【文章內(nèi)容簡介】 Quartus II 是 Altera 公司的綜合性 PLD 開發(fā)軟件，支持原理圖、 VHDL、VerilogHDL 以及 AHDL（ Altera Hardware Description Language）等多種設(shè)計(jì)輸入形式，內(nèi)嵌自有的綜合器以及仿真器，可以完成從設(shè)計(jì)輸入到硬件配置的完整PLD 設(shè)計(jì)流程。 Quartus II 可以在 Windows、 Linux 以及 Unix 上使用，除了可以使用 Tcl腳本完成設(shè)計(jì)流程外，提供了完善的用戶圖形界面設(shè)計(jì)方式。具有運(yùn)行速度快，界面統(tǒng)一，功能集中，易學(xué)易用等特點(diǎn)。 Quartus II ALTERA 公司全系列器件 CPLD： MAX3000、 MAX7000、MAX9000 和 MAXII 等； FPGA： Stratix、 StratixII、 StratxIII、 Cyclone、 CycloneII、CycloneIII、 ACEX1K、 APEX20K 和 FLEX10K 等。 使用方法 下面以一個十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)為例，詳細(xì)介紹原理圖輸入的設(shè)計(jì)方法及仿真步驟。 一 設(shè)計(jì)文檔的輸入 1. 建立工程 一個設(shè)計(jì)對應(yīng)一個工程項(xiàng)目文件，該工程項(xiàng)目下可包含多個設(shè)計(jì)模塊文件。運(yùn)行 Quartus II 軟件，出現(xiàn)如下界面： 南京大學(xué)金陵學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 6 建立工程， File→ New Project Wizad 如下圖： 點(diǎn)擊 New Project Wizard 后彈出指定工程名的對話框，在 Diectory， Name，TopLevel Entity 中如下圖填寫： 南京大學(xué)金陵學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 7 直接按 Next 進(jìn)行下一步，選擇 FPGA 器件的型號： 在 Family 下拉框中，我們選擇 FLEX10K 系列，注意在 Filters 一欄選上 Show Advanced Devices以顯示所有的型號。執(zhí)行下一步出現(xiàn)對話框： 南京大學(xué)金陵學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 8 這里是選擇其他 EDA 工具的對話框，我們用 QII 的集成環(huán)境進(jìn)行開發(fā)，因此這里不作任何改變。按 Next 進(jìn)入工程的信息總概對話框： 按 Finish 按鈕即建立一個空項(xiàng)目。 2. 建立頂層圖 執(zhí)行 File→ New，彈出新建文 件對話框： 南京大學(xué)金陵學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 9 選擇 Block Diagram Schematic File按 OK 即建立以個空的頂層圖，缺省名為 ，如下圖： 3. 添加邏輯元件 (Symbol) 雙擊頂層圖圖紙的空白處，彈出添加元件的對話框，在 Libraries 里尋找需要的邏輯元件，如果知道邏輯元件的名稱的話，也可以直接在 Name 一欄敲入名字，右邊的預(yù)覽圖即可顯示元件的外觀，按 OK 后鼠標(biāo)旁邊即拖著一個元件符號，在圖紙上點(diǎn)擊左鍵，元件即安放在圖紙上。 原理圖輸入工具欄 南京大學(xué)金陵學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 10 在圖紙上分別添加 7416與非門 (NAND2)、輸 入 (input)、輸出 (output)等幾個 symbol。 從上圖可以看出，基于原理圖的設(shè)計(jì)輸入類似于再 protel 軟件中繪制電路圖，上如中粗線屬于總線類型，它的寬度必須與原件端口的寬度一致，網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號相同的線表示相互連接。 我們也可把它另存為 (File→ Save as)其它名稱，也可接受默認(rèn)的文件名，并將“ Add file to current project”選項(xiàng)選上，以使該文件添加到工程中去。如圖所示： 二 編譯 1. 按主工具欄上的編譯按鈕即開始編譯： QuartusII 下面的 Message 窗口會顯示一些編譯信息，最后編譯成功提示： 南京大學(xué)金陵學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 11 2. 創(chuàng)建元件模塊 執(zhí)行 File→ Create/Update→ Creat Symbol files for current file,建立該文件的元件符號，可被其它模塊調(diào)用。 三 仿真 1. 創(chuàng)建仿真波形文件，進(jìn)行時序仿真，選擇 File→ New→ Other Files→ Vector Waveform File： 南京大學(xué)金陵學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 12 進(jìn)入波形創(chuàng)建區(qū)， 編輯窗口分為，左邊是信號 (組 )名稱及標(biāo)定時刻的信號值，右邊是對應(yīng)信號的波形圖，最左側(cè)為波形編輯工具欄。 2. 輸 入信號節(jié)點(diǎn)。 在信號窗口中雙擊左鍵，出現(xiàn)對話框： 選中 NodeFinder 按鈕，出現(xiàn)對話框： 南京大學(xué)金陵學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 13 在信號欄中選中“ Pins： all”， 點(diǎn)擊 OK 出現(xiàn)波形編輯窗口。 調(diào)節(jié)輸入波形 保存波形文件 3. 仿真 在主工具欄 Setting 菜單中，點(diǎn)擊 Simulation 文件欄后的按鈕。并可選功能 仿真 (Functional)或時序仿真 (timing)。 南京大學(xué)金陵學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 14 如選擇功能仿真，則須先在主菜單 Processing 中 Generate Functional Simulation Netlist 一欄。 在主菜單中，點(diǎn)仿真按鈕，如仿真順利通過，系統(tǒng)會提示 Simulation was successful，觀察 Simulation Report 如下圖所示： 南京大學(xué)金陵學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 15 如選擇時序仿真， 得到仿真結(jié)果如下： 結(jié)果正確，就可以進(jìn)行下載驗(yàn)證了。 四 下載驗(yàn)證 1． 分配管腳 點(diǎn)擊下圖中的 Assignment Editor 按鈕 南京大學(xué)金陵學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 16 出現(xiàn)下圖并分配管腳 2. 編譯 然后保存，在編譯一次，點(diǎn)擊右圖中的編譯按鈕 最后編譯成功彈出提示： 3. 下載 (1) 下載連接：先將 USB Blaster 下載線的一頭接到 PC 的 USB 接口 USB Blaster 如右圖 再按如有圖按鈕 出現(xiàn)對話框并點(diǎn)擊 Hardware Setup： 南京大學(xué)金陵學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 17 (2) 將 USB Blaster 下載線一頭與 PC 連接，另一頭插到 JTAG 口 (3) FPGA 實(shí)驗(yàn)板上接 5V 電源 (4) 通過 JTAG 口把芯片的配置信息下載到 FPGA 芯片內(nèi)，掉電后配置信息丟失。 (5) 點(diǎn)擊 Start 按鈕， *.sof 文件就下載到 FPGA 芯片中了 現(xiàn)在可以去到板子上去看結(jié)果了。到此有關(guān) Quartus II 的文檔輸入，編譯，仿真，下載的介紹基本結(jié)束了。 第四章 出租車 計(jì)費(fèi)系統(tǒng) 計(jì)費(fèi)器系統(tǒng)的工作過程簡介 計(jì)費(fèi)器的功能描述 從 出租車車輪的傳感器上導(dǎo) 出一個計(jì)程脈沖信號，每個脈沖表示行使一定的距離（例如 米）。記錄計(jì)程脈沖的個數(shù)可以記錄行使里程。計(jì)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)是： a) 剛開始計(jì)費(fèi)時，應(yīng)有起步費(fèi)。行駛里程不滿 3 公里時，收費(fèi) 10 元。 b) 行駛里程滿 3 公里但不超過 10 公里時，每公里收費(fèi) 2 元，超過 10 公里，每公里收費(fèi) 3 元。 c) 夜間 11 點(diǎn)到早上 5 點(diǎn)，起步費(fèi)為 13 元， 10 公里內(nèi)每公里收費(fèi) 元，超過 10 公里，每公里收費(fèi) 元。 司機(jī)可以控制計(jì)費(fèi)的開始和結(jié)束 (rstfee)。計(jì)費(fèi)器有金額（角、元、十元、百元）、 時間顯示 (秒、 分鐘、小時 )的七段數(shù)碼管顯示。 同時為了能夠適用于收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)不同的地方，我在程序中添加了預(yù)置功能：能預(yù)置起步費(fèi)、每公里收費(fèi) , 具體設(shè)計(jì)中采用了六個七段數(shù)碼管通過一個按鍵(switch)切換時間和實(shí)時車費(fèi)。為了進(jìn)一步完善系統(tǒng)功能還設(shè)計(jì)了 rsttime 時間復(fù)位、 rstfee 計(jì)費(fèi)復(fù)位和開始、 add1min 手動調(diào)節(jié)時鐘（分加 1）、 add1hor 手動調(diào)節(jié)時鐘（時加 1）控制按健。 計(jì) 費(fèi)器系統(tǒng)分析 系統(tǒng)的輸入有計(jì)費(fèi)開始信號（ rstfee）、結(jié)束信號 (rstfee)以及從車軸上引出的計(jì)程脈沖 (meter)。輸出有 費(fèi)用顯示輸出和當(dāng)前時間輸出 。 南京大學(xué)金陵學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 18 計(jì)費(fèi)器的數(shù)據(jù)處理部分主要是 費(fèi)用的累計(jì)和計(jì)算 。由于計(jì)費(fèi)形式 只有記程模式 ， 也就是說費(fèi)用只和出租車行駛的里程有關(guān)，不考慮在堵車或者等紅燈的浪費(fèi)的時間所帶來的對司機(jī)的