電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)-EDA版[11]

1、課程(kchng)要求：保證出勤，不能遲到早退；不許在教室吃早點(diǎn)；保持教室衛(wèi)生，每天安排值日生做衛(wèi)生；下課后關(guān)閉電腦和實(shí)驗(yàn)箱電源，整理好實(shí)驗(yàn)臺(tái)；（鼓勵(lì)(gl)自己帶電腦）注意安全。1共五十四頁2電子(dinz)技術(shù)課程設(shè)計(jì)(II)共五十四頁3一、課程目的(md)： 本次課程設(shè)計(jì)，老師給出設(shè)計(jì)要求，學(xué)生自己設(shè)計(jì)電路，在設(shè)計(jì)思路上不框定和約束同學(xué)們的思維，可以發(fā)揮自己的創(chuàng)造性盡可能多地實(shí)現(xiàn)所設(shè)計(jì)電路的功能。 電子搶答器、交通指示燈、彩燈（霓虹燈）、音樂電路都是我們比較熟悉的電子裝置。我們通過這些電路的設(shè)計(jì)可以更好地掌握和應(yīng)用電子技術(shù)課程中的知識(shí)。共五十四頁4二、設(shè)計(jì)題目(tm)：1、6路電子搶答器

2、的設(shè)計(jì)2、交通指示燈的設(shè)計(jì)3、電子琴的設(shè)計(jì)4、彩燈的設(shè)計(jì)5、數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)共五十四頁（一）6路電子搶答器的設(shè)計(jì)基本功能：1、搶答器同時(shí)供6名選手比賽，分別用6個(gè)按鈕S0S5表示。2、設(shè)置系統(tǒng)清除（復(fù)位）和搶答控制（開始）開關(guān) S，該開關(guān)由主持人控制。3、搶答器具有優(yōu)先鎖存功能。即第一個(gè)選手按動(dòng)按鈕，鎖存相應(yīng)的編號(hào)，揚(yáng)聲器發(fā)出聲響提示，其他后搶答的選手再搶答無效，并不需要報(bào)警等任何提示。4、搶答器具有顯示(xinsh)功能。即能顯示(xinsh)第一個(gè)搶答選手的編號(hào)，并且一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。5共五十四頁擴(kuò)展功能：1、具有顯示搶答時(shí)間的功能。即主持人按動(dòng)開始按鍵后，由一定時(shí)間（可以自己設(shè)

3、定）開始倒計(jì)時(shí)，當(dāng)有人搶答時(shí)倒計(jì)時(shí)停止，當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)計(jì)時(shí)到零時(shí)還無人搶答，報(bào)警提示，定時(shí)顯示器上顯示00。2、搶答器的搶答時(shí)間可以隨意設(shè)定。即由主持人根據(jù)(gnj)題目的難易程度來設(shè)定時(shí)間的長(zhǎng)短。當(dāng)主持人啟動(dòng)“開始”鍵后，定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí)。3、具有顯示答題時(shí)間的功能。6共五十四頁評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)： 1、完成(wn chng)基本功能加35分；2、完成擴(kuò)展功能1加10分；3、完成擴(kuò)展功能2加10分；4、完成擴(kuò)展功能3加5分；7共五十四頁8（二）交通指示燈的設(shè)計(jì)基本功能：1、用三個(gè)LED燈來表示東西(dngx)方向的紅綠黃燈，另外三個(gè)LED燈來表示南北方向的紅綠黃燈；2、東西方向綠燈亮4秒后閃2秒滅,黃燈亮2

4、秒滅,同時(shí)南北方向紅燈亮8秒；南北方向綠燈亮4秒后閃2秒滅,黃燈亮2秒滅,同時(shí)東西方向紅燈亮8秒； 。這樣循環(huán)下去；4秒2秒2秒4秒2秒2秒東西燈綠亮綠閃黃亮紅亮紅亮紅亮南北燈紅亮紅亮紅亮綠亮綠閃黃亮共五十四頁9擴(kuò)展(kuzhn)功能：1、倒計(jì)時(shí)顯示功能。即綠燈亮的同時(shí)，相應(yīng)數(shù)碼管顯示從6秒開始倒計(jì)時(shí)到1秒，然后黃燈亮，同時(shí)數(shù)碼管顯示從2倒計(jì)時(shí)到1，然后紅燈亮，同時(shí)數(shù)碼管顯示從8倒計(jì)時(shí)到1。兩個(gè)方向燈亮滅交替的過程，相應(yīng)數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)顯示交替變化。2、東西方向和南北方向紅燈亮的時(shí)間長(zhǎng)度不一樣。當(dāng)十字路口為大道和小道時(shí)，通常大道綠燈亮的時(shí)間長(zhǎng)，紅燈亮的時(shí)間短；小道紅燈亮的時(shí)間長(zhǎng)，綠燈亮的時(shí)間短。3

5、、兩個(gè)方向紅燈亮的時(shí)間不一樣長(zhǎng)，并能數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)顯示。共五十四頁評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：基本功能： 35分?jǐn)U展(kuzhn)功能1： 10分?jǐn)U展功能2: 10分?jǐn)U展功能3: 5分10共五十四頁（三）數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)(shj)基本功能： 能時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)并數(shù)碼管顯示計(jì)時(shí)結(jié)果。擴(kuò)展功能：1、有星期電路，數(shù)碼管顯示1、2、3、4、5、6、8、1循環(huán)計(jì)數(shù)2、實(shí)現(xiàn)小時(shí)和分的校時(shí)，手動(dòng)或自動(dòng)，校到想要的時(shí)間，然后在這個(gè)(zh ge)數(shù)基礎(chǔ)上繼續(xù)運(yùn)行； 11共五十四頁擴(kuò)展(kuzhn)功能：3、能夠整點(diǎn)報(bào)時(shí)(bo sh)，當(dāng)快到整點(diǎn)的時(shí)候，模仿電臺(tái)的整點(diǎn)報(bào)時(shí)(bo sh)，四聲低音，一聲高音；4、實(shí)現(xiàn)年月電路，和正常的月份天

6、數(shù)一樣。12共五十四頁評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)： 1、完成基本功能35分2、星期電路(dinl)通過驗(yàn)收加10分3、校時(shí)電路通過加5分；4、報(bào)時(shí)電路通過加5分；5、年月電路通過加5分；13共五十四頁（四）電子琴的設(shè)計(jì)(shj)基本功能： 設(shè)計(jì)一個(gè)八音符電子琴，通過彈擊按鍵(n jin)演奏音樂。擴(kuò)展功能：1、能夠完成3首以上的切換；2、音樂能夠配合led燈的變換；3、音樂配合led燈變換與數(shù)碼管的顯示。14共五十四頁評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：基本功能： 35分?jǐn)U展(kuzhn)功能1： 10分?jǐn)U展功能2: 10分?jǐn)U展功能3: 5分15共五十四頁（五）彩燈(ci dn)的設(shè)計(jì)基本功能：1、有4種不同的花樣變化，每種花樣持續(xù)一定

7、時(shí)間自動(dòng)換成下一個(gè)(y )花樣，自動(dòng)循環(huán)變換。2、用8路LED燈來輸出。即每種花樣都由8路LED燈來顯示花樣的變化。3、能顯示花樣的種數(shù)。即給每種花樣賦予相應(yīng)的編號(hào)，當(dāng)此種花樣運(yùn)行的時(shí)候，在數(shù)碼管上顯示相應(yīng)的編號(hào)。16共五十四頁擴(kuò)展功能：1、花樣的選擇可以控制。即可以通過按鍵來選擇輸出的花形，并且和自動(dòng)循環(huán)(xnhun)自由切換。2、顯示每種花樣運(yùn)行的時(shí)間。即當(dāng)一種花樣開始運(yùn)行時(shí)，用相應(yīng)的數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)顯示其運(yùn)行的時(shí)間。17共五十四頁評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：基本功能： 40分?jǐn)U展(kuzhn)功能1： 10分?jǐn)U展功能2: 10分18共五十四頁19三、設(shè)計(jì)要求(yoqi)基本功能；擴(kuò)展功能；查閱設(shè)計(jì)報(bào)告；測(cè)試報(bào)

8、告（每天）；答辯（自愿）；總結(jié)報(bào)告。共五十四頁20 EDA（Electronics Design Automation）即電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)。EDA技術(shù)就是依賴功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)，在EDA工具軟件平臺(tái)上，對(duì)硬件描述語言HDL為系統(tǒng)邏輯描述手段完成的設(shè)計(jì)文件，自動(dòng)的完成邏輯編譯、邏輯化簡(jiǎn)、邏輯分割、邏輯綜合、結(jié)構(gòu)綜合（布局布線），以及邏輯優(yōu)化和仿真(fn zhn)測(cè)試，直至實(shí)現(xiàn)既定的電子線路系統(tǒng)功能。 本次課程設(shè)計(jì)采用EDA的開發(fā)工具是quartus軟件。四、設(shè)計(jì)(shj)方法 共五十四頁21五、實(shí)施方式用原理圖設(shè)計(jì)方式完成設(shè)計(jì)。使用功能仿真單獨(dú)仿真驗(yàn)證各模塊的功能。產(chǎn)生頂層模塊，完成頂層設(shè)計(jì)。選

9、擇目標(biāo)器件，編譯頂層設(shè)計(jì)，在編譯報(bào)告中查看時(shí)序分析(fnx)結(jié)果和器件資源使用情況。在分配編輯器中完成引腳分配。下載到芯片并驗(yàn)證設(shè)計(jì)。共五十四頁六、總評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)1、電路設(shè)計(jì)（基本功能+擴(kuò)展功能）：60分2、測(cè)試報(bào)告（每天）： 15分3、查閱設(shè)計(jì)報(bào)告： 10分4、考勤： 5分5、大報(bào)告： 5分6、答辯(dbin)（自愿）： 5分22共五十四頁23 Quartus簡(jiǎn)介(jin ji) Quartus提供了方便(fngbin)的設(shè)計(jì)輸入方式、快速的編譯和直接易懂的器件編程。能夠支持邏輯門數(shù)在百萬門以上的邏輯器件的開發(fā)，并且為第三方工具提供了無縫接口。Quartus支持的器件有：Stratix 、Str

10、atix GX、Stratix、Mercury、MAX3000A、MAX 7000B、MAX 7000S、MAX 7000AE、MAX 、FLEX6000、FLEX10K、FLEX10KA、FLEX10KE、Cyclone、Cyclone 、APEX 、APEX20KC、APEX20KE和ACEX1K系列。Quartus軟件包的編程器是系統(tǒng)的核心，提供功能強(qiáng)大的設(shè)計(jì)處理，設(shè)計(jì)者可以添加特定的約束條件來提高芯片的利用率。 共五十四頁24自頂向下的設(shè)計(jì)(shj)方法數(shù)字電路的EDA設(shè)計(jì)是基于PLD進(jìn)行設(shè)計(jì)的，支持自頂向下的設(shè)計(jì)方法：（1）首先從系統(tǒng)設(shè)計(jì)入手，在頂層進(jìn)行功能劃分和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；（2）然后

11、再逐級(jí)設(shè)計(jì)底層的結(jié)構(gòu)；（3）并在系統(tǒng)級(jí)采用(ciyng)仿真手段驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性；（4）最后完成整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)、仿真、測(cè)試一體化。 共五十四頁25傳統(tǒng)(chuntng)設(shè)計(jì)方法 vs EDA設(shè)計(jì)方法 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法EDA設(shè)計(jì)方法自底向上手動(dòng)設(shè)計(jì)軟硬件分離原理圖設(shè)計(jì)方式系統(tǒng)功能固定不易仿真難測(cè)試修改模塊難移植共享設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)自頂向下自動(dòng)設(shè)計(jì)打破軟硬件屏障原理圖、HDL等設(shè)計(jì)方式系統(tǒng)功能易改易仿真易測(cè)試修改模塊可移植共享設(shè)計(jì)周期短共五十四頁26設(shè)計(jì)(shj)流程設(shè)計(jì)(shj)準(zhǔn)備設(shè)計(jì)輸入設(shè)計(jì)處理器件編程功能仿真時(shí)序仿真器件測(cè)試共五十四頁27Quartus II軟件的設(shè)計(jì)(shj)過程主要包

12、括：建立項(xiàng)目輸入設(shè)計(jì)電路（可采用不同方式）設(shè)計(jì)編譯設(shè)計(jì)仿真設(shè)計(jì)下載 Quartus設(shè)計(jì)流程(lichng)介紹共五十四頁28Quartus設(shè)計(jì)(shj)流程 啟動(dòng)Quartus 5.0雙擊桌面上的Quartus5.0圖標(biāo)或單擊開始按扭，在程序菜單中選擇Quartus5.0 ，可以啟動(dòng)Quartus5.0。其初始(ch sh)界面如圖所示。 共五十四頁291建立(jinl)項(xiàng)目文件 利用Quartus II提供的新建工程指南可以幫助我們很容易的建立一個(gè)工程：在主菜單上選擇FileNew Project Wizard 將彈出如下圖所示對(duì)話框。 Quartus設(shè)計(jì)(shj)流程 共五十四頁30在上圖

13、中的第一個(gè)空白處需添入新建工程工作目錄的路徑，為便于管理，Quartus II軟件要求每一個(gè)工程項(xiàng)目及其相關(guān)文件都統(tǒng)一存儲(chǔ)在單獨(dú)的文件夾中。第二個(gè)空白處需添入新建的工程名稱。第三個(gè)空白處需添入的是工程的頂層(dn cn)設(shè)計(jì)實(shí)體名稱，要求頂層(dn cn)設(shè)計(jì)實(shí)體名稱和新建的工程名稱保持一致。如上圖所示添好后，按Next按鈕，將會(huì)彈出加入文件對(duì)話框，如下圖所示。 Quartus設(shè)計(jì)(shj)流程 共五十四頁31 加入(jir)文件對(duì)話框： 共五十四頁32可以在File空白處選擇添入其他已存在的設(shè)計(jì)文件加入到這個(gè)工程中，也可以使用User Library Pathnames按鈕把用戶自定義的庫函

14、數(shù)加入到工程中使用。完成(wn chng)后按Next按鈕進(jìn)入下一步。下面彈出的是選擇可編程邏輯器件對(duì)話框，如下圖所示。選Yes，手動(dòng)選擇需要的器件，選No，則由編譯器自動(dòng)選擇。Quartus設(shè)計(jì)(shj)流程 共五十四頁33在下一步彈出的對(duì)話框中通過選擇器件的封裝形式，引腳數(shù)目，以及(yj)速度級(jí)別來約束可選器件的范圍。如圖所示。器件(qjin)設(shè)置對(duì)話框 Quartus設(shè)計(jì)流程 EP1C6Q240C8共五十四頁34最后是由新建工程指南建立的工程文件摘要，顯示了上面的全部設(shè)置選項(xiàng)。至此，新工程建立完畢，在QuartusII設(shè)計(jì)軟件界面(jimin)的頂部標(biāo)題欄將顯示工程名稱和存儲(chǔ)路徑。如下圖

15、所示。Quartus設(shè)計(jì)(shj)流程 共五十四頁352輸入設(shè)計(jì)(shj)電路 單擊標(biāo)題欄中的FileNew對(duì)話框，如圖所示。 單擊New對(duì)話框的Device Design Files選項(xiàng)卡，選擇編譯文件的語言類型。這里選擇VHDL Files，選好后單擊【OK】按鈕，打開(d ki)VHDL文本編輯器窗口，并在其中輸入下圖所示的程序，這是一個(gè)與門的VHDL程序。Quartus設(shè)計(jì)流程 共五十四頁36設(shè)計(jì)(shj)輸入 將所設(shè)計(jì)的電路的邏輯(lu j)功能按照開發(fā)系統(tǒng)要求的形式表達(dá)出來的過程稱為設(shè)計(jì)輸入。 通常，設(shè)計(jì)輸入有如下三種方式： （1）原理圖輸入方式 適用于對(duì)系統(tǒng)及各部分電路很熟悉的場(chǎng)

16、合。 （2）硬件描述語言輸入方式 硬件描述語言是用文本方式描述設(shè)計(jì)，硬件描述語言有ABEL、AHDL、VHDL、Verilog等，其中VHDL和Verilog已成為IEEE標(biāo)準(zhǔn)。 （3）波形輸入方式共五十四頁37在編輯窗中的任何一個(gè)(y )位置上單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇其中的輸 入元件項(xiàng)Insert-Symbol，于是將彈出如下圖所示的輸入元件的對(duì)話框 Quartus設(shè)計(jì)(shj)流程 共五十四頁38選擇菜單File-Save As命令，將已設(shè)計(jì)好的原理圖文件取名并存盤在已為此項(xiàng)目(xingm)建立的文件夾內(nèi)。Quartus設(shè)計(jì)(shj)流程 共五十四頁393編譯設(shè)計(jì)電路編譯設(shè)置：

17、利用Quartus II提供的編譯設(shè)置指南可以幫助我們很容易的進(jìn)行一個(gè)項(xiàng)目(xingm)的編譯設(shè)置。在主菜單中選擇Assignments/Compiler Settings Wizard選項(xiàng)，將彈出一個(gè)對(duì)話框，要求輸入指定的編譯實(shí)體模塊和設(shè)定名字。編譯設(shè)置好后，在主菜單中選擇Processing/Start Compilation 對(duì)所設(shè)置的項(xiàng)目進(jìn)行編譯。閱讀編譯報(bào)告：編譯后自動(dòng)生成的編譯報(bào)告如圖所示，它包含了怎樣將一個(gè)設(shè)計(jì)放到一個(gè)器件中的所有信息。有器件使用統(tǒng)計(jì)，編譯設(shè)置情況，底層顯示，器件資源利用率，狀態(tài)機(jī)的實(shí)現(xiàn)，方程式，延時(shí)分析結(jié)果，CPU使用資源。Quartus設(shè)計(jì)(shj)流程 共五

18、十四頁40Quartus設(shè)計(jì)(shj)流程 共五十四頁41Quartus設(shè)計(jì)(shj)流程 編譯(biny)報(bào)告:共五十四頁424仿真設(shè)計(jì)電路 QuartusII支持多種仿真輸入方法(fngf)，它支持波形方式輸入，如：向量波形文件（.vwf）、向量文件（.vec）、列表文件（.tbl），也支持Testbench如：Tcl/TK腳本文件，同時(shí)也支持第三方的仿真工具的Verilog/VHDL Testbench。QuartusII仿真設(shè)置:利用Quartus II提供的仿真設(shè)置指南可以幫助我們快速進(jìn)行一個(gè)項(xiàng)目的仿真設(shè)置。在主菜單中選擇Assignments/Simulator Settings

19、Wizard選項(xiàng)，在彈出的對(duì)話框中，輸入 指定的仿真實(shí)體模塊和設(shè)定名字。Quartus設(shè)計(jì)(shj)流程 共五十四頁43建立仿真波形文件:在主菜單中選擇File/New選項(xiàng)，在彈出的New對(duì)話框中選擇Other Files選項(xiàng)中的Vector Waveform File。 設(shè)置仿真參數(shù):設(shè)置仿真時(shí)間區(qū)域。對(duì)于時(shí)序仿真來說，將仿真時(shí)間軸設(shè)置在一個(gè)合理的時(shí)間區(qū)域上十分重要(zhngyo)。通常設(shè)置的時(shí)間范圍在數(shù)十微秒間： Quartus設(shè)計(jì)(shj)流程 共五十四頁44將工程(gngchng)端口信號(hào)節(jié)點(diǎn)選入波形編輯器中。Quartus設(shè)計(jì)(shj)流程 共五十四頁45編輯(binj)輸入波形(輸

20、入激勵(lì)信號(hào))。Quartus設(shè)計(jì)(shj)流程 共五十四頁46存盤，并啟動(dòng)(qdng)仿真Quartus設(shè)計(jì)(shj)流程 共五十四頁47觀察(gunch)仿真波形Quartus設(shè)計(jì)(shj)流程 共五十四頁485.分配管腳：為了能對(duì)此全加器進(jìn)行硬件測(cè)試，應(yīng)將其輸入輸出信號(hào)鎖定在芯片確定的引腳上，編譯(biny)后下載。 選擇Tools菜單中的Assignments項(xiàng)，即進(jìn)入如圖所示的Assignment Editor編輯器窗。在Category欄中選擇Pin，或直接單擊右上側(cè)的Pin按鈕。 Quartus設(shè)計(jì)(shj)流程 共五十四頁49雙擊“To”欄的，在出現(xiàn)的如圖所示的下拉欄中分別選擇本

21、工程要鎖定的端口信號(hào)名；然后雙擊對(duì)應(yīng)的Location欄的，在出現(xiàn)的下拉欄中選擇對(duì)應(yīng)端口信號(hào)名的器件(qjin)引腳號(hào)，如對(duì)應(yīng)ain,選擇8腳。再次編譯！ Quartus設(shè)計(jì)(shj)流程 共五十四頁50 5、下載所輸入的程序:打開編程窗和配置文件。首先將實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和并口通信線連接好，打開電源。在菜單Tool中選擇Programmer，于是彈出如圖所示的編程窗。在Mode欄中有4種編程模式(msh)可以選擇：JTAG， Passive Serial， Active Serial和In-Socket。為了直接對(duì)FPGA進(jìn)行配置，在編程窗的編程模式Mode中選JTAG(默認(rèn))，并選中打勾下載文件右側(cè)的第一小方框。注意要仔細(xì)核對(duì)下載文件路徑與文件名。如果此文件沒有出現(xiàn)或有錯(cuò)，單擊左側(cè)“Add File”按鈕，手動(dòng)選擇配置文件f_adder.sof。 Quartus設(shè)計(jì)(shj)流程 共五十四頁51 設(shè)置編程器。若是初次安裝的Quartus,在編程前必須進(jìn)行編程器選擇操作。這里準(zhǔn)備選擇ByteBlaster MVLPT1。單擊Hardware Setup按鈕可設(shè)置下載接口方式，在彈出的Hardware Setup對(duì)話框中，選擇Hardware settings頁，再雙擊此頁中的選項(xiàng)BytcBlaster之后，單擊Close按鈕，關(guān)閉對(duì)話框即可。這時(shí)應(yīng)該在編程窗右上顯示出編程方式：