032现代电子系统设计常用工具QII

Copyright©ChengZhihua现代电子系统设计常用工具现代电子系统设计常用工具n------QuartusII入门上海大学机电工程与自动化学院程志华[e-mail]56331933/二教109》Copyright©ChengZhihua2问题的提出n设计一个数字钟，使之完成以下功能：q实现时、分、秒的计时；时可采取12小时计时也可采取24小时计时；具有异步清零和启动/停止功能；并可调整时间。q用数码管显示时分秒；具有整点报时功能；q可继续设计日、星期、月、年等其他万年历功能。q可设计秒表功能，闹钟功能。Copyright©ChengZhihua3解决方案1——传统的数字系统设计方法1.根据设计要求划分功能模块；2.确定输入和输出的关系，画出真值表，写出逻辑表达式；4.利用公式或卡诺图进行人工化简；5.根据化简后的逻辑表达式画出电路原理图；6.在面包板上进行实验，验证电路的正确性；7.若无错误，再在透明薄膜上用贴图符号贴PCB图；8.检查后送制板厂制板；9.对PCB板进行安装、调试，若有大的错误，修改设计，重复1-9过程，重新制板。搭积木的方式！基于电路板的设计方法——采用固定功能的器件（通用型器件），通过设计电路板来实现系统功能Copyright©ChengZhihua4传统的数字系统设计方法]]特点特点•采用自下而上（BottomUp）的设计方法•采用通用型逻辑器件•搭积木式的方式•在系统硬件设计的后期进行仿真和调试•主要设计文件是电路原理图]]缺点缺点Ø效率低下——所有这一切，几乎都是手工完成！Ø设计周期很长；Ø容易出错；Ø芯片种类多，数量大，受市场的限制；Ø设计灵活性差；Ø产品体积大。Copyright©ChengZhihua5解决方案2——现代的数字系统设计方法基于芯片的设计方法——采用PLD（可编程逻辑器件），利用EDA开发工具，通过芯片设计来实现系统功能。]EDA软件]空白PLD]+]数字系统]编程1.EDA辅助开发（1）设计；仿真；下载验证；（2）若有问题，可在计算机上直接修改设计，重复以上过程。2.EDA辅助PCB设计（1）利用EDA软件画含PLD芯片的PCB图，制板。Copyright©ChengZhihua6现代的数字系统设计方法•通常采用自上而下（TopDown）的设计方法•采用可编程逻辑器件•在系统硬件设计的早期进行仿真•主要设计文件是用硬件描述语言编写的源程序•降低了硬件电路设计难度]]特点特点]自行定义器件内部的逻辑和引脚]基于芯片——采用PLD，利用EDA开发工具，通过芯片设计来实现系统功能。Copyright©ChengZhihua7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能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等设计方式系统功能易改，可升级重构易仿真易测试修改（仿真，重构）模块可移植共享设计周期短Copyright©ChengZhihua8现代电子系统设计常用工具____QuartusⅡ入门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。Copyright©ChengZhihua9设计流程设计准备设计输入设计处理器件编程功能仿真时序仿真器件测试①建立项目②输入设计电路（可采用不同方式）③设计编译④设计仿真⑤设计下载Copyright©ChengZhihua10QuartusⅡ设计流程__启动QuartusⅡ5.0Copyright©ChengZhihua11①在主菜单上选择File\NewProjectWizard将弹出如下图所示对话框。②在上图中的第一个空白处需添入新建工程工作目录的路径，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储在单独的文件夹中。第二个空白处需添入新建的工程名称。第三个空白处需添入的是工程的顶层设计实体名称，要求顶层设计实体名称和新建的工程名称保持一致。QuartusⅡ设计流程-----Ⅰ建立项目新建工程工作目录的路径新建的工程名称工程的顶层设计实体名称Copyright©ChengZhihua12QuartusⅡ设计流程------建立项目添入其他已存在的设计文件添入用户自定义的库函数③可以在File空白处选择添入其他已存在的设计文件加入到这个工程中，也可以使用UserLibraryPathnames按钮把用户自定义的库函数加入到工程中使用。Copyright©ChengZhihua13④下面弹出的是选择可编程逻辑器件对话框，如下图所示。选Yes，手动选择需要的器件，选No，则由编译器自动选择。QuartusⅡ设计流程------建立项目可编程逻辑器件选择Copyright©ChengZhihua14⑤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。器件设置对话框QuartusⅡ设计流程------建立项目EP1K30TC144-3Copyright©ChengZhihua15⑥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QuartusII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。QuartusⅡ设计流程------建立项目Copyright©ChengZhihua16单击标题栏中的File→New对话框，如图所示。QuartusⅡ设计流程__Ⅱ设计输入将所设计的电路的逻辑功能按照开发系统要求的形式表达出来的过程称为设计输入。设计输入有如下三种方式：（1）原理图输入方式适用于对系统及各部分电路很熟悉的场合。（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Copyright©ChengZhihua17原理图输入方式: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Insert--Symbol，于是将弹出如下图所示的输入元件的对话框QuartusⅡ设计流程__设计输入Copyright©ChengZhihua18选择菜单File-SaveAs命令，将已设计好的原理图文件取名并存盘在已为此项目建立的文件夹内。QuartusⅡ设计流程__设计输入设计半加器Copyright©ChengZhihua19QuartusⅡ设计流程__设计输入n将设计项目设置成可调用的元件Copyright©ChengZhihua20QuartusⅡ设计流程__设计输入例题：设计全加器顶层文件Copyright©ChengZhihua21QuartusⅡ设计流程__Ⅲ设计编译Copyright©ChengZhihua22QuartusⅡ设计流程__设计编译阅读编译报告：编译后自动生成的编译报告如图所示，它包含了怎样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，延时分析结果，CPU使用资源。Copyright©ChengZhihua23①建立仿真波形文件:在主菜单中选择File/New选项，在弹出的New对话框中选择OtherFiles选项中的VectorWaveformFile。②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的时间区域上十分重要。通常设置的时间范围在数十微秒间：QuartusⅡ设计流程__Ⅳ设计仿真Copyright©ChengZhihua24③将工程端口信号节点选入波形编辑器中。QuartusⅡ设计流程__设计仿真Copyright©ChengZhihua25④编辑输入波形(输入激励信号)。QuartusⅡ设计流程__设计仿真Copyright©ChengZhihua26⑤存盘，并启动仿真QuartusⅡ设计流程__设计仿真Copyright©ChengZhihua27⑥观察仿真波形QuartusⅡ设计流程__设计仿真Copyright©ChengZhihua28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Tools菜单中的Assignments项，即进入如图所示的AssignmentEditor编辑器窗。在Category栏中选择Pin，或直接单击右上侧的Pin按钮。QuartusⅡ设计流程__Ⅴ引脚设置Copyright©ChengZhihua29在出现的下拉栏中选择对应端口信号名的器件引脚号，如对应ain,选择8脚。QuartusⅡ设计流程__引脚设置Copyright©ChengZhihua30Θ①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Tool中选择Programmer，于是弹出如图所示的编程窗。在Mode栏中有4种编程模式可以选择：JTAG，PassiveSerial，ActiveSerial和In-Socket。为了直接对FPGA进行配置，在编程窗的编程模式Mode中选JTAG(默认)，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，单击左侧“AddFile”按钮，手动选择配置文件f_adder.sof。ΘQuartusⅡ设计流程__Ⅵ设计下载②下载：单击下载标符Start按钮，即进入对目标器件FPGA的配置下载操作。当Progress显示出100%，以及在底部的处理栏中出现“ConfigurationSucceeded”时，表示编程成功。注意，如果必要，可再次单击Start按钮，直至编程成功。③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。Copyright©ChengZhihua31Else………………Copyright©ChengZhihua32关于FPGA/CPLDFPGA/CPLD器件的配置器件的配置当在QuartusⅡ中完成设计后，就应当将所设计的电路下载到CPLD芯片中，结合用户系统进行统一的调试。CPLD编程下载的方式较多，按计算机的接口可分为：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、MAX、9000）;FPGA下载（FLEX6000、FLEX8000、FLEX10K、ACEX1K）;存储器编程(EPC1、EPC2)等。Copyright©ChengZhihua33ΘΘQuartusⅡ设计流程__设置编程器设置编程器:初次安装的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。Copyright©ChengZhihua34ByteBlaster并口下载电缆连接示意图Copyright©ChengZhihua35Copyright©ChengZhihua36下载模式nByteBlaster并口下载电缆提供两种下载模式：（1）被动串行模式（PS模式）；（2）JTAG模式——具有工业标准的JTAG