）調(diào)整波形坐標間距后，選中輸入管腳A，單擊波形編輯按鈕

，并在Period輸入框內(nèi)輸入200，單位選ns；選中輸入管腳B，單擊波形編輯按鈕

，并在Period輸入框內(nèi)輸入400，單位選ns。5．編程（1）單擊標題欄中的Assignments→PinPlanner選項，出現(xiàn)管腳規(guī)劃窗口。（2）在Location輸入框中，雙擊鼠標，再單擊出現(xiàn)的彈出式菜單的下拉式箭頭，出現(xiàn)的下拉菜單列出所選用芯片的所有可用管腳，可根據(jù)所使用的實驗箱或開發(fā)板的管腳分配情況鎖定管腳。將輸入信號管腳鎖定為按鍵、輸出管腳鎖定為發(fā)光二極管。（3）單擊標題欄中的Processing→StartCompilation選項，再次啟動全程編譯。編譯成功后，就可以將設(shè)計的程序下載到可編程邏輯芯片中。（4）使用電纜將計算機和實驗箱連接，接通實驗箱電源。單擊Tools→Programmer選項，在編程窗口中進行硬件配置，可選擇LPT1接口輸出的ByteBlasterMV、ByteBlasterⅡ或USB-Blaster編程器等硬件類型，編程方式選中JTAG編程方式。（5）單擊【AddFiles】按鈕，在彈出的對話框中，再打開output_files文件夾，單擊選中COMPA.sof文件，再單擊【Start】按鈕，即可開始對芯片編程。（6）如果建立項目時選定的芯片和實驗箱適配板上的芯片不同，下載會失敗。這時可單擊Project→Add/RemoveFilesinProject…，打開設(shè)置對話框，單擊右上角的【Device】按鈕，重新選擇器件，重新編譯，重新鎖定管腳，再次編譯后即可重新下載。

輸入信號為按鍵按下輸入信號為1，按鍵指示燈亮；按鍵抬起輸入信號為0，按鍵指示燈暗。輸出信號為1時，信號燈亮；輸出信號為0時，信號燈暗。測試結(jié)果如表1-4所示。6．電路測試測試結(jié)果完全正確的電路，可以生成符號元件，該元件可作為獨立的器件供其他設(shè)計項目調(diào)用。回到圖形編輯器窗口，單擊File→Create/Update→CreateSymbolFilesforCurrentFile選項，在彈出的對話框中將此符號文件按默認名稱（即COMPA）保存，擴展名為.bsf。7．生成符號元件1．電路設(shè)計設(shè)輸入的兩個二進制數(shù)分別為A、B，用Y1、Y2和Y3表示比較結(jié)果。若A>B，則Y1=1、Y2=0、Y3=0；若A=B，則Y1=0、Y2=1、Y3=0；若A<B，則Y1=0、Y2=0、Y3=1。1.3.2大小比較器（1）在計算機的E盤，建立文件夾E:\EXAM112作為項目文件夾。（2）啟動QuartusⅡ，單擊【CreateaNewProject】按鈕打開新項目建立向?qū)?，也可以單擊菜單File→New→NewQuartusIIProject，在新項目建立向?qū)υ捒蛑蟹謩e輸入項目文件夾、項目名和頂層設(shè)計實體名，項目名為COMPB、頂層設(shè)計實體名也為COMPB。（3）由于采用圖形輸入方式，在添加文件對話框的Filename中輸入COMPB.bdf，然后單擊【Add】按鈕，添加該文件。（4）在器件設(shè)置對話框中，根據(jù)實驗箱或開發(fā)板上使用的器件決定選擇的芯片系列和具體元件，本書選擇CycloneⅣE系列的EP4CE6E22C8芯片。（5）單擊【Finish】按鈕，關(guān)閉新項目建立向?qū)?。注意：軟件的標題欄必須變?yōu)镋:/EXAM112/COMPB-COMPB。2．建立項目（1）在計算機的E盤，建立文件夾E:\EXAM112作為項目文件夾。（2）啟動QuartusⅡ，單擊【CreateaNewProject】按鈕打開新項目建立向?qū)?，也可以單擊菜單File→New→NewQuartusIIProject，在新項目建立向?qū)υ捒蛑蟹謩e輸入項目文件夾、項目名和頂層設(shè)計實體名，項目名為COMPB、頂層設(shè)計實體名也為COMPB。（3）由于采用圖形輸入方式，在添加文件對話框的Filename中輸入COMPB.bdf，然后單擊【Add】按鈕，添加該文件。（4）在器件設(shè)置對話框中，根據(jù)實驗箱或開發(fā)板上使用的器件決定選擇的芯片系列和具體元件，本書選擇CycloneⅣE系列的EP4CE6E22C8芯片。（5）單擊【Finish】按鈕，關(guān)閉新項目建立向?qū)?。注意：軟件的標題欄必須變?yōu)镋:/EXAM112/COMPB-COMPB。3．編輯與編譯將此圖形文件按名稱COMPB保存在E:\EXAM112文件夾下（3）編譯。單擊Processing→StartCompilation選項，啟動全程編譯。如果設(shè)計中存在錯誤，可以根據(jù)Massage-Compiler窗口所提供的信息進行修改，重新編譯，直到?jīng)]有錯誤為止。（1）單擊File→New選項，選中UniversityProgramVWF選項，單擊【OK】按鈕，建立波形輸入文件。（2）單擊波形編輯窗口的Edit→SetEndTime選項，設(shè)定仿真時間為1us；單擊Edit→GridSize…選項，設(shè)定仿真時間周期為40ns。將波形文件以COMPB為名稱存入文件夾E:\EXAM112文件夾下。（3）雙擊波形編輯器“Name”下的空白處，打開插入管腳或總線對話框。（4）單擊該對話框的【NodeFind…】按鈕，打開管腳搜索對話框，選中Pins：all，然后單擊【list】按鈕。在下方的NodesFinder窗口中會出現(xiàn)設(shè)計項目的所有端口管腳名。（5）選中輸入端口節(jié)點A、B和輸出信號節(jié)點Y1、Y2、Y3后，單擊窗口中間的方向按鈕，將管腳進入窗口右側(cè)的選擇區(qū)，單擊OK按鈕；回到插入管腳或總線對話框，再次單擊OK按鈕。（6）調(diào)整波形坐標間距后，選中輸入管腳A，單擊波形編輯按鈕

，并在Period輸入框內(nèi)輸入40，單位選ns；選中輸入管腳B，單擊波形編輯按鈕

，并在Period輸入框內(nèi)輸入80，單位選ns。4．波形仿真（7）單擊菜單欄中的Simulation→RunFunctionalSimulation選項或工具欄中的

按鈕，啟動仿真。使用調(diào)整焦距工具調(diào)整波形坐標間距。（1）單擊標題欄中的Assignments→PinPlanner選項，出現(xiàn)管腳規(guī)劃窗口。（2）在Location輸入框中，雙擊鼠標，再單擊出現(xiàn)的彈出式菜單的下拉式箭頭，出現(xiàn)的下拉菜單列出所選用芯片的所有可用管腳，可根據(jù)所使用的實驗箱或開發(fā)板的管腳分配情況鎖定管腳。將輸入信號管腳鎖定為按鍵、輸出管腳鎖定為發(fā)光二極管。（3）單擊標題欄中的Processing→StartCompilation選項，再次啟動全程編譯。編譯成功后，就可以將設(shè)計的程序下載到可編程邏輯芯片中。（4）使用電纜將計算機和實驗箱連接，接通實驗箱電源。單擊Tools→Programmer選項，在編程窗口中進行硬件配置，可選擇LPT1接口輸出的ByteBlasterMV、ByteBlasterⅡ或USB-Blaster編程器等硬件類型，編程方式選中JTAG編程方式。（5）單擊【AddFiles】按鈕，在彈出的對話框中，再打開output_files文件夾，單擊選中COMPB.sof文件，再單擊【Start】按鈕，即可開始對芯片編程。5．編程輸入信號為按鍵按下輸入信號為1，按鍵指示燈亮；按鍵抬起輸入信號為0，按鍵指示燈暗。輸出信號為1時，信號燈亮；輸出信號為0時，信號燈暗。6．電路測試測試結(jié)果完全正確的電路，可以生成符號元件，該元件可作為獨立的器件供其他設(shè)計項目調(diào)用?；氐綀D形編輯器窗口，單擊File→Create/Update→CreateSymbolFilesforCurrentFile選項，在彈出的對話框中將此符號文件按默認名稱（即COMPB）保存，擴展名為.bsf。7．生成符號元件1．電路設(shè)計設(shè)計二個四位二進制數(shù)據(jù)的同比較器。兩個四位二進制數(shù)的同比較器，可以在一位二進制數(shù)同比較器的基礎(chǔ)上完成。如果兩個四位二進制數(shù)的每一數(shù)據(jù)位都相同，則兩個數(shù)據(jù)相同；只要有一個數(shù)據(jù)位不相同，則兩個數(shù)據(jù)不同。設(shè)輸入的兩個四位二進制數(shù)分別為A[3..0]、B[3..0]，用Y表示比較結(jié)果。若兩數(shù)相等，輸出1；兩數(shù)不等輸出0。1.3.3四位同比較器（1）在計算機的E盤，建立文件夾E:\EXAM113作為項目文件夾。（2）啟動QuartusⅡ，單擊【CreateaNewProject】按鈕打開新項目建立向?qū)?，也可以單擊菜單File→New→NewQuartusIIProject，在新項目建立向?qū)υ捒蛑蟹謩e輸入項目文件夾、項目名和頂層設(shè)計實體名，項目名為COMPC、頂層設(shè)計實體名也為COMPC。（3）采用圖形輸入方式，在添加文件對話框的Filename中輸入COMPC.bdf，然后單擊【Add】按鈕，添加該文件。（4）由于需要使用先前生成的數(shù)據(jù)同比較器元件COMPA.bsf，可單擊添加文件對話框的Filename右側(cè)的按鈕，選擇E:\EXAM111文件夾下的COMPA.bsf，再次單擊【Add】按鈕，添加COMPA.bsf文件。（5）在器件設(shè)置對話框中，根據(jù)實驗箱或開發(fā)板上使用的器件決定選擇的芯片系列和具體元件，本書選擇CycloneⅣE系列的EP4CE6E22C8芯片。（6）單擊【Finish】按鈕，關(guān)閉新項目建立向?qū)?。注意：軟件的標題欄必須變?yōu)镋:/EXAM113/COMPC-COMPC。2．建立項目（1）編輯。單擊File→New選項，選中BlockDiagram/SchematicFile，單擊【OK】按鈕，打開圖形編輯器窗口。（2）雙擊圖形文件編輯窗口的編輯區(qū)，打開元件輸入對話框。依次輸入1個AND4（4輸入端與門）、2個INPUT（輸入管腳）和1個OUTPUT（輸出管腳）。（3）再次打開元件輸入對話框，單擊元件輸入對話框中Name輸入框右側(cè)按鈕，在彈出的“打開”對話框選擇E:\EXAM111文件夾下的COMPA.bsf文件，并復(fù)制成4個。如果找不到COMPA.bsf文件，可能是完成同比較器項目時，沒有生成該元件，這時可打開同比較器項目生成即可。3．編輯與編譯（4）命名節(jié)點線：選中與總線連接的節(jié)點線（在線上單擊），即可輸入節(jié)點線名稱，但需要注意連接信號輸入、輸出端的節(jié)點線，其名稱要與相應(yīng)管腳的名稱對應(yīng)。例如與管腳A[3..0]相連的4條節(jié)點線分別命名為A[3]、A[2]、A[1]、A[0]，不同的節(jié)點線名代表總線的數(shù)據(jù)分配關(guān)系。還要注意輸入的節(jié)點線名稱的顏色與節(jié)點線的顏色必須相同，不同就是沒有選中，需要重新做。按照邏輯關(guān)系將其連接，按照總線和節(jié)點的規(guī)則命名管腳和連接導(dǎo)線的名稱后，可不用連接。（5）編譯。單擊Processing→StartCompilation選項，啟動全程編譯。如果設(shè)計中存在錯誤，可以根據(jù)Massage-Compiler窗口所提供的信息進行修改，重新編譯，直到?jīng)]有錯誤為止。（6）如果錯誤提示：Error(12006):Nodeinstance"inst"instantiatesundefinedentity"COMPA"，建立項目時沒有添加COMPA元件。（7）如果建立項目時沒有添加COMPA.bsf元件，可單擊Project→Add/RemoveFilesinProject…，打開設(shè)置對話框，在Files選項中添加COMPA.bsf文件后，重新編譯。（1）單擊File→New選項，選中UniversityProgramVWF選項，單擊【OK】按鈕，建立波形輸入文件。（2）單擊Edit→SetEndTime選項，設(shè)定仿真時間為2us；單擊Edit→GridSize…選項，設(shè)定仿真時間周期為100ns。將波形文件以名存COMPC入文件夾E:\EXAM113文件夾下。（3）雙擊波形編輯器“Name”下的空白處，打開插入管腳或總線對話框。（4）單擊該對話框的[NodeFind]按鈕，打開管腳搜索對話框，選中Pins：all，然后單擊【list】按鈕。在下方的NodesFinder窗口中會出現(xiàn)設(shè)計項目的所有端口管腳名。（5）選中輸入端口節(jié)點A、B和輸出信號節(jié)點Y后，單擊窗口中間的方向按鈕，將管腳進入窗口右側(cè)的選擇區(qū)，單擊OK按鈕；回到插入管腳或總線對話框，再次單擊OK按鈕。（6）調(diào)整波形坐標間距后，選中輸入管腳A，單擊波形編輯按鈕

，并在Countevery輸入框內(nèi)輸入100，單位選ns；選中輸入管腳B，單擊波形編輯按鈕

，并在Period輸入框內(nèi)輸入200，單位選ns。4．波形仿真（7）單擊菜單欄中的Simulation→RunFunctionalSimulation選項或工具欄中的

按鈕，啟動仿真。使用調(diào)整焦距工具調(diào)整波形坐標間距。（1）單擊標題欄中的Assignments→PinPlanner選項，出現(xiàn)管腳規(guī)劃窗口。（2）在Location輸入框中，雙擊鼠標，再單擊出現(xiàn)的彈出式菜單的下拉式箭頭，出現(xiàn)的下拉菜單列出所選用芯片的所有可用管腳，可根據(jù)所使用的實驗箱或開發(fā)板的管腳分配情況鎖定管腳。將輸入信號管腳鎖定為按鍵、輸出管腳鎖定為發(fā)光二極管。注意：多位的總線管腳需要按位鎖定，例如管腳A需要分別鎖定A[3]、A[2]、A[1]、A[0]，不要鎖定A?？偩€管腳B與A的處理相同。（3）單擊標題欄中的Processing→StartCompilation選項，再次啟動全程編譯。編譯成功后，就可以將設(shè)計的程序下載到可編程邏輯芯片中。（4）使用電纜將計算機和實驗箱連接，接通實驗箱電源。單擊Tools→Programmer選項，在編程窗口中進行硬件配置，可選擇LPT1接口輸出的ByteBlasterMV、ByteBlasterⅡ或USB-Blaster編程器等硬件類型，編程方式選中JTAG編程方式。（5）單擊【AddFiles】按鈕，在彈出的對話框中，再打開output_files文件夾，單擊選中COMPC.sof文件，再單擊【Start】按鈕，即可開始對芯片編程。5．編程輸入信號為按鍵按下輸入信號為1，按鍵指示燈亮；按鍵抬起輸入信號為0，按鍵指示燈暗。輸出信號為1時，信號燈亮；輸出信號為0時，信號燈暗。例如輸入信號A=“1001”、B=“1001”時，輸出信號Y為高電平；輸入信號A=“1001”、B=“1010”時，輸出信號Y為低電平。6．電路測試1．實訓(xùn)目標（1）熟練QuartusⅡ軟件的圖形輸入方式。（2）學(xué)會利用圖形輸入方式設(shè)計并實現(xiàn)數(shù)字電路。（3）能夠通過波形分析驗證電路性能。2．實訓(xùn)題目設(shè)計一個供電控制電路。3個工廠由甲、乙兩個變電站供電，如1個工廠用電，則由甲站供電；如兩個工廠用電，則由乙站供電；如3個工廠用電，則由甲、乙兩個站共同供電。1.4實訓(xùn)：供電控制電路的實現(xiàn)3．實訓(xùn)內(nèi)容（1）建立項目；（2）編輯與編譯；（3）波形仿真；（4）編程；（5）電路測試4．實訓(xùn)報告（1）記錄仿真波形。（2）整理電路測試記錄表，分析實訓(xùn)結(jié)果。（3）說明電路設(shè)計過程。本章要點

可編程邏輯器件QuartusⅡ軟件的圖形輸入方式QuartusⅡ軟件LPM宏單元庫第2章數(shù)據(jù)運算器的設(shè)計2.1可編程邏輯器件2.1.1特點與分類1．PLD的特點

（1）集成度高、可靠性好。

（2）工作速度快。

（3）提高系統(tǒng)的設(shè)計靈活性。

（4）縮短設(shè)計周期。

（5）增加系統(tǒng)的保密性能。2．PLD的分類

（1）簡單PLD（SPLD）。

指早期的可編程邏輯器件，包括可編程只讀存儲器（PROM）、可編程邏輯陣列（PL（A）、可編程陣列邏輯（PAL）和通用陣列邏輯（GAL）四類器件。（2）復(fù)雜PLD（CPLD）。

通常由大量可編程邏輯宏單元圍繞一個位于中心的、延時固定的可編程互連矩陣組成。（3）現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）。

通常包含可編程邏輯塊、可編程I/O塊、可編程連線三類可編程資源。1．簡單PLD的編程工藝

簡單PLD只允許編程一次，不利于設(shè)計調(diào)試與修改。但是，其抗干擾能力強、工作速度快，集成度與可靠性都很高，并且價格相對低廉。2．CPLD的編程工藝

（1）EPROM

（2）E2PROM（或EEPROM）

（3）FlashROM2.1.2編程工藝（1）反熔絲（Antifuse）

反熔絲技術(shù)是通過擊穿介質(zhì)達到連通線路的目的。（2）靜態(tài)存儲器（SRAM）

每個連接點用一個靜態(tài)觸發(fā)器控制的開關(guān)代替熔絲，當觸發(fā)器被置1時，開關(guān)接通；置0時，開關(guān)斷開。在系統(tǒng)不加電時，編程數(shù)據(jù)存儲在片外的E2PROM器件、FlashROM器件、硬盤或軟盤中。在系統(tǒng)上電時，把這些編程數(shù)據(jù)立即寫入到FPGA中，從而實現(xiàn)對FPGA的動態(tài)配置；系統(tǒng)掉電時，片內(nèi)的編程數(shù)據(jù)將全部丟失。3．FPGA的編程工藝2.1.3邏輯表示方法1．緩沖器和連接點2．與門和或門

2.1.4Altera公司的器件CPLD器件主要有Classic系列、MAX3000系列、MAX5000系列、MAX7000系列和MAX9000系列，這些器件系列都具有可重復(fù)編程的功能，Classic系列和MAX5000系列采用EPROM（紫外線擦除的可編程存儲器）工藝；MAX3000、MAX7000、MAX9000系列采用E2PROM（電可擦除可編程存儲器）工藝，其中MAX7000系列在國內(nèi)應(yīng)用較為廣泛，例如EPM7128、EPM7256等。FPGA器件主要有FLEX10K系列、FLEX6000系列、FLEX8000系列、Cyclone系列、Stratix系列、ACEX1K系列和APEX20K系列等。在編程工藝上，這些系列都采用SRAM（靜態(tài)隨機存儲器）工藝。其中FLEX10K、Cyclone、ACEX1K系列在國內(nèi)較為常用，例如EPF10k100、EP1C6Q、EP1C12Q、EP1K30等。1．邏輯單元CPLD中的邏輯單元是大單元，其變量數(shù)可以多達二十幾個。FPGA邏輯單元是小單元，每個單元有1～2個觸發(fā)器，其輸入變量通常只有幾個，因此采用PROM（即查表結(jié)構(gòu)）。2．互連CPLD邏輯單元大，單元數(shù)量少，互連使用的是總線，其互連特點是總線上任意一對輸入與輸出之間的延時相等，而且是可預(yù)測的。FPGA因邏輯單元小，單元數(shù)量多，所以互連關(guān)系復(fù)雜，使用的互連方式較多，主要有分段總線、長線和直連等方式。CPLD和FPGA的區(qū)別3．編程工藝

在CPLD中，常使用EPROM、E2PROM和FlashROM編程工藝。這種編程工藝可以反復(fù)編程，可多達上萬次。

在FPGA中，常用SRAM編程工藝。這種編程工藝成本低、穩(wěn)定可靠、編程速度快，可實現(xiàn)在系統(tǒng)編程。但系統(tǒng)掉電后編程信息不能保存，必須與存儲器聯(lián)用，在系統(tǒng)上電時須先對芯片編程，方能使用。2.2.1半加器只考慮兩個加數(shù)本身的相加，不考慮來自低位的進位，這樣的加法運算稱為半加，實現(xiàn)這種運算的邏輯電路稱為半加器。半加器可對兩個一位二進制數(shù)進行加法運算，同時產(chǎn)生進位。1．題目要求

利用QuartusⅡ軟件的圖形輸入方式，設(shè)計一位二進制半加器，完成編譯和波形仿真后，下載到實驗平臺驗證電路功能。2．電路設(shè)計

設(shè)半加器的輸入端為A（被加數(shù)）和B（加數(shù)）；輸出端為S（和）和C（進位）。2.2加法器的設(shè)計半加器的題目要求列出真值表

（1）在計算機的E盤，建立文件夾E:\EXAM221作為項目文件夾。（2）啟動QuartusⅡ，單擊【CreateaNewProject】按鈕打開新項目建立向?qū)?，也可以單擊菜單File→New→NewQuartusIIProject，在新項目建立向?qū)υ捒蛑蟹謩e輸入項目文件夾、項目名和頂層設(shè)計實體名。項目名為HADD、頂層設(shè)計實體名也為HADD。（3）由于采用圖形輸入方式，在添加文件對話框的Filename中輸入HADD.bdf，然后單擊【Add】按鈕，添加該文件。（4）在器件設(shè)置對話框中，根據(jù)實驗箱或開發(fā)板上使用的器件決定選擇的芯片系列和具體元件，本書選擇CycloneⅣE系列的EP4CE6E22C8芯片。（5）單擊【Finish】按鈕，關(guān)閉新項目建立向?qū)АＷ⒁猓很浖臉祟}欄必須變?yōu)镋:/EXAM211/HADD-HADD。3．建立項目（1）編輯。單擊File→New選項，選中BlockDiagram/SchematicFile，單擊【OK】按鈕，打開圖形編輯器窗口。（2）打開圖形文件編輯窗口，根據(jù)半加器的邏輯表達式，依次輸入1個XOR（異或門）、1個AND2（與門）、2個INPUT（輸入管腳）和2個OUTPUT（輸出管腳），按照邏輯關(guān)系將其連接。4．編輯與編譯（1）單擊File→New選項，選中UniversityProgramVWF選項，單擊【OK】按鈕，建立波形輸入文件。（2）單擊Edit→SetEndTime選項，設(shè)定仿真時間為1us；單擊Edit→GridSize…選項，設(shè)定仿真時間周期為40ns。將波形文件以HADD為名稱存入文件夾E:\EXAM221文件夾下。（3）雙擊波形編輯器“Name”下的空白處，打開插入管腳或總線對話框。（4）單擊該對話框的【NodeFind…】按鈕，打開管腳搜索對話框，選中Pins：all，然后單擊【list】按鈕。在下方的NodesFinder窗口中會出現(xiàn)設(shè)計項目的所有端口管腳名。5．波形仿真（5）選中輸入端口節(jié)點A、B和輸出信號節(jié)點S、C后，單擊窗口中間的方向按鈕，將管腳進入窗口右側(cè)的選擇區(qū)，單擊【OK】按鈕；回到插入管腳或總線對話框，再次單擊【OK】按鈕。（6）調(diào)整波形坐標間距后，選中輸入管腳A，單擊波形編輯按鈕

，并在Countevery輸入框內(nèi)輸入40，單位選ns；選中輸入管腳B，單擊波形編輯按鈕

，并在Countevery輸入框內(nèi)輸入80，單位選ns。（7）單擊菜單欄中的Simulation→RunFunctionalSimulation選項或工具欄中的

按鈕，啟動仿真。仿真結(jié)果如圖所示。（1）單擊標題欄中的Assignments→PinPlanner選項，出現(xiàn)管腳規(guī)劃窗口。（2）在Location輸入框中，雙擊鼠標，再單擊出現(xiàn)的彈出式菜單的下拉式箭頭，出現(xiàn)的下拉菜單列出所選用芯片的所有可用管腳，可根據(jù)所使用的實驗箱或開發(fā)板的管腳分配情況鎖定管腳。將輸入信號管腳鎖定為按鍵、輸出管腳鎖定為發(fā)光二極管。（3）單擊標題欄中的Processing→StartCompilation選項，再次啟動全程編譯。編譯成功后，就可以將設(shè)計的程序下載到可編程邏輯芯片中。6．編程（4）使用電纜將計算機和實驗箱連接，接通實驗箱電源。單擊Tools→Programmer選項，在編程窗口中進行硬件配置，可選擇LPT1接口輸出的ByteBlasterMV、ByteBlasterⅡ或USB-Blaster編程器等硬件類型，編程方式選中JTAG編程方式。（5）單擊【AddFiles】按鈕，在彈出的對話框中，再打開output_files文件夾，單擊選中HADD.sof文件，再單擊【Start】按鈕，即可開始對芯片編程。（6）如果建立項目時選定的芯片和實驗箱適配板上的芯片不同，下載會失敗。這時可單擊Project→Add/RemoveFilesinProject…，打開設(shè)置對話框，單擊右上角的【Device】按鈕，重新選擇器件，重新編譯，重新鎖定管腳，再次編譯后即可重新下載。輸入信號為按鍵按下輸入信號為1，按鍵指示燈亮；按鍵抬起輸入信號為0，按鍵指示燈暗。輸出信號為1時，信號燈亮；輸出信號為0時，信號燈暗。測試結(jié)果如表2-2所示。7．電路測試測試結(jié)果完全正確的電路，可以生成符號元件，該元件可作為獨立的器件供其他設(shè)計項目調(diào)用?；氐綀D形編輯器窗口，單擊File→Create/Update→CreateSymbolFilesforCurrentFile選項，在彈出的對話框中將此符號文件按默認名稱（即HADD）保存，擴展名為.bsf。8．生成符號元件不僅考慮兩個一位二進制數(shù)的相加，而且還考慮來自低位進位的運算電路，稱為全加器。全加器有3個輸入端、2個輸出端。1．題目要求

利用QuartusⅡ軟件的圖形輸入方式，設(shè)計一位二進制全加器，完成編譯和波形仿真后，下載到實驗平臺驗證電路功能。2．電路設(shè)計

設(shè)全加器的輸入端為A（被加數(shù)）、B（加數(shù)）、Ci（低位進位）；輸出端為S（和）和Co（進位）。2.2.2全加器根據(jù)全加器的題目要求列出真值表（1）在計算機的E盤，建立文件夾E:\EXAM222作為項目文件夾。（2）啟動QuartusⅡ，單擊【CreateaNewProject】按鈕打開新項目建立向?qū)?，也可以單擊菜單File→New→NewQuartusIIProject，在新項目建立向?qū)υ捒蛑蟹謩e輸入項目文件夾、項目名和頂層設(shè)計實體名。項目名為SADD、頂層設(shè)計實體名也為SADD。（3）由于采用圖形輸入方式，在添加文件對話框的Filename中輸入SADD.bdf，然后單擊【Add】按鈕，添加該文件。（4）在器件設(shè)置對話框中，根據(jù)實驗箱或開發(fā)板上使用的器件決定選擇的芯片系列和具體元件，本書選擇CycloneⅣE系列的EP4CE6E22C8芯片。（5）單擊【Finish】按鈕，關(guān)閉新項目建立向?qū)?。注意：軟件的標題欄必須變?yōu)镋:/EXAM222/SADD-SADD。3．建立項目4．編輯與編譯（1）編輯。單擊File→New選項，選中BlockDiagram/SchematicFile，單擊【OK】按鈕，打開圖形編輯器窗口。（2）打開圖形文件編輯窗口，依次輸入2個XOR（異或門）、3個AND2（與門）、1個OR3（或門）、3個INPUT（輸入管腳）和2個OUTPUT（輸出管腳），按照邏輯關(guān)系將其連接（1）單擊File→New選項，選中UniversityProgramVWF選項，單擊【OK】按鈕，建立波形輸入文件。（2）單擊Edit→SetEndTime選項，設(shè)定仿真時間為1us；單擊Edit→GridSize…選項，設(shè)定仿真時間周期為40ns。將波形文件以SADD為名稱存入文件夾E:\EXAM222文件夾下。（3）雙擊波形編輯器“Name”下的空白處，打開插入管腳或總線對話框。（4）單擊該對話框的【NodeFind…】按鈕，打開管腳搜索對話框，選中Pins：all，然后單擊【list】按鈕。在下方的NodesFinder窗口中會出現(xiàn)設(shè)計項目的所有端口管腳名。5．波形仿真（5）選中輸入端口節(jié)點A、B、Ci和輸出信號節(jié)點S、Co后，單擊窗口中間的方向按鈕，將管腳進入窗口右側(cè)的選擇區(qū)，單擊【OK】按鈕；回到插入管腳或總線對話框，再次單擊【OK】按鈕。（6）調(diào)整波形坐標間距后，選中輸入管腳A，單擊波形編輯按鈕

，并在Countevery輸入框內(nèi)輸入80，單位選ns；選中輸入管腳B，單擊波形編輯按鈕

，并在Countevery輸入框內(nèi)輸入160，單位選ns；選中輸入管腳Ci，單擊波形編輯按鈕

，并在Countevery輸入框內(nèi)輸入320，單位選ns。（7）單擊菜單欄中的Simulation→RunFunctionalSimulation選項或工具欄中的

按鈕，啟動仿真。使用調(diào)整焦距工具調(diào)整波形坐標間距，仿真結(jié)果如圖2-6所示1）單擊標題欄中的Assignments→PinPlanner選項，出現(xiàn)管腳規(guī)劃窗口。（2）在Location輸入框中，雙擊鼠標，再單擊出現(xiàn)的彈出式菜單的下拉式箭頭，出現(xiàn)的下拉菜單列出所選用芯片的所有可用管腳，可根據(jù)所使用的實驗箱或開發(fā)板的管腳分配情況鎖定管腳。將輸入信號管腳鎖定為按鍵、輸出管腳鎖定為發(fā)光二極管。（3）單擊標題欄中的Processing→StartCompilation選項，再次啟動全程編譯。編譯成功后，就可以將設(shè)計的程序下載到可編程邏輯芯片中。6．編程（4）使用電纜將計算機和實驗箱連接，接通實驗箱電源。單擊Tools→Programmer選項，在編程窗口中進行硬件配置，可選擇LPT1接口輸出的ByteBlasterMV、ByteBlasterⅡ或USB-Blaster編程器等硬件類型，編程方式選中JTAG編程方式。（5）單擊【AddFiles】按鈕，在彈出的對話框中，再打開output_files文件夾，單擊選中SADD.sof文件，再單擊【Start】按鈕，即可開始對芯片編程。（6）如果建立項目時選定的芯片和實驗箱適配板上的芯片不同，下載會失敗。這時可單擊Project→Add/RemoveFilesinProject…，打開設(shè)置對話框，單擊右上角的【Device】按鈕，重新選擇器件，重新編譯，重新鎖定管腳，再次編譯后即可重新下載。輸入信號為按鍵按下輸入信號為1，按鍵指示燈亮；按鍵抬起輸入信號為0，按鍵指示燈暗。輸出信號為1時，信號燈亮；輸出信號為0時，信號燈暗。7．電路測試測試結(jié)果完全正確的電路，可以生成符號元件，該元件可作為獨立的器件供其他設(shè)計項目調(diào)用?；氐綀D形編輯器窗口，單擊File→Create/Update→CreateSymbolFilesforCurrentFile選項，在彈出的對話框中將此符號文件按默認名稱（即SADD）保存，擴展名為.bsf。8．生成符號元件四位加法器是可以對2個四位二進制數(shù)進行加法運算，并考慮來自低位的進位。1．題目要求

利用QuartusⅡ軟件的圖形輸入方式，設(shè)計四位加法器，完成編譯和波形仿真后，下載到實驗平臺驗證電路功能。2．電路設(shè)計

四位加法器可以在半加器和全加器的基礎(chǔ)上進行，利用1個半加器和3個全加器分別運算四位二進制數(shù)的每個數(shù)位。其應(yīng)具備的管腳為輸入端：A[3..0]、B[3..0]；輸出端：S[3..0]、Bit（Bit=1代表進位）。2.2.3四位加法器（1）在計算機的E盤，建立文件夾E:\EXAM223作為項目文件夾。（2）啟動QuartusⅡ，單擊【CreateaNewProject】按鈕打開新項目建立向?qū)В部梢詥螕舨藛蜦ile→New→NewQuartusIIProject，在新項目建立向?qū)υ捒蛑蟹謩e輸入項目文件夾、項目名和頂層設(shè)計實體名，項目名為DADD、頂層設(shè)計實體名也為DADD。（3）采用圖形輸入方式，在添加文件對話框的Filename中輸入DADD.bdf，然后單擊【Add】按鈕，添加該文件。3．建立項目（4）由于需要使用先前生成的半加器元件HADD.bsf和全加器元件SADD.bsf，可單擊添加文件對話框的Filename右側(cè)的按鈕，選擇E:\EXAM221文件夾下的HADD.bsf，單擊【Add】按鈕，添加HADD.bsf文件；再選擇E:\EXAM222文件夾下的SADD.bsf，再次單擊【Add】按鈕，添加SADD.bsf文件。（5）在器件設(shè)置對話框中，根據(jù)實驗箱或開發(fā)板上使用的器件決定選擇的芯片系列和具體元件，本書選擇CycloneⅣE系列的EP4CE6E22C8芯片。（6）單擊【Finish】按鈕，關(guān)閉新項目建立向?qū)?。注意：軟件的標題欄必須變?yōu)镋:/EXAM223/DADD-DADD。（1）編輯。單擊File→New選項，選中BlockDiagram/SchematicFile，單擊【OK】按鈕，打開圖形編輯器窗口。（2）雙擊圖形文件編輯窗口的編輯區(qū)，打開元件輸入對話框。單擊元件輸入對話框中Name輸入框右側(cè)按鈕，在彈出的“打開”對話框選擇E:\EXAM221文件夾下的HADD.bsf文件；再選擇E:\EXAM222文件夾下的SADD.bsf文件，并復(fù)制成3個，再依次輸入2個INPUT（輸入管腳）和2個OUTPUT（輸出管腳）。4．編輯與編譯（3）命名節(jié)點線：選中與總線連接的節(jié)點線（在線上單擊），即可輸入節(jié)點線名稱，但需要注意連接信號輸入、輸出端的節(jié)點線，其名稱要與相應(yīng)管腳的名稱對應(yīng)。例如與管腳A[3..0]相連的4條節(jié)點線分別命名為A[0]、A[1]、A[2]、A[3]，不同的節(jié)點線名代表總線的數(shù)據(jù)分配關(guān)系。還要注意輸入的節(jié)點線名稱的顏色與節(jié)點線的顏色必須相同，不同就是沒有選中，需要重新做。（4）更改連線類型：選中連線單擊右鍵，在彈出的下拉菜單中選擇BusLine（總線）或NodeLine（節(jié)點線）選項。傳送兩個以上信號時，必須選用總線。（1）單擊File→New選項，選中UniversityProgramVWF選項，單擊【OK】按鈕，建立波形輸入文件。（2）單擊Edit→SetEndTime選項，設(shè)定仿真時間為1us；單擊Edit→GridSize…選項，設(shè)定仿真時間周期為40ns。將波形文件以HADD為名稱存入文件夾E:\EXAM223文件夾下。（3）雙擊波形編輯器“Name”下的空白處，打開插入管腳或總線對話框。（4）單擊該對話框的【NodeFind…】按鈕，打開管腳搜索對話框，選中Pins：all，然后單擊【list】按鈕。在下方的NodesFinder窗口中會出現(xiàn)設(shè)計項目的所有端口管腳名。5．波形仿真（5）選中輸入端口節(jié)點A、B和輸出信號節(jié)點S、Bit后，單擊窗口中間的方向按鈕，將管腳進入窗口右側(cè)的選擇區(qū)，單擊【OK】按鈕；回到插入管腳或總線對話框，再次單擊【OK】按鈕。（6）調(diào)整波形坐標間距后，選中輸入管腳A，單擊波形編輯按鈕

，并在Countevery輸入框內(nèi)輸入80，單位選ns；選中輸入管腳B，單擊波形編輯按鈕

，并在Startvalue輸入框內(nèi)輸入“0101”，在Countevery輸入框內(nèi)輸入80，單位選ns。（7）單擊菜單欄中的Simulation→RunFunctionalSimulation選項或工具欄中的

按鈕，啟動仿真。使用調(diào)整焦距工具調(diào)整波形坐標間距，仿真結(jié)果如圖2-8所示（1）單擊Assignments→AssignmentsEditor選項，出現(xiàn)配置編輯器窗口，單擊Category輸入框右側(cè)的下拉按鈕，從中選擇Pin選項，根據(jù)使用實驗箱的具體情況鎖定管腳。注意：多位管腳需要按位鎖定，例如管腳A需要分別鎖定A[3]、A[2]、A[1]、A[0]，不要鎖定A。管腳B、S與A的處理相同。（2）再次編譯成功后，就可以將鎖定的管腳信息加入到設(shè)計文件中。（3）使用電纜將計算機和實驗箱連接，接通實驗箱電源。單擊Tools→Programmer選項，在編程窗口中進行硬件配置，可選擇LPT1接口輸出的ByteBlasterMVorByteBlasterⅡ硬件類型，編程方式選中JTAG編程方式。（4）在編程窗口中，單擊選中DADD.sof文件，再單擊【Start】按鈕，即可開始對芯片編程。6．編程輸入信號A（例如1001）和B（例如0101），輸出信號S應(yīng)該為1110、輸出信號Bit應(yīng)該為0（表示沒有進位）；改變A和B，再觀察輸出信號S和Bit。7．電路測試LPM（LibraryParameterizedModules）即參數(shù)化的宏功能模塊庫。應(yīng)用這些功能模塊庫可以大大提高IC設(shè)計的效率。調(diào)用LPM庫函數(shù)非常方便，既可以在圖形輸入法中直接調(diào)用，也可以在HDL源文件中調(diào)用。2.3.1乘法器的設(shè)計1．題目要求

利用QuartusⅡ軟件的圖形輸入方式，設(shè)計一個能實現(xiàn)3位二進制數(shù)和4位二進制數(shù)乘法運算的電路，完成編譯和波形仿真后，下載到實驗平臺驗證電路功能。2．電路設(shè)計

使用LPM庫函數(shù)實現(xiàn)。2.3LPM宏單元庫（1）在計算機的E盤，建立文件夾E:\EXAM231作為項目文件夾。（2）啟動QuartusⅡ，單擊【CreateaNewProject】按鈕打開新項目建立向?qū)?，也可以單擊菜單File→New→NewQuartusIIProject，在新項目建立向?qū)υ捒蛑蟹謩e輸入項目文件夾、項目名和頂層設(shè)計實體名。項目名為EXMULT、頂層設(shè)計實體名也為EXMULT。（3）由于采用圖形輸入方式，在添加文件對話框的Filename中輸入EXMULT.bdf，然后單擊【Add】按鈕，添加該文件。（4）在器件設(shè)置對話框中，根據(jù)實驗箱或開發(fā)板上使用的器件決定選擇的芯片系列和具體元件，本書選擇CycloneⅣE系列的EP4CE6E22C8芯片。（5）單擊【Finish】按鈕，關(guān)閉新項目建立向?qū)?。注意：軟件的標題欄必須變?yōu)镋:/EXAM231/EXMULT-EXMULT。3．建立項目（1）雙擊圖形編輯窗口右側(cè)的Library→BasicFunctions→Arithmetic→LPM_MULT，打開保存IP變量對話框，輸入E:\EXAM231\MULT，如圖所示。4．生成乘法運算模塊（2）單擊【OK】按鈕。在彈出的MegaWizardPlug_1對話框中按照題意，被乘數(shù)是3位、乘數(shù)是4位，乘積是7位。如圖所示。（3）單擊【Next】按鈕。彈出MegaWizardPlug_2對話框，從上到下依次為乘數(shù)是否設(shè)置為常數(shù)（以及常數(shù)值）、乘運算的類型（無符號或有符號）、乘運算的實現(xiàn)方式（缺省、部分器件自帶的乘法電路、邏輯單元）。（4）單擊【Next】按鈕。彈出MegaWizardPlug_3對話框，上一條為是否使用流水線功能，如使用可以需要設(shè)置時鐘、復(fù)位端和使能端；下一條為優(yōu)化方式，可選（缺省、面積和速度）。（5）單擊【Next】按鈕。彈出MegaWizardPlug_4對話框，確定仿真模式。（6）單擊【Next】按鈕。彈出MegaWizardPlug_5對話框，確定生成文件的類型。（7）單擊【Finish】按鈕。彈出QuartusⅡIPFiles對話框。5．編輯與編譯（1）編輯。單擊File→New選項，選中BlockDiagram/SchematicFile，單擊【OK】按鈕，打開圖形編輯器窗口。（2）雙擊圖形文件編輯窗口的編輯區(qū)，打開元件輸入對話框。單擊元件輸入對話框中Name輸入框右側(cè)按鈕，在彈出的“打開”對話框選擇E:\EXAM231文件夾下的MULT.bsf文件，再依次輸入2個INPUT（輸入管腳）和1個OUTPUT（輸出管腳）。（1）單擊File→New選項，選中UniversityProgramVWF選項，單擊【OK】按鈕，建立波形輸入文件。（2）單擊Edit→SetEndTime選項，設(shè)定仿真時間為2us；單擊Edit→GridSize…選項，設(shè)定仿真時間周期為100ns。將波形文件以EXMULT為名稱存入文件夾E:\EXAM231文件夾下。（3）雙擊波形編輯器“Name”下的空白處，打開插入管腳或總線對話框。（4）單擊該對話框的【NodeFind…】按鈕，打開管腳搜索對話框，選中Pins：all，然后單擊【list】按鈕。在下方的NodesFinder窗口中會出現(xiàn)設(shè)計項目的所有端口管腳名。（5）選中輸入端口節(jié)點A、B和輸出信號節(jié)點S后，單擊窗口中間的方向按鈕，將管腳進入窗口右側(cè)的選擇區(qū)，單擊【OK】按鈕；回到插入管腳或總線對話框，再次單擊【OK】按鈕。6．波形仿真（6）調(diào)整波形坐標間距后，選中輸入管腳A，在管腳名右側(cè)的B000（取值）上雙擊，打開管腳參數(shù)對話框，將其設(shè)置為UnsignedDecimal（無符號十進制）（7）單擊【OK】按鈕。選中輸入管腳A，單擊波形編輯按鈕

，并在Countevery輸入框內(nèi)輸入100，單位選ns；選中輸入管腳B，單擊波形編輯按鈕

，并在Countevery輸入框內(nèi)輸入200，單位選ns；選中輸出管腳S，在管腳名右側(cè)的B0000000（取值）上雙擊，打開管腳參數(shù)對話框，將其設(shè)置為UnsignedDecimal（無符號十進制）。

（8）單擊菜單欄中的Simulation→RunFunctionalSimulation選項或工具欄中的

按鈕，啟動仿真。使用調(diào)整焦距工具調(diào)整波形坐標間距。（1）單擊標題欄中的Assignments→PinPlanner選項，出現(xiàn)管腳規(guī)劃窗口。（2）在Location輸入框中，雙擊鼠標，再單擊出現(xiàn)的彈出式菜單的下拉式箭頭，出現(xiàn)的下拉菜單列出所選用芯片的所有可用管腳，可根據(jù)所使用的實驗箱或開發(fā)板的管腳分配情況鎖定管腳。將輸入信號管腳鎖定為按鍵、輸出管腳鎖定為發(fā)光二極管。（3）單擊標題欄中的Processing→StartCompilation選項，再次啟動全程編譯。編譯成功后，就可以將設(shè)計的程序下載到可編程邏輯芯片中。7．編程（4）使用電纜將計算機和實驗箱連接，接通實驗箱電源。單擊Tools→Programmer選項，在編程窗口中進行硬件配置，可選擇LPT1接口輸出的ByteBlasterMV、ByteBlasterⅡ或USB-Blaster編程器等硬件類型，編程方式選中JTAG編程方式。（5）單擊【AddFiles】按鈕，在彈出的對話框中，再打開output_files文件夾，單擊選中EXMULT.sof文件，再單擊【Start】按鈕，即可開始對芯片編程。（6）如果建立項目時選定的芯片和實驗箱適配板上的芯片不同，下載會失敗。這時可單擊Project→Add/RemoveFilesinProject…，打開設(shè)置對話框，單擊右上角的【Device】按鈕，重新選擇器件，重新編譯，重新鎖定管腳，再次編譯后即可重新下載。按照二進制乘法運算規(guī)則驗證電路。例如輸入信號A為“101”（十進制數(shù)字5）、輸入信號B為“1011”（十進制數(shù)字11），輸出信號應(yīng)該為“0110111”（十進制數(shù)字55）。測試時注意二進制數(shù)字的高、低位的排列順序。8．電路測試1．題目要求

利用QuartusⅡ軟件的圖形輸入方式，設(shè)計一個能實現(xiàn)4位二進制數(shù)和十進制常數(shù)（數(shù)值=3）的除法運算的電路，完成編譯和波形仿真后，下載到實驗平臺驗證電路功能。2．電路設(shè)計

使用LPM庫函數(shù)實現(xiàn)。3．建立項目（1）在計算機的E盤，建立文件夾E:\EXAM232作為項目文件夾。2.3.2除法器的設(shè)計（2）啟動QuartusⅡ，單擊【CreateaNewProject】按鈕打開新項目建立向?qū)?，也可以單擊菜單File→New→NewQuartusIIProject，在新項目建立向?qū)υ捒蛑蟹謩e輸入項目文件夾、項目名和頂層設(shè)計實體名。項目名為EXMULT、頂層設(shè)計實體名也為EXDID。（3）由于采用圖形輸入方式，在添加文件對話框的Filename中輸入EXDID.bdf，然后單擊【Add】按鈕，添加該文件。（4）在器件設(shè)置對話框中，根據(jù)實驗箱或開發(fā)板上使用的器件決定選擇的芯片系列和具體元件，本書選擇CycloneⅣE系列的EP4CE6E22C8芯片。（5）單擊【Finish】按鈕，關(guān)閉新項目建立向?qū)?。注意：軟件的標題欄必須變?yōu)镋:/EXAM232/EXDID-EXDID。（1）雙擊圖形編輯窗口右側(cè)的Library→BasicFunctions→Arithmetic→LPM_DIVIDE，打開保存IP變量對話框，輸入E:\EXAM232\DIV。4．生成除法運算模塊（2）單擊【OK】按鈕。在彈出的MegaWizardPlug_1對話框中按照題意，被除數(shù)是4位、除數(shù)是2位，商是4位、余數(shù)是2位。（3）單擊【Next】按鈕。彈出MegaWizardPlug_2對話框，上一條為是否使用流水線功能，如使用可以需要設(shè)置時鐘、復(fù)位端和使能端；左下一條為優(yōu)化方式，可選（缺省、面積和速度）、右下一條為是否總是返回正的余數(shù)。（4）單擊【Next】按鈕。彈出MegaWizardPlug_3對話框，確定仿真模式。（5）單擊【Next】按鈕。彈出MegaWizardPlug_4對話框，確定生成文件的類型，單擊單選按鈕DIV.bsf。（6）單擊【Finish】按