《FPGA開發實用教程——基于Xilinx和VerilogHDL（微課版）》教學大綱課程信息課程名稱：FPGA開發實用教程——基于Xilinx和VerilogHDL（微課版）課程類別：素質選修課/專業基礎課課程性質：選修/必修計劃學時：64計劃學分：4先修課程：無選用教材：《FPGA開發實用教程——基于Xilinx和VerilogHDL（微課版）》，鐘世達、張沛昌、袁濤、張勝利主編，2023年，電子工業出版社教材。適用專業：本課程既可以作為高等院校相關課程的課程，也可作為FPGA系統設計及相關行業工程技術人員的參考課程。課程負責人：二、課程簡介該課程將每個實驗涉及的知識點匯總在“實驗原理”中，將FPGA集成開發環境、程序下載工具、仿真綜合工具等的使用方法穿插于各章節中。這樣，學生就可以通過本書和FPGA高級開發系統，秉承“勇于實踐+深入思考”的思想，輕松踏上學習FPGA之路，在實踐過程中逐漸掌握各種知識和技能。三、課程教學要求序號專業畢業要求課程教學要求關聯程度1工程知識本課程是一個介紹XilinxSpartan-6系列FPGA設計的教程，以FPGA高級開發系統為平臺，安排了12個實驗，所有實驗均詳細介紹了實驗內容、實驗原理，并且都有詳細的實驗步驟和源代碼，以確保讀者能夠順利完成實驗。L2問題分析要想成為一名優秀的FPGA系統設計工程師，還需要進一步掌握軟硬件聯合調試的技能，具備模塊化設計思想，能夠從宏觀角度進行系統架構設計，并靈活地將各種技術規范融入設計中。H3設計/開發解決方案課程所有實驗均基于模塊化設計，以便于將模塊應用在不同的項目和產品中。H4研究L5使用現代工具L6工程與社會學生能夠意識到FPGA開發實用的重要性，不僅要有良好的思想道德素質、科學文化素質、專業技能和健康的身體，而且要有良好的心理素質，勇于承擔責任，能夠承受失敗與挫折等。L7環境和可持續發展L8職業規范L9個人和團隊1.學會個人發展和團隊合作，提高個人和團隊的綜合素質。2.學會與他人合作和溝通，建立良好的人際關系和團隊合作氛圍。H10溝通1.學會進行有效的溝通和表達，與客戶、同事和上級保持良好的溝通和協作。2.學會進行跨文化溝通和合作，提高國際化視野和跨文化交流能力。M11項目管理L12終身學習1.學會進行自我學習和自我提升，不斷提高自身的專業水平和創新能力。2.學會進行終身學習和職業發展規劃，不斷拓展職業領域和發展空間。H注：“課程教學要求”欄中內容為針對該課程適用專業的專業畢業要求與相關教學要求的具體描述。“關聯程度”欄中字母表示二者關聯程度。關聯程度按高關聯、中關聯、低關聯三檔分別表示為“H”“M”或“L”。“課程教學要求”及“關聯程度”中的空白欄表示該課程與所對應的專業畢業要求條目不相關。四、課程教學內容章節名稱主要內容重難點關鍵詞學時類型1FPGA和開發環境FPGA基礎概念FPGA開發流程XC6SLX16芯片介紹FPGA開發工具的安裝和配置VerilogHDL語法基礎FPGA高級開發系統簡介了解FPGA、XC6SLX16芯片的概念；掌握FPGA開發流程；掌握FPGA開發工具的安裝和配置、VerilogHDL語法基礎。8理論+實操2分頻器實驗實驗內容分頻器LED電路原理圖時鐘分頻原理分頻器模塊內部電路圖實驗步驟理解分頻器的原理；掌握基于FPGA的分頻器設計方法；同時熟悉FPGA的開發環境及開發流程。5理論+實操3流水燈實驗實驗內容流水燈LED電路原理圖流水燈工作原理流水燈模塊內部電路圖實驗步驟掌握基于模塊化設計思想的分頻器應用及計數器設計的方法。3理論+實操4獨立按鍵去抖實驗實驗內容獨立按鍵電路原理圖按鍵去抖原理狀態機工作原理獨立按鍵去抖處理狀態機實驗步驟該模塊不僅包括分頻模塊，還包括按鍵去抖模塊，同時按鍵去抖模塊會涉及狀態機,本章將詳細介紹狀態機設計。5理論+實操5七段數碼管顯示實驗實驗內容七段數碼管七段數碼管顯示模塊電路原理圖七段數碼管顯示原理七段數碼管顯示實驗內部電路圖實驗步驟本實驗將詳細介紹七段數碼管顯示模塊，并通過一個七段數碼管顯示實驗，讓學生掌握七段數碼管顯示原理。3理論+實操6矩陣鍵盤掃描實驗實驗內容矩陣鍵盤掃描原理雙寄存器邊沿檢測電路矩陣鍵盤掃描實驗內部電路圖實驗步驟本章將通過一個矩陣鍵盤掃描實驗介紹矩陣鍵盤掃描原理，以及具有去抖功能的雙寄存器邊沿檢測電路。4理論+實操7OLED顯示實驗實驗內容OLED顯示模塊SSD1306的顯存SSD1306常用命令字模選項ASCI碼表與取模工具OLED顯示模塊顯示流程實驗步驟本實驗首先對OLED顯示原理及SSD1306芯片的工作原理進行詳細介紹，然后編寫SSD1963芯片控制OLED模塊的驅動程序，最終驗證OLED驅動程序是否能夠正常工作。6理論+實操8串口通信實驗實驗內容UART電路原理圖UART通信協議串口通信實驗狀態機串口通信實驗內部電路圖實驗步驟本章將詳細介紹串口UART的通信原理及硬件電路設計,并使用VerilogHDL實現串口的發送、接收設計，達到在FPGA高級開發系統與PC端之間進行通信的目的。4理論+實操9讀寫外部EEPROM實驗實驗內容EEPROM電路原理圖I2C協議I2C器件地址AT24C02芯片AT24C02芯片及其讀寫時序讀寫外部EEPROM實驗狀態機讀寫外部EEPROM實驗內部電路圖實驗步驟本章將詳細介紹I2C協議，要求熟悉rC器件之間的通信過程，綜合獨立按鍵去抖實驗和串口通信實驗，使用VerilogHDL實現串口對EEPROM存儲器的讀寫功能。6理論+實操10讀寫外部Flash實驗實驗內容SPIFlash電路原理圖SPI協議W25Q128芯片SPI通信模式讀寫外部Flash實驗狀態機讀寫外部Flash實驗內部電路圖實驗步驟本章將通過學習SPI通信設計，完成FPGA對外部Flash的讀寫實驗。5理論+實操11SHT20溫/濕度測量實驗實驗內容SHT20溫疆度電路原理圖SHT20傳感器SHT20傳感器通信SHT20信號轉換SHT20溫濕度測量實驗內部電路圖實驗步驟本章基于FPGA高級開發系統設計一個SHT20溫/濕度測量實驗,通過學習SHT20溫/濕度傳感器通信和信號轉換原理，結合七段數碼管實驗，將采集到的溫度值和濕度值顯示在七段數碼管上。5理論+實操12DAC實驗實驗內容A/D轉換及D/A轉換電路原理圖AD9708芯片PCT通信協議DAC實驗內部電路圖實驗步驟本章將介紹如何使用FPGA驅動DAC芯片，在FPGA高級開發系統上實現數/模轉換功能。6理論+實操13ADC實驗實驗內容A/D轉換及D/A轉換電路原理圖AD9280芯片ADC實驗內部電路圖實驗步驟本章通過學習ADC,結合串口通信實驗，實現FPGA輸出8位的正弦波數據，使得DAC模塊輸出一個正弦波信號。這個正弦波信號通過跳線帽，將DAC模塊的輸出和ADC模塊的輸入連接起來。然后使用信號采集工具，通過串口讀取ADC的數據輸出，在PC端中的信號采集工具中顯示正弦波。4理論+實操五、考核要求及成績評定序號成績類別考核方式考核要求權重（%）備注1期末成績期末考試考試50百分制，60分為及格2平時成績課后作業13次40優、良、中、及格、不及格3平時表現出勤情況10兩次未參加課程則無法獲得學分注：此表中內容為該課程的全部考核方式及其相關信息。六、學生學習建議學習方法建議1.通過開展課堂討論、實踐活動，增強的團隊交流能力，學會如何與他人合作、溝通、協調等等。2.通過思考，加深自己的興趣，鞏固知識點。3.進行練習和實踐，提高自己的技能和應用能力，加深對知識的理解和記憶。學生課外閱讀參考資料《FPGA開發實用教程——基于Xilinx和VerilogHDL（微課版）》，鐘世達、張沛昌、袁濤、張勝利主編，2023年，電子工業出版社教材。七、課程改革與建設該課程將各種規范貫