Quartus_II8.0入门教程

入门教程

学习情境二：QuartusII原理图输入法 学习情境二：QuartusII原理图输入法

入门教程

技术》 《EDA技术》 技术

主要内容项目任务 项目目标 实施步骤 相关知识 评价与总结

Electronic Design Automation

入门教程

绵阳职业技术学院 信息工程系

A. 项目任务

入门教程

技术》 《EDA技术》 技术

【要求】 要求】应用原理图方法设计八位二进制加法器

【知识点】 知识点】应用原理图方法设计八位二进制加法器 理解 Quartus II原理图输入法 原理图输入法 掌握 Quartus II原理图层次化设计方法 原理图层次化设计方法 理解 Quartus II器件编程 器件编程

【重点和难点】 重点和难点】应用原理图方法设计八位二进制加法器下一页Electronic Design Automation4

入门教程

技术》 《EDA技术》 技术

§2.1 §2.2 §2.3 §2.4

工作任务的陈述与背景 完成工作任务的引导 相关技术基本知识与基本技能 小结

上一页Electronic Design Automation5

入门教程

技术》 《EDA技术》 技术

§2.1 工作任务的陈述与背景

一、任务的陈述设计一个八位二进制加法器:要求在 设计一个八位二进制加法器 要求在Quartus II 8.1软件平台上用 要求在 软件平台上用 原理图方式和层次化方法设计出一个八位二进制加法器， 原理图方式和层次化方法设计出一个八位二进制加法器，并通过编译及 仿真检查设计结果。 仿真检查设计结果。

二、任务的背景加法器是数字系统中的基本逻辑器件，也是最基本的数字算法， 加法器是数字系统中的基本逻辑器件，也是最基本的数字算法，无论 乘法、减法、除法或 运算最终也要分解为加法运算。 乘法、减法、除法或FFT运算最终也要分解为加法运算。因此，加法器 运算最终也要分解为加法运算 因此， 的设计是一个最基础的设计之一。 的设计是一个最基础的设计之一。

返 回Electronic Design Automation6

入门教程

技术》 《EDA技术》 技术

§2.2 完成工作任务的引导

一、资讯为了完成八位二进制加法器的设计，首先要进行以下几点的准备工作 为了完成八位二进制加法器的设计，首先要进行以下几点的准备工作: 1.了解加法器及相关基本知识 了解加法器及相关基本知识 ①半加器的定义、真值表、逻辑表达式、元件符号; 半加器的定义、真值表、逻辑表达式、元件符号 ②全加器的定义、真值表、逻辑表达式、元件符号; 全加器的定义、真值表、逻辑表达式、元件符号 ③多位加法器的构成方式、特点。 多位加法器的构成方式、特点。 通过对加法器相关知识的阅读和分析， 通过对加法器相关知识的阅读和分析，思考用于什么方式进行八位二进制 加法器的设计。 加法器的设计。 2. Quartus Ⅱ 8.1软件的基本使用 软件的基本使用 查阅相

关书籍、网页资料，掌握QuartusⅡ8.1软件的基本使用方法。 查阅相关书籍、网页资料，掌握 Ⅱ 软件的基本使用方法。 软件的基本使用方法下一页Electronic Design Automation7

入门教程

技术》 《EDA技术》 技术

§2.2 完成工作任务的引导3.理解层次化设计的方法 理解层次化设计的方法 为了使设计八位的二进制加法器变得容易理解且易于设计， 为了使设计八位的二进制加法器变得容易理解且易于设计，那么采用层 次化的方法设计就能使设计变得条理清晰，简单易懂， 次化的方法设计就能使设计变得条理清晰，简单易懂，如何用 QuartusⅡ8.1软件进行层次化设计以及设计原理图的时候，如何把层次的 Ⅱ 软件进行层次化设计以及设计原理图的时候 软件进行层次化设计以及设计原理图的时候， 关系理好，这是一个要思考的问题。 关系理好，这是一个要思考的问题。

二、计划根据上节中的知识，制订设计方案如图 所示 所示。 根据上节中的知识，制订设计方案如图2-1所示。

三、决策从方案上看，设计方案至少有 种 下面来对这3种方案进行分析 种方案进行分析: 从方案上看，设计方案至少有3种，下面来对这 种方案进行分析 一般来说，多位加法器的构成方式主要分为并行进位和串行进位两种。 一般来说，多位加法器的构成方式主要分为并行进位和串行进位两种。 并行进位一般来说速度快、占用资源多 而串行进位一般速度慢 而串行进位一般速度慢、 并行进位一般来说速度快、占用资源多;而串行进位一般速度慢、上一页Electronic Design Automation

下一页8

入门教程

技术》 《EDA技术》 技术

§2.2 完成工作任务的引导占用资源少。同时实验表明， 占用资源少。同时实验表明，四位二进制并行加法器和串行级联加法器占 用几乎相同的资源。这样， 用几乎相同的资源。这样，多位数加法器由四位二进制并行加法器级联构 成是较好的选择。因此，采取第一种方案是实际设计中较好的选择， 成是较好的选择。因此，采取第一种方案是实际设计中较好的选择，但是 ，由于本书的是针对初学者，考虑到浅显易懂的宗旨，我们在设计的时候 由于本书的是针对初学者，考虑到浅显易懂的宗旨， 主要介绍第一种设计方法，只在章节后对第一种设计方法作简略的介绍。 主要介绍第一种设计方法，只在章节后对第一种设计方法作简略的介绍。

四、实施①根据第一种设计方案，首先，制作底层半加器，根据数字电路中组 根据第一种设计方案，首先，制作底层半加器， 合逻辑电路的设计方法，根据定义，列真值表，写逻辑表达式， 合逻辑电路的设计方法，根据定义，列真值表，

写逻辑表达式，画出它的 逻辑电路图，然后用原理图方式 软件的使用 请参看本书3.3示节 软件的使用， 示节)进行半 逻辑电路图，然后用原理图方式(软件的使用，请参看本书 示节 进行半 加器的设计。 所示。 加器的设计。如图2-2所示。 所示上一页Electronic Design Automation

下一页9

入门教程

技术》 《EDA技术》 技术

§2.2 完成工作任务的引导编译通过后，生成半加器的元件符号 图 编译通过后，生成半加器的元件符号(图2-3),以便设计全加器时调用。 ,以便设计全加器时调用。 所示。 ②同理，再进行一位全加器的设计，如图2-4所示。 同理，再进行一位全加器的设计， 所示 编译后，生成全加器的元件符号 图 编译后，生成全加器的元件符号(图2-5),以便设计八位加法器时调用。 ,以便设计八位加法器时调用。 所示。 ③采用串行进位的方式，进行八位二进制加法器的设计，如图2-6所示。 采用串行进位的方式，进行八位二进制加法器的设计， 所示 编译正确后，即完成了八位二进制加法器的前期设计工作。 编译正确后，即完成了八位二进制加法器的前期设计工作。

上一页Electronic Design Automation

下一页10

入门教程

技术》 《EDA技术》 技术

§2.2 完成工作任务的引导

五、检查QuartusⅡ 8.1软件的编译工具，主要是检查原理图或程序语法上是否有 Ⅱ 软件的编译工具， 软件的编译工具 错误，但不能验证逻辑关系是否有错误， 错误，但不能验证逻辑关系是否有错误，验证所设计的电路是否符合设计的 要求，需要利用仿真工具进行波形仿真。 要求，需要利用仿真工具进行波形仿真。下面对八位二进制加法器的各个底 层模块和顶层模块进行仿真，以验证所设计的原理图逻辑上是否符合设计的 层模块和顶层模块进行仿真， 要求。 要求。 半加器仿真波形如图 所示 所示。 半加器仿真波形如图2-7所示。 全加器仿真波形如图 所示 所示。 全加器仿真波形如图2-8所示。 八位二进制加法器仿真波形如图 所示 所示。 八位二进制加法器仿真波形如图2-9所示。 可以看到，所设计的八位二进制加法器完全符合要求。如果有条件， 可以看到，所设计的八位二进制加法器完全符合要求。如果有条件，可以 把源代码下载到硬件中做最后的验证。 把源代码下载到硬件中做最后的验证。上一页Electronic Design Automation

下一页11

入门教程

技术》 《EDA技术》 技术

§2.2 完成工作任务的引导

六、评估采用串行进位的方式所设计的八位二进制加法器在编译后， 采用串行进位的方式所设计的八位二进制加法器在编译后，可以看到它 的延时情况，如图2-10所示。 的延时情况， 所 产生了20.501 ns的延

时，那么 的延时， 可以看到，比如管脚 a[0] 到管脚 sum [7] 产生了 以看到，比如管 的延时 ，之前我们讨论到，采用图2-1所示的方法一进行的八位二进制加法器的设 之前我们讨论到，采用图 所示的方法一进行的八位二进制加法器的设 计是最优的设计方案，下面，简单介绍方案一的设计方法， 计是最优的设计方案，下面，简单介绍方案一的设计方法，并与方案一进行 比较，以突出优劣。 比较，以突出优劣。 首先，进行四位并行加法器的设计，逻辑图如图2-11所示。 首先，进行四位并行加法器的设计，逻辑图如图 所示。 所示 使用Quartus Ⅱ8.1软件，用原理图的方式设计出四位二进制并行加法器 软件， 使用 软件 的电路图， 所示。 的电路图，如图2-12所示。 所示

上一页Electronic Design Automation

下一页12

入门教程

技术》 《EDA技术》 技术

§2.2 完成工作任务的引导仿真的波形图如图 所示。 仿真的波形图如图2-13所示。 所示 然后用串行的方式设计出八位二进制加法器的原理图， 所示。 然后用串行的方式设计出八位二进制加法器的原理图，如图2-14所示。 所示 仿真的波形图如图 所示。 仿真的波形图如图2-15所示。 所示 采用方案一所设计的八位二进制加法器的延时情况如图2-16所示。 采用方案一所设计的八位二进制加法器的延时情况如图 所示。 所示 可以看到管脚 A[0] 到管脚 S[7] 所产生的延时是 所产生的延时是16.167 ns,与之前方案 ， 中相同管脚所产生的20.501 ns减少了 减少了4.334 ns ,用两个四位并行加法器所 中相同管脚所产生的 减少了 构成的八位加法器所产生的延时示于用串行进位构成的八位加法器。 构成的八位加法器所产生的延时示于用串行进位构成的八位加法器。

上一页Electronic Design Automation

返 回13

入门教程

技术》 《EDA技术》 技术

§2.3 相关技术基本知识与基本技能

一、QuartusⅡ原理图输入法 Ⅱ应用数字逻辑电路的基本知识，使用 应用数字逻辑电路的基本知识，使用QuartusⅡ原理图输入法可非常方 Ⅱ 便地进行数字系统的设计。应用QuartusⅡ原理图输入法，还可以把原有的 便地进行数字系统的设计。应用 Ⅱ原理图输入法， 使用中示规模的通用数字集成电路设计的数字系统移植到FPGA或CPLD中 或 使用中示规模的通用数字集成电路设计的数字系统移植到 中 。下面以一个二人表决器的设计为例说明QuartusⅡ原理图输入法的使用方 下面以一个二人表决器的设计为例说明 Ⅱ 法。 (一)建立工程文件夹 一 建立工程文件夹 1.新建一个文件夹作为工程项目目录 新建一个文件夹作为工程项目目录 首先在计算机中建立一个文件夹作为工程项目目录， 首先在计

算机中建立一个文件夹作为工程项目目录，此工程目录不能是 根目录，比如 ，只能是根b录下的 录下的b录 比如D:\EDA _book 根目录，比如D:,只能是根 录下的 录，比如 \code\Chapter3\BiaoJueQi。 。下一页Electronic Design Automation14

入门教程

技术》 《EDA技术》 技术

§2.3 相关技术基本知识与基本技能2.建立工程项目 建立工程项目 运行Quartus Ⅱ软件，执行 软件，执行File=>New Project Wizard 命令，建立工程 命令， 运行 所示。 ,如图2-17所示。 所示 界面中单击Next按钮。 按钮。 在图2-18界面中单击 界面中单击 按钮 在所弹出的图2-19 New Project Wizard对话框中，填写 对话框中， 在所弹出的图 对话框中 填写Directory, , Name, Top-Level Entity等项目。其中第一、第二、第三个文本框分别是工 等项目。 等项目 其中第一、第二、 程项目目录、项目名称和项目顶层设计实体的名称。 程项目目录、项目名称和项目顶层设计实体的名称。 单击Next按钮，出现添加工程文件的对话框，如图2-20所示。 按钮，出现添加工程文件的对话框， 所示。 单击 按钮 所示 若原来己有文件，可选择相应文件，这单直接单击 进行下一步， 若原来己有文件，可选择相应文件，这单直接单击Next进行下一步，选择 进行下一步 FPGA器件的型号，如图2-21所示。 器件的型号， 所示。 器件的型号 所示

上一页Electronic Design Automation

下一页15

入门教程

技术》 《EDA技术》 技术

§2.3 相关技术基本知识与基本技能下拉框中， 在Family下拉框中，根据需要选择一种型号的 下拉框中 根据需要选择一种型号的FPGA,比如 ， Cyclone系列 系列FPGA。然后在“Available devices:”中根据需要的 系列 。然后在“ 中根据需要的 FPGA型号选择 型号选择FPGA型号，比如“EP1C3T144C8”,注意在 型号， 型号选择 型号 比如“ ,注意在Filters一 一 栏中选中“ 以显示所有的器件型号。 栏中选中“Show Advanced Devices”以显示所有的器件型号。再单击 以显示所有的器件型号 Next按钮，出现如图2-22所示对话框。 按钮，出现如图 所示对话框。 按钮 所示对话框 对于弹出的其他EDA工具的对话框，由于我们使用Quartus Ⅱ的 工具的对话框，由于我们使用 对于弹出的其他 工具的对话框 集成环境进行开发，因此不要作任何改动。单击 集成环境进行开发，因此不要作任何改动。单击Next进入工程的信息总 进入工程的信息总 概对话框， 所示。 概对话框，如图2-23所示。 所示 单击Finish按钮就建立了一个空的工程项目。 按钮就建立了一个空的工程项目。 单击 按钮就建立了一个空的工程项目

上一页Electronic Design Automation

下一页16

入门教程

技术》 《EDA技术》 技术

§2.3 相关技术

基本知识与基本技能(二)编辑设计图形文件 二 编辑设计图形文件 1.建立原理图文件 建立原理图文件 执行File => New 命令，弹出新建文件对话框，如图2-24所示。 命令，弹出新建文件对话框， 所示。 执行 所示 所示， 支持6种设计输入法文件 种设计输入法文件: 如图2-25所示，Quartus Ⅱ支持 种设计输入法文件 所示 “ AHDL File ”,是AHDL文本文件 文本文件; , 文本文件 “Block Diagram/Schematic File ”,是流程图和原理图文件，简称原 ，是流程图和原理图文件， 理图文件; 理图文件 “EDIF File ”,是网表文件 ，是网表文件; “ SOPC Builder System ”,是可编程片上系统的编辑系统 ，是可编程片上系统的编辑系统; “ Verilog HDL File ”,是Verilog HDL文本文件 文本文件; , 文本文件 “ VHDL File ”,是VHDL文本文件。 文本文件。 , 文本文件上一页Electronic Design Automation

下一页17

入门教程

技术》 《EDA技术》 技术

§2.3 相关技术基本知识与基本技能“Block Diagram/Schematic File”,按OK即建立一个空的原理图文 ， 即建立一个空的原理图文 件。 执行File=> Save as命令，把它另存为文件名是 BiaoJueQi”的原理 命令， 执行 命令 把它另存为文件名是“ 的原理 图文件，文件后缀为 选项选中， 图文件，文件后缀为.bdf。将“Add file to current project”选项选中，使 。 选项选中 该文件添加到刚建立的工程中去，如图2-26所示。 所示。 该文件添加到刚建立的工程中去， 所示 2.编辑输入原理图文件 编辑输入原理图文件 图形编辑界面如图 所示， 图形编辑界面如图2-27所示，其右侧的空白处就是原理图的编辑区， 所示 其右侧的空白处就是原理图的编辑区， 在这个编辑区输入如图 所示的BiaoJueQi原理图。 原理图。 在这个编辑区输入如图2-28所示的 所示的 原理图 (1)元件的选择与放置 元件的选择与放置 在原理图编辑区的一个位置双击鼠标的左键，将弹出 对话框， 在原理图编辑区的一个位置双击鼠标的左键，将弹出Symbol对话框， 对话框 或单击鼠标右键，在弹出的选择对话框中选择 或单击鼠标右键，在弹出的选择对话框中选择Insert => Symbol上一页Electronic Design Automation

下一页18

入门教程

技术》 《EDA技术》 技术

§2.3 相关技术基本知识与基本技能...,也会弹出Symbol对话框。不要选中 ，也会弹出 对话框。 对话框中Repeat 对话框 不要选中Symbol对话框中 对话框中 insert mode(重复 插入模式 和insert symbol as block(作为流程图模 重复-插入模式 重复 插入模式)和 作为流程图模 块插入符号)复选框， 块插入符号 复选框，即采用默认的一次性插入作为原理图元件的符号 复选框 所示， 栏中的元件库， 。用单击的方法展

开Libraries栏中的元件库，如图2-29所示，其中 用单击的方法展开 栏中的元件库 所示 primitive s为基本元件库，打开 为基本元件库， 子库， 为基本元件库 打开logic子库，单面是常用的与门、或门和 子库 单面是常用的与门、 非门等门电路。 非门等门电路。 在图2-30中，选择其中的二输入与门元件 and2,然后单击 中 ，然后单击OK按钮 按钮 。 出现如图 所示的图样。 出现如图2-31所示的图样。 所示的图样 将该图样移到编辑区合适的地方左击鼠标， 将该图样移到编辑区合适的地方左击鼠标，就可放置一个二输入与 门元件， 所示。 门元件，如图2-32所示。 所示上一页Electronic Design Automation

下一页19

入门教程

技术》 《EDA技术》 技术

§2.3 相关技术基本知识与基本技能右击与门元件符号，在出现的菜单中选择 命令， 所示。 右击与门元件符号，在出现的菜单中选择Copy命令，如图2-33所示。 命令 所示 将鼠标移到编辑区合适的地方右击鼠标，在弹出的菜单中选择 将鼠标移到编辑区合适的地方右击鼠标，在弹出的菜单中选择Paste命 命 所示。 令，如图2-34所示。 所示 就可通过复制---粘贴的方法获得另两个二输入与门元件， 就可通过复制 粘贴的方法获得另两个二输入与门元件，如图2-35所 粘贴的方法获得另两个二输入与门元件 所 示。 用相似的方法选择放置一个二输入或门元件符号， 所示. 用相似的方法选择放置一个二输入或门元件符号，如图2-36所示 所示 再打开primitives基本元件库的 子库，如图2-37所示。 基本元件库的pin子库 子库， 所示。 再打开 基本元件库的 所示 选择、放置三个输入管脚元件 和一个输出管脚元件output元件到 选择、放置三个输入管脚元件input和一个输出管脚元件 和一个输出管脚元件 元件到 编辑区内， 所示。 编辑区内，如图2-38所示。 所示 (2)连接各个元件符号 连接各个元件符号 把鼠标移到一个input元件连接处，将会出现图2-39所示的图样。 元件连接处，将会出现图 所示的图样。 把鼠标移到一个 元件连接处 所示的图样上一页Electronic Design Automation

下一页20

入门教程

技术》 《EDA技术》 技术

§2.3 相关技术基本知识与基本技能单击鼠标左键，移到要与之相连的与门元件的连接处， 单击鼠标左键，移到要与之相连的与门元件的连接处，松开鼠标即可 连接这两个要连接的元件， 所示。 连接这两个要连接的元件，如图2-40所示。 所示 用同样的方法可按要求连接其他元件。 用同样的方法可按要求连接其他元件。 (3)设定各输入输出管脚名 设定各输入输出管脚名 将鼠标移到一个input元件上双击，将会弹出如图2-41所示的管脚属性编 元件上双击

,将会弹出如图 将鼠标移到一个 元件上双击 所示的管脚属性编 辑对话框。 文本框中填入管脚名a。 辑对话框。在Pin name文本框中填入管脚名 。 文本框中填入管脚名 用相似的方法设定其他管脚名。完成的电路图如图 所示。 用相似的方法设定其他管脚名。完成的电路图如图2-28所示。 所示 流程图和原理图文件中，除了使用原理图元件符号外， 在Quartus Ⅱ流程图和原理图文件中，除了使用原理图元件符号外，还 可以使用流程图模块， 可以使用流程图模块，对于初学者可先掌握原理图元件符号的 使用，以后再探讨流程图模块的使用，这里对流程图模块不做介绍。 使用，以后再探讨流程图模块的使用，这里对流程图模块不做介绍。

上一页Electronic Design Automation

下一页21

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ye14.html