兰州交通大学：《电子电路实践》课程教学资源（授课课件）EDA技术实验1：课程概述

EDA方法（设计）及实验 国家级电工电子实验教学示范中心

EDA方法（设计）及实验 国家级电工电子实验教学示范中心

内容： 1、EDA技术综述 2、FPGA/CPLD应用 3、Verilog语言 4、实验： -QuartusⅡ软件及7位表决器设计 -Verilog语言及交通灯信号控制器设计 参考教材： 《基于Quartus I的数字系统Verilog HDL设计实例详解》 电子工业出版社 ⑩ 菌州克通大学

内容： 1、EDA技术综述 2、FPGA/CPLD应用 3、Verilog语言 4、实验： -Quartus II软件及7位表决器设计 - Verilog语言及交通灯信号控制器设计 参考教材：《基于Quartus II的数字系统Verilog HDL设计实例详解》 电子工业出版社

实习报告要求 1、理论部分： ※EDA技术概念 ※EDA技术开发流程、工具 ※FPGA/CPLD概念和结构特点 ※Verilog语言及其用法 2、实验部分： (1)七人表决器（原理图）： ※实验目的 ※实验内容（过程、原理图） ※实验结果（仿真图和测试结果） (2)交通灯Verilog): ※实验目的 ※实验内容（过程、源程序） ※实验结果（仿真图和测试结果） 3、总结、体会、建议 菌州克通大等

实习报告要求 1、理论部分： ※EDA技术概念 ※EDA技术开发流程、工具 ※FPGA/CPLD概念和结构特点 ※Verilog语言及其用法 2、实验部分： （1）七人表决器(原理图)： ※实验目的 ※实验内容（过程、原理图） ※实验结果（仿真图和测试结果） （2）交通灯(Verilog)： ※实验目的 ※实验内容（过程、源程序） ※实验结果（仿真图和测试结果） 3、总结、体会、建议

第1章EDA概述 南葡州支通大粤

第1章 EDA概述

I.IEDA技术 EDA (Electronic Design Automation 即电子设计自动 化，从计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机 辅助测试(CAT)和计算机辅助工程(CAE)的概念发展而来，是一 门新兴技术。 在电子技术设计领域，可编程逻辑器件（如CPLD、FPGA)的应 用，已得到广泛的普及，这些器件为数字系统的设计带来了极大的 灵活性。这些器件可以通过软件编程而对其硬件结构和工作方式进 行重构，从而使得硬件的设计可以如同软件设计那样方便快捷。这 一切极大地改变了传统的数字系统设计方法、设计过程和设计观念， 促进了EDA技术的迅速发展。 现代电子设计技术的核心是EDA技术。EDA技术就是依靠功能强 大的电子计算机，在EDA工具软件平台上，对以硬件描述语言（如 VHDL)为系统逻辑描述手段完成的设计文件，自动地完成逻辑编译、 化简、分割、综合、优化和仿真，直至下载到可编程逻辑器件 CPLD/FPGA或专用集成电路ASIC芯片中，实现既定的电子电路设计功 能。EDA技术是以计算机为工作平台、以EDA软件工具为开发环境、 以硬件描述语言为设计语言、以ASIC(专用集成电路)为实现载体 的电子产品自动化设计过程 菌州克通大等

1.1 EDA技术 EDA（Electronic Design Automation ） 即电子设计自动 化，从计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机 辅助测试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）的概念发展而来，是一 门新兴技术。 在电子技术设计领域，可编程逻辑器件（如CPLD、FPGA）的应 用，已得到广泛的普及，这些器件为数字系统的设计带来了极大的 灵活性。这些器件可以通过软件编程而对其硬件结构和工作方式进 行重构，从而使得硬件的设计可以如同软件设计那样方便快捷。这 一切极大地改变了传统的数字系统设计方法、设计过程和设计观念， 促进了EDA技术的迅速发展。 现代电子设计技术的核心是EDA技术。EDA技术就是依靠功能强 大的电子计算机，在EDA工具软件平台上，对以硬件描述语言（如 VHDL）为系统逻辑描述手段完成的设计文件，自动地完成逻辑编译、 化简、分割、综合、优化和仿真，直至下载到可编程逻辑器件 CPLD/FPGA或专用集成电路ASIC芯片中，实现既定的电子电路设计功 能。EDA技术是以计算机为工作平台、以EDA软件工具为开发环境、 以硬件描述语言为设计语言、以ASIC（专用集成电路）为实现载体 的电子产品自动化设计过程

1.2CPLD/FPGA概念 PLD(Programmable Logic Device)是一种由用户 根据需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。目前主 要有两大类型：CPLD(Complex PLD)和FPGA(Field Programmable.Gate Array).。它们的基本设计方法是借 助于EDA软件，用原理图、状态机、布尔表达式、硬件描 述语言等方法，生成相应的目标文件，最后用编程器或 下载电缆，由目标器件实现。生产PLD的厂家很多，但最 有代表性的PLD厂家为Altera、Xilinx和Lattice公司。 设计输入 AUERA 编译 修改设计 Cyeloney.i 仿真与定时分析 下载及测试

PLD（Programmable Logic Device）是一种由用户 根据需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。目前主 要有两大类型：CPLD（Complex PLD）和FPGA(Field Programmable Gate Array)。它们的基本设计方法是借 助于EDA软件，用原理图、状态机、布尔表达式、硬件描 述语言等方法，生成相应的目标文件，最后用编程器或 下载电缆，由目标器件实现。生产PLD的厂家很多，但最 有代表性的PLD厂家为Altera、Xilinx和Lattice公司。 1.2 CPLD/FPGA概念

L.3CPLD/FPGA的技术优势 高速并行处理场合，优势明显 ·高速逻辑控制，数字信号处理，应用广泛 。 大大降低设计成本，缩短设计周期 ·简化设计文档的管理 日益强大的逻辑仿真测试技术 。 自顶向下的设计方法 。 设计者拥有完全的自主权 ·规范标准，具有良好的可移植与可测试性 南州克通大等

1.3 CPLD/FPGA的技术优势 • 高速并行处理场合，优势明显 • 高速逻辑控制，数字信号处理，应用广泛 • 大大降低设计成本，缩短设计周期 • 简化设计文档的管理 • 日益强大的逻辑仿真测试技术 • 自顶向下的设计方法 • 设计者拥有完全的自主权 • 规范标准，具有良好的可移植与可测试性

1.4FPGA的应用 一、 数据采集和接口逻辑领域 1.FPGA在数据采集领域的应用 由于自然界的信号大部分是模拟信号，因此一般的信号处理系 统中都要包括数据的采集功能。通常的实现方法是利用AD转换器将 模拟信号转换为数字信号后，送给处理器，比如利用单片机 (MCU )或者数字信号处理器(DSP)进行运算和处理。 对于低速的AD和D/A转换器，可以采用标准的SPI接口来与 MCU或者DSP通信。但是，高速的AD和D/A转换芯片，比如视频 Decoder或者Encoder,不能与通用的MCU或者DSP直接接口。在这 种场合下，FPGA可以完成数据采集的粘合逻辑功能。 菌州克通大学

1.4 FPGA的应用 一、数据采集和接口逻辑领域 1．FPGA在数据采集领域的应用 由于自然界的信号大部分是模拟信号，因此一般的信号处理系 统中都要包括数据的采集功能。通常的实现方法是利用A/D转换器将 模拟信号转换为数字信号后，送给处理器，比如利用单片机（MCU ）或者数字信号处理器（DSP）进行运算和处理。 对于低速的A/D和D/A转换器，可以采用标准的SPI接口来与 MCU或者DSP通信。但是，高速的A/D和D/A转换芯片，比如视频 Decoder或者Encoder，不能与通用的MCU或者DSP直接接口。在这 种场合下，FPGA可以完成数据采集的粘合逻辑功能

2.FPGA在逻辑接口领域的应用 在实际的产品设计中，很多情况下需要与PC机进行数据通信。 比如，将采集到的数据送给PC机处理，或者将处理后的结果传给PC 机进行显示等。PC机与外部系统通信的接口比较丰富，如ISA、PCI 、PCI Express、PS/2、USB等。 传统的设计中往往需要专用的接口芯片，比如PC接口芯片。如 果需要的接口比较多，就需要较多的外围芯片，体积、功耗都比较大 。 采用FPGA的方案后，接口逻辑都可以在FPGA内部来实现了，大 大简化了外围电路的设计。 在现代电子产品设计中，存储器得到了广泛的应用，例如 SDRAM、SRAM、Flash等。这些存储器都有各自的特点和用途，合 理地选择储存器类型可以实现产品的最佳性价比。由于FPGA的功能 可以完全自己设计，因此可以实现各种存储接口的控制器。 菌州克通大等

2．FPGA在逻辑接口领域的应用 在实际的产品设计中，很多情况下需要与PC机进行数据通信。 比如，将采集到的数据送给PC机处理，或者将处理后的结果传给PC 机进行显示等。PC机与外部系统通信的接口比较丰富，如ISA、PCI 、PCI Express、PS/2、USB等。 传统的设计中往往需要专用的接口芯片，比如PCI接口芯片。如 果需要的接口比较多，就需要较多的外围芯片，体积、功耗都比较大 。采用FPGA的方案后，接口逻辑都可以在FPGA内部来实现了，大 大简化了外围电路的设计。 在现代电子产品设计中，存储器得到了广泛的应用，例如 SDRAM、SRAM、Flash等。这些存储器都有各自的特点和用途，合 理地选择储存器类型可以实现产品的最佳性价比。由于FPGA的功能 可以完全自己设计，因此可以实现各种存储接口的控制器

3.FPGA在电平接口领域的应用 除了TTL、COMS接口电平之外，LVDS、HSTL、GTL/GTL+、 SSTL等新的电平标准逐渐被很多电子产品采用。比如，液晶屏驱动接 口一般都是LVDS接口，数字I/O一般是LVTTL电平，DDR SDRAMI电 平一般是HSTL的。 在这样的混合电平环境里面，如果用传统的电平转换器件实现接 口会导致电路复杂性提高。利用FPGA支持多电平共存的特性，可以大 大简化设计方案，降低设计风险。 4、取代传统数字集成电路 多个传统数字集成电路可以用一个CPLD/FPGA来代替。 ⑩ 南葡州发通大粤

3．FPGA在电平接口领域的应用 除了TTL、COMS接口电平之外，LVDS、HSTL、GTL/GTL+、 SSTL等新的电平标准逐渐被很多电子产品采用。比如，液晶屏驱动接 口一般都是LVDS接口，数字I/O一般是LVTTL电平，DDR SDRAM电 平一般是HSTL的。 在这样的混合电平环境里面，如果用传统的电平转换器件实现接 口会导致电路复杂性提高。利用FPGA支持多电平共存的特性，可以大 大简化设计方案，降低设计风险。 4、取代传统数字集成电路 多个传统数字集成电路可以用一个CPLD/FPGA 来代替