EDA技术实验指导书

1、ED儆术实验指导书面向专业：通信工程信息工程自动化电子信息工程电气工程及其自动化信息与通信工程学院2016年9月、乙前言一、课程性质本课程是电子信息工程、通信工程、信息工程和自动化专业必修的专业实验课程。通过本课程的教学，使学生掌握EDA 技术的开发流程，学会利用以硬件描述语言为描述工具，以可编程逻辑器件为实现载体，在数字系统设计领域熟练应用EDAJ术，使其具备研究和开发现代数字系统的能力。二、专业安排本系统分为多个模块，适合通信工程、信息工程、自动化、电子信息工程、电气工程及其自动化等专业使用。三、本书特点本实验指导书的特点是引入工程项目机制来管理实验项目，着重培养学生的方案设计、算法分析和

2、现场调试能力，为培养卓越工程师打下坚实的基础。第一章 实验系统系统整体结构本实验指导书采用的EDA综合实验开发系统是我院电子信息与通信技术实验教学 中心自主研制，整体结构如图所示。核心板采用Altera 公司的EP4CE22E22C8芯片，具有低内核电压、低功耗的特 点。芯片内部具有22320个逻辑单元，594kbit RAMfe入式储存器，66个嵌入式18X18 乘法器， 4 组通用PLL。1、DIP开关主要功能是控制高低电平，通过手动控制为系统提供稳定的逻辑信号。系统总共提供了 3 位拨档开关，当开关的档位在上方时则输出高电平“ 1”，反之则为低电平 “ 0”。2、复位开关复位开关可以通过

3、手动控制为系统提供脉冲信号。在系统中一共提供了 5 位的按键开关，当按下键后其输出为低电平“0”，反之则为高电平“1”。3、发光二极管LED由一片74HC573锁存器驱动，74HC57纵能后，IO 口输出高电平LED点亮，反之 LED则熄灭，可以模拟二进制数据输出。4、数码管采用2位共阴极数码管，由一片 74HC573锁存器驱动数码管段选，由两个三极管 S8050驱动数码管位选，用于显示两位数值。5、蜂鸣器由1个无源蜂鸣器和1个三极管S8050组成。6、储存在本系统中采用1个32MK8位的串行Flash W25Q256,通过对其编程控制，进行 数据储存与提取。如：语音存储与回放实验。7、时钟使

4、用50MHzt源晶振，可以为AD/DA和数字频率计提供参考时钟。基础扩展模块基础扩展模块有时钟模块、数字信号源、数码管模块、矩阵键盘模块、红外模块和温度模块。1、时钟模块2、数字信号源数字信号源由74HC0我相缓冲器、74HC163数器、74HC4060f数器组成，24MHz 晶振通过74HC04反相缓冲器输出5V, 24M正弦波，通过74HC163二、四、八分频， 74HC406她是实现分频，其分频输出的频率都在模块的相应位置查看。3、数码管模块数码管模块使用的是4位共阴数码管，由两片74HC573驱动位选信号以及段选信 号。74HC573当锁存使能端LE为高时，这些器件的锁存对于数据是透明

5、的（也就是说 输出同步）。当锁存使能变低时，符合建立时间和保持时间的数据会被锁存。 OE 为片 选端。4、矩阵键盘模块4X4键盘主要是通过编程实现0F的输入，也可以作为一个控制键。其中行占用 4 个 I/O ，列占用 4 个 I/O 。5、红外模块红外模块中由红外接收头 HS003游口一个上拉电阻组成，红外接收头的工作频率为 38kHz。当红外接收头接收到38kHz的信号时输出低电平“ 0”，反之输出高电平“ 1 ”，从而实现红外信号的解码。6、温度模块温度模块由DS18B20B一个上拉电阻组成，DS18B20T作原理：刚启动时将进入低功耗等待状态，当需要执行温度测量和 AD 转换时，总线控制

6、器发出 44H 指令完成温度测量和AD转换，DS18B20#产生的温度数据以两个字节的形式存储到高速暂存器的温度寄存器中，然后，DS18B20继续保持等待状态。当 DS18B20芯片由外部电源供电 时，总线控制器在温度转换指令之后发起“读时隙”，从而读出测量到的温度数据通过总线完成与单片机的数据通讯，DS18B20E在温度*$换中由DQglW返回0,转换结束 则返回 1。自动控制模块有交通灯、步进电机和直流电机控制，其控制引脚均已标注在自动 控制模块相应位置。1、交通灯控制2、步进电机控制通过将脉冲信号转变成角位移实现步进电机的精确定位，共用到 4 个 IO 口。控制 其正反转时IO 口需按照

7、一定顺序输出高低电平。步进电机的驱动芯片为L293DD有4个输入引脚 4 个输出引脚，输入输出引脚的电平关系是一一对应的，每个输出引脚能 输出600mAi勺电流。3、直流电机控制直流电机的控制采用脉冲宽度调制技术（PWM。基本原理是在固定周期内，高电 平占的比重越多，电机转速就越快。通过 PNPE极管S855琬供大电流驱动直流电机， 当 IO 口为高电平时，三极管不导通，反之则导通。信号处理模块信号处理模块有AD采集、DA输出、语音采集、语音回放和电压调节部分。1、AD采集AD采集部分是由AD9280采集芯片采集，信号通过 SM敞口卒&入AD8065调节后送 入AD采集。AD928觉一款单芯片

8、、8位、32 MSPSK数转换器（ADC ,采用单电源供 电，内置一个片内采样保持放大器和基准电压源。它采用多级差分流水线架构，数据 速率达32 MSPS在整个工作温度范围内保证无失码。语音采集部分由2、DA输出DA俞出部分是由AD9708片差分输出，信号通过七阶巴特沃斯滤波后经过 AD8065 差分相减后再经AD8065&大后由SMEg口输出。AD9708是TxDACg歹1J的8位分辨率成 员系列的高性能，低功耗的 CMOS：字-模拟转换器（DAC。该TxDACg歹包括针兼容 8位，10位，12位，14位DAC是专门opti-而得到优化用于通信系统的发射信号路 径。所有的设备共享相同的接口选

9、项，小外形封装和引脚分布，从而提供了一个向上 或向下的根据性能，分辨率选择适合的器件和成本。AD9708提供出色的交流和直流性能同时支持更新速率高达125MSPS语音回放部分由滤波电路及功率放大 LM386sB分组 成。信号由喇叭输出。语音信号由 DA输出至滤波电路滤波，可通过调节阀调节信号幅 度。通信接口模块通信接口模块有 RS232接口、PS/2接口、RS485接口、US眼口、VGA口。其信 号输入输出均已标注在通信接口模块相应位置。1、RS232接口RS232g 口通过一个标准的DB9s头和外部的串口线连接带有串口的电脑或者其他 设备，实现RS232串口通信。2、 PS/2 接口PS/2

10、接口用于连接电脑鼠标和键盘等 PS/2设备，通过PS/2 口，仅仅需要两个IO 口，就可以扩展一个键盘。3、RS485 口RS485接口通过MAX485E片实现逻辑电平转换，通过两个端口和外部RS485设备连接，即A和B,不需要GND可实现多点双向通信，数据传输距离可达千米。4、US嵌口US敢口采用PL2303来实现USBW串口，同时对串口信号设置了两个 LED旨示灯， 用于指示串口数据收发。5、VG破口VG肱口主要是通过编程实现 VGA频信号在监视器上显示，其中包含 R、G B HS VS来控制视频显示。第二章 开发平台简介简介Quartus II 是Altera 公司的综合性 EDA开发软

11、件，支持原理图、 VHDL VerilogHDL和AHDL等设计模式，内嵌综合器和仿真器，可以完成从设计输入到硬件配置的完 整设计流程。Quartus II支持Altera 的IP核，集成了 LPM/MegaFunction宏功能模块 库，简化了设计的复杂性、加快了设计速度。用户可以使用第三方EDAX具。Quartus II开发流程、创建工程1、建立工程目录新建一个文件夹，用于存放工程文件。文件路径中不能包含中文。2、新建工程单击菜单 File | New Project Wizard 。指定工程目录、名称和顶层设计实体，选择目标芯片 将工程视图切换到Files标签。3、新建文件单击工具栏上的

12、 按钮或菜单File | New 。选择 Design Files 下的 Block Diagram/Schematic File ,新建原理图文件。选择Design Files 下的Verilog HDL File ,新建源程序文件。选择 Memory Files 下的 Hexadecimal File 或 Memory Initialization File , 新 建内存初始化文件。选择 Verfica/Debugging Files 下的 Unive Program VWF,新建仿真波形文件。在原理图编辑窗口双击左键，即可打开插入元件对话框。展开元件所在的类的图标， 或直接在Nameg

13、中输入元件名称，可找到需要的元件。单击MegaWizard Plug-In Manager按钮，即可启动宏功能定制向导。4、保存文件单击工具栏上的d按钮或菜单File | Save As ,保存文件。在工程视图中，如果 没有所需文件的图标，选中Files图标，单击右键后选择Add/RemoveFiles in Project 。单击文件管理对话框中的 工按钮，找到所需文件后，单击Add地钮可将文件加入 工程，单击Remove钮可将文件移出工程5、设置顶层实体在工程视图中，选中顶层元件对应的文件的图标，单击右键后选择Set asTop-level Entity ,将其设置为顶层实体。二、编译工程

14、单击工具栏上的 “按钮或者菜单Processing | Start Compilation 。全程编译包括排错、网表文件提取、逻辑综合、适配、装配文件生成和时序分析 等。如果有错误，可双击错误条文，修改原理图或源程序，重新编译工程。三、分配引脚单击工具栏上的“按钮或者菜单Assignments | Pin Planner 。分别单击各引脚Location列的单元格，输入相应的引脚编号，按回车键确认。分 配完引脚后，重新编译工程。四、下载单击工具栏上的*按钮或者菜单Tools | Programmer 。如果显示No Hardware,则需要安装下载器驱动，在桌面选中计算机图标，单击右 键，选中

15、 属性按钮，打开设备管理器，展开 通用串行总线 图标，找到未知设备或者 Altera USB-Blaster图标，单击右键，选中 更新驱动程序软件 按钮，单击J览计算 机以查找驱动程序软件 按钮，找到 Quartus 安装目录下的 quartusdriversusb-blaster文件夹，即可安装 驱动程序。在下载窗 口，单击Hardware Setup按钮，单击下拉列表，找到 USB-Blaster选项，再单击Close按钮。如果驱动已经安装好，则打开实验箱电源，单击 Start按钮，开始下载程序。当 Progress进度条显示为100%程序下载完成。五、运行改变输入信号，观察实验系统的运行

16、情况。如果与预期的逻辑功能不符，则需要修 改原理图或源程序，重新编译、分配引脚和下载。第三章 实验项目实验 1 平台应用及全加器设计一、实验目的通过本次实验，掌握Quaru II 的开发流程，学会多层次电路的设计方法。二、实验任务设计一个一位全加器，实现加法计算。拨码开关K8K6犬态分别作为被加数、加数 和低位进位，求和结果送2个LED显示。三、实验方案利用 Quaru II 集成的门元件，先设计半加器，再设计全加器。1、设计半加器单击菜单 File | Create/Update ，选择 Create Symbol Files for Current File生成对应的元件符号。2、设计全加

17、器将工程视图切换到 Files 标签，选中全加器原理图文件的图标，单击右键后选择Set as Top-level Entity ，将其设置为顶层实体。3、开关电路拨码开关K8K6上打引入高电平，往下打引入低电平。4、显示电路LED阴极接地，阳极接74HC573!勺输出端。5、引脚分配四、实验测试拨动开关K8K6改变被加数、加数和低位进位，观察发光二极管显示的和与高位进位。测试结果如下图所示。五、实验心得实验 2 信号发生器设计一、实验目的通过本次实验，掌握宏功能模块设计的应用，学会信号发生器的设计方法。二、实验任务设计一个信号发生器，输出周期为128秒的正弦波。数字量送8个LED显示。三、实验

18、方案50MH舱入时钟分频后得到1Hz时钟。用1个MIF文件保存正弦波信号单周期的128 个样本点数据。用1个定制的ROM1块加载对应的MIF文件，地址总线由模128计数器 提供，时钟为1Hz= RO瞬出的8位数字量送8个LED显示。1、显示电路LED阴极接地，阳极接74HC573!勺输出端。2、分频对50MHz俞入时钟进行分频，得到1Hz时钟，用来对正弦波ROM3描。设置字宽为 26，其进位输出即1Hz 时钟。3、地址计数对正弦波ROM1供地址计数，轮流输出各样本点数据。插入 lpm_counter ,定制模 128的加法计数器，设置字宽为7,其计数输出送ROM勺地址总线。4、正弦波ROM（

19、1）新建MIF 文件设置字数为128，字长为8，保存正弦波信号单周期的128 个样本点数据。（ 2）启动MegaWizard Plug-In Manager定制ROM:1-PORT件，设置字数为128,字长为8,导入MIF文件。5、引脚分配四、实验测试观察发光二极管显示的正弦波样本点的值。测试结果如下图所示。五、实验心得实验 3 数字电压表设计一、实验目的通过本次实验， 掌握电压测量原理， 学会采样控制和数码管动态显示的设计方法。二、实验任务设计一个数字电压表，可对05V 电压进行测量，电压值送2 位数码管显示。三、实验方案利用AD9280对电位器提供的05V电压进行ADC专换，将数字量转换为

20、电压值，送 2 位数码管显示。1、电压采集电路利用AD928似现电压彳S号的模/数转换。2、显示电路利用2位共阳极数码管5621BS-S显示电压值。74HC57&区动数码管的段码 ADP 2 个三极管S8050驱动数码管的位码D1D23、动态显示分频50MHz俞入时钟分频后得到1KHz时钟，用来对数码管扫描。4、电压值转换在AD9280的ADCCLK*降沿，读取转换结果，并转换电压值。理想0V5V对应数字量0255,实际0V5V对应数字量126231。设ADC专换结果 为 x ，电压值为y。5、显示控制引入多个进程， 分别实现数码管位码更新、 数码管段码更新为电压值整数位和小数位、数码管显示译

21、码、74HC573俞出允许、数码管位码输出、数码管段码输出和数码管小数点显示。5、引脚分配四、实验程序/ 数码管位码更新always (countscan16)case(countscan16)1b0: bit_reg=2b01;/ 选中左数码管1b1: bit_reg=2b10;/ 选中右数码管endcase/ 数码管段码更新always (countscan16,adtemp)/ 电压值整数电压值小数case(countscan16)1b0: disp_data=adtemp/10;1b1: disp_data=adtemp%10; / endcase五、实验测试旋转电位器，观察数码管显示

22、的电压值。测试结果如下图所示。六、实验心得一、实验目的通过本次实验， 掌握频率测量原理， 学会级联计数和数码管动态显示的设计方法。二、实验任务设计一个数字频率计，测量输入信号的频率，送8 位数码管显示。三、实验方案1、显示电路利用2个4位共阴极数码管HS420361K-32显示频率值。2片74HC57协别驱动数码管的段码ADPf口数码管的位码COM1COM42、动态显示分频50MHz俞入时钟分频后得到1KHz时钟。3、频率测量分频50MHz俞入时钟分频后得到1Hz时钟。4、频率测量引入多个进程，分别实现频率测量允许、锁存和清零信号输出、频率值锁存。频率测量的控制信号时序如下图所示。需要单独建立

23、程序文件， 设计十进制加法计数器， 引入基准时钟、 计数清零和计数使能信号，并输出 4 位计数值和进位输出信号。对十进制加法计数器进行8 次元件例化， 用来测量待测信号的频率， 分别统计频率值的个位、十位、百位、千位、万位、十万位、百万位和千万位。引入6 个中间信号，各计数器通过基准时钟输入信号和进位输出信号相互级联。5、显示控制引入多个进程， 分别实现数码管位码更新、 数码管段码更新为频率值各位、 数码管显示译码、数码管段码和位码输出切换。6、引脚分配四、实验程序/ 数码管段码和位码输出切换always (countscan9:8,seg_reg,bit_reg)case(countscan

24、9:8)2h0:beginSEG=seg_reg; / 段码送数据线五、实验测试六、实验心得OE=1b1;LED=1b1;LEB=1b0;end2h1:beginSEG=bit_reg;OE=1b1;LED=1b0;LEB=1b1;end2h2,2h3:beginSEG=8h0;OE=1b0;LED=1b0;LEB=1b0;end endcase实验测试改变分频电路中短路片的位置，观察数码管显示的信号频率值。测试结果如下图所示。/ 禁止输出 / 允许段码锁存 / 禁止位码锁存/ 位码送数据线 / 禁止输出 / 禁止段码锁存 / 允许位码锁存/ 数据线输入无效 / 允许输出 / 禁止段码锁存 /

25、 禁止位码锁存观察数码管显示的信号频率值一、实验目的通过本次实验， 掌握交通灯控制器的工作原理， 学会减法计数和有限状态机的设计方法。二、实验任务设计一个交通灯控制器， 控制两个方向的直行灯和左拐灯，各灯倒计时送8 位数码管显示。复位键K6 往上打为优先通车模式，往下打为普通通车模式。三、实验方案1、开关电路拨码开关K8K6上打引入高电平，往下打引入低电平。2、交通灯显示电路3、倒计时显示电路利用2个4位共阴极数码管HS420361K-3汾别显示两个方向的倒计时。2片74HC573 分别驱动数码管的段码ADPffi数码管的位码COM1COM44、动态显示分频50MHz俞入时钟分频后得到1KHz时钟。5、倒计时分频50MHz俞入时钟分频后得到1Hz时钟。6、交通灯控制交通灯模型如下图所示。使用 2 个进