【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的復(fù)雜性 ，進(jìn)而 加快了設(shè)計(jì) 的 速度 。Quartus II 支持 的 器件類(lèi)型 非常 豐富 ，其 圖形界面 也易于操作 。 Altera 在 Quartus II 中包 第 7 頁(yè) 含了許多諸如 SignalTap II、 Chip Editor 和 RTL Viewer 的設(shè)計(jì)輔助工具，集成了 SOPC和 HardCopy 的 設(shè)計(jì)流程，并且繼承了 Maxplus II 友好的圖形界面及簡(jiǎn)便的使用方法。Quartus II 作為一種可編程邏輯的設(shè)計(jì)環(huán)境 , 由于其強(qiáng)大的設(shè)計(jì)能力和直觀(guān)易用的接口，越來(lái)越受到數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的 喜愛(ài)和 歡迎 [11]。 Quartus II 提供了完全集成且與電路結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)的開(kāi)發(fā)包環(huán)境，具有數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)的全部特性，包括 ： 可利用原理圖、結(jié)構(gòu)框圖、 VerilogHDL、 AHDL 和 VHDL 完成電路描述，并將其保存為設(shè)計(jì)實(shí)體文件； 芯 片（電路）平面布局連線(xiàn)編輯； LogicLock 增量設(shè)計(jì)方法，用戶(hù)可建立并優(yōu)化系統(tǒng)，然后添加對(duì)原始系統(tǒng)的性能影響較小或無(wú)影響的后續(xù)模塊； 功能強(qiáng)大的邏輯綜合工具； 完備的電路功能仿真與時(shí)序邏輯仿真工具； 定時(shí) /時(shí)序分析與關(guān)鍵路徑延時(shí)分析； 可使用 SignalTap II 邏輯分析工具進(jìn)行嵌入式的邏輯分析； 支持 軟件 源文件 的添加和創(chuàng)建，并將它們鏈接起來(lái)生成編程文件； 使用組合 編譯方式 可一次完成整體設(shè)計(jì)流程； 自動(dòng)定位編譯錯(cuò)誤； 1 高效的期間編程與驗(yàn)證工具； 1 可讀入標(biāo)準(zhǔn)的 EDIF 網(wǎng)表文件、 VHDL 網(wǎng)表文件和 Verilog 網(wǎng)表文件； 1 能生成第三方 EDA 軟件 使用的 VHDL 網(wǎng)表文件和 Verilog 網(wǎng)表文件。 Altera 的 Quartus II 可編程邏輯 軟件 屬于第四代 PLD 開(kāi)發(fā)平臺(tái)。該平臺(tái)支持一個(gè) 工作組 環(huán)境下 的設(shè)計(jì)要求，其中包括支持基于 Inter 的協(xié)作設(shè)計(jì)。 Quartus 平臺(tái)與Cadence、 ExemplarLogic、 MentorGraphics、 Synopsys 和 Synplicity 等 EDA 供應(yīng)商的開(kāi)發(fā)工具相兼容。改進(jìn)了 軟件 的 LogicLock 模塊設(shè)計(jì) 功能，增添了 FastFit 編譯選項(xiàng)，推進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)編輯性能，而且提升了調(diào)試能力。支持 MAX7000/MAX3000 等乘積項(xiàng)器件 [12]。 第 8 頁(yè) 2 分頻 基本原理 等占空比偶數(shù)分頻 方法 在設(shè)計(jì)偶數(shù)倍分頻器時(shí) ,常用的方法是：通過(guò)一個(gè)由待分頻時(shí)鐘上升沿所觸發(fā)的計(jì)數(shù)器循環(huán)計(jì)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn) N 倍 (N 為偶數(shù) )分頻的實(shí)現(xiàn)方法：通過(guò)由待分頻的時(shí)鐘觸發(fā)的模為 (N/2)1 的計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器從 0 計(jì)數(shù)到 (N/2)1 時(shí)，輸出時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，同時(shí)給計(jì)數(shù)器一個(gè)復(fù)位信號(hào) ,使得計(jì)數(shù)器在下一個(gè)時(shí)鐘重新開(kāi)始計(jì)數(shù)，采用這種方法不斷循環(huán) ，就可得到所需的 N 倍分頻器。這種方法可以實(shí)現(xiàn)占空比為 50%的任意偶數(shù)分頻 等占空比的奇數(shù)分頻 方法 占空比為 50%的 N 倍 (N 為奇數(shù) )分頻的實(shí)現(xiàn)方法 :首先通過(guò)時(shí)鐘的上升沿觸發(fā)進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)到某一個(gè)特定值時(shí)對(duì)計(jì)數(shù)輸出進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，然后經(jīng)過(guò) (N1)/2 個(gè)輸入時(shí)鐘，再次對(duì)計(jì)數(shù)輸出進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，從而得到一個(gè)占空比非 50%的 N 倍奇數(shù)分頻時(shí)鐘。在此同時(shí)進(jìn)行時(shí)鐘的下降沿觸發(fā)進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)到和上升沿觸發(fā)輸出時(shí)鐘翻轉(zhuǎn)時(shí)所選的特定值相同時(shí)，對(duì)計(jì)數(shù)輸出進(jìn)行翻轉(zhuǎn) ,同樣經(jīng)過(guò) (N1)/2 個(gè)時(shí)鐘時(shí)，再次對(duì)計(jì)數(shù)輸出進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，從而得到 另一個(gè)占空比非 50%的 N 倍奇數(shù)分頻時(shí)鐘。然后對(duì)兩個(gè)占空比非 50%的 N 倍奇數(shù)分頻時(shí)鐘進(jìn)行邏輯或運(yùn)算，就能得到一個(gè)占空比為 50%的 N 倍奇數(shù)分頻時(shí)鐘。如進(jìn)行三倍分頻時(shí)鐘設(shè)計(jì)時(shí)，先通過(guò)待分頻時(shí)鐘上升沿觸發(fā)計(jì)數(shù)器進(jìn)行模三計(jì)數(shù)， 當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到特定值時(shí)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，比如可以在計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到時(shí)，輸出時(shí)鐘進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，當(dāng)計(jì)數(shù)到 2 時(shí)再次進(jìn)行翻轉(zhuǎn) ,這樣實(shí)際上實(shí)現(xiàn)一個(gè)占空比為 1/3 的三分頻時(shí)鐘。然后通過(guò)待分頻時(shí)鐘下降沿觸發(fā)計(jì)數(shù) ,采用和上升沿觸發(fā)的計(jì)數(shù)相似的方法，可以產(chǎn)生另外一個(gè)三分頻的時(shí)鐘， 然后下降沿產(chǎn)生的三分頻時(shí)鐘和上升沿產(chǎn)生的時(shí)鐘 進(jìn)行邏輯或運(yùn)算 ,就可得到占空比為50%的三分頻時(shí)鐘 [6]。 第 9 頁(yè) 分 數(shù)分頻方法 數(shù)分頻器的設(shè)計(jì)思想與小數(shù)分頻器類(lèi)似。假設(shè)進(jìn)行 jnm .分頻 ， 總分頻次數(shù)由分母 m決定 ， 規(guī)律是進(jìn)行 n 次 j+1 分頻和 mn 次 j 分頻。兩種分頻交替進(jìn)行的計(jì)算方法也和小數(shù)分頻類(lèi)似。究竟是進(jìn)行 j+1 分頻還是 j 分頻就看累加的結(jié)果是大于等于分母還是小于分母。 6311 的分頻計(jì)算過(guò)程見(jiàn)表 可見(jiàn)要進(jìn)行 6 次 4 分頻 ， 5 次 3 分頻 ， 滿(mǎn)足上面的規(guī)律。分?jǐn)?shù)分頻器 ， 其 中 j、 m、 n 分別取 1 6， 故實(shí)現(xiàn)了 6311 分頻 ， 參數(shù) n n2用來(lái)調(diào)節(jié)占空比。 表 6311 分頻序列 分頻次數(shù) 累加器 分頻系數(shù) 1 6 3 2 12 4 3 8 3 4 14 4 5 10 4 6 16 3 7 12 4 8 8 3 9 14 4 10 10 3 11 16 4 小數(shù)分頻方法 小數(shù)分頻器是通過(guò)可變分頻和多次平均的方法得到的 [45]。假設(shè)要進(jìn)行 m， n分頻 （ m、n 都是整數(shù)，且 n＜ 10），因?yàn)橹挥幸晃恍?shù)，所以總共要進(jìn)行 10 次分頻，總的規(guī)律 是進(jìn)行 n 次 m+1 分頻， 10n 次ｍ分頻。假設(shè)要進(jìn)行 j， m,n 分頻（ j、 m、 n 都足整數(shù)且 m、 第 10 頁(yè) n＜ 10），由于小數(shù)是 2 位，所以總共要進(jìn)行 100 次分頻，分頻的規(guī)律是進(jìn)行 行 mn 次 j+1分頻， 100mn 次 j 分頻。不管是幾位小數(shù)總要進(jìn)行兩種系數(shù)的分頻，兩種分頻究竟如何交義進(jìn)行，可以根據(jù)一定的規(guī)律計(jì)算出來(lái)，下面以 分頻為例進(jìn)行講解。由上面的分析知道 分頻要進(jìn)行 6 次 4 分頻， 4 次 3 分頻。將小數(shù)部分 6 按倍累加，假設(shè)累加的值為 a，如果 a＜ 10 則進(jìn)行 3 分頻， a＜ 10 的話(huà)下一次則加上 6，此后，如果 a≥ 10 則進(jìn)行 4 分頻， 4 分頻過(guò)后再將累加值減去 4 后與 10 比較以決定下一次分頻是 4 分頻還是 3分頻，計(jì)算過(guò)程見(jiàn)表 。 表 分頻序列 分頻次數(shù) 累加器 分頻系數(shù) 1 6 3 2 12 4 3 8 3 4 14 4 5 10 4 6 6 3 7 12 4 8 8 3 9 14 4 10 10 4 從表 中看出分頻規(guī)律是：首先進(jìn)行 3 分頻，然后進(jìn)行 4 分頻，接著 1 次 3 分頻和 2 次 4 分頻，如此循環(huán)下去。 任意倍數(shù)分 頻器 加入控制模塊就 可以將上 述 4 種分頻器集成到一起，變成任意數(shù)值分頻器，頂層原理見(jiàn)圖 第 11 頁(yè) 圖 任意倍數(shù)分頻器框圖 當(dāng)輸入的二進(jìn)制數(shù) a=00 時(shí)實(shí)現(xiàn)偶數(shù)和占空比不等于 50％ 的奇數(shù)分頻 ， a=01 時(shí)實(shí)現(xiàn)占空比為 50％ 的奇數(shù)分頻， a=10 和 ll 時(shí)分別實(shí)現(xiàn)小數(shù)和分?jǐn)?shù)分頻。其中 m、 j 分別控制整數(shù)分頻的分頻系數(shù)和占空比。小數(shù)分頻時(shí) m、 n 分別調(diào)整整數(shù)部分和小數(shù)部分；分?jǐn)?shù)分頻時(shí) j 調(diào)整整數(shù)部分，而 m、 n 分別控制分母和分子值。 nl 和 n2 用于調(diào)節(jié)分?jǐn)?shù)和小數(shù)分頻的占空比。因?yàn)橛行?shù)和分?jǐn)?shù)分頻，所以預(yù)置端口較多，但是可 調(diào)性也達(dá)到了最大。 任意倍數(shù) 分頻器 clk a(1 downto 0) m j n n1 n2 y 第 12 頁(yè) 3 任意倍數(shù)分頻器設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì) 思想 本設(shè)計(jì)的 設(shè)計(jì)思想 是：把偶數(shù)分頻，奇數(shù)分頻，半整數(shù)分頻，占空比可調(diào)的分頻，小數(shù)分頻這 5 種比較常見(jiàn)的分頻器集成在一塊芯片之上，并可以通過(guò)按鈕來(lái)選擇具體由哪一種分頻器進(jìn)行操作，而撥碼開(kāi)關(guān)則可以預(yù)置一些分頻系數(shù)，發(fā)光二極管則顯示具體由那種分頻實(shí)現(xiàn)，數(shù)碼管顯示分頻的系數(shù)。具體功能如下： p， q， v：功能選擇按鈕。 f1， f2， f3， f4， f5:表明功能的序號(hào)。 P=0， q=0 ， v =0 :偶數(shù)分頻， f1=1， f2=f3=f4=f5=0； P=0， q=0， v =1 :奇數(shù)分頻， f2=1， f1=f3=f4=f5=0； P=0， q=1 ， v =0:半整數(shù)分頻， f3=1， f1=f2=f4=f5=0； P=0， q=1 ， v =1:可預(yù)置占空比分頻， f4=1， f1=f2=f3=f5=0； P=1， q=0 ， v =0:小數(shù)分頻， f5=1， f1=f2=f3= f4=0； clk：時(shí)鐘信號(hào)。 Rst:復(fù)位信號(hào)。 a,b,c,d:表明分頻系數(shù) 偶數(shù)分頻： 2， 4， 6， 8， 10， 12， 14 奇數(shù)分頻： 1， 3， 5， 7， 9， 11， 13， 15 半整數(shù)分頻： — 占空比分頻： 1:1， 1:2， 1:3， 2:1， 2:2， 2:3， 3:1， 3:2， 3:3 小數(shù)分頻： — y：輸出信號(hào)。 y5：段選擇信號(hào)。 y6：位選擇信號(hào)。 y6=fb 選中第三個(gè)數(shù)碼管 y6=fd 選中第二個(gè)數(shù)碼管 y6=fe 選中第一個(gè)數(shù)碼管，數(shù)碼管顯示分頻系數(shù)。 第 13 頁(yè) 頂層框圖設(shè)計(jì) 圖 頂層框 圖設(shè)計(jì)原理圖 該頂層框圖主要由六個(gè)部分組成：選擇按鈕，撥碼開(kāi)關(guān)，二極管，分頻器種類(lèi)選擇，信號(hào)輸出。各部分的功能如下： 選擇按鈕：設(shè)置輸入的方式，選擇需要實(shí)現(xiàn)何種分頻。 撥碼開(kāi)關(guān)：提供分頻的系數(shù)。 發(fā)光二極管：顯示第幾種分頻被選擇。 FPGA：根據(jù)前面的輸入來(lái)確定何種分頻器進(jìn)行工作。 數(shù)碼管：顯示分頻系數(shù)。 信號(hào)輸出：把分頻后的信號(hào)進(jìn)行輸出。 頂層文件設(shè)計(jì) 分頻器的頂層文件是一個(gè)原理圖文件，它包含 8 個(gè)模塊 8 個(gè)模塊 encoder35 模塊，led 模塊， fenpine 模塊， fenpino 模塊， fenpinm 模塊， fenpinh 模塊， fenpinx 模塊，mux51 模塊。模塊的正確性已在上面的介紹中進(jìn)行驗(yàn)證了。通過(guò)將各個(gè)模塊用具有電氣性質(zhì)的導(dǎo)線(xiàn)將各個(gè)模塊連接起來(lái)，這樣原理圖文件就建好了。保存編譯。在建立一個(gè) .vwf波形文件，保存并仿真。原理圖 見(jiàn)附錄 B 所示，以 8 分頻為例子進(jìn)行仿真，其仿真結(jié)果如圖 所示 ： 選擇按鈕 撥碼開(kāi)關(guān) FPGA 輸出信號(hào) 發(fā)光二級(jí)管 數(shù)碼管 第 14 頁(yè) 圖 頂層文件波形仿真結(jié)果圖 P=0， q=0 ， v =0：偶數(shù)分頻， f1=1（表明第一個(gè)發(fā)光二極管亮）， f2=f3=f4=f5=0； Rst=0 時(shí)，不分頻。 Rst=1 時(shí)： 當(dāng) y5=99 時(shí)，數(shù)碼管 1 顯示 4。 當(dāng) y5=ff 時(shí)，數(shù)碼管 2 不顯示。 當(dāng) y5=c0 時(shí)，數(shù)碼管 3 顯示 0。 最終結(jié)果為： 三個(gè)數(shù)碼管顯示為： 0，不顯示， 4。 模塊設(shè)計(jì) 偶數(shù)分頻模塊的設(shè)計(jì) 偶數(shù)分頻模塊根據(jù)撥碼開(kāi)關(guān)選擇分頻系數(shù)（ count），對(duì)輸入的 clk 信號(hào)進(jìn)行偶數(shù)分頻。本設(shè)計(jì)偶數(shù)分頻的關(guān)鍵是對(duì) clk 信號(hào)的上升信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)（ temp）。當(dāng) temp 小于count/2 時(shí) clout 輸出 1，否則輸出 0，從而實(shí)現(xiàn)偶數(shù)分頻。只有當(dāng) 35 譯碼器的輸出選中偶數(shù)分頻且 rst=1 時(shí)偶數(shù)分頻才工作。偶數(shù)分頻實(shí)現(xiàn)的程序 見(jiàn)附錄 A1。 偶數(shù)分頻（ 4 分頻）模塊程序仿真結(jié)果如圖 所示：