《FPGA-CPLD原理及应用》实验指导书V2.0.pdf

FPGA/CPLD原理及应用 实验指导书 第2版 编写:张守祥 信息与电子工程学院 2015.07 前言 实验教学是培养学生实践动手能力和创新精神的重要途径，是高等教育教学体系的重要组成部分， 改革的重点是提高教学质量，注重创新人才的培养。作为未来电子系统设计新领域的SoPC技术已经成为 了国际新技术的热点，具有广阔的应用前景。目前国内很多高校都已开设了单片机、EDA技术等课程， 而新兴的“SoPC技术应用”、“嵌入式系统设计”、“可重用设计”、“集成电路设计”等与实际应用密切相关 的课程已成为众多高校重点发展的方向。面对层出不穷的EDA新技术以及数字系统设计方法的变革，适 应社会对电子信息技术人才的需求，必须加大实践教学的力度，给学生创造实践动手的环境，只有这 样，才能不断激发学生的主动性、积极性和创造性，才能在实际中培养学生的创新意识和协作精神，使 学生有真正施展自己才华的空间。为此针对DE2-115系统开发板，编写了符合电子类教学大纲要求的实验 教材。 FPGA实验系统为学生提供一个良好的创新环境和实验基地，可以完成PLD、EDA、NiosII嵌入式系 统等方面的实验与项目开发。并针对多媒体开发板的特点，结合电子类本科教学大纲，设计开发不同层 次的实验项目，如基础型的单元实验、综合性和设计性实验和基于NiosII模块库实验等。完成由基础实验 上升到设计提高性实验，从而发展到综合应用以及多层次、连贯性、综合性的实验体系。 1.基础型的单元实验 根据DE2实验板的特点，以及电子类专业的培养方案，开发相应的实验教材，逐步地引导并解释如何 在开发板上使用Altera 的QuartusII软件。提供的实验项目涵括了数字逻辑课程的重要概念，目的是引导 学生提高新工具的使用、调试和分析能力而设计的，促使学生能创造及测试出小的电路，进而利用这些 经实验测试成功的设计，发展出更大更有趣的计划。引入了先进的计算机辅助设计工具，学生利用硬件 描述语言、基于FPGA开发系统进行数字系统设计，提高了学生进行电路设计的能力。在完成简单电路的 基础上，让学生尝试设计一些较复杂的电路:交通灯控制器，数字钟的设计等，由学生自行编写代码，在 QuartusII上完成软件仿真，并在DE2上用硬件来验证实验的正确性。 2.综合设计型实验 这类实验的特点，可以是不同方法的综合，如采用Matlab和VHDL 两种方法相结合的实验。不同的 设计思路相结合，以流水线设计和非流水线设计为例。还可以是不同课程的融合，比如学生不但对DSP Builder有了初步认识，而且对Matlab软件及C语言如何与SoPC 系统结合使用有了一定的了解。 3.基于Nios Ⅱ实验模块库 Nios Ⅱ处理器是用户可配置的通用RISC处理器，它是一个非常灵活和强大的处理器。由于基于Nios Ⅱ系统设计的灵活性和易用性，且可供实现设计的资源丰富，因此利用此平台可以开发出很多适合电子 类本科学生学习和设计的课题题目。 这些实验中有的做仿真就可以，有的需要在实际系统上进行。 第1章介绍了实验系统及系统设置; 第2章介绍了以电路原理图输入方式完成的一些电路功能; 第3章是VHDL语言类常用实例代码，介绍了使用硬件描述语言实现一些基本的电路功能，是实验项 目的基础代码; 第4章是基础实验，列出了基于DE2-115平台的VHDL编码基础类实验项目; 第5章是基于SoPC的扩展实验，适合FPGA的高级应用。 目录 第1章 实验系统介绍及设置1 1.1 DE2-115介绍1 1.2 QuartusII及USB-Blaster驱动安装3 1.3 DE2-115 引脚分配一般性指导9 第2章 原理图输入实验项目10 实验2.1模 100同步计数器10 实验2.2锁存器7437316