EDA技术实验指导书.doc

EDA技术实验指导书22020年4月19日文档仅供参考《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 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经过本课程的教学，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、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目 录前 言 I第一章 实验系统 11.1 系统整体结构 11.2 核心板 11.3 基础扩展模块 21.4 自动控制模块 31.5 信号处理模块 31.6 通信接口模块 4第二章 开发平台简介 52.1 Quartus II简介 52.2 Quartus II开发流程 5第三章 实验项目 9实验1 平台应用及全加器设计 9实验2 信号发生器设计 11实验3 数字电压表设计 13实验4 数字频率计设计 16实验5 交通灯控制器设计 19第一章 实验系统1.1 系统整体结构本实验指导书采用的EDA综合实验开发系统是我院电子信息与通信技术实验教学中心自主研制，整体结构如图所示。

1.2 核心板核心板采用Altera公司的EP4CE22E22C8N芯片，具有低内核电压、低功耗的特点芯片内部具有22320个逻辑单元，594kbit RAM嵌入式储存器，66个嵌入式18×18乘法器，4组通用PLL1、DIP开关主要功能是控制高低电平，经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、复位开关复位开关能够经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”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，能够模拟二进制数据输出4、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、储存在本系统中采用1个32M×8位的串行Flash W25Q256，经过对其编程控制，进行数据储存与提取如：语音存储与回放实验7、时钟使用50MHz有源晶振，能够为AD/DA和数字频率计提供参考时钟。

1.3 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、矩阵键盘模块、红外模块和温度模块1、时钟模块时钟模块中的主芯片是DS1302，DS1302由VCC1或VCC2（备用电池）两者中的较大者供电当VCC2大于VCC1＋0.2V时，VCC2给DS1302供电当VCC2小于VCC1时，DS1302由VCC1供电X1和X2是振荡源，外接32.768kHz晶振RST是复位/片选线，经过把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、数字信号源数字信号源由74HC04反相缓冲器、74HC163计数器、74HC4060计数器组成，24MHz晶振经过74HC04反相缓冲器输出5V，24M正弦波，经过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、数码管模块数码管模块使用的是4位共阴数码管，由两片74HC573驱动位选信号以及段选信号74HC573当锁存使能端LE为高时，这些器件的锁存对于数据是透明的（也就是说输出同步）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为片选端。

4、矩阵键盘模块4×4键盘主要是经过编程实现0～F的输入，也能够作为一个控制键其中行占用4个I/O，列占用4个I/O5、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38kHz当红外接收头接收到38kHz的信号时输出低电平“0”，反之输出高电平“1”，从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：刚启动时将进入低功耗等待状态，当需要执行温度测量和AD转换时，总线控制器发出[44H]指令完成温度测量和AD转换，DS18B20将产生的温度数据以两个字节的形式存储到高速暂存器的温度寄存器中，然后，DS18B20继续保持等待状态当DS18B20芯片由外部电源供电时，总线控制器在温度转换指令之后发起“读时隙”，从而读出测量到的温度数据经过总线完成与单片机的数据通讯，DS18B20正在温度转换中由DQ引脚返回0，转换结束则返回11.4 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、交通灯控制交通灯控制为模拟十字路口交通灯的控制，有红、绿、黄3种指示灯，共4个方向，分12个IO口控制。

LED灯的负极接在FPGA的IO口上，正极经过一个1K的限流电阻接在+3.3V电源上， LED指示灯的亮灭经过控制相应的IO口输出电平来实现2、步进电机控制经过将脉冲信号转变成角位移实现步进电机的精确定位，共用到4个IO口控制其正反转时IO口需按照一定顺序输出高低电平步进电机的驱动芯片为L293DD，有4个输入引脚4个输出引脚，输入输出引脚的电平关系是一一对应的，每个输出引脚能输出600mA的电流3、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，高电平占的比重越多，电机转速就越快经过PNP三极管S8550提供大电流驱动直流电机，当IO口为高电平时，三极管不导通，反之则导通1.5 信号处理模块信号处理模块有AD采集、DA输出、语音采集、语音回放和电压调节部分1、AD采集AD采集部分是由AD9280采集芯片采集，信号经过SMB接口输入AD8065调节后送入AD采集AD9280是一款单芯片、8位、32 MSPS模数转换器（ADC），采用单电源供电，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300Hz~3.4Khz带通滤波电路组成，语音信号可由MIC接口或驻极体咪头输入，经放大电路后滤波输出至AD部分采集电压调节部分是由5V加在可调电阻上，实现输出电压0~5输出可调经过输入AD采集前级电路调节偏置后输入AD采集2、DA输出DA输出部分是由AD9708芯片差分输出，信号经过七阶巴特沃斯滤波后经过AD8065差分相减后再经AD8065放大后由SMB接口输出AD9708是TxDAC系列的8位分辨率成员系列的高性能，低功耗的CMOS数字-模拟转换器（DAC）该TxDAC系列包括针兼容8位，10位，12位，14位DAC，是专门opti-而得到优化用于通信系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提供出众的交流和直流性能同时支持更新速率高达125MSPS语音回放部分由滤波电路及功率放大LM386部分组成信号由喇叭输出语音信号由DA输出至滤波电路滤波，可经过调节阀调节信号幅度1.6 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接口经过一个标准的DB9母头和外部的串口线连接带有串口的电脑或者其它设备，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，经过PS/2口，仅仅需要两个IO口，就能够扩展一个键盘3、RS485接口RS485接口经过MAX485芯片实现逻辑电平转换，经过两个端口和外部RS485设备连接，即A和B，不需要GND，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接口主要是经过编程实现VGA视频信号在监视器上显示，其中包含R、G、B、HS、VS来控制视频显示第二章 开发平台简介2.1 Quartus II简介Quartus II是Altera公司的综合性EDA开发软件，支持原理图、VHDL、Verilog HDL和AHDL等设计模式，内嵌综合器和仿真器，能够完成从设计输入到硬件配置的完整设计流程Quartus II支持Altera的IP核，集成了LPM/MegaFunction宏功能模块库，简化了设计的复杂性、加快了设计速度。

用户能够使用第三方EDA工具2.2 Quartus II开发流程一、创立工程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3、新建文件单击工具栏上的按钮或菜单File | New选择Design Files下的Block Diagram/Schematic File，新建原理图文件选择Design Files下的Verilog HDL File，新建源程序文件选择Memory Files下的Hexadecimal File或Memory Initialization File，新建内存初始化文件选择Verifica/Debugging Files下的Unive Program VWF，新建仿真波形文件在原理图编辑窗口双击左键，即可打开插入元件对话框展开元件所在的类的图标，或直接在Name框中输入元件名称，可找到需要的元件单击MegaWizard Plug-In Manager按钮，即可启动宏功能定制向导4、保存文件单击工具栏上的按钮或菜单File | Save As，保存文件。

在工程视图中，如果没有所需文件的图标，选中Files图标，单击右键后选择Add/Remove Files in Project单击文件管理对话框中的按钮，找到所需文件后，单击按钮可将文件加入工程，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。