【正文】 和時(shí)序電路。 因此，我們此次設(shè)計(jì)與制做數(shù)字鐘就是為了了解數(shù)字鐘的原理，從而學(xué)會(huì)制作數(shù)字鐘 .而且通過數(shù)字鐘的制作進(jìn)一步的了解各種在制作中用到的中小規(guī)模集成電路的作用及實(shí)用方法 .且由于數(shù)字鐘包括組合邏輯電路和時(shí)敘電路 .通過它可以進(jìn)一步學(xué)習(xí)與掌握各種組合邏輯電路與時(shí)序電路的原理與使用方法 . 第一章概論 1 .1課程背景 FPGA 系統(tǒng)設(shè)計(jì)初級班培訓(xùn)課程主要幫助學(xué)員盡快掌握 CPLD/FPGA 的開發(fā)流程和設(shè)計(jì)方法，以工程實(shí)踐為例，循序漸進(jìn)的學(xué)習(xí) FPGA 的集成開發(fā)環(huán)境，開發(fā)流程以及硬件電路設(shè)計(jì)等知識(shí)。每次課程都配有相關(guān)實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練，每個(gè)實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練題目都可以在紅色颶風(fēng) II 代的 FPGA 硬件平臺(tái)上進(jìn)行下載驗(yàn)證。通過實(shí)戰(zhàn)，學(xué)員可以更好的理解消化課堂知識(shí)，工程實(shí)踐水平會(huì)得到迅速提高。 課程目標(biāo) 迅速掌握和使用 CPLD/FPGA 數(shù)字系統(tǒng)開發(fā)工具、開發(fā)流程，能夠獨(dú)立進(jìn)行初步的 FPGA 系統(tǒng)設(shè)計(jì)。經(jīng)過培訓(xùn)，學(xué)員可以掌握 HDL 語言的初步開發(fā)能力，并且解決 FPGA 產(chǎn)品開發(fā)過程中的常見問題，掌握基于 FPGA 的嵌入式系統(tǒng)（ NIOSII）的設(shè)計(jì)和調(diào)試方法。 第 2 章開發(fā)工具簡介 3. 1EDA 技術(shù) EDA 是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（ Electronic Design Automation）縮寫，是 90 年代初從 CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）、 CAM（計(jì)算機(jī)輔助制造）、 CAT（計(jì)算機(jī)輔助測試）和 CAE（計(jì)算機(jī)輔助工程） 的概念發(fā)展而來的。 EDA 技術(shù)是以計(jì)算機(jī)為工具，根據(jù)硬件描述語言 HDL（ Hardware Description language）完成的設(shè)計(jì)文件，自動(dòng)地完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合及優(yōu)化、布局布線、仿真以及對于特定目標(biāo)芯片的適配編譯和編程下載等工作。典型的 EDA 工具中必須包含兩個(gè)特殊的軟件包，即綜合器和適配器。綜合器的功能就是將設(shè)計(jì)者在 EDA 平臺(tái)上完成的針對某個(gè)系統(tǒng)項(xiàng)目的 HDL、原理圖或狀態(tài)圖形描述，針對給定的硬件系統(tǒng)組件，進(jìn)行編譯、優(yōu)化、轉(zhuǎn)換和綜合，最終獲得我們欲實(shí)現(xiàn)功能的描述文件。綜合器在工作前，必 須給定所要實(shí)現(xiàn)的硬件結(jié)構(gòu)參數(shù)，它的功能就是將軟件描述與給定的硬件結(jié)構(gòu)用一定的方式聯(lián)系起來。也就是說，綜合器是軟件描述與硬件實(shí)現(xiàn)的一座橋梁。綜合過程就是將電路的高級語言描述轉(zhuǎn)換低級的、可與目標(biāo)器件 FPGA/CPLD相映射的網(wǎng)表文件。 適配器的功能是將由綜合器產(chǎn)生的王表文件配置與指定的目標(biāo)器件中，產(chǎn)生最終的下載文件，如 JED 文件。適配所選定的目標(biāo)器件（ FPGA/CPLD 芯片）必須屬于在綜合器中已指定的目標(biāo)器件系列。 硬件描述語言 HDL 是相對于一般的計(jì)算機(jī)軟件語言，如： C、 PASCAL 而言的。HDL 語言使用與 設(shè)計(jì)硬件電子系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)語言，它能描述電子系統(tǒng)的邏輯功能、電路結(jié)構(gòu)和連接方式。設(shè)計(jì)者可利用 HDL 程序來描述所希望的電路系統(tǒng)，規(guī)定器件結(jié)構(gòu)特征和電路的行為方式；然后利用綜合器和適配器將此程序編程能控制 FPGA 和 CPLD 內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)邏輯功能的的門級或更底層的結(jié)構(gòu)網(wǎng)表文件或下載文件。目前，就 FPGA/CPLD 開發(fā)來說，比較常用和流行的 HDL 主要有ABELHDL、 AHDL 和 VHDL。 3. 2 硬件描述語言 — VHDL VHDL 的英文全名是 VeryHighSpeed Integrated Circuit Hardware Description Language,誕生于 1982 年。 1987 年底， VHDL 被 IEEE 和美國國防部確認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語言 。自 IEEE 公布了 VHDL 的標(biāo)準(zhǔn)版本， IEEE1076（簡稱87 版 )之后，各 EDA 公司相繼推出了自己的 VHDL 設(shè)計(jì)環(huán)境，或宣布自己的設(shè)計(jì)工具可以和 VHDL 接口。此后 VHDL 在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到了廣泛的接受，并逐步取代了原有的非標(biāo)準(zhǔn)的硬件描述語言。 1993 年， IEEE 對 VHDL 進(jìn)行了修訂，從更高的抽象層次和系統(tǒng)描述能力上擴(kuò)展 VHDL 的內(nèi)容，公布了新版本的 VHDL，即 IEEE標(biāo)準(zhǔn)的 10761993 版本，（簡稱 93 版）?，F(xiàn)在， VHDL 和 Verilog 作為 IEEE 的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語言，又得到眾多 EDA 公司的支持，在電子工程領(lǐng)域，已成為事實(shí)上的通用硬件描述語言。有專家認(rèn)為，在新的世紀(jì)中， VHDL 于 Verilog 語言將承擔(dān)起大部分的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)。 VHDL 主要用于描述數(shù)字系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，行為，功能和接口。除了含有許多具有硬件特征的語句外， VHDL 的語言形式和描述風(fēng)格與句法是十分類似于一般的計(jì)算機(jī)高級語言。 VHDL 的程序結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是將一項(xiàng)工程設(shè)計(jì)，或稱設(shè)計(jì)實(shí)體（可以是一個(gè)元件， 一個(gè)電路模塊或一個(gè)系統(tǒng)）分成外部（或稱可是部分 ,及端口 )和內(nèi)部（或稱不可視部分），既涉及實(shí)體的內(nèi)部功能和算法完成部分。在對一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)體定義了外部界面后，一旦其內(nèi)部開發(fā)完成后，其他的設(shè)計(jì)就可以直接調(diào)用這個(gè)實(shí)體。這種將設(shè)計(jì)實(shí)體分成內(nèi)外部分的概念是 VHDL 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本點(diǎn)。應(yīng)用 VHDL 進(jìn)行工程設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是多方面的。 (1) 與其他的硬件描述語言相比， VHDL 具有更強(qiáng)的行為描述能力，從而決定了他成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域最佳的硬件描述語言。強(qiáng)大的行為描述能力是避開具體的器件結(jié)構(gòu)，從邏輯行為上描述和設(shè)計(jì)大規(guī)模電子系統(tǒng)的重要保證 。 (2) VHDL 豐富的仿真語句和庫函數(shù)，使得在任何大系統(tǒng)的設(shè)計(jì)早期就能查驗(yàn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能可行性，隨時(shí)可對設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真模擬。 (3) VHDL 語句的行為描述能力和程序結(jié)構(gòu)決定了他具有支持大規(guī)模設(shè)計(jì)的分解和已有設(shè)計(jì)的再利用功能。符合市場需求的大規(guī)模系統(tǒng)高效，高速的完成必須有多人甚至多個(gè)代發(fā)組共同并行工作才能實(shí)現(xiàn)。 (4)對于用 VHDL 完成的一個(gè)確定的設(shè)計(jì)，可以利用 EDA 工具進(jìn)行邏輯綜合和優(yōu)化，并自動(dòng)的把 VHDL 描述設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變成門級網(wǎng)表。 (4) VHDL 對設(shè)計(jì)的描述具有相對獨(dú)立性，設(shè)計(jì)者可以不懂硬件的結(jié) 構(gòu)，也不必管理 最終設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)器件是什么，而進(jìn)行獨(dú)立的設(shè)計(jì)。 3. 3 VHDL 的設(shè)計(jì)流程 (1) 設(shè)計(jì)輸入根據(jù)電路設(shè)計(jì)所提出的要求，將程序輸入到 VHDL 編輯器中去編輯。 (2) 功能級模擬用