基于Quartus II的电路设计过程图文详解

2024年2月9日发(作者：经营场所使用证明)

基于Quartus II 7.2 的数字电路设计操作过程图解

一．Quartus II 7.2 启动

󰂋 方法一、直接双击桌面上的图标 ，可以打开Quartus II 7.2 软件；

󰂋 方法二、执行：【开始】→【程序】→【Altera】→【Quartus II 7.2】→【Quartus II 7.2 TalkBack

Install】菜单命令，可以打开软件。

󰂋 启动软件后，若你的电脑没有连接到Internet互联网，会出现如下图所示的提示，提示你没有连接到Altera的官方网站，将无法获得更新的资源。点击〖确定〗继续，因为这不影响软件的正常使用。

󰂋 若你的电脑已经正常连接到Internet互联网，则在打开软件时就不会出现以上的提示，并且可以通过软件界面右下方的两个图标： ，直接连接到Altera公司的官方网站，以便获取更多的信息和资源。

二．Quartus II 7.2软件界面

Quartus II 7.2软件的默认启动界面如下图所示，由标题栏、菜单栏、常用工具栏、资源管理窗口、程序编译或仿真运行状态的显示窗口、程序编译或仿真的结果显示窗口和工程编辑工作区组成。

三．Quartus II 7.2软件使用

1. 新建项目工程

使用QuartusII7.2设计一个数字逻辑电路，并用时序波形图对电路的功能进行仿真，同时还可以将设计正确的电路下载到可编程的逻辑器件（CPLD、FPGA）中。因软件在完成整个设计、编译、仿真和下载等这些工作过程中，会有很多相关的文件产生，为了便于管理这些设计文件，我们在设计电路之前，先要建立一个项目工程（New Project），并设置好这个工程能正常工作的相关条件和环境。

建立工程的方法和步骤如下：

（1）先建一个文件夹。就在电脑本地硬盘找个地方

建一个用于保存下一步工作中要产生的工程项目的文件夹，

注意：文件夹的命名及其保存的路径中不能有中文字符。

（2）再开始建立新项目工程，方法如右图点击：【File】

菜单，选择下拉列表中的【New 】命令，

打开建立新项目工程的向导对话框。如下图，出现第①

个对话框，让你选择项目工程保存位置、定义项目工程

名称以及设计文件顶层实体名称。方法如下：

第一栏选择项目工程保存的位置，方法是点击 按钮，选择到刚才我们在第一步建立的文件夹。

如右图，第二栏（项目

工程名称）和第三栏（设计

实体名称）软件会默认为与

之前建立的文件夹名称一致。

没有特别需要，我们一般选择

软件的默认，不必特意去修改。

需要注意的是：以上名称的命

名中不能出现中文字符，否则

软件的后续工作会出错。

完成以上命名工作后，点击

Next，进入下一步。

如下图对话框：

这第②步的工作是让你将之前已经设计好的工程文件添加到本项目工程里来，我们之前若没有设计好的文件，就甭理他，跳过这一步，直接点Next，再进入下一步。如下图对话框：

这第③步的工作是让你选择好设计文件下载所需要的可编程芯片的型号，现在我们只做简单的电路设计和仿真，随便指定一个就可以了。以后我们做课程设计或学习《可编程逻辑器件》这门课后，等熟悉了CPLD或FPGA器件以后再根据开发板的器件选择合适的器件型号。点击Next，进入下一步。如下图对话框：

这第④步是让你选择第三方开发工具，我不需要，直接点击Next，进入下一步。出现下图页面：

以上页面显示刚才我们所做的项目工程设置内容的“报告”。点击Finish，完成新建项目工程的任务。

（到此我们一个新的项目工程已经建立起来，但真正的电路设计工作还没开始。由于QuartusII软件的应用都是基于一个项目工程来做的，因此无论设计一个简单电路还是很复杂的电路都必须先完成以上步骤，建立一个后缀为.qpf的Project File。）

2. 新建设计文件

建立好一个新的项目工程后，接下来可以开始建立设计文件了。QuartusII7.2软件可以用两种方法来建立设计文件，一种是利用软件自带的元器件库，以编辑电路原理图的方式来设计一个数字逻辑电路，另一种方法是应用硬件描述语言（如VHDL或Verilog）以编写源程序的方法来设计一个数字电路。作为初学者，我们先学会用编辑原理图的方法来设计一些简单的数字逻辑电路。

原理图设计方法和步骤如下：

（1）选择用原理图方式来设计电路

如右图，从File菜单中选择【New…】命令，或直接点击常用工具栏的第一个按钮 ，打开新建设计文件对话框，如下图。选择【Block Diagram/Schematic File】，点击OK，即进入原理图编辑界面。

（2）编辑原理图

QuartusII7.2软件的数字逻辑电路原理图的设计是基于常用的数字集成电路的，要熟练掌握原理图设计，必须要认识和熟悉各种逻辑电路的符号、逻辑名称和集成电路型号。因此努力学好《数字电子技术基础》是后续学习其他专业知识、掌握电路设计的基本条件。

下面我们举例用原理图设计方法设计一个“三输入表决器”电路。

电路的逻辑功能是：三人表决，以少数服从多数为原则，多数人同意则议案通过，否则议案被否决。这里，我们使用三个按键代表三个参与表决的人，置“0”表示该人不同意议案，置“1”表示该人同意议案；两个指示灯用来表示表决结果，LED1 点亮表示议案通过，LED2 点亮表示议案被否决。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

设计方法和步骤如下：

1）双击原理图的任一空白处，会弹出一个元件对话框。在 Name 栏目中输入 and2 ，我们就得到一个2输入的与门。

2）点击 OK 按钮，将其放到原理图的适当位置。重复操作，放入另外两个2输入与门。也可以通过右键菜单的 Copy 命令复制得到。

3）双击原理图的空白处，打开元件对话框。在 Name 栏目中输入 or3 ，我们将得到一个3输入的或门。点击 OK 按钮，将其放入原理图。

4) 双击原理图的空白处，打开元件对话框。在 Name 栏目中输入 not ，我们会得到一个非门。点击 OK 按钮，将其放入原理图。

5）把所用的元件都放好之后，开始连接电路。将鼠标指到元件的引脚上，鼠标会变成“十”字形状。按下左键，拖动鼠标，就会有导线引出。根据我们要实现的逻辑，连好各元件的引脚。

6）双击原理图的空白处，打开元件对话框。在 Name 栏目中输入 Input , 我们便得到一个输入引脚。点击 OK 按钮，放入原理图。重复操作，给我们的电路加上3个输入引脚。

7）双击输入引脚，会弹出一个属性对话框。在这一对话框上，我们可更改引脚的名字。我们分别给3个输入引脚取名 in1 、in2 、in3 。

8）双击原理图的空白处，打开元件对话框。在 Name 栏目中输入 output ，我们会得到一个输出引脚。点击 OK 按钮，放入原理图。重复操作，给我们的电路加上两个输出引脚。给两个输出引脚分别命名为 led1 、led2 。

（到这里我们要设计的一个“三输入表决器”的电路原理图已经完成，接下来要做的工作是对设计好的原理图进行项目工程编译和电路功能仿真。）

3. 项目工程编译

设计好的电路若要让软件能认识并检查设计的电路是否有错误，需要进行项目工程编译，QuartusII7.2软件能自动对我们设计的电路进行编译和检查设计的正确性。方法如下：

在 【Processing 】菜单下，点击【Start Compilation】命令，或直接点击常用工具栏上的 按钮，开始编译我们的项目。编译成功后，点击 确定 按钮。

4. 功能仿真

仿真是指利用QuartusII软件对我们设计的电路的逻辑功能进行验证，看看在电路的各输入端加上一组电平信号后，其输出端是否有正确的电平信号输出。因此在进行仿真之前，我们需要先建立一个输入信号波形文件。方法和步骤如下：

1）在【File】菜单下，点击【New】命令。在随后弹出的对话框中，切换到【Other Files】页。选中【Vector Waveform File】选项，点击 OK 按钮。

2）在【Edit】菜单下，点击【Inrt Node or Bus…】命令，或在下图Name列表栏下方的空白处双击鼠标左键，打开编辑输入、输出引脚对话框。

3）在上图新打开的对话框中点击【Node Finder…】按钮，打开【Node Finder】对话框。点击【List】按钮，列出电路所有的端子。点击 >> 按钮，全部加入。点击 OK 按钮，确认。

点击OK回到 Inrt Node or Bus 对话框，再点击 OK 按钮，确认。

4）选中 in1 信号，在 Edit 菜单下，选择【Value => Clock…】命令。或直接点击左侧工具栏上的按钮。在随后弹出的对话框的 Period 栏目中设定参数为50ns，点击 OK 按钮。

5）in2 、in3 也用同样的方法进行设置，Period 参数分别为 20ns 和 40ns 。

QuartusII软件集成了电路仿真模块，电路有两种模式：时序仿真和功能仿真，时序仿真模式按芯片实际工作方式来模拟，考虑了元器件工作时的延时情况，而功能仿真只是对设计的电路其逻辑功能是否正确进行模拟仿真。在验证我们设计的电路是否正确时，常选择“功能仿真”模式。

6）将软件的仿真模式修改为“功能仿真”模式，操作方法如下图所示：

7）选择好“功能仿真”模式后，需要生成一个“功能仿真的网表文件”，方法是如右图，选择【Processing】菜单，点击【Generate Functional Simulation Netlist】命令。软件运行完成后，点击确定。

8）开始功能仿真，在【Processing】菜单下，选择【Start Simulation】启动仿真工具，或直接点击常用工具栏上的按钮。仿真结束后，点击确认按钮。观察仿真结果，对比输入与输出之间的逻辑关系是否符合电路的逻辑功能。

（到这里为止，我们基于QuartusII7.2软件的数字电路设计与仿真工作已经完成，但我们设计的电路最终还要应用可编程逻辑器件来工作，去实现我们设计的目的。因此接下来，我们还要把设计文件下载到芯片中，使设计工作赋予实际。）

5、下载验证

要将设计文件下载到硬件芯片中，我们事先一定要准备好一块装有可编程逻辑器件的实验板（或开发板）和一个USB下载工具，如下图我们自行开发设计的EDA-1数字电子技术实验板。

由于不同的可编程逻辑器件的型号及其芯片的引脚编号是不一样的，因此在下载之前，我们先要对设计好的数字电路的输入、输出端根据芯片的引脚编号进行配置。

1） 检查项目工程支持的硬件型号

在开始引脚配置之前，先检查一下我们在开始建立项目工程时所指定的可编程逻辑器件的型号与实验板上的芯片型号是否一致，假如不一致，要进行修改，否则无法下载到实验板的可编程逻辑器件中。修改的方法如下：

点击常用工具栏上的 按钮，打开项目工程设置对话框，如下图：

如上图方法，选好芯片型号后，点击OK，即修改完成。修改完硬件型号后，最好重新对项目工程再编译一次，以方便后面配置引脚。编译的方法与上面所叙一样，简单来说，只要再点击一下常用工具栏上的 按钮，编译完成后，点击【确定】即可。

2） 给设计好的原理图配置芯片引脚

配置芯片引脚就是将原理图的输入端指定到实验板上可编程芯片与按钮相连的引脚编号，将输出端指定到实验板上可编程芯片与LED发光二极管相连的引脚编号。方法如下：

点击常用工具栏上的 按钮，打开芯片引脚设置对话框，如下图：

这里需要给大家明确的是不同公司开发的实验板结构不同，采用的可编程芯片型号也会不同，因此芯片引脚与外部其它电子元件连接的规律是不一样的。为此实验板的开发者会提供一个可编程芯片（CPLD或FPGA）引脚分布及外接元件的引脚编号资料。我们开发的这款实验板的可编程芯片的型号是Altera公司生厂的CycloneII系列的EP2C5T144C8。芯片的引脚分配列表如下：

信号名 符 号

FPGA

引脚号

信号名符 号

FPGA

引脚号信号名符 号

FPGA

引脚号

AA0 PIN103

AA1 PIN104

AA2

7SLEDA

电平

AA3 PIN113

开关

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扩

J4-11 PIN42

J4-12

J4-13

PIN 43

PIN44

LED

BB4 PIN125

发光

BB5 PIN126

二极管BB6 PIN 129

CC0 PIN132

LEDG3 PIN75

展口

LEDR0 PIN74

LEDR1 PIN73

LEDR2 PIN72

LEDR3 PIN71

DACCLKDACD7DACD6DACD5DACD4DACD3DACD2DACD1DACD0PIN101PIN100PIN99

PIN97

PIN 96PIN94

PIN 93频率计PIN 92时钟

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

转换器DD3 PIN141

信号

EE0 PIN142

7SLEDD

J4-24 PIN60

CLK1 PIN89

CLKIN PIN88

7SLEDE

EE1 PIN 143

EE2 PIN144

EE3 PIN3

按键

FF0 PIN 4

PIN87

外部

KEY0 PIN91

时钟

KEY1 PIN 90

CLK0 PIN 17

7SLEDF

FF1 PIN7

FF2 PIN8

FF3 PIN 9

根据以上列表，我们选用实验板上的电平开关SW0、SW1和SW2作为“三输入表决器”的三个输入信号，输出端选用LEDG0和LEDG1，这样我们需要应用的芯片引脚号分别是PIN70、PIN69、PIN67和PIN86、PIN79。通过QuartusII软件配置好的引脚图如下：

配置好引脚以后，再编译一次，得到的电路原理图如下：

3） 连接实验板，下载设计文件

完成以上工作之后，我们现在就可以进行下载了。软件下载之前先将实验板接通电源，并通过Altera

USB—Blaster下载器将实验板的JTAG接口连接到计算机。一般情况下，计算机会自动搜索和安装USB下载器的驱动程序。等驱动安装完成后，点击QuartusII软件常用工具栏上的按下图所示设置好相关内容，点击Start按钮即可完成下载。

按钮，打开下载界面，

（到此我们的设计工作可以说全部结束了，接下来的工作就是在实验板上的验证和测试，如果发现设计有误，那就只好重新修改设计文件，并重新下载了。）

另外需要说明一下，通过JTAG模式下载的文件是不能保存到实验板上的，实验板断电后就不能再工作了。若要将设计文件永久保存在实验板上，则需要通过实验板上的AS接口，以Active Serial模式将后缀名为.pof文件下载并保存到可编程芯片中，这样实验板断电后，设计文件是不会丢失的。

四．Quartus II 7.2安装说明

1、将QuartusII_7.2安装程序下载或拷贝到自己电脑的本地磁盘，打开文件夹，双击文件，开始安装，根据软件安装的向导一步一步设置好安装目录和用户名、公司名称等，软件便能自己安装到你指定的目录下。安装界面如下图：

2、等软件安装完成后，开始破解。点击运行Quartus_II_7.2_b151破解器.exe文件，出现如下对话框，点击【浏览】按钮，将路径选择到软件安装目录:altera72quartusbin下的Bin文件夹，找到sys_文件，选中sys_后再点击“应用”。（很多用户上来就点击“应用”，实际上并没有破解这个软件）。破解操作界面如下图：

3、创建软件许可文件，首先将文件拷贝到安装目录：altera72下。启动QuartusII_7.2，出现如下对话框，选择最后一项，点击OK。

接着出现如下图对话框，可以获得本地电脑的网卡号码，假如，软件启动后没有跳出如下对话框，可以在Quartus II 7.2的【Tools】菜单下选择【Licen Setup】打开下图对话框，在NIC ID一栏后面显示的就是你的电脑网卡号。

用记事本打开此文件夹中的文件，找到3个HOSTID=后面的“xxxxxxxxxxxx” 用你电脑的网卡号全部替换，并保存好。（注意：licen文件存放的路径名称中不能包含汉字和空格，空格可以用下划线代替。）

如下图所示，将修改过网卡号并保存好的文件导入，然后点击OK。

破解完后，再启动QuartusII 7.2，软件就能正常使用了。