EDA技术及应用实验-南开大学电子信息实验教学中心.doc

前言 自20世纪90年代起，EDA技术与可编程逻辑器件就大踏步地进入人们的视野，并深刻影响和改变着数字电子系统设计的方式和方法。在电子信息、通信、自动控制以及计算机应用等众多领域，EDA技术的重要性日益突显，相关行业对掌握EDA技术的人才需求与日俱增。这反映到教学领域中，就是绝大多数高等学校都开设了EDA技术相关课程。在本科和研究生教学中，EDA技术的教学和实践内容十分密集，而且EDA技术融合渗透到诸多相关课程中，比如数字逻辑电路、计算机组成原理、计算机接口技术、数字通信技术、嵌入式系统、数字信号处理等。在实际教学中，EDA技术教学更加注重实践性、自主性和创新性。 本书的编排力图贴近工程实践、启发读者自主学习并引导读者在某些工程实验项目中进行创新设计。全书分为5章，第一章首先从全貌上介绍EDA技术的概念及其发展历程，介绍硬件描述语言的产生和发展 ，并阐述EDA实验教学目标，帮助读者较全面的了解EDA技术的起源和涵盖，有利于初学者认识了解EDA技术。第二章对EDA技术的系统开发工具和开发流程进行了概述，并着重对Altera公司的Quartus II软件进行了介绍，帮助读者了解EDA技术的设计过程和典型环境，有利于初学者较全面了解EDA设计相关工具。第三章描述了可编程逻辑器件的基本原理和发展演变，介绍了主流可编程逻辑器件的内部结构，帮助读者了解EDA技术和可编程逻辑的数字逻辑原理，有助于读者理解EDA设计的内容。第三章还详细介绍了本书所采用EDA实验开发系统的外部接口和设备电路，帮助读者了解开发系统的全部硬件资源和可编程逻辑器件的引脚分配，便于进行自主性、综合性、创新性设计。第四章详细描述了Quartus II软件的应用流程，逐步讲解了应用Quartus II软件进行工程设计的完整过程，帮助读者学习Quartus II软件应用，尤其有利于初学者快速上手。第五章设计了23个实验项目，内容涵盖了数字电子系统典型的功能模块，由组合逻辑到时序逻辑，使读者充分理解组合和时序逻辑设计的方法。同时，多数实验项目来源于工程实践，具有实战性，实验项目实验过程具有启发性，能够引导读者开拓思路，创新实践。 本书由王锦、鞠兰、梁科、司敏山、李国峰共同编写，在编写过程中得到南开大学电子信息与光学工程学院和电子信息实验教学中心领导的大力支持，在此表示感谢。由于统稿时间紧张，书中难免存在瑕疵、甚至错误，请读者不吝批评指正。有任何意见和建议，请与作者联系，邮箱：wangjnk@nankai.edu.cn 作者 2014年8月于南开园 本教材是针对高校电子信息类专业本科生的“EDA实验基础及应用”课程所编写的教材。首先介绍了EDA技术的基础知识，包括EDA技术的发展历程、硬件描述语言的特点、设计流程、实验平台及设计工具等，之后安排了二十三个的实验内容，涵盖了数字电子系统典型的功能模块，由简到难，由组合逻辑到时序逻辑。本教材将更多的综合性、实用性较强的实验引入课程中，使学生能够更加贴近实际的了解各种常见数字系统的设计方法，提高学生的学习兴趣，培养学生自主设计的能力。 本教材在介绍EDA技术的基础知识及设计工具的基础上，安排了较多的实验内容，包括验证性实验、综合实验及设计实验，对学生的启发比较大。本教材可作为高校电子信息类本科生的EDA技术指导书，也可以作为相关专业技术人员的自学参考书。 第一章 概述 1 1.1 EDA技术概述 1 1.2 硬件描述语言概述 3 1.3 EDA实验教学目标 4 第二章 EDA设计流程及工具简介 5 2.1 EDA设计流程 5 2.1.1 设计输入（原理图/HDL文本编辑） 5 2.1.2 功能仿真 6 2.1.3 综合 7 2.1.4 适配 7 2.1.5 时序仿真 7 2.1.6 下载配置 8 2.2 常用EDA工具 8 2.2.1 设计输入编辑器 8 2.2.2 HDL综合器 9 2.2.3 仿真器 10 2.2.4 适配器 10 2.2.5 下载器 11 2.3 Quartus II 简介 11 第三章 可编程逻辑器件与EDA实验平台 13 3.1 可编程逻辑器件概述 13 3.1.1 可编程逻辑器件的发展历程 13 3.1.2 可编程逻辑器件的分类 14 3.2 简单PLD原理 14 3.2.1 可编程逻辑器件（PLD）的表示方法 15 3.2.2 PROM 16 3.2.3 PLA 17 3.2.4 PAL 18 3.2.5 GAL 19 3.3 CPLD原理 21 3.3.1 CPLD产品概述 21 3.3.2 CPLD的结构和工作原理 22 3.4 FPGA原理 25 3