篮球计分器FPGA附程序讲课教案
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《微处理器与接口技术》课程设计报告篮球计分器1.设计目标任务:设计一个篮球计分器要求:(1)能显示两个队当前比分。
(2)根据各自得分情况进行加1、2、3分。
(3)显示当前进攻队的进攻倒计。
(4)计时归零时鸣响。
2 .总体设计硬件系统结构图程序设计组成框图按键控制模块单片机控制系统计分显示模块计时显示模块倒计时报警3.详细设计硬件逻辑图计时模块流程图开始倒计时24秒进攻结束报警器报警计分模块流程图显示当前比分:void show_point(){disp_cache[0] = LED_Table[((point_A/10)%10)];disp_cache[1] = LED_Table[(point_A%10)];disp_cache[2] = LED_Table[((point_B/10)%10)];disp_cache[3] = LED_Table[(point_B%10)];disp_cache[4] = 0x00; //空disp_cache[5] = 0x00; //空disp_cache[6] = LED_Table[((Daojishi_Cnt/10)%10)];disp_cache[7] = LED_Table[(Daojishi_Cnt%10)];}显示结果,进行排序和输出到缓存数组void show_daoji(){disp_cache[0] = 0x00; //空disp_cache[1] = 0x00; //空disp_cache[2] = 0x00; //空disp_cache[3] = 0x00; //空disp_cache[4] = 0x00; //空disp_cache[5] = 0x00; //空disp_cache[6] = 0x00; //空disp_cache[7] = 0x00; //空}U8 Trg, Cont;对按键内容进行判断void Keyboard(){KeyRead();switch(Trg){case 0x01:point_A ++;show_point();break;case 0x02:point_A +=2;show_point();break;case 0x04:point_A +=3;show_point();break;case 0x08:point_B ++;show_point();break;case 0x10:point_B +=2;show_point();break;case 0x20:point_B +=3;show_point();break;case 0x40:if(Daojishi_Cnt){TR0 = !TR0; //定时器0如果暂停,那就开始,否则就反过来EA = !EA;}show_point();break;case 0x80:if(Daojishi_Cnt>0){Daojishi_Cnt = 0;TR0 = 0; //定时器0停止计时EA = 0; //允许总中断}else{TR0 = 1; //定时器0开始计时EA = 1; //允许总中断Daojishi_Cnt = 24;}show_point();break;default:;}}4. 调试与测试对照原理图,对板子连线,能够实现倒计时,对各队进行加1、2、3分,并且计时归零后能够鸣响。
数理与信息工程学院《单片机原理及应用》期末课程设计题目:基于单片机的篮球赛计时计分器专业:计算机科学与技术(专升本)班级:计算机081班姓名:李骏学号:08191121指导老师:余水宝成绩:(2009.6)目录第1节引言 (1)1.1本设计的任务和主要内容 (1)第2节系统主要硬件电路设计 (2)2.1 单片机控制原理 (2)2.2 单片机主机系统电路 (3)2.2.1计时电路 (4)2.2.2计分电路 (5)第3节系统的软件设计 (6)3.1 篮球赛计时计分器程序源代码 (6)3.2篮球赛计时计分器程序流程图 (16)结束语 (17)参考文献 (18)基于单片机的篮球计时计分器数理与信息工程学院 08计算机专升本李骏指导教师:余水宝第1节引言随着单片机载各个领域的广泛应用,许多用单片机作控制的球赛计时计分器系统也应运产生,如用单片机控制LCD液晶显示器计时计分器,用单片机控制LED七段显示器计时计分器等。
本文介绍一种有AT89C51编程控制LED七段数码管作显示的球赛计时计分系统。
本系统具有赛程定时设置、赛程时间暂停、及时刷新甲、乙队双方的成绩以及赛后成绩暂存等功能。
它具有价格低廉、性能稳定、操作方便且易携带等特点。
广泛适合各类学校和小团体作为赛程计时计分。
1.1本设计的任务和主要内容这次课程设计的主要任务是:设计制作一个用于赛场的篮球赛计时计分器。
主要内容如下:①能记录整个赛程的比赛时间,并能修改比赛时间、暂停比赛时间。
②能随时刷新甲、乙两队在整个赛程中的比分。
③中场交换比赛场地时,能交换甲、乙两队比分的位置。
④比赛时间结束时,能发出报警指令。
第2节系统主要硬件电路设计2.1 单片机控制原理图2-1 球赛计时计分器系统图2.2 单片机主机系统电路本系统采用单片机AT89C51作为本设计的核心元件。
利用7段共阴LED作为显示器件。
在此设计中共接入10个7段共阴LED显示器,其中6个用于记录甲、乙两队的分数每队3个LED显示器显示分数范围可达到0-999分,足够满足赛程需要。
目录第1章系统概述 (2)背景知识 (2)1.2 设计内容及要求 (3)1.2.1 设计内容 (3)1.2.2 设计要求 (3)第2章系统方案设计 (4)2.1 整体方案 (4)2.2 系统组成 (5)第3章硬件设计 (5)3.1 AT89C51的介绍 (5)3.2 复位电路 (6)3.3 键盘操纵电路 (8)3.4 显示电路 (11)第4章软件设计 (12)4.1 主程序设计 (12)4.2 键盘识别及处置程序设计 (13)4.3 显示子程序设计 (15)4.4 复位程序设计 (16)第5章系统调试 (18)5.1 软件模拟调试 (18)5.2 硬件接线及调试 (18)第6章总结 (21)6.1 设计心得 (21)6.2 参考文献 (23)附录 (25)附录A 程序清单 (25)附录B 总电路原理图 (36)第1章系统概述体育竞赛记分系统是对体育竞赛进程中所产生的比分等数据进行快速搜集记录,加工处置,传递利用的信息系统。
依照不同运动项目的不同竞赛规那么要求,体育竞赛的记分系统包括测量类,评分类,命中类,制胜类得分类等多种类型。
比如篮球竞赛是依照运动队在规定的竞赛时刻里得分多少来决定输赢的,因此,篮球竞赛的记分系统是一种得分类型的系统。
篮球竞赛的记分系统由计分器等多种电子设备组成,同时,依照目前高水平篮球竞赛要求,完善的篮球竞赛记分系统设备应能够与现场成绩处置,现场大屏幕,电视转播车等多种设备相联,以便实现高竞赛现场感,演出娱乐观众等功能目标。
由于单片机的集成度高,功能强,通用性好,专门是它具有体积小,重量轻,能耗低,价钱廉价,靠得住性高,抗干扰能力强和利用方便等独特的优势,使单片机迅速取得了推行应用,目前已经成为测量操纵应用系统中的优选机种和新电子产品的关键部位。
世界各大电气厂家,测控技术企业,机电行业,竞相把单片机应用于产品更新,作为实现数字化,智能化的核心部件。
篮球计时计分器确实是以单片机为核心的计时计分系统,由计时器,计分器,综合操纵器和24秒操纵器等组成。
单片机篮球计分器课程设计一、课程目标知识目标:1. 学生能够理解单片机的基本原理,掌握其编程方法。
2. 学生能够了解篮球计分器的工作原理,掌握相关电路的连接方式。
3. 学生能够运用已学过的数学知识,设计出合理的计分算法。
技能目标:1. 学生能够运用所学知识,独立完成单片机篮球计分器的编程与调试。
2. 学生能够通过小组合作,完成整个篮球计分器的硬件搭建和软件设计。
3. 学生能够运用所学知识解决实际问题,提高创新能力和动手实践能力。
情感态度价值观目标:1. 学生在课程学习中,培养对电子技术的兴趣,激发学习热情。
2. 学生通过团队合作,学会沟通、协作与分工,培养团队精神。
3. 学生能够认识到科技在体育领域的应用,增强科技改变生活的意识。
课程性质:本课程为实践性课程,结合单片机原理、编程、电路设计等多学科知识,旨在培养学生的动手实践能力和创新能力。
学生特点:本课程针对高中年级学生,他们在前期的学习过程中已经掌握了基本的电子技术、编程知识和数学知识,具备一定的自学能力和合作能力。
教学要求:教师需引导学生将所学知识运用到实际项目中,注重培养学生的实践能力和团队协作能力,同时关注学生的个性化发展,提高学生的综合素质。
在教学过程中,将课程目标分解为具体的学习成果,以便于教学设计和评估。
1. 理论知识:- 单片机原理:涉及单片机的结构、工作原理、编程语言等。
- 电路设计:讲解篮球计分器所需的基础电路知识,如数字电路、传感器等。
- 计分算法:介绍篮球计分器的计分原理及算法设计。
2. 实践操作:- 硬件搭建:指导学生进行单片机、传感器、显示屏等硬件的连接。
- 软件编程:教授学生编写单片机程序,实现计分器的功能。
- 调试与优化:引导学生对篮球计分器进行调试,找出问题并优化程序。
3. 教学大纲:- 第一周:单片机原理学习,熟悉编程环境。
- 第二周:电路设计及硬件连接,学习传感器应用。
- 第三周:计分算法设计,编写单片机程序。
篮球比赛计分器课程设计一、课程目标知识目标:1. 学生能够理解篮球比赛的基本规则和计分方法;2. 学生能够掌握篮球比赛计分器的基本操作和使用方法;3. 学生能够运用篮球比赛计分器进行实际比赛计分。
技能目标:1. 学生能够运用所学的篮球比赛计分方法,准确、迅速地进行计分;2. 学生能够通过操作篮球比赛计分器,提高信息处理和实时统计的能力;3. 学生能够在团队协作中,合理分配任务,提高沟通与协作能力。
情感态度价值观目标:1. 学生培养对篮球运动的兴趣,增强体育锻炼的意识;2. 学生树立公平、公正的比赛观念,尊重对手,遵守比赛规则;3. 学生通过团队协作,培养团队精神和集体荣誉感,提高人际交往能力。
课程性质:本课程为信息技术与体育学科的跨学科实践课程,结合篮球比赛计分器的使用,培养学生实际操作能力和团队协作精神。
学生特点:六年级学生具备一定的篮球知识和技能,对信息技术有较高的兴趣,喜欢动手操作,具备一定的团队协作能力。
教学要求:结合学生特点,注重实践操作,强调团队合作,提高学生的信息处理能力和实际应用能力。
通过课程学习,使学生能够将所学知识应用于实际篮球比赛计分中,提高学生的综合素养。
1. 篮球比赛规则与计分方法:- 篮球比赛基本规则介绍;- 篮球比赛得分项目的学习;- 篮球比赛计分方式的掌握。
2. 篮球比赛计分器操作:- 认识篮球比赛计分器硬件设备;- 学习计分器的基本操作流程;- 掌握计分器在比赛中的应用。
3. 实践操作与团队协作:- 设计实践操作环节,让学生实际操作计分器;- 进行模拟篮球比赛,进行计分实践;- 培养学生在团队中合理分工,协同合作的能力。
4. 教学大纲:- 第一课时:篮球比赛规则与计分方法学习;- 第二课时:篮球比赛计分器硬件设备认识与操作学习;- 第三课时:模拟篮球比赛计分实践;- 第四课时:总结与评价,提高学生团队协作能力。
教学内容依据课程目标进行选择和组织,注重科学性和系统性。
篮球计分器的课程设计fpga一、教学目标本课程的目标是让学生了解和掌握篮球计分器的设计与实现,通过学习FPGA 的相关知识,培养学生运用数字电路设计实际应用系统的能力。
具体的教学目标包括:1.知识目标:使学生了解FPGA的基本结构和工作原理,掌握VHDL或Verilog硬件描述语言,了解数字电路设计的基本方法。
2.技能目标:培养学生能够运用FPGA设计简单的数字电路系统,如篮球计分器,并能进行相关的编程和调试。
3.情感态度价值观目标:培养学生对新技术的敏感性和好奇心,增强学生运用科学知识解决实际问题的能力,提高学生团队合作和沟通的能力。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分:1.FPGA基础知识:介绍FPGA的基本结构、工作原理和编程方法。
2.数字电路设计:介绍数字电路的基本设计方法,包括组合逻辑电路、时序逻辑电路等。
3.硬件描述语言:介绍VHDL和Verilog硬件描述语言的基本语法和使用方法。
4.篮球计分器设计:通过设计一个简单的篮球计分器,使学生能够综合运用所学知识解决实际问题。
三、教学方法为了达到上述教学目标,我们将采用以下教学方法:1.讲授法:用于讲解FPGA的基础知识、数字电路设计和硬件描述语言的相关概念。
2.案例分析法:通过分析具体的篮球计分器设计案例,使学生能够将理论知识应用到实际问题中。
3.实验法:安排实验室实践环节,让学生亲自动手进行篮球计分器的设计和调试,增强学生的实践能力。
四、教学资源为了支持本课程的教学,我们将准备以下教学资源:1.教材:选择合适的FPGA教材,用于引导学生学习相关知识。
2.多媒体资料:制作课件和教学视频,帮助学生更直观地理解教学内容。
3.实验设备:提供FPGA开发板和相关的实验设备,让学生能够在实验室进行实际操作。
五、教学评估本课程的评估方式包括平时表现、作业、考试等多个方面,以全面、客观、公正地评价学生的学习成果。
具体评估方式如下:1.平时表现:通过课堂参与、提问、小组讨论等形式的评估,考察学生的学习态度和积极性。
1、绪论现如今,随着科学技术的发达,人类越来越依靠科技的力量。
对于体育比赛计时计分系统是对体育比赛过程中所产生的时间,比分等数据进行快速采集记录,加工处理,传递利用的信息系统,他大大的减少了人的工作量,同时更加迅速精确的对比赛进行统计,也增加了比赛的公正公平性。
根据不同运动项目的不同比赛规则要求。
然而篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统。
篮球比赛的计时计分系统由计时器,计分器等多种电子设备组成,同时,根据目前高水平篮球比赛要求,完善的篮球比赛计时计分系统设备应能够与现场成绩处理,现场大屏幕,电视转播等多种设备相联,以便实现高比赛现场感,表演娱乐观众等功能目标。
因此,计时计分系统在篮球比猜中发挥着非常重要的作用。
1.2 设计计任务和要求任务:设计一个用于赛场的篮球计时计分器。
要求: 1、能记录整个赛程的比赛时间,并能随时实现暂停。
2、能随时刷新甲、乙两队在整个过程中的比分。
3、中场交换比赛场地时,能自动交换甲、乙两队比分的位置。
4、比赛中场和结束时,能发出报警声。
5、通过指示灯指示上下半场。
6、当比赛时间需要回倒时,能通过按键实现回表。
7、加分有误时可通过按键实现减分调整。
1.3 实验简介和方案设计本设计是基于AT89S52单片机的篮球计时计分器,利用7段共阴LED作为显示器件。
在此设计中共接入了1个四位一体7段共阴LED显示器,2个两位一体7段共阴LED显示器,前者用来记录赛程时间,其中2位用于显示分钟,2位用于显示秒钟,后者用于记录甲乙队的分数,每队2个LED显示器显示范围可达到0~99分。
赛程计时采用倒计时方式,比赛开始时启动计时,直至计时到零为止。
其次,为了配合计时器和计分器校正调整时间和比分,我们特定在本设计中设立了7个按键,用于设置,调整时间,启动,调整分数和暂停等功能。
采用单片机控制是这个系统按键操作使用简洁,LED显示,安装方便。
篮球计分器模电课程设计一、课程目标知识目标:1. 让学生掌握模拟电路的基本原理,理解篮球计分器模电系统的组成及其工作原理;2. 使学生了解并掌握数字显示、计数、清零等电路功能,及其在篮球计分器中的应用;3. 引导学生运用所学的模电知识,分析并解决实际电路问题。
技能目标:1. 培养学生动手搭建和调试篮球计分器模拟电路的能力;2. 培养学生运用所学知识解决实际问题的能力;3. 提高学生的团队合作能力和实验操作技能。
情感态度价值观目标:1. 培养学生对电子技术的兴趣和爱好,激发他们的求知欲和创新精神;2. 培养学生尊重科学、严谨求实的态度,养成良好的实验习惯;3. 引导学生关注科技发展,认识到电子技术在体育领域的应用价值。
课程性质分析:本课程为实践性较强的电子技术课程,结合篮球计分器这一实际案例,使学生能够将理论知识与实际应用紧密结合。
学生特点分析:学生年级为高中二年级,具备一定的物理和数学基础,对电子技术有一定的好奇心,动手能力较强。
教学要求:注重理论与实践相结合,鼓励学生动手实践,培养解决实际问题的能力。
通过课程教学,使学生能够达到上述课程目标,并在后续的学习和生活中发挥所学。
二、教学内容1. 理论知识:- 模拟电路基本原理;- 数字显示电路原理;- 计数器与清零电路的原理;- 篮球计分器电路系统组成及工作原理。
2. 实践操作:- 搭建数字显示电路;- 设计并搭建计数器电路;- 设计并搭建清零电路;- 集成篮球计分器模拟电路;- 调试与优化篮球计分器电路。
3. 教学大纲:- 第一阶段:模拟电路基本原理学习,占总课时的1/4;- 第二阶段:数字显示、计数器与清零电路原理学习,占总课时的1/4;- 第三阶段:篮球计分器电路系统设计与实践,占总课时的1/2。
4. 教材章节及内容:- 教材第四章:模拟电路基本原理;- 教材第五章:数字显示电路原理;- 教材第六章:计数器与清零电路;- 教材实验指导:篮球计分器模拟电路设计与实践。
感应篮球计分器课程设计一、课程目标知识目标:1. 学生理解并能运用基本的电子元件,如光电传感器、电阻、电容等。
2. 学生掌握感应篮球计分器的基本工作原理,包括电磁感应、信号处理和数字显示。
3. 学生能够解释篮球计分器在实际应用中的电子计数原理。
技能目标:1. 学生能够设计并搭建一个简单的感应篮球计分器原型。
2. 学生通过实际操作,培养动手能力和问题解决能力。
3. 学生学会使用相关工具和仪器,例如万用表、电烙铁等,进行电路测试和故障排查。
情感态度价值观目标:1. 学生培养对科学技术的兴趣,特别是在电子科技领域的应用。
2. 学生通过团队协作,增强集体荣誉感和合作精神。
3. 学生通过创新实践,激发创新意识和探索精神,认识到科技对生活的影响。
课程性质分析:本课程属于小学高年级科学探究活动,结合物理知识和实际应用,注重培养学生的实践能力和科学素养。
学生特点分析:小学高年级学生对周围世界充满好奇,动手能力强,但可能缺乏对电子科技知识的系统了解。
教学要求:1. 教学内容应贴近学生生活,以激发兴趣。
2. 教学过程中注重引导学生动手实践,鼓励创新思考。
3. 教师需关注学生的学习进展,及时给予反馈和指导。
二、教学内容本章节教学内容依据课程目标,结合课本第五章《电与磁》相关内容,具体安排如下:1. 电子元件介绍:- 光电传感器原理与应用- 电阻、电容的基础知识2. 感应篮球计分器工作原理:- 电磁感应现象- 信号处理与数字显示3. 实践操作:- 感应篮球计分器电路图设计与分析- 原理验证实验:搭建简易感应篮球计分器原型4. 教学大纲安排:- 第一课时:电子元件介绍,学习光电传感器、电阻、电容等基础知识- 第二课时:感应篮球计分器工作原理讲解,理解电磁感应、信号处理和数字显示- 第三课时:学生分组设计感应篮球计分器电路图,进行原理验证实验- 第四课时:动手实践,搭建简易感应篮球计分器原型,进行测试与调整5. 教材关联内容:- 第五章第三节:电与磁的相互作用- 第五章第四节:电磁感应及其应用教学内容注重科学性和系统性,结合实际操作,帮助学生深入理解电子科技知识,培养实践能力。
篮球计分器F P G A附程序单片机接口实验篮球计分器的设计姓名: 苗茂宇班级: 14级12班学号: 1408202007 导师: 党选举专业: 控制科学与工程成绩评定目录摘要 (1)Abstract (1)1. FPGA及系统设计概述 (2)1.1. EDA简介 (2)1.1.1. EDA定义 (2)1.1.2. EDA发展概述 (2)1.1.3. HDL概述 (3)1.1.4. 总结 (4)1.2. FPGA简介 (4)1.2.1. FPGA概述 (4)1.2.2. FPGA原理 (5)1.3. LCD1602 (6)1.4. 产品现状及发展 (7)1.5. 总体设计要求 (8)1.5.1. 设计流程 (8)1.5.2. 设计要求 (8)1.6. 本章小结 (8)2. 实验方案设计 (9)2.1. 分频模块 (9)2.2. 计时模块 (10)2.3. 24秒计时模块 (12)2.4. 计分模块 (14)2.5. lcd驱动模块 (15)2.6. 本章小结 (22)3. 实验结论 (22)4. 结束语 (23)参考文献 (24)附录 1 (25)摘要FPGA(现场可编程逻辑器件)以其体积小、功耗低、稳定性高等优点被广泛应用于各类电子产品的设计中。
FPGA是基于硬件可编程的器件,设计者需要掌握硬件描述语言,Verilog HDL就是一种硬件描述语言。
Verilog HDL语言是在C语言的基础上发展而来的,语法结构上与C语言有很多相似之处,继承了C语言的语法结构,但是其与C语言有着本质上的区别。
本设计是基于FPGA 的篮球计时计分系统的设计,结合篮球比赛的实际过程,对系统进行了模块化设计,最终组合调试。
硬件实验表明本系统计时计分准确,实时性好,能够很好的反应比赛进度,此次设计达到了设计预期。
关键词:FPGA;Verilog HDL;计时计分;模块化AbstractFPGA (field programmable logic device) with its small size, low power consumption, high stability has been widely used in various types of electronic products design. FPGA is a programmable device based on hardware, designers need to master the hardware description language, Verilog HDL is a hardware description language. Verilog HDL language is developed on the basis of C language, grammar structure and C language have many similarities, inherited the grammar structure of C language and C language, but there's a difference between. This design is the design of FPGA basketball timing and scoring system based on the actual process, combined with the game of basketball, the system of modular design, the final assembly debugging. Hardware experiments show that the system timing accuracy, good real-time performance, can very good response competition schedule, the design achieves the expected design.Keywords: FPGA;Verilog HDL ; timing and scoring; modular1.FPGA及系统设计概述1.1.EDA简介1.1.1.EDA定义EDA是电子设计自动化(Electronic Design Automation)的缩写。
由于它是一门刚刚发展起来的新技术,涉及面广,内容丰富,理解各异,所以目前尚无一个确切的定义。
但从EDA技术的几个主要方面的内容来看,可以理解为:EDA 技术是以大规模可编程逻辑器件为设计载体,以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式,以计算机、大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计工具,通过有关的开发软件,自动完成用软件的方式设计电子系统到硬件系统的一门新技术。
可以实现逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化,逻辑布局布线、逻辑仿真。
完成对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射、编程下载等工作,最终形成集成电子系统或专用集成芯片。
1.1.2.EDA发展概述EDA技术是伴随着计算机、集成电路、电子系统的设计发展起来的,至今已有30多年的历程。
大致可以分为三个发展阶段。
20世纪70年代的CAD(计算机辅助设计)阶段:这一阶段的主要特征是利用计算机辅助进行电路原理图编辑,使得设计师从传统高度重复繁杂的绘图劳动中解脱出来。
20世纪80年代的计算机辅助工程设计阶段:这一阶段的主要特征是以逻辑摸拟、定时分析、故障仿真为核心,重点解决电路设计的功能检测等问题,使设计而能在产品制作之前预知产品的功能与性能。
20世纪90年代是EDA(电子设计自动化)阶段:这一阶段的主要特征是以高级描述语言,系统级仿真和综合技术为特点,采用“自顶向下”的设计理念,将设计前期的许多高层次设计由EDA工具来完成。
EDA是电子技术设计自动化,也就是能够帮助人们设计电子电路或系统的软件工具。
该工具可以在电子产品的各个设计阶段发挥作用,使设计更复杂的电路和系统成为可能。
在原理图设计阶段,可以使用EDA中的仿真工具论证设计的正确性;在芯片设计阶段,可以使用EDA中的芯片设计工具设计制作芯片的版图:在电路板设计阶段,可以使用EDA中电路板设计工具设计多层电路板。
特别是支持硬件描述语言的EDA工具的出现,使复杂数字系统设计自动化成为可能,只要用硬件描述语言将数字系统的行为描述正确,就可以进行该数字系统的芯片设计与制造。
有专家认为,21世纪将是四A技术的高速发展期,EDA技术将是对21世纪产生重大影响的十大技术之一。
1.1.3.HDL概述硬件描述语言(HDL)是一种用于进行电子系统硬件设计的计算机高级语言,它采用软件的设计方法来描述电子系统的逻辑功能、电路结构和连接形式。
硬件描述语言可以在三个层次上进行电路描述,其层次由高到低分为行为级和R,几级和门电路级。
常用硬件描述语言有HDL、Verilog和AHDL语言。
HDL语言是一种高级描述语言,适用于行为级和R,几级的描述;Verilog语言和AHDL语言属于一种较低级的描述语言,适用于R,几级和门电路级的描述。
现在HDL和Verilog作为工业标准硬件描述语言,已得到众多EDA公司的支持,在电子工程领域,它们已成为事实上的通用硬件描述语言,承担几乎全部的数字系统的设计任务。
应用HDL进行电子系统设计有以下优点:(1)与其他硬件描述语言相比, HDL具有更强的行为描述能力,强大的行为描述能力是避开具体的器件结构,从逻辑行为上描述和设计大规模电子系统的重要保证。
(2) HDL具有丰富的仿真语句和库函数,使得在任何大系统的设计早期就能检查设计系统的功能可行性,并可以随时对系统进行仿真。
(3)用VHDL完成的设计,可以利用EDA工具进行逻辑综合和优化,并可根据不同的目标芯片自动把VHDL描述设计转变成门级网表,这种设计方式极大地减少了电路设计的时间及可能发生的错误,从而降低了开发成本。
(4)VHDL对设计的描述具有相对独立性,可以在设计者不懂硬件结构的情况下,也不必管最终设计的目标器件是什么,而进行独立的设计。
(5)由于VHDL具有类属描述语句和子程序调用等功能,所以对于已完成的设计,可以在不改变源程序的情况厂,只需改变类属参量或函数,就能很容易地改变及计的规模和结构。
1.1.4.总结电子EDA技术发展迅猛,逐渐在教学、科研、产品设计与制造等各方面都发挥着巨大的作用。
在教学方面:几乎所有理工科(特别是电子信息)类的高校都开设了EDA课程。
主要是让学生了解EDA的基本原理和基本概念、VHDL 描述系统逻辑的方法、使用EDA工具进行电子电路课程的模拟仿真实验并在作毕业设计时从事简单电子系统的设计,为今后工作打下基础。
具有代表性的是全国每两年举办一次大学生电子设计竞赛活动。
在科研方面:主要利用电路仿真工具(EWB或PSPICE、VLOL等)进行电路设计与仿真;利用虚拟仪器进行产品调试;将CPLD/FPGA器件的开发应用到仪器设备中。
例如在CDMA无线通信系统中,所有移动手机和无线基站都工作在相同的频谱,为区别不同的呼叫,每个手机有一个唯一的码序列,CDMA基站必须能判别这些不同观点的码序列才能分辨出不同的传呼进程;这一判别是通过匹配滤波器的输出显示在输人数据流中探测到特定的码序列;FPGA能提供良好的滤波器设计,而且能完成DSP高级数据处理功能,因而FPGA在现代通信领域方面获得广泛应用。
在产品设计与制造方面:从高性能的微处理器、数字信号处理器一直到彩电、音响和电子玩具电路等,EDA技术不单是应用于前期的计算机模拟仿真、产品调试,而且也在电子设备的研制与生产、电路板的焊接过程中有重要作用。
可以说电子EDA技术已经成为电子工业领域不可缺少的技术支持。
1.2.FPGA简介1.2.1.FPGA概述FPGA是英文Field Programmable Gate Array的缩写,即现场可编程门阵列,它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。
它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的,既解决了定制电路的不足,又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。
FPGA(现场可编程门阵列)是专用集成电路(ASIC)中集成度最高的一种,用户可对FPGA 内部的逻辑模块和I/O模块重新配置,以实现用户的逻辑,因而也被用于对CPU的模拟。
用户对FPGA的编程数据放在Flash芯片中,通过上电加载到FPGA中,对其进行初始化。
也可在线对其编程,实现系统在线重构,这一特性可以构建一个根据计算任务不同而实时定制的CPU,这是当今研究的热门领域。