EDA应用技术 第2版 课件 01-2位二进制数乘法器设计方案教学课件

项目一2位二进制数乘法器设计制作方案以2位二进制数乘法器设计为载体，介绍基于FPGA(Field-ProgrammableGateArray)的EDA（ElectronicDesignAutomation）技术。通过在QuartusII集成开发环境，基于原理图输入的2位二进制数乘法器设计，认识EDA开发流程，熟悉开发工具QuartusPrime20.1和仿真工具ModelSim-Altera2020.1。教学目标项目一2位二进制数乘法器设计制作方案技能目标知识目标素质目标(1)会安装EDA开发工具软件。(2)能使用QuartusPrime20.1软件，应用原理图输入法设计简单的组合逻辑电路。(3)能使用ModelSim-Altera2020.1软件对设计电路进行仿真。(4)能将设计好的硬件程序通过编程器载入开发板目标芯片。(5)能使用QuartusPrime20.1软件对设计电路进行管脚分配。(6)能用开关与数码管设计数字电子系统的输入与输出。(1)知道EDA技术概况。(2)知道FPGA的工作原理与基本结构。(3)掌握基于FPGA的EDA开发流程。(4)熟悉QuartusPrime20.1开发工具界面。(5)熟悉ModelSim-Altera2020.1仿真工具界面。(1)训练正确使用工具、仪器、电子元器件。(2)训练安全用电操作，电子元器件安全调试。(3)训练规范的严谨细致的电子设计规范。任务描述设计2位二进制数乘法器：在QuartusPrime20.1软件平台上，用原理图输入法设计2位二进制数乘加器；用ModelSim-Altera2020.1仿真软件仿真检查设计结果；硬件验证采用FPGA最小系统板；输入输出可利用的资源有按钮开关、LED灯、数码管、连接线等即插件。项目一2位二进制数乘法器设计制作方案设计方案1.2位二进制乘法器组成两位二进制数相乘，最多可得四位二进制数，其乘法运算，如图1.1所示。图1.1两位二进制数相乘过程项目一2位二进制数乘法器设计制作方案从两位二进制数相乘过程可知：系统可分解为两个半加器和4个与门联结而成，如图1.2所示。图1.22位二进制数乘法器原理图项目一2位二进制数乘法器设计制作方案1位二进制数半加器输入端口有加数Bn与被加数An,输出端口有和Sn与进位Cn,其模型如图1.3所示。图1.3半加器模型项目一2位二进制数乘法器设计制作方案图1.4半加器原理图根据半加器定义及真值表可得逻辑表达式；根据逻辑表达式，画出1位半加器原理图，如图1.4所示。项目一2位二进制数乘法器设计制作方案图1.5两位二进制数输入参考电路2.输入电路设计用二个按键开关代表2位二进制数输入，当按键按下时输入高电平，与之相连的发光二极管“亮”，表示输入二进制数“1”；当按键未按下时，输入低电平，与之相连的发光二极管“灭”，表示输入二进制数“0”。输入参考电路如图1.5所示。项目一2位二进制数乘法器设计制作方案图1.6四位二进制数输出参考电路3.用发光二极管表示输出用发光二极管的“亮”与“灭”表示输出的二进制数“1”与“0”。当输出为高电平时，与之相连接的发光二极管“亮”，表示数出二进制数“1”；当输出为低电平时，与之相连接的发光二极管“灭”，表示数出二进制数“0”。输出参考电路，如图1.6所示。项目一2位二进制数乘法器设计制作方案图1.7七段数码管的形态与输出电路连接原理图4.用数码管表示输出值为了直观地显示2位二进制数乘法器积的输出数值，可用七段数码管，表示输出积的值。七段数码管的形态与输出电路的连接原理图，如图1.7所示。项目一2位二进制数乘法器设计制作方案七段数码管需要7位二进制数表示，而2位二进制数乘法器输出为4位二进制数,因而，需要增加译码器。译码器可以选择BCD七段译码器，其真值表如表1.3所示。项目一2位二进制数乘法器设计制作方案增加译码器后2位二进制数乘法器原理图，如图1.8所示。图1.8具有译码器的2位二进制数乘法器原理图项目一2位二进制数乘法器设计制作方案5.输入输出值均用数码管表示图1.9两位二进制数乘法