可编程逻辑器件软件MAX--PLUS-II.doc

可编程逻辑器件软件MAX+ PLUS II
MAX+ PLUS II( Multiple Array Matrix and Programmable Logic User System II )是Altera公司为可编程逻辑器件PLD(Programming  Logic Driver)器件应用、逻辑电路设计、仿真开发的软件平台。MAX + PLUSⅡ运行在Windows操作系统的软件。它的功能全，可以使用的器件类型比较广泛。MAX+ PLUS II的主要技术特点如下：
1) 适用范围广泛。MAX+ PLUS II除了支持Altera系列PLD外，也支持在其它芯片上设计逻辑电路。
2) 与器件结构独立。MAX+ PLUS II提供了与器件结构独立的设计环境和综合功能，用户可以在设计过程中不考虑具体的器件结构。
3) 通用性强。MAX + PLUS II的软件设计环境是开放的。它符合工业标准的EDA软件。它提供了与EDA工具的接口。对大多数EDA工具，接口由MAX+ PLUS II软件内部的相关框架协议自动完成。
4) 兼容性好。MAX + PLUS II软件可与其它工业标准设计输入、综合与校验工具链接。用户可使用Altera设计输入工具去建立逻辑设计。使用MAX + PLUS II能够对Altera的器件进行逻辑电路设计、运行和仿真。
5) 自动化程度高。MAX + PLUS II软件集成了设计输入、处理与校验功能。他可以减轻设计人员的工作量，加快动态调试，缩短开发周期，取得较高的设计效率。
6) 帮助系统完善。MAX + PLUS II软件的帮助系统功能齐全，有丰富的图表与设计实例，为设计者提供很大的方便。
下面介绍使用MAX + PLUS II软件的图形编辑器设计和仿真一位8421BCD码转换成余3 BCD码合逻辑电路，使用VDHL语言设计和仿真三位二进制加1计数器同步时序逻辑电路。通过学习，初步掌握MAX + PLUS II软件的使用方法。
C.1 MAX + PLUS II软件环境
C.1.1 MAX + PLUS II管理器
MAX + PLUS II管理器窗口如图C-1 所示。在这个界面里，用户可以进入全部的应用程序，可以执行的命令在应用程序界面也可运行。管理器窗口包括标题栏、菜单栏、工具栏、状态栏和工作显示区等。在标题栏中提示了当前文件及工程的路径。在状态栏中提示所选的菜单活工具的功能。

                    图C-1  MAX + PLUS II管理器
C.1.2 MAX + PLUS II软件的MAX + PLUS II菜单栏
1. MAX + PLUS II菜单，如图C-2所示。单击这一菜单，可以显示MAX + PLUS II菜单的下拉菜单。选择其中任何一个菜单选项，可打开该程序的界面。MAX + PLUS II菜单包括层次显示器（Hierarchy Display），图形编辑器（Graphic Editor），符号逻辑器（Symbol Editor），文本编辑器（Text Editor ），波形逻辑器（Waveform Editor），平面逻辑器（Floorplan Editor），编译器（Compiler），仿真器（Simulator），定时分析器（Timing Analyzer），编程器（Programmer），消息处理器（Massage Processor   ）。

图C-2  MAX + PLUS II菜单栏
2. File菜单。如图C-3所示。同大多数软件一样，File菜单包含管理文件的基本操作。例如新建一个文件、打开已有文件、删除指定文件、退出MAX + PLUS II等。在File菜单中，还有另外三个操作，他们是，

1) Project选项。向用户提供对所设计工程文件的操作界面。它的子菜单中包括确定工程名称、将工程设定为当前文件、工程的编译、仿真、检查和工程备份选项等。Project选项为用户设计工程提供了方便。
2) Hierarchy Project Top选项用于打开顶层工程设计文件。
3) MegaWizard Plug-In Manager选项。帮助用户创建或修改自定义的函数，然后在设计文件中说明它。它利用Altera公司提供的标准函数库和参数模型库简化设计过程。
3. Assign菜单。如图C-4所示。该菜单向用户提供对所设计系统各个参数赋值的命令。

图C-4  Assign菜单
4. Option菜单。如图C-5所示。该菜单帮助用户对软件使用中的一些特性进行设置。
1) User Libraries选项。使用户确定自己的库，其中包含图元文件和设计文件等。当编译器对工程进行编译时，首先在当前工程目录中查找，接下来在用户自定义的目录中查找。
2) Color Palette选项。用于打开颜色调整对话框。MAX + PLUS II对软件中的各个项目及工作环境的颜色设置为默认值。用户可根据自己的要求进行调整。
3) License Setup选项。用于打开License Setup对话框。该对话框使用户确认License.dat文件的位置。使软件通过授权，使用全部功能。
4) Preferences选项。使用户可以对软件使用中的一些特性进行选择。例如：是否在关闭软件前请示用户，是否在删除文件前请示用户，是否在编译器运行时使窗口最小话，是否在仿真时使窗口最小化，是否显示工具栏，是否显示状态栏、是否在软件开始运行时打开最新的工程。

图C-5  Option菜单
5. Help菜单。该菜单向用户提供各个MAX + PLUS II帮助选项。
C.1.3  MAX + PLUS II的工具栏
MAX + PLUS II的工具栏向用户提供菜单中快捷键方式。下面是工具栏中向用户提供菜单快捷方式。
1) （Shift + F1）快捷键为上下文相关帮助按钮。它提供即时帮助。单击该按钮，显示器中鼠标会变成带问号标记的形状，然后将它指向所需帮助的地方，在大多数情况下都可得到相关的信息。
1)     快捷键为设计层次显示的快捷方式，使用它可以打开层次显示器窗口。
2)     快捷键为设计平面编辑的快捷方式，使用它可打开平面编辑器窗口。
3)     快捷键为编译器的快捷方式，使用它可打开编译器窗口。
4)     快捷键为仿真器的快捷方式，使用它可打开仿真器窗口。
5)     快捷键为定时分析器的快捷方式，使用它可打开定时分析起窗口。
快捷键为编程器的快捷方式，使用它可打开编程器窗口。
6)       （Ctrl + J）快捷键：工程名确认按钮。单击它，会打开工程名称对话框，在这里可以更改或确定设计层次中的顶层工程名或程序名。
7)     （Ctrl + T）快捷键为顶层工程按钮。单击它，将把顶层设计层次中的文件打开。
10)  (Ctrl + K) 快捷键为工程文件存盘和检测按钮。单击它，将保存目前的工程并部分编译。即把工程提交给编译器中的网表生成器并建立数据库。
11) （Ctrl + L）快捷键为工程文件存盘编译按钮。将保存所有的编译器输入文件，打开编译器并开始编译目前的工程。
12) （Ctrl + Shift + L）快捷键为工程存盘仿真按钮。将保存具有仿真格式的文件，打开仿真器并开始对目前的工程进行仿真。
C.2使用MAX + PLUS II软件设计逻辑电路
MAX + PLUS II的设计逻辑电路过程如图C-6所示。，如果在设计过程中某一步出错或未达到设计要求，则应当修正设计，直到正确为止。

               图C-6   MAX + PLUS II的设计逻辑电路过程
1) 输入设计项目
在MAX + PLUS II中输入逻辑电路可以通过图形编辑器、文本编辑器和波形编辑器。使用的输入方法不同，生成的设计文件也不同，如图C-7所示。图形编辑器设计逻辑电路生成的设计文件的扩展名为.gdf。文本编辑器设计逻辑电路生成的设计文件的扩展名为.vhd。波形编辑器用于在仿真时，编辑输入信号的波形。

                 图C-7  输入设计项目及文件类型
2) 编译设计项目
根据设计项目要求设定编译参数和编译策略，如选定器件、锁定引脚、设置逻辑综合方式等等。然后，根据设定的编译参数和编译策略对设计项目进行网表提取，逻辑综合，器件适配。编译后产生报告文件、器件编程文件，提供分析、仿真和编程用，如图C-8所示。

                图C-8编译设计项目
3) 校验设计项目
项目校验方法包括功能仿真、模拟仿真和定时分析。
功能仿真时是在不考虑器件延时的理想情况下的验证方法。功能仿真可以用来验证一个项目的逻辑功能是否正确。模拟仿真（也称时序仿真）是在考虑设计项目具体器件的各种延时的情况下，仿真设计项目的一种项目验证方法。时序仿真不仅测试逻辑功能，还测试目标器件最差情况下的时间关系。通过时序仿真，在把项目编程到器件之前全面检测项目，以确保在各种可能的条件下都有正确的响应。MAX + PLUS II的仿真过程如图C-9所示。定时分析用来分析器件引脚及内部节点间的传输路径延时，时序逻辑的性能（如最高工作频率、最小时钟周期等）以及器件内部各种寄存器的建立/保持时间。

                       图C-9  校验设计项目
4) 编程验证设计项目
用MAX + PLUS II编程器通过Altera编程硬件或其它工业标准编程器将经过仿真确认后的编程目标文件编入所选定的Altera CPLD器件中，然后加入实际激励信号进行测试，检查是否达到设计要求。
C.2.1使用图形编辑器设计逻辑电路和仿真运行
完成一个逻辑电路的设计和仿真运行，要涉及到如以下几个步骤。下面结合例子说明使用图形编辑器设计组合逻辑电路的过程。
例C-1设计把一位8421 BCD码转换成余三码的组合逻辑电路。使用MAX + PLUS II软件创建该电路的图形文件，给出逻辑功能的仿真图形。
第一步，设一位8421 BCD码转换成余3 BCD码组合逻辑电路输入变量为A8，A4，A2，A1，输出变量为B3， B2，B1，B0。它的框图如下:

使用组合逻辑的设计方法设计一位8421BCD码转换成余3 BCD码，它的逻辑函数表达示如下：

第二步，逻辑设计的项目命名
MAX + PLUS II软件设计逻辑电路以和仿真是以项目为单位进行的。因此，使用MAX + PLUS II软件进行仿真一个逻辑电路设计时，首先要为这个逻辑电路建立一个项目，以及为项目起一个名字。如果一个项目中有多个文件的话，这多个文件要存储在这个文件项目名中，或者是存储在这个项目名的层次结构中。对于每一个项目名，应当单独建立一个目录存放这个项目。在MAX + PLUS II软件中保存项目名字时的时候，前面可以添上目录名字，MAX + PLUS II会自动地建立这个目录。必须注意，命名的项目名字必须同项目中的文件名相同，例如图形文件名，文本文件名。
设在“F”盘下有一目录“MAX-EXAM”，也就是“F：\MAX-EXAM”。一位8421 BCD码转换成余3 BCD码的项目名为“8421-EXCESS3”，
建立项目的名字步骤入下：
1) 单击菜单项/File/Project/Name，出现Project Name对话框，如图C-10所示。

图C-10  Project Name对话框
2) 在Drives中选择f：在Directories中选择MAX-EXAM为当前目录；
3) 在Project Name中输入EXAM\8421- EXCESS3；EXAM1为新建的子目录，8421- EXCESS3为项目名字，单击OK按扭。这样就建立了一个项目，项目名称是“8421- EXCESS3”。
第三步，建立图形文件
建立图形文件是在图形逻辑器环境中完成的。MAX + PLUS II软件中的图形编辑器是一个直观的设计输入，提供给用户输入逻辑电路的原理图。在图形逻辑编辑器环境中，MAX + PLUS II提供有种类齐全的图元，例如74系列逻辑电路符号。还有宏模块库。在图形逻辑器环境中完成逻辑电路原理图的设计比较方便。
建立新的图形文件步骤如下：
1) 单击菜单项File/New，出现 New对话框，如图C-11所示。

图C-11  New对话框
2) 在New对话框中选择Graphic Editor File，即选择图形编辑器环境。
3) 在New对话框中的右上角的下拉列表中选择.gdf，.gdf是建立新的图形文件的扩展名；
4) 单击OK按扭，出现图形编辑器；如图C-12 所示。在图形编辑容器中，左边是为图形编辑提供的工具，如光标工具 ，如文本工具 ，直角线工具 ，直线工具 等。

图C-12  图形编辑器
5) 单击菜单项File/Save，出现Save as对话框，如图C-13所示。

6) 在Save As对话框中，选择Directories中，选择f：的MAS-EXAM\Eaxm1为当前目录，在File Name中输入8421-EXCESS3.gdf；必需注意输入的图形文件名必须与项目名相同。
7) 保存新建图形文件名，单击OK按扭，8421-EXCESS3.gdf文件保存在Exam1目录下了。
第四步，输入图元构成组合逻辑电路图
在第一步中得到的逻辑函数表达式，构成逻辑电路图要用到“与”门，“非”门，和“或”门，这些门电路在MAX + PlusⅡ中称为图元。在8421-EXCESS3.gdf图形逻辑编辑器需要用到“与”门，“非”门，和“或”门的图元是7432（与门），7408（或门），7404（非门）。输入图元的步骤如下：
1) 选择图元。在图形编辑器空白处双击鼠标右键，出现Enter　Symbol对话框，如图C-14所示。在Symbol　Libraries滚动框中列出了能够用于在图形编辑器中使用的图元和宏功能符号库，其中：
Prim：是Altera图元,
mf：7400系列逻辑的电路，触发器，输入引脚，输出引脚,
mega－lpm：参数化模块,
本图形逻辑器中构成逻辑电路图使用mf中的图元即可。

图C-14  选择图元
选择图元方法是，例如选择7432，双击Symbol　Libraries中的mf，mf中的图元显示在Symbol File文本框中。在Symbol　File框内选择7432，使它变蓝，然后双击7432，这样7432或门符号便出现在图形逻辑器中。在图形逻辑器中它的边框为红色矩形，表示当前激活7432。在图形编辑容器中，可以对图元进行复制和移动。复制图元的方法是，把鼠标箭头放到红色矩形框中，单击鼠标右键，在快捷菜单中选择“Copy”命令；然后把箭头放到图形逻辑编辑器的空白处，单击鼠标右键，在快捷菜单中选择Paste，命令复制的7432或门出现在图形逻辑编辑器中。移动图元的方法是用鼠标左键单击某个7432，该7432图元边框为红色，然后把鼠标箭头放到红色矩形中，按住鼠标左键移动，松开鼠标左键，图元便移动到另一个位置。图元可以旋转角度，方法是首先选择 编辑模式，在激活7432状态的时候，单击鼠标右键，在快捷菜单中选择Rotate／90０，可以使图元7432旋转90０。删除图元的方法是激活图元，单击鼠标右键，用cut命令即可。用同样的方法输入7408“与”门，7404“非”门图元。根据第一步中的逻辑函数表达式，在图形编辑器的合适位置放置所需的全部的图元。
2) 对图元进行连线。在图形编辑容器中对图元进行连线是首先选择图形编辑容器左边的 或者是 连线模式。 称为正交线工具，它可以画直线或者是直角线，如果需要画多个直角线，则需要画多次才能完成。 工具只能画直线。删除该连线的方法是在 和 的模式把鼠标移动到被删除的直线处，单击鼠标右键使连线变成红色，在快捷菜单中选择cut，连线即可删除。
3) 产生和消除交叉的结点。如果有两根线交叉需要产生结点时先用鼠标单击两根线的交叉处，然后按下 工具，交叉处就有交叉结点出现。如果去掉某个交叉结点，使用鼠标单击交叉结点，然后按下 工具，交叉结点即可消去。
4) 输入，输出引脚及命名。在图形编辑器中用图元组成逻辑电路图的输入输出引脚要进行命名。在MAX + PLUS II软件中引脚也是由图元提供。因此，逻辑电路图输入完毕后，要为每一个输入端和输出端给一个INPUT，OUTPUT图元，然后给每一个INPUT，OUTPUT图元命名名字，步骤如下：
(1) 双击Symbol Libraries中的prim，prim中的图元在Symbol File   框中显示，在Symbol File 框中选择INPUT和OUTPUT是分别双击INPUT和OUTPUT图元，INPUT和OUTPUT图元均出现在图形编辑器中。
(2) 激活某个INPUT图元，使边框为红色矩形，再单击INPUT图元中的“PIN-NAME“或者把鼠标箭头放到红色矩形区域里，单击鼠标右键，在快捷菜单中选择 Edit Piu Name，“PIN-NAME”的边框为红色矩形。输入B8，这样逻辑电路图的一个输入端被命名为B8了。用同样的方法编辑逻辑电路图的引脚为B4，B2，B1。
(3) 把INPUT 图元旋转900，激活某个INPUT图元，使之边框为红色的矩形。把鼠标箭头放到红色矩形中，单击鼠标右键，在快捷菜单中选择Rotate/900，可以使INPUT 图元旋转900。然后再把INPUT图元拖到合适的位置上。
(4) 激活某个OUTPUT 图元，命名输出端为A3，A2，A1，A0，把OUTPUT图元拖动到合适的位置上。
经上述四步，输入图元，图元之间连线， 标上结点和输入，输出引脚命名，在图形逻辑电路图中完成了一个逻辑电路图的输入。使用File/Save保存逻辑电路图。
从以上可以看出，用MAX + PLUS II软件中的图形编辑器构成逻辑电路图在操作上很直观和方便。8421-EXCESS.gdf的组合逻辑电路图如图C-15所示

第四步，检查逻辑电路。为了检查输入的逻辑电路是否正确，MAX + PLUS II提供了对.gdf逻辑电路图进行错误检查的功能，提取和显示错误，步骤如下：
1)在图形逻辑编辑器环境中，打开8421-EXCESS3.gdf文件，选择File/Project/Save &Check子菜单，给出编译后的提示，如图C-16 所示
2) 如果编辑器发出了错误和警告和错误的提示，可单击容器中的Message按扭选择一条消息， MAX + PLUS II可以定位到图形逻辑编辑器中出错的地方。进行修改，直到错误和警告为0时为止。

图C-16  显示 8421-EXCESS.gdf文件的信息
C.2.2使用波形编辑器仿真
    在图形编辑器中建立图形文件8421-EXCESS3.gdf后，MAX + PLUS II软件提供波形编辑器对建立的图形文件进行仿真，验证逻辑电路在功能上是否能够实现设计要求。仿真是项目验证的一种手段，在 MAX + PLUS II中仿真包括功能仿真和模拟仿真。功能仿真是在不考虑器件延时的理想情况下的验证方法，用来验证逻辑功能是否正确。模拟仿真是考虑具体适配器件的各种延时的情况下的验证方法。
下面介绍在MAX + PLUS II软件中对逻辑电路进行仿真的步骤：
1.打开项目，单击File/open，打开项目8421-EXCESS3。
2．  建波形仿真文件.scf
1) 单击File/New，出现图C-17  所表示的对话框。

图C-17  New对话框
2) 在New对话框中选择Waveform Edit File，即选者仿真波形编辑器。
3) 在New对话框中的右上角的下拉列表框中选择.scf，.scf是新建的波形文件的扩展名
4) 单击OK按扭，出现波形编辑容器，如图C-18  所示。

图C-18  MAX-PlusⅡ的波形编辑器容器
5) 建立仿真文件，单击菜单FILE/SAVE，出现Save As对话框，选择f：的MAX-EXAM\EXAM1为当前目录，在File Name中输入8421-EXCESS3波形文件名，波形文件名也要同项目名相同。至此仿真文件已经建立。
3．设定时间轴网格大小。单击菜单Option/Grid Size出现Grid Size对话框，在Grid Size文本框中输入20ns，单击OK按扭，这时波形编辑器容器中会在纵向上每40ns有一个竖线。网格大小的设置用于表示信号周期状态的维持时间
4. 定时间轴长度，单击菜单File/End Time，输入3.0µs。这个时间是波形文件的结束时间，它决定在仿真过程中何时终止施加输入向量。
5. 向仿真编辑器输入图形编辑器中逻辑电路的输入，输出引脚。在仿真逻辑器容器空白处单击右键，在快捷菜单选择Enter Nodes from SNF，然后出现结点对话框，如图C-19所示。在Type下的INPUT，OUTPUT，和Group前的多选框中打上√ ，按下List按扭。右边的文本框中是8421-EXCESS3.gdf文件中输入、输出引脚名字。按中间的“﹦﹥”按扭，左边的输入、输出引脚名字全部移到了右边。按OK按扭，8421-EXCESS3.gdf中的输入、输出引脚名列在波形编辑器的Name列的下面。这时在波形编辑器中每一个输入，输出都没有被编辑，默认是低电平。

图C-19  Enter Nodes from SNF对话框

6.编辑输入脚的波形。编辑波形的目的是为仿真提供输入向量。如图C-20所示。

编辑A8输入脚的波形，点击A8然后点击左边的图形工具 ，则用低电平覆盖了整个A8波形，在A2波形处按下鼠标，拖五格处在松开，这时区间为黑；点击左边的图形工具 ，则该区间为高电平。此时第一个时间段逻辑电路A8 A4 A2 A1输入为“0010”，第二个时间段逻辑电路A8 A4 A2 A1输入为“0101”，。
7.选择菜单MAX + PLUS II/Simulator，出现MAX + PLUS II仿真器容器。输出仿真波形记录在8421- EXCESS3.scf文件中。
8.分析仿真结果。在仿真容器中选择Open SCF按扭，即打开8421- EXCESS3.Scf文件。移动参考线到仿真器中的不同位置，可以查看参考线所在的位置的输入和输出转换是否正确。逻辑电平的值显示在Value位置上。如图C-21    所示。图中A8 A4 A2 A1输入为“0101”，B3 B2 B1 B0输出为“1000”，也就是把8421 BCD码“0101”，转换成了余3 BCD码“1000”。
如果在仿真波形中发现问题，则要回到前面的步骤去进行修改。一般来讲，为了得到期望的仿真结果，多次重新编辑修改输入信号，重复仿真设计项目。

图C-21  仿真结果分析