第2章__FPGA设计基础

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《FPGA入门学习》课件

时序控制。
LED闪烁设计
总结词
通过LED闪烁设计，掌握FPGA的基本控制功能和数字逻辑设计。
详细描述
LED闪烁设计是FPGA入门学习的基本项目之一，通过该设计，学习者可以了解FPGA的基本控制功能，掌握数字逻辑设计的基本原理和方法。LED闪烁设计通常涉及到LED灯的驱动和控制，需要学习者掌握基本的数字逻辑门电路和时序控制。
FPGA具有并行处理和高速计算的优点，适用于数字信号处理中的实时信号处理和算法加速。
数字滤波器设计
频谱分析和正交变换
FPGA可以实现高性能的数字滤波器，如 FIR滤波器和IIR滤波器，用于信号降噪和特征提取。
FPGA可以高效地实现FFT等正交变换算法，用于频谱分析和信号频率成分的提取。
图像处理应用
优化设计技巧
时序优化
讲解如何通过布局布线、时序分析等手段优化 FPGA设计，提高时序性能。
资源共享
介绍如何通过资源共享减少FPGA资源占用，提高设计效率。
流水线设计
讲解如何利用流水线设计技术提高系统吞吐量。
硬件仿真与调试技术
仿真工具使用
介绍常用HDL仿真工具（如ModelSim）的使用方法。
03
CATALOGUE
FPGA开发实战
数字钟设计
总结词
通过数字钟设计，掌握FPGA的基本开发流程和硬件描述语言的应用。
详细描述
数字钟设计是FPGA入门学习的经典项目之一，通过该设计，学习者可以了解FPGA开发的基本流程，包括设计输入、综合、布局布线、配置下载等。同时，数字钟设计也涉及到硬件描述语言（如Verilog或VHDL）的应用，学习者可以掌握基本的逻辑设计和
基础语言。
FPGA开发流程

FPGA课程培训

图1.1.7 RAM的电路结构框图

存储矩阵由许多存储单元排列而成，每个存储单元能存储1位二进制数据（1或0），在译码器和读／写控制电路的控制下既可以写入1或0，又可将所存储的数据读出。地址译码器将输入的地址代码译成一条字线的输出信号，使连接在这条字线上的存储单元与相应的读／写控制电路接通，然后对这些单元进行读或写。
知识要点

可编程逻辑器件 FPGA 设计方法设计流程设计工具。
教学建议

本章的重点是掌握现代数字系统的设计方法和FPGA设计流程的概念。建议学时数为2～4学时。FPGA的设计方法和设计流程，需要通过实际的设计过程加深理解。注意不同设计工具的特点，注意不同设计工具的设计流程的相同点和不同点。FPGA设计工具的使用需要在以后章节中进行学习。

可擦除的可编程逻辑器件EPLD的基本逻辑单位是宏单元，它由可编程的与一或阵列、可编程寄存器和可编程 I／O 3部分组成。由于EPLD特有的宏单元结构、大量增加的输出宏单元数和大的与阵列，使其在一块芯片内能够更灵活性的实现较多的逻辑功能

复杂可编程逻辑器件CPLD是EPLD的改进型器件，一般情况下， CPLD器件至少包含3种结构：可编程逻辑宏单元、可编程 I／O单元和可编程内部连线。部分CPLD 器件还集成了RAM、FIFO或双口RAM等存储器，以适应DSP应用设计的要求。

现场可编程门阵列FPGA在结构上由逻辑功能块排列为阵列，并由可编程的内部连线连接这些功能块，来实现一定的逻辑功能。FPGA的功能由逻辑结构的配置数据决定，在工作时，这些配置数据存放在片内的SRAM或者熔丝图上。使用SRAM的FPGA器件，在工作前需要从芯片外部加载配置数据，这些配置数据可以存放在片外的EPROM或其他存储体上，人们可以控制加载过程，在现场修改器件的逻辑功能。

数字钟课程设计fpga

数字钟课程设计 fpga一、课程目标知识目标：1. 学生能理解数字钟的基本原理和组成，掌握数字钟的计时方法。

2. 学生能了解FPGA的基本概念，掌握FPGA在数字钟设计中的应用。

3. 学生能掌握数字钟设计中涉及的二进制、十进制转换方法。

技能目标：1. 学生能够运用所学知识，设计并实现一个简单的数字钟电路。

2. 学生能够使用FPGA编程，实现数字钟的功能。

3. 学生能够通过实验操作，培养动手能力和团队协作能力。

情感态度价值观目标：1. 学生对数字电路产生兴趣，树立学习信心，形成积极的学习态度。

2. 学生在学习过程中，培养创新精神和实践能力，增强对科技发展的关注。

3. 学生通过合作学习，培养团队意识，学会尊重他人，分享成果。

课程性质：本课程为电子技术实践课程，结合理论教学，注重培养学生的实际操作能力和创新思维。

学生特点：学生为高中生，具备一定的电子技术基础，对新鲜事物充满好奇，喜欢动手实践。

教学要求：教师需引导学生运用所学知识，通过实验操作，掌握数字钟设计方法，提高学生的实践能力和创新精神。

同时，关注学生的情感态度价值观培养，使学生在学习过程中形成良好的学习习惯和团队合作意识。

将课程目标分解为具体的学习成果，便于后续教学设计和评估。

二、教学内容1. 数字钟原理及组成- 数字钟工作原理- 数字钟各部分功能及相互关系2. FPGA基础知识- FPGA基本概念- FPGA在数字电路设计中的应用3. 数字钟设计与实现- 数字钟计时方法- 二进制与十进制转换方法- 数字钟电路设计流程4. FPGA编程与实验操作- FPGA编程基础- 数字钟功能模块编程- 实验操作步骤与注意事项5. 数字钟综合设计与调试- 设计要求与评价指标- 设计方案撰写与展示- 团队合作与交流教学内容安排与进度：第一周：数字钟原理及组成、FPGA基础知识学习第二周：数字钟设计与实现、FPGA编程基础学习第三周：数字钟功能模块编程、实验操作第四周：数字钟综合设计与调试、成果展示与评价教材章节：第一章：数字钟原理及组成第二章：FPGA基础知识第三章：数字钟设计与实现第四章：FPGA编程与实验操作第五章：数字钟综合设计与调试教学内容遵循科学性和系统性原则，结合课程目标，确保学生能够掌握数字钟设计与FPGA编程相关知识，培养实践能力和创新精神。

fpga逻辑设计方案报告

fpga逻辑设计方案报告FPGA逻辑设计方案报告一、引言FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）是一种可编程数字逻辑器件，具有灵活性和可重构性。

FPGA的设计涉及到逻辑电路设计、时序设计和综合优化等方面。

本报告旨在介绍FPGA逻辑设计方案的基本原理和方法。

二、FPGA逻辑设计基础1. FPGA架构：FPGA由可编程逻辑单元（CLB）、输入输出模块（IOB）和可编程互连资源（Interconnect）构成。

CLB是FPGA 中最基本的逻辑单元，包含查找表（LUT）、寄存器和多路选择器等。

IOB用于与外部设备进行数据交换。

Interconnect用于连接CLB和IOB，实现不同逻辑单元之间的互连。

2. FPGA编程语言：常见的FPGA编程语言包括VHDL和Verilog。

这些语言提供了描述数字逻辑电路的方式，可以通过编写代码来实现逻辑功能。

三、FPGA逻辑设计流程1. 需求分析：明确设计的功能和性能要求，确定逻辑电路的输入输出接口。

2. 模块划分：将整个设计任务划分为多个模块，每个模块负责实现一个特定的功能。

3. 逻辑设计：使用FPGA编程语言编写每个模块的逻辑电路描述。

在描述中使用逻辑门、寄存器、多路选择器等基本元件，通过组合和时序逻辑的方式实现所需功能。

4. 综合优化：对逻辑电路进行综合，将高级语言描述转化为逻辑门级的电路描述。

综合优化包括逻辑优化、时序优化和面积优化等。

5. 时序设计：对逻辑电路进行时序约束的设置，确保信号的传输满足时序要求。

时序设计包括时钟频率、时钟分频、时钟延迟等方面的考虑。

6. 布局布线：将逻辑电路映射到FPGA的物理资源上。

布局布线包括逻辑单元的位置分配和信号线的路径规划。

7. 静态时序分析：对布局布线后的电路进行时序分析，检查是否满足时序要求。

8. 配置生成：将逻辑电路的配置位流生成，用于配置FPGA芯片。

9. 下载与验证：将配置位流下载到FPGA芯片中，通过验证测试确保设计满足功能和性能要求。

电子系统设计实验指导书(FPGA基础篇Vivado版)

电子系统设计
实验指导书（FPGA 基础篇 Vivado 版）
东南大学电子科学 ........................................................................................................................................................... 1
安全使用规范
东南大学电子科学与工程学院
无论何时，外部电源供电与 USB 两种供电方式只能用其中一种，避免因为电压有所差别而烧坏电路板。采用电压高于5.5V的任何电源连接器可能造成永久性的损害。插拔接插件前请关闭电路板总开关，否则易损坏器件。电路板应在绝缘平台上使用，否则可能引起电路板损坏。不同编码机制不要混接。安装设备需防止静电。液晶显示器件或模块结雾时，不要通电工作，防止电极化学反应，产生断线。遇到正负极连接时需谨慎，避免接反引起开发板的损坏。保持电路板的表面清洁。小心轻放，避免不必要的硬件损伤。
实验目的 ....................................................................................................................................................... 17 实验内容 ....................................................................................................................................................... 17 实验要求 ....................................................................................................................................................... 17 实验步骤 ....................................................................................................................................................... 17 实验结果 ....................................................................................................................................................... 22

FPGA基础知识PPT课件

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18
基本可编程逻辑单元
由查找表(Look up table)触发器(FF)组成；
LUT一般是4输入查找表，高端器件（xilinx v5）采用LUT-6结构； LUT可看成4位地址线的16x1的RAM 结构
FF是可编程的触发器，可配置成同步/异步复位、同步/异步置位、使能、装载等功能触发器；
a,b,c,d
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29
SOPC(System on programmable chip):片上可编程系统 FPGA内嵌入了CPU/DSP，具备实现软硬件协同设计的能力； Xilinx：
FPGA基于查找表加触发器的结构，采用SRAM工艺，也有采用flash或者反熔丝工艺；主要应用高速、高密度大的数字电路设计；
FPGA由可编程输入/输出单元、基本可编程逻辑单元、嵌入式块RAM、丰富的布线资源（时钟/长线/短线）、底层嵌入功能单元、内嵌专用的硬核等组成；
目前市场上应用比较广泛的FPGA芯片主要来自 Altera与Xilinx。另外还有其它厂家的一些低端芯片(Actel、Lattice)；
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10
FPGA器件结构可编程输入/输出单元可编程逻辑单元嵌入式块RAM 布线资源底层嵌入功能单元
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11
FPGA器件结构
Xilinx spatan-3器件结构
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12
Altera cyclone II器件结构
LAB
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13
FPGA器件结构可编程输入/输出单元可编程逻辑单元嵌入式块RAM 布线资源底层嵌入功能单元
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5
CPLD器件结构
MAX7000 CPLD内部结构
宏单元
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6
宏单元(乘积项)

fpga数字电路基础

fpga数字电路基础FPGA数字电路基础数字电路是现代电子技术的基础，而FPGA（Field-Programmable Gate Array）数字电路则是数字电路的一种重要形式。

本文将从FPGA的基本概念、工作原理、应用领域等方面介绍FPGA数字电路的基础知识。

一、FPGA的基本概念FPGA是一种可编程逻辑器件，它由可编程逻辑单元（PLU）、可编程互连资源（PIR）和可编程输入输出单元（PIO）等组成。

PLU是FPGA的核心部分，它由多个可编程逻辑门组成，可以实现各种逻辑功能。

PIR用于连接不同的PLU，形成不同的逻辑电路。

PIO则用于与外部设备进行通信。

二、FPGA的工作原理FPGA的工作原理可以简单描述为：根据用户编写的HDL （Hardware Description Language）代码，通过编译和综合工具将其转化为FPGA可识别的比特流文件，然后将该文件下载到FPGA芯片中，从而实现所需的数字电路功能。

三、FPGA的应用领域由于FPGA具有灵活可重构的特性，因此在各个领域都有广泛的应用。

以下是几个典型的应用领域：1. 通信领域：FPGA可以实现各种通信协议的解析、编码和解码，常用于无线通信系统、卫星通信系统等。

2. 图像处理领域：FPGA可以实现图像采集、图像处理和图像识别等功能，常用于数字摄像机、医疗影像设备等。

3. 数据存储与处理领域：FPGA可以实现数据的存储、处理和传输等功能，常用于数据库系统、数据中心等。

4. 工业控制领域：FPGA可以实现逻辑控制、运动控制和故障检测等功能，常用于工业自动化设备、机器人等。

5. 汽车电子领域：FPGA可以实现汽车电子系统的控制和管理，常用于发动机控制、车载娱乐系统等。

四、FPGA的优势与局限FPGA作为一种可编程逻辑器件，具有以下几个优势：1. 灵活可重构：FPGA可以根据需求进行灵活的硬件配置，支持实时更新和修改。

2. 高性能：FPGA可以实现并行处理，具有较高的运算速度和处理能力。

FPGA入门及QuartusII使用教程(内部资料)

FPGA入门及Quartus II使用教程FPGA是英文Field Programmable Gate Array的缩写，即现场可编程门阵列，它是在可编程阵列逻辑PAL(Programmable Array Logic)、门阵列逻辑GAL(Gate Array Logic)等可编程器件的基础上上进一步发展的产物。

可以这样讲，ASIC(内部的所有资源，是Application Specific Integrated Circuit )用积木堆积起来的小房子，可以是一个欧美风情的房子，还可以是一个北京四合院…….而FPGA内部就可以说是一个个小积木，也就是内部有大量的资源提供给我们，根据我们的需求进行内部的设计。

并且可以通过软件仿真，我们可以事先验证设计的正确性。

第一章 FPGA的基本开发流程下面我们基于Altera 公司的QuantusII 软件来说明FPGA 的开发流程。

下图是一个典型的基于Quartus II的FPGA开发整体流程框图。

1、建立工程师每个开发过程的开始，Quartus II以工程为单位对设计过程进行管理。

2、建立顶层图。

可以这样理解，顶层图是一个容器，将整个工程的各个模块包容在里边，编译的时候就将这些模块整合在一起。

也可以理解为它是一个大元件，比如一个单片机，内部包含各个模块，编译的时候就是生成一个这样的大元件。

3、采用ALTERA公司提供的LPM功能模块。

Quartus软件环境包含了大量的常用功能模块，比如计数器、累加器、比较器等等。

4、自己建立模块。

由于有些设计中现有的模块功能不能满足具体设计的要求，那就只能自己设计。

使用硬件描述语言，当然也可以用原理图的输入方法，可以独立的把它们当成一个工程来设计，并且生成一个模块符号(Symbol)，类似于那些LPM功能模块。

这里可以理解为，如果我们需求的滤波器，没有现成的合适的，那我们可以通过LC自己来搭建一个滤波器。

5、将顶层图的各个功能模块连线起来。

武汉理工大学FPGA第2章 FPGA设计基础

第2章FPGA设计基础2.1 Verilog HDL基础知识2.1.1概述硬件描述语言HDL（Hardware Description Language ）是一种用形式化方法来描述数字电路和数字逻辑系统的硬件描述语言，有两种类型：VHDL和Verilog HDL。

举个例子，在传统的设计方法中，对2输入的与门，我们可能需要到标准器件库中调出一个74系列的器件，但在硬件描述语言中，“& ”就是一个与门的形式描述，“C = A & B”就是一个2输入与门的描述，而“and”就是一个与门器件。

Verilog HDL 语言具有这样的描述能力：设计的行为特性、设计的数据流特性、设计的结构组成以及包含响应监控和设计验证方面的时延和波形产生机制。

所有这些都使用同一种建模语言，可综合的Verilog模块可以构成一个可靠的复杂IP软核和固核模块。

Verilog HDL 语言不仅定义了语法，而且对每个语法结构都定义了清晰的模拟、仿真语义。

因此，用这种语言编写的模型能够使用Verilog 仿真器进行验证。

Verilog HDL语言从C 编程语言中继承了多种操作符和结构。

Verilog HDL 模型可以是实际电路的不同级别的抽象，主要指：（1）系统级（2）算法级（3）RTL 级（4）门级（5）开关级，前三种属于行为级描述。

VHDL侧重于系统级描述，从而更多的为系统级设计人员所采用；Verilog 侧重于电路级描述，从而更多的为电路级设计人员所采用。

Verilog非常容易掌握，只需有C语言编程基础，就可很快上手。

2.1.2 Verilog 与C语言的比较虽然Verilog语言是从C语言过渡而来的，其某些语法与C语言接近，但存在如下几方面的本质区别：1.Verilog是一种硬件语言，最终是为了产生实际的硬件电路或对硬件电路进行仿真；C语言是一种软件语言，是控制硬件来实现某些功能；2.C语言只要是语法正确，都是可以编译执行的；而Verilog语言有可综合的限制，即在所有的verilog语句中，只有一部分可以被综合，而另外的部分则不能被综合，只能用来仿真；3.C语言是一种软件编程语言，其基本思想是语句的循序执行，而Verilog语言的基本思想是模块的并行执行；4. 利用Verilog编程时，要时刻记得Verilog是硬件语言，要时刻将Verilog与硬件电路对应起来。

FPGA开发板快速教程

FPGA开发板快速教程（一）－－-基础知识FPGA开发板作者：古文章来源：本站原创点击数：2284 更新时间：2007-5-24前言FPGA在复杂逻辑电路以及数字信号处理领域中扮演者越来越重要的角色，SOC（片上系统）以其低功耗，高性能，低成本，高可靠性等优点成为嵌入式系统的发展趋势。

作为一个简明的教程，主要宗旨是让初学者快速地了解FPGA/SOPC （可编程片上系统）开发的流程。

目前IT技术的发展可以说是一日千里，以本人的观点来讲，如果希望在电子设计领域有所作为，则必须具备快速掌握新技术的能力。

电子设计最重要的是实践的积累，我们只要具备了一定的基础，应当马上投入实践，否则很多概念都无法真正理解。

有不少人包括我，当下决心要成为一个合格的电子设计工程师的时候，总是想如果把有关电路方面的理论都掌握了才能所向披靡，有底气参加实际项目设计。

当然如果能做到“把有关理论都掌握了”这样的境界，我想应该是很理想的，但经验发现这并不实际。

据我所知，我所认识的不少电子设计牛人，他们的理论知识可能都比不上我们的本科生，但很多不错的产品都是从他们的手中开发出来的，有了实践的经验后，他们掌握新技第二节基于Q u a r t u s I I的实例…………………………………………………………………………………实验一实验板上的K E Y1按钮控制F P G A核心板上的第一个L E D灯介绍………………………………实验二7段数码管实验…………………………………………………………………………………实验三用F P G A设计串口数据收发…………………………………………………………………………第三章S O P C的基本开发流程…………………………………………………………………………………第一节第一节S O P C v s M C U、D S P和F P G A………………………………………………………………………第二节第二节基于QuantusII和NiosII的SOPC基本开发流程……………………………………………………第三节第三节基于Q u a n t u s I I和N i o s I I的S O P C实例……………………………………………………………实验一核心板上的两个L E D交替闪烁…………………………………………………………………实验二4位7段数码管I P c o r e设计以及f l a s h的烧写教程…………………………………实验三L C D设备驱动开发………………………………………………………………………实验四A L L_T E S T综合设计……………………………………………………………………………第四章FPGA开发板中嵌入Uclinux的步骤和方法……………………………………………………第一章 CPLD/FPGA的基本知识（二）FPGA、CPLD 概述FPGA(现场可编程门阵列)与 CPLD(复杂可编程逻辑器件)都是可编程逻辑器件，它们是在PAL,GAL等逻辑器件的基础之上发展起来的。

fpga基础课程设计

fpga基础课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解FPGA的基本概念、结构和原理，掌握FPGA在数字系统设计中的应用；2. 学会使用硬件描述语言（HDL）进行数字电路设计和仿真；3. 了解FPGA开发流程，掌握FPGA开发工具的使用。

技能目标：1. 能够运用所学知识，设计简单的数字系统，并进行FPGA实现；2. 培养学生的动手能力，使其具备独立进行FPGA程序编写、调试和验证的能力；3. 提高学生的团队协作能力，能够在小组合作中发挥各自优势，共同完成设计任务。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对FPGA技术的兴趣，激发学生主动探索新技术的热情；2. 培养学生严谨、细致、负责的学习态度，养成良好的学术道德；3. 增强学生的创新意识，鼓励学生勇于尝试，提高解决问题的能力。

课程性质：本课程为实践性较强的课程，结合理论教学和实验操作，培养学生的实际操作能力和创新能力。

学生特点：学生具备一定的电子技术基础知识，对FPGA技术有一定了解，但实际操作能力较弱。

教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，通过课程学习，使学生能够掌握FPGA基础知识和技能，具备实际应用能力。

在教学过程中，注重启发式教学，引导学生主动思考，提高分析问题和解决问题的能力。

同时，关注学生的情感态度价值观培养，激发学生的学习兴趣，提高综合素质。

二、教学内容1. FPGA基本概念：介绍FPGA的发展历程、基本结构、工作原理及其在数字系统设计中的应用。

教材章节：第一章 FPGA概述2. 硬件描述语言（HDL）：讲解Verilog和VHDL两种硬件描述语言的基本语法、数据类型、运算符和结构。

教材章节：第二章硬件描述语言基础3. FPGA开发工具：介绍FPGA开发流程，学习使用ModelSim进行仿真，掌握Quartus II或Vivado等开发工具的使用。

教材章节：第三章 FPGA开发工具与环境4. 数字电路设计：学习组合逻辑电路和时序逻辑电路的设计方法，进行FPGA 实现。

fpga基础知识

fpga基础知识
FPGA（Field Programmable Gate Array），是一种可编程逻辑器件，它是一种集成电路芯片，与ASIC（Application Specific Integrated Circuit）和微处理器不同，FPGA不是预先设计好的芯片，而是可以根据用户的需要进行定制化设计的芯片。

FPGA的主要特点是：可编程性、灵活性和可重构性。

FPGA的基础知识包括：
1.器件结构：FPGA由可编程逻辑单元（CLB）、可编程输入输出单元（IOB）、时钟管理器（Clock Manager）和全局路由器（Global Router）等部分组成。

2.CLB：CLB是FPGA的基本单元，包括查找表（LUT）、触发器（FF）和多路选择器（MUX）等，可以实现各种逻辑功能。

3.IOB：IOB是FPGA与外部环境交互的接口，包括输入输出引脚、电平转换器、上拉电阻等。

4.时钟管理器：时钟管理器用于产生、分配和缓存时钟信号，保证时序的正确性。

5.全局路由器：全局路由器是FPGA内部信号的主要传输路径，它连接了FPGA内部的所有资源，包括CLB、IOB、时钟管理器等。

6.配置方式：FPGA的配置方式包括SRAM配置、Flash配置和Antifuse配置等。

7.设计流程：FPGA设计流程包括设计、仿真、综合、布局布线和配置等步骤。

FPGA具有广泛的应用领域，如数字信号处理、图像处理、通信系统、计算机网络、嵌入式系统等。

由于其可重构性和灵活性，FPGA
可以根据具体应用的需求进行定制化设计，相对于ASIC和微处理器具有更高的性能和更快的开发速度。

基于fpga的简单课程设计

基于fpga的简单课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解FPGA的基本概念，掌握FPGA的基本结构和原理；2. 学生能描述数字电路的基本组成，了解数字电路在FPGA中的应用；3. 学生能掌握Verilog HDL语言的基本语法和编程方法，并运用其设计简单的数字电路。

技能目标：1. 学生能运用FPGA设计软件进行电路设计和仿真；2. 学生能通过Verilog HDL编程实现基本的数字电路功能；3. 学生能对设计的FPGA电路进行调试和优化，提高电路性能。

情感态度价值观目标：1. 培养学生积极主动探索新知识、新技术，增强其对电子工程领域的兴趣；2. 培养学生具备团队协作精神，学会与他人共同解决问题，提高沟通与表达能力；3. 培养学生具备工程素养，关注工程伦理，认识到科技发展对社会的重要意义。

课程性质：本课程为实践性课程，注重培养学生的动手能力和创新能力。

学生特点：学生具备一定的电子技术基础，对FPGA技术有一定了解，具备基本的计算机操作能力。

教学要求：教师需结合学生特点和课程性质，采用任务驱动、案例教学等方法，引导学生主动参与课堂实践，提高学生的实际操作能力。

同时，注重培养学生的自主学习能力和团队合作精神，提高学生的综合素质。

通过课程目标的分解与实施，使学生在知识、技能和情感态度价值观方面取得具体的学习成果。

二、教学内容1. 数字电路基础- 数字逻辑基础：逻辑门、逻辑函数、逻辑代数；- 组合逻辑电路：编码器、译码器、多路选择器、算术逻辑单元；- 时序逻辑电路：触发器、计数器、寄存器。

2. FPGA基本原理- FPGA结构：逻辑单元、查找表、寄存器、布线资源；- FPGA编程原理：配置、重配置、上电配置；- FPGA设计流程：设计输入、综合、布局布线、仿真、下载。

3. Verilog HDL编程- 基本语法：模块、端口、信号、数据类型；- 语句结构：顺序语句、并行语句；- 基本数字电路设计：组合逻辑电路、时序逻辑电路、状态机。

大学fpga课程设计大全

大学fpga课程设计大全一、课程目标知识目标：1. 理解FPGA的基本原理和结构，掌握FPGA设计流程；2. 学习数字电路设计基础，掌握Verilog HDL或VHDL语言；3. 掌握FPGA设计中常用的模块及其功能，如乘法器、除法器、缓存器等；4. 了解FPGA在通信、信号处理、图像处理等领域的应用。

技能目标：1. 能够运用所学知识，独立完成简单的FPGA设计项目；2. 能够分析并优化FPGA设计的性能，提高资源利用率；3. 掌握FPGA设计过程中的调试技巧，解决常见问题；4. 培养团队协作能力，学会与他人共同完成复杂的FPGA设计项目。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对FPGA技术的兴趣，激发学习热情；2. 培养学生严谨、细致的学习态度，提高解决问题的能力；3. 增强学生的创新意识，鼓励尝试新方法、新技术；4. 培养学生的团队合作精神，提高沟通与协作能力。

课程性质：本课程为大学电子类、通信类等相关专业高年级学生的专业选修课，旨在帮助学生掌握FPGA设计的基本知识和技能，培养实际工程应用能力。

学生特点：学生具备一定的电子技术基础，对数字电路和编程有一定了解，具有较强的学习能力和动手能力。

教学要求：结合实际应用，注重理论与实践相结合，强化实践操作环节，提高学生的实际工程能力。

通过课程学习，使学生能够达到上述课程目标，为今后从事相关领域工作打下坚实基础。

二、教学内容1. FPGA基本原理与结构：包括FPGA的发展历程、基本组成、工作原理等，对应教材第一章内容。

2. 数字电路设计基础：涵盖数字逻辑、组合逻辑、时序逻辑设计基础，以及Verilog HDL/VHDL语言基础，对应教材第二章内容。

3. FPGA设计流程：介绍FPGA设计流程的各个阶段，包括设计规划、代码编写、仿真验证、综合布局布线、下载配置等，对应教材第三章内容。

4. 常用FPGA模块设计：学习乘法器、除法器、缓存器等模块的设计方法，对应教材第四章内容。

基于FPGA的随机存储器的研究

目录第一章引言 (1)第二章设计理论基础 (1)2.1 FPGA设计意义 (1)2.2存储器设计原理 (2)第三章方案设计 (4)3.1 基于库函数构造双端口RAM的方案 (4)3.2 基于VHDL硬件描述语言的方案 (4)第四章单元模块设计 (5)4.1 可编程逻辑器件模块 (5)4.2标准信号产生模块 (11)4.3显示模块 (11)4.4脉冲产生电路 (11)4.5电源模块 (12)第五章 PCB的制作 (12)5.1 制作步骤 (12)5.2 参数的设定 (14)5.3 设计规则检查 (14)5.4 制作注意事项 (14)第六章软件设计 (17)6.1 FPGA随机存取存储器部分 (17)6.2 FPGA键盘译码部分 (17)6.3 FPGA显示部分 (19)第七章整机调试 (20)7.1 电源硬件调试 (20)7.2 FPGA部分的软件调试 (20)第八章结论 (22)致谢语 (22)设计附录 (23)参考文献 (24)基于FPGA的随机存储器的研究摘要：本文用VHDL硬件描述语言，直接在FPGA中构造存储器，生成可移植通用存储器IP核的设计思路、方法与实例，运用类属参数说明GENERIC语句，完成对随机存储器字和位大小的改变，解决了实际生活中的存储器容量不能随用户需要自由改变的问题，同时也为存储器的扩展带来了极大的方便和性能的稳定性。

最后用4x4的矩阵键盘输入欲存放的信息，通过矩阵键盘译码电路译为四位二进制数送给存储器，从存储器中读出后送给显示译码电路，通过译码在七段数码管中显示出来。

通过键盘译码和显示译码验证了存储数据的正确性和稳定性，运用VHDL软件消抖有效解决了键盘扫描中按键抖动的问题。

并给出了一种可在QuartusII等设计平台，编译下载的RAM 随机访问存储器的VHDL语言源程序。

关键词：随机存储器（RAM） FPGA VHDL软件消抖脉冲发生器2010届电子信息工程专业毕业设计（论文）第一章引言随着现代EDA技术的发展，可编程逻辑器件已广泛应用于数字信号处理、网络通信、工业控制、计算机相关产品中；复杂可编程逻辑器件——FPGA技术在近几年的电子设计中应用越来越广泛。

fpga 设计手册

fpga 设计手册
FPGA设计手册是一本关于FPGA（现场可编程门阵列）设计
的指南和参考手册。

它包含了FPGA设计的基本原理、设计
方法、工具使用以及各种电路和应用的实例。

FPGA设计手册通常涵盖以下内容：
1. FPGA基础知识：介绍FPGA的基本原理、架构和工作原理，让读者对FPGA有全面的了解。

2. 设计流程：详细解释FPGA设计的各个阶段，包括需求分析、设计规格、设计验证和实现等。

3. 设计工具：介绍使用FPGA设计所需的工具，如EDA（电
子设计自动化）工具、仿真工具和编程语言。

4. 设计技巧和优化：提供一些常用的FPGA设计技巧和优化
方法，帮助设计者提高设计效率和性能。

5. 电路实例：给出一些常见的FPGA电路实例，如逻辑门、
计数器、寄存器和状态机等，以帮助读者理解和应用FPGA
设计。

6. 应用案例：介绍一些实际应用中的FPGA设计案例，如图
像处理、通信系统和数字信号处理等，以展示FPGA在各个
领域的应用。

FPGA设计手册通常是由FPGA厂商、学术机构或工程师编写，旨在为初学者和有经验的FPGA设计者提供指导和参考。

读
者可以根据自己的需求选择适合的FPGA设计手册，并结合
实际项目进行学习和实践。

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取模
反逻辑逻辑且逻辑或大于小于大于等于小于等于等于不等于位反相
&
| ^ ~^ >> << ?:
&
| ^ ~^ >> << ?:
按位逻辑与
按位逻辑或按位逻辑异或按位逻辑同或右移左移同等于if-else敘述
自顶向下的设计方法
通过自顶向下的设计方法，可以实现设计的结构化，可以使一个复杂的系统设计由多个设计者分工合作，还可以实现层次化的管理。
(5)条件运算符
条件操作符根据条件表达式的值选择表达式，形式如下： cond_expr ? expr1 : expr2
如果cond_expr为真(即值为1)，选择expr1；如果cond_expr为假(值为0)，选择expr2。如果 cond_expr为x或z，结果将是按以下逻辑expr1 和expr2按位操作的值： 0与0得0，1与1得1，其余情况为x。
Verilog HDL基本语法
1.标识符 Verilog HDL中的标识符可以是任意一组字母、数字、$符号和_(下划线)符号的组合，但标识符的第一个字符必须是字母或者下划线。另外，标识符是区分大小写的。
例
Count COUNT R56_68 FIVE$
//与Count不同
Verilog HDL定义的一些常用的关键词
Verilog HDL语言具有这样的描述能力：设计的行为特性、设计的数据流特性、设计的结构组成，以及包含响应监控与设计验证方面rilog是一种硬件语言，最终是为了产生实际的硬件电路或对硬件电路进行仿真；而C语言是一种软件语言，是控制硬件来实现某些功能的语言。
(2)常量
Verilog HDL中有三种常量：整型、实型和字符串型。下划线符号（ _ ）可以随意用在整数或实数中，它们就数量本身没有意义，可用来提高易读性，唯一的限制是下划线符号不能用做首字符。
整型数可以按如下两种方式书写：十进制形式整数的例子： 32 十进制数32 -15 十进制数-15
endfunction
forever fork join output
endprimitive
function large
2.注释 Verilog HDL中有两种注释方式，一种是以 “/*”符号开始，“*/” 结束，在两个符号之间的语句都是注释语句，因此可扩展到多行。例 /* statement1， statement2， …… statementn */
(2)寄存器类型 reg是最常用的寄存器类型，寄存器类型通常用于对存储单元进行描述，如D触发器、ROM等。
寄存器类型的存储单元建模举例用寄存器类型来构建两位D触发器如下： reg [1：0] Dout； …… always@(posedge Clk) Dout <= Din; ……
6.运算符和表达式
常用的C语言与 Verilog语言相对应的关键字与控制结构
C语言 sub-function if-then-else Case {,} For While Verilog语言 module, function, task if-then-else Case begin, end For While
always
and
assign
begin
case
default
disable
edge
endspecify if module
else
endtable initial negedge
end
endtask inout nor
endcase
event input not
endmodule
for integer or
(4)按位逻辑运算符
?~（一元非）：（相当于非门运算） ?&（二元与）：（相当于与门运算） ?|（二元或）：（相当于或门运算） ?^（二元异或）：（相当于异或门运算） ?~ ^, ^ ~（二元异或非即同或）：（相当于同或门运算）这些操作符在输入操作数的对应位上按位操作，并产生向量结果。例如: 假定A = 'b0110，B = 'b0100；那么A | B的结果为 0110，A & B的结果为0100。如果操作数长度不相等, 长度较小的操作数在最左侧添0补位，例如: 'b0110 ^ 'b10000 与下面的操作相同 'b00110 ^ 'b10000 结果为'b10110
Break
Define Int
Disable
Define Int
Printf
monitor, display,strobe
常用的C语言与Verilog语言相对应的运算符
C语言 * / + Verilog语言 * / + 功能乘除加减
%
! && || > < >= <= == != ~
%
! && || > < >= <= == != ~
4. 数字值集合 (1) 值集合 Verilog HDL中规定了四种基本的值类型，这四类基本值组成了Verilog HDL中的常量，即 0：逻辑0或“假”； 1：逻辑1或“真”； X：未知值； Z：高阻。
注意，这四种值的解释都内置于语言中。如一个为z的值总是意味着高阻抗，一个为0 的值通常是指逻辑0；在门的输入或一个表达式中为“z”的值通常解释成“x ”。此外，x值和z值都是不分大小写的，也就是说，值0x1z与值 0X1Z相同。
第2章
重点
FPGA设计基础
Verilog HDL基础知识嵌入式处理器介绍
FPGA设计流程
2.1 Verilog HDL基础知识
概述
HDL（Hardware Description Language）是一种用形式化方法来描述数字电路和数字逻辑系统的硬件描述语言。有两种类型：VHDL 和 Verilog HDL。
基数表示形式整数的例子：
5'O37 5位八进制数（二进制11111） 4'D2 4位十进制数（二进制0011） 4'B1x_01 4位二进制数 7'Hx 7位x(扩展的x)，即xxxxxxx 4'hZ 4位z(扩展的z)，即zzzz 4'd-4 非法：数值不能为负 8‘h 2A 在位长和字符之间，以及基数和数值之间允许出现空格 3' b001 非法：`和基数b之间不允许出现空格 (2+3)'b10 非法：位长不能够为表达式
常用的算术运算符主要有加法（二元运算符）：“+” 减法（二元运算符）： “-” 乘法（二元运算符）：“*”
(1)算术操作结果的位数长度算术表达式结果的长度由最长的操作数决定。在赋值语句中，算术操作结果的长度由操作符左端目标长度决定。
例如
reg [3:0] Arc, Bar, Crt; reg [5:0] Frx; …… Arc = Bar + Crt; Frx = Bar + Crt; 第一个加法操作的长度由Bar, Crt和Arc的长度决定，长度为4位。第二个加法操作的长度由Frx的长度决定（Frx, Bat 和Crt中的最长长度），长度为6位。
(2)关系运算符 ?>（大于） ?<（小于） ?>=（不小于） ?<=（不大于） = = （逻辑相等） != （逻辑不等）关系操作符的结果为真（1）或假（0）。如果操作数中有一位为X或Z，那么结果为X。例如： 23 > 45 结果为假（0） 52 < 8'hxFF 结果为x 如果操作数长度不同，长度较短的操作数在最重要的位方向（左方）添0补齐。例如， 'b1000 > = 'b01110 等价于 'b01000 > = 'b01110 结果为假（0）
（2）C语言只要是语法正确，都可以编译执行；而Verilog 语言有可综合的限制，即在所有的Verilog语句中，只有一部分可以被综合，而另外的部分则不能被综合，只能用来仿真。（3）C语言是一种软件编程语言，其基本思想是语句的循序执行；而Verilog语言的基本思想是模块的并行执行。
（4）利用Verilog编程时，要时刻记得Verilog是硬件语言，要时刻将Verilog与硬件电路对应起来。
5.数据类型
Verilog HDL主要包括两种数据类型：线网类型(net type) 寄存器类型（reg type） (1)线网类型
线网类型主要有wire和tri两种。线网类型用于对结构化器件之间的物理连线进行建模，如器件的管脚、内部器件如与门的输出等。线网类型代表的是物理连接线，因此它不存贮逻辑值，必须由器件所驱动，通常由assign进行赋值，如assign A=B^C。
实型数可以用下列两种形式定义： ①十进制计数法 2.0 5.678 11572.12 0.1 2. //非法：小数点两侧必须有1位数字
②科学计数法 23_5.1e2 其值为23510.0；忽略下划线 3.6E2 其值为360.0 (e与E相同) 5E－4 其值为0.0005
字符串是双引号内的字符序列字符串不能分成多行书写 "INTERNAL ERROR" " REACHED－ >HERE " 用8位ASCII值表示的字符可看做是无符号整数，因此字符串是8位ASCII值的序列。为存储字符串“INTERNAL ERROR ”，变量需要8*14位： reg[1:8*14] Message； …… Message = "INTERNAL ERROR"
(5)连接运算符
连接操作是将小表达式合并形成大表达式的操作。形式如下： {expr1, expr2, …, exprN}