EDA设计II讲稿

2020/3/23EDA设计(一)II一、EDA技术的涵义狭义EDA技术以大规模可编程逻辑器件为载体，以硬件描述语言为系统逻辑描述为主要表达方式，以EDA开发软件为设计工具，通过有关的开发软件，自动完成用软件方式设计的电子系统到硬件系统的逻辑编译、逻辑画简、逻辑分割、逻辑综合及优化、逻辑布局布线、逻辑仿真，直至对于特定目标芯片的逻辑映射、编程下载等工作，最后形成集成电子系统或专用集成芯片的一门新技术。广义EDA技术除了狭义EDA技术外，还包括计算机辅助分析CAA技术（如PSPICE，EWB，MATLB等），印刷板计算机辅助设计技术（如PROTEL，ORCAD等）。利用EDA技术进行电子系统设计的特点：1.用软件的方式设计硬件；2.用软件方式设计的系统到硬件系统的转换是由有关开发软件自动完成的；3.设计过程中可用有关软件进行仿真；4.系统可现场编程，在线升级；5.整个系统可集成在一个芯片上，体积小、功耗低，可靠性高。传统设计方法和EAD设计方法的不同传统设计方法EAD设计方法自底向上自顶向下手动设计自动设计硬软件分离打破硬软件屏障原理图方式设计原理图,VHDL语言等多种设计方式系统功能固定系统功能易变不易仿真易仿真难测试修改易测试修改模块难移置共享设计工作标准化,模块可移置共享设计周期长设计周期短自顶向下的设计方法首先对任务进行分析，进行系统总体设计。将任务进行合理分解成若干个子系统。对各子系统的进行具体设计（或继续分解）、验证（仿真）和修改。进行系统级的仿真和修改。自顶向下的设计方法的优点对设计的描述从上到下逐步由粗略到详细，符合常规的逻辑思维习惯。由于高层次设计同器件无关，因此设计易于在各种集成电路工艺或可编程器件之间移植。适合多个设计者同时进行设计。随着技术的不断进步，许多设计由一个设计者已无法完成，由多个设计者分工协作完成一项设计的情况越来越多。EDA技术的应用展望EDA技术将广泛应用于高校电类专业的实践教学工作中EDA技术将广泛应用于科研工作和新产品的开发中EDA技术将广泛应用于专用集成电路的开发EDA技术将广泛应用于传统机电设备的升级和技术改造二、EDA技术的主要内容大规模可编程逻辑器件硬件描述语言软件开发工具实验开发系统大规模可编程逻辑器件可编程逻辑器件（简称PLD）是一种由用户编程以实现某种逻辑功能的新型逻辑器件（FPGA/CPLD）Altera公司Max3000,Max7000,Max9000,MaxII,FLEX6000,FLEX8000,FLEX10K,FLEX10E,Cyclone,CycloneII,Stratix,StratixII,StratixGXXilinx公司XC2000，XC3000，XC4000，XC4000E，XC4000XLA，XC5200，Spartan,Virtex硬件描述语言VHDL:起源于美国国防部，诞生于1982年，1987年被IEEE（TheInstituteofElectricalandElectronicsEngineers）和美国国防部确定为标准硬件描述语言，1993年，IEEE对VHDL进行了修订，从更高的抽象层次和系统上扩展了VHDL的内容。VerilogHDL:起源于集成电路的设计，由世界上最大的EDA厂商Cadence扶持下开发的。1995年成为IEEE标准，2000进行了修订。返回ABEL：一种支持各种不同输入方式的HDL，也适用于各种不同规模的可编程器件的设计。软件开发工具Altera公司：MAX+plusII,QuartusII5.0Xilinx公司：ISE6.1第三方工具：Acitve-HDL6.5,ModelSim,Syplify返回实验开发系统FPGA/CPLD输出信息显示模块，包括数码显示、发光管显示，声响等电路的扩展插槽目标芯片适配座以及上面的FPGA/CPLD目标芯片和编程下载电路实验或开发所需的各类基本信号发生模块ALTERAQuartusII5.0设计指南简介QuartusII是美国Altera公司自行开发的一种EDA软件工具，它是Max+plusII的升级版本，支持Altera公司新器件（MAXII,Cyclone,CycloneII,Stratix,StratixII,StratixGX）。QuartusII提供了可编程片上系统（SOPC）设计的一个开发环境。QuartusII集成环境包括：系统级设计，嵌入式软件开发，可编程器件设计，综合，布局/步线，仿真验证。设计过程：设计输入项目编译功能/时序仿真编程/配置可用图形输入或文本输入等用于检验设计输入正确与否用于检验所设计的电路功能是否符合设计要求将正确的设计通过计算机下载到硬件电路上，使其具有与设计电路相符的逻辑功能QuartusII的图形用户界面ToolsCustomize一.新建工程双击AlteraQuartusII图标新建工程的路径、名称选择框选择“File→NewProjectWizard”，点击“Next”新建工程的添加文件对话框器件设备选择对话框建立图形设计文件编译分析、综合时序分析仿真编译报告下载选择工具符号工具正交节点工具正交管道工具部分线选择工具全屏水平翻转逆时针翻转90度椭圆工具弧线工具文本工具块工具正交总线工具橡皮筋功能放大、缩小工具查找工具垂直翻转矩形工具直线工具QuartusII图形编辑器创建新的宏功能模块变量编辑存在的宏功能模块变量拷贝存在的宏功能模块变量使用MegaWizard进行宏功能模块例化例化双口RAM例化双口RAM例化双口RAM例化双口RAM例化双口RAM例化双口RAM例化双口RAM输入双口RAMHex格式文件，或Mif格式文件RAM初始化文件输入建立文本设计文件文本编辑窗口预览编辑文本文件小结图形输入•单元符号输入•利用MegaWizard宏功能模块输入•文本输入•语言（AHDL,VHDL,Verilog-HDL）输入•利用MegaWizard宏功能模块输入二全编译全编译报告编辑器选项设置Analysis&Synthesis设置适配设置小结全编译•综合•适配•布局/步线三仿真验证波形编辑器在波形编辑器中加入节点编辑波形启动仿真器四引脚分配引脚分配界面五时序分析时序设置基本参数时序设置参数描述fMAX最大时钟频率tSU时钟建立时间tH时钟保持时间tCO时钟到输出延时tPD引脚到引脚延时时序分析设置时序分析报告六器件编程编程器窗口24选4MUX8421BCDSLSHMLMHHLHH显示译码器74478421BCDabcdefgA2A1A0计数器译码器74138DIG0DIG1DIG2DIG3DIG4DIG5DIG0DIG1DIG2DIG3DIG4DIG5CLK2设计一个数字计时器，可以完成00:00:00到23:59:59的计时功能，并在控制电路的作用下具有保持、清零、快速校时、快速校分、整点报时等功能。多功能数字钟实验内容:利用QuartusII软件设计一个数字钟，并下载到SmartSOPC实验系统中。★题目简介：计时器整体框图设计基本要求：2、分别由六个数码管显示时分秒的计时；1、能进行正常的时、分、秒计时功能；3、K1是系统的使能开关（K1=0正常工作，K1=1时钟保持不变）；4、K2是系统的清零开关（K2=0正常工作，K2=1时钟的分、秒全清零）；5、K3是系统的校分开关（K3=0正常工作，K3=1时可以快速校分）；6、K4是系统的校时开关（K4=0正常工作，K4=1时可以快速校分）；设计提高部分要求1、使时钟具有整点报时功能（当时钟计到59’53”时开始报时，在59’53”,59’55”,59’57”时报时频率为512Hz,59’59”时报时频率为1KHz,）；3、自己添加其他功能；2、闹表设定功能；实验报告要求1、设计文档，即设计报告★封面：包括名称,学号,姓名,院系,指导教师,时间等；★摘要和关键词（中英文）；★正文：*设计要求说明*方案论证（整体电路的工作原理）*各子模块设计原理*调试*仿真*编程下载★结论；★参考文献。★目录；2、电路设计文件3、实验感想*原理图文件；*波形仿真文件；*实验过程中遇到的问题及解决问题的方法；*实验的收获与感受；*期望及要求；计数器模24(小时)模60（分）模60（秒）译码器1kHz59’59’’512Hz59’51’’(53’’55’’57’’)门门门