课程名称FPGA与硬件描述语言
fpga课程设计
fpga课程设计一、课程介绍：fpga课程设计是一门针对电子工程与计算机科学专业高年级本科生或研究生的专业课程。
其目的是使学生掌握FPGA的基本原理、设计和应用技能，培养学生解决实际工程问题的能力。
课程将理论学习与实践操作相结合，使学生能够深入了解FPGA技术，并在实际项目中应用FPGA进行数字电路设计。
通过本课程的学习，学生将具备以下能力：1.理解FPGA的基本原理和工作机制；2.熟练使用FPGA设计软件进行数字电路的设计和仿真；3.掌握FPGA硬件描述语言（如VHDL或Verilog）的编程方法；4.具备在实际项目中应用FPGA解决工程问题的能力。
随着现代电子技术的快速发展，FPGA（现场可编程门阵列）技术在数字电路设计领域得到了广泛应用。
作为一种高度集成的可编程硬件设备，FPGA具有灵活性高、开发周期短和成本低等优点，使得它在通信、工业控制、医疗设备等领域具有广泛的应用前景。
为了适应这一技术发展趋势，培养具有实际工程能力的优秀人才，我校特开设此门课程，使学生能够紧跟时代步伐，掌握前沿技术。
二、学习者分析：本课程的目标学员为电子工程与计算机科学专业的高年级本科生、研究生，以及其他对FPGA技术感兴趣的学生。
学员具备一定的数字电路基础知识，对硬件描述语言有一定的了解。
学员应具备以下先备知识：1.数字电路基本原理，如逻辑门、触发器、计数器等；2.计算机组成原理，如CPU、内存、接口等；3.硬件描述语言（如VHDL或Verilog）的基本语法和编程方法；4.微电子学基础知识，如半导体器件、集成电路等。
三、学习目标：1.掌握FPGA的基本原理、工作机制和应用领域；2.了解FPGA设计流程，包括需求分析、逻辑设计、仿真验证、硬件实现等；3.熟悉FPGA硬件描述语言的编程方法和技巧。
4.能够使用FPGA设计软件进行数字电路的设计和仿真；5.能够运用FPGA硬件描述语言编写符合要求的数字电路模块；6.具备在实际项目中应用FPGA解决工程问题的能力。
课程名称FPGA与硬件描述语言
课程名称FPGA与硬件描述语⾔课程名称：FPGA与硬件描述语⾔课程编码：7002301课程学分：2学分课程学时：32学时适应专业：电⼦信息⼯程《FPGA与硬件描述语⾔》FPGA and Hardware Describing Language教学⼤纲⼀、课程性质与任务课程性质：本课程的授课对象为电⼦信息⼯程专业⼆年级本科⽣，课程属性为专业基础必修课，该课程讲授FPGA基本原理及结构，先进的硬件描述语⾔（VHDL 语⾔），FPGA设计与应⽤等知识。
教学⽬标：通过对（VHDL）硬件描述语⾔，FPGA设计等知识的学习，掌握硬件描述语⾔，FPGA设计的基本知识。
培养学⽣动⼿能⼒以及解决实际问题的能⼒。
理解VHDL语⾔，学会FPGA设计⽅法等。
⼆、教学基本要求及基本内容第⼀章绪论VHDL的数据和表达式（⼀）基本要求：掌握：VHDL程序的特点，VHDL的数据，VHDL的表达式。
了解：FPGA基本原理及结构。
（⼆）教学及考核内容：绪论：FPGA基本原理及结构第⼀章VHDL的数据和表达式1.1 VHDL程序的特点1.2 VHDL程序的基本结构1.3 VHDL的数据1.4 VHDL的表达式第⼆章VHDL的顺序描述语句（⼀）基本要求：掌握：信号赋值语句和变量赋值语句，if语句，case语句，null语句。
理解：loop语句。
（⼆）教学及考核内容：第⼆章VHDL的顺序描述语句2.1信号赋值语句和变量赋值语句2.2 if语句2.3 case语句2.4 loop语句2.5 null语句第三章VHDL的并⾏描述语句（⼀）基本要求：掌握：进程语句，并发信号赋值语句，元件例化语句。
理解：条件信号赋值语句，选择信号赋值语句。
了解：⽣成语句。
（⼆）教学及考核内容：第三章VHDL的并⾏描述语句3.1进程语句3.2并发信号赋值语句3.3条件信号赋值语句3.4选择信号赋值语句3.5元件例化语句3.6⽣成语句第四章VHDL的时钟信号描述⽅法（⼀）基本要求：掌握：时钟的VHDL描述⽅法，时序电路中复位信号的VHDL描述⽅法。
精品课件-硬件描述语言与FPGA设计技术(肖闽进)-第6章 宏功能模块与IP应用
f sin_o[9..0] f cos_o[9..0]
out_v alid
inst
OUTPUT OUTPUT
FS[9..0] FC[9..0]
嵌入式逻辑分析仪测试波形
6.6 LPM嵌入式锁相环设计
Altera 的FPGA器件CycloneII/III/IV及 StraixII/III/IV等系列中含有高性能的嵌入式模拟锁相 环,其性能远优于普通数字锁相环。这些锁相环PLL可以 与一输入的时钟信号同步，并以其作为参考信号实现锁 相，从而输出一至多个同步倍频或分频的片内时钟，以 供逻辑系统应用。与直接来自外部的时钟相比，这种片 内时钟可以减少时钟延时和时钟变形，减少片外干扰； 还可以改善时钟的建立时间和保持时间，是系统稳定工 作的保证。
aclr
8 bits 128 words
OUTPUT
CLKOUT
OUTPUT OUTPUT
ADDR[6..0] Q[7..0]
sin2_rom
address[6..0]
q[7..0]
inclock
inst2 Block ty pe: AUTO
OUTPUT
COUT
6.6.2锁相环仿真测试和硬件特性 锁相环仿真波形
加入NCO授权文件和Quartus II授权文件。这里设授权文 件位置路径：C:\altera\90\license.DAT。有了授权文 件，在Option对话框的Licensed AMPP/MegaCore functions 栏中可以看到FIR、PCI、NCO等IP的授权码， 这样就可以编译出能够写Flash的SOF文件。也可以先转 变为间接配置编程文件写入EPCS Flash。
6.1 LPM存储器设计 6.1.1 ROM模块设计
fpga技术课程设计
fpga技术课程设计一、教学目标本课程的教学目标分为三个维度：知识目标、技能目标和情感态度价值观目标。
1.知识目标：通过本课程的学习，学生将掌握FPGA技术的基本概念、原理和应用，了解FPGA技术的发展趋势及其在电子工程领域的广泛应用。
2.技能目标：学生将能够熟练使用FPGA开发工具，如ISE、Vivado等，掌握FPGA编程语言，如VHDL、Verilog等，并具备一定的FPGA硬件设计和验证能力。
3.情感态度价值观目标：培养学生对FPGA技术的兴趣和热情，使其认识到了解和掌握FPGA技术对于个人职业发展的重要性，树立正确的科学态度和创新精神。
二、教学内容教学内容将根据课程目标进行选择和，确保内容的科学性和系统性。
教学大纲如下：1.FPGA技术概述：介绍FPGA的基本概念、工作原理和分类，以及FPGA技术的发展历程和趋势。
2.FPGA硬件描述语言：讲解VHDL和Verilog两种主流的FPGA硬件描述语言，包括基本语法、语句结构和常用库函数。
3.FPGA设计与验证：介绍FPGA设计的基本流程，包括设计输入、综合、布局布线和仿真验证等环节。
4.FPGA应用案例：分析典型的FPGA应用案例，如数字信号处理、网络通信、嵌入式系统等，使学生了解FPGA技术在实际工程中的应用。
5.FPGA开发工具：介绍FPGA常用的开发工具，如ISE、Vivado等，以及这些工具的使用方法和技巧。
三、教学方法为了激发学生的学习兴趣和主动性，本课程将采用多种教学方法，包括讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等。
1.讲授法：教师通过讲解、演示和举例等方式，向学生传授FPGA技术的基本概念、原理和应用。
2.讨论法：学生针对FPGA技术的相关话题进行讨论，培养学生的思考能力和团队协作精神。
3.案例分析法：分析典型的FPGA应用案例，使学生了解FPGA技术在实际工程中的应用，提高学生的实践能力。
4.实验法：安排学生进行FPGA实验，让学生亲自动手操作，巩固所学知识，提高实际操作能力。
fpga中hdl定义
fpga中hdl定义FPGA中的HDL（硬件描述语言）定义引言：FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，具有高度的可重构性和灵活性。
HDL（硬件描述语言）则是FPGA编程的关键部分，它将FPGA的硬件功能描述转化为可编程的逻辑电路。
本文将深入探讨FPGA中HDL的定义并提供一步一步的解释。
第一节：什么是HDL？1.1 HDL的定义与作用：HDL是一种计算机语言，用于描述和模拟数字电路以及FPGA中的硬件电路。
它允许我们使用文本或者图形方式来描述电路而不需要构建实际的硬件电路。
HDL是FPGA编程的核心，它可以用于实现各种不同的功能，如数据通信、数字信号处理、图像处理等。
1.2 HDL的分类：HDL主要分为两种类型：行为描述和结构描述。
- 行为描述：行为描述指定了电路的操作和功能，类似于软件中的算法。
它使用布尔代数和逻辑表达式来描述电路的行为。
行为描述语言包括VHDL（VHSIC 硬件描述语言）和Verilog。
- 结构描述：结构描述提供了电路的物理连接和层次结构，类似于电路图。
它使用模块和端口来描述电路的结构。
结构描述语言包括VHDL和Verilog。
第二节：HDL的特点和优势2.1 可重构性：由于FPGA的可编程性和灵活性，HDL可以实现对FPGA内部逻辑的重构。
这使得FPGA可以适应不同的应用需求，并且可以在设计完成后进行重新配置。
2.2 可视化和高级抽象：通过使用HDL，设计者可以通过图形界面或者文字描述来实现电路设计。
这使得设计更加直观和易于理解，同时提供了更高级别的抽象，使得设计变得更加简单和高效。
2.3 支持逻辑综合：HDL可以通过逻辑综合工具将高级描述语言转换为电路。
逻辑综合可以利用FPGA中的基本元件来实现电路的功能。
这使得设计人员无需手动设计底层电路，从而提高了设计的效率。
2.4 可重用性：HDL允许设计者创建和使用可重用的电路模块。
fpga简单课程设计
fpga简单课程设计一、教学目标本课程旨在让学生了解FPGA（现场可编程门阵列）的基本概念、特性和应用，掌握FPGA的基本编程和设计方法，培养学生的创新意识和实践能力。
知识目标：使学生了解FPGA的基本原理、结构和工作原理，熟悉FPGA的编程语言和开发环境，掌握FPGA的基本设计方法和流程。
技能目标：培养学生使用FPGA相关软件进行简单程序设计和调试的能力，使学生具备分析和解决实际问题的能力。
情感态度价值观目标：培养学生对电子技术的热爱，激发学生创新和实践的兴趣，培养学生的团队合作意识和综合素质。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括FPGA的基本概念、FPGA的编程语言和开发环境、FPGA的基本设计方法和流程、以及FPGA在实际应用中的案例分析。
具体包括以下几个部分：1.FPGA的基本概念：介绍FPGA的定义、特点和应用领域。
2.FPGA的编程语言：介绍VHDL和Verilog这两种常用的FPGA编程语言。
3.FPGA的开发环境：介绍FPGA开发过程中所使用的软件工具，如ISE、Altera等。
4.FPGA的基本设计方法：介绍FPGA设计的流程，包括硬件描述语言的编写、逻辑综合、布局布线、编程和调试等。
5.FPGA的应用案例：分析FPGA在实际应用中的案例，如数字信号处理、嵌入式系统等。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法，如讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等。
1.讲授法：通过教师的讲解，使学生了解和掌握FPGA的基本概念、原理和方法。
2.讨论法：引导学生针对实际问题进行思考和讨论，培养学生的创新意识和解决问题的能力。
3.案例分析法：分析FPGA在实际应用中的案例，使学生了解FPGA的应用领域和设计方法。
4.实验法：让学生动手进行FPGA的设计和调试，提高学生的实践能力和动手能力。
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：选用国内外优秀的FPGA相关教材，为学生提供系统的理论知识和实践指导。
教学课件 硬件描述语言与FPGA设计技术(肖闽进)
• 基于一次性可编程反熔丝编程单元。Actel的部分 FPGA采用这种结构。
2.7 CPLD/FPGA的编程与配置
1.3 Quartus II 设计环境
Quartus II设计工具完全支持Verilog、VHDL的设计 流程
Quartus II也可以利用第三方的综合工具，如Leonardo Spectrum、Synplify Pro、DC-FPGA,并能直接调用这些 工具
Quartus II具备仿真功能，同时也支持第三方的仿真工 具，如ModelSim。
将对CPLD的下载称为编程（Program), 对FPGA中的SRAM进行直接下载的方式
称为配置（Configure)，
1.2.4编程下载与器件测试
器件测试是将含有载入了设计的FPGA或 CPLD的硬件系统进行统一测试，以便最 终验证设计项目在目标系统上的实际工 作情况，以排除错误，改进设计。
y <= d OR e ;
END ARCHITECTURE one ;
3.1 多路选择器及其VHDL描述
【例3-3】顺序语句IF_THEN_ELSE描述
ENTITY mux21a IS
PORT ( a, b, s: IN BIT;
y : OUT BIT );
END ENTITY mux21a;
解压器在内的大规模IP模块。
1.4 EDA技术开发中的IP核
IP的实际内涵的界定 1. 嵌入式应用。 2.优化设计。 3.符合IP标准。
fpga课程体系
fpga课程体系
FPGA（现场可编程门阵列）课程体系包括以下几个部分：
1.FPGA基本原理：介绍FPGA的基本概念、工作原理和特点，让学生了解
FPGA在数字电路设计中的作用和应用。
2.硬件描述语言（HDL）：重点学习Verilog和VHDL两种硬件描述语言，掌
握逻辑电路的描述方法以及硬件仿真和综合工具的使用。
3.FPGA开发工具：介绍FPGA开发过程中常用的工具软件，如Quartus、
Xilinx ISE等，并让学生掌握这些工具的使用方法。
4.数字电路设计：介绍数字电路设计的基本原理和方法，包括组合逻辑电路、
时序逻辑电路、数字信号处理等方面的知识。
5.实践课程：通过实验和实践项目，让学生实际操作FPGA器件和开发板，掌
握FPGA设计的整个流程，包括设计、仿真、综合、布局布线、下载等环节。
6.嵌入式系统设计：介绍基于FPGA的嵌入式系统设计方法，包括微控制器、
操作系统、存储器等方面的知识，让学生掌握嵌入式系统在FPGA设计中的应用。
7.数字信号处理：介绍数字信号处理的基本原理和方法，包括离散傅里叶变
换（DFT）、快速傅里叶变换（FFT）、数字滤波器等方面的知识，让学生了解数字信号处理在FPGA设计中的应用。
通过以上几个方面的学习和实践，学生可以全面掌握FPGA设计的基本原理和方法，具备独立进行FPGA设计和开发的能力。
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课程名称：FPGA与硬件描述语言
课程编码：7002301
课程学分：2学分
课程学时：32学时
适应专业：电子信息工程、电子信息工程（理工科实验班）
《FPGA与硬件描述语言》
FPGA and Hardware Describing Language
教学大纲
一、课程性质与任务
性质：本课程的授课对象为电子信息工程专业二年级本科生，课程属性为专业基础必修课，该课程讲授FPGA基本原理及结构，先进的硬件描述语言（VHDL语言），FPGA设计与应用等知识。
任务：通过对（VHDL）硬件描述语言，FPGA设计等知识的学习，掌握硬件描述语言，FPGA设计的基本知识。
培养学生动手能力以及解决实际问题的能力。
理解VHDL语言，学会FPGA设计方法等。
二、课程教学基本内容及要求
第一章绪论VHDL的数据和表达式
（一）教学基本要求：
掌握：VHDL程序的特点，VHDL的数据，VHDL的表达式。
了解：FPGA基本原理及结构。
（二）教学基本内容：
绪论：FPGA基本原理及结构
第一章VHDL的数据和表达式
1.1 VHDL程序的特点
1.2 VHDL程序的基本结构
1.3 VHDL的数据
1.4 VHDL的表达式
第二章VHDL的顺序描述语句
（一）教学基本要求：
掌握：信号赋值语句和变量赋值语句，if语句，case语句，null语句。
理解：loop语句。
（二）教学基本内容：
第二章VHDL的顺序描述语句
2.1信号赋值语句和变量赋值语句
2.2 if语句
2.3 case语句
2.4 loop语句
2.5 null语句
第三章VHDL的并行描述语句
（一）教学基本要求：
掌握：进程语句，并发信号赋值语句，元件例化语句。
理解：条件信号赋值语句，选择信号赋值语句。
了解：生成语句。
（二）教学基本内容：
第三章VHDL的并行描述语句
3.1进程语句
3.2并发信号赋值语句
3.3条件信号赋值语句
3.4选择信号赋值语句
3.5元件例化语句
3.6生成语句
第四章VHDL的时钟信号描述方法
（一）教学基本要求：
掌握：时钟的VHDL描述方法，时序电路中复位信号的VHDL描述方法。
（二）教学基本内容：
第四章VHDL的时钟信号描述方法
4.1时钟信号的VHDL描述方法
4.2时序电路中复位信号的VHDL描述方法
第五章VHDL的有限状态机的设计
（一）教学基本要求：
掌握：有限状态机的基本概念及应用。
理解：一个Moore型有限状态机的设计实例
（二）教学基本内容：
第五章VHDL的有限状态机的设计
5.1 有限状态机的基本概念
5.2一个Moore型有限状态机的设计实例
三、本课程与其它相关课程的联系与分工
先修课程：电路分析，模拟电子技术，数字电子技术。
后续课程：电信综合课程设计，毕业设计。
四、实践性教学内容的安排与要求
实践性教学一共安排8次上机实验，实验前需进行实验预习，实验后需上交实验报告。
1.实验预习要求：
设计出电路的源程序，写出电路功能测试内容。
2.实验报告要求：
1) 实验目的
2) 实验设备
3) 电路的源程序及框图
4) 电路功能测试方法
5) 实验数据分析
6) 实验结论
7) 实验中问题的处理、讨论和建议，收获和体会。
8) 附实验预习报告
9) 附实验的原始数据记录
10)实验报告封面
五、课程各教学环节和各篇章（节）学时分配
总学时为32学时，其中课程讲授16学时，实验16学时。
课程各章节及实验学时分配如下：
六、本课程在课外练习方面的要求
本课程课内外学时比为9:1。
主要课外作业形式为课程相关知识查阅。
课程相关知识查阅：需要利用图书馆、网上资源等了解当前EDA技术的发展现状和发展趋势。
七、本课程在使用现代化教学手段方面的要求
使用多媒体教学方法，增强学生感性认识。
八、教材及教学参考书
教材：
潘松黄继业，EDA技术与VHDL（第4版），清华大学出版社，2013年4月。
教学参考书：
徐向民，VHDL数字系统设计，电子工业出版社，2015年8月。
九、本课程成绩的考核方式、成绩评定标准
采用百分制考核方式，总成绩由平时成绩和期末成绩综合得出，其中平时
成绩占50%，期末成绩占50%。
平时成绩由理论课出勤（10%）和实践教学成绩（40%）组成；期末成绩由
试卷成绩（50%）组成。
理论课出勤成绩：由出勤、作业、课堂测验和学习主动性构成。
实践教学成绩：由实验出勤，实验效果和实验报告构成。
考试形式：闭卷考试或上机闭卷考试。
大纲撰写人：冯祎
大纲审阅人：王乐
系负责人：张东彦
学院负责人：曹淑琴
修订日期：2017年4月。