最新[工学]eda实验指导及讲义课件ppt.ppt

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[工学]eda实验指导及讲义 零、EDA知识简介一、背景知识二、开发环境介绍三、本次设计相关内容四、实验要求内容提要 什么是EDA技术？EDA（ElectronicDesignAutomation，电子设计自动化）是在计算机的辅助下完成电子产品设计的一种先进的硬件设计技术！是立足于计算机工作平台开发出来的一整套先进的设计电子系统的软件工具。计算机并口器件编程接口PCBBoardPLD编程目标文件零、EDA知识简介 QuartusⅡ简介QuartusⅡ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。QuartusⅡ支持的器件有：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。 EDA/SOC实验开发系统 可编程器件内部逻辑单元图一、背景知识 世界著名的数字可编程器件公司位于硅谷圣侯塞的ALTERA总部九十年代以后发展很快，最大的可编程逻辑器件供应商之一。FPGA的发明者，老牌PLD/FPGA公司，是最大可编程逻辑器件供应商之一。99年Xilinx收购了Philips的PLD部门Lattice是ISP（在线可编程）技术的发明者，Lattice中小规模PLD/FPGA比较有特色，是世界第三大可编程逻辑器件供应商。一、背景知识 MAX+PLUSII普遍认为MaxplusII曾经是最优秀的PLD开发平台之一，适合开发早期的中小规模PLD/FPGA,目前已经由QuartusII替代QuartusIIAltera新一代FPGA/PLD开发软件，适合新器件和大规模FPGA的开发，已经取代MaxplusII。SOPCBuilder:配合QuartusII，可以完成集成CPU的FPGA芯片的开发工作DSPBuilder:QuartusII与Matlab的接口，利用IP核在Matlab中快速完成数字信号处理的仿真和最终FPGA实现开发软件一、背景知识 主流芯片选型指导主流FPGA产品型号（1.5V）逻辑单元锁相环M4KRAM块备注EP1C32,910113每块RAM为4Kbit，可以另加1位奇偶校验位EP1C44,000217EP1C65,980220EP1C1212,060252EP1C2020,060264一、背景知识 芯片EPM7128SLC84--15工作电压：5V封装：PLCC84I/O数：64宏单元：128ALTERA的EPM7128SCPLD是基于第二代MAX结构体系的高性能EEPROM结构的CPLD。完全符合IEEE1149.1JTAG边界扫描标准，具有5VISP的功能。具有最小5ns的引脚到引脚的逻辑时延，最高可达175.4MHz的计数频率。引脚可配置为开漏输出。每个宏单元都有独立的可编程电源控制，最多可以节省50%的功耗。宏单元内的寄存器具有单独的时钟和复位等信号。支持多种电压接口。一、背景知识 EPM7128S芯片管脚图一、背景知识 EPM7128S芯片各管脚定义JTAG：TDI（14）、TMS（23）、TCK（62）、TDO（71）I/O：（输入/输出）4、5、6、8、9、10、11、12、15、16、17、18、20、21、22、24、25、27、28、29、30、31、33、34、35、36、37、39、40、41、44、45、46、48、49、50、51、52、54、55、56、57、58、60、61、63、64、65、67、68、69、70、73、74、75、76、77、79、80、81INPUT/GCLK1：83（输入/时钟）INPUT/OE2/GCLK2：2（输入/输出使能信号/时钟）INPUT/OE1：84（输入/输出使能信号）INPUT/GLCR：1(输入/清除)VCC：3、13、26、38、43、53、66、78（+5V电源）GND：7、19、32、42、47、59、72、82（地）一、背景知识 编程硬件设置启动MAXPLUSII开发系统，打开MAX+PLUSII编程器，即选Programmer，选OptionsHardwareSetup，按如下对话框设置编程硬件。二、开发环境介绍 程序下载过程安装下载编程电缆：将其25针的接插头接到计算机的并行口上，另一端连接到实验箱的JTAG编程座上，并确保电缆两端接触良好。二、开发环境介绍 下载线原理图JP1接目标板JTAG口，J1接计算机并口二、开发环境介绍 可编程器件设计流程CPLD或FPGA器件的设计一般可分为设计输入、设计实现和编程三个设计步骤，及相应的前仿真（功能仿真）、后仿真（时序仿真）和测试三个设计验证过程。二、开发环境介绍 设计输入（DesignEntry）电路图电路图是图形化的表达方式，使用元件符号和连线等符号来描述设计。电路图描述要求设计工具提供必要的元件库和逻辑宏单元库。二、开发环境介绍 设计输入（DesignEntry）硬件描述语言硬件描述语言用于文本形式描述设计，又可分为普通的硬件描述语言和行为描述语言。普通的硬件描述语言，如ABEL—HDL、CUPL和MINC—HDL。它们支持布尔方程、真值表、状态机等逻辑表达式，适合对计数器、译码器和状态机等逻辑功能的描述。行为描述语言，如VHDL和Verilog–HDL。行为描述语言类似于C语言，在描述复杂设计时非常简洁，具有很强的逻辑描述和仿真功能，是未来硬件描述语言的主流。二、开发环境介绍 VHDL语言－全加器二、开发环境介绍 层次化设计在设计输入过程中，往往采用层次化设计方法，分模块、分层次地进行设计描述。描述器件总功能的模块放置最上层，称为顶层设计；描述器件最基本功能的模块放置最下层，称底层设计。顶层设计和下一层之间的关系类似于软件设计中主程序和子程序的关系。层次化设计方法比较自由，可以在任何层次使用电路图或HDL进行描述。由于电路图的特点是适合描述连接关系和接口关系，而描述逻辑功能则很繁琐；HDL语言正相反，逻辑描述能力强，但不适合描述连接和接口关系二、开发环境介绍 设计输入（DesignEntry）一般常见的做法是：在顶层设计中，使用电路图描述模块连接关系和芯片内部逻辑到管脚的接口；在底层设计中，使用HDL硬件描述语言描述模块的逻辑功能。二、开发环境介绍 二、开发环境介绍本次设计采用QuartusII软件进行设计，可从网上或图书馆查阅相关资料先自学，以下是MAX+PLUSII使用简介，可参阅。 建立原理图文件1、在菜单中点击file选项，此时出现子菜单如图所示，由于是新文件。故点击子菜单的new选项，接着出现new的对话框。在对话框中可供用户选择的四种编辑方式依次为：图形编辑、符号编辑、文本编辑和波形编辑，如图所示二、开发环境介绍 建立原理图文件2、第一项为图形编辑，选中该项，并点击new对话框中的ok按钮，屏幕上将出现一个无名的编辑窗口，如图二、开发环境介绍 建立原理图文件在原理图的空白处双击鼠标右键，出现下图。在symbolname栏内，键入dff，选ok即可。在不知道器件的名称时，双击相应符号库目录，在符号文件框内选择也可以。在本例中，是双击库目录；d;max2workmax2libprim，再选出dff。用同样的方法可以依次键入inputoutput和vcc等。二、开发环境介绍 建立原理图文件如果需要多个dff，可以用上面的方法再绘制多个同样的dff。更快捷的方法是，用鼠标点中dff的符号，此时该符号的边缘的虚线变成红色粗实线。然后，左手按住键盘上的〈Ctrl〉键，此时屏幕上的鼠标右上方出现一个小加号，右手操作鼠标，按住鼠标左键点中dff的符号并拖动。当出现一个同样大小的红色细矩形时，松开鼠标左键。这样就复制了一个dff符号。同样在某个符号被选中后，何以用鼠标拖动该符号进行移动，也可以用键盘上的delete键删除该符号。若需要同时移动多个符号，可以按住鼠标左键画一个将所有要移动的符号包括再内的大矩形，然后用用鼠标点中矩形内的任意一点就可以随意移动。二、开发环境介绍 管脚的命名绘制完所有的符号后，应注意到所有的输入输出管脚名为系统默认名Pin_name，用鼠标左键双点“pin_name”，使其变为黑底白字显示，然后可直接键人管脚名。以同样方法修改所有的输入、输出管脚名。输入分别是CLK、DATA；输出脚为OUT。连接各符号首先将各符号移动到合适的位置，以易于连线。将鼠标移至输入ck符号边缘的引脚处，鼠标箭头会自动变成十字形状。此时可以按住左键拖动，直至dffe的clk输入引脚处，松开左键。这样将输入时钟与d触发器的时钟输入端连在一起。同样方法，连接上所有的输入输出引脚。完成后的图形如图所示。二、开发环境介绍 保存原理图：点击菜单中filesaveas，在屏幕上会弹出一个saveas对话框，如图所示，在filename中输入一文件名，点击ok按钮，该文件名即可保存在当前子目录下。二、开发环境介绍 MAX+PLUSII的模块库在symbollibraries中有四个子目录，这四个子目录存放着Altera公司大设计的各种模块。在prim子目录中是最基本的门电路，如各种扇入的与门、或门和缓冲器等，在mf子目录中存放着74系列的宏函数，在mega_lpm子目录是参数模型库，这是随用户定义的模块，使用起来相当节约资源，在edif子目录中是一些集电极开路的模块，用来加大负载能力。二、开发环境介绍 文件的编译MAX+PLUSII的编译过程大致可以分为以下几个步骤：按照以上所述方法，将输入的文件显示在编辑窗内。点击file选项，光标移至子菜单setprojecttocurrentfile，点击。点击主菜单MAX+PLUSII选项，出现子菜单，如图所示。再点击compiler选项，屏幕上就出现编译对话框，如图所示。二、开发环境介绍 波形仿真文件的建立点击file主菜单，再点击new，选择waveformeditorfile，即scf文件，点击ok则出现一个空白的波形编辑窗口如图所示。在主菜单中点击node，弹出一列子菜单，再点击enternodesfromSNF..，则出现如下对话框。二、开发环境介绍 在该对话框中，点击list按钮，被编译文件中的节点列于左侧的空白框中，再点击从左指向右的箭头，选定的节点就列于右侧的空白框中，最后点击ok，被编译文件的输入、输出等信号自动地添入了空白波形图中。波形仿真文件的建立二、开发环境介绍 波形仿真文件二、开发环境介绍 本次课系统设计要求基本要求：设计一个综合性的计时系统，要求能实现时、分、秒计数等综合计时功能，同时将计时结果通过6个七段数码管显示。选作内容：通过几个设置键，对计时系统的有关参数进行调整，同时具有整点报时功能。三、本次设计相关内容 （1）计秒电路：以直接输入或由分频器产生的秒脉冲作为计秒电路的计数时钟信号，待计数至60瞬间，进位，计分电路加1，而计秒电路则清零并重新计秒。（2）计分电路、计时电路：其设计思想与计秒电路类似。（3）调整控制电路，负责对时分秒进行调整。（4）显示控制电路的设计本设计显示需要使用的是6个七段显示数码管。三、本次设计相关内容 七段显示器可分为共阳极、共阴极型两种，它们都可以等效成8个LED相连接电路。共阴极型七段显示器的LED位置定义和等效电路三、本次设计相关内容 调整控制电路设计对于系统中的时间调整电路，可以通过模式和调整两个外部按键完成。模式键负责切换正常时间计数模式和时间调整模式，调整模式切换顺序如图所示。调整键负责在时间调整模式之下，对当前模式的计时结果进行调整。三、本次设计相关内容 时间安排及要求连续2周的周六、周日及课余时间，上午8：30－11：30下午2：30－5：30最后一天验收要求必须完成基本功能最终成绩包括平时考勤和设计结果独立完成四、实验要求 学校是个大集体,班级是个小集体,我们平时都在这个集体中。集体生活真丰富,我们一起学习,一起锻炼,一起游戏,一起歌唱,一起进步,一起……你能用一句话来概括你的感受吗?答案:集体生活真快乐。 1.集体生活可以培养我们的态度和能力。在集体中,每个人有不同的角色,承担不同的;我们在认真做事的过程中体现自己的价值,体验,做有担当的人。2.集体生活可以培养我们的基本态度和能力。在集体中,每个人来自不同的家庭,有不同的生活经历和性格特点。我们在交往中可以学会彼此接纳、、和包容,学会相处。3.集体生活为我们搭建起与他人、与周围世界交往的平台。在这个平台上,我们展示自己的,发展自己的个性,不断认识和完善。4.每个人的特点不同。人与人之间的是我们发展和完善个性的“明镜”,也是集体生活中重要的学习资源。负责任职责责任感人际交往尊重理解友好个性自我个性差异 5.实现集体的过程,也为个人发展提供了条件和可能,作为集体的一员,我们要积极参与活动,把握机遇,自主发展,使自己的个性不断丰富。共同目标共同 1.集体生活在哪些方面成就我?(1)在集体中涵养品格。①集体生活可以培养我们负责任的态度和能力。②集体生活可以培养我们人际交往的基本态度和能力。(2)在集体中发展个性。①集体生活为我们搭建起与他人、与周围世界交往的平台。在这个平台上,我们展示自己的个性,发展自己的个性,不断认识和完善自我。②每个人的个性特点不同。人与人之间的差异是我们发展和完善个性的“明镜”,也是集体生活中重要的学习资源。包容他人的不同,学习他人的优点,有助于我们完善个性。③实现集体共同目标的过程,也为个人发展提供了条件和可能。作为集体的一员,我们要积极参与共同活动,把握机遇,自主发展,使自己的个性不断丰富。 2.在集体交往中,我们应该怎样做?在集体中,每个人来自不同的家庭,有不同的生活经历和性格特点。我们在交往中可以学会彼此接纳、尊重、理解和包容,学会友好相处。 1.集体生活可以培养我们()①负责任的态度和能力②人际交往的基本态度和能力③唯我独尊的意识④不达目的誓不罢休的豪气A.①②③B.①③④C.②③④D.①②2.我们在交往中应该学会()①彼此接纳②尊重③理解④包容A.①②③B.①②③④C.②③④D.①③④DB 3.在集体生活这个平台上,我们()①展示自己的个性②发展自己的个性③不断认识自己④不断完善自己A.①②③B.②③④C.①②③④D.①②④4.作为集体的一员,我们要()①积极参与共同活动②把握机遇③自主发展④处处争当领导A.①②③B.①②③④C.②③④D.①②④CA 5.请你用简练的语言描绘自己的个性特点。答案示例:个性是一个人在思想、性格、品质、意志、情感、态度等方面不同于其他人的特质,这个特质表现于外就是他的言语方式、行为方式和情感方式等。任何人都是有个性的。(根据自己的实际情况回答即可)