Ｍａｘ＋ｐｌｕｓⅡ在《數字電路》教學中的應用

摘 要：Max+plusⅡ軟件是一款高效的、非常靈活的數字電路開發設計軟件，它提供了多種輸入方法供設計者選用，利用合適的輸入方法設計完數字系統之后，設計者可利用邏輯綜合工具進行邏輯綜合，并可以用仿真器進行軟件仿真，使設計者能夠盡早發現設計中的錯誤，縮短設計周期。簡要介紹了Max+plusⅡ在數字電路教學中的應用，并以用不同的輸入方法設計一個16位二進制加法器為例，說明Max+plusⅡ的設計仿真過程，以期得到融傳統教學方式和現代化設計理念為一體的教學效果。

關鍵詞：Max+plusⅡ；數字電路；邏輯綜合

中圖分類號：TP31文獻標識碼：A文章編號：1672-3198（2008）07-0336-02

1 引言

Max+plusⅡ是Altera公司提供的FPGA/CPLD開發集成環境，Altera是世界上最大可編程邏輯器件的供應商之一。Max+plusⅡ界面友好，使用便捷，被譽為業界最易用易學的EDA軟件。在Max+plusⅡ上可以完成設計輸入、元件適配、時序仿真和功能仿真、編程下載整個流程，它提供了一種與結構無關的設計環境，使設計者能方便地進行設計輸入、快速處理和器件編程。

本文以舉例的形式介紹了EDA 的一種開發平臺，即美國Altera公司開發的Max+plusⅡ在數字電路教學中的應用。

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2 Max+plus Ⅱ簡介

2.1 Max+plus Ⅱ主要特點

Max+plusⅡ開發系統的特點：

（１）開放的界面。

Max+plusⅡ支持與Cadence，Exemplarlogic，Mentor Graphics，Synplicty，Viewlogic和其它公司所提供的EDA工具接口。

（２）與結構無關。

Max+plusⅡ系統的核心Complier支持Altera公司的FLEX10K、FLEX8000、FLEX6000、MAX9000、MAX7000、MAX5000和Classic可編程邏輯器件，提供了世界上唯一真正與結構無關的可編程邏輯設計環境。

（3）完全集成化。

Max+plusⅡ的設計輸入、處理與較驗功能全部集成在統一的開發環境下，這樣可以加快動態調試、縮短開發周期。

（4）豐富的設計庫。

Max+plusⅡ提供豐富的庫單元供設計者調用，其中包括74系列的全部器件和多種特殊的邏輯功能（Macro-Function）以及新型的參數化的兆功能（Mage-Function）。

（5）模塊化工具。

設計人員可以從各種設計輸入、處理和校驗選項中進行選擇從而使設計環境用戶化。

（6）硬件描述語言（HDL）。

Max+plusⅡ軟件支持各種HDL設計輸入選項，包括VHDL、Verilog HDL和Altera自己的硬件描述語言AHDL。

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2.2 Max+plus Ⅱ設計過程

使用Max+plusⅡ軟件設計流程由以下幾部分組成。

（1）設計輸入：可以采用原理圖輸入、HDL語言描述、EDIF網表輸入及波形輸入等幾種方式。

（2）編譯：先根據設計要求設定編譯參數和編譯策略，如器件的選擇、邏輯綜合方式的選擇等。然后根據設定的參數和策略對設計項目進行網表提取、邏輯綜合和器件適配，并產生報告文件、延時信息文件及編程文件，供分析仿真和編程使用。

（3）仿真：仿真包括功能仿真、時序仿真和定時分析，可以利用軟件的仿真功能來驗證設計項目的邏輯功能是否正確。

（4）編程與驗證：用經過仿真確認后的編程文件通過編程器（Programmer）將設計下載到實際芯片中，最后測試芯片在系統中的實際運行性能。

在設計過程中，如果出現錯誤，則需重新回到設計輸入階段，改正錯誤或調整電路后重復上述過程。

2.3 Max+plus Ⅱ描述語言

Max+plusⅡ軟件的設計輸入方法有多種，主要包括原理圖設計、文本設計、波形設計，層次設計和底層設計等輸入方式。在利用Max+plusⅡ軟件的數字電路教學中，經常采用的是原理圖設計、文本設計和波形設計這幾種輸入方式。

（1）原理圖輸入（Graphic Editor）。

Max+plusⅡ軟件具有圖形輸入能力，用戶可以方便的使用圖形編輯器輸入電路圖，圖中的元器件可以調用元件庫中元器件，除調用庫中的元件以外，還可以調用該軟件中的符號功能形成的功能塊. 

（2）硬件描述語言輸入（Text Editor）。

Max+plusⅡ軟件中有一個集成的文本編輯器，該編輯器支持VHDL，AHDL和Verilog硬件描

述語言的輸入，同時還有一個語言模板使輸入程序語言更加方便，該軟件可以對這些程序語言進行編譯并形成可以下載配置數據。 

（3）波形編輯器(Ｗaveform Editor)。

在進行邏輯電路的仿真時，需要在所設計電路的輸入端加入一定的波形，波形編輯器可以生成和編輯仿真用的波形（*.SCF文件），使用該編輯器的工具條可以容易方便的生成波形和編輯波形。

3 Max+plusⅡ在數字電路教學中的應用

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下面以16位二進制加法器的設計為例，分別采用原理圖輸入和VHDL輸入法，說明Max+plusⅡ在數字電路教學中的應用。

3.1 原理圖輸入

（1）建立項目。

打開Max+plusⅡ，選擇“File”→“New”， 在“File Type(文件類型)”框內選擇“Graphic Editor file(圖形編輯文件)”鍵，按“OK”按鍵打開原理圖編輯窗口；然后雙擊鼠標，會出現如圖2所示的輸入符號窗口，選擇相應的庫，選取所需的符號，然后點擊“OK”按鍵，所需的符號就出現在圖形編輯窗中。在16位加法器的設計中，選用4個4位加法器7483，然后擴展成16位的加法器。如圖3所示。最后設計好的文件存盤，取文件名h:adder.gdf.

（2）編譯。

選擇菜單File→Project→Set Project to Current File，將當前的原理圖文件h:adder.gdf.設置成工程文件（．pof），然后選擇compiler菜單進行目標器件選擇和編譯處理.

（3）仿真。

打開波形編輯器界面，并以h:adder.scf文件形式保存.在波形編輯器的界面下，進行輸入信號的編輯和參數的設置。設置完成后，在“Max+Plus”菜單中選擇Simulator(仿真器)進行仿真。本例的仿真結果如圖4所示。

3.2 VHDL輸入

上面所述是用圖形方式實現了一個16位的加法器，當然，這個加法器也可以用VHDL語言實現。

（1）輸入程序。

在菜單欄中選擇“File”→“New”選項，然后在“File Type”框內選擇“Text Editor file(文本編輯文件)”按鍵;按“OK”按鍵后，出現名為“UntitledTextEditor”的圖形編輯文件窗口，在建立的名為addervhd.VHD的文本文件中輸入以下VHDL語言程序：

LIBRARY ieee;

USE ieee.std_logic_1164.all;

ENTITY addervhd IS

PORT

(a: ININTEGER RANGE 0 TO 65535;

b: ININTEGER RANGE 0 TO 65535;

s: OUT INTEGER RANGE 0 TO 131071);

END addervhd; 

ARCHITECTURE a OF addervhd IS

BEGIN

s <= a+b;

END a; 

（2）編譯。

對設計輸入的程序進行編譯，修改設計中的錯誤。

（3）仿真。

仿真的方法同上，從仿真可以看出用圖形文件設計的16位加法器與用VHDL語言程序設計的16位加法器有著基本一致的性能。

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4 結束語

將Max+plusⅡ用到數字電路教學中，可以很好地將理論和實踐結合起來，從而提高了課堂講授效率，另外此方法畫圖快捷，修改方便，仿真效果直觀，增強了數字電路課程的趣味性，提高了學生學習的積極性，實現了教學手段和教學方法的創新。

參考文獻

［1］王志鵬.可編程邏輯器件開發技術Max+plusⅡ［M］.北京:國防工業出版社，2005.

［2］閻石.數字電子技術基礎［M］.北京:高等教育出版社，1998.

［3］潘松，王國棟.VHDL實用教程［M］.成都:電子科技大學出版社，2000.