EDA课件第3章 Quartus II软件及其使用

1、第3章 Quartus II软件及其使用2022年3月6日0时11分1第3章 Quartus II软件及其使用3.1 Quartus的使用及设计流程的使用及设计流程 3.2 Quartus II设计正弦信号发生器设计正弦信号发生器 本章小结本章小结 第3章 Quartus II软件及其使用2022年3月6日0时11分2Quartus是Altera公司推出的新一代开发软件，适合于大规模逻辑电路设计。pQuartus软件的设计流程概括为设计输入设计输入、设计编译设计编译、设计仿真设计仿真和设计下载设计下载等过程。pQuartus支持多种编辑输入法，包括图形编辑输入法图形编辑输入法，VHDLVHDL

2、、VerilogVerilog HDL HDL和和AHDLAHDL的文本编辑输入法的文本编辑输入法，符号编辑输符号编辑输入法入法，以及内存编辑输入法内存编辑输入法。pQuartus与MATLAB和DSP Builder结合可以进行基于FPGA的DSP系统开发，是DSP硬件系统实现的关键EDA工具，与SOPC Builder结合，可实现SOPC系统开发。 3.1 Quartus3.1 Quartus II II的使用及设计流程的使用及设计流程 第3章 Quartus II软件及其使用2022年3月6日0时11分33.1.1 Quartus II的图形编辑输入法在Quartus II平台上，使用图

3、形编辑输入法设计电路的操作流程包括编辑、编译、仿真和编程下载等基本过程。用Quartus II图形编辑方式生成的图形文件的扩展名为.gdf或.bdf。为了方便电路设计，设计者首先应当在计算机中建立自己的工程目录，例如用myedamybdf文件夹存放设计.bdf文件，用myedamyvhdl文件夹存放设计.vhd文件等。 第3章 Quartus II软件及其使用2022年3月6日0时11分41.1. 编辑设计文件编辑设计文件 图3.1 Quartus II主窗口界面主窗口界面打打开开项项目目导导航航窗窗口口打打开开消消息息窗窗口口打打开开状状态态窗窗口口创创建建相相当当文文本本文文件件创创建建新

4、新的的图图形形文文件件创创建建新新的的符符号号文文件件创创建建新新的的内内存存文文件件创创建建新新的的波波形形文文件件打打开开改改变变设设置置窗窗口口开开始始编编译译开开始始仿仿真真打打开开编编程程器器窗窗口口第3章 Quartus II软件及其使用2022年3月6日0时11分5填入项目所在的填入项目所在的文件夹名文件夹名填入顶层项目名填入顶层项目名填入底层项目名填入底层项目名(1)建立设计项目（Project） 执行File|New Project Wizard命令第3章 Quartus II软件及其使用2022年3月6日0时11分6(2)进入图形编辑方式 执行File|New命令 选择 “

5、Block Diagram/Schematic File ” 方式图3.3 编辑文件类型对话框第3章 Quartus II软件及其使用2022年3月6日0时11分7（3）选择元件在原理图编辑窗中的任何一个位置上双击鼠标的左键将跳出一个元件选择窗。 图图2.6 半加器逻辑图半加器逻辑图=1&SOCOAB基本逻辑元件库基本逻辑元件库参数可设置的强函数元件库参数可设置的强函数元件库基本逻辑元件库中的元件基本逻辑元件库中的元件由此输入所需要的元件名由此输入所需要的元件名MAX+plus库库图3.4 元件选择对话框 第3章 Quartus II软件及其使用2022年3月6日0时11分8图3.5

6、一位全加器的图形编辑文件（4）编辑图形文件第3章 Quartus II软件及其使用2022年3月6日0时11分92. 2. 编译设计文件编译设计文件1.在编译设计文件前，应先选择下载的目标芯片，否则系统将以默认的目标芯片为基础完成设计文件的编译。2.在Quartus II集成环境下，执行Assignments|Device命令，弹出器件选择对话框的Family栏目中选择目标芯片系列名，如FLEX10K，然后在Available devices栏目中用鼠标点黑选择的目标芯片型号，如EPF10KLC84-4，选择结束单击OK按键。3.执行Pricessing|Start Compilation命令

7、，或者按“开始编译”按键，即可进行编译，编译过程中的相关信息将在“消息窗口”中出现。 图3.6 目标芯片选择对话框第3章 Quartus II软件及其使用2022年3月6日0时11分103.3. 仿真设计文件仿真设计文件建立波形文件输入信号节点设置波形参量编辑输入信号波形文件存盘运行仿真器分析仿真波形等过程 （1）建立波形文件 执行File|New命令 在弹出编辑文件类型对话 框中，选择Other Files中 的Vector Waveform File 单击OK按键u 直接按主窗口上的“创建新的波形文件”按钮，进入QuartusII波形编辑方式第3章 Quartus II软件及其使用2022

8、年3月6日0时11分11（2）输入信号节点l在波形编辑方式下，执行Edit|Insert Node or Bus命令l在波形文件编辑窗口的Name栏中点击鼠标右键，在弹出的菜单中选择“Insert Node or Bus”命令，即可弹出插入节点或总线(Insert Node or Bus)对话框 。 图3.7 插入信号节点对话框第3章 Quartus II软件及其使用2022年3月6日0时11分12图3.8 节点发现者对话框节点发现者对话框第3章 Quartus II软件及其使用2022年3月6日0时11分13（3）设置波形参量Quartus II默认的仿真时间域是100ns，如果需要更长时间

9、观察仿真结果，可执行Edit|End Time选项，在弹出的End Time选择窗中，选择适当的仿真时间域。 图3.9 设置仿真时间域对话框第3章 Quartus II软件及其使用2022年3月6日0时11分14（4）编辑输入信号 为输入信号a、b和cin编辑测试电平（5）波形文件存盘 执行“File”选项的“Save”命令，在弹出的“Save as” 对话框中直接按“OK”键即可完成波形文件的 存盘。在波形文件存盘操中，系统自动将波形文 件名设置 设计文件名同名，但文件类型.vwf。第3章 Quartus II软件及其使用2022年3月6日0时11分15（6）运行仿真器执行Processin

10、g|Start Simulation命令单击Start Simulation按键图3.10 全加器的仿真波形第3章 Quartus II软件及其使用2022年3月6日0时11分164. 4. 编程下载设计文件编程下载设计文件编程下载设计文件包括引脚锁定和编程下载两部分。（1）引脚锁定 在目标芯片引脚锁定前，需要确定使用的EDA硬件开发平台及相应的工作模式。然后确定了设计电路的输入和输出端与目标芯片引脚的连接关系，再进行引脚锁定。 第3章 Quartus II软件及其使用2022年3月6日0时11分17执行Assignments|Assignments Editor命令或者直接单击Assignm

11、ents Editor按钮，在对话框的Category栏目选择Pin项。 图3.11 赋值编辑对话框第3章 Quartus II软件及其使用2022年3月6日0时11分18用鼠标双击Name栏目下的，在其下拉菜单中列出了设计电路的全部输入和输出端口名。用鼠标选择其中的一个端口后，再用鼠标双击Location栏目下的，在其下拉菜单中列出了目标芯片全部可使用的I/O端口，然后用鼠标选择其中的一个I/O端口。赋值编辑操作结束后，存盘并关闭此窗口，完成引脚锁定。 锁定引脚后还需要对设计文件重新编译，产生设计电路的下载文件（.sof）。 第3章 Quartus II软件及其使用2022年3月6日0时11

12、分19（2）编程下载设计文件 在编程下载设计文件之前，需要将硬件测试系统，通过计算机的并行打印机接口与计算机连接好，打开电源。首先设定编程方式。执行Tools|Programmer命令或者直接单击Programmer按钮，弹出所示的设置编程方式窗口。 开始编程按键开始编程按键添加文件按键添加文件按键选择器件按键选择器件按键图3.12 设置编程方式窗口设置编程方式窗口第3章 Quartus II软件及其使用2022年3月6日0时11分20（1）选择下载文件 用鼠标点击下载方式窗口左边的Add File（添加文件）按键，在弹出的Select Programming File（选择编程文件）的对话框

13、中，选择全加器设计工程目录下的下载文件Adder_1.sof。 图3.13 选择下载文件对话框第3章 Quartus II软件及其使用2022年3月6日0时11分21（2）设置硬件设置编程方式窗口中，点击Hardwaresettings按钮，在弹出的的Hardware Setup硬件设置对话框中Add Hardware按键，在弹出的Add Hardware的添加硬件对话框中选择 ByteBlasterMV编程方式后单击OK铵钮。 图3.14 硬件设置对话框第3章 Quartus II软件及其使用2022年3月6日0时11分22图3.15 添加硬件对话框（3）编程下载 执行Processing|

14、Stare Programming命令或者直接按Start Programming按钮，即可实现设计电路到目标芯片的编程下载。 第3章 Quartus II软件及其使用2022年3月6日0时11分233.1.2 Quartus II的文本编辑输入法Quartus的文本编辑输入法与图形输入法的设计步骤基本相同。n在设计电路时，首先要建立设计项目，然后在Quartus集成环境下，执行File|New命令，在弹出的编辑文件类型对话框，选择VHDL File或Verilog HDL File，或者直接单击主窗口上的“创建新的文本文件”按钮，进入Quartus 文本编辑方式。n在文本编辑窗口中，完成VH

15、DL或Verilog HDL设计文件的编辑，然后再对设计文件进行编译、仿真和下载操作。 第3章 Quartus II软件及其使用2022年3月6日0时11分24图3.16 文本编辑窗口第3章 Quartus II软件及其使用2022年3月6日0时11分253.2 Quartus3.2 Quartus II II设计正弦信号发生器设计正弦信号发生器3.2.1 创建工程和编辑设计文件顶层文件SINGT.VHD在FPGA中实现，包含两个部分：ROM的地址信号发生器(由5位计数器担任)和正弦数据存储ROM，ROM由LPM_ROM模块构成。D/A输出频率f与地址发生器的时钟CLK的输入频率f0、每周期的

16、波形数据点数(在此选择64点)的关系是：f = f0 /64。 顶层 VHDL 设计文件 (SINGT.VHD) 5 位数据计数器 (地址发生器) 数据存储 ROM (LPM_ROM 模块) datarom.vhd 8 位 D/A 波形输出 图3.17 正弦信号发生器结构图 第3章 Quartus II软件及其使用2022年3月6日0时11分261.编辑设计文件首先建立工作库，以便设计工程项目的存储。任何一项设计都是一项工程(Project)，都必须首先为此工程建立一个放置与此工程相关的所有文件的文件夹，此文件夹将被EDA软件默认为工作库(Work Library)。 在 建 立 了 文 件

17、夹 后 就 可 以 将 设 计 文 件 通 过QuartusII的文本编辑器编辑并存盘。 第3章 Quartus II软件及其使用2022年3月6日0时11分27(1)(1)新建一个文件夹。利用资源管理器，新建一个新建一个文件夹。利用资源管理器，新建一个文件夹，如：文件夹，如：e:SIN GNTe:SIN GNT。(2) (2) 输入源程序。打开输入源程序。打开QuartusIIQuartusII，执行，执行File|NewFile|New，在在NewNew窗口中的窗口中的Device Design FilesDevice Design Files中选择编译中选择编译文件的语言类型，这里选文件

18、的语言类型，这里选VHDL FilesVHDL Files。 然后在然后在VHDLVHDL文本编译窗中键入例文本编译窗中键入例3.13.1的的VHDLVHDL程序。程序。(3)(3)文件存盘。执行文件存盘。执行File|SaveFile|Save As As，找到已设立的文，找到已设立的文件夹件夹e:SIN_GNT e:SIN_GNT ，存盘文件名应该与实体名，存盘文件名应该与实体名一致，即一致，即singt.vhdsingt.vhd。 图3.18 选择编辑文件的语言类型 图3.19 编辑输入设计文件第3章 Quartus II软件及其使用2022年3月6日0时11分28【例3.1】正弦信号发

19、生器VHDL程序LIBRARY IEEE； -正弦信号发生器源文件USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL；USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL；ENTITY SINGT IS PORT(CLK：IN STD_LOGIC； -信号源时钟 DOUT：OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0)； -8位波形数据输出END；第3章 Quartus II软件及其使用2022年3月6日0时11分29ARCHITECTURE DACC OF SINGT IS COMPONENT DATAROM -调用波形数据存储器 LPM_ROM ATAROM

20、.VHD声明 PORT(address：IN STD_LOGIC_VECTOR(5 DOWNTO 0)； inclock：IN STD_LOGIC ； q：OUT STD_LOGIC_VECTOR (7 DOWNTO 0)；END COMPONENT；SIGNAL Q1：STD_LOGIC_VECTOR(5DOWNTO0)； -设定内部节点作为地址计数器第3章 Quartus II软件及其使用2022年3月6日0时11分30BEGINPROCESS(CLK ) -LPM_ROM地址发生器进程 BEGIN IF CLKEVENT AND CLK = 1 THEN Q1Q1,q=DOUT,incl

21、ock=CLK);-例化END； 第3章 Quartus II软件及其使用2022年3月6日0时11分312. 创建工程创建工程 (1)建立新工程管理窗。执行File|New Project Wizard命令，在对话框进行工程设置。图3.20 利用New Project Wizard创建工程 第3章 Quartus II软件及其使用2022年3月6日0时11分32 (2) 将设计文件加入工程中(3)选择仿真器和综合器类型图3.21 将所有相关的文件加入工程 第3章 Quartus II软件及其使用2022年3月6日0时11分33(4) 选择目标芯片选择目标芯片(5)(5)结束设置结束设置 图3

22、.22 选择此系列的具体芯片 图3.23 SINGT的工程管理窗第3章 Quartus II软件及其使用2022年3月6日0时11分343.2.2 编译1. 编译前设置编译前设置(1) 选择目标芯片选择目标芯片。执行Assignmemts|settings命令，在弹出的对话框中选Compiler Settings 项下的Device，选目标芯片 。(2) 选择目标器件编程配置方式选择目标器件编程配置方式。由图3.24中的按钮Device & Pin Options进入选择窗，可选Configuration方式为Active Serial。 图3.24 选定目标器件 图3.25 选择配置

23、器件和配置方式 第3章 Quartus II软件及其使用2022年3月6日0时11分35(3) (3) 选择输出配置选择输出配置在图3.25所示的Programming Files窗口，可以选Hexadecimal (Intel-Format)output File，即产生下载文件的同时，产生2进制16进制配置文件fraqtest.hexout，可用于单片机与EPROM构成的FPGA配置电路系统。 图3.26 输出文件.hexout设置 第3章 Quartus II软件及其使用2022年3月6日0时11分362. 编译及了解编译结果 l首先执行Processing|Start Compilat

24、ion命令，启动全程编译。l注意这里所谓的编译(Compilation)包括QuartusII对设计输入的多项处理操作，其中包括排错排错、数据网表文件提取数据网表文件提取、逻辑逻辑综合综合、适配适配、装配文件装配文件(仿真文件与编程配置文件仿真文件与编程配置文件)的生成的生成，以及基于目标器件的工程时序分析基于目标器件的工程时序分析等。l如果工程中的文件有错误，在下方的Processing处理栏中会显示出来。对于Processing栏显示出的语句格式错误，可双击此条文，即弹出vhdl文件，在闪动的光标处(或附近)可发现文件中的错误。再次进行编译直至排除所有错误。 第3章 Quartus II软

25、件及其使用2022年3月6日0时11分373.2.3 正弦信号数据ROM定制1. 1. 设计设计ROMROM初始化数据文件初始化数据文件初始化数据文件格式有两种：初始化数据文件格式有两种：Memory Initialization File(.mif)格式Hexadecimal(Intel-Format)File(.hex)格式(1) (1) 建立建立.mif.mif格式文件格式文件p 执行File |New，并在New窗中选择Other files项，并选Memory Initialization File，图3.27所示，单击OK后产生ROM数据文件大小选择窗。这里采用64点8位数据的情，

26、可选ROM的数据数Number为64，数据宽Word size取8位。p 单击“OK”按钮，将出现如图3.28的空的mif数据表格，将波形数据填入此表中，完成后执行File|Save as命令，保存此数据文件，取名为romd.mif。 图3.27 进入mif文件编辑窗 第3章 Quartus II软件及其使用2022年3月6日0时11分38 (2) 建立.hex格式文件第一种方法与以上介绍的方法相同，只是在New窗中选择Other files项后，选择Hexadecimal (Intel-Format) File项，最后保存为.hex格式文件。第二种方法是利用单片机汇编程序编辑器将此64个数据

27、编辑于如图3.29所示的编辑窗中，然后用单片机ASM编译器产生.hex格式文件，在此不妨取名为sind1.asm，编译后得到sind1.hex文件，再将sind1.hex或romd.mif文件都存到e:sin_gntasm文件夹中备用。 ASM格式建立hex文件第3章 Quartus II软件及其使用2022年3月6日0时11分392.2.定制定制ROMROM元件元件(DATAROM.VHD)(DATAROM.VHD)利用MegaWizard Plug-In Manager定制正弦信号数据ROM步骤(1)设置初始对话框。执行Tools|MegaWizard Plug-In Manager命令，

28、在图3.30所示的界面执行Create a new custom单选按钮，即定制一个新的模块。单击Next后，在图3.31左栏选择Storage项下的LPM_ROM，再选Cyclone器件和VHDL语言方式，最后键入ROM文件存放的路径和文件名：e:sin_gnt datarom.vhd。图3.30 定制新的宏功能块 图3.31 LPM_ROM宏功能块设定 第3章 Quartus II软件及其使用2022年3月6日0时11分40(2) 选择ROM控制线和地址、数据线。在图3.32、图3.33所示的对话框中选择地址与数据的位宽分别为64和8，选择地址所存控制信号inclock，并选择数据文件si

29、nd1.hex。 图3.32 选择DATAROM模块数据线和地址线宽度图3.33 选择地址所存信号inclock 第3章 Quartus II软件及其使用2022年3月6日0时11分41(3)测试执行ROM模块 执行Processing|Start Compilation命令，启动全程编译。如果编译进程信息出现警告语句：“Warning：Cant find Memory Initialization”，说明DATAROM中未能调入初始化文件的波形数据。检查文件调用语句路径是否正确。 (4) 阅读编译报告 编译成功后，观察编译处理流程，包括数据网表建立、逻辑综合、适配、配置文件装配和时序分析。第

30、3章 Quartus II软件及其使用2022年3月6日0时11分423.2.4 3.2.4 仿真仿真 (1) 打开波形编辑器。 (2) 设置仿真时间区域。设定仿真时间为50微秒。 (3) 存盘波形文件。 (4) 输入信号节点。 图3.37 波形编辑器图和通过波形编辑器输入信号节点 第3章 Quartus II软件及其使用2022年3月6日0时11分43 (5)编辑输入波形。在Clock窗中设置CLK的周期为3s， 再对文件存盘。 (6) 总线数据格式设置。图3.38 选择时钟周期和占空比 图3.39 设置仿真信号数据格式 第3章 Quartus II软件及其使用2022年3月6日0时11分4

31、4(7)仿真器参数设置。 (8)启动仿真器，观察仿真结果。图3.40 singt工程仿真波形 第3章 Quartus II软件及其使用2022年3月6日0时11分453.2.5 测试 1.引脚锁定、下载和硬件测试引脚锁定、下载和硬件测试 (1)(1)引脚锁定引脚锁定。打开singt工程，在菜单Assignments中选Assignments Editor按钮，弹出的对话框如图3.42所示，先单击右上方的Pin，再双击下方最左栏的New选项，弹出信号名栏，选择CLK，再双击其右侧栏，选中需要的引脚名(如179)，依此类推，锁定所有引脚。最后点击存盘。引脚锁定后，必须再编译一次。 图3.42 引脚

32、锁定编辑窗 第3章 Quartus II软件及其使用2022年3月6日0时11分46 (2) 选择编程模式和配置选择编程模式和配置。 (3)选择编程器选择编程器。 (4)下载后，打开SOPC系统左上侧的+/-12V开关，将示波器 探头接于主系 统左下角的2个挂钩处，最右侧的时钟选 择，用短路帽接插clock0为65536Hz或750KHz处，模式选 择5，这时可以从示波器上看到波形输出。 图3.43 编程窗 第3章 Quartus II软件及其使用2022年3月6日0时11分47 2.使用嵌入式逻辑分析仪进行实时测试使用嵌入式逻辑分析仪进行实时测试 (1) 执行File|New|Other Files|SignalTapII File命令，单击OK按钮，即出现图 3.44所示的SignalTapII编辑窗口。 图3.44 SignalTapII编辑窗口 第3章 Quartus II软件及其使用2022年3月6日0时11分48(2) 调入待测信号及文件存盘。调入待测信号及文件存盘。