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1、EDA技术实验指导书石河子大学信息科学与技术学院二O 一二年十月EDA技术实验指导书前言EDA（Electronic Design Automation：电子设计自动化）技术是现代电子工程领域的一门新技术.它提供了基于计算机和信息技术的电路系统设计方法。EDA技术的发展和推广应用极大地推动了电子工业的发展.EDA教学和产业界的技术推广是当今世界的一个技术热点，EDA技术是现代电子工业中不可缺少的一项技术。近年来，在高校学生中也经常开展大规模的EDA竞赛，掌握EDA技术是通信电子类高校学生就业的一个基本条件。ALTERA公司是20世纪90年代以后发展很快的最大可编程逻辑器件供应商之一。它开发的M
2、AX+PlusII是业界公认的最优秀的CPLD开发平台之一，在实际中被广泛地使用。 EDA关键技术之一就是要求用形式化方法来描述数字系统的硬件电路，即要用所谓硬件描述语言来描述硬件电路。所以硬件描述语言以及相关的仿真、综合等技术的研究是当今EDA领域的一个重要课题。而由美国国防部开发的VHDL语言以它面向多层次、多领域的优点，成为业界一致认同的标准硬件电路语言，并在1987年12月由IEEE标准化。它的出现为EDA的普及和推广奠定了坚实的基础。有关统计资料表明，VHDL语言业已被广大设计者所接受，据称已有90的设计者正在使用或即将使用VHDL语言来设计数字系统。另外，众多的CAD厂商纷纷使自己
3、新开发的电子设计软件与VHDL语言兼容。由此可见，使用VHDL语言设计数字系统是电子设计技术的必然趋势。由于硬件电路语言自身的特点，要利用VHDL语言进行设计，不仅需要熟练掌握语言本身，更要有深厚的电子电路基础以及其他的背景知识，只有将VHDL语言结合到实际的领域中进行设计才能发挥它的巨大优势。作者结合理论知识讲授和实践教学改革及自身经验编写此书，其目的就是向具有一定电子电路基础以及初步掌握VHDL的设计人员介绍VHDL语言的基本框架和编程技巧，以及如何将VHDL语言结合到相应领域中进行设计，力图使读者摆脱传统的人工设计方法的框框，使学习VHD语言设计的读者能从我们的切身经验中受益，明白如何将
4、VHDL应用于实际中，少走弯路，从而使数字系统设计水平以及设计理念上升到一个新的阶段。由于EDA技术是一门实践性很强的课程，如果说学习、掌握电子设计设计自动化技术有捷径的话，那么应该从仿制、理解、实践、创新开始。学习VHDL应遵循边学边练的原则，其语法规则只有在实践中才能完全领悟和掌握。本实验讲义重点讲授VHDL以及电路图设计方法的使用技巧，注重掌握MAX+Plus II软件的使用。本书的所以实例都是在MAX+Plus II软件平台上进行编译、通过仿真的。本书的编写是作者从事EDA教学工作的一个阶段总结。在编写过程中参考了许多同行专家的著作，在此表示诚挚的谢意！同时，真诚的希望广大读者能对书中
5、存在的问题提出宝贵的意见！目录上机注意事项MAX+PLUS 基本操作指南实验一 熟悉EDA工具MAX+PLUS实验二 用图形法设计模为12的同步计数器实验三 六位环行计数器设计实验四 基于VHDL语言的触发器与锁存器描述与设计实验五 基于VHDL语言的三态电路及双向端口描述与设计实验六 基于VHDL语言的分频器设计与实现实验七 基于VHDL语言的8位二进制加法器设计与实现实验八 时序逻辑移位寄存器及其应用的设计与实现实验九 汽车尾灯控制器设计与实现实验十 彩灯控制器设计与实现实验十一 交通灯信号控制器的设计- 39 -上机注意事项1 实验前应做好的实验准备包括：. 了解实验目的、实验内容和要求
6、. 预先设计实验电路或逻辑输入源文件. 认真思考、验证设计并进行波形仿真. 思考实验实现过程及每步应得到的结果2 实验中细致认真并做好实验记录. 试验中要独立思考，有问题可以讨论，但要独立完成实验任务. 记录中间结果、及时做好源文件的拷贝. 实验结果要以仿真结果来说明、验证3. 实验报告要求. 实验目的. 实验内容. 实验设计（包括：系统原理、电路图或输入源文件）. 实验仿真结果 （波形图应体现作者的结论或论点）. 实验总结（包括对思考题的理解或验证、实验心得/体会）4 注意事项除了熟悉MAXPLUS之外，在上机实验时，应做好实验准备（实验内容，电路、源文件，实验目的等），否则教师有权停止其上
7、机实验。禁止在上机时打游戏；禁止实验过程中相互拷贝源文件；禁止实验报告相互抄袭！MAX+PLUS基本操作指南1。指定设计项目名称MAX+PlusII编译的工作对象是项目，所有在进行一个逻辑设计的时候，要指定设计的项目名称，每个项目都应该建立一个单独的子目录(只能是数字或者是英文字符不能是中文)，对于初学者而言，每个设计必须要有一个项目名，并且保证项目名和设计文件名一致。2。建立新文件（1） 在File菜单中选择New，如图1所示，将出现New的对话框，如图2所示。 图1 图2（2） 在New 对话框选择 Graphic Editor File 项，然后按下OK按钮，将会出现一个无标题的图形编辑
8、窗口。3。输入图形元件和宏功能符号MAX+PlusII 为实现不同的逻辑功能提供了大量的图形元件和宏功能符号（Primitive&Macrofunction）库供设计人员在图形编辑器文件中直接使用。它的分类信息在Max2workmaxlib子目录下。各个子目录存放的符号说明如下：Prim ： Altera的图形元件（基本逻辑块）Mf ： 74系列逻辑等效宏库Mega_lpm：参数化模块库、宏功能高级模块和IP功能模块。Edif ： edif接口库4. 在图形设计文件中输入图形元件和宏功能符号的步骤：（1）在选择工具按钮有效时，在图形编辑窗口的空白处单击鼠标左键以确定输入位置（2）在Symbol
9、菜单里面选择Enter Symbol或单击鼠标右键并选择Enter Symbol，或双击鼠标左键，将出现一个Enter Symbol对话框，在Symbol Libraries框中双击选择“.maxplus2max2libprim”。所有的Altera 图形元件以列表的方式显示出来，选择你想输入的图形元件，然后双击OK按钮。此时所选中的图形元件就在图形编辑窗口中。（3）74系列的符号输入和图形元件方法相似，只不过路径是：“.maxplus2max2libmf”。重复以上几步就可以连续选取图形元件和宏功能符号了。5. 连线如果需要连接两个端口，可以将鼠标移到其中的一个端口，这时鼠标自动变成“+”形
10、状，然后可按以下步骤重复：（1）一直按着鼠标的左键并将鼠标拖到第二个端口。（2）放开左键，则一条连线就被画好了。（3）如果需要删除一条连线，单击这根连线并按住Del键即可6. 为引脚和节点命名（1）放置输入输出的引脚和输入图形元件相似，只要在Enter Symbol对话框中键入Input（Output）单击OK即可。（2）在引脚的PIN_NAME处双击鼠标左键，输入指定的名字，既可以为引脚命名。（3）点击鼠标左键选中的需要命名的线，输入名字就可以为连线命名了。实验一 熟悉EDA工具MAX+PLUS实验学时：2学时实验类型：验证实验要求：必做一、实验目的：掌握MAX+PLUS的使用方法（1） 熟
11、悉图形输入法（2） 理解编译方法（3） 了解时序仿真二、实验内容：用图像输入法设计实现二选一数据选择器、格雷码编码器、全加法器。三、实验要求：熟悉图形逻辑输入法；理解编译方法；了解功能仿真的方法和时序仿真的方法。了解把逻辑变成一个逻辑符号（Symbol）的方法。把自己认为较理想的实验结果写成实验报告。下面将以格雷码编码器的编译和仿真过程为例说明：编译过程：在完成了设计文件的输入之后，就可以对其进行编译。在MAX+PlusII的File菜单的Project里面选择Set Project to Current File 将设计的文件设为当前的项目，在MAX+PlusII的开始菜单里面选择Compl
12、ier 打开编译器，选择Star 就开始编译了。编译成功后将生成时序模拟文件和器件编程文件。编译器由多个部分组成，各个部分的名称与功能如下：Compiler Netlist Extractor ：编译器网表提取器，该过程完成后生产设计的网表文件，如果图形连接中有错误的话，该过程将指出此类错误。Database Builder ：数据库建库器。Logic Synthesizer ：逻辑综合器，对设计进行逻辑综合，即选择合适的逻辑化简算法，去除冗余逻辑。Fitter：适配器，它通过一定的算法进行局部布线，将通过逻辑综合的设计最恰当的用一个或多个器件来实现。Timing SNF Extractor
13、：时序仿真的模拟器网表文件生成器，它可生成用于时序模拟的标准时延文件。Assembler：装配器，生成用于器件下载/配置的文件时序仿真：编译器通过了Timing SNF Extractor之后就可以进行时序仿真了。步骤如下：建立波形输入文件（也称仿真器通道文件SCF）（1）在File 菜单里面选择 New 打开新建文件类型对话框。选择 Waveform Editor File 项单击OK。（2）在波形编辑器窗口的Name下单击鼠标右键，出现浮动的菜单，选择Enter Nodes from SNF.可以打开“从SNF文件输入观测点”的对话框。（3）在Type区选择Input和Output，在默认
14、的情况下是打开的，单击List按钮，可在Available Nodes & Groups区看到设计文件中使用的输入/输出信号，单击=按钮可以将这些信号选择到 Selected Nodes & Groups区。单击OK按钮，关闭对话框即可看到波形编辑窗口，将此波形文件保存为默认名。在波形文件中添加输入/输出信号名后，就可以开始对输入信号建立波形了。绘图工具条说明：将B0的Multiplied By设为1将B1的Multiplied By设为2将B2的Multiplied By设为3将B3的Multiplied By设为4 为输入端口信号赋值，单击Start就可以进行时序仿真了，下图为格雷码编译器仿真结果二进制码和格雷码之间的关系：真值表：B0 B1 B2 B3G0 G1 G2 G3B0 B1 B2 B3G0 G1 G2 G30 0 0 00 0 0 01 0 0 01 1 0 00 0 0 10 0 0 11 0 0 11 1 0 10 0 1 00 0 1 11 0 1 01 1 1 10 0 1 10 0 1 01 0 1 11 1 1 00 1 0 00 1 1 01 1 0 01 0 1 00 1 0 10 1 1 11 1 0 11 0 1 10 1 1 00 1 0 11
