第01章-全加器的设计

第1章全加器设计目录1.1项目需求分析1.2项目理论知识1.3项目设计1.4项目实施与调试1.5项目总结与拓展1.1项目需求分析全加器是基本的组合逻辑运算电路,设计一个典型１位二进制全加器模型,要求:(１)使用拨码开关模块作为全加器输入;(２)使用LED灯模块作为全加器输出;(３)通过设置拨码开关,可以准确进行全加运算,由LED灯显示并验证结果.1.2项目理论知识1.2.1EDA技术简介1.2.2可编程逻辑器件的硬件结构1.2.3QuartusⅡ集成开发环境1.2.1EDA技术简介

一、EDA技术的概念EDA是ElectronicDesignAutomation(电子设计自动化)的缩写.EDA技术以计算机为工具,设计者在EDA软件平台上,用硬件描述语言完成设计文件,然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真,以及对特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作.1.2.1EDA技术简介

二、EDA技术的发展１．计算机辅助设计（CAD）阶段２．计算机辅助工程设计（CAE）阶段３．电子设计自动化（EDA）阶段

1.2.1EDA技术简介

三、EDA技术的主要内容１．可编程逻辑器件（EDA技术的主要目标器件）可编程逻辑器件(PLD)是一种由用户编程以实现某种逻辑功能的新型逻辑器件,主要有现场可编程门阵列(FieldProgrammableGateArray,FPGA)和复杂可编程逻辑器件(ComplexProgrammableLogicDevice,CPLD)。２．硬件描述语言（EDA技术的主要描述和表达方式）硬件描述语言(HDL)是EDA技术的主要组成部分,是EDA各种描述方法中最能体现优越性的一种描述方法。所谓硬件描述语言,就是用于描述设计系统的逻辑功能,实现该功能的算法、电路结构、约束条件等。３．软件开发工具（EDA技术的开发平台）(１)集成的PLD/FPGA开发环境(２)综合软件(３)仿真软件

1.2.1EDA技术简介

四、EDA技术的设计流程（1）４个设计步骤设计准备设计输入设计处理器件编程（2）３个设计验证过程功能仿真(前仿真)时序仿真(后仿真)器件测试.

1.2.1EDA技术简介

１．设计准备主要进行系统功能分析和器件选择,准备设计所用的硬件平台和软件开发平台.２．设计输入可以采用不同输入形式完成设计.(１)原理图输入(２)硬件描述语言输入(３)波形输入1.2.1EDA技术简介

３．设计处理(１)语法和设计规则检查(２)逻辑优化和综合(３)适配和分割(４)布局和布线(５)生成编程数据文件４．设计校验设计校验过程包括功能仿真、时序仿真和器件测试,是在设计处理过程中同时进行的.1.2.1EDA技术简介

４．设计校验设计校验过程包括功能仿真、时序仿真和器件测试,是在设计处理过程中同时进行的.５．器件编程器件编程是指将编程数据放到具体的可编程器件中.1.2.2可编程逻辑器件的硬件结构一、可编程逻辑器件的基本结构与分类１．可编程逻辑器件的基本结构可编程逻辑器件由输入接口、与门阵列、或门阵列和输出接口４个模块组成.1.2.2可编程逻辑器件的硬件结构２．可编程逻辑器件的分类可编程逻辑器件按集成度,可分为低集成度可编程逻辑器件和高集成度可编程逻辑器件。1.2.2可编程逻辑器件的硬件结构３．低集成度可编程逻辑器件（1）PROM：ProgrammableReadOnlyMemory（2）PLA：ProgrammableArrayLogic（3）PAL：ProgrammableLogicArray（4）GAL：GenericArrayLogic1.2.2可编程逻辑器件的硬件结构4．高集成度可编程逻辑器件（1）EPLD：ErasableProgrammableLogicDevice（2）CPLD：ComplexProgrammableLogicDevice①宏单元是CPLD的基本结构,由它来实现基本的逻辑功能.②可编程连线负责信号传递,连接所有的宏单元.③I/O引脚控制块负责输入、输出的电气特性控制,比如可以设定集电极开路输出、摆率控制、三态输出等.（3）FPGA：FieldProgrammableGateArray①IOE(inputoutputelement,输入输出单元)②LAB(logicarrayblock,逻辑阵列块)③Interconnect(内部连接线).1.2.2可编程逻辑器件的硬件结构二、可编程逻辑器件的主要厂商１．Altera公司２．Xilinx公司３．Lattice公司４．Actel公司６．Lucent公司７．Atmel公司1.2.3QuartusⅡ集成开发环境

AlteraQuartusⅡ设计软件提供完整的多平台设计环境,能够直接满足特定设计需要,为可编程芯片系统(SOPC)提供全面的设计环境.QuartusⅡ软件含有FPGA和CPLD设计所有阶段的解决方案.1.2.3码制无权码每位无确定的权值，不能使用权展开式，但各有其特点和用途，例如格雷码（又叫循环码、反射码），其相邻两个编码只有一位码状态不同，在逻辑函数卡诺图化简中将会用到这一特点。表1-1列出了几种常用的BCD码。1.3项目设计1.3.1项目功能分析1.3.2项目硬件设计1.3.3项目软件设计1.3.1项目功能分析1.3.2项目硬件设计1.3.3项目软件设计1.4项目实施与调试1.4.1项目实施1.4.2项目调试1.4.1项目实施一、设计输入１．建立工程２．建立设计文件二、设计处理三、设计校验四、器件编程1.4.2项目调试一、电路调试拨动拨码开关,查看发光二极管的亮灭情况,看是否符合全加器的逻辑要求和设计要求.二、故障现象与分析(１)拨动拨码开关,但LED灯不亮:引脚没有分配好,需检查并重新分配引脚;(２)拨动拨码开关,但LED灯亮灭情况错误:电路设计逻辑出错,需检查并纠正错误.1.5项目总结与拓展1.5.1项目总结1.5.2项目拓展1.5.1项目总结１．掌握可编程逻辑器件硬件结构２．掌握EDA设计流程３．掌握QuartusⅡ软件设计步