本书是一种应用性、实践性很强的EDA技术实验教材，涉及现代EDA课程教学中的主要技术，并通过丰富的实验向读者提供学习与实践的参考指导。在内容的组织和编写风格上，本书力求做到结合新颖而详尽的设计实例，信息量大，尤其注重实践和设计技巧，深入浅出，使电子信息类专业学生、工程技术人员使用本书后能迅速进入EDA领域，掌握从事电子系统设计工作所需要的基本能力和技能。同时，本书通过大量不同难度的设计实例和综合设计，能够有助于大学相关专业对EDA技术及实验的讲授，并且使不同层次的读者能够尽快提高其应用EDA技术的动手实践能力与知识运用能力。

本书适合作为高等学校电子信息类、自动化类及其他相近专业本专科生相关课程的实验教材和参考书，也可作为EDA爱好者的自学教材使用。

Foreword

电子设计自动化(Electronic Design Automation,EDA)技术是指利用计算机完成电子系统的设计，以计算机和微电子技术为先导的先进技术，其汇集了计算机图形学、拓扑学、逻辑学、微电子工艺与结构学以及计算数学等多种计算机应用学科的最新成果，可以使设计开发人员利用EDA工具完成电子系统设计中的绝大部分工作，并自动地得到设计结果，从而使得电子系统设计及调试如同修改软件一样方便，极大地提高了设计效率。近年来，智能硬件的发展与半导体技术的革新为电子系统设计带来了革命性的变化，电子设计自动化技术已经成为现代电子工业的核心学科，引领了现代信息技术的发展方向，也成为电子信息工程专业本科生考研深造与就业所必需的重要技能。

由于其技术的优越性与先进性，EDA已经成为国内外一流理工科类院校相关专业的必修核心课程。EDA课程的教学注重编程逻辑器件、EDA开发工具与硬件描述语言的结合，具有明显的前沿性和较强的实践性，不断追求将现代先进的电子理论、仿真技术、设计技术与计算机软件技术的有机融合与升华。为了更好地促进大学相关专业对EDA技术及实验的讲授，提高学生的动手实践能力与知识运用能力，特编写本书。

本书共分为6章，包含了19个实验项目，配有详细的基础知识讲解、参考流程、实验内容以及相关代码。其中，第1章旨在强化对EDA基本概念及逻辑的讲解，第2章介绍了本书使用的典型EDA开发板的主要资源和实验对象；第3章为EDA教学的课程实验提供了案例，通过基础性实验完成对课本知识的掌握和对EDA概念及开发模式的理解；第4章通过各类自修实验进一步拓宽学生的知识面，提高学生对EDA知识的运用能力；第5章与第6章进一步将EDA与SOPC的应用相结合，与电子设计行业的主流需求接轨，并为包含课程设计的EDA/SOPC课程提供了案例参考；附录部分提供了本书使用的实验箱的相关资源分布与引脚名称。在内容的编写中，本书教育目标突出、注重理论与实践结合、实验难度循序渐进、教学方法灵活，从促进学生掌握常用操作与工具的基础实验，到巩固知识、强化技能的提高型实验，再到课程设计综合型实验均有囊括，并提供配套的教学资源解决方案，适合相关专业的学生使用。

本书由韩鹏负责统稿，韩鹏、李岩、宋昕、刘少楠主持编写，陈晶晶、陈琪、孙云鹏、赵萍、武卓然、王莹、方笑晗、曹知奥、司方远参与编写。袁赫阳、单誉桐协助了部分实验的验证。东北大学的汪晋宽教授对本书的编写与完善给予了重要的指导；东北大学秦皇岛分校的刘杰民、刘志刚、李志刚、谭雷在本书的撰写过程中提供了宝贵意见与帮助，在此一并感谢。本书的出版特别感谢百科荣创(北京)科技发展有限公司、青岛若贝电子有限公司提供的教育部协同育人项目的宝贵支持。

本书适合作为高等学校电子信息类、自动化类及其他相近专业本专科生相关课程的实验教材和参考书，也可作为EDA爱好者的自学教材使用。为方便读者学习，本书中涉及的实验范例及相关素材可在编者的个人网站韩博士工作室下载，网址为http://www.drhan.org。

由于编者水平有限，书中不足之处在所难免，敬请读者批评指正。

本书的出版得到以下基金项目的支持: 

 国家自然科学基金项目（61603083，61473066）。

 河北省自然科学基金项目（F2017501014）。

 中央高校基本科研业务费项目（N172304028，N162303005）。

 河北省高等教育教学改革研究与实践项目。

 河北省创新创业教育教学改革研究与实践项目。

 秦皇岛市社会科学发展研究课题(201807106)。

编者2018年8月◆EDA技术与实验

Contents

第1章简述1

1.1EDA技术简介1

1.2硬件描述语言简介2

1.3EDA集成开发工具简介3

1.3.1EDA开发工具的分类3

1.3.2EDA集成开发工具软件完成的功能4

1.3.3Quartus Ⅱ EDA集成开发工具简介4

1.3.4Quartus Prime 简介5

1.3.5ModelSim简介5

1.3.6Synplify简介5

1.4EDA工程的设计流程介绍6

1.4.1EDA工程的整体设计流程6

1.4.2设计准备阶段6

1.4.3设计输入阶段6

1.4.4设计处理阶段7

1.4.5设计验证阶段7

1.4.6器件编程阶段7

1.5EDA/SOPC实验开发系统介绍8

第2章系统模块介绍10

2.1核心板各模块介绍10

2.1.1FPGA10

2.1.2SRAM11

2.1.3SDRAM12

2.1.4Nor Flash13

2.1.5Nand Flash14

2.1.6RS232模块14◆EDA技术与实验 

2.1.7USB 2.0模块15

2.1.8以太网模块16

2.1.9音频模块16

2.1.10JTAG与AS调试接口17

2.1.11LED、按键与数码管模块17

2.1.12扩展接口模块18

2.2实验箱各模块介绍19

2.2.1800×480点阵LCD液晶电容屏19

2.2.2RTC系统实时时钟19

2.2.3电机模块20

2.2.4VGA接口20

2.2.5标准串行接口21

2.2.6以太网卡接口21

2.2.7USB设备与SD卡接口21

2.2.8串行与并行ADC/DAC接口22

2.2.9基于SPI或IIC接口的音频模块22

2.2.10其他模块22

第3章基于FPGA工程的EDA设计入门23

3.1实验一： 多路数据选择器的设计与仿真23

3.1.1实验目的23

3.1.2实验平台23

3.2建立工程文件夹23

3.3建立工程24

3.4设计输入27

3.4.1建立Verilog HDL文件27

3.4.2分析和综合28

3.4.3功能仿真28

3.4.4设置仿真脚本29

3.5AS下载方式说明32

第4章自修实验36

4.1实验二： 电子设计行业了解与资源获取36

4.1.1实验目的36

4.1.2实验内容36

4.1.3实验总结反馈36

4.2实验三: 电子设计文档及软件的获取与安装36

4.2.1实验目的36

4.2.2实验内容37

4.2.3实验步骤37

4.2.4实验总结反馈42

第5章基于FPGA的EDA/SOPC系统的基础实验43

5.1实验四： 基于Verilog HDL格雷码编码器的设计43

5.1.1实验目的43

5.1.2实验原理43

5.1.3实验内容44

5.1.4实验步骤44

5.1.5实验现象与结果45

5.1.6实验报告45

5.2实验五： 数控分频器的设计45

5.2.1实验目的45

5.2.2实验原理45

5.2.3实验内容46

5.2.4实验步骤46

5.2.5实验现象与结果47

5.2.6实验报告47

5.3实验六： 四位并行乘法器的设计48

5.3.1实验目的48

5.3.2实验原理48

5.3.3实验内容48

5.3.4实验步骤48

5.3.5实验现象与结果49

5.3.6实验报告49

5.4实验七： 设计4位全加器50

5.4.1实验目的50

5.4.2实验原理51

5.4.3实验内容52

5.4.4实验步骤52

5.4.5实验现象与结果53

5.4.6实验报告53

5.5实验八： 7人表决器的设计54

5.5.1实验目的54

5.5.2实验原理54

5.5.3实验内容55

5.5.4实验步骤55

5.5.5实验结果与现象56

5.5.6实验报告56

5.6实验九： 4人抢答器的设计57

5.6.1实验目的57

5.6.2实验原理58

5.6.3实验内容58

5.6.4实验步骤58

5.6.5实验结果与现象59

5.6.6实验报告59

5.7实验十： 8位8段数码管动态显示电路的设计60

5.7.1实验目的60

5.7.2实验原理61

5.7.3实验内容61

5.7.4实验步骤62

5.7.5实验现象与结果63

5.7.6实验报告63

5.8实验十一： 矩阵键盘显示电路的设计66

5.8.1实验目的66

5.8.2实验原理66

5.8.3实验内容68

5.8.4实验步骤69

5.8.5实验结果与现象70

5.8.6实验报告70

第6章基于FPGA的EDA/SOPC系统的课程设计实验78

6.1实验十二： 可控脉冲发生器的设计78

6.1.1实验目的78

6.1.2实验原理78

6.1.3实验内容78

6.1.4实验步骤78

6.1.5实验结果与现象79

6.1.6实验报告79

6.2实验十三： 16×16点阵显示实验79

6.2.1实验目的79

6.2.2实验原理80

6.2.3实验内容81

6.2.4实验步骤82

6.2.5实验结果与现象82

6.2.6实验报告83

6.3实验十四： 交通灯控制电路实验83

6.3.1实验目的83

6.3.2实验原理83

6.3.3实验内容83

6.3.4实验步骤84

6.3.5实验结果与现象85

6.3.6实验报告85

6.4实验十五： 多功能数字钟的设计85

6.4.1实验目的85

6.4.2实验原理85

6.4.3实验内容86

6.4.4实验步骤86

6.4.5实验结果与现象87

6.4.6实验报告87

6.5实验十六： 数字秒表的设计88

6.5.1实验目的88

6.5.2实验原理88

6.5.3实验内容88

6.5.4实验步骤88

6.5.5实验结果与现象89

6.5.6实验报告89

6.6实验十七： 序列检测器的设计90

6.6.1实验目的90

6.6.2实验原理90

6.6.3实验内容90

6.6.4实验步骤90

6.6.5实验结果与现象91

6.6.6实验报告92

6.7实验十八： 出租车计费器的设计92

6.7.1实验目的92

6.7.2实验原理92

6.7.3实验内容92

6.7.4实验步骤93

6.7.5实验结果与现象93

6.7.6实验报告94

6.8实验十九： 正负脉宽调制信号发生器设计94

6.8.1实验目的94

6.8.2实验原理94

6.8.3实验内容94

6.8.4实验步骤95

6.8.5实验结果及现象95

6.8.6实验报告95

附录模块原理图及模块引脚分配96

附录A实验箱核心板模块原理图96

附录B底板模块原理图105

附录C核心板I/O分配表117

附录D底板I/O分配表121

《EDA技术与实验》是一本应用性、实践性很强的EDA技术实验教材。全书涉及现代EDA课程教学中的主要技术，并通过丰富的实验向读者提供了学习与实践的指导。

结合新颖而详尽的设计实例，以图文并茂、循序渐进的方式讲解实验过程，注重实践和设计技巧，使读者使用本书能迅速进入EDA领域，掌握从事电子系统设计工作所需的基本能力和技能。

通过大量不同难度的设计实例和综合设计，能够有效促进大学相关专业对EDA技术及实验的讲授，并且使不同层面的读者能够尽快提高其EDA技术动手实践能力与知识运用能力。

基于Cyclone芯片、Quartus II软件、Verilog HDL语言等最新技术，能有效提升学生的技术水平和就业能力。

《EDA技术与实验》是一本应用性、实践性很强的EDA技术实验教材。全书涉及现代EDA课程教学中的主要技术，并通过丰富的实验向读者提供了学习与实践的指导。

结合新颖而详尽的设计实例，以图文并茂、循序渐进的方式讲解实验过程，注重实践和设计技巧，使读者使用本书能迅速进入EDA领域，掌握从事电子系统设计工作所需的基本能力和技能。

通过大量不同难度的设计实例和综合设计，能够有效促进大学相关专业对EDA技术及实验的讲授，并且使不同层面的读者能够尽快提高其EDA技术动手实践能力与知识运用能力。

基于Cyclone芯片、Quartus II软件、Verilog HDL语言等最新技术，能有效提升学生的技术水平和就业能力。