FPGA作业

fpga练习题库FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，广泛应用于数字电路设计和嵌入式系统开发。

为了帮助读者更好地掌握FPGA的相关知识，本篇文章将提供一套FPGA练习题库，旨在帮助读者巩固理论知识，并通过实践锻炼解决问题的能力。

一、概述本练习题库涵盖了FPGA的多个方面内容，包括Verilog语言编程、数字逻辑设计、时序分析、时钟分频以及外设接口等。

通过完成这些练习题，读者可以更好地理解FPGA的工作原理，掌握FPGA设计的基本方法和技巧。

二、练习题示例1. 编写一个Verilog代码，实现一个4位二进制加法器。

输入端包括两个4位的二进制数A和B，输出端为一个5位的二进制数S（其中前4位为和，最后1位为进位）。

2. 设计一个3:8译码器，使用FPGA实现。

译码器的输入端为3位二进制数A、B和C，输出端为8位译码结果D0-D7。

3. 在FPGA中实现一个时钟分频电路，输入端为一个时钟信号clk，输出端为两个时钟信号clk_div2和clk_div4，在输出端分别将输入时钟的频率分别分为原来的一半和四分之一。

4. 设计一个I2C总线控制器，实现与外部I2C设备的通信。

输入端为数据线SDA和时钟线SCL，输出端为I2C总线的控制信号（包括起始信号、停止信号、数据读写信号等）。

三、注意事项1. 在完成练习题时，建议使用Verilog HDL语言进行编程。

可以选择任何一款FPGA开发板进行搭建和验证。

2. 在编写代码时，注意书写规范和注释，增加代码的可读性和可维护性。

3. 在验证设计时，使用仿真工具进行功能验证，并通过FPGA开发板进行硬件验证。

4. 完成练习题后，可以通过波形验证、逻辑分析仪等工具进行结果检验。

5. 如果遇到问题，可以参考相关教材、文档或搜索引擎搜索相关资料，也可以向论坛、社群等渠道提问，寻求帮助和解答。

四、总结通过完成FPGA练习题库中的各种题目，读者可以提高FPGA设计和应用的能力。

fpga期末考试复习题FPGA期末考试复习题一、选择题1. FPGA的全称是什么？A. Field Programmable Gate ArrayB. Fixed Programmable Gate ArrayC. Field Programming Gate ArrayD. Fixed Programming Gate Array2. FPGA与ASIC的主要区别是什么？A. FPGA是可编程的，ASIC是固定的B. FPGA是固定的，ASIC是可编程的C. FPGA和ASIC都是可编程的D. FPGA和ASIC都是固定的3. 下列哪项不是FPGA设计中常用的硬件描述语言？A. VHDLB. VerilogC. C++D. SystemVerilog4. FPGA设计流程中，综合后的下一个步骤是什么？A. 布局与布线B. 仿真C. 测试D. 编程5. 在FPGA设计中，什么是时序约束？A. 逻辑约束B. 物理约束C. 性能约束D. 以上都不是二、简答题1. 简述FPGA设计的基本流程。

2. 解释什么是时钟域交叉，并说明在FPGA设计中如何处理时钟域交叉问题。

3. FPGA与CPLD在结构上有何不同？4. FPGA设计中，同步设计和异步设计的区别是什么？5. 什么是FPGA的资源利用率，如何优化FPGA的资源利用率？三、计算题1. 假设有一个FPGA设计，其最大工作频率为100MHz，要求设计一个时钟分频器，将时钟频率降低到50MHz。

请计算分频器的分频系数。

2. 给定一个FPGA设计，其输入信号的传播延迟为2ns，输出信号的建立时间为3ns，保持时间为1ns。

如果要求设计满足时序要求，计算输出信号的最小时钟周期。

四、论述题1. 论述FPGA在数字信号处理（DSP）领域的应用及其优势。

2. 分析FPGA在嵌入式系统设计中的作用及其与传统微处理器的比较。

五、设计题1. 设计一个简单的FPGA模块，实现4位二进制加法器的功能，并说明其工作原理。

习题一1 使用`timescale 编译器指令的目的是什么？答：指定延时时间单位，及时间精度。

如` timescale 1ns /100ps表示时间单位为1ns，时间精度为0.1ns。

2 写出产生下图所示波形的变量BullsEye的初始化语句。

答：32b’0010 0000 0000 1111 1111 1100 1110 00003 使用数据流描述方式编写下图所示的异或逻辑的Verilog HDL描述，并使用规定的时延。

答：`timescale 1ns/100psmoduleyihuo(out,a,b);input a, b;output out;wireaf,bf,abf,afb,out;always @( a or b)assign #1 af=~a;assign #1 bf =~b;assign #6 abf = a&bf;assign #6 afb = af&b;assign #10 out=abf|afb;endmodule4下列表达式的位模式是什么？7'o44八进制, 'Bx0二进制, 5'bx110二进制,'hA0十六进制, 10'd2十进制, 'hzF十六进制习题二1.说明参数GATE_DELAY, 参数值为5。

答：parameter GATE_DELAY = 5；2.假定长度为64个字的存储器, 每个字8位，编写Verilog 代码，按逆序交换存储器的内容。

即将第0个字与第63个字交换，第1个字与第62个字交换，依此类推。

答：reg[7:0]Mem[63:0];inti = 0;reg[7:0]temp;always @(i< 31)begintemp = Mem[i];Mem[i] = Mem[63-i];Mem[63-i] = temp;end3. 假定32位总线Address_Bus, 编写一个表达式，计算从第11位到第2 0位的归约与非。

题目：设计一个FPGA竞赛题目并解释它的要求和解决方法一、题目：数字时钟的设计与实现要求：1. 使用FPGA设计一个数字时钟，包括小时、分钟和秒的显示。

2. 时钟的显示应该具有实时更新功能，即每秒钟更新一次时间。

3. 时钟应该具有手动调整时间的功能，可以通过按键输入小时、分钟和秒。

4. 时钟应该具有闹钟功能，当到达设定的时间时，闹钟会发出声音。

解决方法：1. 首先，我们需要使用FPGA设计一个时钟模块，该模块需要能够处理小时、分钟和秒的计数。

可以使用计数器来实现这一功能。

计数器的计数频率应该足够快，以实现每秒钟更新一次时间的要求。

2. 显示模块可以使用FPGA上的LED或LCD显示屏来实现。

我们需要设计一个驱动程序来控制显示屏的显示内容。

3. 手动调整时间的功能可以通过按键输入来实现。

我们需要设计一个按键检测模块来检测按键的状态，并将按键输入传递给时钟模块。

4. 闹钟功能可以通过在时钟模块中设置一个闹钟时间来实现。

当到达设定的时间时，闹钟模块会触发一个中断，通知驱动程序发出声音。

二、题目：智能家居系统的设计与实现要求：1. 设计一个基于FPGA的智能家居系统，包括灯光、窗帘、空调等设备的控制。

2. 系统应该具有远程控制功能，可以通过手机APP或网页界面进行控制。

3. 系统应该具有自动控制功能，可以根据环境条件（如温度、光照等）自动控制设备。

解决方法：1. 智能家居系统需要使用FPGA作为主控制器，协调各个设备的控制。

我们可以使用FPGA 上的GPIO接口来控制各种设备。

2. 远程控制可以通过手机APP或网页界面的方式实现。

我们可以使用Wi-Fi模块（如ESP32）来实现通信，将用户的控制指令发送给FPGA。

3. 自动控制可以根据环境条件实现。

我们可以使用传感器（如温度、光照传感器）来检测环境条件，并将检测结果传递给FPGA。

FPGA可以根据这些信息来控制各种设备。

总之，这些题目需要使用FPGA的知识和技能来解决，需要熟练掌握FPGA设计、电路设计、软件开发、通信等方面的基础知识。

fpga基础练习题FPGA（现场可编程门阵列）是一种用于实现数字逻辑电路的集成电路技术。

它具有可编程性和灵活性，因此在许多领域都得到广泛应用。

为了帮助大家更好地理解和掌握FPGA的基础知识，以下是一些FPGA基础练习题。

练习题一：FPGA的基本概念描述FPGA的基本原理和特点，并说明FPGA与ASIC（应用特定集成电路）的区别和联系。

练习题二：FPGA的编程语言介绍FPGA常用的编程语言，如VHDL（VHSIC硬件描述语言）和Verilog HDL（硬件描述语言），并比较它们的特点和适用场景。

练习题三：FPGA开发流程以Xilinx为例，详细描述FPGA的开发流程，包括项目创建、设计实现、综合与仿真、下载到FPGA板等步骤，并提及常见的开发工具和软件。

练习题四：FPGA的时序设计解释FPGA的时序设计概念，包括时钟、时钟周期、时钟频率、时钟约束等，并说明如何进行时序约束和时序分析。

练习题五：FPGA的布局布线讨论FPGA的布局布线问题，包括寄存器布局、时钟布线、关键路径等内容，并介绍常用的布局布线工具和技术。

练习题六：FPGA的资源利用说明如何合理利用FPGA的资源，包括LUT（查找表）、片上RAM（Random Access Memory）、DSP（Digital Signal Processing）等，并给出相应的应用示例。

练习题七：FPGA应用案例选择一个具体的应用领域（如通信、图像处理等），并描述FPGA在该领域中的应用案例，包括设计思路、实现方法和性能指标等。

练习题八：FPGA的优缺点总结FPGA的优点和缺点，分析其在不同应用场景中的适用性，并展望FPGA技术的发展趋势。

通过完成以上FPGA基础练习题，相信大家能够更加深入地了解和掌握FPGA的基本概念、编程语言、开发流程、时序设计、布局布线、资源利用、应用案例以及优缺点等方面的知识。

祝愿大家在FPGA的学习和应用中取得好成果！。

第一阶段测验本卷共分为1大题24小题，总分100 分。

本卷得分:100•1.变量和信号的描述正确的是()。

A.变量赋值号是:=2.在EDA中，IP的中文含义是()。

D.知识产权核3.可编程逻辑器件的英文简称是()。

D.PLD4.现场可编程门阵列的英文简称是()。

A.FPGA5.不属于顺序语句的是()。

B.LOOP语句6.VHDL中顺序语句放置位置说法正确的是()。

D.前面的说法都正确7.VHDL运算符优先级的说法正确的是()。

C.逻辑运算的优先级最低8.使用STD_LOGIG_1164使用的数据类型时()。

B.必须在库和包集合中声明9.可以不必声明而直接引用的数据类型是()。

C.BIT10.关于VHDL数据类型，正确的是()。

B.用户可以定义子类型11.关于VHDL数据类型，正确的是()。

D.运算与数据类型无关12.变量和信号的描述正确的是()。

B.信号可以带出进程13.在VHDL语言中，下列对进程（PROCESS）语句的语句结构及语法规则的描述中，不正确的是_____。

C.进程由说明部分、结构体部分、和敏感信号三部分组成；(进程由声明语句、顺序语句、敏感信号列表组成)14.VHDL语言中信号定义的位置是()。

D.结构体中特定位置15.关于1987标准的VHDL语言中，标识符描述正确的是()。

B.下划线不能连用16.描述项目具有逻辑功能的是()。

B.结构体17.一个项目的输入输出端口是定义在()。

A.实体中18.关于VHDL中的数字，请找出以下数字中最大的一个：_____。

（整型数字的表示） A.2#1111_1110#--二进制数，下划线不影响数值大小，只是增强可读性，转换成10进制数为：25419.下列标识符中，_____是不合法的标识符。

（标识符开头必须是英文字符）B.9moon20.LIBRARY___;--库的声明USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;--库的引用，引用IEEE库中的std_logic_1164中的所有项目 A.IEEE21.VHDL语言是一种结构化设计语言；一个设计实体（电路模块）包括实体与结构体两部分，结构体描述____。

科目：<<FPGA设计>>（Ｘ）卷考试形式：闭卷考试时间:100 分钟院(系)别、班级：姓名：学号：20ＸＸ.Ｘ.考试试卷含答题纸、试题纸、草稿纸的装订试卷不能分拆)试题区：（试题区必须与答题区同时交回，含答题纸、试题纸、草稿纸的装订试卷不能分拆）一、单项选择题：（20分）1．在VHDL语言中，下列对进程（PROCESS）语句的语句结构及语法规则的描述中，不正确的是___C___。

A.PROCESS为一无限循环语句；敏感信号发生更新时启动进程，执行完成后，等待下一次进程启动。

B.敏感信号参数表中，不一定要列出进程中使用的所有输入信号；C.进程由说明部分、结构体部分、和敏感信号三部分组成；(进程由声明语句、顺序语句、敏感信号列表组成)D.当前进程中声明的变量不可用于其他进程。

2．在一个VHDL设计中idata是一个信号，数据类型为integer，数据范围0 to 127，下面哪个赋值语句是正确的___C___。

（信号赋值符号<= ）A.idata := 32;B.idata <= 16#A0#; (十进制数为:10*16= 160，idata范围为0~127)C.idata <= 16#7#E1;（十进制数为:7*16^1= 112）D.idata := B#1010#;3．大规模可编程器件主要有FPGA、CPLD两类，下列对FPGA结构与工作原理的描述中，正确的是___C___。

A.FPGA是基于乘积项结构的可编程逻辑器件；（FPGA芯片基于查找表的可编程逻辑结构）B.FPGA是全称为复杂可编程逻辑器件；(FPGA 现场可编程逻辑门阵列，CPLD才是复杂可编程逻辑器件)C.基于SRAM的FPGA器件，在每次上电后必须进行一次配置；D.在Altera公司生产的器件中，MAX7000系列属FPGA结构。

（MAX7000系列属CPLD结构）4．进程中的变量赋值语句，其变量更新是___A___。

基于FPGA的设计题目1.花样彩灯控制器的设计设计要求:假设输入脉冲为3MHz，控制16只LED发光二极管每隔1s或2s 显示一种花样。

要求显示的花样如下:闪烁2次从LED（0）移位点亮到LED（15）一次全部点亮一次从LED（15）开始逐个熄灭至LED（0）1次闪烁2次。

如果按下清零键时，16只LED均熄灭一次，然后再重新按规律显示。

如果没有按下快/慢选择控制键时，16只LED 发光二极管是以每隔1s进行花样显示，否则按下快/慢键选择控制键时，16只LED发光二极管是以每隔2s进行花样显示。

2.利用FPGA实现一个简单的DDS正弦波发生器（DDS：数字显示示波器）可分解为三个部分来设计：时钟产生模块；地址产生模块；ROM 查找表模块。

实现思路：①首先，由外部晶振引入40MHz的时钟到FPGA内部，进入时钟产生模块，对时钟进行处理并3倍频程后，得到一个稳定精确的120MHz的系统时钟；②然后，地址产生模块在系统时钟的激励下，将频率控制字与累加寄存器输出的数据进行累加，然后把累加的结果作为地址输出给ROM查找表地址；③最后，ROM查找表模块在每个系统时钟的上升沿，按照地址来读取ROM 查找表中的相应的波形采样点数据并输出，该数就是最终的DDS信号。

3.多功能信号发生器的设计设计要求：设计一个多功能信号发生器，能够以稳定的频率产生锯齿波、增减锯齿波、三角波、阶梯波、正弦波和方波等六种信号。

系统有3个波形选择开关和一个复位开关，通过波形选择开关可以选择以上各种不同种类的输出波形；按下复位开关时，系统将复位。

设计实现：由于FPGA只能直接输出数字信号，而多功能信号发生器输出的各种波形均为模拟信号，因此设计信号发生器时，需将FPGA输出的信号通过D/A转换电路将数字信号转换成模拟信号。

多功能信号发生器可由信号产生电路、波形选择电路和D/A转换电路构成。

如下图所示:时钟信号波形输出信号产生电波形选择电路D/A转换电路选择信号4.数字跑表的设计设计要求:设计一个数字跑表，该跑表具有复位、暂停、秒表计时等功能。

fpga竞赛题目
FPGA竞赛题目可以根据不同的主题和难度级别进行设计。

以下是一些可能的题目示例：
1. 设计一个数字频率计：要求使用FPGA实现一个数字频率计，能够测量输入信号的频率，并将结果显示在LCD屏幕上。

2. 设计一个图像处理系统：要求使用FPGA实现一个图像处理系统，能够对输入的图像进行滤波、边缘检测、色彩增强等处理，并将处理后的图像输出到显示器上。

3. 设计一个音频编解码器：要求使用FPGA实现一个音频编解码器，能够将音频信号进行压缩和解压缩，并支持多种音频格式的编解码。

4. 设计一个网络通信系统：要求使用FPGA实现一个网络通信系统，能够实现TCP/IP协议栈，支持数据包的发送和接收，并能够进行网络流量控制和拥塞控制。

5. 设计一个控制系统：要求使用FPGA实现一个控制系统，能够对工业设备的运动进行精确控制，包括速度、位置、加速度等参数的控制。

这些题目都是比较常见的FPGA竞赛题目，旨在考察参赛者对FPGA硬件设计和软件编程的能力。

fpga习题答案FPGA习题答案FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，具有广泛的应用领域，包括数字信号处理、通信、图像处理等。

在学习和应用FPGA的过程中，习题是一种常见的练习方式，通过解答习题可以加深对FPGA原理和应用的理解。

本文将为大家提供一些FPGA习题的答案，希望对学习FPGA的同学有所帮助。

习题一：请简述FPGA的工作原理。

答案：FPGA是一种可编程逻辑器件，其工作原理基于可编程逻辑单元（PLU）和可编程互连资源（PIR）。

PLU是FPGA中最基本的单元，由逻辑门、触发器等构成，可以根据用户的需求编程实现不同的逻辑功能。

PIR则是用于连接PLU 的资源，包括线路、开关等。

用户可以通过编程工具将设计好的逻辑电路的描述文件加载到FPGA中，PLU和PIR将根据描述文件的指令进行配置，从而实现用户所需的逻辑功能。

习题二：请列举一些常见的FPGA编程语言。

答案：常见的FPGA编程语言包括VHDL（VHSIC Hardware Description Language）和Verilog。

这两种语言都是硬件描述语言（HDL），用于描述FPGA 中的逻辑电路。

VHDL是一种由美国国防部发起的标准化语言，具有严格的语法和规范。

Verilog则是由美国Gates公司（后来被Cadence收购）开发的语言，更加简洁灵活。

除了VHDL和Verilog，还有一些其他的FPGA编程语言，如SystemVerilog、AHDL等。

习题三：请简述FPGA的时序逻辑和组合逻辑。

答案：FPGA中的逻辑电路可以分为时序逻辑和组合逻辑。

组合逻辑是指逻辑电路的输出只与当前的输入有关，没有记忆功能。

常见的组合逻辑电路包括逻辑门电路、多路选择器等。

时序逻辑则是指逻辑电路的输出不仅与当前的输入有关，还与过去的输入和输出有关，具有记忆功能。

常见的时序逻辑电路包括触发器、计数器等。