简易计算器EDA技术课程设计

..EDA技术课程设计题目简易计算器设计系(部)信息工程系班级姓名学号指导教师2013年7月8日至7月12日共1周..EDA技术课程设计任务书一、设计题目、内容及要求设计题目：简易计算器设计内容及要求：（1）基本设计内容1：设计简易通用型计算器，完成对数据通路的架构，控制模块和运算器模块的设计，可进行加减乘除的基本运算。（2）基本设计内容2：加入按键消除抖动的模块，并在试验箱或开发板上通过数码管显示计算器的输入数值与输出结果，实现一个完整的计算器。（3）进阶设计内容：通过矩阵键盘实现数据的输入。（4）进阶设计内容：实现有符号数的计算。（5）进阶设计内容：实现浮点数的计算。设计要求：（1）根据任务要求确定电路各功能模块；（2）写出设计程序；（3）分析时序仿真结果；（4）提交设计总结。二、设计原始资料QuartusⅡ软件；EDA实验箱；计算机一台；三、要求的设计成果（课程设计说明书、设计实物、图纸等）课程设计说明书1份，不少于2000字，应包含设计原理分析、相关软件介绍、仿真波形分析，实验箱下载验证等。四、进程安排周1-周3：查阅资料，上机编写并调试设计程序；周4：整理、撰写说明书；周5：课程设计答辩并提交设计说明书。五、主要参考资料[1].VokneiA.Pedroni.《VHDL数字电路设计教程》.电子工业出版社，2008.5[2].潘松，黄继业.《EDA技术实用教程》（第二版）.科学出版社，2005.2[3].焦素敏.《EDA应用技术》.清华大学出版社，2002.4指导教师（签名）：教研室主任（签名）：..课程设计成绩评定表出勤情况出勤天数缺勤天数成绩评定出勤情况及设计过程表现（20分）课设答辩（20分）设计成果（60分）总成绩（100分）提问（答辩）问题情况综合评定指导教师签名：年月日..目录1绪论..........................................................................................................................................12软件介绍..................................................................................................................................22.1QuartusII介绍................................................................................................................22.2ModelSim介绍...............................................................................................................33设计原理..................................................................................................................................54模块化设计分析.......................................................................................................................64.1键盘矩阵模块.................................................................................................................64.2去抖模块设计.................................................................................................................64.3ALU模块设计................................................................................................................74.4FSM模块设计................................................................................................................74.5OP1模块设计.................................................................................................................84.6OP2模块设计.................................................................................................................94.7BIN模块设计.................................................................................................................94.8BCD模块设计..............................................................................................................105总结........................................................................................................................................11参考文献....................................................................................................................................12附录............................................................................................................................................13..1绪论硬件描述语言(hardwaredescriptionlanguage，HDL)是电子系统硬件行为描述，结构描述，数据流描述的语言。目前，利用硬件描述语言可以进行数字电子系统的设计。随着研究的深入，利用硬件描述语言进行模拟电子系统设计或混合电子系统设计也正在探索中。国外硬件描述语言种类很多，有的从Pascal发展而来，也有一些从C语言发展而来。有些HDL成为IEEE标准，但大部分是企业标准。VHDL来源于美国军方，其他的硬件描述语言则多来源于民间公司。可谓百家争鸣，百花齐放。这些不同的语言传播到国内，同样也引起了不同的影响。在我国比较有影响的有两种硬件描述语言：VHDL语言和VerilogHDL语言。这两种语言已成为IEEE标准语言。电子设计自动化(electronicdesignautomation，EDA)技术的理论基础，设计工具，设计器件应是这样的关系：设计师用硬件描述语言HDL描绘出硬件的结构或硬件的行为，再用设计工具将这些描述综合映射成与半导体工艺有关的硬件配置文件，半导体器件FPGA则是这些硬件配置文件的载体。当这些FPGA器件加载，配置上不同的文件时，这个器件便具有了相应的功能。在这一系列的设计，综合，仿真，验证，配置的过程中，现代电子设计理论和现代电子设计方法贯穿于其中。以HDL语言表达设计意图，以FPGA作为硬件实现载体，以计算机为设计开发工具，以EDA软件为开发环境的现代电子设计方法日趋成熟。VHDL语言的英文全名是VeryHighSpeedIntegratedCircuitHardwareDescriptionLanguage，即超高速集成电路硬件描述语言。HDL发展的技术源头是：在HDL形成发展之前，已有了许多程序设计语言，如汇编，C，Pascal，Fortran，Prolog等。这些语言运行在不同硬件平台和不同的操作环境中，它们适合于描述过程和算法，不适合作硬件描述。CAD的出现，使人们可以利用计算机进行建筑，服装等行业的辅助设计，电子辅助设计也同步发展起来。在从CAD工具到EDA工具的进化过程中，电子设计工具的人机界面能力越来越高。在利用EDA工具进行电子设计时，逻辑图，分立电子原件作为整个越来越复杂的电子系统的设计已不适应。任何一种EDA工具，都需要一种硬件描述语言来作为EDA工具的工作语言。这些众多的EDA工具软件开发者，各自推出了自己的HDL语言。..2软件介绍2.1QuartusII介绍QuartusII是Alter公司的综合性PLD/FPGA开发软件，支持原理图、VHDL、VerilogHDL以及AHDL（AlteraHardwareDescriptionLanguage）等多种设计输入形式，内嵌自有的综合器以及仿真器，可以完成从设计输入到硬件配置的完整PLD设计流程。QuartusII提供了完全集成且于电路结构无关的开发环境，具有数字逻辑设计的全部特性，包括：可利用原理图、结构框图、VerilogHDL、AHDL和VHDL完成电路描述，并将其保存为设计实体文件；芯片（电路）平面布局连线编辑；LogicLock增量设计方法，用户可建立并优化系统，然后添加对原始系统的性能影响较小或无影响的后续模块；功能强大的逻辑综合工具；完备的电路功能仿真与时序逻辑仿真工具；定时/时序分析与关键路径延时分析；可使用SignalTapII逻辑分析工具进行嵌入式的逻辑分析；支持软件源文件的添加和创建，并将它们链接起来生成编程文件；使用组合编译方式可一次完成整体设计流程；自动定位编译错误；高效的期间编程与验证工具；可读入标准的EDIF网表文件、VHDL网表文件盒Verilog网表文件；能生成第三方EDA软件使用的VHDL网表和Verilog网表文件。Max+plusII作为Altera的上一代PLD设计软件，由于其出色的易用性而得到了广泛的应用。目前Altera已经停止了对Max+plusII的更新支持。QuartusII是Altera公司继Max+plusII之后开发的一种针对其公司生产的系列CPLD/PGFA器件的综合性开发软件，它的版本不断升级，从4.0版到10.0版，这里介绍的是QuartusII8.0版，该软件有如下几个显著的特点：1、QuartusII的优点该软件界面友好，使用便捷，功能强大，是一个完全集成化的可编程逻辑设计环境，是先进的EDA工具软件。该软件具有开放性、与结构无关、多平台、完全集成化、丰富的设计库、模块化工具等特点，支持原理图、VHDL、VerilogHDL以及AHDL（AlteraHardwareDescriptionLanguage）等多种设计输入形式，内嵌自有的综合器以及仿真器，可以完成从设计输入到硬件配置的完整PLD设计流程。QuartusII可以在XP、Linux以及Unix上使用，除了可以使用Tcl脚本完成设计流程外，提供了完善的用户