实验1-QUARTUS II 软件的使用(2014.6.23)

1、数字逻辑与数字系统实验数字逻辑与数字系统实验 赵淑舫赵淑舫 常美华常美华 （一）利用实验箱认识数字芯片（一）利用实验箱认识数字芯片 555555电路的应用电路的应用 （二）利用（二）利用EDAEDA软件实现数字电路设计软件实现数字电路设计 QUARTUS IIQUARTUS II软件的使用和练习；软件的使用和练习； 门电路的基本功能测试；门电路的基本功能测试； 译码器、编码器和译码器、编码器和LPM_MUXLPM_MUX模块的功能测试；模块的功能测试； BCDBCD七段译码器功能测试及数码管静态显示；七段译码器功能测试及数码管静态显示； 触发器的功能测试与按键消抖电路的设计；触发器的功能测试与

2、按键消抖电路的设计； 计数器的基本功能和分频器的设计；计数器的基本功能和分频器的设计； 移位寄存器的功能测试及应用；移位寄存器的功能测试及应用； 动态显示电路的设计；动态显示电路的设计； 集成计数器的综合应用。集成计数器的综合应用。课程内容安排课程内容安排 数字逻辑与数字系统实验数字逻辑与数字系统实验课程要求课程要求 保证出勤保证出勤, ,随机抽查；随机抽查； 课前预习，写预习报告，课后及时上交实验报告；课前预习，写预习报告，课后及时上交实验报告； 平时成绩占平时成绩占4040% %，考试成绩占，考试成绩占6060% %，且考试成绩具有，且考试成绩具有一票否决一票否决权；权； 使用使用BBBB

3、平台平台( (基础实验中心基础实验中心- -电子技术实验）；电子技术实验）； 使用电子邮箱：使用电子邮箱：，密码是，密码是success2014success2014，课件和电子版报告，课件和电子版报告提前提前下载；下载； 及时关闭电脑和实验箱电源；及时关闭电脑和实验箱电源； 开放要求：预约开放；开放要求：预约开放； 每人准备一个每人准备一个U U盘盘； 保持教室卫生。保持教室卫生。数字逻辑与数字系统实验数字逻辑与数字系统实验实验一实验一 QUARTUS IIQUARTUS II软件的使用和练习软件的使用和练习v熟悉掌握熟悉掌握QuartusQuartusIIII软件的使用软件的使用实验目的实

4、验目的 EDAEDA即电子设计自动化技术，是利用计算机工作平台，从事电子系即电子设计自动化技术，是利用计算机工作平台，从事电子系统和电路设计的一项技术。统和电路设计的一项技术。EDAEDA技术为电子系统设计带来了这样的变化：技术为电子系统设计带来了这样的变化：（1 1）设计效率提高，设计周期缩短；）设计效率提高，设计周期缩短；（2 2）设计质量提高；）设计质量提高；（3 3）设计成本降低；）设计成本降低；（4 4）能更充分地发挥设计人员的创造性；）能更充分地发挥设计人员的创造性；（5 5）设计成果的重用性大大提高，省去了不必要的重复劳动。）设计成果的重用性大大提高，省去了不必要的重复劳动。 E

5、DAEDA设计方法设计方法 实验原理实验原理QUARTUS II QUARTUS II 软件的使用和练习软件的使用和练习自顶向下的设计方法自顶向下的设计方法 数字电路的数字电路的EDAEDA设计是基于设计是基于PLDPLD进行设计的，支持自顶向下的设进行设计的，支持自顶向下的设计方法：计方法：（1 1）从系统设计入手，在顶层进行功能划分和结构设计；）从系统设计入手，在顶层进行功能划分和结构设计；（2 2）逐级设计底层的结构；）逐级设计底层的结构；（3 3）在系统级采用仿真手段验证设计的正确性；）在系统级采用仿真手段验证设计的正确性；（4 4）最后完成整个系统的设计，实现从设计、仿真、测试一体化

6、）最后完成整个系统的设计，实现从设计、仿真、测试一体化。 实验原理实验原理QUARTUS II QUARTUS II 软件的使用和练习软件的使用和练习传统设计方法传统设计方法 传统的设计方法是基于中小规模集成电路器件进行设计（如传统的设计方法是基于中小规模集成电路器件进行设计（如7474系列及其改进系列、系列及其改进系列、CC4000CC4000系列、系列、74HC74HC系列等都属于通用型数系列等都属于通用型数字集成电路），而且是采用自底向上进行设计：字集成电路），而且是采用自底向上进行设计：（1 1）首先确定可用的元器件；）首先确定可用的元器件；（2 2）根据这些器件进行逻辑设计，完成各模

7、块；）根据这些器件进行逻辑设计，完成各模块；（3 3）将各模块进行连接，最后形成系统；）将各模块进行连接，最后形成系统；（4 4）经调试、测量观察整个系统是否达到规定的性能指标。）经调试、测量观察整个系统是否达到规定的性能指标。 实验原理实验原理QUARTUS II QUARTUS II 软件的使用和练习软件的使用和练习实验原理实验原理实验箱搭接的实验电路实验箱搭接的实验电路QUARTUS II QUARTUS II 软件的使用和练习软件的使用和练习实验原理实验原理实验箱搭接的实验电路实验箱搭接的实验电路QUARTUS II QUARTUS II 软件的使用和练习软件的使用和练习 Quartu

8、sQuartus简介简介 QuartusQuartus软件的最新版是目前进行软件的最新版是目前进行CPLDCPLD、FPGAFPGA和结构化和结构化ASICASIC设计设计的最佳软件，且非常容易使用。它提供了一套最先进的工具，用于系统的最佳软件，且非常容易使用。它提供了一套最先进的工具，用于系统级设计、嵌入式软件编程、级设计、嵌入式软件编程、FPGAFPGA和和CPLDCPLD设计、综合、布局布线、验证以设计、综合、布局布线、验证以及器件编程。及器件编程。 QuartusQuartus提供了方便的设计输入方式、快速的编译和直接易懂提供了方便的设计输入方式、快速的编译和直接易懂的器件编程。能够支

9、持逻辑门数在百万门以上的逻辑器件的开发，并且的器件编程。能够支持逻辑门数在百万门以上的逻辑器件的开发，并且为第三方工具提供了无缝接口。为第三方工具提供了无缝接口。 QuartusQuartus支持的器件有：支持的器件有：Stratix Stratix 、Stratix GXStratix GX、StratixStratix、MercuryMercury、MAX3000AMAX3000A、MAX 7000BMAX 7000B、MAX 7000SMAX 7000S、MAX 7000AEMAX 7000AE、MAX MAX 、FLEX6000FLEX6000、FLEX10KFLEX10K、FLEX1

10、0KAFLEX10KA、FLEX10KEFLEX10KE、CycloneCyclone、Cyclone Cyclone 、APEX APEX 、APEX20KCAPEX20KC、APEX20KEAPEX20KE和和ACEX1KACEX1K系列。系列。 QuartusQuartus软件包的编程器是系统的核心，提供功能强大的设计处软件包的编程器是系统的核心，提供功能强大的设计处理，设计者可以添加特定的约束条件来提高芯片的利用率。理，设计者可以添加特定的约束条件来提高芯片的利用率。 实验原理实验原理QUARTUS II QUARTUS II 软件的使用和练习软件的使用和练习Quartus IIQua

11、rtus II软件的设计过程主要包括：软件的设计过程主要包括：建立项目建立项目输入设计电路（可采用不同方式）输入设计电路（可采用不同方式）设计编译设计编译设计仿真设计仿真 设计下载设计下载 QuartusQuartus设计流程介绍设计流程介绍Quartus II Quartus II 设计流程设计流程QUARTUS II QUARTUS II 软件的使用和练习软件的使用和练习启动启动Quartus Quartus 9 9. .1 1 双击桌面上的双击桌面上的QuartusQuartus9 9. .1 1图标或单击开始按扭，在程图标或单击开始按扭，在程序菜单中选择序菜单中选择QuartusQua

12、rtus9 9. .1 1，可以启动可以启动QuartusQuartus9 9. .1 1。其初其初始界面如图所示。始界面如图所示。 Quartus II Quartus II 设计流程设计流程启动启动QuartusQuartus前要禁用网卡，前要禁用网卡，否则软件不是破解的否则软件不是破解的QUARTUS II QUARTUS II 软件的使用和练习软件的使用和练习1 1创建创建工程工程（建立项目文件）（建立项目文件） 利用利用Quartus IIQuartus II提供的新建工程指南可以帮助我们很容提供的新建工程指南可以帮助我们很容易的建立一个工程：易的建立一个工程：在主菜单上选择在主菜单

13、上选择FileNew Project Wizard FileNew Project Wizard 将弹出如下图所将弹出如下图所示对话框。示对话框。 Quartus II Quartus II 设计流程设计流程项目文件是每个电路系统必须的管理着，项目文件是每个电路系统必须的管理着，且只能有一个且只能有一个(*.qpf)文件，而其中包含的文件，而其中包含的设计文件（设计文件（*.bdf)文件可以有多个。文件可以有多个。QUARTUS II QUARTUS II 软件的使用和练习软件的使用和练习在图中的第一个空白处需添入在图中的第一个空白处需添入新新建工程工作目录的路径建工程工作目录的路径，为便于，

14、为便于管理，管理，Quartus IIQuartus II软件要求每一软件要求每一个工程项目及其相关文件都统一个工程项目及其相关文件都统一存储在存储在单独的文件夹单独的文件夹中中，且文件，且文件夹名字夹名字不能不能使用使用中文中文。 第二个空白处需添入新建的第二个空白处需添入新建的工程工程名称名称。 第三个空白处需添入的是第三个空白处需添入的是工程的工程的顶层设计实体名称顶层设计实体名称，要求顶层设，要求顶层设计实体名称和新建的工程名称保计实体名称和新建的工程名称保持一致。持一致。如图所示添好后，按如图所示添好后，按NextNext按钮，按钮，将会弹出加入文件对话框，如下将会弹出加入文件对话框

15、，如下图所示。图所示。 Quartus II Quartus II 设计流程设计流程一个系统只能有一个顶层文件，不过顶层文一个系统只能有一个顶层文件，不过顶层文件可以反复设定，参考实验指导书件可以反复设定，参考实验指导书2929页，如页，如何设定顶层文件。何设定顶层文件。QUARTUS II QUARTUS II 软件的使用和练习软件的使用和练习 加入文件对话框加入文件对话框 Quartus II Quartus II 设计流程设计流程可以在可以在FileFile空白空白处选择添处选择添入其他已存在的设计文件入其他已存在的设计文件加入到这个工程中，也可加入到这个工程中，也可以使用以使用User

16、 Library PathnamesUser Library Pathnames按钮把用户自定义的库函按钮把用户自定义的库函数加入到工程中使用。完数加入到工程中使用。完成后按成后按NextNext按钮进入下一按钮进入下一步。步。QUARTUS II QUARTUS II 软件的使用和练习软件的使用和练习下面弹出的是选择可编程逻辑器件对话框，如下图所示。下面弹出的是选择可编程逻辑器件对话框，如下图所示。选选SpecificSpecific：手动选择需要的器件；选：手动选择需要的器件；选AutoAuto，则由编译器，则由编译器自动选择。自动选择。 我们实验室实验箱上的芯片为我们实验室实验箱上的芯片

17、为cyclonecyclone公司的芯片公司的芯片Quartus II Quartus II 设计流程设计流程QUARTUS II QUARTUS II 软件的使用和练习软件的使用和练习在下一步弹出的对话框中通过选择器件的封装形式，引脚数目，在下一步弹出的对话框中通过选择器件的封装形式，引脚数目，以及速度级别来约束可选器件的范围。如图所示：以及速度级别来约束可选器件的范围。如图所示：器件设置对话框器件设置对话框 Quartus II Quartus II 设计流程设计流程目标芯片名称：目标芯片名称：EP1C6Q240C8QUARTUS II QUARTUS II 软件的使用和练习软件的使用和练

18、习最后是由新建工程指南建立的工程文件摘要，显示了上面的全最后是由新建工程指南建立的工程文件摘要，显示了上面的全部设置选项。至此，新工程建立完毕，在部设置选项。至此，新工程建立完毕，在QuartusIIQuartusII设计软件界设计软件界面的顶部标题栏将显示工程名称和存储路径。如下图所示：面的顶部标题栏将显示工程名称和存储路径。如下图所示：Quartus II Quartus II 设计流程设计流程QUARTUS II QUARTUS II 软件的使用和练习软件的使用和练习单击标题栏中的单击标题栏中的FileNewFileNew对话框，如图所示。对话框，如图所示。 单击单击NewNew对话框对

19、话框的的Device Device Design FilesDesign Files选项卡选项卡，选，选择编译文件的语言类型。择编译文件的语言类型。这里选择这里选择BlockDiagram/Schematic BlockDiagram/Schematic FileFile，选好后单击【选好后单击【OKOK】按钮，打开原理图编辑器按钮，打开原理图编辑器窗口，可以在此窗口进行窗口，可以在此窗口进行原理图的设计。原理图的设计。Quartus II 设计流程设计流程2 2输入设计文件输入设计文件 QUARTUS II QUARTUS II 软件的使用和练习软件的使用和练习 在编辑窗中的任何一个位置上单

20、击鼠标右键，在弹出在编辑窗中的任何一个位置上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择其中的输入元件项的快捷菜单中选择其中的输入元件项Insert-SymbolInsert-Symbol，于，于是将弹出如下图所示的输入元件的对话框是将弹出如下图所示的输入元件的对话框 Quartus II Quartus II 设计流程设计流程QUARTUS II QUARTUS II 软件的使用和练习软件的使用和练习选择菜单选择菜单File-Save AsFile-Save As命令，将已设计好的原理图文件命令，将已设计好的原理图文件取名取名，并并存盘存盘在已为在已为此项目建立的文件夹内此项目建立的文件夹内。Qua

21、rtus II Quartus II 设计流程设计流程输入设计半加器输入设计半加器QUARTUS II QUARTUS II 软件的使用和练习软件的使用和练习3 3编译设计文件编译设计文件置顶设置：利用置顶设置：利用Quartus IIQuartus II提供的编译设置指南可以帮助我们很提供的编译设置指南可以帮助我们很容易的进行一个项目的编译设置。在当前编辑文件中，点击菜单容易的进行一个项目的编译设置。在当前编辑文件中，点击菜单ProjectProject，选择，选择Set as top level entitySet as top level entity，就可以将当前文件设定，就可以将当前

22、文件设定为为top leveltop level文件。文件。顶层文件设置好后，在主菜单中选择顶层文件设置好后，在主菜单中选择Processing/Start Processing/Start Compilation Compilation 对所设置的顶层文件进行编译。对所设置的顶层文件进行编译。阅读编译报告：编译后自动生成的编译报告如下图所示，它包含阅读编译报告：编译后自动生成的编译报告如下图所示，它包含了将一个设计放到一个器件中的所有信息。有器件使用统计，编译了将一个设计放到一个器件中的所有信息。有器件使用统计，编译设置情况，底层显示，器件资源利用率，状态机的实现，方程式，设置情况，底层显示

23、，器件资源利用率，状态机的实现，方程式，延时分析结果，延时分析结果，CPUCPU使用资源。使用资源。Quartus II Quartus II 设计流程设计流程编译器是从顶层文件开始编译的编译器是从顶层文件开始编译的QUARTUS II QUARTUS II 软件的使用和练习软件的使用和练习Quartus II Quartus II 设计流程设计流程QUARTUS II QUARTUS II 软件的使用和练习软件的使用和练习Quartus II Quartus II 设计流程设计流程编译成功只能说明程序没有语句错误，而功能是编译成功只能说明程序没有语句错误，而功能是否正确需要通过仿真或下载来验

24、证。否正确需要通过仿真或下载来验证。QUARTUS II QUARTUS II 软件的使用和练习软件的使用和练习将将编译好的编译好的设计设计文件文件设置成可调用的元件设置成可调用的元件，元件的名字要和文件名一致。，元件的名字要和文件名一致。Quartus II Quartus II 设计流程设计流程QUARTUS II QUARTUS II 软件的使用和练习软件的使用和练习输入设计全加器顶层文件，并编译直至没有错误输入设计全加器顶层文件，并编译直至没有错误Quartus II Quartus II 设计流程设计流程QUARTUS II QUARTUS II 软件的使用和练习软件的使用和练习4

25、4设计设计仿真仿真 QuartusIIQuartusII支持多种仿真输入方法，支持多种仿真输入方法，它支持波形方式输入，如：向量它支持波形方式输入，如：向量波形文件（波形文件（.vwf.vwf）、向量文件）、向量文件（.vec.vec）、列表文件（）、列表文件（.tbl.tbl），），也支持也支持TestbenchTestbench如：如：Tcl/TKTcl/TK脚本脚本文件，同时也支持第三方的仿真文件，同时也支持第三方的仿真工具的工具的Verilog/VHDL TestbenchVerilog/VHDL Testbench。Quartus II Quartus II 设计流程设计流程建立仿真

26、波形文件建立仿真波形文件: :在主菜单中选在主菜单中选择择File/NewFile/New选项，在弹出的选项，在弹出的NewNew对对话框中选择话框中选择Verification/DebuggingVerification/Debugging Files Files选选项中的项中的Vector Waveform FileVector Waveform File。QUARTUS II QUARTUS II 软件的使用和练习软件的使用和练习Quartus II Quartus II 设计流程设计流程仿真设置仿真设置: :利用利用Quartus IIQuartus II提供的仿真设置指南可以帮助我们

27、快提供的仿真设置指南可以帮助我们快速进行一个项目的仿真设置。在速进行一个项目的仿真设置。在主菜单主菜单中选择中选择AssignmentsAssignments下下SettingsSettings 选项，在弹出的对话框中，选项，在弹出的对话框中，选中选中Simulator Simulator SettingsSettings选选项，点击项，点击 找到想要仿真的波形文件，然后点击找到想要仿真的波形文件，然后点击OKOK。仿真设置仿真设置要仿真的波要仿真的波形文件形文件参考实验指导书参考实验指导书5555页，有介绍如何页，有介绍如何设置仿真输入文件设置仿真输入文件QUARTUS II QUARTUS

28、 II 软件的使用和练习软件的使用和练习 设置仿真时间设置仿真时间EndTimeEndTime: :设置仿真设置仿真时间区域。对于时序仿真来说，将时间区域。对于时序仿真来说，将仿真时间轴设置在一个合理的时间仿真时间轴设置在一个合理的时间区域上十分重要。选区域上十分重要。选EditEdit菜单下菜单下End TimeEnd Time选项，打开选项，打开End TimeEnd Time对话对话框，在框，在TimeTime栏选择仿真时间。通常栏选择仿真时间。通常设置的时间范围设置的时间范围在数十微秒在数十微秒间间. . Quartus II Quartus II 设计流程设计流程QUARTUS II

29、 QUARTUS II 软件的使用和练习软件的使用和练习将工程端口信号节点选入波形编辑器中。选将工程端口信号节点选入波形编辑器中。选EditEdit菜单下菜单下InsertInsert选项中的选项中的Insert Node Bus.Insert Node Bus.， 打开打开Node FinderNode Finder对话框对话框。Quartus II Quartus II 设计流程设计流程QUARTUS II QUARTUS II 软件的使用和练习软件的使用和练习设置仿真输入信号设置仿真输入信号Quartus II Quartus II 设计流程设计流程QUARTUS II QUARTUS

30、II 软件的使用和练习软件的使用和练习存盘，并启动仿真存盘，并启动仿真Quartus II Quartus II 设计流程设计流程QUARTUS II QUARTUS II 软件的使用和练习软件的使用和练习观察仿真波形，分析仿真报告，检测设计功能是否符合设计观察仿真波形，分析仿真报告，检测设计功能是否符合设计要求要求。Quartus II Quartus II 设计流程设计流程QUARTUS II QUARTUS II 软件的使用和练习软件的使用和练习 Quartus II Quartus II 设计流程设计流程5 5、设计下载、设计下载: : 分配引脚：为了能对此全加器进行硬件测试，应将其输

31、入分配引脚：为了能对此全加器进行硬件测试，应将其输入输出信号锁定在芯片确定的引脚上，编译后下载。选择输出信号锁定在芯片确定的引脚上，编译后下载。选择AssignmentsAssignments菜单中下菜单中下PinsPins命令，即进入如图所示的引脚分配命令，即进入如图所示的引脚分配编辑器窗口。编辑器窗口。 QUARTUS II QUARTUS II 软件的使用和练习软件的使用和练习 根据指导书根据指导书4545页页引脚号表格，在引脚号表格，在LocationLocation栏中给各个端口栏中给各个端口选择合适的引脚。例如对应输入端选择合适的引脚。例如对应输入端ai,ai,选择选择121121

32、脚。脚。 Quartus II Quartus II 设计流程设计流程分配完引脚后必须再次编译，才能分配完引脚后必须再次编译，才能存储这些引脚分配的信息。存储这些引脚分配的信息。QUARTUS II QUARTUS II 软件的使用和练习软件的使用和练习 打开编程窗和配置文件。首先将实验系统和并口通信线连接好，打开编程窗和配置文件。首先将实验系统和并口通信线连接好，打开电源。在菜单打开电源。在菜单ToolTool中选择中选择ProgrammerProgrammer，于是弹出如图所示的，于是弹出如图所示的编程窗。在编程窗。在ModeMode栏中有栏中有4 4种编程模式可以选择：种编程模式可以选择

33、：JTAGJTAG， Passive Passive SerialSerial（被动串行配置方式）（被动串行配置方式） ， Active SerialActive Serial和和In-SocketIn-Socket。为了直接对为了直接对FPGAFPGA进行配置，在编程窗的编程模式进行配置，在编程窗的编程模式ModeMode中选中选JTAG(JTAG(默认默认) )，并选中打勾下载文件右侧的第一小方框。注意要仔，并选中打勾下载文件右侧的第一小方框。注意要仔细核对下载文件路径与文件名。如果此文件没有出现或有错，单细核对下载文件路径与文件名。如果此文件没有出现或有错，单击左侧击左侧“Add Fil

34、e”Add File”按钮，手动选择配置文件按钮，手动选择配置文件f_adder.soff_adder.sof。 Quartus II Quartus II 设计流程设计流程QUARTUS II QUARTUS II 软件的使用和练习软件的使用和练习 设置编程器。若是初次安装的设置编程器。若是初次安装的Quartus,Quartus,在编程前必须进行编在编程前必须进行编程器选择操作。这里选择程器选择操作。这里选择ByteBlaster MVLPT1ByteBlaster MVLPT1。单击。单击Hardware Hardware SetupSetup按钮可设置下载接口方式，在弹出的按钮可设置下载接口方式，在弹出的Hardware SetupHardware Setup对话对话框中，选择框中，选择Hardware settingsHardware settings页，再双击此页中的选项页，再双击此页中的选项BytByte eBlasterBlaster之后，单击之后，单击CloseClose按钮，关闭对话框即可。这时应该按钮，关闭对话框即可。这时应该在编程窗右上显示出编程