《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：TechnologyandApplicationofFPGA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。4．QuartusII应用向导通过实例，详细介绍基于QuartusII的VHDL文本输入设计流程，包括设计输入、综合、适配、仿真测试和编程下载等方法，以及QuartusII包含的一些有用的测试手段，最后介绍原理图输入设计方法。5．VHDL设计进阶介绍一些新的实例及相关的VHDL语法知识，使学生进一步了解VHDL语言现象和语句规则的特点，以及应用VHDL表达与设计电路的方法。6．宏功能模块与IP应用Altera提供了可参数化的宏功能模块和LPM函数，并基于Altera器件的结构做了优化设计，使得设计的效率和可靠性得到了很大的提高。可以根据实际电路的设计需要，选择LPM库中的适当模块，并为其设定适当的参数，满足设计的需要。本章通过一些示例介绍LPM宏功能模块与IP核的使用方法。7．有限状态机设计介绍使用VHDL设计有限状态机一般性程序结构；介绍状态机的实用程序设计、状态编码方法以及非法状态排除技术。8．VHDL程序结构与规则介绍VHDL的基本程序结构，包括实体、结构体、进程、库和子程序等主要语句结构，要求掌握VHDL可综合程序设计的基本程序结构。重点了解进程语句结构及其运行特点。9．VHDL基本语句与仿真简要介绍VHDL编程的3种描述风格；介绍VHDL仿真方法、目的和延时模型、简介VHDL程序综合概念与可综合的要求，介绍时序电路和组合电路的设计要点和方法。10．设计优化和时序分析分析资源优化、速度优化的常用方法，介绍QuartusII中优化设置与优化设计方法、以及时序分析方法。11．工程实例分析：基于FPGA的多功能交通信号控制器设计要求：通过该工程实例的详细介绍，让学生掌握典型FPGA应用系统的设计方法，为以后从事FPGA方面的开发工作打下基础。12．综合性、设计性实验由于本课程是一实践性很强，且软硬件设计密切结合的课程，所以安排了较多的实验内容，实验总学时为10。具体实验内容根据具体实验装置再确定。四、实践环节本课程上机实验共10学时。序号实验名称学时实验性质1基于VHDL的简单组合与时序电路设计2基础性实验2QuartusII原理图设计2设计性实验3数控分频器设计2设计性实验4正弦波形信号发生器设计2设计性实验5电子琴控制系统设计2综合性实验五、课外习题及课程讨论为达到本课程的教学基本要求，课...
