EDA技术实验指导书

1、EDA 技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 9 月前 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 EDA 技术，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

2、、算法分析和现场调试能力，为培养卓越工程师打下坚实的基础。I目 录TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _TOC_250016 前 言I HYPERLINK l _TOC_250015 第一章 实验系统1 HYPERLINK l _TOC_250014 系统整体结构1 HYPERLINK l _TOC_250013 核心板1 HYPERLINK l _TOC_250012 基础扩展模块2 HYPERLINK l _TOC_250011 自动控制模块3 HYPERLINK l _TOC_250010 信号处理模块3 HYPERLINK l _TOC_250009 通信接口模块4

3、 HYPERLINK l _TOC_250008 第二章 开发平台简介5 HYPERLINK l _TOC_250007 Quartus II简介5 HYPERLINK l _TOC_250006 Quartus II开发流程5 HYPERLINK l _TOC_250005 第三章 实验项目9 HYPERLINK l _TOC_250004 实验1 平台应用及全加器设计9 HYPERLINK l _TOC_250003 实验2 信号发生器设计11 HYPERLINK l _TOC_250002 实验3 数字电压表设计13 HYPERLINK l _TOC_250001 实验4 数字频率计设计

4、16 HYPERLINK l _TOC_250000 实验5 交通灯控制器设计19II第一章 实验系统系统整体结构EDA 中心自主研制，整体结构如图所示。核心板Altera EP4CE22E22C8N 22320个逻辑单元，594kbit RAM嵌入式储存器，66乘法器，4 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”

5、。3、发光二极管 LED由一片 74HC573 锁存器驱动，74HC573 使能后，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。14、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1 32M8 Flash W25Q256数据储存与提取。如：语音存储与回放实验。7、时钟使用 50MHz 有源晶振，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

6、、矩阵键盘模块、红外模块和温度模块。1、时钟模块DS1302，DS1302 VCC1 备用电池两者中的VCC2 VCC10.2V 时，VCC2 DS1302 VCC2 VCC1 时，DS1302 VCC1 供电。X1 X2 32.768kHz 晶振。RST 复位/RST 输入驱动置高电平来启动所有的数据传送；I/O 为串行数据输入输出端（双向）；SCLK 始终是输入端。2、数字信号源74HC04 反相缓冲器、74HC163 计数器、74HC4060 24MHz 74HC04 5V，24M 74HC163 二、四、八分频，74HC4060 也是实现分频，其分频输出的频率都在模块的相应位置查看。3

7、、数码管模块4 74HC573 号。74HC573 LE （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 选端。4、矩阵键盘模块44 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HS0038 和一个上拉电阻组成，红外接收头的工作频率为238kHz38kHz 的信号时输出低电平“0”，反之输出高电平“1”而实现红外信号的解码。6、温度模块温度模块由DS18B20和一个上拉电阻组成，DS18B20工作原理：刚启动时将进入AD 转换时，总线控制器发出44HAD 转换，DS1

8、8B20 器的温度寄存器中，然后，DS18B20DS18B20“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，DS18B20正在温度转换中由DQ01。自动控制模块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3 4 12 IO口控制。LEDFPGA IO1K流电阻接在+3.3V电源上， LED指示灯的亮灭通过控制相应的IO、步进电机控制4 IOIO L293DD44600mA的电流。、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PNP S8550 IO 口为高电平时，三极管不导通

9、，反之则导通。信号处理模块AD 采集、DA 1、AD 采集AD AD9280 SMB AD8065 AD 采集。AD9280 是一款单芯片、8 位、32 MSPS 模数转换器（ADC），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3构，数据速率达 32 MSPS，在整个工作温度范围内保证无失码。语音采集部分由前级放大电路和300Hz3.4Khz带通滤波电路组成，语音信号可由MIC入，经放大电路后滤波输出至AD5V05ADAD采集。2、DA 输出DA 输出部分是由 AD9708 芯片差分输出，信号通过七阶巴特沃斯滤波后经过AD8065 AD8065 放大后由SMB

10、接口输出。AD9708 是TxDAC 8 CMOS 数字-8 位，10 位，12 位，14 DACopti-统的发射信号路径。所有的设备共享相同的接口选项，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 的交流和直流性能同时支持更新速率高达 125MSPSLM386 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、USB 接口、VGA 接口。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RS232 接口通过一个标准的 DB9 母头和外部的串口

11、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 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 接口RS485 MAX485 RS485 A BGND，可实现多点双向通信，数据传输距离可达千米。4、USB 接口USB 接口采用PL2303 来实现USB 转串口，同时对串口信号设置了两个 LED 指示灯，用于指示串口数据收发。5、VGA 接口VGA 接口主要是通过编程实现VGA 视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。4第二章 开发平台简介Quar

12、tus II简介Quartus II Altera EDA 开发软件，支持原理图、VHDL、Verilog HDL 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 Altera IP LPM/MegaFunction EDA 工具。Quartus II开发流程一、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。53、新建文件单击工具栏上的按钮或菜

13、单File | New。Design Files Block Diagram/Schematic FileDesign Files Verilog HDL File，新建源程序文件。Memory Files Hexadecimal File Memory Initialization File始化文件。选择 Verifica/Debugging Files 下的 Unive Program VWF，新建仿真波形文件。Name框中输入元件名称，可找到需要的元件。MegaWizard Plug-In Manager 4、保存文件6单击工具栏上的按钮或菜单File | Save As，保存文件。在工

14、程视图中，如果有所需文件的图标，选中Files图标，单击右键后选择Add/Remove Filesin Project。单击文件管理对话框中的按钮，找到所需文件后，单击按钮可将文件入工程，单击按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 as Top-level Entity，将其设置为顶层实体。二、编译工程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

15、引脚单击工具栏上的按钮或者菜单Assignments | Pin Planner。Location 完引脚后，重新编译工程。7四、下载单击工具栏上的按钮或者菜单Tools | Programmer。No Hardware键，选中按钮，打开设备管理器，展开图标，找到未知设备或Altera USB-Blaster Quartus quartusdriversusb-blaster 文件夹，即可安装驱动程序。在下载窗口，单击按钮，单击下拉列表， USB-Blaster 选项，再单击按钮。Progress 100%，程序下载完成。五、运行改原理图或源程序，重新编译、分配引脚和下载。8第三章 实验项目1

16、 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 状态分别作为被加数、加数和低位进位，求和结果送 2 个 LED 显示。三、实验方案Quaru II 1、设计半加器File | Create/UpdateCreate Symbol Files for Current File 的元件符号。2、设计全加器Files as Top-level Entity，将其设置为顶层实体。3、开关电路拨码开关 K8K6 往上打引入高电平，往下打引入低电平。94、显示电路LED 阴极接地

17、，阳极接 74HC573 的输出端。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102 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、实验方案50MHz1Hz1个MIF文件保存正弦波信号单周期的128 1 ROM MIF128计数器提供，时钟为 1Hz。ROM 输出的 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

18、 的输出端。2、分频50MHz 1Hz ROM 扫描。插入lpm_counte50000000 261Hz 时钟。3、地址计数ROM 128 7ROM 的地址总线。114、正弦波 ROMMIF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。MegaWizard Plug-In ManagerROM:1-PORT 1288MIF 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12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

19、，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AD92805V ADC 2 位数码管显示。1、电压采集电路利用 AD9280 实现电压信号的模/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。74HC573驱动数码管的段码ADP，2 个三极管 S8050 驱动数码管的位码 D1D2。133、动态显示分频50MHz 输入时钟分频后得到 1KHz 时钟，用来对数码管扫描。4、电压值转换AD9280 ADCCLK 0.0V5.0V 电压值。理0V5V 02550V5V 126231ADC 结果为 x，电压值为 y。y 0 x 1265 0231 126

20、y x 126215、显示控制位、数码管显示译码、74HC573 输出允许、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: 1b1: endcase14/数码管段码更新always (countscan16,adtemp) case(countscan16)1b0: disp_data=adtemp/10; 1b1: disp_data=adtemp%10;endcase五、实验测试旋转电位器，观察数码管显示的电压值。测试结果如下图所示。六、实验心得154 数字频率计

21、设计一、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2 4 HS420361K-32 2 74HC573 ADP COM1COM4。2、动态显示分频50MHz 输入时钟分频后得到 1KHz 时钟。3、频率测量分频50MHz 输入时钟分频后得到 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。16频率测量的控制信号时序如下图所示。4 位计数值和进位输出信号。8 6 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

22、、显示控制显示译码、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(countscan9:8)2h0:beginSEG=seg_reg;/段码送数据OE=1b1;/禁止输出LED=1b1;LEB=1b0;end172h1:beginSEG=bit_reg; OE=1b1; LED=1b0; LEB=1b1;/位码送数据线/禁止输出end 2h2,2h3:beginSEG=8h0; OE=1b0; LED=1b0; LEB=1b0;/数据线输入无效/允许输出endendcase五、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。六、实验心得18实验 5 交通灯控制器设计一、实验目的方法。二、实验任务8 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 往上打引入高电平，往下打引入低电平。、交通灯显示电路、倒计时显示电路利用 2 个 4 位共阴极数码管 HS420361K-32 分别显示两个方向的