数字电子技术课程设计ppt课件.pptx

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1、课程要求：n 保证出勤，不能迟到早退；n 不允许在教室吃早点；n 保持教室卫生，每天安排值日生做卫生；n 每人准备一个U盘；n 加密：文件名，管脚名以及封装模块；n 下课后关闭电脑和实验箱电源，整理好实验台；（自己可以带电脑）n 注意安全。12课程设计任务书设计题目：1、电子抢答器的设计2、交通指示灯的设计3、电子琴的设计4、彩灯的设计5、数字钟的设计6、直流电机的控制3 课程目的：本次课程设计，指导老师给出大致的设计要求，学生自己设计电路，在设计思路上不框定和约束同学们的思维，学生可以发挥自己的创造性尽可能多地实现所设计电路的功能。电子抢答器、交通指示灯、彩灯（霓虹灯）、音乐电路都是我们比较

2、熟悉的电子装置。我们通过这些电路的设计可以更好地掌握电子技术课程中的知识。课程设计任务书4设计要求：基本功能：扩展功能：报告：查阅设计报告；总结设计报告。答辩（可选）课程设计任务书n查阅设计报告要求：1、设计任务描述2、方案论证3、总体设计框图4、各单元电路设计方案5、参考文献5n设计总结报告要求：1、方案论证与比较（所考虑过得方案及选中其中某一方案的理由，可列出框图、简要原理和优缺点等）2、理论分析与参数计算（单元电路的设计，元器件的选择，指标参数计算等）3、电路设计（总体设计框图、各单元电路以及设计方法）4、结果分析（指标阐述、误差分析、所设计电路的特点以及改进意见）5、总结或结论（收获、

3、体会和建议）6（一）电子抢答器的设计基本功能：1、4/6名选手抢答，设置主持人控制复位和抢答控制开关。2、抢答器具有优先锁存功能。7扩展功能：1、抢答器具有显示功能，显示选手编号。2、具有倒计时显示抢答时间的功能。3、最大抢答时间可以随意设定。4、抢答器设定答题时间25/35秒（20/30秒），倒计时显示答题剩余时间。89（二）交通指示灯的设计基本功能：1、用LED灯显示东西和南北方向的红绿黄灯。2、红绿灯双主干模式。10扩展功能：1、倒计时显示功能。绿灯亮倒计时6/18/28/33到1，黄灯亮2到1，红灯亮8/20/30/35到1。2、电路具有大小道模式。东西方向和南北方向红灯亮的时间长度不

4、一样，并能倒计时显示。3、大小道通行时间可控。（三）数字钟的设计基本功能：1、时、分、秒计时并数码显示且采取12/24时制。2、有星期显示。扩展功能：1、实现星期、小时和分手动/自动校时，然后在这个数基础上继续运行。11扩展功能：2、整点报时；3、闹表功能；4、秒表功能。12（四）电子琴的设计基本功能：1、用七个按键来弹奏出七个基本音符。2、能自动循环播放一首乐曲。扩展功能：1、数码管显示音符号；2、能自动循环播放4/5/6首乐曲，曲目转换由按键来切换；133、能用数码管显示乐曲编号，显示播放时间。4、播放乐曲的时候，LED灯会配合音乐的变化而变化。5、根据曲目长短自动调整播放时间，显示每曲播

5、放时间。14（五）彩灯的设计基本功能：1、有4/5/6种不同的花样变化，自动循环变换。2、用8路LED灯来输出。15扩展功能：1、能显示花样的种数。2、花样的选择可以控制。3、倒计时显示每种花样运行时间，运行时间设置为12秒，10秒，8秒，6秒/15秒，13秒，11秒，9秒，7秒/20秒，18秒，16秒，14秒,12秒和10秒。16（六）直流电机的控制基本功能：1、控制直流电机的正/反转运行。2、正/反转启动互锁。17扩展功能：1、显示电机目前转过的圈数。2、每次启动电机转过圈数记录清零。3、单独记录正/反转圈数，即分开显示。4、正/反转自动切换，正/反转时间相同，各2/3秒。5、正/反转自动

6、切换，但时间不同。1819数字电路系统的基本结构首先应进行系统模块的划分，规定每一模块的功能以及各个模块之间的接口。通常分为如下四个模块：n 输入电路模块；n 输出电路模块；n 处理电路模块；n 显示电路模块。20实施方式：用原理图设计方式完成设计。使用功能仿真单独仿真验证各模块的功能。产生顶层模块，完成顶层设计。选择目标器件，编译顶层设计，在编译报告中查看时序分析结果和器件资源使用情况。在分配编辑器中完成引脚分配。下载到芯片并验证设计将调试好的程序作为论文的一部分提交答辩21传统设计方法 传统的设计方法是基于中小规模集成电路器件进行设计（如74系列及其改进系列、CC4000系列、74HC系列

7、等都属于通用型数字集成电路），而且是采用自底向上进行设计：（1）首先确定可用的元器件；（2）根据这些器件进行逻辑设计，完成各模块；（3）将各模块进行连接，最后形成系统；（4）而后经调试、测量观察整个系统是否达到规定的性能指标。22 EDA（Electronics Design Automation）即电子设计自动化技术。EDA技术就是依赖功能强大的计算机，在EDA工具软件平台上，对硬件描述语言HDL为系统逻辑描述手段完成的设计文件，自动的完成逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合、结构综合（布局布线），以及逻辑优化和仿真测试，直至实现既定的电子线路系统功能。EDA设计方法 23n 电子设计自动

8、化（Electronic Design Automation，EDA）技术是以计算机科学和微电子技术发展为先导，汇集了计算机图形学、拓扑逻辑学、微电子工艺与结构学和计算数学等多种计算机应用学科最新成果的先进技术，它是在先进的计算机工作平台上开发出的一整套电子系统设计的软件工具。从20世纪60年代中期开始，人们不断开发出各种计算机辅助设计工具来帮助设计人员进行集成电路和电子系统的设计，集成电路技术的不断发展对EDA技术提出新的要求，并促进了EDA技术的发展。什么是EDA 24 Quartus简介 Quartus提供了方便的设计输入方式、快速的编译和直接易懂的器件编程。能够支持逻辑门数在百万门以上

9、的逻辑器件的开发，并且为第三方工具提供了无缝接口。Quartus支持的器件有：Stratix、Stratix GX、Stratix、Mercury、MAX3000A、MAX 7000B、MAX 7000S、MAX 7000AE、MAX、FLEX6000、FLEX10K、FLEX10KA、FLEX10KE、Cyclone、Cyclone、APEX、APEX20KC、APEX20KE和ACEX1K系列。Quartus软件包的编程器是系统的核心，提供功能强大的设计处理，设计者可以添加特定的约束条件来提高芯片的利用率。25自顶向下的设计方法 数字电路的EDA设计是基于PLD进行设计的，支持自顶向下的设

10、计方法：（1）首先从系统设计入手，在顶层进行功能划分和结构设计；（2）然后再逐级设计底层的结构；（3）并在系统级采用仿真手段验证设计的正确性；（4）最后完成整个系统的设计，实现从设计、仿真、测试一体化。26传统设计方法 vs EDA设计方法 传统设计方法 EDA设计方法自底向上手动设计软硬件分离原理图设计方式系统功能固定不易仿真难测试修改模块难移植共享设计周期长自顶向下自动设计打破软硬件屏障原理图、HDL等设计方式系统功能易改易仿真易测试修改模块可移植共享设计周期短27设计流程设计准备设计输入设计处理器件编程功能仿真时序仿真器件测试28Quartus II软件的设计过程主要包括：建立项目 输入

11、设计电路（可采用不同方式）设计编译 设计仿真 设计下载 Quartus设计流程介绍29Quartus设计流程 启动Quartus 5.0双击桌面上的Quartus5.0图标或单击开始按扭，在程序菜单中选择Quartus5.0，可以启动Quartus5.0。其初始界面如图所示。301建立项目文件 利用Quartus II提供的新建工程指南可以帮助我们很容易的建立一个工程：在主菜单上选择FileNew Project Wizard 将弹出如下图所示对话框。Quartus设计流程 31在上图中的第一个空白处需添入新建工程工作目录的路径，为便于管理，Quartus II软件要求每一个工程项目及其相关文

12、件都统一存储在单独的文件夹中。第二个空白处需添入新建的工程名称。第三个空白处需添入的是工程的顶层设计实体名称，要求顶层设计实体名称和新建的工程名称保持一致。如上图所示添好后，按Next按钮，将会弹出加入文件对话框，如下图所示。Quartus设计流程 32 加入文件对话框：33 可以在File空白处选择添入其他已存在的设计文件加入到这个工程中，也可以使用User Library Pathnames按钮把用户自定义的库函数加入到工程中使用。完成后按Next按钮进入下一步。下面弹出的是选择可编程逻辑器件对话框，如下图所示。选Yes，手动选择需要的器件，选No，则由编译器自动选择。Quartus设计流

13、程 34在下一步弹出的对话框中通过选择器件的封装形式，引脚数目，以及速度级别来约束可选器件的范围。如图所示。器件设置对话框 Quartus设计流程 EP1C6Q240C835最后是由新建工程指南建立的工程文件摘要，显示了上面的全部设置选项。至此，新工程建立完毕，在QuartusII设计软件界面的顶部标题栏将显示工程名称和存储路径。如下图所示。Quartus设计流程 362输入设计电路 单击标题栏中的FileNew对话框，如图所示。单击New对话框的Device Design Files选项卡，选择编译文件的语言类型。这里选择VHDL Files，选好后单击【OK】按钮，打开VHDL文本编辑器窗

14、口，并在其中输入下图所示的程序，这是一个与门的VHDL程序。Quartus设计流程 37设计输入 将所设计的电路的逻辑功能按照开发系统要求的形式表达出来的过程称为设计输入。通常，设计输入有如下三种方式：（1）原理图输入方式 适用于对系统及各部分电路很熟悉的场合。（2）硬件描述语言输入方式 硬件描述语言是用文本方式描述设计，硬件描述语言有ABEL、AHDL、VHDL、Verilog等，其中VHDL和Verilog已成为IEEE标准。（3）波形输入方式38在编辑窗中的任何一个位置上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择其中的输 入元件项Insert-Symbol，于是将弹出如下图所示的输入元件的对话

15、框 Quartus设计流程 39选择菜单File-Save As命令，将已设计好的原理图文件取名并存盘在已为此项目建立的文件夹内。Quartus设计流程 403编译设计电路编译设置：利用Quartus II提供的编译设置指南可以帮助我们很容易的进行一个项目的编译设置。在主菜单中选择Assignments/Compiler Settings Wizard选项，将弹出一个对话框，要求输入指定的编译实体模块和设定名字。编译设置好后，在主菜单中选择Processing/Start Compilation 对所设置的项目进行编译。阅读编译报告：编译后自动生成的编译报告如图所示，它包含了怎样将一个设计放到

16、一个器件中的所有信息。有器件使用统计，编译设置情况，底层显示，器件资源利用率，状态机的实现，方程式，延时分析结果，CPU使用资源。Quartus设计流程 41Quartus设计流程 42Quartus设计流程 编译报告:434仿真设计电路 QuartusII支持多种仿真输入方法，它支持波形方式输入，如：向量波形文件（.vwf）、向量文件（.vec）、列表文件（.tbl），也支持Testbench如：Tcl/TK脚本文件，同时也支持第三方的仿真工具的Verilog/VHDL Testbench。QuartusII仿真设置:利用Quartus II提供的仿真设置指南可以帮助我们快速进行一个项目的仿

17、真设置。在主菜单中选择Assignments/Simulator Settings Wizard选项，在弹出的对话框中，输入 指定的仿真实体模块和设定名字。Quartus设计流程 44建立仿真波形文件:在主菜单中选择File/New选项，在弹出的New对话框中选择Other Files选项中的Vector Waveform File。设置仿真参数:设置仿真时间区域。对于时序仿真来说，将仿真时间轴设置在一个合理的时间区域上十分重要。通常设置的时间范围在数十微秒间：Quartus设计流程 45将工程端口信号节点选入波形编辑器中。Quartus设计流程 46编辑输入波形(输入激励信号)。Quartu

18、s设计流程 47存盘，并启动仿真Quartus设计流程 48观察仿真波形Quartus设计流程 495.分配管脚：为了能对此全加器进行硬件测试，应将其输入输出信号锁定在芯片确定的引脚上，编译后下载。选择Tools菜单中的Assignments项，即进入如图所示的Assignment Editor编辑器窗。在Category栏中选择Pin，或直接单击右上侧的Pin按钮。Quartus设计流程 50双击“To”栏的，在出现的如图所示的下拉栏中分别选择本工程要锁定的端口信号名；然后双击对应的Location栏的，在出现的下拉栏中选择对应端口信号名的器件引脚号，如对应ain,选择8脚。再次编译！Qua

19、rtus设计流程 51 5、下载所输入的程序:打开编程窗和配置文件。首先将实验系统和并口通信线连接好，打开电源。在菜单Tool中选择Programmer，于是弹出如图所示的编程窗。在Mode栏中有4种编程模式可以选择：JTAG，Passive Serial，Active Serial和In-Socket。为了直接对FPGA进行配置，在编程窗的编程模式Mode中选JTAG(默认)，并选中打勾下载文件右侧的第一小方框。注意要仔细核对下载文件路径与文件名。如果此文件没有出现或有错，单击左侧“Add File”按钮，手动选择配置文件f_adder.sof。Quartus设计流程 52 设置编程器。若是

20、初次安装的Quartus,在编程前必须进行编程器选择操作。这里准备选择ByteBlaster MVLPT1。单击Hardware Setup按钮可设置下载接口方式，在弹出的Hardware Setup对话框中，选择Hardware settings页，再双击此页中的选项BytcBlaster之后，单击Close按钮，关闭对话框即可。这时应该在编程窗右上显示出编程方式：ytcBlaster LPT 1。如果打开下所示的窗口内“Currently selected”右侧显示No Hardware，则必须加入下载方式。即点击Add Hardware钮，在弹出的窗中点击OK，再在窗口中双击BytcBlaster，使“Currently selected”右侧显示BytcBlaster LPT1。Quartus设计流程 53 Quartus设计流程 54 下载：单击下载标符Start按钮，即进入对目标器件FPGA的配置下载操作。当Progress显示出100%，以及在底部的处理栏中出现“Configuration Succeeded”时，表示编程成功。注意，如果必要，可再次单击Start按钮，直至编程成功。硬件测试：软件下载成功后，测试已完成电路是否符合设计要求。Quartus设计流程