基于Quartus II的電路設計過程圖文詳解

2024年2月9日發(作者：經營場所使用證明)

基于Quartus II 7.2 的數字電路設計操作過程圖解

一．Quartus II 7.2 啟動

?? 方法一、直接雙擊桌面上的圖標 ，可以打開Quartus II 7.2 軟件；

?? 方法二、執行：【開始】→【程序】→【Altera】→【Quartus II 7.2】→【Quartus II 7.2 TalkBack

Install】菜單命令，可以打開軟件。

?? 啟動軟件后，若你的電腦沒有連接到Internet互聯網，會出現如下圖所示的提示，提示你沒有連接到Altera的官方網站，將無法獲得更新的資源。點擊〖確定〗繼續，因為這不影響軟件的正常使用。

?? 若你的電腦已經正常連接到Internet互聯網，則在打開軟件時就不會出現以上的提示，并且可以通過軟件界面右下方的兩個圖標： ，直接連接到Altera公司的官方網站，以便獲取更多的信息和資源。

二．Quartus II 7.2軟件界面

Quartus II 7.2軟件的默認啟動界面如下圖所示，由標題欄、菜單欄、常用工具欄、資源管理窗口、程序編譯或仿真運行狀態的顯示窗口、程序編譯或仿真的結果顯示窗口和工程編輯工作區組成。

三．Quartus II 7.2軟件使用

1. 新建項目工程

使用QuartusII7.2設計一個數字邏輯電路，并用時序波形圖對電路的功能進行仿真，同時還可以將設計正確的電路下載到可編程的邏輯器件（CPLD、FPGA）中。因軟件在完成整個設計、編譯、仿真和下載等這些工作過程中，會有很多相關的文件產生，為了便于管理這些設計文件，我們在設計電路之前，先要建立一個項目工程（New Project），并設置好這個工程能正常工作的相關條件和環境。

建立工程的方法和步驟如下：

（1）先建一個文件夾。就在電腦本地硬盤找個地方

建一個用于保存下一步工作中要產生的工程項目的文件夾，

注意：文件夾的命名及其保存的路徑中不能有中文字符。

（2）再開始建立新項目工程，方法如右圖點擊：【File】

菜單，選擇下拉列表中的【New 】命令，

打開建立新項目工程的向導對話框。如下圖，出現第①

個對話框，讓你選擇項目工程保存位置、定義項目工程

名稱以及設計文件頂層實體名稱。方法如下：

第一欄選擇項目工程保存的位置，方法是點擊 按鈕，選擇到剛才我們在第一步建立的文件夾。

如右圖，第二欄（項目

工程名稱）和第三欄（設計

實體名稱）軟件會默認為與

之前建立的文件夾名稱一致。

沒有特別需要，我們一般選擇

軟件的默認，不必特意去修改。

需要注意的是：以上名稱的命

名中不能出現中文字符，否則

軟件的后續工作會出錯。

完成以上命名工作后，點擊

Next，進入下一步。

如下圖對話框：

這第②步的工作是讓你將之前已經設計好的工程文件添加到本項目工程里來，我們之前若沒有設計好的文件，就甭理他，跳過這一步，直接點Next，再進入下一步。如下圖對話框：

這第③步的工作是讓你選擇好設計文件下載所需要的可編程芯片的型號，現在我們只做簡單的電路設計和仿真，隨便指定一個就可以了。以后我們做課程設計或學習《可編程邏輯器件》這門課后，等熟悉了CPLD或FPGA器件以后再根據開發板的器件選擇合適的器件型號。點擊Next，進入下一步。如下圖對話框：

這第④步是讓你選擇第三方開發工具，我不需要，直接點擊Next，進入下一步。出現下圖頁面：

以上頁面顯示剛才我們所做的項目工程設置內容的“報告”。點擊Finish，完成新建項目工程的任務。

（到此我們一個新的項目工程已經建立起來，但真正的電路設計工作還沒開始。由于QuartusII軟件的應用都是基于一個項目工程來做的，因此無論設計一個簡單電路還是很復雜的電路都必須先完成以上步驟，建立一個后綴為.qpf的Project File。）

2. 新建設計文件

建立好一個新的項目工程后，接下來可以開始建立設計文件了。QuartusII7.2軟件可以用兩種方法來建立設計文件，一種是利用軟件自帶的元器件庫，以編輯電路原理圖的方式來設計一個數字邏輯電路，另一種方法是應用硬件描述語言（如VHDL或Verilog）以編寫源程序的方法來設計一個數字電路。作為初學者，我們先學會用編輯原理圖的方法來設計一些簡單的數字邏輯電路。

原理圖設計方法和步驟如下：

（1）選擇用原理圖方式來設計電路

如右圖，從File菜單中選擇【New…】命令，或直接點擊常用工具欄的第一個按鈕 ，打開新建設計文件對話框，如下圖。選擇【Block Diagram/Schematic File】，點擊OK，即進入原理圖編輯界面。

（2）編輯原理圖

QuartusII7.2軟件的數字邏輯電路原理圖的設計是基于常用的數字集成電路的，要熟練掌握原理圖設計，必須要認識和熟悉各種邏輯電路的符號、邏輯名稱和集成電路型號。因此努力學好《數字電子技術基礎》是后續學習其他專業知識、掌握電路設計的基本條件。

下面我們舉例用原理圖設計方法設計一個“三輸入表決器”電路。

電路的邏輯功能是：三人表決，以少數服從多數為原則，多數人同意則議案通過，否則議案被否決。這里，我們使用三個按鍵代表三個參與表決的人，置“0”表示該人不同意議案，置“1”表示該人同意議案；兩個指示燈用來表示表決結果，LED1 點亮表示議案通過，LED2 點亮表示議案被否決。真值表如下：

S10

0

0

0

1

1

1

1

S20

0

1

1

0

0

1

1

S30

1

0

1

0

1

0

1

LED1LED20

0

0

1

0

1

1

1

1

1

1

0

1

0

0

0

設計方法和步驟如下：

1）雙擊原理圖的任一空白處，會彈出一個元件對話框。在 Name 欄目中輸入 and2 ，我們就得到一個2輸入的與門。

2）點擊 OK 按鈕，將其放到原理圖的適當位置。重復操作，放入另外兩個2輸入與門。也可以通過右鍵菜單的 Copy 命令復制得到。

3）雙擊原理圖的空白處，打開元件對話框。在 Name 欄目中輸入 or3 ，我們將得到一個3輸入的或門。點擊 OK 按鈕，將其放入原理圖。

4) 雙擊原理圖的空白處，打開元件對話框。在 Name 欄目中輸入 not ，我們會得到一個非門。點擊 OK 按鈕，將其放入原理圖。

5）把所用的元件都放好之后，開始連接電路。將鼠標指到元件的引腳上，鼠標會變成“十”字形狀。按下左鍵，拖動鼠標，就會有導線引出。根據我們要實現的邏輯，連好各元件的引腳。

6）雙擊原理圖的空白處，打開元件對話框。在 Name 欄目中輸入 Input , 我們便得到一個輸入引腳。點擊 OK 按鈕，放入原理圖。重復操作，給我們的電路加上3個輸入引腳。

7）雙擊輸入引腳，會彈出一個屬性對話框。在這一對話框上，我們可更改引腳的名字。我們分別給3個輸入引腳取名 in1 、in2 、in3 。

8）雙擊原理圖的空白處，打開元件對話框。在 Name 欄目中輸入 output ，我們會得到一個輸出引腳。點擊 OK 按鈕，放入原理圖。重復操作，給我們的電路加上兩個輸出引腳。給兩個輸出引腳分別命名為 led1 、led2 。

（到這里我們要設計的一個“三輸入表決器”的電路原理圖已經完成，接下來要做的工作是對設計好的原理圖進行項目工程編譯和電路功能仿真。）

3. 項目工程編譯

設計好的電路若要讓軟件能認識并檢查設計的電路是否有錯誤，需要進行項目工程編譯，QuartusII7.2軟件能自動對我們設計的電路進行編譯和檢查設計的正確性。方法如下：

在 【Processing 】菜單下，點擊【Start Compilation】命令，或直接點擊常用工具欄上的 按鈕，開始編譯我們的項目。編譯成功后，點擊 確定 按鈕。

4. 功能仿真

仿真是指利用QuartusII軟件對我們設計的電路的邏輯功能進行驗證，看看在電路的各輸入端加上一組電平信號后，其輸出端是否有正確的電平信號輸出。因此在進行仿真之前，我們需要先建立一個輸入信號波形文件。方法和步驟如下：

1）在【File】菜單下，點擊【New】命令。在隨后彈出的對話框中，切換到【Other Files】頁。選中【Vector Waveform File】選項，點擊 OK 按鈕。

2）在【Edit】菜單下，點擊【Inrt Node or Bus…】命令，或在下圖Name列表欄下方的空白處雙擊鼠標左鍵，打開編輯輸入、輸出引腳對話框。

3）在上圖新打開的對話框中點擊【Node Finder…】按鈕，打開【Node Finder】對話框。點擊【List】按鈕，列出電路所有的端子。點擊 >> 按鈕，全部加入。點擊 OK 按鈕，確認。

點擊OK回到 Inrt Node or Bus 對話框，再點擊 OK 按鈕，確認。

4）選中 in1 信號，在 Edit 菜單下，選擇【Value => Clock…】命令。或直接點擊左側工具欄上的按鈕。在隨后彈出的對話框的 Period 欄目中設定參數為50ns，點擊 OK 按鈕。

5）in2 、in3 也用同樣的方法進行設置，Period 參數分別為 20ns 和 40ns 。

QuartusII軟件集成了電路仿真模塊，電路有兩種模式：時序仿真和功能仿真，時序仿真模式按芯片實際工作方式來模擬，考慮了元器件工作時的延時情況，而功能仿真只是對設計的電路其邏輯功能是否正確進行模擬仿真。在驗證我們設計的電路是否正確時，常選擇“功能仿真”模式。

6）將軟件的仿真模式修改為“功能仿真”模式，操作方法如下圖所示：

7）選擇好“功能仿真”模式后，需要生成一個“功能仿真的網表文件”，方法是如右圖，選擇【Processing】菜單，點擊【Generate Functional Simulation Netlist】命令。軟件運行完成后，點擊確定。

8）開始功能仿真，在【Processing】菜單下，選擇【Start Simulation】啟動仿真工具，或直接點擊常用工具欄上的按鈕。仿真結束后，點擊確認按鈕。觀察仿真結果，對比輸入與輸出之間的邏輯關系是否符合電路的邏輯功能。

（到這里為止，我們基于QuartusII7.2軟件的數字電路設計與仿真工作已經完成，但我們設計的電路最終還要應用可編程邏輯器件來工作，去實現我們設計的目的。因此接下來，我們還要把設計文件下載到芯片中，使設計工作賦予實際。）

5、下載驗證

要將設計文件下載到硬件芯片中，我們事先一定要準備好一塊裝有可編程邏輯器件的實驗板（或開發板）和一個USB下載工具，如下圖我們自行開發設計的EDA-1數字電子技術實驗板。

由于不同的可編程邏輯器件的型號及其芯片的引腳編號是不一樣的，因此在下載之前，我們先要對設計好的數字電路的輸入、輸出端根據芯片的引腳編號進行配置。

1） 檢查項目工程支持的硬件型號

在開始引腳配置之前，先檢查一下我們在開始建立項目工程時所指定的可編程邏輯器件的型號與實驗板上的芯片型號是否一致，假如不一致，要進行修改，否則無法下載到實驗板的可編程邏輯器件中。修改的方法如下：

點擊常用工具欄上的 按鈕，打開項目工程設置對話框，如下圖：

如上圖方法，選好芯片型號后，點擊OK，即修改完成。修改完硬件型號后，最好重新對項目工程再編譯一次，以方便后面配置引腳。編譯的方法與上面所敘一樣，簡單來說，只要再點擊一下常用工具欄上的 按鈕，編譯完成后，點擊【確定】即可。

2） 給設計好的原理圖配置芯片引腳

配置芯片引腳就是將原理圖的輸入端指定到實驗板上可編程芯片與按鈕相連的引腳編號，將輸出端指定到實驗板上可編程芯片與LED發光二極管相連的引腳編號。方法如下：

點擊常用工具欄上的 按鈕，打開芯片引腳設置對話框，如下圖：

這里需要給大家明確的是不同公司開發的實驗板結構不同，采用的可編程芯片型號也會不同，因此芯片引腳與外部其它電子元件連接的規律是不一樣的。為此實驗板的開發者會提供一個可編程芯片（CPLD或FPGA）引腳分布及外接元件的引腳編號資料。我們開發的這款實驗板的可編程芯片的型號是Altera公司生廠的CycloneII系列的EP2C5T144C8。芯片的引腳分配列表如下：

信號名 符 號

FPGA

引腳號

信號名符 號

FPGA

引腳號信號名符 號

FPGA

引腳號

AA0 PIN103

AA1 PIN104

AA2

7SLEDA

電平

AA3 PIN113

開關

AA4 PIN 114

SW

AA5 PIN 115

AA6 PIN118

BB0 PIN 119

PIN 112

SW0 PIN70

SW1 PIN69

SW2

SW4

SW5

SW7

PIN 67PIN64

PIN 63PIN22

J4-3 PIN 24

J4-4 PIN25

J4-5

J4-7

J4-8

J4-10

PIN28

PIN 31

PIN 32

PIN 41

SW3 PIN65 J4-6 PIN30

SW6 PIN21 J4-9 PIN 40

BB1 PIN 120

BB2

7SLEDB BB3

PIN 121

PIN 122

LEDG0 PIN86

LEDG1

LEDG2

PIN79

PIN 76J4擴

J4-11 PIN42

J4-12

J4-13

PIN 43

PIN44

LED

BB4 PIN125

發光

BB5 PIN126

二極管BB6 PIN 129

CC0 PIN132

LEDG3 PIN75

展口

LEDR0 PIN74

LEDR1 PIN73

LEDR2 PIN72

LEDR3 PIN71

DACCLKDACD7DACD6DACD5DACD4DACD3DACD2DACD1DACD0PIN101PIN100PIN99

PIN97

PIN 96PIN94

PIN 93頻率計PIN 92時鐘

J4-14 PIN 45

J4-15 PIN47

J4-16 PIN48

J4-17 PIN51

J4-18 PIN52

J4-19 PIN53

J4-20 PIN 55

J4-21 PIN 57

J4-22 PIN58

J4-23 PIN59

7SLEDC

CC1 PIN133

CC2 PIN134

CC3 PIN135

DD0 PIN136

高速DD1 PIN137

D/A

DD2 PIN 139

轉換器DD3 PIN141

信號

EE0 PIN142

7SLEDD

J4-24 PIN60

CLK1 PIN89

CLKIN PIN88

7SLEDE

EE1 PIN 143

EE2 PIN144

EE3 PIN3

按鍵

FF0 PIN 4

PIN87

外部

KEY0 PIN91

時鐘

KEY1 PIN 90

CLK0 PIN 17

7SLEDF

FF1 PIN7

FF2 PIN8

FF3 PIN 9

根據以上列表，我們選用實驗板上的電平開關SW0、SW1和SW2作為“三輸入表決器”的三個輸入信號，輸出端選用LEDG0和LEDG1，這樣我們需要應用的芯片引腳號分別是PIN70、PIN69、PIN67和PIN86、PIN79。通過QuartusII軟件配置好的引腳圖如下：

配置好引腳以后，再編譯一次，得到的電路原理圖如下：

3） 連接實驗板，下載設計文件

完成以上工作之后，我們現在就可以進行下載了。軟件下載之前先將實驗板接通電源，并通過Altera

USB—Blaster下載器將實驗板的JTAG接口連接到計算機。一般情況下，計算機會自動搜索和安裝USB下載器的驅動程序。等驅動安裝完成后，點擊QuartusII軟件常用工具欄上的按下圖所示設置好相關內容，點擊Start按鈕即可完成下載。

按鈕，打開下載界面，

（到此我們的設計工作可以說全部結束了，接下來的工作就是在實驗板上的驗證和測試，如果發現設計有誤，那就只好重新修改設計文件，并重新下載了。）

另外需要說明一下，通過JTAG模式下載的文件是不能保存到實驗板上的，實驗板斷電后就不能再工作了。若要將設計文件永久保存在實驗板上，則需要通過實驗板上的AS接口，以Active Serial模式將后綴名為.pof文件下載并保存到可編程芯片中，這樣實驗板斷電后，設計文件是不會丟失的。

四．Quartus II 7.2安裝說明

1、將QuartusII_7.2安裝程序下載或拷貝到自己電腦的本地磁盤，打開文件夾，雙擊文件，開始安裝，根據軟件安裝的向導一步一步設置好安裝目錄和用戶名、公司名稱等，軟件便能自己安裝到你指定的目錄下。安裝界面如下圖：

2、等軟件安裝完成后，開始破解。點擊運行Quartus_II_7.2_b151破解器.exe文件，出現如下對話框，點擊【瀏覽】按鈕，將路徑選擇到軟件安裝目錄:altera72quartusbin下的Bin文件夾，找到sys_文件，選中sys_后再點擊“應用”。（很多用戶上來就點擊“應用”，實際上并沒有破解這個軟件）。破解操作界面如下圖：

3、創建軟件許可文件，首先將文件拷貝到安裝目錄：altera72下。啟動QuartusII_7.2，出現如下對話框，選擇最后一項，點擊OK。

接著出現如下圖對話框，可以獲得本地電腦的網卡號碼，假如，軟件啟動后沒有跳出如下對話框，可以在Quartus II 7.2的【Tools】菜單下選擇【Licen Setup】打開下圖對話框，在NIC ID一欄后面顯示的就是你的電腦網卡號。

用記事本打開此文件夾中的文件，找到3個HOSTID=后面的“xxxxxxxxxxxx” 用你電腦的網卡號全部替換，并保存好。（注意：licen文件存放的路徑名稱中不能包含漢字和空格，空格可以用下劃線代替。）

如下圖所示，將修改過網卡號并保存好的文件導入，然后點擊OK。

破解完后，再啟動QuartusII 7.2，軟件就能正常使用了。