FPGA系统设计初级和中级班

 

一阶段

    一阶段的课程主要帮助学员了解FPGA系统设计的基础知识，掌握FPGA较小系统硬件电路设计方法，学会操作QuartusII软件来完成FPGA的设计和开发。

1.可编程逻辑设计技术简介2.下一代可编程逻辑设计技术展望3.可编程逻辑器件硬件上的四大发展趋势4.EDA软件设计方法及发展趋势5.FPGA的设计流程6.FPGA的常用开发工具7.FPGA的基本结构8.主流低成本FPGA 芯片9.FPGA芯片的选型策略详解10.FPGA .V文件的编程规范    10.1 单个.v文件的书写规范    10.2 多个.v文件的书写规范    10.3 声明部分的编写规范    10.4 主体部分编写，always、initial、function、task的选择和使用    10.5 Always语句块编写规范和注意要点    10.6 Alwasys内部功能的扩充和Always直接的通信和协调11.FPGA关键电路的设计（较小电路设计）：    11.1 FPGA管脚设计    11.2 下载配置与调试接口电路设计    11.3 RS-232串口    11.4 字符型液晶显示器接口电路设计    11.5 电源电路设计    11.6 复位电路设计    11.7 拨码开关电路设计     11.8 i2c总线电路设计    11.9 时钟电路设计     11.10 图形液晶电路设计 12.FPGA芯片的的结构    12.1  FPGA的结构、内部逻辑单元及接口    12.2  主流低成本FPGA的结构、内部逻辑单元及接口    12.3  FPGA的布线策略1. 实战一：在Altera的FPGA开发板上运行一个接口实验程序-交通灯的设计实现，如何控制Red,Green,Yellow灯在南北东西各个方向的交替运作。

   训练课题：“交通灯的设计实现”    实验要点：    1.1  Quartus II工程创建及属性设置    1.2  Quartus II源文件设计输入方式    1.3  Quartus II约束设计    1.4  Quartus II工程编译    1.5  Quartus II功能仿真    1.6  Quartus II时序仿真    1.7  Quartus II硬件下载

第二阶段

    熟练掌握硬件描述语言(Verilog HDL)是FPGA工程师的基本要求。通过本节课程的学习，学员可以了解目前较流行的Verilog HDL语言的基本语法，掌握Verilog HDL语言中较常用的基本语法。通过本节课程学习，学员可以设计一些简单的FPGA程序，掌握组合逻辑和时序逻辑电路的设计方法。通过实战训练，学员可以对Verilog HDL语言有更深入的理解和认识。

1.Verilog HDL语言简介2.Verilog HDL语言逻辑系统3.Verilog HDL操作数和操作符4.Verilog HDL和VHDL语言的对比5.Verilog HDL循环语句 6.Verilog HDL程序的基本结构7.Verilog HDL语言的数据类型和运算符8.Verilog HDL语言的赋值语句和块语，阻塞和非阻塞赋值语句的区别9.Verilog HDL语言的条件语句，包括IF语句和CASE语句的典型应用10.Verilog HDL语言的其他常用语句11.Verilog HDL语言实现组合逻辑电路12.Verilog HDL语言实现时序逻辑电路

1. 实战训练二：   训练课题：“顺序执行状态机设计实验”    实验要点：    1.1  Quartus II软件操作    1.2  组合逻辑电路设计实现    1.3  IF语句和CASE语句的使用2. 实战训练三：   训练课题：“跑马灯设计实现”    实验要点：    2.1  Quartus II软件操作    2.2  时序逻辑电路设计实现    2.3  分频原理和实现方法3. 实战训练四：   训练课题：“７段数码管测试实验-以动态扫描方式在８位数码管“同时”显示０-７”   实验要点：    3.1  Quartus II软件操作    3.2  了解如何按一定的频率轮流向各个数码管的COM端送出低电平，同时送出对应的数据给各段。    3.3  介绍多个数码管动态显示的方法。

第三阶段

    虽然利用第二阶段课程学到的HDL基本语法可以完成大部分的FPGA功能，但相对复杂的FPGA系统设计中，如果能够合理的应用Verilog HDL的高级语法结构，可以达到事半功倍的效果。通过第三天课程的学习，学员可以掌握任务（TASK），函数（FUNCTION）和有限状态机（FSM）的设计方法，可以更好的掌握FPGA的设计技术。此外，本节课程还介绍了QuartusII软件的两个常用的高级工具－SignalTAP，可以提高FPGA设计和调试的效率。

1. TASK和FUNCTION语句的应用场合2. Verilog HDL高级语法结构－任务（TASK）3. Verilog HDL高级语法结构－任务（FUNCTION） 4. 有限状态机(FSM)的设计原理及其代码风格5. 逻辑综合的原则以及可综合的代码设计风格6. SignalTap II在线逻辑分析仪使用方法 7. FPGA编程思想梳理和升华    7.1  状态机的使用技巧（嵌套，相互调用，顺序执行）    1.2  标志的编程思想    1.3  并发编程思想（提高代码执行效率的方法，Always协调和通信）    1.4  分频的技巧

1. 实战训练五：   训练课题：“典型状态机设计实例”   实验要点：    1.1  FSM设计方法    1.2  状态机的编码（Binary、gray-code、one-hot等）    1.3  状态机的初始化状态和默认状态（完整状态机设计）    1.4  状态机的状态定义风格    1.5  状态机的编写风格2. 实战训练六：   训练课题：“拨码开关设计实验”   实验要点：    2.1  Quartus II输入方式    2.2  SignalTap II在线调试    2.3 了解拨码开关的工作原理及电路设计3. 实战训练七：   训练课题：“矩阵键盘设计实验”   实验要点：    3.1  Quartus II原理图输入方式    3.2 了解矩阵键盘的工作原理及电路设计

4. 实战训练八：SignalTap II逻辑分析仪实验    4.1  SignalTap II逻辑分析仪分析流程    4.2  SignalTap II逻辑分析仪使用技巧第四阶段

    随着FPGA芯片的性能和密度不断提高, 基于FPGA的SOPC系统正在逐渐成熟并且在很多领域得到了应用。第四阶段课程主要给学员介绍Altera公司基于NIOSII软核的SoPC系统设计流程和方法。通过硬件开发板上的SoPC系统设计实验，学员能够体会SoPC技术给系统设计带来的灵活性。较后通过FPGA综合设计实验，学员完成对四天学习内容的回顾和总结。

1. 基于FPGA系统组成原理和典型方案2. Altera公司的解决方案3. FPGA的编程思想的总结 4. FPGA硬件开发的思路 5. FPGA调试方法6. SOPC 开发思路和技巧7. NIOS开发流程和技巧 8. SOPC Build CPU软核的搭建9. NIOS+SOPC Builder+Quartus的联合使用案例

1. 实战训练九：   训练课题：“NIOS+SOPC Builder+Quartus的联合使用”   实验要点：    1.1  SOPC调试方法    1.2  SOPC软件开发流程    1.3  NIOS+SOPC Builder+Quartus的联合开发实验

2. 实战训练十：   训练课题：“SOPC 软核综合设计实验”   训练内容： 针对一个综合性实验题目，学员独立完成需求分析，结构设计，代码设计，仿真验证和程序下载固化。   实验要点：    2.1  复杂软核的构建    2.2  复杂软核的Nios编程    2.3  软核组织和裁剪第五阶段

    1.实战训练十一：   训练课题：“数码管进位与刷新综合设计实验”

    步骤一、详细一个铺垫性实验，通过它讲解数码管各种进位的方法，与进位代码的编写，其中注意：a.数码管整体刷新和数码管动态扫描显示的区别和联系，怎样编写代码b.编程中注意FPGA的精髓：并行运行c.注意在传递数据的过程中，采用什么方法比较好步骤二、学员自己编写一个数字时钟程序a.训练学员举一反三的能力b.注意一些特殊用法步骤三、总结学员的出错原因，给出解决方法 

    2.实战训练十二：

训练课题：“蜂鸣器怎样演奏音乐，怎样演奏梁祝的曲子” 

    步骤一、详细一个铺垫性实验，通过它讲解怎样通过分频来实现音阶和音调，其中注意：a.状态机的高级用法b.怎样分频c.注意在传递数据的过程中，采用什么方法比较好    步骤二、学员自己编写一个数字时钟程序a.训练学员举一反三的能力b.注意一些特殊用法    步骤三、总结学员的出错原因，给出解决方法 

    3.实战训练十三： 训练课题：LCD液晶控制实验

    1. 内容的回顾与难点消化，解疑答惑    2.编程中举一反三和融汇贯通训练    3.  FPGA的程序固化方法

    3.实战训练十四： 

训练课题：TRAFFIC实验    1. 内容的回顾与难点消化，解疑答惑    2.编程中举一反三和融汇贯通训练    3.  FPGA的程序固化方法

    3.实战训练十五： 训练课题：串口开发实验

    1. 内容的回顾与难点消化，解疑答惑    2.编程中举一反三和融汇贯通训练    3.  FPGA的程序固化方法

第六阶段 Modelsim 仿真1、Testbench 编写

2、Modelsim环境

3、Modelsim仿真流程

4、Modlesim仿真工程和软件使用。

5、Modelsim案例

6、Modelsim仿真实战训练

第七阶段知识详解：    1.字符型液晶显示原理    2.图形液晶显示原理    3.液晶显示原理详解     4.I2C协议原理与编程1. 实战训练十六：   训练课题：1602字符型液晶显示实验   训练内容： 通过实验充分理解字符型液晶的显示原理，是怎样通过代码体现的，针对一个综合性实验题目，学员独立完成需求分析，结构设计，代码设计，仿真。

2. 实战训练十七：   训练课题：“128x64图形液晶显示实验”   训练内容： 通过实验充分理解字图形液晶的显示原理，是怎样通过代码体现的针对一个综合性实验题目，学员独立完成需求分析，结构设计，代码设计，仿真。 

３. 实战训练十八：训练课题：“I2C读写EEPROM实验”   训练内容： 通过实验充分理解I2C协议原理，用I2C协议实现对EEPROM的读写操作，演示是怎样通过代码体现的针对一个综合性实验题目，学员独立完成需求分析，结构设计，代码设计，仿真。