EDA数字设计之全加器课件
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Block diagram/schematic file， 选好后单击【OK】按钮， 打开原理图编辑器窗口。
QuartusⅡ设计流程— 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。
（3）功能仿真和时序仿真； （4）编程下载到实际芯片中，在实验台上进行验证； （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。
现代的数字系统设计方法（续2）
3. 设计包含PLD芯片的电路板
（1）在计算机上利用EDA软件画电路原理图； （2） 进行电气规则检查无误后，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查，无误后输出文件，制板。
（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
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
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
编程目 标文件
PLD
器件编程接口
PCB Board
EDA技术的范畴
PCB 设计
电路设计
本课程内容！
PLD 设计
IC 版图设计
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
真有趣，可以按自己的想法设计一个芯片！
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
QuartusⅡ设计流程介绍
Quartus II软件的设计过程主要包括： 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
QuartusⅡ设计流程
启动QuartusⅡ 5.0
双击桌面上的QuartusⅡ5.0图标或单击开始按扭，在程序 菜单中选择QuartusⅡ5.0 ，可以启动QuartusⅡ5.0。其 初始界面如图所示。
现代的数字系统设计方法（续1）
1.根据设计要求划分功能模块
2. PLD开发（利用EDA工具）
（1）设计输入：采用原理图或硬件描述语言（HDL），描述出输 入和输出的逻辑关系，将整个原理图或程序输入到计算机中；
（2）设计的编译：EDA工具可自动进行逻辑综合，将功能描述转 换为门级描述，或转换成具体PLD的网表文件，将网表文件自动 适配到具体芯片中进行布局布线；
上过程，重新制板。
传统的数字系统设计方法
• 采用自下而上（Bottom Up）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
传统的数字系统设计方法的缺点
➢ 效率低下——所有这一切，几乎都是手 工完成！
➢ 设计周期很长； ➢ 容易出错； ➢ 芯片种类多，数量大，受市场的限制； ➢ 设计灵活性差； ➢ 产品体积大。
QuartusⅡ设计流程
1．建立项目
利用Quartus II提供的新建工程指南可以帮助我们很容易的建立一 个工程：
①在主菜单上选择File\New Project Wizard 将弹出如下图所示对 话框。
QuartusⅡ设计流程
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，Quartus II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
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。
编程
EDA软件 + 空白PLD
数字系统
首先在计算机上安装EDA软件，它们能帮助设计者 自动完成几乎所有的设计过程；再选择合适的PLD 芯片，可以在一片芯片中实现整个数字系统。
③层建如的设上工计图程实所工名示体程称的添名顶保好称持后，新程一，要建名致按求的称。N顶工e层xt设按新工的计钮建作路实，工 目 径体将程 录名会称弹和出新加 入文件对层话设框计实，如下图所示。
体名称
加入文件对话框：
QuartusⅡ设计流程
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User Library Pathnames按 钮把用户自定义的库函数加入到工程中使用。完成后按 Next按钮进入下一步。
我也要参加全国大学 生电子设计竞赛！
呀，毕业设计正好能用得上哎！
原来在一个芯片里就可以设计 一个完整的计算机系统呀！
找工作时也算得上一技之长哦！
EDA及其发展
电子设计自动化（Electronic Design Automation，EDA）技 术是以计算机科学和微电子技术发展为先导，汇集了计算机图形 学、拓扑逻辑学、微电子工艺与结构学和计算数学等多种计算机 应用学科最新成果的先进技术，它是在先进的计算机工作平台上 开发出的一整套电子系统设计的软件工具。从20世纪60年代中期 开始，人们不断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的设计，集成电路技术的不断发展对 EDA技术提出新的要求，并促进了EDA技术的发展。
传统设计方法 vs EDA设计方法
传统设计方法
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
EDA设计方法
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 易仿真 易测试修改 模块可移植共享 设计周期短
本课程要学习的PLD设计EDA工具软件
• 通常采用自上而下（Top Down）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
什么是EDA技术？
EDA（Electronic Design Automation，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！
④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
⑤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。
EP1K30TC144-3
器件设置对话框
QuartusⅡ设计流程
QuartusⅡ设计流程
QuartusⅡ设计流程
编译报告:
QuartusⅡ设计流程
4．设计仿真
QuartusII支持多种仿真输入方法，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，同时也支持第三方的仿真工具的 Verilog/VHDL Testbench。
可编程器件开发工具：
常见的有MAXPLUS II、QUARTUS II、MATLAB／DSP BUILDER等。
EDA设计方 法
EDA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的一项技术。
EDA技术为电子系统设计带来了很大的变化：
（1）设计效率提高，设计周期缩短； （2）设计质量提高； （3）设计成本降低； （4）能更充分地发挥设计人员的创造性； （5）设计成果的重用性大大提高，省去了不必要的重复劳动。
①QuartusII仿真设置:利用Quartus II提供的仿真设置指 南可以帮助我们快速进行一个项目的仿真设置。在主菜 单 中 选 择 Assignments/Simulator Settings Wizard选项，在弹出的对话框中，输入指定的仿真实 体模块和设定名字。
优点：
➢ 效率高——所有这一切，几乎都是借助计算机利 用EDA软件自动完成！
➢ 容易检查错误，便于修改； ➢ 设计周期短、成功率很高 ； ➢ 产品体积小。
现代的数字系统设计方法
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。
自行定义器 件内部的逻 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
QuartusⅡ设计流程
设计半加器
选择菜单File-Save As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
将设计项目设置成可调用的元件
QuartusⅡ设计流程
设计全加器顶层文件
QuartusⅡ设计流程
3．设计编译
①编译设置：利用Quartus II提供的编译设置指南可以帮助我 们很容易的进行一个项目的编译设置。在主菜单中选择 Assignments/Compiler Settings Wizard选项，将弹出一 个对话框，要求输入指定的编译实体模块和设定名字。
Quartus Ⅱ 美国Altera公司自行设计的第四代PLD开发软件 可以完成PLD的设计输入、逻辑综合、布局与布
线、仿真、时序分析、器件编程的全过程 同时还支持SOPC（可编程片上系统）设计开发
Hale Waihona Puke Baidu17
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：Stratix Ⅱ、 Stratix GX、Stratix、Mercury、MAX3000A、 MAX 7000B、MAX 7000S、MAX 7000AE、 MAX Ⅱ、FLEX6000、FLEX10K、FLEX10KA、 FLEX10KE、Cyclone、Cyclone Ⅱ、APEX Ⅱ、 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。
QuartusⅡ软件入门
(全加器)
电子技术实验(II)
问题的提出
设计一个数字钟，使之完成以下功能：
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。
用数码管显示时分秒；具有整点报时功能； 可继续设计日、星期、月、年等其他万年历功
能。 可设计秒表功能，闹钟功能。
● 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）的发展阶段
EDA工具
电路仿真工具：
主要用于模拟电路和数字电路的仿真，常见的有SPICE／ PSPICE 、EWB、MULTISIM等；
电路板级设计工具：
常见的有PROTEL、POWER PCB等；
⑥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
2．输入设计电路
单击标题栏中的File→New对话框，如图所示。
单击New对话框的Device Design Files选项卡，
②编译设置好后，在主菜单中选择Processing/Start Compilation 对所设置的项目进行编译。
③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。
解决方案1——传统的数字系统设计方法
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
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，重复以
QuartusⅡ设计流程— 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。
（3）功能仿真和时序仿真； （4）编程下载到实际芯片中，在实验台上进行验证； （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。
现代的数字系统设计方法（续2）
3. 设计包含PLD芯片的电路板
（1）在计算机上利用EDA软件画电路原理图； （2） 进行电气规则检查无误后，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查，无误后输出文件，制板。
（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
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
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
编程目 标文件
PLD
器件编程接口
PCB Board
EDA技术的范畴
PCB 设计
电路设计
本课程内容！
PLD 设计
IC 版图设计
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
真有趣，可以按自己的想法设计一个芯片！
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
QuartusⅡ设计流程介绍
Quartus II软件的设计过程主要包括： 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
QuartusⅡ设计流程
启动QuartusⅡ 5.0
双击桌面上的QuartusⅡ5.0图标或单击开始按扭，在程序 菜单中选择QuartusⅡ5.0 ，可以启动QuartusⅡ5.0。其 初始界面如图所示。
现代的数字系统设计方法（续1）
1.根据设计要求划分功能模块
2. PLD开发（利用EDA工具）
（1）设计输入：采用原理图或硬件描述语言（HDL），描述出输 入和输出的逻辑关系，将整个原理图或程序输入到计算机中；
（2）设计的编译：EDA工具可自动进行逻辑综合，将功能描述转 换为门级描述，或转换成具体PLD的网表文件，将网表文件自动 适配到具体芯片中进行布局布线；
上过程，重新制板。
传统的数字系统设计方法
• 采用自下而上（Bottom Up）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
传统的数字系统设计方法的缺点
➢ 效率低下——所有这一切，几乎都是手 工完成！
➢ 设计周期很长； ➢ 容易出错； ➢ 芯片种类多，数量大，受市场的限制； ➢ 设计灵活性差； ➢ 产品体积大。
QuartusⅡ设计流程
1．建立项目
利用Quartus II提供的新建工程指南可以帮助我们很容易的建立一 个工程：
①在主菜单上选择File\New Project Wizard 将弹出如下图所示对 话框。
QuartusⅡ设计流程
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，Quartus II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
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。
编程
EDA软件 + 空白PLD
数字系统
首先在计算机上安装EDA软件，它们能帮助设计者 自动完成几乎所有的设计过程；再选择合适的PLD 芯片，可以在一片芯片中实现整个数字系统。
③层建如的设上工计图程实所工名示体程称的添名顶保好称持后，新程一，要建名致按求的称。N顶工e层xt设按新工的计钮建作路实，工 目 径体将程 录名会称弹和出新加 入文件对层话设框计实，如下图所示。
体名称
加入文件对话框：
QuartusⅡ设计流程
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User Library Pathnames按 钮把用户自定义的库函数加入到工程中使用。完成后按 Next按钮进入下一步。
我也要参加全国大学 生电子设计竞赛！
呀，毕业设计正好能用得上哎！
原来在一个芯片里就可以设计 一个完整的计算机系统呀！
找工作时也算得上一技之长哦！
EDA及其发展
电子设计自动化（Electronic Design Automation，EDA）技 术是以计算机科学和微电子技术发展为先导，汇集了计算机图形 学、拓扑逻辑学、微电子工艺与结构学和计算数学等多种计算机 应用学科最新成果的先进技术，它是在先进的计算机工作平台上 开发出的一整套电子系统设计的软件工具。从20世纪60年代中期 开始，人们不断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的设计，集成电路技术的不断发展对 EDA技术提出新的要求，并促进了EDA技术的发展。
传统设计方法 vs EDA设计方法
传统设计方法
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
EDA设计方法
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 易仿真 易测试修改 模块可移植共享 设计周期短
本课程要学习的PLD设计EDA工具软件
• 通常采用自上而下（Top Down）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
什么是EDA技术？
EDA（Electronic Design Automation，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！
④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
⑤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。
EP1K30TC144-3
器件设置对话框
QuartusⅡ设计流程
QuartusⅡ设计流程
QuartusⅡ设计流程
编译报告:
QuartusⅡ设计流程
4．设计仿真
QuartusII支持多种仿真输入方法，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，同时也支持第三方的仿真工具的 Verilog/VHDL Testbench。
可编程器件开发工具：
常见的有MAXPLUS II、QUARTUS II、MATLAB／DSP BUILDER等。
EDA设计方 法
EDA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的一项技术。
EDA技术为电子系统设计带来了很大的变化：
（1）设计效率提高，设计周期缩短； （2）设计质量提高； （3）设计成本降低； （4）能更充分地发挥设计人员的创造性； （5）设计成果的重用性大大提高，省去了不必要的重复劳动。
①QuartusII仿真设置:利用Quartus II提供的仿真设置指 南可以帮助我们快速进行一个项目的仿真设置。在主菜 单 中 选 择 Assignments/Simulator Settings Wizard选项，在弹出的对话框中，输入指定的仿真实 体模块和设定名字。
优点：
➢ 效率高——所有这一切，几乎都是借助计算机利 用EDA软件自动完成！
➢ 容易检查错误，便于修改； ➢ 设计周期短、成功率很高 ； ➢ 产品体积小。
现代的数字系统设计方法
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。
自行定义器 件内部的逻 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
QuartusⅡ设计流程
设计半加器
选择菜单File-Save As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
将设计项目设置成可调用的元件
QuartusⅡ设计流程
设计全加器顶层文件
QuartusⅡ设计流程
3．设计编译
①编译设置：利用Quartus II提供的编译设置指南可以帮助我 们很容易的进行一个项目的编译设置。在主菜单中选择 Assignments/Compiler Settings Wizard选项，将弹出一 个对话框，要求输入指定的编译实体模块和设定名字。
Quartus Ⅱ 美国Altera公司自行设计的第四代PLD开发软件 可以完成PLD的设计输入、逻辑综合、布局与布
线、仿真、时序分析、器件编程的全过程 同时还支持SOPC（可编程片上系统）设计开发
Hale Waihona Puke Baidu17
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：Stratix Ⅱ、 Stratix GX、Stratix、Mercury、MAX3000A、 MAX 7000B、MAX 7000S、MAX 7000AE、 MAX Ⅱ、FLEX6000、FLEX10K、FLEX10KA、 FLEX10KE、Cyclone、Cyclone Ⅱ、APEX Ⅱ、 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。
QuartusⅡ软件入门
(全加器)
电子技术实验(II)
问题的提出
设计一个数字钟，使之完成以下功能：
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。
用数码管显示时分秒；具有整点报时功能； 可继续设计日、星期、月、年等其他万年历功
能。 可设计秒表功能，闹钟功能。
● 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）的发展阶段
EDA工具
电路仿真工具：
主要用于模拟电路和数字电路的仿真，常见的有SPICE／ PSPICE 、EWB、MULTISIM等；
电路板级设计工具：
常见的有PROTEL、POWER PCB等；
⑥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
2．输入设计电路
单击标题栏中的File→New对话框，如图所示。
单击New对话框的Device Design Files选项卡，
②编译设置好后，在主菜单中选择Processing/Start Compilation 对所设置的项目进行编译。
③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。
解决方案1——传统的数字系统设计方法
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
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，重复以