第三部分数字电子技术仿真实验

1、第三部分数字电子技术仿真实验实验一 QuartusII图形输入软件操作一、实验目的(1)了解并掌握QuartusII 软件图形输入的使用方法。(2)了解并掌握仿真（功能仿真及时序仿真）方法及验证设计正确性。(3)了解并掌握EDA QuartusII 中的原理图设计方法。二、实验内容及步骤1.实验内容 本实验通过简单的例子介绍FPGA 开发软件QuartusII 的使用流程，包括图形输入法的设计步骤和仿真验证的使用以及最后的编程下载。 图形编辑输入法也称为原理图输入设计法。用Quartus II 的原理图输入设计法进行数字系统设计时，不需要了解任何硬件描述语言知识，只要掌握数字逻辑电路基本知识，

2、就能使用QuartusII 提供的EDA 平台设计数字电路或系统。 QuartusII 的原理图输入设计法可以与传统的数字电路设计法接轨，即把传统方法得到的设计电路的原理图，用EDA 平台完成设计电路的输入、仿真验证和综合，最后编程下载到可编程逻辑器件(FPGA/CPLD)或专用集成电路(ASIC)中。2.实验步骤： 在QuartusII 中通过原理图的方法，使用与门和异或门实现半加器。 第1 步：打开QuartusII 软件。 第2 步：新建一个空项目。选择菜单File-New Project Wizard，进入新建项目向导，如图3-1 所示，填入项目的名称“hadder”，默认项目保存路径

3、在Quartus 安装下，也可修改为其他地址，视具体情况而定。图3-1 新建项目向导 第3 步：单击Next 按钮，进入向导的下一页进行项目内文件的添加操作，如果没有文件需要添加进项目，则直接点击Next 按钮既可。 第4 步：选择CPLD/FPGA 器件，如图3-2 所示，选择芯片系列为“MAX II”，型号为“EPM240T100C5”。图3-2 器件选择 第5 步：向导的后面几步不做更改，直接点击Next 即可，最后点击Finish 结束向导。到此即完成了一个项目的新建工作。 第6 步：新建一个图形文件。选择File-New 命令，选择“Diagram/Schematic File”，点

4、击OK 按钮完成。将该图形文件另存为hadder.bdf。图形编辑窗口如图3-3 所示，窗口左边是图形编辑工具条。图3-3 图形编辑窗口 第7步：在图形编辑窗口的空白处双击，打开符号库窗口，如图3-4所示。展开符号库“c:/./libraries/”，可以看到有三个类别，分别是“megafunctions”表示具有宏功能的符号，“others”主要是一些常用的集成电路符号，“primitives”主要是一些基本门电路符号、引脚和接地、电源符号等。窗口中的“name”框可快速检索到需要的符号，例如当输入型号“7408”，符号库立刻找到相应集成电路的符号，如图3-5所示。图3-4 符号库图3-5

5、选中符号方法一 第8步：选择好需要的符号后，单击OK按钮，界面将回到原理图编辑界面，然后单击左键即在窗口内放置该符号。再用同样的方法，在“name”框中输入“xor”即可找到异或门的符号；如图3-6所示。图3-6 选中符号方法二 第9步：在图形编辑窗口中分别放置与门“7408”和异或门“xor”，如图3-7所示。图3-7 第10步：再次打开符号，在“name”栏中输入“input”，符号库自动在库中找到输入“input”符号（如图3-8所示），并选中“Repeat-insert mode”点击OK按钮，可反复在编辑窗口中放入输入符号，直单击右键取消放置为止。由于输入信号一共有2个，所以需要放入

6、2个输入符号，并将2个输入符号命名为a和b。用同样的方法放置2个输出“output”符号，并分别命名为s、cout。再选择工具栏中的按钮，将各符号连接起来，结果如图3-9所示。图3-8 “input”符号图3-9 符号连接 第11步：保存图形文件，进行语法检查和编译。通过快捷按钮，对上面的代码进行语法检查和综合，同时在信息（Messages）窗口中显示检查结果，如程序中有错误，也将指出错误的地方以便修正。如果没有错误，则使用快捷按钮进行编译。编译结束后会自动打开一个编译报告（Compilation Report）窗口，如图3-10所示。图3-10 编译报告 第12步：仿真。在开发板上实现该电路

7、之前，可以先在Quartus软件中对电路进行功能仿真，以测试电路逻辑的正确性。在仿真之前，先要建立一个矢量波形文件，包含输入信号的波形，并指定需要观察的输出信号。执行File-New命令，选择“Other Files”选项页中VectorWaveform File，并单击OK按钮，打开矢量波形编辑器窗口，如图3-11所示。图3-11 矢量波形编辑器窗口 第13步：另存矢量波形文件为hadder.vwf。执行Edit-Insert Node or Bus命令，将需要仿真的输入和输出节点加入到波形中来，其窗口如图3-12所示。可以在Name框中直接输入节点的名称，也可点击Node Finder按钮

8、，打开节点搜索窗口，如图3-13所示。在Filter下拉框中选择所要寻找的节点类型，这里选择“Pins：all”，点击List按钮，在Nodes Found框中列出所有的引脚。- 6 -图3-12 加入要仿真的输入输出节点图3-13 节点搜索窗口 第14步：选择所有引脚，单击按钮，将所有引脚添加到Selected Nodes框中，再按OK按钮返回波形编辑器窗口，如图3-14所示。选择波形工具栏中的按钮，在波形图上左击或右击分别进行波形的放大和缩小。图3-14 波形编辑器窗口- 7 - 第15步：编辑a和b的输入波形，再由仿真器输出y的波形。首先选中需要编辑的波形区间，再选择波形工具栏中的按钮，

9、对选中区间进行置1或0。最后的输入波形如图3-15所示，保存矢量波形文件。图3-15 编辑输入波形 第16步：功能仿真。选择Processing-Simulator Tool，窗口如图3-16所示。选择仿真模式（Simulator mode）为“Functional”，并选择hadder.vwf文件作为仿真输入（Simulation input）波形文件。点击Generate Functional Simulation Netlist按钮，生成仿真网表。然后点击Start按钮，开始仿真。在仿真完成后，点击Report按钮即可观看仿真的结果，如图3-17所示。从波形可以看出，程序的逻辑功能与半加

10、器相符。图3-16 仿真模式选择图3-17 功能仿真输出波形 第17步：引脚分配。通常，如果用户不对引脚进行分配，Quartus软件会自动随机为设计分配引脚，这一般无法满足需求。在开发板上，FPGA与外部器件的连接是确定的，其连接关系可参看附录。如果选择数码开关SW0和SW1分别代表输入信号a和b、LED15和LED16代表输出信号s和cout，则通过附录查表可知它们分别对应CPLD的引脚PIN_39、PIN_38、PIN_15和PIN_16。选择Assignments-Pins命令，打开引脚规划器（Pin Planner），如图3-18所示。接着双击信号a的Location栏，在下拉框中选择

11、PIN_39，其他信号通过相同的办法进行分配。图3-18 引脚分配 第18步：在仿真正确，并锁定自定引脚后，通过按钮对项目再次编译。 第19步：时序仿真。 时序仿真不仅可以仿真其逻辑功能是否正确，同时可以仿真出信号之间的时间延迟。时序仿真又称后仿真，通常是在编译完成后进行。 再次选择Processing-Simulator Tool，并将仿真模式设为“Timing”，然后点击Start按钮。最后点击Report按钮查看仿真结果，结果如图3-19所示。与功能仿真结果图相比较，可以看出时序仿真的输出带有一定的延迟。 第20步：程序下载。 1)用USB连接线连接DE2和电脑，选择Tools-Programmer命令，打开配置窗口，如图3-20所示。 2) 图3-18中第一列显示“No Hardware”，说明未指定硬件设备，单击Hardware Setup按钮，打开硬件设置窗口，如图3-21所示。双击列表框中的USB-Blaster，然后点击Close按钮，完成硬件设置。图3-21 硬件设置窗口 3)从图3-22可以看出，硬件已经设置完成，而且待配置的文件也已经在文件列表中。然后选中Program/Config选项，单击Start按钮，开始编程。编程结束后，即可在开发板上验证。图3-22 程序下载界面三、