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第 组 西华大学实验报告（理工类）开课学院及实验室： 电气与电子信息信息学院 实验时间 ： 年 月 日学 生 姓 名学 号成 绩学生所在学院电气与电子信息学院年级/专业/班课 程 名 称EDA技术课 程 代 码106001589实验项目名称实验一、Quartus II软件使用初步与简单组合电路的设计项 目 代 码指 导 教 师林竞力项 目 学 分一、实验目的1熟习Quartus II软件的使用；2. 掌握用原理图输入法和硬件描述语言（Verilog HDL）两种方法来设计逻辑电路；3. 对设计电路作硬件验证； 二、实验原理1.用原理图输入法来设计一个半加器电路参照图1-1(P57)来完成一个半加器电路的设计，其中a、b 为一位的加数与被加数信号，he、jw分别为和与进位信号。存盘仿真后，观察仿真波形，并用硬件验证电路的功能。图1-1 半加器电路原理图2. Quartus II软件目前版本已达到10.0以上，但对于初学者来说采用6.0或7.1版本最为适合。6.0与7.1版本相比更稳定，因此本实验采用Quartus II 6.0，而7.1版本界面与6.0非常相似，学会6.0版本的使用也就学会了7.1版本的使用。3. Quartus II软件设计电路流程：（1）新建一个工程：每设计一个电路就必须新建一个工程!所有的设计文件都装在工程目录中，并由软件管理。（2）设计输入：告诉软件你要设计的电路是什么。A原理图设计方法-用原理图编辑器画出电路图。B本文输入-用文本编辑器采用硬件语言描述电路(电路主流设计方式)。（3）编译将设计电路的功能与PLD芯片结合，并提取出仿真所需的时序参数。（4）仿真软件验证电路功能是否实现。（5）编程、配置与硬件测试 用下载电缆完成器件的编程与配置，做硬件测试。原理图输入法设计半加器电路与描述语言设计3-8译码器区别在于流程的第二步设计输入。三、实验设备、仪器及材料电脑、EDA软件（Quartus II）、实验箱、下载电缆、连接导线。四、实验步骤（按照实际操作过程）（一）用原理图输入法完成半加器的设计步骤：1. 新建一个工程：(必须完成这一步骤)(1)进入Windows 操作系统，双击Quartus II图标，启动软件。(2)单击File New Project Wizard菜单，出现对话框点击next。在界面中相应位置中输入文件名路径与设计工程的名字，最后点击finish，完成设计工程建立。(3)在点击Assignment Device菜单，出现如下对话框，点击选择器件（本设计选用EPF10K10）。2. 在原理图设计输入(1)点击菜单File New，选择Block Diagram/Schematic File，点OK，启动原理图编辑器。(2)画出半加器原理图a. 在原理图空白处双击，会出现元件选择对话框，在name处输入元件名，点OK完成元件放置。依次放置1个两输入端与门（and2）、1个异或门（xor）2个输入端口（input）、1个输出端口（output）在原理图上；b. 添加连线到器件的管脚上把鼠标移到元件引脚附近，则鼠标光标自动由箭头变为十字，按住鼠标右键拖动，即可画出连线, 参照图1-1连好相应元件的输入、输出脚。c. 更改信号名 双点输入、输出管脚，在对话框中改信号名d.保存原理图单击保存按钮，以默认名保存。3编译(1)点击菜单栏上红色箭头所指的工具图标，完成编译。(2)锁定管脚再编译点击Assignment Pins菜单。从图中可以看到信号a, b, he, jw，这些信号在硬件测试之前，必须与管脚锁定。以锁定a信号管脚为例，双击a信号对应Location一栏，出现IO管脚选择列，选择PIN_16。信号a就被锁在了芯片第16管脚上了。按一样的方法将b，he，jw锁在空闲的IO口上。信号锁定到管脚要生效，必须再按(1)步骤重新编译一次。4仿真(1)编译没有错误后进行仿真。点击 File New菜单。选择other files中的vector waveform file。画出输入波形，执行仿真命令，启动仿真并观察仿真波形，进行设计电路的功能验证。(2) 双击空白处，弹出对话框，单击Node Finder。(3) 按图依次操作选择信号(4) 按图操作画出信号输入波形5硬件测试在教师指导下接好下载电缆，连好拔码开关与LED灯，验证电路功能。（二）用Verilog HDL语言完成3-8译码器的设计步骤(除文本输入外，其余步骤与上一个实验一致)：（1）、运行Quartus II软件，先建立一个新的项目。（2）、启动File New菜单命令（如图1-21）;（3）、选择verilog hdl file，点击OK后，键入上面“二、实验内容(2)”中的程序。（4）、以默认文件名和路径保存。（5）、参照原理图输入设计进行仿真，并观察仿真波形，以验证所设计电路的功能。五、实验过程记录(数据、图表、计算等)学生手写六、实验结果分析及问题讨论学生手写（谈谈使用原理图输入法和Verilog HDL语言设计两种方法的优劣心得。2. 谈谈PLD与专用芯片ASIC的最大区别。）西华大学实验报告（理工类）开课学院及实验室： 电气与电子信息信息学院 实验时间 ： 年 月 日学 生 姓 名学 号成 绩学生所在学院电气与电子信息学院年级/专业/班课 程 名 称EDA技术课 程 代 码106001589实验项目名称实验二、8位移位寄存器的设计项 目 代 码指 导 教 师林竞力项 目 学 分一、实验目的1熟习Quartus II软件的使用；2. 掌握用原理图输入法和硬件描述语言（Verilog HDL）两种方法来设计逻辑电路；3. 通过电路的仿真和硬件验证，进一步了解8位移位寄存器功能。二、实验原理移位寄存器主要是将串行输入的数据依次移入到寄存中，可用于串行预置初值、串并转换等场合。它主要在时钟作用下依次左移（或右移），通过非阻塞性过程赋值及for循环语句来实现。难点在于理解移位寄存器的工作原理后，用Verilog HDL语言的for循环语句、非阻塞性过程赋值来设计该移位寄存器。其难点是要仿真出移位寄存器的工作波形，然后通过观测仿真波形，来验证该移位寄存器的功能，并理解阻塞性过程赋值与非阻塞性过程赋值的区别。三、实验设备、仪器及材料电脑、EDA软件（Quartus II）、实验箱、下载电缆、连接导线。四、实验步骤（按照实际操作过程）用Verilog HDL语言设计移位寄存器的步骤：（1）、运行QUARTUS II软件（2）、启动File New菜单命令（如图4-1）；（3）、选择verilog hdl file，点击OK后，键入上面“二、实验内容”中的程序；（4）、在目录中存成shiter8.V 文件，然后进行编译。 （5）、仿真设计文件启动Quartus II File New菜单，选择other files中的vector waveform file。以默认文件名存盘，执行仿真命令，启动仿真并观察仿真波形，并 对设计电路的进行功能验证。 五、实验过程记录(数据、图表、计算等)学生手写六、实验结果分析及问题讨论学生手写（试设计一下8位右移移位寄存器，并比较8位左移和右移移位寄存器不同点）第 组 西华大学实验报告（理工类）开课学院及实验室： 电气与电子信息信息学院 实验时间 ： 年 月 日学 生 姓 名学 号成 绩学生所在学院电气与电子信息学院年级/专业/班课 程 名 称EDA技术课 程 代 码106001589实验项目名称实验三、十进制加法计数器的设计项 目 代 码指 导 教 师林竞力项 目 学 分一、实验目的1熟习Quartus II软件的使用；2. 掌握用Verilog HDL硬件描述语言来设计基于混合电路的十进制加法计数器；3. 通过电路的仿真和硬件验证，进一步了解加法计数器的功能，并深入理解Verilog HDL语言中组合逻辑电路和时序逻辑电路的设计。 二、实验原理实验设计的加法计数器的计数范围为20 100，当clk计数脉冲输入端有上升沿时，计数值count_reg 加1，再将count_reg加上20后输出到计数输出端count。本实验技术重点在于理解用组合逻辑电路和时序逻辑电路共同设计20 100加法计数器，并用Verilog HDL硬件描述语言来设计该加法计数器；并熟练掌握持续赋值语句（assign）和过程赋值语句（always）的使用。 其难点是在于合理使用持续赋值语句和if语句使计数器计数初值为20，并且计数终值为100，然后通过观测仿真波形，来验证该加法计数器的功能。三、实验设备、仪器及材料电脑、EDA软件（Quartus II）、实验箱、下载电缆、连接导线。四、实验步骤（按照实际操作过程）用Verilog HDL语言设计20 100加法计数器的步骤：（1）、运行QUARTUS II软件（2）、启动File New菜单命令，（3）、选择verilog hdl file，点击OK后，键入参考源程序程序；（4）、存成couter.V 文件，然后进行编译。 （5）、仿真设计文件 启动Quartus II File New菜单，选择other files中的vector waveform file。在波形图中，设置计数脉冲输入clk时钟波形，并将波形文件以默认文件名存盘。执行仿真命令，启动仿真并观察仿真波形，并对设计电路的进行功能验证。五、实验过程记录(数据、图表、计算等)学生手写六、实验结果分析及问题讨论学生手写（1. 如要将设计的加法计数器改为减法计数器，该如何修改设计？2. 如要在所设计的加法计数器基础上增加一个进位位输出，又该如何修改设计？）第 组 西华大学实验报告（理工类）开课学院及实验室： 电气与电子信息信息学院 实验时间 ： 年 月 日学 生 姓 名学 号成 绩学生所在学院电气与电子信息学院年级/专业/班课 程 名 称EDA技术课 程 代 码106001589实验项目名称实验四、基于LPM函数的加法电路设计项 目 代 码指 导 教 师林竞力项 目 学 分一、实验目的1熟习Quartus II软件的使用；2. 熟习使用LPM函数设计复杂的时序电路方法；3. 掌握锁定管脚、下载方法；二、实验原理在电路中调用LPM函数（又叫强函数），即参数化的电路功能模块。QUARTUS II软件支持的LPM函数种类较多，这里主要使用有加减法功能的LPM_ADD_SUB函数（其原理框如图所示。必须要设置好该LPM函数诸如加、减法控制器、其中一个加数是否为常数、数据宽度等参数，让其实现相应的功能。设置方法正如前述试验方法一和方法二所述。图4.1三、实验设备、仪器及材料电脑、EDA软件（Quartus II）、实验箱、下载电缆、连接导线。四、实验步骤（按照实际操作过程）用Verilog HDL语言设计四位加法器的步骤：（1）、运行QUARTUS II软件（2）、启动File New菜单命令（如图4-1）；（3）、选择verilog hdl file，点击OK后，键入上面“二、实验内容”中的程序；（4）、在目录中存成test_add.V 文件，点击菜单assignmentdevice，EPF10KLC84-3器件（family中的Flex10k），选择然后进行编译。 （5）、仿真设计文件 启动Quartus II File New菜单，选择other files中的vector waveform file。以默认文件名存盘，执行仿真命令，启动仿真并观察仿真波形，并 对设计电路的进行功能验证。 （6）、锁定管脚、编程下载。1）锁定管脚方法：点击工具栏图标如图所示：出现管脚锁定界面。图4.2管脚编辑过程如下：双击出现下拉菜单，再选择器件管脚。图4.3管脚锁定以后，重新编译一次。注意：芯片上有一些特定功能管脚，进行管脚编辑时一定要注意。另外，在芯片选择中，如果选Auto，则不允许对管脚进行再分配。2）、器件下载：点击工具栏图标如图所示：出现编程界面，点击hardware setup。图4.4 选择正确的编程电缆线。再点上图的Start完成编程下载。注意：如果不能正确下载，可点击Auto Detect按钮进行测试，查找原因，最后按OK退出。五、实验过程记录(数据、图表、计算等)学生手写六、实验结果分析及问题讨论学生手写（1、在仿真时rlt信号会出现毛刺，应如何消除该信号中的毛刺？2、如要将该电路改为一个减法器，又该如何设计？3、方法一与方法二的相互关系怎样？）第 组 西华大学实验报告（理工类）开课学院及实验室： 电气与电子信息信息学院 实验时间 ： 年 月 日学 生 姓 名学 号成 绩学生所在学院电气与电子信息学院年级/专业/班课 程 名 称EDA技术课 程 代 码106001589实验项目名称实验五、深度为4的8位RAM设计项 目 代 码指 导 教 师林竞力项 目 学 分一、实验目的1熟习Quartus II软件的使用；2. 掌握用硬件描述语言（Verilog HDL）来设计RAM电路；3. 通过电路的仿真和硬件验证，进一步了解RAM的功能及特点； 二、实验原理4 X 8位RAM的原理框图如图5-1所示，两位地址ad2:0组成4位深度，read、we 分别控制RAM的读、写，用if语句描述来区分是否读或写，而case语句则用描述RAM对某一个地址数据的操作。RAMweD7:0q7:0clkAd1:0read图5.1 RAM的原理框图本实验技术重点在于理解4 X 8位RAM的功能后，用Verilog HDL硬件描述语言来设计该电路；并掌握if及case语句的使用方法及技巧。其难点是要仿真出4 X 8位RAM的工作波形，然后通过观测仿真波形，来验证RAM设计是否能完成相应的功能。三、实验设备、仪器及材料电脑、EDA软件（Quartus II）、实验箱、下载电缆、连接导线。四、实验步骤（按照实际操作过程）用Verilog HDL语言设计移位寄存器的步骤：（1）、运行QUARTUS II软件（2）、启动File New菜单命令（如图4-1）；（3）、选择verilog hdl file，点击OK后，键入上面“二、实验内容”中的程序；（4）、在目录中存成RAM.V 文件，然后进行编译。 （5）、仿真设计文件 启动Quartus II File New菜单，选择other files中的vector waveform file。以默认文件名存盘，执行仿真命令，启动仿真并观察仿真波形，并 对设计电路的进行功能验证。 五、实验过程记录(数据、图表、计算等)学生手写六、实验结果分析及问题讨论学生手写（1. 时序电路的特点?2. 时序电路与组合电路的区别是什么?）第 组 西华大学实验报告（理工类）开课学院及实验室： 电气与电子信息信息学院 实验时间 ： 年 月 日学 生 姓 名学 号成 绩学生所在学院电气与电子信息学院年级/专业/班课 程 名 称EDA技术课 程 代 码106001589实验项目名称实验六、“101”序列检测器的设计项 目 代 码指 导 教 师林竞力项 目 学 分一、实验目的1熟习Quartus II软件的使用；2. 掌握用Verilog HDL硬件描述语言来设计“101”序列检测器；3. 通过电路的仿真，熟悉“101”序列检测器的工作原理。 二、实验原理在状态机设计中主要包括三个对象：1、当前状态，或称为现态（current state，CS）；2、下一个状态，或称为次态（next state，NS）；3、输出逻辑（out logic，OL）。相应的，在用verilog描述有限状态机时，有下面几种描述方式：1、三过程描述；2、双过程描述；3、单过程描述。本设计采用三过程描述，下面给出“101”序列检测器的状态转换图，共有4个状态：S0,S1,S2,S3,分别用几种方式对其描述。S0/0S1/0S3/1S2/01/1/0/0/0/1/1/0/图6.1“101”序列检测器的状态转换图三、实验设备、仪器及材料电脑、EDA软件（Quartus II）、实验箱、下载电缆、连接导线。四、实验步骤（按照实际操作过程）1、进入Windows 操作系统，双击Quartus II图标，启动软件。2、单击File New Project Wizard菜单，输入文件名路径与设计项目的名字fsm1_seq101，点击finish, 完成设计项目建立。3、点击Assignment Device菜单，选择器件（本设计选用EPF10K10）。4、启动File New菜单命令，新建verilog HDL file文件，并保存。5、在fsm1_seq101.v文件中写出代码并保存、编译6.2 保存文件、编写代码6、编译成功没有问题后，选择菜单中tools-netlist viewers，在出现的菜单中选择state machine viewer，产生状态图。图6.3 产生的状态图7、新建波形文件并保存，根据状态图、理解代码，用波形仿真“101”序列检测器的工作过程。根据对状态图、程序的理解给出input波形，并仿真。 五、实验过程记录(数据、图表、计算等)学生手写六、实验结果分析及问题讨论学生手写（1、用两个过程描述“101”序列检测器怎样编写程序；2、用单过程描述“101”序列检测器怎样编写程序。）