第2章__FPGA设计基础

西安邮电大学课程教案课程名称：VerilogHDL与FPGA设计基础授课教师：**授课教师所在学院：电子工程学院授课班级：电路1201~02授课学期：2014-2015-01学期一、基本信息二、课程大纲《VerilogHDL与FPGA设计基础》课程教学大纲The fundamental of FPGA Design with Verilog HDL课程编号：DZ140340适用专业：集成电路设计与系统集成先修课程：数字电路，电路分析学分数：4总学时数：64 实验（上机）学时：24考核方式：考试执笔者：李哲编写日期：2014年7月7日一、课程性质和任务本课程是集成电路设计与系统集成专业的一门院定选修专业基础课程。

学生通过本课程学习之后应当熟悉Verilog HDL语言的基本语法和语义、自顶向下的设计方法学、能用Verilog HDL语言在不同的抽象层次上描述数字电路、掌握用Verilog HDL实现数字电路仿真的方法；同时能够应用Verilog HDL语言进行基于FPGA的电路设计。

一方面可以使学生掌握一种适合产品样机和小批量生产的理想手段，另一方面也为进一步学习专用集成电路芯片设计打下了良好基础。

通过本课程的学习可以使学生掌握1）自顶向下的全正向设计思想；2）可编程逻辑器件的基本知识和相关软件的使用方法；3）FPGA电路设计的方法和技巧。

基本具备中小规模可编程逻辑器件的设计开发能力。

二、课程教学内容和要求本课程系统的介绍用VerilogHDL设计和验证数字硬件电路，重点讨论综合VerilogHDL子集在设计数字电路中的应用，讨论FPGA现场可编程阵列器件的结构、特点和相应的集成环境的使用以及目前工业界最常用的仿真工具Modelsim 的使用。

重点讲授基于FPGA的数字电路设计流程中的基本概念、所采用的步骤和应该遵循的原则，包括模块划分原则、可综合VerilogHDL编码风格、验证程序的编写方法和静态时序分析等。

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。

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。

F PG A基础知识(总14页) -CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除（一）查找表LUT和编程方式第一部分：查找表LUTFPGA是在PAL、GAL、EPLD、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。

它是作为ASIC领域中的一种半定制电路而出现的，即解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路有限的缺点。

由于FPGA需要被反复烧写，它实现组合逻辑的基本结构不可能像ASIC那样通过固定的与非门来完成，而只能采用一种易于反复配置的结构。

查找表可以很好地满足这一要求，目前主流FPGA都采用了基于SRAM工艺的查找表结构，也有一些军品和宇航级FPGA采用Flash或者熔丝与反熔丝工艺的查找表结构。

通过烧写文件改变查找表内容的方法来实现对FPGA的重复配置。

根据数字电路的基本知识可以知道，对于一个n输入的逻辑运算，不管是与或非运算还是异或运算，最多只可能存在2n种结果。

所以如果事先将相应的结果存放于一个存贮单元，就相当于实现了与非门电路的功能。

FPGA的原理也是如此，它通过烧写文件去配置查找表的内容，从而在相同的电路情况下实现了不同的逻辑功能。

查找表（Look-Up-Table）简称为LUT，LUT本质上就是一个RAM。

目前FPGA中多使用4输入的LUT，所以每一个LUT可以看成一个有4位地址线的RAM。

当用户通过原理图或HDL语言描述了一个逻辑电路以后，PLD/FPGA开发软件会自动计算逻辑电路的所有可能结果，并把真值表（即结果）事先写入RAM，这样，每输入一个信号进行逻辑运算就等于输入一个地址进行查表，找出地址对应的内容，然后输出即可。

下面给出一个4与门电路的例子来说明LUT实现逻辑功能的原理。

例1-1给出一个使用LUT实现4输入与门电路的真值表。

从中可以看到，LUT具有和逻辑电路相同的功能。

实际上，LUT具有更快的执行速度和更大的规模。

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。

fpga实训课程设计一、课程目标知识目标：1. 掌握FPGA的基本原理与结构，理解数字电路设计的基本流程；2. 学习并运用硬件描述语言（如VHDL/Verilog）进行数字电路设计与仿真；3. 理解FPGA实训项目中涉及的算法与逻辑设计，如计数器、状态机、数字信号处理等。

技能目标：1. 能够独立完成FPGA开发环境的搭建与基本操作；2. 培养学生利用硬件描述语言进行数字电路设计的能力，能够对设计进行调试与优化；3. 培养学生团队协作能力，通过项目实践，学会分析问题、解决问题，提高创新能力。

情感态度价值观目标：1. 激发学生对数字电路设计及FPGA技术的兴趣，培养良好的学习习惯；2. 培养学生面对困难与挑战时，具备积极的心态和坚持不懈的精神；3. 强化学生的工程意识，培养严谨、求实的科学态度，提高学生的职业素养。

课程性质：本课程为实践性较强的课程，注重培养学生动手能力与创新能力。

学生特点：学生具备一定的电子技术基础和编程能力，对新技术充满好奇。

教学要求：结合课程特点和学生特点，通过理论教学与实践操作相结合的方式，使学生在掌握基本知识的基础上，提高实际应用能力。

将课程目标分解为具体的学习成果，以便在教学过程中进行有效的设计与评估。

二、教学内容1. FPGA基本原理与结构：介绍FPGA的发展历程、基本组成、工作原理，以及FPGA在设计中的优势与应用领域。

教材章节：第一章 FPGA概述2. 硬件描述语言基础：学习Verilog/VHDL基本语法，掌握数字电路设计的基本描述方法。

教材章节：第二章 硬件描述语言基础3. FPGA开发环境搭建：学习FPGA开发工具（如ISE、Quartus等）的使用，掌握FPGA设计流程。

教材章节：第三章 FPGA开发环境与工具4. 数字电路设计与仿真：学习并实践简单的数字电路设计，如门电路、组合逻辑电路、时序逻辑电路等。

教材章节：第四章 数字电路设计与仿真5. 实践项目：开展FPGA实践项目，涵盖计数器、状态机、数字信号处理等应用。

学eda技术必看的8本书_eda技术方面的书籍推荐随着EDA技术的发展，EDA技术的广泛应用，电子产品的更新日新月异，EDA技术已成为现代电子设计的核心。

越来越多的人加入到eda技术行业，本文小编推荐了基本学习eda技术必看的书籍，具体的跟随小编来了解一下。

1、EDA技术基础本书从EDA技术的应用角度出发，简明而系统地介绍了EDA技术的相关内容。

包括EDA技术的概念及特点，EDA技术的物质载体——可编程逻辑器件。

EDA技术的设计语言——硬件描述语言VHDL，EDA技术的开发设计流程和工具软件MAX+plusIl及Quartusll。

此外，第5章给出了大量常用VHDL设计实例，第8章详细阐述了几个典型的EDA技术综合应用设计实例，并在第9章编写了多个实验项目。

全书在取材和编排上，力求理论联系实际，由浅入深，循序渐进。

2、EDA技术与应用本书为普通高等教育“十一五”国家级规划教材，主要内容包括：EDA 技术；电路设计仿真软件PSpice、Muhisim8的使用方法；可编程逻辑器件的工作原理、分类及应用；硬件描述语言Verilog HDL的语法要点与设计实例；数字集成软件Quartus n、仿真软件ModelSim、综合软件SynplifyPro等的使用方法及设计流程；EDA技术综合设计实例。

本书内容全面，注重基础，理论联系实际，突出实用性，并使用大量图表说明问题，编写简明精炼、针对性强，设计实例都通过了编译，设计文件和参数选择都经过验证，便于读者对内容的理解和掌握。

3、CPLD/FPGA与ASIC设计实践教程《CPLD/FPGA与ASIC设计实践教程（第2版）》以大规模可编程逻辑器件为基础，详细介绍了PLD、CPLD/FPGA器件的原理和开发技术。

第1～3章介绍EDA技术和可编程逻辑器件的原理，CPLD/FPGA器件的性能指标与选型、编程方法和下载电路，以及常用EDA设计软件的使用。

第4～6章先详细介绍Verilog HDL 语言，然后按照数字电路与逻辑设计课程的顺序，通过实例说明常用数字逻辑电路的实现方法，并讨论利用Verilog HDL设计可综合的数字电路的方法与技巧。

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。