长春工业大学工程训练课程教案.doc
《长春工业大学工程训练课程教案.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《长春工业大学工程训练课程教案.doc(20页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、1长春工业大学工程训练课程教案长春工业大学工程训练课程教案教师姓名赵世彧实训项目名称EDA 概述时间30 分地点工程训练中心 320 室讲讲授授内内容容一、教学目的及要求一、教学目的及要求1、了解 EDA 基本常识2、掌握 EDA 技术常用语3、了解 VHDL 语言的历史和现状二、教学重点:二、教学重点:1、EDA 的含义2、ASIC 特点3、CPLD 特点4、FPGA 特点5、VHDL 简介三、教学难点:三、教学难点:1、理解 EDA 的具体含义2、CPLD 和 FPGA 的主要区别四、教学内容:四、教学内容:1长春工业大学工程训练课程教案长春工业大学工程训练课程教案教师姓名赵世彧实训项目名
2、称EDA 概述时间30 分地点工程训练中心 320 室讲讲授授内内容容前言前言电工电子实习,主要目的是锻炼大家在比较短的时间内掌握新知识、新技能的能力。对于电、近电专业与非电专业、理工科与近文科的同学,起点基本上是一致的,区别仅在于今后的工作中接触这类知识机会的多少。对于非电专业,尤其是近文科专业的同学来说,电工电子实习是大家开阔视野、丰富阅历、增强创新意识的良机。在电工电子实习过程中,实习指导教师仅仅系统地讲授一些涉及到的知识,是否能取得良好成绩,基本上取决于各位同学自身综合素质的体现。只要同学们勤奋、认真地进行练习,在注意安全、遵守操作规程的前提下大胆实践,相信每位同学都将获得满意的成绩。
3、概述概述一、什么是一、什么是 EDAEDA(Electronic Design Automation),直译为电子设计自动化,是指利用计算机完成电子系统的设计。EDA 技术是以计算机和微电子技术为先导,汇集了计算机图形学、拓扑、逻辑学、微电子工艺与结构以及计算数学等多种计算机应用学科最新成果的先进技术。EDA 技术以计算机为工具,代替人完成数字系统的逻辑综合、布局布线和设计仿真等工作。设计人员只需要完成对系统功能的描述,就可以由计算机软件进行处理,得到设计结果,而且修改设计如同修改软件一样方便,可以极大地提高设计效率。二、二、ASIC、CPLD、FPGA 简介简介1.ASIC 简介ASIC(A
4、pplication Specific Integrated Circuit 特定用途集成电路)是专门为某一应用领域或某一专门用户需要而设计制造的 LSI(大规模集成电路)或 VLSI(超大规模集成电路),具有体积小、重量轻、功耗低、高性能、高可靠性和高保密性等优点。ASIC 分为模拟和数字两类。数字 ASIC 又包括全定制(Full custom design approach,即根据需要专门制造的)ASIC 和半定制(Semi-custom design approach,即在芯片上制作好一些具有通用性的单元元件和元件组的半成品硬件,用户使用时可进一步改动,从而实现用户希望得到的设计功能)
5、ASIC。2长春工业大学工程训练课程教案长春工业大学工程训练课程教案教师姓名赵世彧实训项目名称EDA 概述时间30 分地点工程训练中心 320 室讲讲授授内内容容全定制设计需要设计者完成所有电路的设计,因此需要大量人力物力,灵活性好但开发效率低下。如果设计较为理想,全定制能够比半定制的 ASIC 芯片运行速度更快。半定制使用库里的标准逻辑单元(Standard Cell),设计时可以从标准逻辑单元库中选择SSI(门电路)、MSI(如加法器、比较器等)、数据通路(如 ALU、存储器、总线等)、存储器甚至系统级模块(如乘法器、微控制器等)和 IP 核,这些逻辑单元已经布局完毕,而且设计得较为可靠,
6、设计者可以较方便地完成系统设计。现代 ASIC 常包含整个 32-bit 处理器,类似 ROM、RAM、EEPROM、Flash 存储单元和其他模块,这样的 ASIC 常被称为 SoC(片上系统)。2.CPLD 简介CPLD(Complex Programmable Logic Device,即复杂可编程逻辑器件),是 20 世纪 80 年代末 Lattice 公司提出了在线可编程(ISP,In System Programmability)技术以后,于 20 世纪90 年代初出现的,是 EPLD 的改进型器件。具有体积小、容量大、I/O 口线丰富、易于编程和加密,还具有支持 ISP 技术的特
7、点。CPLD 是从 PAL 和 GAL 器件发展出来的器件,规模大,结构复杂,属于大规模集成电路范围。是一种用户根据各自需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。其基本设计方法是借助集成开发软件平台,用原理图、硬件描述语言等方法,生成相应的目标文件,通过下载电缆(“在系统”编程)将代码传送到目标芯片中,实现设计的数字系统。CPLD 主要是由可编程逻辑宏单元(MC,Macro Cell)围绕中心的可编程互连矩阵单元组成。其中 MC 结构较复杂,并具有复杂的 I/O 单元互连结构,可由用户根据需要生成特定的电路结构,完成一定的功能。由于 CPLD 内部采用固定长度的金属线进行各逻辑块的互连,所以设计的
8、逻辑电路具有时间可预测性,避免了分段式互连结构时序不完全预测的缺点。3.FPGA 简介FPGA(Field Programmable Gate Array,即现场可编程门阵列器件),是 Xilinx 公司 1958年首家推出的,是一种新型的高密度 PLD,采用 CMOS-SRAM 工艺制作。FPGA 是 ASIC 的近亲,一般通过原理图、VHDL 对数字系统建模,运用 EDA 软件3长春工业大学工程训练课程教案长春工业大学工程训练课程教案教师姓名赵世彧实训项目名称EDA 概述时间30 分地点工程训练中心 320 室讲讲授授内内容容仿真、综合,生成基于一些标准库的网络表,配置到芯片即可使用。它与
9、 ASIC 的区别是用户不需要介入芯片的布局布线和工艺问题,而且可以随时改变其逻辑功能,使用灵活。在目前的电子设计中,常使用硬件描述语言(Verilog 或 VHDL)所完成的电路设计,可以经过简单的综合与布局,烧录至 FPGA 上进行测试。当测试完成后,再制作ASIC。4.CPLD 和 FPGA 的区别CPLD 和 FPGA 的主要区别是他们的系统结构。CPLD 是一个有点限制性的结构,这个结构由一个或者多个可编辑的结构之和的逻辑组列和一些相对少量的锁定的寄存器。这样的结构是缺乏编辑灵活性,但是却有可以预计的延迟时间和逻辑单元对连接单元高比率的优点。而 FPGA 却是有很多的连接单元,这样虽
10、然让它可以更加灵活的编辑,但是结构却复杂的多。CPLD 和 FPGA 另外一个区别是大多数的 FPGA 含有高层次的内置模块(比如加法器和乘法器)和内置的记忆体。一个因此有关的重要区别是很多新的 FPGA 支持完全的或者部分的系统内重新配置。允许他们的设计随着系统升级或者动态重新配置而改变。一些 FPGA 可以让设备的一部分重新编辑而其他部分继续正常运行。5.VHDL 简介VHDL 的英文全名是 Very-High-Speed Integrated Circuit HardwareDescription Lan-guage,诞生于 1982 年。1987 年底,VHDL 被 IEEE 和美国国
11、防部确认为标准硬件描述语言。自 IEEE 公布了 VHDL 的标准版本,IEEE-1076(简称 87 版)之后,各 EDA 公司相继推出了自己的 VHDL 设计环境,或宣布自己的设计工具可以和 VHDL 接口。此后 VHDL 在电子设计领域得到了广泛的接受,并逐步取代了原有的非标准的硬件描述语言。1993 年,IEEE 对 VHDL 进行了修订,从更高的抽象层次和系统描述能力上扩展VHDL 的内容,公布了新版本的 VHDL,即 IEEE 标准的 1076-1993 版本,(简称 93 版)。现在,VHDL 和 Verilog 作为 IEEE 的工业标准硬件描述语言,又得到众多 EDA 公司的
12、支持,在电子工程领域,已成为事实上的通用硬件描述语言。有专家认为,新的世纪中,4长春工业大学工程训练课程教案长春工业大学工程训练课程教案教师姓名赵世彧实训项目名称EDA 概述时间30 分地点工程训练中心 320 室讲讲授授内内容容VHDL 与 Verilog 语言将承担起大部分的数字系统设计任务。VHDL 主要用于描述数字系统的结构、行为、功能和接口。除了含有许多具有硬件特征的语句外,VHDL 的语言形式和描述风格与句法十分类似于一般的计算机高级语言。VHDL 的程序结构特点是将一项工程设计,或称设计实体(可以是一个元件,一个电路模块或一个系统)分成外部(或称可视部分,及端口)和内部(或称不可
13、视部分),既涉及实体的内部功能和算法完成部分。在对一个设计实体定义了外部界面后,一旦其内部开发完成后,其他的设计就可以直接调用这个实体。这种将设计实体分成内外部分的概念是 VHDL 系统设计的基本点。5长春工业大学工程训练课程教案长春工业大学工程训练课程教案教师姓名赵世彧实训项目名称EDA 软件入门时间90 分地点工程训练中心 320 室讲讲授授内内容容一、教学目的及要求一、教学目的及要求1、了解 EDA 软件的基本组成2、掌握 EDA 软件的基本操作3、掌握 EDA 设计的基本流程4、了解波形仿真的基本操作5、了解时序分析的基本操作二、教学重点:二、教学重点:1、EDA 软件基本组成2、ED
14、A 软件基本操作3、EDA 设计的基本流程三、教学难点:三、教学难点:1、EDA 软件的操作2、EDA 设计的基本流程3、波形仿真基本操作4、时序分析基本操作四、教学内容:四、教学内容:6长春工业大学工程训练课程教案长春工业大学工程训练课程教案教师姓名赵世彧实训项目名称EDA 软件入门时间90 分地点工程训练中心 320 室讲讲授授内内容容Max+Plus II 软件是本次实习需要重点掌握的软件,希望大家能认真学习、勤加练习。1.建立工作文件夹1.1 在电脑“桌面”上双击“我的电脑”图标,打开“我的电脑”。1.2 双击“E”盘,打开“E 盘”。1.3 单击鼠标右键,选择“新建新建文件夹”,并对
15、其命名(文件夹名字必须是英文或由英文、数字、下划线组成的)。2.打开 Max+Plus II 软件并建立当前文件2.1 鼠标左键双击 Max+Plus II 图标,打开该软件。2.2 执行 File New,打开文件建立对话框。2.3 选择希望使用的编辑器(原理图、符号、文本、波形图),建立新文件。3.输入设计内容(绘制图形、编写程序代码)4.保存设计文件4.1 执行 FileSave(或 Saveas),打开文件保存对话框。4.2 选择文件保存路径(E 盘下自己新建的工作文件夹)。存盘位置错误,将导致“DO NOT OPEN VHDL WORK”的错误。4.3 选择文件保存类型(原理图为 G
16、DF、VHDL 程序为 VHD)。类型选择错误,将导致“Error:Line1,syntex error”的语法错误。4.4 输入文件名称(原理图任意起名,但必须是英文或英文及数字组成的;VHDL 程序的名字必须和程序中 entity 后面的名字一致)。VHDL 文件名称错误,将导致“Error:Line1,VHDL Design File must contain an entityof the same name”。4.5 点击“OK”,完成保存操作。5.将设计文件设置为当前项目执行 File Project set project to current file,实现项目的设置。6.侦错
17、并修改7长春工业大学工程训练课程教案长春工业大学工程训练课程教案教师姓名赵世彧实训项目名称EDA 软件入门时间90 分地点工程训练中心 320 室讲讲授授内内容容执行 File Project Save&Check,实现设计侦错;若有错误则进行修改;若有警告,视硬件现象的情况再决定是否修改。7.选择编程器件7.1 执行 Assign Device,打开器件选择对话框;7.2 将对话框中所有的“”符号去掉;7.3 在 Family 选项中选择 FLEX10K;7.4 在 Device 选项中选择 EPF10K10LC84-4;7.5 点击“OK”,完成器件选择。8.编译(执行 File Proj
18、ect Save&Compile,实现编译)。9.波形仿真9.1 建立波形文件。9.2 设置仿真参数并存盘。9.3 执行仿真(Max+Plus II simulator Start)。10.时序分析10.1 延时分析。10.2 建立、保持分析。10.3 工作频率分析。(第 9、10 步不做要求)11.配置引脚11.1 Max+Plus II FloorPlan Editor。如果出现 EAB 视图,可以在灰色部分双击鼠标左键返回 Device 视图。11.2 将设计中出现的 I/O 引脚放置到 FPGA 的数字端口上。如果在未放置的 IO 引脚没有出现在未放置 IO 引脚对话框中,在屏幕左侧点
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 长春 工业大学 工程 训练 课程 教案
限制150内