### EDA实验设计知识点
#### 实验一：组合电路的设计
**实验背景及目标**
本实验旨在通过实际操作，让学习者熟悉EDA工具——Quartus II中的VHDL文本设计流程，掌握从设计到仿真直至硬件测试的全过程。特别地，通过设计简单的组合电路，如2选1多路选择器，进一步理解层次化电路设计的方法。
**实验具体内容**
1. **2选1多路选择器的设计**
- **实验目的**
- 掌握Quartus II的使用方法，了解VHDL语言的基本语法。
- 学会如何通过文本编辑方式实现2选1多路选择器的逻辑功能。
- 完成电路的仿真和硬件测试，验证设计正确性。
- **实验步骤**
- 使用Quartus II软件新建项目，创建VHDL源文件（mux21a.vhd），并编写相应的实体和架构体代码。
- 编译代码，检查语法错误。
- 进行功能仿真，确保逻辑功能正确无误。
- 将设计编译到实验板的目标器件中，进行硬件测试。
- **代码示例**
```vhdl
ENTITY mux21a IS
PORT (a, b, s : IN BIT;
y : OUT BIT);
END ENTITY mux21a;
ARCHITECTURE one OF mux21a IS
BEGIN
PROCESS (a, b, s)
BEGIN
IF s = '0' THEN
y <= a;
ELSE
y <= b;
END IF;
END PROCESS;
END ARCHITECTURE one;
```
2. **多路选择器的层次化设计**
- **实验目的**
- 学习如何将已有的2选1多路选择器作为子模块进行复用。
- 掌握元件例化语句的使用方法。
- 分析更复杂电路的设计方法。
- **实验步骤**
- 创建新的VHDL文件，定义顶层电路实体（muxk），并使用元件例化语句实例化2选1多路选择器。
- 编写顶层电路的架构体，通过信号连接实现所需的逻辑功能。
- 编译、综合和仿真顶层电路，确保设计正确无误。
- 将设计编译到实验板的目标器件中，进行硬件测试。
- **代码示例**
```vhdl
library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
ENTITY muxk IS
PORT (a1, a2, a3, s0, s1 : IN STD_LOGIC;
outy : OUT STD_LOGIC);
END ENTITY muxk;
ARCHITECTURE BHV OF muxk IS
COMPONENT MUX21A
PORT (a, b, s : IN STD_LOGIC;
y : OUT STD_LOGIC);
END COMPONENT;
SIGNAL tmp : std_logic;
BEGIN
u1 : MUX21A PORT MAP (a => a2, b => a3, s => s0, y => tmp);
u2 : MUX21A PORT MAP (a => a1, b => tmp, s => s1, y => outy);
END ARCHITECTURE BHV;
```
3. **引脚锁定及硬件下载测试**
- **实验目的**
- 学习如何进行引脚锁定，确保电路能够正确下载到目标器件中。
- 测试硬件电路的功能，验证设计的实用性。
- **实验步骤**
- 根据实验板提供的资源选择合适的实验电路模式。
- 将各个输入输出信号与实验板上的资源对应起来，例如使用键1控制s0，使用键2控制s1等。
- 设置好各输入信号的频率。
- 完成引脚锁定操作，并进行硬件测试。
- 观察扬声器输出的不同音调，验证电路功能。
4. **实验报告撰写**
- **内容要求**
- 详细记录实验过程中涉及的所有步骤。
- 提供所有相关的程序代码、仿真波形图以及对应的分析报告。
- 描述在实验过程中遇到的问题及其解决方法。
- 对实验结果进行总结和讨论。
5. **附加内容：1位全加器的设计**
- **实验目的**
- 设计并实现1位全加器，加深对组合电路的理解。
- 掌握全加器的内部工作原理。
- 进一步熟悉Quartus II和VHDL语言的应用。
- **实验步骤**
- 遵循与2选1多路选择器相似的过程，设计1位全加器。
- 进行仿真测试，确保设计正确。
- 完成硬件测试，验证其实际性能。
6. **实验习题：8位并行二进制全加器的顶层文件设计**
- **设计要求**
- 以1位二进制全加器为基本元件，采用例化语句完成8位并行二进制全加器的顶层文件设计。
- 分析该加法器的电路特性，比如延迟时间、功耗等。
- 探讨可能存在的问题及改进方案。
通过本次实验，学习者不仅能够掌握Quartus II软件的基本使用方法，还能深入了解VHDL语言的语法特点，同时学会如何设计、仿真和测试实际的数字电路。这对于进一步深入学习EDA技术和数字电路设计具有重要的意义。
