基于FPGAEDA技术课程设计探究

1、基于fpgaeda技术课程设计探究摘要eda技术课程设计是eda技术学习的一个重要 环节，为培养学生的实际动手能力及设计创新能力，从教学 改革的实践出发，文章详细介绍了课程设计的教学安排，给 出了课程设计的具体方法。关键词eda技术课程设计实践教学中图分类号：g424文献标识码：a0引言随着微电子技术的不断发展和制造工艺水平的提高，现 代电子产品正在以前所未有的革新速度，朝着功能多样化、 体积最小化、功耗最低化的方向迅速发展。eda （electronic design automation,电子设计自动化）技术正是为了适应 这种现状，以缩短电子产品的开发周期，降低开发成本，提 高产品竞争力为

2、目的，吸收多学科最新成果而形成的一门新 技术。日趋完善的eda技术正在逐步取代传统的电子设计方 法，广泛应用于工业生产、消费电子、医药卫生、汽车电子、 无线通信、仪器仪表等领域。1 eda技术课程概述eda技术是以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以硬 件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式，以计算机、大 规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计工 具，由计算机自动完成逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻 辑综合及优化、布局布线和仿真，直至对于特定目标芯片的 适配编译、逻辑映射、编程下载等工作，最终形成集成电子 系统或专用集成芯片的一门新技术，或称为ies/asic自动 设计技术。eda技术

3、是一门应用性和实践性很强的课程。需要掌握 四个方面：大规模可编程逻辑器件，硬件描述语言，软件开 发工具，实验开发系统。大规模可编程逻辑器件主要是了解 主流的fpga/cpld厂商及其主要器件，对器件的内部结构可 以少讲，不作深入的剖析。常用的硬件描述语言包括vhdl 和verilog hdl两种，在教学中应让学生至少掌握一种。选 用不同厂家的可编程逻辑器件需要使用不同的eda软件开发 工具。目前比较流行的、主流厂家的eda软件工具有altera 公司的 quartusii, xilinx 的 ise/ise-webpack series 和 lattice公司的isplevero实验开发系统是

4、硬件验证工具。 eda技术课程设计作为eda技术理论课程的后续实践教 学环节，主要教学目的是提高学生的实践动手能力，注重学 生的自主设计能力和创新能力的培养，比较全面的掌握eda 技术的设计方法和工程开发流程，为毕业后能适应工作岗位 打下基础。2 eda课程设计教学实践2. 1教学安排我校学生在上eda课程设计之前已经学习了 eda技术理 论课，并进行了 18学时的eda技术实验，已经具备一定的 理论基础，掌握quartus ii软件的使用，能够进行一些基本 的组合逻辑电路及时序逻辑电路的设计，并下载到实验箱上 面观察硬件现象。课程设计的教学安排主要包括下面几个阶 段。图1系统组成框图选题：学

5、生3人一组，根据分发的题目，通过查找资料, 选择自己感兴趣的课题或者自由定题，如果是自由定题需经 过指导教师批准后方可进行后续设计。具体设计：主要包括设计方案的确定，各模块程序设计, 仿真，硬件测试。学生在完成设计之后，需在实验箱上演示 硬件现象并进行讲解，提交项目文件。指导教师根据学生的 设计成果进行验收。主要考察学生设计中所用的基础理论、 基本知识、基本技能的掌握程度，以及学生在实验箱实验过 程中遇到的问题和解决方案。课程设计报告撰写：对设计过程进行归纳总结，按照规 定的格式要求完成设计报告的撰写，每人一份，不得抄袭。 主要是培养学生的论文写作能力。答辩：学生对其设计内容进行讲解并回答指导

6、教师的提问。2.2电路系统的设计方法eda技术课程设计的题目一般比较复杂，需要综合运用 所学的知识。采用自上而下的设计方法进行设计，主要包括 下面几个步骤：（1）分析课程设计任务书的题目及要求；（2） 通过查找资料，确定系统方案，将整个系统进行模块划分;（3）利用altera公司的quartus ii软件，釆用vhdl语言或 原理图的输入方式进行具体模块设计；（4）功能仿真、时序 仿真，功能仿真是为了验证系统是否能够完成要求的逻辑功 能，时序仿真是考虑了器件延时特性之后的仿真。（5）硬件 测试。下面以汽车尾灯控制器的设计为例介绍数字电路系统 的设计方法。设计任务：设计一个汽车尾灯控制器，假设汽

7、车尾部左 右两侧各有3盏指示灯，其控制功能应包括：（1）汽车正常 行驶时指示灯都不亮；（2）汽车右转弯时，右侧的一盏指示 灯亮且闪烁；（3）汽车左转弯时，左侧的一盏指示灯亮且闪 烁；（4）汽车刹车时，左右两侧的一盏指示灯同时亮；（5） 汽车在夜间行驶，左右两侧的一盏指示灯同时一直亮，供照 明使用。按照设计要求，采用自顶向下的设计方式，将整个系统 分为时钟分频模块、主控模块、汽车左灯控制模块及汽车右 灯控制模块等四个模块。其系统组成框图如图1所示。系统 的输入信号包括系统时钟信号clk、刹车信号brake.夜间 行驶信号night、汽车左转弯控制信号left及汽车右转弯控 制信号right,系统

8、的输出信号包括左侧3盏指示灯ld1 （左 转弯信号灯）、ld2 （左刹车灯）、ld3 （左夜灯）及rd1 （右 转弯信号灯）、rd2 （右刹车灯）、rd3 （右夜灯）。分频模块：输入系统时钟信号clk （16hz）进行16分频 得到1hz的时钟信号cp, cp的电平信号分别和ledl、ledr 电平相与，用于控制左转弯信号灯ld1及右转弯信号灯rd1 的闪烁。主控模块：此模块用于整体控制，当输入左转弯信号 left时，输出左灯控制信号lp,当输入右转弯信号right 时，输出右灯控制信号rp,当输入刹车信号brake时，输出 刹车灯控制信号brake_led,当输入夜间行驶信号night时, 输出夜灯控制信号night丄ed,其它情况输出错误控制信号 lro主控模块的vhdl源程序如下：library ieee；use ieee. std_l0gic_1164. all；entity ctrl isport （left, right, brake, n