数字逻辑系统教案1

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1、数字逻辑系统教案1 - 课程介绍： ?先修课程： 数字电子技术-学习了数字电路的根本设计方法。 ?本课程： 数字逻辑系统设计-面向实际工程应用，紧跟技术开展，掌握数字系统新的设计方法。主要学习可编程逻辑器件原理、VHDL硬件描绘语言根底、QUARTUSII工具使用。 ?后续课程： 1、数字信号处理-应用的一个方面，由FPGA代替DSP来实现算法，进步系统的速度。 2、SOPC技术-SOPC Builder 的NIOS嵌入式系统软硬件设计技术 ?课程宗旨: 1、更新数字电路的设计观念，建立用PLD器件取代传统TTL器件设计数字电路的思想 2、更新数字系统设计手段，学会使用硬件描绘语言Hardwa

2、re 2、Description Language代替传统的数字电路设计方法来设计数字系统。 器件为什么可以编程？ 理解大规模可编程逻辑器件的构造及工作原理第2章内容 怎样对器件编程？ 1、熟悉一种EDA软件的使用方法工具以Altera公司的QUARTUSII为例 2、掌握一种硬件描绘语言方法，以设计软件的方式来设计硬件重点以VHDL语言为例 教学安排： 总学时数：78 学时 理论课时：54 学时 实验课时：24 学时 分数：5 学分 考核方式： 1、成绩20%：考勤、课堂纪律、答复下列问题、作业 2、成绩20%：实验操作、实验报告 3、笔试60%：闭卷考试 选用教材： EDA技术与VHDL第

3、2版潘松、黄继业编著，清华大学出版社 参考教材： 1、VHDL程序设计教程第3版，曾繁泰，清华大学出版社 2、VHDL硬件描绘语言与数字逻辑电路设计，侯伯亨、顾新，西安电子科技大学出版社 3、FPGA/VHDL快速工程理论入门与进步，杨恒、卢飞成，北京航空航天大学出版社 4、集成电路/计算机硬件描绘语言VHDL高级教程，刘明业，清华大学出版社 5、用VHDL设计电子线路，边计年、薛宏熙译，清华大学出版社 本书重点： 1、章 PLD硬件特性与编程技术 2、第3章 VHDL根底 3、第4章 Quartus II 使用方法 4、第7章 VHDL语句 5、第8章 VHDL构造 本书难点： 1、第2章

4、PLD硬件特性与编程技术 2、第5章 VHDL状态机 3、第6章 16位CISC CPU设计 4、第9、10章 DSP Builder设计 数字电子技术回忆 布尔函数数字系统数学根底卡诺图 数字电路设计的根本方法：提问 1、组合电路设计：问题逻辑关系真值表化简逻辑图 2、时序电路设计： 列出原始状态转移图和表状态优化状态分配触发器选型求解方程式逻辑图 3、使用中、小规模器件设计电路74、54系列 编码器74LS148、译码器74LS154、比拟器74LS85 计数器74LS193、移位存放器74LS194-? 设计方法的局限提问 1、卡诺图只适用于输入比拟少的函数的化简。 2、采用“搭积木”的

5、方法的方法进展设计。必须熟悉各种中小规模芯片的使用方法，从中挑选最适宜的器件，缺乏灵敏性。 3、设计系统所需要的芯片种类多，且数量很大。 电路集成度不断进步： SSI MSI LSI VLSI 设计方法的开展： 自下而上自上而下 概述 1.1 电子设计自动化技术及其开展 EDA技术是在电子CAD技术根底上开展起来的计算机软件系统，是指以计算机为工作平台，交融了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果，进展电子产品的自动设计。现代电子设计技术的核心已日趋转向基于计算机的电子设计自动化技术，即EDA(Electronic Design Automation) 技术。 EDA技术开展

6、三个阶段： 1、70年代：集成电路为MOS工艺，人们利用计算机取代手工劳动进展集成电路幅员编辑，PCB布局布线工作。 2、80年代：集成电路为CMOS工艺，80年代末出现了FPGA，CAD技术应用更为广泛，HDL的出现为EDA解决的电路建模、仿真测试等奠定了根底。 3、90年代：HDL的标准化，集成电路设计工艺到达深亚微米，百万门大规模PLD面世，大规模ASIC技术的应用，促进了EDA技术的形成。 EDA的理解与认识 1、EDA技术不是某一学科的分支，或某种新的技能技术，它是一门综合性学科； 2、EDA技术交融多学科于一体，又浸透于各学科中，打破了软件和硬件的壁垒； 3、EDA技术代表了电子设

7、计技术和应用技术的开展方向； 4、EDA是微电子技术和现代电子技术的结合。 5、EDA技术的开展趋势：超大规模集成电路的集成度和工艺程度不断进步；高性能的EDA工具得到长足的开展自动化和智能化程度不断进步；计算机硬件平台性能大幅度进步，为复杂的SoC设计提供了物理根底。 1.2 电子设计自动化应用对象 一、利用EDA技术进展电子系统设计，最后的实现的目的 1、全定制或半定制ASIC 2、FPGA/CPLD或称可编程ASIC开发应用 3、PCB印制电路板 二、作为EDA技术最终实现目的的ASIC，可以通过三种途径来完成 1、超大规模可编程逻辑器件 2、半定制或全定制ASIC 3、混合ASIC 1

8、.3 VHDL 英文全名是VHSIC(Very High Speed Integrated Circuit)Hardware Description Language。 如今公布的最新VHDL标准版本是IEEE 1076-2023 1.4 EDA的优势 1可以大大降低设计本钱，缩短设计周期。 2库都是EDA公司与半导体消费厂商合作、共同开发。 3极大地简化设计文档的管理。 4极大地进步了大规模系统电子设计的自动化程度。 5设计者拥有完全的自主权，再无受制于人之虞 6良好的可移植与可测试性，为系统开发提供可靠的保证。 7能将所有设计环节纳入统一的自顶向下的设计方案中。 8在系统板设计完毕后仍可利

9、用计算机对硬件系统进展完好的测试。 1.5 面向FPGA的开发流程 一、设计输入 1、图形输入 2、硬件描绘语言文本输入 二、综合 三、布线布局适配 四、仿真 五、下载和硬件测试 1.6 Quartus II概述 1.7 IP 核 1、软IP-用VHDL等硬件描绘语言描绘的功能块，但是并不涉及用什么详细电路元件实现这些功能。 2、固IP-完成了综合的功能块。 3、硬IP-供设计的最终阶段产品-掩膜。 4、IP Core：经过预选设计、预先验证，符合产业界普遍认同的设计标准核设计标准，具有相对独立功能电路模块或子系统，可以复用于SOC、SOPC或ASIC中； 5、软IP Core如Nios、Mi

10、croBlaze和硬IP Core如ARM 、MIPS齐头并进； 6、IP资复用(IP Reuse)是指在集成电路设计过程中，通过继承、共享或购置所需的局部或全部智力产权内核(IP Core)，进展设计、综合和验证，从而加速流片设计过程的设计方法； 7、IP Core是一种商品，SOPC的技术核心：是可编程逻辑器件设计工程师价值表达的主要途径。 8、IP Core表现形式： HDL语言、原理图、网表 9、IP Core分类：微处理器IP Core 8/16/32/64位，如MicroBlaze、Nois、8051 、处理器外设IP Core SDRAM 控制器、LCD 控制器、总线控制器等、 DSP算法IP Core FIR滤波器、DES加密、音视频编码和解码等、通信控制器IP Core MAC、Gbit收发器、CAM、协议转换等 1.8 EDA技术的开展趋势 1、超大规模集成电路的集成度和工艺程度不断进步，在一个芯片上完成的系统级的集成已成为可能。 2、可编程逻辑器件开场进入传统的ASIC市场。 3、市场对系统的集成度不断提出更高的要求，促使EDA工具和IP核应用更为广泛。 4、高性能的EDA工具得到长足的开展，为嵌入式系统设计提供了功能强大的开发环境。 第 8 页 共 8 页