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

时间：2023-09-17 08:07:00 8sy4二极管

实验目的

熟悉 Quartus II 开发环境，掌握原理图输入、文本输入和波形模拟；

熟练掌握在 Quartus II 环境中进行 FPGA 设计过程；

熟悉 DE2-115 开发板及其使用；

实验任务及要求

任务一：熟悉 Quartus II 开发环境，掌握原理图输入模式 Quartus II 用原理图实现半加器，用原理图 Quartus II5.1 波形模拟。模拟成功后，为后续程序调用生成半加器图形符号。

任务二：在 Quartus II 全加器采用原理图实现，全加器采用 Quartus II5.1 中间的波形仿真。要求在任务一中调用半加器。

任务3：通过文本输入编写一个简单的程序，需要使用 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。通过实现这项任务，需要熟练掌握 DE2-115 使用开发板的方法，JTAG下载电缆驱动的安装方法。
任务4：通过文本输入编写一个简单的程序，需要使用 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。
任务五:(选择)尽量采用 2 拨动开关控制 4 个 LED 等待亮灭，要求输入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。

实验原理和步骤

原理：

任务一：半加器是完成一位数相加的组合电路，但不考虑进位。
任务二：全加器是将加位、加位和低位进位相加得出本位、数和进位数。
任务三: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。
任务四:开关 SW17和 LED17 对应输入输出信号SW0控制LED0的目的。
任务五:开关 SW0 和 SW1 两个档位对应输入信号0和1，两个开关共有00、01、10、114个输入结果，分别对应 LED0， LED1， LED2和 LED3 四个灯。

步骤：

任务一：
（1）开始菜单中打开 quartusII5.1 软件；
（2）在 D 盘新建一个名字 sy11 的文件夹；
(3)新建工程；
(4)新文件；
(5)在画布上画电路图；
(6)保存文件名 sy11.bdf(注意扩展名称 bdf）；
(7)将当前文件设置为 top-level entity；
(8)编译，单击工具栏编译按钮；
(9)编译成功后，模拟:①首先，建立模拟波形文件；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到波形窗口垂直虚线出现；④按格子输入值；⑤保存模拟波形文件，文件名称 sy11.vwf；⑥执行模拟命令；⑦执行仿真命令后，观察各种输入情况逻辑分析输出值。
(10)模拟成功后，将半加器设置为可调元件；
（11) 实验一完成，工程就可以关闭了。
任务二：
（1）在 D 盘新建文件夹，命名为 sy12；
(2)新建工程，工程路径为 D:/sy12，工程名为 sy12.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)根据任务一的方法和步骤，在画布中创建一个新的原理图文件，并绘制全加器
原理图。注意需要调用的半加器模块 project 中；
(4)画原理图，编译，模拟。
任务三：
（1）打开开始菜单 quartusII10.0 软件；
（2）在 D 盘新建文件夹，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)新建文本文件；
(5)输入程序。并分配管脚；
(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相同。
需要修改不同的程序。
任务四：
（1）在 D 盘新建文件夹，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)按任务三中的方法输入程序。并编译下载，测试程序。
任务五：
（1）在 D 盘新建文件夹，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)按任务三中的方法输入程序。并编译下载，测试程序。

源程序清单及注释：

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

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

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

任务一：

半加器原理图

半加器波形图
任务二：

全加器原理图

全加器波形图
任务三：

任务三代码

SW0关闭时LED0不亮

SW0打开时LED0灯亮
任务四：

任务四代码

SW17关闭时LED17不亮

SW17打开时LED17灯亮
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。

任务五代码

实验结果分析

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。
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。
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。
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。
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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