实验一基本逻辑功能及EDA开发环境

云南大学信息学院/高驰科技

数字电路与逻辑设计实验指导书

——基于Innovator_FPGA实验板

云南大学信息学院：何乐生

2012.3

实验一： EDA开发环境及基本逻辑功能实验

一、实验目的

1、 熟悉三种基本逻辑功能及其逻辑表达式、逻辑符号、等效逻辑图等相关知识。

2、 掌握在Quartus II环境下创建工程、创建逻辑图输入文件、判断基本错误、编译、通过JTAG和Active Serial Programming接口向FPGA芯片下载程序的基本方法。

3、实验类型：验证型实验。

二、实验仪器及材料

1、仪器设备：具有USB接口的微型计算机一台、Innovator_FPGA实验板、USB‐Blaster下载器一台、双踪示波器、数字万用表

2、软件：Quartus II 8.0以上EDA开发环境

三、预习要求

1、预习三种基本的逻辑关系及其逻辑表达式。

2、熟悉Innovator_FPGA实验板各部分的名称及功能。

图1 Innovator_FPGA实验板

3、参照教材熟悉Quartus II的基本开发步骤。

四、实验内容及步骤

实验前先检查Innovator_FPGA实验板是否完整，是否有器件损坏，脱落。上电前应该保证没有任何金属碎屑或其它可导电物品接触到实验板。

1、Quartus II和Innovator_FPGA实验板的基本使用方法

（1）使用Quartus II新建工程向导创建新工程

从开始菜单启动Quartus II软件，启动后界面如下图所示。

图2 Quartus II软件界面

选择File菜单下的New Project Wizard...功能，弹出新建工程向导窗口。单击Next，开始配置新建的工程。

在“路径、名称和顶层设计输入窗口”中输入新建工程的路径，名称和顶层设计实体名称，如下图所示。配置完成后，单击Next，进

入下一步。注意：由于每个工程中可能含有多个设计文件，且Quartus

II会为工程自动添加大量文件，因此强烈建议为每个工程新建一个单

独的文件夹。

图3 新建工程向导第一页

新建工程第二页是向工程中添加已有的设计文件，如下图所示。对于新建立的工程，这一步可以不添加任何文件。单击Next，进入下一步。

图4 新建工程向导第二页

新建工程第三页用于选择本工程使用的可编程器件。请选择Cyclone 家族，封装形式为QFP，引脚数为100，速度等级为-8ns，温度等级为商业级的器件EP1C3T100C8（如下图所示）。选定后，单击Next，进入下一步。

图5 新建工程向导第三页

新建工程第四页用于选择本工程使用的外部EDA工具。由于Quartus II已经集成了大量可用的EDA工具，对于一般的工程可以不必在选择使用其它外部EDA工具。单击Next，进入下一步。

图6 新建工程向导第四页

新建工程第五页总结了前面四步的配置，使用中可以再次检查配置是否合理。检查正确后，单击Finish，完成配置。

图7 新建工程向导第五页

（2）用原理图输入法进行FPGA开发的基本方法

使用Quartus II可以采用硬件描述语言和原理图输入法两种方法进行FPGA 项目开发。由于原理图输入法更符合“数字电路基础”课程的需要，这里首先介绍原理图输入法。本课程的后半部分将重点介绍硬件描述语言中的一种——Verlog HDL的使用方法。

在前面新建的Quartus II工程中，单击新建文件菜单条（File -> New...）或快捷方式键，在弹出的New窗口中选中Block

Diagram/Schematic File(即原理图输入文件)，单击OK即可。

图8 新建文件窗口

新建的原理图输入文件，及其对应的工具如下图所示

图9 原理图输入文件及其对应的工具条

双击新建成的原理图输入文件（*.bdf）原理图中的任意位置，即可弹出如下图所示的符号输入窗口。接下来就可以在原理图输入文件中输入需要的逻辑功能了，输入的方式有两种：其一，从左上方的库文件目录中选中所需的逻辑功能或芯片；其二直接在其下的名称输入控件中输入逻辑功能或芯片的名称。这里我们放入一个2输入逻辑与功能：在输入框中输入and2，然后单击左下角的OK按钮即可。

图10 符号输入窗口

采用和上一步同样的方法输入两个输入端口和一个输出端口，共三个逻辑符号。注意输入端口的名称（Name）为input，输出端口的名称（Name）为output。并用工具条中的连线工具将两个输入端口、一个输出端口和逻辑与的符号连接起来。完成后效果如下图所示。

图11 完成连线后的效果

将Innovator_FPGA实验板的引脚配置文件：Inovator12_pin.tcl拷贝到本工程的文件夹中。使用工具菜单下的“引脚脚本配置工具”（Tools ‐> Tcl Scripts）选择本文件夹下的Inovator12_pin.tcl文件，运行之。

本步骤的目的是将Innovator_FPGA实验板的引脚连接情况高速Quartus II。

图12 加载TCL文件

双击原理图输入文件中的输入端子，将其引脚名称改为SW0和SW1。

然后将输出端子的引脚名称改为LEDC(注意所有字母的大小写也必

须相同)。其中SW0、SW1和LEDC都是在Inovator12_pin.tcl中定义的，

在Innovator_FPGA实验板中和某种固定硬件相连的引脚名称。完成

后的原理图如下图所示。

图13 完成后的原理图

单击“开始编译”快捷方式图标（），如果上述输入操作正确即可得到正确结果。

（3）将设计下载到Innovator_FPGA实验板中调试和运行

将USB‐Blaster下载器插入装有Quartus II的计算机的USB口上，如果是第一次使用将弹出找到新硬件窗口。如下图所示，选择“否，

暂时不”。单击“下一步”。

图14 找到新硬件窗口

选择“从列表或指定位置安装（高级）”，单击“下一步”。

在驱动程序搜索位置框中，选择（或输入）Quartus II安装路径下的“..\drivers\usb-blaster”，如下图所示。以指定USB‐Blaster

下载器的驱动程序所在的位置。单击“下一步”，开始安装驱动程序，

如果此过程中弹出要求数字签名的对话框，请单击“仍然继续”按

钮。最后如果驱动程序安装正确，将弹出“完成找到新硬件向导”

对话框，说明“Altera USB-Blaster”安装成功。