QuartusII简明操作指南在前面的实验里，我们所有的实验都是基于这样一个观点，即将一个数字系统划分成合适利用已有的中小规模数字集成电路的功能的模块，然后将这些集成电路通过外部引线连接起来。现在开始我们将研究用可编程逻辑器件(PLD/FPGA)来进行数字系统设计。可编程逻辑器件是一种大规模的集成电路，其内部预置了大量易于实现各种逻辑函数的结构，同时还有一些用来保持信息或控制连接的特殊结构，这些保持的信息或连接确定了器件实现的实际逻辑功能，当改变这些信息或连接时器件的功能也将随之改变。可编程逻辑器件的设计过程和传统的中小规模数字电路设计也不一样，可编程数字系统，无论是CPLD还是FPGA器件都需要利用软件工具来进行设计。可编程数字系统设计总体上一般可以分为设计输入、项目处理、设计校验和器件编程这四个主要过程。下面我们将一个简单的模60BCD计数器为例，说明可编程数字系统设计的基本流程、概念和方法，掌握QuartusIⅡI软件的基本功能和操作，了解原理图输人方式的设计全过程。一、设计项目输入设计输入是设计者对系统要实现的逻辑功能进行描述的过程。设计输人有多种表达方式，本次我们主要学习图形输人法。1.1建立工程项目1．打开QuartusII，在File菜单中选择NewProjectWizard项，将出现工程项目建立向导对话框。2．点击"Next",进入到相应的对话框，在最上面的文本输人框中输人项目所在的目录名（注意：不能用中文名，下同），在中间的文本输人框中输入项目名称，在最下面的文本输入框中输入最顶层模块的名称。3．点击"Next"进人到设计文件选择对话框，由于在本例中还没有任何设计文件，所以不选择任何文件。4.点击"Next"，进人到器件选择对话框，在"Family"下拉菜单中选择“Cyclone"在"AvailableDevices"列表栏中选择"EP1C3T144C8"。点击"Next"进入到第三方EDA工具选择对话框，在这个界面我们可以选择第三方的综5.合工具、仿真工具和时延分析工具。由于在本例中我们的综合、仿真和时延分析都采用QuartusII内置的工具，所以在这个页面不作任何选择。6.点击"Next"进人到“Summary"对话框，在这个窗口列出了前面所作设置的全部信息。点击"Finish完成工程项目建立过程，回到主窗口。1.2建立原理图输人文件在QuartusIⅡI中我们可以利用BlockEditor以原理图的形式进行设计输人和编辑。Block
Quartus II (PLD/FPGA) CPLD FPGA 60BCD Quartus II 一、 设计项目输入 1.1 1. Quartus II File New Project Wizard 2. “Next” 3. “Next”, 4. “Next” “Family” “Cyclone”, “Available Devices” “EP1C3T144C8” 5. “Next” EDA Quartus II 6. “Next” “Summary” “Finish” 1.2 Quartus II Block Editor Block
Editor可以读取并编辑后缀名为”bdf"的原理图设计文件以及在MAX+PLUSII中建立的后缀为".gdf"的原理图输人文件。1．在File菜单中选择New项，将出现新建文件对话框。选择"DeviceDesignFile/BlockDiagram/Schematic File"项。点击"OK”在主界面中将打开“BlockEditor"窗口。“BlockEditor"包括主绘图区和主绘2.图工具条两部分。主绘图区是用户绘制原理图的区域，绘图工具条包含了绘图所需要的一些工具。简要说明如下：选择工具：用于选择图中的器件、线条等绘图元素；D插人器件：从元件库内选择要添加的元件口插人模块：插入已设计完成的底层模块；7正交线工具：用于绘制水平和垂直方向的连线；7正交总线工具：用于绘制水平和垂直方向的总线；学打开关闭橡皮筋连接功能：按下，橡皮筋连接功能打开，此时移动元件连接在元件上的连线也跟着移动，不改变同其他元件的连接关系；打开关闭局部正交连线选择功能：按下时打开局部正交连线选择功能，此时可以通过用鼠标选择两条正交连线的局部；?放大和缩小工具：按下时，点击鼠标左键放大，右键缩小显示绘图工作区；全屏显示：将当前主窗口全屏显示；4垂直翻转：将选中的元件或模块进行垂直翻转；4水平翻转：将选中的元件或模块进行水平翻转；4旋转90度：将选中的元件或模块逆时针方向旋转90度；元件的添加：在主绘图区双击鼠标左键，弹出相应的Symbol对话框，在name栏输入需添加的元件，如7400或nand2（二输入与非门），not（非门），vcc（5v电源、高电平），gnd（接地、低电平），input（输入引脚），output（输出引脚）等，回车或点击ok，此时在鼠标光标处将出现该元件图标，并随鼠标的移动而移动，在合适的位置点击鼠标左键，放置一个元件。也可以利用插人器件工具来添加元器件，方法类似。3.命名输入输出引脚：双击输入输出引脚的"PINNAME”，输入自已定义的名字即可。器件的连接和修改：连接元器件的两个端口时，先将鼠标移到其中一个端口上，这时鼠4.标指示符自动变为“+"形状，然后一直按住鼠标的左键并将鼠标拖到第二个端口，放开左键，则一条连接线被画好了。如果需要删除一根连接线，可单击这根连接线使其成高亮线，然后按键盘上的"Delete"键即可
Editor ”.bdf” MAX+PLUS II ”.gdf” 1. File New “Device Design File/Block Diagram/Schematic File” 2. “OK”, “Block Editor” “Block Editor” / / 90 90 Symbol name 7400 nand2 not vcc 5v gnd input output ok 3. “PIN_NAME” 4. “+” “Delete
5．保存文件：从"File"菜单下选择"Save"，出现文件保存对话框。单击"OK”，使用默认的文件名存盘。默认的文件名为项目顶层模块名加上“bdf"后缀。二、 设计项目处理在完成输人后，设计项目必须经过一系列的编译处理才能转化为可以下载到器件内的编程文件。1．点击主工具栏上的按钮，开始"Analysis andSynthesis"编译过程。注意应该将要编译的文件设置成顶层文件才能对它进行编译，设置方法为：点击左边ProjectNavigator/files打开files/DeviceDesignFiles，选中要编译的bdf文件，点击鼠标右键，在弹出的菜单中选择SetasTop-level Entity。2．在项目处理过程期间，所有信息、错误和警告将会在自动打开的信息处理窗口中显示出来。如果有错误或警告发生，双击该错误或警告信息，就会找到该错误或警告在设计文件中的位置。其中错误必须要修改，否则无法执行后续的项目处理，对于警告则要分情况处理。3.分配引脚：AnalysisandSynthesis全部通过后，为了把我们的设计下载到实际电路中进行验证，还必须把设计项目的输人输出端口和器件相应的引脚绑定在一起。有两种方法可以实现这个过程，一种是给引脚分配信号，另一种则是给信号分配管脚。在此只介绍给信号分配管脚的方法：选择菜单Assignments→Pins，"AssignmentsEditor窗。选择菜单View→ShowAllKnownPinNames，此时编辑器将显示所有的输人输出信号，其中"To"列是信号列，“Location"列是引脚列，“GeneralFunction"列显示该引脚的通用功能。对于一个输人输出信号，双击对应的“Location”列，在弹出的下拉列表框内选择需要绑定的管脚号。完成所有引脚的绑定，保存修改，此时原理图设计文件将给输人输出端口添加引脚编号。4、布局布线、生成编程文件和时序分析：AnalysisandSynthesis和管脚分配完成后，可以点击进行全编译三、设计项目校验在完成设计输入和编译后，我们可以通过软件来检验设计的逻辑功能和计算设计的内部定时是否符合设计要求。常见的设计项目校验包括功能仿真、定时分析和时序仿真。3.1建立输人激励波形文件（.vmf）：在做仿真之前，必须要先建立波形激励文件，具体步骤如下：1、在“File"菜单中选择"New"打开新建文件对话框，在"OtherFiles"中选择“VectorWaveformFile"项后选择“OK"2．编辑器窗口的节点名称栏(Name)空白处单击鼠标右键，在该菜单中选择"InsertNode orBus..."项，弹出InsertNodeorBus对话框，点击"NodeFinder"按钮，打开“NodeFinder
5. “File” “Save” “OK” “.bdf” 1. “Analysis and Synthesis” Project Navigator/files files/Device Design Files bdf Set as Top-level Entity 2. 3. Analysis and Synthesis Assignments→Pins ”Assignments Editor” View→Show All Known Pin Names “To” “Location” “General Function” Location 4、 布局布线、生成编程文件和时序分析：Analysis and Synthesis 和管脚分配完成后，可以 点击 进行全编译 3.1 .vmf 1. “File” “New” “Other Files” “Vector Waveform File” “OK” 2. (Name) “Insert Node or Bus.” Insert Node or Bus “Node Finder” “Node Finder
对话框，单击"List"按钮可以在"NodesFound"栏中看到在设计中的所有输入/输出信号，当选中信号时，蓝色高亮，表示被选中。单击≥按钮可将选中的信号移动到SelectedNodes"区，表示可对这些信号进行观测。点击"OK"按钮，回到"InsertNodeorBus"对话框，再点击该对话框的"OK"按钮3.从菜单"File"中选择"Save"，将此波形文件保存为默认名，扩展名".vmf"表示仿真波形激励文件。3.2为输入信号建立输人激励波形：在波形文件中添加好输入/输出信号后，就可开始为输入信号建立输入激励波形。1.在"Tools"菜单中选择"Options"项，打开参数设置对话框，选择"WaveformEditor"项设置波形仿真器参数。在这个对话框里我们设置"Snaptogrid"为不选中，其他为缺省值即可。2.从菜单"Edit"下选择"EndTime"项，弹出终止时间设定对话框，根据设计需要设置仿真终止时间。3.利用波形编辑器工具栏提供的工具为输人信号赋值，工具栏中主要按钮的功能介绍如下:@放大和缩小工具：利用鼠标左键放大/右键缩小显示仿真波形区域；全屏显示：全屏显示当前波形编辑器窗口；赋值"0"：对某段已选中的波形，赋值"0"，即强0；赋值"1"：对某段已选中的波形，赋值"1"，即强1；时钟赋值：为周期性时钟信号赋值；4．用鼠标左键单击"Name"区的信号，该信号全部变为黑色，表示该信号被选中。用鼠标左键单击人按钮即可将该信号设为"1。设置时钟信号方法：选中信号，单击工具条中的X@按钮打开Clock对话框，输人所需的时钟周期，单击"OK"关闭此对话框即可生成所需时钟。5．选择File"中“Save"存盘。到此完成激励波形输入。3.3功能仿真可编程系统的仿真一般分为功能仿真和时序仿真。其中功能仿真，主要是检查逻辑功能是否正确。功能仿真方法如下：1.在"Tools"菜单下选择"SimulatorTool"项，打开“SimulatorTool"对话框。在“SimulatorMode”下拉列表框中选择"Functional"项，在Simulationinput"栏中指定波形激励文件。单击"GeneratorFunctionalSimulatorNetlist"按钮，生成功能仿真网表文件。2.仿真网表生成成功后，点击"Start按钮，开始功能仿真。仿真计算完成后，点击Report"按钮，打开仿真结果波形
“List” “Nodes Found” / “≥” “ Selected Nodes” “OK” “Insert Node or Bus” “OK” 3. “File” “Save ” “.vmf” 3.2 / 1. “Tools” “Options” “Waveform Editor” “Snap to grid” 2. “Edit” “End Time” 3. / “0” ‘0’ 0 “1” ‘1’ 1 4. “Name” ”1” Clock “OK” 5. “File” “Save” 3.3 1 “Tools” “Simulator Tool” “Simulator Tool” “Simulator Mode” “Functional” “Simulation input” “Generator Functional Simulator Netlist” 2 “Start” “Report
3观察输出波形，检查是否满足设计要求。3.4时序仿真时序仿真则是在功能仿真的基础上利用在布局布线中获得的精确延时参数进行的精确仿真，一般时序仿真的结果和实际结果非常的接近，但由于要计算大量的时延信息，仿真速度比较慢。时序仿真的详细步骤如下：1、在“SimulatorTool"对话框的“SimulatorMode”下拉列表框中选择"Timing"项，在“Simulationinput"栏中指定波形激励文件。2点击"Start"按钮，开始时序仿真。仿真计算完成后，点击“Report"按钮，打开和功能仿真类似仿真结果波形。四、器件编程器件编程是使用项目处理过程中生成的编程文件对器件进行编程的，在这个过程中可以对器件编程、校验、试验，检查是否空白以及进行功能测试。4.2QuartusⅡI器件编程1、用下载电缆将计算机并口和实验设备连接起来，接通电源。2、选择Tools→Programmer菜单，打开Programmer窗口。在开始编程之前，必须正确设置编程硬件。点击"HardwareSetup"按钮，打开硬件设置口。3、点击“AddHardware”打开硬件添加窗口，在“Hardwaretype”下拉框中选择“ByteBlasterMVorByteBlasterII”，“Port"下拉框中选择LPTI”，点击OK按钮确认，关闭HardwareSetup窗口，完成硬件设置。4、将Program/Configure选中。5、点击“Start"按钮，开始编程
3 3.4 1. “Simulator Tool” “Simulator Mode” “Timing” “Simulation input” 2. “Start” “Report” 4.2 Quartus II 1 2 Tools→Programmer Programmer “Hardware Setup” 3 “Add Hardware” “Hardware type” “ByteBlasterMV or ByteBlaster II” “Port” “LPT1” OK Hardware Setup 4 Program/Configure 5 “Start