《基于VHDL编程的FPGA设计》实验教学大纲
《FPGA基础》教学大纲
《FPGA基础》教学大纲课程编号：CE6009课程名称： FPGA基础英文名称：Foundation of FPGA学分/学时：2/32 课程性质：选修适用专业：网络工程建议开设学期：6网络空间安全信息安全先修课程：数字电路与逻辑设计开课单位：网络与信息安全学院计算机组织与体系结构微机原理与系统设计一、课程的教学目标与任务本课程是对相关专业课知识的拓宽、提高和综合应用，其目的是使学生熟悉基于FPGA 的电子系统设计方法，掌握相关设计语言、开发流程及工具，获得FPGA设计的基本知识和基本技能，培养学生利用FPGA进行电子系统设计和开发的能力，培养学生理论联系实际的能力，提高学生对计算机系统结构的认知能力和核心知识的掌握程度，培养学生的创新能力以及综合运用基础知识的实践动手能力，以适应电子信息时代对学生知识结构和能力的要求。
本课程的任务主要是通过理论教学和上机实验相结合的方式，使学生熟悉基于FPGA设计数字硬件电路系统的相关概念、原理和技术，熟练掌握常用FPGA技术的设计思想和方法，并具有动手设计简单数字电子系统的能力。
二、课程具体内容及基本要求（一）可编程逻辑器件与FPGA( 2学时)主要内容：（1）可编程逻辑器件技术发展及应用（2）FPGA器件编程技术（3）FPGA基本结构（4）FPGA技术未来发展1.基本要求（1）了解可编程逻辑器件的发展历程和应用领域，以及FPGA技术未来发展方向；（2）熟悉FPGA器件编程技术（3）掌握FPGA基本概念和结构特点。
2.重点、难点重点：FPGA的基本结构及主要性能指标。
难点：FPGA的基本结构。
3.作业及课外学习要求：（1）查阅资料，了解FPGA的最新技术，了解SoC、SOPC开发的基本概念。
（二）FPGA开发工具及设计流程( 2学时)主要内容：（1）开发环境QuaftusⅡ介绍（2）仿真软件ModelSim（3）采用QuaftusⅡ进行系统设计的流程（4）基于QuaftusⅡ的设计实例1. 基本要求（1）熟悉QuaftusⅡ开发环境和仿真工具；（2）掌握基于QuaftusⅡ进行系统设计的方法和流程。
vhdl设计实验报告
vhdl设计实验报告VHDL设计实验报告引言VHDL（Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）是一种硬件描述语言，广泛应用于数字电路设计和验证。
本实验旨在通过设计一个简单的电路来熟悉VHDL语言的基本语法和设计流程。
一、实验背景数字电路是现代电子系统的基础，而VHDL则是描述和设计数字电路的重要工具。
VHDL可以帮助工程师们以一种形式化的语言来描述电路的功能和结构，从而实现电路的模拟和验证。
二、实验目的本实验的目的是通过使用VHDL语言设计一个简单的电路，加深对VHDL语言的理解，并掌握基本的电路设计流程。
三、实验步骤1. 确定电路功能在设计电路之前，首先需要明确电路的功能。
本实验中，我们选择设计一个4位加法器电路。
2. 设计电路结构根据电路功能的要求，设计电路的结构。
在本实验中，我们需要设计一个4位加法器，因此需要使用4个输入端口和一个输出端口。
3. 编写VHDL代码使用VHDL语言编写电路的描述代码。
在代码中，需要定义输入和输出端口的类型和位宽，并实现电路的功能。
4. 进行仿真使用仿真工具对设计的电路进行仿真，以验证电路的功能是否符合预期。
通过输入不同的测试数据，观察输出是否正确。
5. 下载到FPGA开发板将设计好的电路代码下载到FPGA开发板上进行验证。
通过连接输入信号和观察输出信号，验证电路在实际硬件上的运行情况。
四、实验结果与分析经过仿真和实际验证，我们设计的4位加法器电路在功能上符合预期。
输入不同的数据进行加法运算时，输出结果都正确。
五、实验总结通过本次实验，我们深入了解了VHDL语言的基本语法和设计流程。
通过设计一个简单的电路，我们掌握了VHDL的应用方法，并通过仿真和实际验证，加深了对电路设计的理解。
六、实验心得本实验让我对VHDL语言有了更深入的认识。
通过实际操作，我更加熟悉了VHDL的编写和仿真流程。
大二基于fpga的课程设计
大二基于fpga的课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解FPGA的基本原理和结构，掌握FPGA的设计流程和方法。
2. 学习并掌握数字电路设计的基本原理，能运用FPGA实现基础的数字电路功能。
3. 掌握硬件描述语言（HDL），如VHDL或Verilog，用于描述和实现数字系统。
技能目标：1. 能够运用FPGA设计软件进行电路设计和仿真，具备实际动手操作的能力。
2. 培养学生的问题分析能力，使其能够针对特定问题设计并优化FPGA解决方案。
3. 提高学生的团队协作能力，通过小组项目设计和实现复杂的数字系统。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对FPGA技术及数字电路设计的兴趣，激发其探索精神和创新意识。
2. 强化学生的工程意识，使其认识到技术在现代社会中的重要作用，增强社会责任感。
3. 通过课程学习，培养学生严谨的科学态度和良好的学习习惯，形成积极向上的学术氛围。
课程性质分析：本课程为实践性较强的专业课程，旨在通过FPGA技术教授学生数字电路设计与实现，注重理论与实践相结合。
学生特点分析：大二学生已具备一定的电子电路基础和编程能力，具有较强的学习主动性，对新技术充满好奇。
教学要求分析：课程要求学生在掌握理论知识的基础上，能够通过实际操作加深理解，注重培养学生解决实际问题的能力。
教学过程中应注重启发式教学，鼓励学生思考和探索。
二、教学内容1. FPGA基本原理与结构：包括FPGA芯片的组成、工作原理、资源配置和编程技术。
- 相关教材章节：第一章 FPGA概述2. 硬件描述语言（HDL）：学习VHDL或Verilog的基本语法和使用方法。
- 相关教材章节：第二章 硬件描述语言基础3. 数字电路设计与实现：介绍组合逻辑电路和时序逻辑电路设计方法，以及FPGA实现技术。
- 相关教材章节：第三章 组合逻辑电路设计；第四章 时序逻辑电路设计4. FPGA设计流程：学习FPGA设计流程的各个阶段，包括设计输入、综合、布局布线、仿真和下载。
《基于Verilog HDL的FPGA设计基础》第10章 FPGA设计入门
一、基于FPGA的设计流 程和方法
所谓的 “基于FPGA的设计”---是指 使用FPGA器件作为载体，借助EDA工 具实现有限功能数字系统的技术过程。
实际上就是： 系统功能定义 具体FPGA电路实现 的若干个影射和变换的技术过程。
FPGA设计流程
1、系统设计（制定系统规范）---手工完成 2、模块设计---手工完成 3、设计输入---手工完成 4、功能仿真 5、综合、优化 6、布局与布线，生成网表文件 7、时序仿真---借助EDA工具手工完成 8、器件的编成和测试
3、设计输入---手工完成 • 原理图输入
– 使用元件符号和连线等描述 – 比较直观，但设计大规模的数字系统时则显 得繁琐
• HDL语言输入
– 逻辑描述功能强 – 成为国际标准，便于移植
4、功能仿真---借助EDA工具 不考虑信号传输和器件的延时，仿 真系统逻辑功能是否符合系统规范。 5、综合、优化---借助EDA工具自动完成
1、系统设计（制定系统规范）---手工完成
定义整个系统完成的功能。平衡各方面的因素， 对整个系统确定大体规划和整体设计方案。 系统规范包含的内容：
设计所要实现的功能；
设计所采用的基本思想； 整个设计的组织结构； I/O引脚的名称、作用及其测试波形的描述； 采用的PLD器件的型号； 片内各种资源的使用情况； 该设计与其它设计的接口方式等。
例3、多路选择器 多路选择器可以通过CASE结构与IF-THEN-ELSE 结构实现 。要注意的是：
case 结构无优先级特征 if – else 结构隐含着优先级
电路综合的结果有些差别。
module single_if(a, b, c, d, sel, z); input a, b, c, d; input [3:0] sel; output z; reg z; always @(a or b or c or d or sel) begin if (sel[3]) z = d; else if (sel[2]) z = c; else if (sel[1]) z = b; else if (sel[0]) z = a; else z =0 ; end endmodule
(完整版)FPGA课程设计(最终版)
课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：信息工程学院题目: 电子琴的设计课程设计目的：《FPGA原理与应用》课程设计的目的是为了让学生熟悉基于VHDL语言进行FPGA开发的全流程，并且利用FPGA设计进行专业课程理论知识的再现，让学生体会EDA技术的强大功能，为今后使用FPGA进行电子设计奠定基础。
课程设计内容和要求设计内容：（1）设计一个八音电子琴。
（2）由键盘输入控制音响，同时可自动演奏乐曲。
（3）用户可以将自己编制的乐曲存入电子琴，演奏时可选择键盘输入乐曲或者已存入的乐曲。
要求每个学生单独完成课程设计内容，并写出课程设计说明书、说明书应该包括所涉及到的理论部分和充足的实验结果，给出程序清单，最后通过课程设计答辩。
时间安排：指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录摘要 (1)Abstract (2)1设计意义和要求 (3)1.1设计意义 (3)1.2功能要求 (3)2方案论证及原理分析 (4)2.1实现方案比较 (4)2.2乐曲实现原理 (4)2.3系统组成及工作原理 (6)3系统模块设计 (8)3.1顶层模块的设计 (8)3.2乐曲自动演奏模块的设计 (8)3.3音阶发生器模块的设计 (9)3.4数控分频器模块的设计 (9)4程序设计 (11)4.1VHDL设计语言和ISE环境简介 (11)4.2顶层模块的程序设计 (12)4.3乐曲自动演奏模块的程序设计 (13)4.4音阶发生器模块的程序设计 (13)4.5数控分频模块的程序设计 (14)5设计的仿真与实现 (15)5.1乐曲自动演奏模块仿真 (15)5.2音调发生模块仿真 (18)5.3数控分频模块仿真 (19)5.4电子琴系统的仿真 (20)5.5设计的实现 (22)5.6查看RTL视图 (23)5.7查看综合报告 (25)6心得体会 (31)7参考文献 (32)8附录 (33)摘要随着基于FPGA的EDA技术的发展和应用领域的扩大与深入，EDA技术在电子信息、通信、自动控制用计算机等领域的重要性日益突出。
基于fpga课程设计
基于fpga 课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解FPGA的基本原理和结构，掌握其编程方法和应用场景。
2. 学习并掌握数字电路设计的基本概念，能运用FPGA设计简单的数字电路系统。
3. 掌握FPGA设计中常用的硬件描述语言（如VHDL/Verilog）的基本语法和使用方法。
技能目标：1. 能够运用FPGA开发板进行基本的数字逻辑设计，实现简单的逻辑功能。
2. 培养学生的实际操作能力，通过实际案例分析和动手实践，掌握FPGA设计的流程和技巧。
3. 培养学生的团队协作能力，学会在项目中进行有效沟通与分工合作。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对电子技术及FPGA技术的兴趣，激发学生主动学习的热情。
2. 培养学生的创新意识和解决问题的能力，鼓励学生勇于尝试，面对挑战。
3. 培养学生的责任心和敬业精神，使学生在实际项目中认识到FPGA技术在实际应用中的重要性。
课程性质：本课程为实践性较强的课程，注重理论联系实际，以项目为导向，培养学生的实际操作能力和团队协作能力。
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，喜欢动手实践，善于团队协作。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，强调实际操作和项目实践，提高学生的专业技能和综合素质。
同时，关注学生的情感态度价值观的培养，激发学生的学习兴趣和创新能力。
在教学过程中，将课程目标分解为具体的学习成果，以便进行教学设计和评估。
二、教学内容1. 数字电路基础：回顾数字电路的基本概念，包括逻辑门、组合逻辑电路和时序逻辑电路等，为FPGA设计打下基础。
相关教材章节：第一章 数字逻辑基础2. FPGA原理与结构：介绍FPGA的基本结构、工作原理以及编程方式，使学生了解FPGA的基本组成和功能。
相关教材章节：第二章 FPGA原理与结构3. 硬件描述语言（HDL）：学习VHDL/Verilog等硬件描述语言的基本语法和使用方法，为FPGA编程打下基础。
fpga课程设计大纲
fpga课程设计大纲一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握FPGA的基本原理、设计和应用。
通过本课程的学习，学生将能够：1.理解FPGA的基本概念、结构和特点。
2.掌握FPGA的设计流程和开发工具。
3.学会使用FPGA进行数字电路设计和验证。
4.掌握FPGA在实际应用中的调试和优化方法。
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的基本概念、结构和特点：包括FPGA的定义、发展历程、主要厂商和产品介绍，以及FPGA的优势和局限性。
2.FPGA的设计流程：包括FPGA的设计原理、开发工具和使用方法，以及常见的FPGA设计和验证技巧。
3.数字电路设计：包括数字电路的基本概念、组成原理和设计方法，以及常见的数字电路模块和算法实现。
4.FPGA在实际应用中的调试和优化：包括FPGA的编程和配置方法、调试技巧和性能优化策略。
三、教学方法为了达到本课程的教学目标，我们将采用多种教学方法进行授课，包括：1.讲授法：通过讲解FPGA的基本概念、设计和应用，使学生掌握FPGA的基本知识和技能。
2.案例分析法：通过分析实际的FPGA设计和应用案例，使学生了解FPGA在实际工程中的应用和调试方法。
3.实验法：通过进行FPGA实验，使学生掌握FPGA的设计和验证技巧，以及调试和优化方法。
四、教学资源为了支持本课程的教学内容和教学方法，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的FPGA教材，为学生提供系统的学习资料。
2.参考书：提供相关的FPGA参考书籍，为学生提供丰富的学习资源。
3.多媒体资料：制作精美的教学PPT和视频，增强课堂教学的趣味性和生动性。
4.实验设备：准备FPGA开发板和实验工具，为学生提供实践操作的机会。
五、教学评估本课程的评估方式包括平时表现、作业和考试三个方面，以全面客观地评价学生的学习成果。
1.平时表现：通过课堂参与、提问和讨论等方式，评估学生在课堂上的积极性和主动性。
《FPGA技术与应用》课程教学大纲
《FPGA技术与应用》课程教学大纲课程代码：0806603064课程名称：FPGA技术与应用英文名称：Technology and Application of FPGA总学时：40 讲课学时：30 上机学时：10学分：2.5适用对象：测控技术与仪器专业先修课程：电路原理、模拟电子技术、数字电子技术、微机原理及应用一、课程性质、目的和任务本课程是测控技术与仪器专业的一门专业选修课程, 是一门实践性很强的课程。
通过本课程的学习, 使学生在了解FPGA内部结构原理的基础上, 掌握应用硬件描述语言VHDL进行数字系统设计的方法，掌握基于开发工具QuartusII 的数字系统设计开发过程，培养学生具备一定的FPGA系统或者硬件系统开发知识，能够进行初步的基于FPGA的数字系统设计，为以后从事基于FPGA的嵌入式系统设计和开发打下基础。
二、教学基本要求本课程主要讲授基于大规模可编程逻辑芯片FPGA进行数字逻辑系统设计与实现的方法。
要求掌握的主要内容有：1．大规模可编程逻辑器件FPGA的内部结构、芯片资源及其代表产品；2．掌握VHDL硬件描述语言的程序结构、数据类型、基本描述语句和描述方式；3．掌握FPGA开发工具QuartusII的使用方法以及基于QuartusII的编程、编译、适配、时序仿真、配置下载等开发过程。
4．通过实验掌握基于FPGA的数字系统设计方法。
三、教学内容及要求1．可编程逻辑器件概述先介绍FPGA的历史和发展趋势以及它在电子、嵌入式等专业领域内的地位和作用,给学生头脑中形成一个整体印象。
了解可编程器件的的发展、分类、典型结构，熟悉大规模可编程逻辑芯片CPLD/FPGA及其主流产品。
2．FPGA／CPLD结构与应用主要介绍几类常用的大规模可编程逻辑器件的结构和工作原理。
对CPLD的乘积项原理和FPGA的查找表原理分别进行剖析。
最后介绍相关的编程下载和测试技术。
3．VHDL设计初步通过数个简单、完整而典型的VHDL设计示例，使学生初步了解用VHDL表达和设计电路的方法，并对由此而引出的VHDL语言现象和语句规则能逐步趋向系统的了解。
FPGA设计与应用实验指导书-v2
FPGA设计与应用实验指导书实验一Quartus II开发软件入门一、实验目的1. 熟悉Quartus II 开发软件的基本使用方法2. 掌握用VHDL语言设计组合逻辑电路的方法二、实验内容1. 运用Quartus II 开发软件，完成工程创建、代码编写、程序调试、编译仿真等基本操作。
2. 用VHDL语言设计实现一个3-8译码器，并进行功能仿真验证。
三、实验步骤1.Quartus II 开发软件基本操作(1)创建工程在File菜单下选择New Project Wizard…如图1-1所示。
图1-1 创建工程示意图弹出创建工程选框，选择工程的工作路径，输入工程名称。
如图1-2所示。
注意工程名称的格式要求，同时工程名称默认和顶层实体名称相同，不允许修改。
图1-2 创建工程名称可选择添加已有的程序文件，如图1-3所示。
这里不添加，直接下一步。
图1-3 添加文件选框选择芯片系列和芯片型号，如图1-4所示。
实验中使用的是Altera公司的Cyclone II系列FPGA 芯片，型号为EP2C35F672C6。
如果不进行硬件下载，可直接下一步。
图1-4 芯片参数选框EDA外部工具选框如图1-5所示。
一般选择默认值，直接下一步。
图1-5 EDA外部工具选框完成工程设置后的工程信息如图1-6所示。
图1-6 工程信息选框至此完成工程的创建。
(2)新建VHDL文件在File菜单下选择New选项，如图7所示。
图1-7新建文件示意图点击新建菜单后给出新建文件选框如图1-8所示。
选择VHDL File项创建VHDL文件。
图1-8 新建VHDL文件选框确定后弹出新建VHDL文件编辑窗口如图1-9所示。
可在窗口中编写程序内容并保存，注意文件名称与工程实体名称必须一致。
图1-9 VHDL文件编辑窗口至此完成VHDL文件的创建和VHDL程序的编写。
(3) 程序编译程序编写完成后，选择Processing菜单下的编译工具(Compiler Tool)菜单，如图1-10所示，调出编译工具。
《数字系统的VHDL设计技术》课程实验教学大纲
《数字系统的VHDL设计技术》课程实验教学大纲
一、课程基本情况：
1、课程名称：数字系统的VHDL设计技术
2、课程编码：253001031
3、课程类别：技术（专业）基础课
4、实验课性质：非独立设课
5、课程总学时:48
6、实验学时：16
9、适用专业：计算机科学与技术专业
二、实验教学目的和任务：
《数字系统的VHDL设计技术》是计算机学院的一门限选课。
主要介绍VHDL语言以及应用VHDL 及EDA工具开发设计数字系统的基本方法及技术，具有很强的工程实践性。
《数字系统的VHDL设计技术》实验课以设计性实验为主，其教学目标是，使学生通过实验对VHDL语言及EDA技术的学习和训练，获得现代硬件数字电路的软件化设计的基本方法及技能。
三、实验教学基本要求：
《数字系统的VHDL设计技术》实验课以设计性实验为主，其教学目标是，使学生通过实验对VHDL语言及EDA技术的学习和训练，获得现代硬件数字电路的软件化设计的基本方法及技能，初步掌握当代国际数字技术设计领域的最新技术；激发并调动学生创造性思维能力，为学生在数字技术领域的进一步深入探索和进行创新奠定基础。
四、实验项目表及学时分配：
《数字逻辑与数字系统实验教程》（校内自编教材），计算机学院张粉玉主编
参考书：
《VHDL数字电路设计与应用实践教程》，王振红主编，机械工业出版社，2003年。
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《基于VHDL编程的FPGA设计》实验教学大纲
课程名称：基于VHDL编程的FPGA设计
英文名称：FPGA Design Based on VHDL Programming
课程编号：2313101901/02
课程性质： 课程类型：综合选修 是否为独立设课的实验课：否
适用专业：电子工程、通信工程
学时与学分：总学时：50 总学分：2.5 实验学时：40 实验学分：1.5
执 笔 人：史伟伟
制定时间：2012年 9月
一、实验课的任务、性质与目的：
通过实验使学生加深理解FPGA构造和进阶的VHDL编程设计理论，认识可编程器件的内部结构，
提高实践动手和FPGA设计能力。本课程同时注重培养学生的解决复杂能力、开发实际应用电路系
统的综合素质，考核内容主要包括课程实验设计和期末课程大设计的完成情况与质量。
二、主要仪器设备及环境：
FPGA开发板，带FPGA开发软件的微机 每人一台
三、实验项目的设置与实验内容
序号 实验项目名称 实验内容
实验 要求 实验 时数 每组 人数 实验
类型
1
2
3
4
5
VGA控制器设计实现
显示器条纹显示
使用７段数码管实现
秒表
core generator的
使用
UART发送功能的实现
期末课程大设计
学生需要在教师
的指导下，独立完
成一个FPGA设
计项目的制作，包
括定方案、设计电路、仿真、下载到FPGA开发板、调试，并写出实践报告。 序号1-3必做，序号4选做 4 5 4 6 16 1 设计
四、教材、实验教材（指导书）：
1.教材
人民邮电出版社
2.参考书：
电子工业出版社
五、考核方式与评分办法：
考核标准：设计是否独立完成，设计的完成程度，设计的工作量，设计的实用性和提交的文档情况
等来衡量成绩的高低。
本课程的评分分为设计实验的成绩（考核设计质量，实物运行和设计报告）以及期末大设计成绩（考
核设计质量，实物运行和设计报告）两部分，总成绩按以下公式计算，总成绩按以下公式计算：
总成绩＝四个设计实验成绩×40% + 期末大设计成绩×60%
制订人：史伟伟
六、大纲审核人：
编写说明： 1、教学计划中有安排实验学时的课程和单独设课的实验课程，已开出或即将开出的教
学实验均应编写教学实验大纲。
2、课程编号、课程名称、课程类型按教学计划的要求编写。课内上机学时可视为实验
学时。
3、实验类型是指：验证型、综合型、设计型和研究探索型；
4、实验要求是指：必做、选做和其它；