北航艾明晶EDA完整教程01精要.ppt

计算机EDA设计教 程 北航计算机学院 艾明晶 目 录 绪论 （1学时） 第1章 数字系统设计与EDA技术 （2学时） 第2章 PLD器件结构 （2学时） 第3章 硬件描述语言Verilog HDL （3学时） 第4章 EDA设计工具软件 （5学时） 第5章 数字电路与数字系统的设计实现 （2学时） 第6章 SOPC开发过程 （1学时） 第7章 Nios Ⅱ嵌入式处理器设计 （2学时） 绪 论 问题的提出 传统的数字系统设计方法 现代的数字系统设计方法 什么是EDA技术？ 实例演示：电子秒表电路的设计 关于课程 问题的提出 设计一个电子秒表电路，使之完成以下功能： 按0.01s的步长进行计时； 具有异步清零和启动/停止计数功能； 并用数码管显示其秒高位、秒低位，百分秒高位、百分秒低位。 为便于显示，秒和百分秒信号均采用BCD码计数方式。 问题的提出（续） 输入信号： clk：系统时钟信号，f=50MHz； clr：异步清零信号，负脉冲有效； startstop：启/停信号，负脉冲有效。 输出信号： dsec[6..0]：驱动数码管，显示秒高位； sec[6..0]：驱动数码管，显示秒低位； cn：分钟的进位信号，接发光二极管，高有效； secd[6..0]、secm[6..0] 分别显示百分秒高位和百分秒低位。 解决方案1——传统的数字系统设计方法 1. 根据设计要求划分功能模块； 2. 确定输入和输出的关系，画出真值表； 3. 由真值表写出逻辑表达式； 4. 利用公式或卡诺图进行人工化简； 5. 根据化简后的逻辑表达式画出电路原理图； 6. 在面包板上进行实验，验证电路的正确性； 7. 若无错误，再在透明薄膜上用贴图符号贴PCB图； 8. 检查后送制板厂制板； 9. 对PCB板进行安装、调试，若有大的错误，修改设计，重复以上过程，重新制板。 传统的数字系统设计方法的缺点 解决方案2——现代的数字系统设计方法 首先在计算机上安装EDA软件，它们能帮助设计者自动完成几乎所有的设计过程；再选择合适的PLD芯片，可以在一片芯片中实现整个数字系统。 现代的数字系统设计方法（续1） 1.根据设计要求划分功能模块 2. PLD开发（利用EDA工具） （1）设计输入：采用硬件描述语言（HDL），用条件语句或赋值语句表示输入和输出的逻辑关系，将整个程序输入到计算机中； （2）设计的编译：EDA工具可自动进行逻辑综合，将功能描述转换为门级描述，或转换成具体PLD的网表文件，将网表文件自动适配到具体芯片中进行布局布线； （3）功能仿真和时序仿真； （4）编程下载到实际芯片中，在实验台上进行验证； （5）在每一阶段若有问题，可在计算机上直接修改设计，重复以上过程。 现代的数字系统设计方法（续2） 3. 设计包含PLD芯片的电路板 （1）在计算机上利用EDA软件画电路原理图； （2） 进行电气规则检查无误后，自动生成网表文件； （3） 利用EDA软件画PCB图，自动布线； （4） 自动进行设计规则检查，无误后输出文件，制板。 什么是EDA技术？ EDA（Electronic Design Automation，电子设计自动化） 是在计算机的辅助下完成电子产品设计的一种先进的硬件设计技术！ 是立足于计算机工作平台开发出来的一整套先进的设计电子系统的软件工具。 EDA技术的范畴 本课程要学习的PLD设计EDA工具软件 1. Quartus Ⅱ 美国Altera公司自行设计的第四代PLD开发软件 目前版本：5.1 可以完成PLD的设计输入、逻辑综合、布局与布线、仿真、时序分析、器件编程的全过程 同时还支持SOPC（可编程片上系统）设计开发 实例演示 ：电子秒表电路的设计 假设系统时钟为50MHz， PLD器件为EP1S10F780C6。 设计思路——采用自顶向下的设计方法： 需要两个分频器，将50MHz分频为10KHz，将10KHz分频为100Hz； 需要一个BCD码计数器，可分别对秒和百分秒位循环计数； 需要一个译码器，将BCD计数器的输出译码为7段显示器的7段输入。 系统功能框图 采用Quatus Ⅱ的PLD设计方法 演 示 第1步：在资源管理器下创建一个工作目录second。 第2步：启动Quatus II，执行菜单命令“ File New Project Wizard”，创建一个工程，工程名为seco