課程(名稱.編號)簡索

領導藝術.綜合管理        人力資源.企業培訓        職務能力培訓系統班        銷售實戰.市場行銷        職場技能.個人成長        Office白領辦公達人        財經金融.投資理財        語言學習.出國留學        中國大陸證照培訓        資格考試.考証培訓        文化.生活.興趣.保健        生產管理.採購物流        移動開發        前端開發        後端開發        數據庫.服務器        網頁平面設計        雲計算.大數據        網絡營銷推廣        自然學科        工程技術學科

經濟管理學科

醫.藥.農.林學科

法律 學科

計算機工程學科

哲學.歷史學科

文學.藝術學科

教育社會學科

外語 學科

醫藥農林        哲學歷史        文學藝術        工程技術        基礎科學        經管法學

    以目前流行的Xilinx7系列FPGA的開發為主線，全面講解FPGA的原理及電路設計、VerilogHDL語言及VIVADO，從組合、時序邏輯的開發開始深入到FPGA的基礎應用、綜合應用和進階應用。課程目標為培養合格的硬件開發工程師。服務團隊為電子科技大學數字邏輯課程組和電子實驗中心。

課程概述

（1）課程簡介

本課程以目前流行的Xilinx 7系列FPGA的開發為主線，全面講解FPGA的原理及電路設計、Verilog HDL語言及VIVADO的應用，並循序漸進地從組合邏輯、時序邏輯的開發開始，深入到FPGA的基礎應用、綜合應用和進階應用。

課程緊密結合數字電路課程，對數字電路的實現進行驗證，並提供了數字設計開發的平台。課程的Verilog HDL語言部分和C語言比較類似，因此可以借用C語言的一些知識來快速學習Verilog HDL，但硬件設計和軟件是不同的，對其區別性在本課程中會重點強調。

本課程具有理論和實踐緊密結合的特點，在內容的設計上既重視基礎理論知識的認知過程，又通過由易到難的19個實踐逐步提高理論知識及培養開發能力。通過這門課程的學習，可以達到的FPGA開發初級水平。

配套MOOC課程，電子科技大學「數字邏輯設計及應用」，負責人姜書艷。本課程和該課程可同步學習或在該課程之後學習。


（2）課程的4條主要線索：

第一條線索是工程， 19個由易到難循序漸進的工程實例分散在第三章開始到第七章。例如最簡單的工程是多數表決器，就是第三章組合邏輯設計實踐的第一個工程，非常適合入門，通過這個工程掌握開發的各個步驟，鞏固HDL語言，因此是「我的第一個工程」。最後一章的工程是實現多通道電壓表和簡單的示波器，就需要大量的邏輯處理，調用前面工程實現的模塊和IP，最後為了調試加入的VIVADO內置邏輯分析儀解決調試方面的問題，難度與一般的工程應用接軌。

第二條線索是工程Verilog HDL的學習。在第二章是關於Verilog HDL的基礎內容，雖然精簡但是包含了所有核心的內容。讀者完全通過只學習本課程中Verilog HDL部分就能完成所有的基礎的FPGA設計開發。對於在工作中遇到需要特殊解決的問題，可以通過百度等手段查找資料或參考其他書籍和文獻。

第三條線索就是VIVADO的開發，包括了VIVADO安裝、工程和文件的組織、綜合實現及下載、管腳約束、仿真、電路查看、IP核的使用和設計、VIVADO下XADC及BRAM的開發、內置邏輯分析儀的使用等等。VIVADO的開發單先簡單在第二章的最後部分描述，然後在後續章節的實踐中進行的應用，逐步掌握VIVADO。

第四條線索是數字電路的應用，因此第三章是組合邏輯設計，第四章是時序邏輯的設計。我認為數字電路是學習FPGA的基礎，而通過FPGA實踐能夠真正掌握數字電路。

（3）課程章節內容：

第一章是FPGA的原理和電路設計，因此後續的開發需要知道管腳的分配，所以將電路設計放在最前面。

第二章是Verilog HDL以及VIVADO的簡介。

第三章是組合邏輯設計，包含了「我的第一個工程」--多數表決器。

第四章是時序邏輯，通過第四章的學習後，學生如果認真實踐，對數電的理解和掌握會加強，對FPGA的開發也有點熟練了。

第五章是實踐部分。實現流水燈、數碼管動態顯示、VGA顯示工程、行列按鍵識別及消抖、電子秒錶等，進一步提高開發和應用能力。



授課目標

1.掌握最新FPGA基本原理和電路設計，應用和鞏固數字電路知識，學會並熟練使用VerilogHDL硬件描述語言，掌握在VIVADO環境下使用VerilogHDL進行Xilinx FPGA開發的方法，通過一系列的從簡單到有一定難度的實驗培養FPGA開發能力及綜合工程實踐能力。
2.培養合格的硬件開發工程師。
3.通過翻轉課堂，培養溝通和團隊合作能力。




課程大綱


第1章 FPGA的原理和電路設計

掌握FPGA的基本原理，掌握FPGA的基本電路設計，理解實驗板基本原理和結構，為以後的設計打下基礎。

課時
1.1　FPGA基礎及7系列FPGA基本原理
1.2　FPGA電路設計

第01講 1.1.0 課程簡介 → 00:05:58
第02講 1.1.1 FPGA概述 → 00:09:29
第03講 1.1.2 FPGA基本邏輯結構 → 00:10:39
第04講 1.1.3 7系列FPGACLB → 00:08:54
第05講 1.1.4 7系列FPGA的IOB → 00:06:05
第06講 1.1.5 7系列FPGA及7a35tftg256-1特性 → 00:05:17
第07講 1.2.1 FPGA電路設計 → 00:12:07

第2章 Verilog HDL語言與VIVADO

掌握Verilog HDL語言的基本編程，初步熟悉FPGA設計開發工具VIVADO

課時
2.1 Verilog HDL基本結構
2.2 數據類型及變量、常量
2.3運算符
2.4 語句
2.5 VIVADO初步

第08講 2.1.1 VerilogHDL基本結構 → 00:09:47
第09講 2.2.1 數據類型及變量、常量 → 00:11:48
第10講 2.3.1 運算符 → 00:10:21
第11講 2.4.1 語句 - 賦值語句、結構說明語句、阻塞與非阻塞 → 00:06:38
第12講 2.4.2 語句 - 條件語句 → 00:05:03
第13講 2.4.3 語句 - 循環語句. → 00:08:26
第14講 2.5.1 VIVADO初步 → 00:07:33


第3章 組合邏輯電路與VIVADO進階

掌握基本組合邏輯電路在FPGA下的開發設計方法，使用FPGA實現簡單的組合邏輯電路，學習設計和使用IP核。提升HDL應用能力及熟練使用VIVADO。

課時
3.1 我的第一個工程——多數表決器
3.2 3-8譯碼器設計和IP核
3.3 調用IP核實現多數表決器

第15講 3.1.1我的第一個工程多數表決器 - 分析和邏輯實現、工程創建和設置、代碼編寫及RTL分析 → 00:13:03
第16講 3.1.2 我的第一個工程多數表決器 - 仿真及模塊調用講解 → 00:14:09
第17講 3.1.3 我的第一個工程多數表決器 - 綜合、實現、比特流生成及調試下載測試 → 00:13:19
第18講 3.2.1 3-8譯碼器設計和IP核 - 3.2.1設計和譯碼器138代碼實現及仿真 → 00:14:09
第19講 3.2.2 3-8譯碼器設計和IP核 - 3.2.2譯碼器工程硬件測試和IP核生成 → 00:04:36
第20講 3.3.1 調用IP核實現多數表決器 - 3.3調用IP核實現多數表決器 → 00:10:09


第4章 時序邏輯電路FPGA實現

進一步，使用FPGA實現基本的時序邏輯電路，進一步提升HDL應用能力及熟練使用VIVADO。

課時
4.1時鐘同步狀態機的設計
4.2　同步計數器74x163的實現
4.3　移位寄存器的實現和應用

第21講 4.1.1 時鐘同步狀態機的設計 - 時鐘同步狀態機及其設計流程 → 00:06:38
第22講 4.1.2 時鐘同步狀態機的設計 - 時鐘同步狀態機設計法實現11001序列發生器FPGA實現及仿真 → 00:11:45
第23講 4.2.1 同步計數器74x163的實現 → 00:16:14
第24講 4.3.1 移位寄存器的實現和應用 - 移位寄存器194的設計與實現 → 00:12:41
第25講 4.3.2 移位寄存器的實現和應用 - 使用移位寄存器194實現11001序列發生器 → 00:10:01


第5章 FPGA實踐

進入實踐環節，通過典型的實踐進一步加強FPGA開發能力，提升工程設計能力。

課時
5.1 流水燈實踐
5.2 數碼管動態顯示實踐
5.3 VGA顯示實踐
5.4 行列鍵盤實踐

第26講 5.1.1 流水燈實踐 - 流水燈的關鍵設計 → 00:05:40
第27講 5.1.2 流水燈實踐 - 流水燈工程實現與測試 → 00:08:25
第28講 5.2.1 數碼管動態顯示實踐 - 數碼管動態顯示1 → 00:06:30
第29講 5.2.2 數碼管動態顯示實踐 - 數碼管動態顯示2 → 00:07:01
第30講 5.2.3 數碼管動態顯示實踐 - 數碼管動態顯示3 → 00:05:05
第31講 5.3.1 VGA顯示實踐 - VGA1 → 00:05:41
第32講 5.3.2 VGA顯示實踐 - VGA2 → 00:08:01
第33講 5.3.3 VGA顯示實踐 - VGA3 → 00:04:22
第34講 5.3.4 VGA顯示實踐 - VGA4 → 00:10:18
第35講 5.4.1 行列鍵盤實踐 - 行列鍵盤1 → 00:09:17
第36講 5.4.2 行列鍵盤實踐 - 行列鍵盤2 → 00:07:28
第37講 5.4.3 行列鍵盤實踐 - 行列鍵盤3 → 00:10:49