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FPGA 课 程 论 文 学 院：电气学院 专业班级： 姓 名： 学 号： 指导老师：李辉 日期：2015年12月13日 目 录 摘要 二、概念 2.1 什么是FPGA 2.2 工作原理 2.3 芯片结构 2.4 配置模式 三、FPGA的设计语言介绍 3.1 VHDL语言介绍 3.2 Verilog语言介绍 四、交通灯的Verilog语言程序 4.1 设计背景 4.2 Verilog程序 4.3 C语言程序 五、学习体会 六、参考文献 FPGA结课论文 一、摘要 现在，随着系统级FPGA以及系统芯片的出现，软硬件协调设计和系统设计变得越来越重要。传统意义上的硬件设计越来越倾向于与系统设计和软件设计结合。硬件描述语言为适应新的情况，得到迅速发展，出现了很多新的硬件描述语言，像Superlog、SystemC、CynlibC++等。 本次设计是基于FPGA/CPLD数控脉冲宽度调制信号发生器实现，该系统主要模块有：时钟产生电路模块、JTAG编程连接模块、电源电路模块，通过连线将各个模块进行连接成最小系统，系统精简，实现方便且功能强大，比起传统的信号发生器有着比较明显的优势。 本设计立足系统可靠性及稳定性等高技术要求，采用FPGA芯片实现数控脉冲宽度调制信号发生器的FPGA/CPLD设计，其电路设计比较简单，外围电路少，易于控制和检查，较传统的分离元件实现方式有着明显的优势，尤其是其设计电路实现周期，其抗干扰及调试过程都很简单。 概念 2.1什么是FPGA? FPGA是英文Field?Programmable?Gate?Array的缩写，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。????? FPGA采用了逻辑单元阵列LCA（Logic?Cell?Array）这样一个新概念，内部包括可配置逻辑模块CLB（Configurable?Logic?Block）、输出输入模块IOB（Input?Output?Block）和内部连线（Interconnect）三个部分。FPGA的基本特点主要有： 采用FPGA设计ASIC电路，用户不需要投片生产，就能得到合用的芯片。 FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。 FPGA内部有丰富的触发器和I／O引脚。 FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。 5）FPGA采用高速CHMOS工艺，功耗低，可以与CMOS、TTL电平兼容。可以说，FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。 2.2工作原理 FPGA采用了逻辑单元阵列LCA（Logic?Cell?Array）这样一个概念，内部包括可配置逻辑模块CLB（Configurable?Logic?Block）、输出输入模块IOB（Input?Output?Block）和内部连线（Interconnect）三个部分。?现场可编程门阵列（FPGA）是可编程器件，与传统逻辑电路和门阵列（如PAL，GAL及CPLD器件）相比，FPGA具有不同的结构。FPGA利用小型查找表（16×1RAM）来实现组合逻辑，每个查找表连接到一个D触发器的输入端，触发器再来驱动其他逻辑电路或驱动I/O，由此构成了既可实现组合逻辑功能又可实现时序逻辑功能的基本逻辑单元模块，这些模块间利用金属连线互相连接或连接到I/O模块。FPGA的逻辑是通过向内部静态存储单元加载编程数据来实现的，存储在存储器单元中的值决定了逻辑单元的逻辑功能以及各模块之间或模块与I/O间的联接方式，并最终决定了FPGA所能实现的功能，FPGA允许无限次的编程。 2.3芯片结构 主流的FPGA仍是基于查找表技术的，已经远远超出了先前版本的基本性能，并且整合了常用功能（如RAM、时钟管理和DSP）的硬核（ASIC型）模块。FP芯片主要由7部分完成，分别为：可编程输入输出单元、基本可编程逻辑元、完整的时钟管理、嵌入块式RAM、丰富的布线资源、内嵌的底层功能单元和内嵌用硬件模块。 每个模块的功能如下：? ?编程输入输出单元（IOB）? 可编程输入/输出单元简称I/O单元，是芯片与外界电路的接口部分，完成不同电气特性下对输入/输出信号的驱动与匹配要求。FPGA内的I/O按组分类，每组都能够独立地支持不同的I/O标准。通过软件的灵活配置，可适配不同的电气标准与I/O物理特性，可以调整驱