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1EDA课程设计报告题目：4位加法器的设计系别信息工程系专业电气工程及其自动化班级电气092姓名郝文磊学号200907084223指导教师陶雪华2一、设计目的本课程设计的目的，旨在通过上机实验，使学生加深理解EDA技术的基本方法，帮助和培养学生建立利用原理图进行电路设计的基本方法和利用EDA工具软件（Quartus7.2）设计简单数字电子系统的能力。通过该课程设计，使学生掌握原理图输入法及层次化设计的操作步骤，掌握设计电路原理图的编辑、编译、仿真等操作方法，为以后从事有关数字电子系统方面的设计和研究开发工作打下基础。二、设计要求1、通过课程设计使学生能熟练掌握一种EDA软件（Quartus7.2）的使用方法，能熟练进行设计输入、编译、管脚分配、下载等过程。2、通过课程设计使学生能利用EDA软件（Quartus7.2）进行至少一个电子技术综合问题的设计（内容可由老师指定或自由选择），设计输入可采用图形输入法或VHDL硬件描述语言输入法。3、通过课程设计使学生初步具有分析、寻找和排除电子电路中常见故障的能力。4、通过课程设计使学生能独立写出严谨的、有理论根据的、实事求是的、文理通顺的字迹端正的课程设计报告。5、考查形式为：结合课程设计中的能力表现和设计报告，综合评分。6、通过课程设计使学生能熟练掌握一种EDA软件（Quartus7.2）的使用方法，能熟练进行设计输入、编译、管脚分配、下载等过程。7、通过课程设计使学生能利用EDA软件（Quartus7.2）进行至少一个电子技术综合问题的设计（内容可由老师指定或自由选择），设计输入可采用图形输入法或VHDL硬件描述语言输入法。8、通过课程设计使学生初步具有分析、寻找和排除电子电路中常见故障的能力。9、通过课程设计使学生能独立写出严谨的、有理论根据的、实事求是的、文理通顺的字迹端正的课程设计报告。3三、设计任务以Altera公司的Quartus7.2为工具软件，采用原理图输入法设计一个4位的加法器，该四位加法器由以下三个步骤完成：（1）采用原理图输入法设计半加器h_adder，生成元件符号，并仿真验证设计结果；（2）采用层次化原理图输入法设计1位全加器f_adder，生成元件符号，并仿真验证设计结果；（3）在1位全加器的基础上，设计4位加法器。四、设计步骤1、QuartusII7.2使用说明（1）.新建项目工程使用QuartusII7.2设计一个数字逻辑电路，并用时序波形图对电路的功能进行仿真，同时还可以将设计正确的电路下载到可编程的逻辑器件（CPLD、FPGA）中。因软件在完成整个设计、编译、仿真和下载等这些工作过程中，会有很多相关的文件产生，为了很好的管理这些设计文件，我们在设计电路之前，先要建立一个项目工程，并设置好这个工程能正常工作的相关条件和环境。建立工程的方法和步骤如下：①先在电脑本地硬盘空间建一个用于保存项目的文件夹，文件夹的命名及其保存的路径不能有中文字符。②如右图点击：File菜单，选择下拉列表中的NewProjectWizard...命令，打开建立项目工程的对话框。如下图，出现第一个对话框，让你选择项目工程保存位置、定义项目名称以及设计文件顶层实体名称。4第一栏选择项目工程保存的位置，方法是点击按钮，指向刚才我们在第一步建立的文件夹。如右图，第二栏（项目工程名称）和第三栏（设计实体名称）软件会默认为与之前建立的文件夹名称一致。没有特别需要，我们一般选择软件的默认，不必特意去修改。需要注意的是：以上名称的命名中不能出现中文字符，否则软件的后续工作会出错。完成以上命名工作后，点击Next，进入下一步。如下图对话框：5这一步的工作是让你将之前已经设计好的工程文件添加到本项目工程里来，我们之前没有设计好的文件，因此就跳过这一步，直接点Next，再进入下一步。如下图对话框：6这一步的工作是让你选择好设计文件下载所需要的硬件器件型号，现在我们只做简单的电路设计和仿真，随便指定一个就可以了。以后我们做课程设计或学习《可编程逻辑器件》这门课后，等熟悉了CPLD或FPGA器件以后再根据开发板的器件选择合适的器件型号。点击Next，进入下一步。如下图对话框：这一步是让你选择第三方开发工具，我不需要，直接点击Next，进入下一步。出现下图页面：7以上页面显示刚才我们所做的项目工程设置内容的“报告”。点击Finish，完成新建项目工程的任务。（2）.新建设计文件建立好项目工程后，接下来可以开始建立设计文件了。QuartusII7.2软件可以用两种方法来建立设计文件，一种是利用软件自带的元器件库，以编辑电路原理图的方式来设计一个数字逻辑电路，另一种方法是应用硬件描述语言（如VHDL或Verilog）以编写源程序的方法来设计一个数字系统电路。作为初学者，我们先学会用编辑原理图的方法来设计一些简单的数字逻辑电路。原理图设计方法和步骤如下：①、新建设计文件如右图，从File菜单中选择New…命令，或直接点击常用工具栏的第一个按钮，打开新建设计文件对话框，如下图。选择“BlockDiagram/SchematicFile”，点击OK，即进入原理图编辑界面。②、编辑原理图QuartusII7.2软件的数字逻辑电路原理图的设计是基于常用的数字集成8电路的，要熟练掌握原理图设计，必须要认识和熟悉各种逻辑电路的符号、逻辑名称和集成电路型号。因此努力学好《数字电子技术基础》是后续学习其他专业知识、掌握电路设计的基本条件。设计方法和步骤如下：●双击原理图的任一空白的处，会弹出一个元件对话框。在Name栏目中输入and2，我们就得到一个2输入的与门。●点击OK按钮，将其放到原理图的适当位置。重复操作，放入另外两个2输入与门。也可以通过右键菜单的Copy命令复制得到。●双击原理图的空白处，打开元件对话框。在Name栏目中输入or3，我们将得到一个3输入的或门。点击OK按钮，将其放入原理图。9●双击原理图的空白处，打开元件对话框。在Name栏目中输入not，我们会得到一个非门。点击OK按钮，将其放入原理图。●把所用的元件都放好之后，开始连接电路。将鼠标指到元件的引脚上，鼠标会变成“十”字形状。按下左键，拖动鼠标，就会有导线引出。根据我们要实现的逻辑，连好各元件的引脚。●双击原理图的空白处，打开元件对话框。在Name栏目中输入Input,我们便得到一个输入引脚。点击OK按钮，放入原理图。重复操作，给我们的电路加上3个输入引脚。10●双击输入引脚，会弹出一个属性对话框。在这一对话框上，我们可更改引脚的名字。我们分别给3个输入引脚取名in1、in2、in3。●双击原理图的空白处，打开元件对话框。在Name栏目中输入output，我们会得到一个输出引脚。点击OK按钮，放入原理图。重复操作，给我们的电路加上两个输出引脚。给两个输出引脚分别命名为led1、led2。11（3）.工程编译设计好的电路若要让软件能认识并检查设计的电路是否有错误，需要进行工程编译，QuartusII7.2软件能自动对我们设计的电路进行编译和检查设计的正确性。方法如下：在【Processing】菜单下，点击【StartCompilation】命令，开始编译我们的项目。编译成功后，点击确定按钮。(4).功能仿真仿真是指利用QuartusII软件对我们设计的电路的逻辑功能进行验证，看看在电路的各输入端加上一组电平信号后，其输出端是否正确的电平信号输出。因此在进行仿真之前，我们需要先建立一个输入信号波形文件。方法和步骤如下：12①在File菜单下，点击New命令。在随后弹出的对话框中，切换到OtherFiles页。选中VectorWaveformFile选项，点击OK按钮。②在Edit菜单下，点击InsertNodeorBus…命令。③点击NodeFinder…按钮，打开NodeFinder对话框。点击List按钮，列出电路所有的端子。点击按钮，全部加入。点击OK按钮，确认。13回到InsertNodeorBus对话框，点击OK按钮，确认。④选中in1信号，在Edit菜单下，选择Value=Clock…命令。在随后弹出的对话框的Period栏目中设定参数为50ns，点击OK按钮。⑤In2、in3也用同样的方法进行设置，Period参数分别为100ns和200ns。14⑥保存文件，在Processing菜单下，选择StartSimulation启动仿真工具。仿真结束后，点击确认按钮。观察仿真结果，对比输入与输出之间的逻辑关系是否符合电路的逻辑功能。2.半加器的设计（1）元件选择在Quartus7.2工具软件的元件库中已经有与门、或门、与非门和异或门等元件，在设计中可直接调用这些元件，实现电路设计。图1半加器原理图在元件选择对话框的符号库“SymbolLibraries”栏目中，用鼠标双击基本元件库文件夹“d:\maxplus2\max2lib\prim”后，在符号文件“SymbolFiles”栏目中列出了该库的基本元件的元件名，例如and2(二输入端的与门)、xor(异或门)、VCC(电源)、input(输入)和output(输出)等。在元件选择对话框的符号名“Symbol15Name”栏目内直接输入xor，或者在“SymbolFiles”栏目中，用鼠标双击“xor”元件名，即可得到异或门的元件符号。用上述同样的方法也可以得到其他元件符号。（2）编辑半加器的原理图半加器逻辑电路图如图1所示，它由1个异或门和1个与门构成，a、b是输入端，SO是和输出端，CO是向高位的进位输出端。在元件选择对话框的符号名“SymbolName”栏目内直接输入xor，或者在“SymbolFiles”栏目中，用鼠标双击“xor”元件名，即可得到异或门的元件符号。用上述同样的方法也可以得到与门及输入端和输出端的元件符号。用鼠标双击输入或输出元件中原来的名称，使其变黑后就可以进行名称修改，用这种方法把两个输入端的名称分别更改为“a”和“b”，把两个输出端的名称分别更改为“SO”和“CO”，然后按照图1所示的半加器逻辑电路的连接方式，用鼠标将相应的输入端和输出端及电路内部连线连接好，并以“h_adder．gdf”(注意后缀是．gdf)为文件名，存在自己建立的工程目录d:\myeda\mygdf内。进行存盘操作时，系统在弹出的存盘操作对话框中，自动保留了上一次存盘时的文件名和文件目录，不要随意单击“OK”按钮结束存盘，一定要填入正确的文件名并选择正确的工程目录后，才能单击“OK”按钮存盘，这是上机实验时最容易忽略和出错的地方。（3）编译设计图形文件设计好的图形文件一定要通过Quartus7.2的编译。在Quartus7.2集成环境下，执行“Quartus7.2”菜单下的“Compiler”命令，在弹出的编译对话框中单击“Start”按钮，即可对h_adder．gdf文件进行编译。在编译中，Quartus7.2自动完成编译网表提取(CompilerNetlistExtractor)、数据库建立(DatabaseBuilder)、逻辑综合(LogicSynthesizer)、逻辑分割(Partitioner)、适配(Fitter)、延时网表提取(TimingSNFExtractor)和编程文件汇编(Assembler)等操作，并检查设计文件是否正确。存在错误的设计文件是不能将编译过程进行到底的，此时计算机会中断编译，并在编译(Compiler)对话框中指出错误类型和个数。16（4）生成元件符号在Quartus7.2集成环境下，执行“File”菜单下的“CreateDefaultSymbol”命令，将通过编译的GDF文件生成一个元件符号，并保存在工程目录中。这个元件符号可以被其他图形设计文件调用，实现多层次的系统电路设计。（5）功能仿真设计文件仿真，也称为模拟(Simulation)；是对电路设计的一种间接的检测方法。对电路设计的逻辑行为和功能进行模拟检测，可以获得许多设计错误及改进方面的信息。对于大型系统的设计，能进行可靠、快速、全面的仿真尤为重要。①建立波形文件进行仿真时