课程设计（论文）-基于EDA技术的简易数字频率计的设计.doc

1 引言
VHDL语言是一种用于电路设计的高级语言。它在80年代的后期出现。最初是由美国国防部开发出来供美军用来提高设计的可靠性和缩减开发周期的一种使用范围较小的设计语言。
随着EDA技术的高速发展,电子系统的设计技术和工具发生了深刻的变化,大规模可编程逻辑器件CPLD/FPGA的出现,给设计人员带来了诸多方便。利用它进行产品开发,不仅成本低、周期短、可靠性高,而且具有完全的知识产权。突出了其作为硬件描述语言的良好的可读性、可移植性和易读性等优点。
本文基于FPGA开发系统,在QuartusII ,完成了简易数字频率计电路的设计和与仿真,并下载到试验箱进行硬件实现。首先,本文介绍了QuartusII ,采用VHDL 硬件描述语言描述简易信号发生器,完成对电路的功能仿真。在设计过程中,重点探讨了简易数字频率计的设计思路和功能模块划分。然后,初步探讨了电路逻辑综合的原理,该软件对简易数字频率计电路进行了逻辑综合。最后,使用EDA实验开发系统进行电路的下载和验证。验证结果表明设计的简易数字频率计完成了预期的功能。
2 VHDL及QuartusII软件简介
EDA简介
EDA是电子设计自动化(Electronic Design Automation)的缩写,在20世纪60年代中期从计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助测试(CAT)和计算机辅助工程(CAE)的概念发展而来的。
EDA技术就是以计算机为工具,设计者在EDA软件平台上,用硬件描述语言HDL完成设计文件,然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真,直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。EDA技术的出现,极大地提高了电路设计的效率和可操作性,减轻了设计者的劳动强度。
利用EDA工具,电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统,大量工作可以通过计算机完成,并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程的计算机上自动处理完成。现在对EDA的概念或范畴用得很宽。包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物等各个领域,都有EDA的应用。
硬件描述语言VHDL
硬件描述语言(HDL)是一种用于设计硬件电子系统的计算机语言,它用软件编程的方式来描述电子系统的逻辑功能、电路结构和连接形式,与传统的门级描述方式相比,它更适合大规模系统的设计。例如一个32位的加法器,利用图形输入软件需要输人500至1000个门,而利用VHDL语言只需要书写一行“A=B+C”即可。而且 VHDL语言可读性强,易于修改和发现错误。早期的硬件描述语言,如ABEL、HDL、AHDL,由不同的EDA厂商开发,互不兼容,而且不支持多层次设计,层次间翻译工作要由人工完成。为了克服以上不足,1985年美国国防部正式推出了高速集成电路硬件描述语言VHDL,1987年IEEE采纳VHDL为硬件描述语言标准(IEEE-STD-1076)。
VHDL是一种全方位的硬件描述语言,包括系统行为级。寄存器传输级和逻辑门多个设计层次,支持结构、数据流和行为三种描述形式的混合描述,因此VHDL几乎覆盖了以往各种硬件俄语言的功能,整个自顶向下或由下向上的电路设计过程都可以用VHDL来完成。VHDL还具有以下优点:
(1)VHDL的宽范围描述能力使它成为高层进设计的核心,将设计人员的工作重心提高到了系统功能的实现与调试,而花较少的精力于物理实现。
(2)VHDL可以用简洁明确的代码描述来进行复杂控制逻辑设计,灵活且方便,而且也便于设计结果的交流、保存和重用。
(3)VHDL的设计不依赖于特定的器件,方便了工艺的转换。
(4)VHDL是一个标准语言,为众多的EDA厂商支持,因此移植性好。
美国于1981年提出了一种新的、标准化的HDL,称之为VHSIC(Very High Speed Integrated Circuit) Hardware Description Language,简称VHDL。这是一种用形式化方法来描述数字电路和设计数字逻辑系统的语言。设计者可以利用这种语言来描述自己的设计思想,然后利用电子设计自动化工具进行仿真,再自动综合到门电路,最后用PLD实现其功能。

Quartus II 是Altera公司的综合性PLD开发软件,支持原理图、VHDL、VerilogHDL以及AHDL(Altera Hardware Description Language)等多种设计输入形式,内嵌自有的综合器以及仿真器,可以完成从设计输入到硬件配置的完整PLD设计流程。
Quartus II可以在XP、