第1章EDA技术与VHDL设计[电子教案]
EDA技术实验讲义
E D A/S O P C技术实验讲义陕西科技大学电气与信息工程学院目录4第一章 EDA_VHDL实验/设计与电子设计竞赛4 1-1、应用QuartusII完成基本组合电路设计5 1-2. 应用QuartusII完成基本时序电路的设计6 1-3. 设计含异步清0和同步时钟使能的加法计数器7 1-4. 7段数码显示译码器设计8 1-5. 8位数码扫描显示电路设计9 1-6. 数控分频器的设计10 1-7. 32位并进/并出移位寄存器设计10 1-8. 在QuartusII中用原理图输入法设计8位全加器11 1-9. 在QuartusII中用原理图输入法设计较复杂数字系统11 1-10. 用QuartusII设计正弦信号发生器13 1-11. 8位16进制频率计设计16 1-12. 序列检测器设计16 1-13. VHDL状态机A/D采样控制电路实现18 1-14. 数据采集电路和简易存储示波器设计19 1-15. 比较器和D/A器件实现A/D转换功能的电路设计20 1-16 移位相加硬件乘法器设计24 1-17 采用流水线技术设计高速数字相关器24 1-18 线性反馈移位寄存器设计25 1-19 乐曲硬件演奏电路设计28 1-20 乒乓球游戏电路设计32 1-21 循环冗余校验(CRC)模块设计33 1-22. FPGA步进电机细分驱动控制设计(电子设计竞赛赛题)34 1-23. FPGA直流电机PWM控制实验35 1-24. VGA彩条信号显示控制器设计37 1-25. VGA图像显示控制器设计37 1-26. 清华大学学生基于GW48PK2系统VGA图像显示控制器设计示例5则38 1-27. 直接数字式频率合成器(DDS)设计实验(电子设计竞赛赛题)39 1-28. 嵌入式锁相环PLL应用实验41 1-29. 使用嵌入式锁相环的DDS设计实验（200MHz超高速DAC的PLL测试42 1-30. 基于DDS的数字移相信号发生器设计(电子设计竞赛赛题)45 1-31. 采用超高速A/D的存储示波器设计(含PLL,电子设计竞赛赛题)46 1-32. 信号采集与频谱分析电路设计(电子设计竞赛赛题)46 1-33. 等精度数字频率/相位测试仪设计实验(电子设计竞赛赛题)48 1-34. FPGA与单片机联合开发之isp单片机编程方法49 1-35. 测相仪设计(电子设计竞赛赛题)50 1-36. PS/2键盘鼠标控制电子琴模块设计50 1-37. PS/2鼠标与VGA控制显示游戏模块设计50 1-38. FPGA_单片机_PC机双向通信测频模块设计50 1-39. 10路逻辑分析仪设计(电子设计竞赛赛题)51 1-40. IP核：数控振荡器NCO应用设计52 1-41. IP核：FIR数字滤波器应用设计53 1-42. IP核：FFT应用设计53 1-43. IP核：CSC VGA至电视色制互转模块应用设计54 1-44. IP核：嵌入式逻辑分析仪SignalTapII调用55 1-45. USB与FPGA通信实验56第二章 SOPC/EDA设计实验I56 2-1 用逻辑锁定优化技术设计流水线乘法器实验57 2-2 用逻辑锁定优化技术设计16阶数字滤波器实验59 2-3 基于DSP Builder的FIR数字滤波器设计实验60 2-4 基于DSP Builder的IIR数字滤波器设计实验60 2-5 基于DSP Builder的DDS与数字移相信号发生器设计实验62 2-6 m序列伪随机序列发生器设计实验63 2-7 巴克码检出器设计实验65 2-8 RS码编码器设计实验65 2-9 正交幅度调制与解调模型设计实验67 第三章 SOPC/EDA设计实验II67 3-1 基于MATLAB/DSP Builder DSP可控正弦信号发生器设计72 3-2 32位软核嵌入式处理器系统Nios开发实验73 3-3 设计一个简单的SOPC系统74 3-4 简单测控系统串口接收程序设计74 3-5 GSM短信模块程序设计75 3-6 基于SOPC的秒表程序设计77 3-7 Nios Avalon Slave外设（PWM模块）设计78 3-8 Nios Avalon Slave外设（数码管动态扫描显示模块）设计79 3-15 DMA应用和俄罗斯方块游戏设计79第四章 SOPC/EDA设计实验III ( NiosII系统设计 ) 79 4-1、建立NIOSII嵌入式处理器硬件系统87 4-2、NIOSII软件设计与运行流程94 4-3、加入用户自定义组件设计100 4-4、加入用户自定义指令设计103 4-5、FLASH编程下载104 4-6、设计DSP处理器功能系统104 4-7、AM调制电路设计105第五章液晶接口实验105 5-1 GDM12864A液晶显示模块接口开发111 5-2 HS162-4液晶显示模块与单片机的接口114 5-3 G240-128A液晶显示模块的接口115第六章 CPU及其结构组件设计实验115 6-1 复杂指令CPU设计122 6-2 8051/89C51单片机核于FPGA中实现实验124第七章模拟EDA实验124 7-1 模拟EDA实验及其设计软件使用向导（PAC _Designer使用）124 7-2 基于ispPAC80的5阶精密低通滤波器设计126 7-3 基于ispPAC10的直流增益为9的放大器设计129附录：GW48 EDA/SOPC主系统使用说明129 第一节：GW48教学系统原理与使用介绍，132 第二节：实验电路结构图137 第三节：超高速A/D、D/A板GW-ADDA说明138 第四节：步进电机和直流电机使用说明138 第五节：SOPC适配板使用说明139 第六节：GWDVPB电子设计竞赛应用板使用说明141 第七节：GWCK/PK2/PK3系统万能接插口与结构图信号/与芯片引脚对照表第一章EDA_VHDL实验/设计与电子设计竞赛1-1. 应用QuartusII完成基本组合电路设计(1) 实验目的：熟悉QuartusⅡ的VHDL文本设计流程全过程，学习简单组合电路的设计、多层次电路设计、仿真和硬件测试。
《EDA技术与Verilog设计》第1章：EDA技术概述
IP核与 核与SOC设计 核与 设计
--用 等硬件描述语言描述的功能块， 软IP--用VHDL等硬件描述语言描述的功能块，但 -等硬件描述语言描述的功能块 是并不涉及用什么具体电路元件实现这些功能。 是并不涉及用什么具体电路元件实现这些功能。 --完成了综合的功能块 固IP--完成了综合的功能块。 --完成了综合的功能块。
现代EDA技术的特征 技术的特征 现代
1．硬件描述语言设计输入 ． 2．“自顶向下”设计方法（Top-down） ． 自顶向下”设计方法（Top-down） 3．开放性和标准化 ． 4．高层综合与优化 ．
1.2 Top-down设计与 核设计 设计与IP核设计 设计与
Top-down的设计 的设计 须经过“设计—验 须经过“设计 验 修改设计—再 证—修改设计 再 修改设计 验证”的过程， 验证”的过程，不 断反复， 断反复，直到结果 能够实现所要求的 功能，并在速度、 功能，并在速度、 功耗、 功耗、价格和可靠 性方面实现较为合 理的平衡。 理的平衡。
IP(Intellectual Property)核 核
IP（Intellectual Property）：原来的含义是指 （ ）：原来的含义是指 ）： 知识产权、著作权， 知识产权、著作权，在IC设计领域指实现某 设计领域指实现某 种功能的设计。 种功能的设计。 IP核（IP模块）：指功能完整，性能指标可 模块）：指功能完整， 核 模块）：指功能完整 已验证的、可重用的电路功能模块。 靠，已验证的、可重用的电路功能模块。 IP复用（IP reuse） 复用（ 复用 ）
（b）硬件语言设计目标流程 ）
适 配
适配器也称为结构综合器， 适配器也称为结构综合器，它的功能是将由综合 器产生的网表文件配置于指定的目标器件中， 器产生的网表文件配置于指定的目标器件中，并产 生最终的可下载文件 器件而言， 对CPLD器件而言，产生熔丝图文件，即JEDEC 器件而言 产生熔丝图文件， 文件； 器件则产生Bitstream位流数据文件 文件；对FPGA器件则产生 器件则产生 位流数据文件
第一章 EDA技术概述PPT课件
（3）在系统设计的后期进行仿真和调试 系统设计时存在的问题只有在后期才能发现，一旦系
统设计中存在缺陷，就得重新设计系统。
（4）自下而上的设计思想的局限 底层的设计是否满足设计要求，不能在当前层次判断，
要在整个系统设计完后才能做系统的测试和调试，才能确定 以前的设计是不是正确。
1.6 EDA技术的优势
1.7 EDA技术的发展趋势
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1.1 EDA技术及其发展
1. 什么是 EDA? Electronic Design Automation 电子设计自动化
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2. EDA技术的发展过程 （1）计算机辅助设计CAD阶段
20世纪70年代，属于EDA技术发展初期。利用计算机、 二维图形编辑与分析的CAD工具，完成布图布线等高度复 杂性的繁杂工作。
❖ 统称为EDA工程
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（2）狭义定义：
以大规模可编程器件为设计载体，以硬件描述语言 HDL（Hardware Description Language）为系统逻辑功 能描述的主要表达方式，依赖功能强大的计算机，大规模可 编程器件的开发软件及实验开发系统为设计工具，自动完成 从软件方式描述的电子系统到硬件系统的逻辑编译、逻辑化 简、逻辑分割、逻辑综合与优化、布局布线、以及逻辑仿真 与测试，直至完成对于特定目标芯片的适配、逻辑映射、编 程下载等工作，最终形成集成电子系统或专用集成芯片的一 门多学科融合的新技术。
工程设计师开始实现“概念驱动工程”（Concept Driver Engineering, CDE）的梦想。
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3. EDA技术的定义 （1）广义定义：
EDA技术包括： 半导体工艺设计自动化、 可编程器件设计自动化、 电子系统设计自动化、 印制电路板设计自动化、 仿真与测试、故障诊断自动化、 形式验证自动化
电子钟eda课程设计vhdl
电子钟eda课程设计vhdl一、教学目标本课程旨在通过学习“电子钟EDA课程设计VHDL”，让学生掌握数字电路设计的基本原理和方法，学会使用硬件描述语言VHDL进行电子钟的设计与仿真，培养学生的实际动手能力和创新能力。
知识目标：使学生了解数字电路的基本组成原理，掌握VHDL语言的基本语法和编程技巧，理解电子钟的电路结构和设计方法。
技能目标：培养学生使用EDA工具进行数字电路设计的能力，能够独立完成电子钟的设计与仿真，提高学生的实际动手能力。
情感态度价值观目标：通过本课程的学习，培养学生对电子技术的兴趣，增强学生自主学习和探索的精神，提高学生解决实际问题的能力。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括三部分：数字电路基本原理、VHDL硬件描述语言和电子钟设计实例。
1.数字电路基本原理：介绍数字电路的基本概念、逻辑门电路、组合逻辑电路、时序逻辑电路等。
2.VHDL硬件描述语言：讲解VHDL的基本语法、编程技巧，包括实体声明、端口声明、信号声明、过程声明等。
3.电子钟设计实例：以电子钟为例，讲解如何使用VHDL语言进行数字电路的设计与仿真，包括时钟发生器、分频器、秒脉冲发生器等模块的设计。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法相结合的方式进行教学。
1.讲授法：通过讲解基本原理和实例，使学生掌握数字电路设计和VHDL编程的基本知识。
2.案例分析法：分析电子钟设计实例，使学生了解实际设计过程中遇到的问题和解决方法。
3.实验法：安排实验室实践环节，让学生亲自动手进行电子钟的设计与仿真，提高学生的实际操作能力。
四、教学资源为了支持本课程的教学，我们将准备以下教学资源：1.教材：《数字电路设计与VHDL编程》等。
2.参考书：《VHDL入门与应用》、《数字电路实验教程》等。
3.多媒体资料：制作课件、教学视频等，以便于学生复习和巩固所学知识。
4.实验设备：计算机、EDA工具软件、实验室器件等，用于学生的实际操作和实验。
EDA技术与VerilogHDL课程设计
EDA技术与VerilogHDL课程设计EDA（Electronic Design Automation）技术是现代电子产品设计中不可或缺的环节。
EDA技术可以大大提高电路设计的效率和质量，加速产品的开发周期。
近年来，EDA技术得到了快速发展，成为电子工程师必须掌握的技能之一。
在EDA技术的学习中，VerilogHDL是不可或缺的一部分。
VerilogHDL简介VerilogHDL是一种硬件描述语言，可以用于设计数字电路和系统。
它可以描述数字电路的结构、行为和时序，可以用于描述数字电路中的元件、模块和系统。
VerilogHDL可以用于设计各种各样的数字电路，如计算机系统、芯片、通信系统等。
它是目前广泛使用的一种HD（Hardware Description）语言。
VerilogHDL提供了一种简单、清晰的方式来描述数字电路的功能和行为。
它可以将数字电路分解成各种不同的部分，使用模块化的方法进行设计。
同时，VerilogHDL也提供了强大的模拟和验证工具，可以在设计和开发过程中进行仿真和调试。
因此，VerilogHDL已经成为数字电路设计中不可或缺的一部分。
EDA技术与数字电路设计EDA技术主要包括从原理图到物理图的设计流程、电路仿真和验证、逻辑综合、布局布线等技术。
这些技术可以大大提高电路设计的效率和质量。
在EDA技术中，数字电路设计是其中一个重要的环节。
数字电路设计可以分为三个步骤：设计、仿真和验证。
设计包括电路结构设计和源代码的编写。
仿真是为了验证设计的正确性和可靠性。
验证是为了确保电路设计满足规格，并能够在现实环境中稳定运行。
EDA技术在数字电路设计中的运用非常广泛。
它可以大大简化设计过程，提高设计的效率和质量。
在EDA技术中，VerilogHDL是不可或缺的一部分。
它可以用来描述数字电路的结构、功能和时序。
同时，VerilogHDL也提供了强大的仿真和验证工具，可以帮助设计者进行电路仿真和验证，提高电路设计的质量和可靠性。
eda技术电子教案
1.1数字系统数字电路又名数字系统。
定义：用数字信号完成对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路称为数字电路，或数字系统。
由于它具有逻辑运算和逻辑处理功能，所以又称数字逻辑电路。
组合逻辑电路组合逻辑电路简称组合电路，它由最基本的的逻辑门电路组合而成。
特点是：输出值只与当时的输入值有关，即输出惟一地由当时的输入值决定。
电路没有记忆功能，输出状态随着输入状态的变化而变化，类似于电阻性电路，如加法器、译码器、编码器、数据选择器等都属于此类。
时序逻辑电路时序逻辑电路简称时序电路，它是由最基本的逻辑门电路加上反馈逻辑回路（输出到输入）或器件组合而成的电路，与组合电路最本质的区别在于时序电路具有记忆功能。
时序电路的特点是：输出不仅取决于当时的输入值，而且还与电路过去的状态有关。
它类似于含储能元件的电感或电容的电路，如触发器、锁存器、计数器、移位寄存器、储存器等电路都是时序电路的典型器件。
1.2 EDA技术EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）的缩写，在20世纪90年代初从计算机辅助设计（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）的概念发展而来的。
EDA技术就是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言VHDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。
1.3 EDA技术的主要内容1.3.1 硬件描述语言硬件描述语言（HDL）是各种描述方法中最能体现EDA优越性的描述方法。
所谓硬件描述语言，实际就是一个描述工具，其描述的对象就是待设计电路系统的逻辑功能、实现该功能的算法、选用的电路结构以及其他各种约束条件等。
通常要求HDL既能描述系统的行为，又能描述系统的结构。
（1）Verilog-HDLVerilog-HDL语言是在1983年由GDA（Gateway Design Automation）公司的首创的。
EDA教程第一章
课程所要解决的问题？
当你们经历了以上的痛苦后，不知道你们想过下 面的问题没有？ 能不能让计算机帮助化简卡诺图？而且是多个 变量？ 能不能用一种芯片实现多个分离小规模数字IC 能不能用一种芯片实现多个分离小规模数字IC 的功能，并且在芯片内部将这些功能连接？ 设计数字系统能不能象C 设计数字系统能不能象C语言那样，只关心“如 何描述”一个数字系统，而不是“如何具体实 现”数字系统。
数字系统EDA技术发展概述 数字系统EDA技术发展概述
EDA技术所涉及的领域相当广泛，业界一般将 EDA技术所涉及的领域相当广泛，业界一般将 EDA技术分成: EDA技术分成: 狭义EDA技术 狭义EDA技术 广义EDA技术 广义EDA技术
数字系统EDA技术发展概述 数字系统EDA技术发展概述
狭义EDA技术 狭义EDA技术，就是指以大规模可编程逻辑器件为 技术，就是指以大规模可编程逻辑器件为 设计载体，以 设计载体，以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方 式，以 式，以计算机、大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验 开发系统为设计工具，通过有关的开发软件，自动完成用 开发系统为设计工具，通过有关的开发软件，自动完成用 软件方式设计的电子系统到硬件系统的: 软件方式设计的电子系统到硬件系统的: 逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化、 逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化、 逻辑布局布线、逻辑仿真， 逻辑布局布线、逻辑仿真，直至对于特定目标芯片的适配 编译、逻辑映射、 编译、逻辑映射、编程下载等工作 最终形成集成电子系统或专用集成芯片的一门新技 术，或称为IES/ASIC自动设计技术。 术，或称为IES/ASIC自动设计技术。
数字系统设计技术发展历史
年代 事件
公元前3000年 公元前 年 1614-1617
EDA技术与VerilogHDL设计教学设计
EDA技术与VerilogHDL设计教学设计引言EDA技术(Electronic Design Automation)是指电子设计自动化技术，它是一种基于计算机辅助设计的设计方式。
而VerilogHDL(硬件描述语言)是EDA技术中最主要的一种开发语言。
随着科技的不断进步，EDA技术在电子设计中的应用也日益增加，尤其在高集成度、高复杂度的电路设计中得到广泛应用。
在这样的背景下，我们需要开展EDA技术和VerilogHDL设计的教学。
本文将从以下三个方面论述EDA技术与VerilogHDL设计教学设计：1.教学目标与任务分析；2.教学方案；3.教学要点与难点。
教学目标与任务分析EDA技术和VerilogHDL设计教学的主要目的是培养学生对EDA工具相关的使用技能及运用EDA工具进行系统设计、仿真与验证的能力，同时让学生理解和掌握VerilogHDL语言。
针对此目标，我们需要完成以下教学任务：1.建立学生的基础知识：学习EDA技术和VerilogHDL语言之前，学生需要先掌握电路基础、数字电路设计和计算机组成原理等相关的基础知识，在这个基础上才能更好地理解和运用EDA技术进行面向硬件的系统设计。
2.学习EDA工具的使用：学生需要熟练掌握EDA工具的使用流程和各类功能，如仿真、布图和布线等。
其中仿真是最主要和关键的环节，我们需要通过让学生熟练掌握PCB、Modelsim等仿真工具的使用以及实践操作，让学生获得与理论学习同等重要的实践素质。
3.学习VerilogHDL语言的使用：作为EDA技术的核心语言，VerilogHDL在电路设计学科中占据重要地位。
因此我们需要帮助学生熟练掌握VerilogHDL语言，并掌握其中常见的电路模块和语法。
教学方案在教学实践中，“理论+实践”会取得更为良好的教学效果，因此我们可以将EDA技术和VerilogHDL设计的教学分为两个阶段：第一阶段第一阶段从EDA技术的基础部分开始授课，包括EDA的概念、EDA技术的分类和EDA工具的介绍等。
电子设计自动化eda第一章vhdl基本结构
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类属参量用来规定端口的大小、实体 中子元件数目及实体的定时特性等。
总目录 章目录 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
它和常数不同，常数只能从设计实体的内部得 到赋值且不能改变；而类属参量的值可由设计实 体的外部提供。
SIGNAL sig：BIT； 信号定义语句〔内部信号，无方向〕
BEGIN Sig <= (d0 AND sel) OR (NOT sel AND d1)；
功能描述语句
S<=sig；
END dataflow；
.
1.3 块、子程序和进程
1.3.1块语句〔BLOCK〕
总目录 章目录 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
端口是对根本设计单元与外部接口的描述。 其功能相当电路图符号的外部引脚。 端口可以被赋值，也可以当做逻辑变量用在逻辑表 达式中。
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总目录 章目录 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
其中端口名是设计者为实体的每一个对外通道 所取的名字，通常为英文字母加数字，名字的定义有 一定的惯例，如clk 表示时钟，D开头的端口名表示数 据，A开头的端口名表示地址。端口模式是指这些通 道上的数据流动的方式，如输入或输出等。
章目录 与BLOCK语句不同之处是，在系统仿真时， 第一节 PROCESS结构中的语句是按顺序逐条向下执行的，而不 第二节 像BLOCK语句那样并发执行。
第三节
一个结构体中可以有多个并行运行的进程结构，每一
第四节
个进程内部是由一系列顺序语句来构成的。
第五节
.
PROCESS语句的结构：
[进程标号] PROCESS [〔敏感信号表〕] [IS]
第1章 EDA技术简介
EDA应用技术
3、 软件开发工具 EDA开发工具分为：
集成化的开发系统；
特定功能的开发软件：综合软件
仿真软件
EDA应用技术
3、 软件开发工具 集成化的开发系统
EDA应用技术
3、 软件开发工具 特定功能的开发软件 综合类：
EDA应用技术
Quartus II启动界面
EDA应用技术
MAX+plusII启动界面
EDA应用技术
二、EDA技术的应用范畴
EDA应用技术
三、EDA技术的特点
1、采用硬件描述语言进行设计 采用HDL对电路与系统进行描述，更适合于描述规模大、 功能复杂的数字系统。其优点是语言的标准化，便于设计 的复用、交流、保存和修改；设计与工艺无关、宽范围的 描述能力、便于组织大规模、模块化的设计。 2、逻辑综合与优化 可以进一步的缩短设计周期，提高设计效率 3、开放性和标准化 可以接纳其他厂商的EDA工具一起进行设计工作，实现各 种EDA工具间的优化组合，实现资源共享，有效提高设计 工作效率，有利于大规模、有组织的设计开发工作。
成数字系统的仿真、逻辑综合、布局布线等工作。最后下载到
芯片，实现系统功能。使硬件设计软件化。
1、设计输入：
在计算机上利用软件平台进行设计 原理图设计 设计方法 VerlogHDL语言设计 状态机设计
EDA应用技术
2、仿真
3、下载
下载线
4、验证结果
实验板
EDA应用技术
实验箱俯视图
EDA应用技术
核心芯片俯视图
II生成供时序仿真用的EDIF、VHDL和Verilog这三 种不同格式的网 表文件，它界面友好，使用便捷，
被誉为业界最易学易用的EDA的软件 ，并支持主流