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QuartusⅡ软件入门

(全加器)电子技术试验(II)1/68问题提出设计一个数字钟，使之完成以下功效：实现时、分、秒计时；时可采取12小时计时也可采取24小时计时；含有异步清零和开启/停顿功效；并可调整时间。用数码管显示时分秒；含有整点报时功效；可继续设计日、星期、月、年等其它万年历功效。可设计秒表功效，闹钟功效。2/68处理方案1——传统数字系统设计方法1.依据设计要求划分功效模块；2.确定输入和输出关系，画出真值表，写出逻辑表示式；4.利用公式或卡诺图进行人工化简；5.依据化简后逻辑表示式画出电路原理图；6.在面包板上进行试验，验证电路正确性；7.若无错误，再在透明薄膜上用贴图符号贴PCB图；8.检验后送制板厂制板；9.对PCB板进行安装、调试，若有大错误，修改设计，重复以上过程，重新制板。搭积木方式！基于电路板设计方法——采取固定功效器件（通用型器件），经过设计电路板来实现系统功效3/68传统数字系统设计方法特点采取自下而上（BottomUp）设计方法采取通用型逻辑器件搭积木式方式在系统硬件设计后期进行仿真和调试主要设计文件是电路原理图

4/68传统数字系统设计方法缺点效率低下——全部这一切，几乎都是手工完成！设计周期很长；轻易犯错；芯片种类多，数量大，受市场限制；设计灵活性差；产品体积大。5/68处理方案2——当代数字系统设计方法首先在计算机上安装EDA软件，它们能帮助设计者自动完成几乎全部设计过程；再选择适当PLD芯片，能够在一片芯片中实现整个数字系统。基于芯片设计方法——采取PLD（可编程逻辑器件），利用EDA开发工具，经过芯片设计来实现系统功效。EDA软件空白PLD+数字系统编程6/68当代数字系统设计方法（续1）1.依据设计要求划分功效模块2.PLD开发（利用EDA工具）（1）设计输入：采取原理图或硬件描述语言（HDL），描述出输入和输出逻辑关系，将整个原理图或程序输入到计算机中；（2）设计编译：EDA工具可自动进行逻辑综合，将功效描述转换为门级描述，或转换成详细PLD网表文件，将网表文件自动适配到详细芯片中进行布局布线；（3）功效仿真和时序仿真；（4）编程下载到实际芯片中，在试验台上进行验证；（5）在每一阶段若有问题，可在计算机上直接修改设计，重复以上过程。7/68当代数字系统设计方法（续2）3.设计包含PLD芯片电路板（1）在计算机上利用EDA软件画电路原理图；（2）进行电气规则检验无误后，自动生成网表文件；（3）利用EDA软件画PCB图，自动布线；（4）自动进行设计规则检验，无误后输出文件，制板。

优点：效率高——全部这一切，几乎都是借助计算机利用EDA软件自动完成！轻易检验错误，便于修改；设计周期短、成功率很高；产品体积小。8/68当代数字系统设计方法通常采取自上而下（TopDown）设计方法采取可编程逻辑器件在系统硬件设计早期进行仿真主要设计文件是用硬件描述语言编写源程序降低了硬件电路设计难度特点自行定义器件内部逻辑和引脚写出真值表或状态表→EDA开发工具自动进行逻辑综合→模拟仿真→编程下载到PLD中基于芯片——采取PLD，利用EDA开发工具，经过芯片设计来实现系统功效。9/68什么是EDA技术？EDA（ElectronicDesignAutomation，电子设计自动化）是在计算机辅助下完成电子产品设计一个先进硬件设计技术！是立足于计算机工作平台开发出来一整套先进设计电子系统软件工具。计算机并口器件编程接口PCBBoardPLD编程目标文件10/68EDA技术范围IC版图设计PLD设计电路设计PCB设计模拟电路数字电路混合电路设计输入逻辑综合仿真编程下载本课程内容！11/68学习EDA到底有什么用呢？真有趣，能够按自己想法设计一个芯片！我也要参加全国大学生电子设计竞赛！呀，毕业设计恰好能用得上哎！原来在一个芯片里就能够设计一个完整计算机系统呀！找工作时也算得上一技之长哦！12/68电子设计自动化（ElectronicDesignAutomation，EDA）技术是以计算机科学和微电子技术发展为先导，聚集了计算机图形学、拓扑逻辑学、微电子工艺与结构学和计算数学等各种计算机应用学科最新结果先进技术，它是在先进计算机工作平台上开发出一整套电子系统设计软件工具。从20世纪60年代中期开始，人们不停开发出各种计算机辅助设计工具来帮助设计人员进行集成电路和电子系统设计，集成电路技术不停发展对EDA技术提出新要求，并促进了EDA技术发展。EDA及其发展

●第一阶段：计算机辅助设计（CAD阶段）●第二阶段：电子设计自动化（EDA）阶段●第三阶段：电子设计自动化（EDA）发展阶段13/68EDA工具电路仿真工具：

主要用于模拟电路和数字电路仿真，常见有SPICE／PSPICE、EWB、MULTISIM等；电路板级设计工具：

常见有PROTEL、POWERPCB等；可编程器件开发工具：

常见有MAXPLUSII、QUARTUSII、MATLAB／DSPBUILDER等。14/68EDA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一项技术。

EDA技术为电子系统设计带来了很大改变：（1）设计效率提升，设计周期缩短；（2）设计质量提升；（3）设计成本降低；（4）能更充分地发挥设计人员创造性；（5）设计结果重用性大大提升，省去了无须要重复劳动。EDA设计方法

15/68传统设计方法vsEDA设计方法

传统设计方法EDA设计方法自底向上手动设计软硬件分离原理图设计方式系统功效固定不易仿真难测试修改模块难移植共享设计周期长自顶向上自动设计打破软硬件屏障原理图、HDL等设计方式系统功效易改易仿真易测试修改模块可移植共享设计周期短16/68本课程要学习PLD设计EDA工具软件

QuartusⅡ美国Altera企业自行设计第四代PLD开发软件能够完成PLD设计输入、逻辑综合、布局与布线、仿真、时序分析、器件编程全过程同时还支持SOPC（可编程片上系统）设计开发17/6817QuartusⅡ介绍

QuartusⅡ提供了方便设计输入方式、快速编译和直接易懂器件编程。能够支持逻辑门数在百万门以上逻辑器件开发，而且为第三方工具提供了无缝接口。QuartusⅡ支持器件有：StratixⅡ、StratixGX、Stratix、Mercury、MAX3000A、MAX7000B、MAX7000S、MAX7000AE、MAXⅡ、FLEX6000、FLEX10K、FLEX10KA、FLEX10KE、Cyclone、CycloneⅡ、APEXⅡ、APEX20KC、APEX20KE和ACEX1K系列。QuartusⅡ软件包编程器是系统关键，提供功效强大设计处理，设计者能够添加特定约束条件来提升芯片利用率。

18/68设计流程设计准备设计输入设计处理器件编程功效仿真时序仿真器件测试19/68

QuartusII软件设计过程主要包含：建立项目输入设计电路（可采取不一样方式）设计编译设计仿真设计下载

QuartusⅡ设计流程介绍20/68QuartusⅡ设计流程

开启QuartusⅡ5.0双击桌面上QuartusⅡ5.0图标或单击开始按扭，在程序菜单中选择QuartusⅡ5.0，能够开启QuartusⅡ5.0。其初始界面如图所表示。21/68

1．建立项目利用QuartusII提供新建工程指南能够帮助我们很轻易建立一个工程：①在主菜单上选择File\NewProjectWizard将弹出以下列图所表示对话框。

QuartusⅡ设计流程

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②在上图中第一个空白处需添入新建工程工作目录路径，为便于管理，QuartusII软件要求每一个工程项目及其相关文件都统一存放在单独文件夹中。第二个空白处需添入新建工程名称。第三个空白处需添入是工程顶层设计实体名称，要求顶层设计实体名称和新建工程名称保持一致。③如上图所表示添好后，按Next按钮，将会弹出加入文件对话框，以下列图所表示。

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新建工程工作目录路径新建工程名称工程顶层设计实体名称23/68

加入文件对话框：

24/68能够在File空白处选择添入其它已存在设计文件加入到这个工程中，也能够使用UserLibraryPathnames按钮把用户自定义库函数加入到工程中使用。完成后按Next按钮进入下一步。④下面弹出是选择可编程逻辑器件对话框，以下列图所表示。选Yes，手动选择需要器件，选No，则由编译器自动选择。QuartusⅡ设计流程

25/68⑤在下一步弹出对话框中经过选择器件封装形式，引脚数目，以及速度级别来约束可选器件范围。如图所表示。器件设置对话框

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EP1K30TC144-326/68⑥最终是由新建工程指南建立工程文件摘要，显示了上面全部设置选项。至此，新工程建立完成，在QuartusII设计软件界面顶部标题栏将显示工程名称和存放路径。以下列图所表示。QuartusⅡ设计流程

27/682．输入设计电路单击标题栏中File→New对话框，如图所表示。

单击New对话框DeviceDesignFiles选项卡，Blockdiagram/schematicfile，选好后单击【OK】按钮，打开原理图编辑器窗口。QuartusⅡ设计流程

28/68设计输入

将所设计电路逻辑功效按照开发系统要求形式表示出来过程称为设计输入。设计输入有以下三种方式：（1）原理图输入方式适合用于对系统及各部分电路很熟悉场所。（2）硬件描述语言输入方式硬件描述语言是用文本方式描述设计，硬件描述语言有ABEL、AHDL、VHDL、Verilog等，其中VHDL和Verilog已成为IEEE标准。（3）波形输入方式QuartusⅡ设计流程——

29/68在编辑窗中任何一个位置上单击鼠标右键，在弹出快捷菜单中选择其中输入元件项Insert--Symbol，于是将弹出以下列图所表示输入元件对话框QuartusⅡ设计流程30/68选择菜单File-SaveAs命令，将已设计好原理图文件取名并存盘在已为此项目建立文件夹内。QuartusⅡ设计流程

设计半加器31/68QuartusⅡ设计流程

将设计项目设置成可调用元件32/68QuartusⅡ设计流程

设计全加器顶层文件33/683．设计编译①编译设置：利用QuartusII提供编译设置指南能够帮助我们很轻易进行一个项目标编译设置。在主菜单中选择Assignments/CompilerSettingsWizard选项，将弹出一个对话框，要求输入指定编译实体模块和设定名字。②编译设置好后，在主菜单中选择Processing/StartCompilation对所设置项目进行编译。③阅读编译汇报：编译后自动生成编译汇报如图所表示，它包含了怎样将一个设计放到一个器件中全部信息。有器件使用统计，编译设置情况，底层显示，器件资源利用率，状态机实现，方程式，延时分析结果，CPU使用资源。

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34/68QuartusⅡ设计流程

35/68QuartusⅡ设计流程

编译汇报:36/684．设计仿真

QuartusII支持各种仿真输入方法，它支持波形方式输入，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脚本文件，同时也支持第三方仿真工具Verilog/VHDLTestbench。①QuartusII仿真设置:利用QuartusII提供仿真设置指南能够帮助我们快速进行一个项目标仿真设置。在主菜单中选择Assignments/SimulatorSettingsWizard选项，在弹出对话框中，输入指定仿真实体模块和设定名字。QuartusⅡ设计流程

37/68②建立仿真波形文件:在主菜单中选择File/New选项，在弹出New对话框中选择OtherFiles选项中VectorWaveformFile。③设置仿真参数:设置仿真时间区域。对于时序仿真来说，将仿真时间轴设置在一个合理时间区域上十分主要。通常设置时间范围在数十微秒间：

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38/68④将工程端口信号节点选入波形编辑器中。QuartusⅡ设计流程

39/68⑤编辑输入波形(输入激励信号)。QuartusⅡ设计流程

40/68⑥存盘，并开启仿真QuartusⅡ设计流程

41/68⑦观察仿真波形QuartusⅡ设计流程

42/685、设计下载:①打开编程窗和配置文件。首先将试验系统和并口通信线连接好，打开电源。在菜单Tool中选择Programmer，于是弹出如图所表示编程窗。在Mode栏中有4种编程模式能够选择：JTAG，PassiveSerial，ActiveSerial和In-Socket。为了直接对FPGA进行配置，在编程窗编程模式Mode中选JTAG(默认)，并选中打勾下载文件右侧第一小方框。注意要仔细查对下载文件路径与文件名。假如此文件没有出现或有错，单击左侧“AddFile”按钮，手动选择配置文件f_adder.sof。

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43/68设置引脚：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引脚上，编译后下载。选择Tools菜单中Assignments项，即进入如图所表示AssignmentEditor编辑器窗。在Category栏中选择Pin，或直接单击右上侧Pin按钮。

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44/68双击"To"栏<<new>>，在出现如图所表示下拉栏中分别选择本工程要锁定端口信号名；然后双击对应Location栏<<new>>，在出现下拉栏中选择对应端口信号名器件引脚号，如对应ain,选择8脚。

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5、设计下载:②设置编程器。若是首次安装QuartusⅡ,在编程前必须进行编程器选择操作。这里准备选择ByteBlasterMV[LPT1]。单击HardwareSetup按钮可设置下载接口方式，在弹出HardwareSetup对话框中，选择Hardwaresettings页，再双击此页中选项BytcBlaster之后，单击Close按钮，关闭对话框即可。这时应该在编程窗右上显示出编程方式：ytcBlaster[LPT1]。假如打开下所表示窗口内“Currentlyselected”右侧显示NoHardware，则必须加入下载方式。即点击AddHardware钮，在弹出窗中点击OK，再在窗口中双击BytcBlaster，使“Currentlyselected”右侧显示BytcBlaster[LPT1]。

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5、设计下载:③下载：单击下载标符Start按钮，即进入对目标器件FPGA配置下载操作。当Progress显示出100%，以及在底部处理栏中出现“ConfigurationSucceeded”时，表示编程成功。注意，假如必要，可再次单击Start按钮，直至编程成功。④硬件测试：软件下载成功后，测试已完成电路是否符合设计要求。QuartusⅡ设计流程

48/68模60计数器设计与实现建立图形文件：打开QuartusⅡ5.0编辑器，选择File/New命令，在DeviceDesignFile选项卡下选择BlockDigram/SchematicFile，单击OK按钮。模为60计数器原理图QuartusⅡ设计应用举例

49/68最惯用工具菜单：Project（工程）：Assignment（资源分配）：Processing（操作）：Tools（工具）：QuartusⅡ设计说明

50/68关于FPGA/CPLD器件配置当在QuartusⅡ中完成设计后，就应该将所设计电路下载到CPLD芯片中，结适用户系统进行统一调试。CPLD编程下载方式较多，按计算机接口可分为：串口下载（BitBlaster或MasterBlaster）、并口下载（ByteBlaster）、USB接口下载（MasterBlaster或APU）等方式。按器件可分为：CPLD编程（MAX3000、MAX5000、MAX7000、MAX9000），FPGA下载（FLEX6000、FLEX8000、FLEX10K、ACEX1K、APEX20K），存放器编程EPC1、EPC2等。51/68

针对CPLD器件不一样内部结构，Altera企业提供了不一样器件配置方式。Altera可编程逻辑器件配置可经过编程器、JATG接口在线编程及Altera在线配置三种方式进行。

Altera器件编程连接硬件包含ByteBlaster并口下载电缆，ByteBlasterMV并口下载电缆，MasterBlaster串行/USB通信电缆，BitBlaster串口下载电缆。Altera企业提供EPC1、EPC2、EPC16和EPC1441等PROM配置芯片。关于FPGA/CPLD器件配置52/68ByteBlaster并口下载电缆连接示意图53/68下载模式ByteBlaster并口下载电缆提供两种下载模式：（1）被动串行模式（PS模式）——用于配置FLEX10K、FLEX8000和FLEX6000器件；（2）JTAG模式——含有工业标准JTAG边界扫描测试电路（符合IEEE1149.1：1990标准），用于配置FLEX10K或对MAX9000、MAX7000S和MAX7000A器件进行编程。54/68GW48-PK型EDA/SOC试验开