EDA技术试验一:Quartus II 软件和 DE2-115 开发板使用入门

2023-10-28 18:50

本文主要是介绍EDA技术试验一:Quartus II 软件和 DE2-115 开发板使用入门,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

实验目的

  1. 熟悉 Quartus II 开发环境,掌握原理图输入方式、文本输入方式和波形仿真;
  2. 熟练掌握在 Quartus II 环境中进行 FPGA 设计的流程;
  3. 熟悉 DE2-115开发板及其使用;

实验任务及要求

  1. 任务一:熟悉 Quartus II 开发环境,掌握原理图输入方式,在 Quartus II 中用原理图方式实现半加器,并用 Quartus II5.1 中的波形仿真。仿真成功后,生成半加器图形符号以供后续程序调用。
  2. 任务二:在 Quartus II 中用原理图方式实现全加器,并用 Quartus II5.1 中的波形仿真。要求调用任务一中的半加器来实现。
  3. 任务三:采用文本输入方式编写一个简单的程序,要求用 DE2-115 开发板上的SW0 拨动开关控制 LED0 二极管的亮灭,当 SW0 拨到 1 的位置,LED0 亮,否则 LED0 灭。 通过该任务的实现,要求熟练掌握 DE2-115 开发板的使用方法,JTAG下载电缆驱动的安装方法。
  4. 任务四:采用文本输入方式编写一个简单的程序,要求用 DE2-115 开发板上的SW17 拨动开关控制 LEDR17 二极管的亮灭,当 SW17 拨到 1 的位置,LED17亮,否则 LED17 灭。
  5. 任务五:(选做)尝试采用 2 个拨动开关控制 4 个 LED 等的亮灭,要求:当输入00 时,LEDR0 亮;当输入为 01 时,LEDR1 亮;当输入为 10 时,LEDR2 亮;当输入为 11 时,LEDR3 亮。

实验原理与步骤

原理:

  1. 任务一:半加器是完成一位数相加的组合电路,但是不考虑进位。
  2. 任务二:全加器是将加位,被加位和低位进位相加得出本位和数和进位数。
  3. 任务三:将开关 SW0 和 LED0 分别对应输入和输出信号达到用SW0控制 LED0 的目的。
  4. 任务四:将开关 SW17和 LED17 分别对应输入和输出信号达到用SW0控制LED0的目的。
  5. 任务五:将开关 SW0 和 SW1 的两个挡位对应输入信号的0和1,两个开关共有00,01,10,11四种输入结果,分别对应 LED0, LED1, LED2和 LED3 四个灯。

步骤:

  1. 任务一:
    (1)开始菜单中打开 quartusII5.1 软件;
    (2)在 D 盘新建一个名为 sy11 的文件夹;
    (3)新建一个工程;
    (4)新建文件;
    (5)在画布上画出电路图;
    (6)保存文件,文件名保存为 sy11.bdf(注意扩展名为 bdf) ;
    (7)将当前文件设置为 top-level entity;
    (8)编译,单击工具栏的编译按钮 ;
    (9)编译成功后,仿真:①首先,建立仿真波形文件;②调整波形文件尺度; ③连续按下ctrl+shift+space 组合键,将波形窗口缩小,直至波形窗口的 竖直虚线出现;④按格子给各输入的值;⑤保存仿真波形文件,文件名 sy11.vwf;⑥执行仿真命令;⑦执行完仿真命令后,观察各种输入情况下得 到的输出的值,进行逻辑分析。
    (10)仿真成功后,将半加器设置成可调用的元件;
    (11) 实验一完成,此时可关闭工程。
  2. 任务二:
    (1)在 D 盘新建一个文件夹,命名为 sy12;
    (2)新建一个工程,工程路径为 D:/sy12,工程名为 sy12。将任务一的文件夹 sy11中的sy11.bdf和sy11.bsf两个文件拷贝一份到当前工程所在文件sy12 中;
    (3)新建一个原理图文件,按照任务一的方法和步骤在画布中画出全加器的
    原理图。注意,需要调用的半加器模块在 project 中;
    (4)画好原理图,编译,仿真。
  3. 任务三:
    (1) 在开始菜单中打开 quartusII10.0 软件;
    (2)在 D 盘新建一个文件夹,命名为 sy13;
    (3) 在 quartusII10.0软件中新建一个工程,工程路径为D:/sy13,工程名为sy13;
    (4)新建一个文本文件;
    (5)输入程序。并进行管脚分配;
    (6)保存文件;
    (7)编译;
    (8)编译成功后,下载程序;
    (9)在线测试。程序下载到开发板后观察程序运行结果是否与预期的一样,若
    不一样则需要修改程序。
  4. 任务四:
    (1)在 D 盘新建一个文件夹,命名为 sy14;
    (2) 在 quartusII10.0软件中新建一个工程,工程路径为D:/sy14,名为sy14;
    (3)按照任务三中的方法输入程序。并进行编译下载,测试程序。
  5. 任务五:
    (1)在 D 盘新建一个文件夹,命名为 sy15;
    (2) 在 quartusII10.0软件中新建一个工程,工程路径为D:/sy15,名为sy15;
    (3)按照任务三中的方法输入程序。并进行编译下载,测试程序。

源程序清单以及注释:

  1. 任务三:
module sy13(in,out); 说明:此处 sy13 为模块名 
(*chip_pin="AB28"*)input in;         //以SW0作为输入
(*chip_pin="G19"*)output out;        //以LED0作为输出
assign out=in; 
endmodule 
  1. 任务四:
module sy14(in,out); 说明:此处 sy13 为模块名 
(*chip_pin="Y23"*)input in;         //以SW17作为输入
(*chip_pin="H15"*)output out;       //以LED17作为输出
assign out=in; 
endmodule 
  1. 任务五:
module sy15(in,out);
(*chip_pin="AB28,AC28"*) input[1:0] in; //以SW0、SW1作为输入  
(*chip_pin="G19,F19,E19,F21"*) output reg[3:0] out; //以LED0、LED1、LED2、LED3作为输出  
always @(*)
begin
case(in)
2’d0:out = 4’b0001;  //输入为00时LED0灯亮
2’d1:out = 4’b0010;  //输入为01时LED1灯亮
2’d2:out = 4’b0100;  //输入为10时LED2灯亮
2’d3:out = 4’b1000;  //输入为11时LED3灯亮
endcase
end
endmodule

实验结果与分析

实验结果

  1. 任务一:
    在这里插入图片描述
    半加器原理图
    在这里插入图片描述
    半加器波形图

  2. 任务二:
    在这里插入图片描述
    全加器原理图
    在这里插入图片描述
    全加器波形图

  3. 任务三:
    在这里插入图片描述
    任务三代码
    在这里插入图片描述
    SW0关闭时LED0不亮
    在这里插入图片描述
    SW0打开时LED0灯亮

  4. 任务四:
    任务四代码
    任务四代码
    在这里插入图片描述
    SW17关闭时LED17不亮
    在这里插入图片描述
    SW17打开时LED17灯亮

  5. 任务五:将开关 SW0 和 SW1 的两个挡位对应输入信号的0和1,两个开关共有00,01,10,11四种输入结果,分别对应 LED0, LED1, LED2和 LED3 四个灯。
    在这里插入图片描述
    任务五代码
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    在这里插入图片描述

实验结果分析

  1. 任务一:
    仿真结果正确
    原因:
    a b sum out
    0 0 0 0
    0 1 1 0
    1 0 1 0
    1 1 0 1
    如上表所示:当a,b输入分别是00,01,10,11时,sum和out的波形图结果和表格中(即正确结果)一致。
  2. 任务二:
    仿真结果正确
    原因:
    ain bin cin cout sum
    0 0 0 0 0
    0 0 1 0 1
    0 1 0 0 1
    0 1 1 1 0
    1 0 0 0 1
    1 0 1 1 0
    1 1 0 1 0
    1 1 1 1 1
    如上表所示:当ain,bin,cin输入分别是000,001,010,011,100,101,110,111时,sum和cout的波形图结果和表格中(即正确结果)一致。
  3. 任务三:
    实验结果正确。
    原因:
    当SW0输入为0时,LED0不亮;当SW0输入为1时,LED0灯亮。
  4. 任务四:
    实验结果正确。
    原因:
    当SW17输入为0时,LED17不亮;当SW17输入为1时,LED17灯亮。
  5. 任务五:
    实验结果正确。
    当SW0,SW1输入为00时,LED0灯亮;当SW0,SW1输入为01时,LED1灯亮;当SW0,SW1输入为10时,LED2灯亮;当SW0,SW1输入为1时,LED3灯亮。

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