spContent=随着半导体技术的发展,FPGA作为典型的可编程逻辑器件,由于具有高集成度、灵活性和更强的逻辑功能,在通信、人工智能、机器学习等方面应用十分广泛。本课程使学习者了解FPGA器件的结构原理,掌握FPGA器件的应用开发方法,初步具备FPGA应用开发能力。
随着半导体技术的发展,FPGA作为典型的可编程逻辑器件,由于具有高集成度、灵活性和更强的逻辑功能,在通信、人工智能、机器学习等方面应用十分广泛。本课程使学习者了解FPGA器件的结构原理,掌握FPGA器件的应用开发方法,初步具备FPGA应用开发能力。
—— 课程团队
课程概述
本课程是电子信息类专业的必修课程。课程内容主要包括:可编程逻辑器件结构和原理、可编程逻辑器件开发平台应用、硬件描述语言(Verilog HDL)基础、基础数字逻辑设计与验证、较复杂数字系统设计与验证。通过本课程学习,学习者掌握可编程逻辑器件开发技术,硬件描述语言的编程方法,电路模块及测试模块的设计方法,培养学习者具备应用EDA工具进行较复杂数字电路系统设计与验证的创新设计思维,以及对较复杂数字逻辑电路/系统建模、综合、仿真、验证的创新设计能力和工程实践能力。
本课程项目实例采用Quartus II/prime、Modelsim软件开发设计。
授课目标
知识目标:
(1)掌握FPGA内部结构与工作原理;
(2)掌握Verilog HDL语言常用语法;
(3)掌握基于FPGA常用组件开发方法;
(4)掌握基于FPGA数字系统设计方法。
技能目标:
(1)能在Quartus II/Prime开发环境下完成FPGA应用开发设计流程;
(2)能使用Modelsim软件对FPGA应用设计进行仿真;
(3)能对FPGA应用设计进行软硬件综合调试。
素质目标:
(1)培养学生爱国主义情怀,为实现科技强国而努力的自信心和自驱力;
(2)培养学生自主学习与创新能力;
(3)培养团队合作精神以及安全意识;
(4)培养认真负责的工作态度。
课程大纲
1.认识可编程逻辑器件
课时目标:了解可编程逻辑器件的发展、结构,以及开发方法和流程。
1.1.可编程逻辑器件的工艺
1.2 可编程逻辑器件的发展
1.3 可编程逻辑器件的结构
1.4 可编程逻辑器件的开发流程
2. FPGA开发平台的使用
课时目标:掌握安装Quartus II软件安装与使用方法、Modelsim基本仿真方法,了解FPGA器件的一般开发流程。
2.1 Quartus II软件的安装
2.2 工程和设计文件的创建
2.3 功能仿真和时序仿真
2.4 引脚分配和编程配置
项目设计实践1
课时目标:掌握应用原理图设计输入方式层次化设计加法器。
3. Verilog HDL语言基础
课时目标:掌握Verilog HDL模块基本结构、数据类型、运算符、表达式、变量、常用语句,能进行典型数字电路模块设计和仿真。
3.1 Verilog HDL模块的一般结构
3.2 数据类型
3.3 模块实例引用语句
3.4 运算符
3.5 连续赋值语句
3.6 if条件语句
3.7 case多路分支语句
3.8 循环语句
3.9 Verilog HDL基本建模方法
项目设计实践2
课时目标:掌握应用Verilog HDL语言进行数据选择器设计和仿真的方法。
4. 典型数字电路设计
课时目标:掌握常用组合逻辑电路、时序逻辑电路设计方法和仿真激励编写方法。
4.1 编码器设计
4.2 二进制译码器设计
4.3 七段显示译码电路设计
4.4 锁存器设计
4.5 D触发器设计
4.6 寄存器和移位寄存器设计
4.7 计数器设计
4.8 分频器设计
项目设计实践3
课时目标:掌握应用Verilog HDL语言进行模块化设计的方法,并完成流水灯设计的下载验证。
综合项目设计实践
课时目标:通过较复杂数字系统设计,掌握项目层次化设计方法、有限状态机原理及应用、IP核调用方法、嵌入式分析仪使用方法等,了解综合项目设计流程。
5.1 数字钟设计
5.2 交通灯控制器设计
5.3 信号发生器设计
5.4 数字频率计
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预备知识
证书要求
本课程采用百分制评价,评价权重分配:
单元测验:权重30% 客观题型,每章都有单元测验,在章节学习结束后完成,每章测验有3次机会,取最高分计入总评。
综合测试:权重60% 题型以客观题为主。
课程讨论:权重 10% 按“课堂讨论区”发表讨论主题、回复数量评价,10次以上为本项成绩满分。
参考资料
[1]王静霞.FPGA/CPLD应用技术(Verilog语言版)第2版.电子工业出版社.2014.7
[2]夏宇闻等译.Verilog HDL数字设计与综合.电子工业出版社.2015.8
[3]罗杰.Verilog HDL与FPGA数字系统设计.机械工业出版社.2018.8