FPGA电路设计论文范文第1篇
现代FPGA不仅在可编程逻辑门的数量上有很大的提高, 而且其工作频率也越来越高, 可以达到几百兆甚到几亿。FPGA的高性能、低成本、高灵活性特点使其在现代各种电子系统 (如通信系统、日常各种消费类电子等) 中得到广泛应用并迅速地占领了市场。
FPGA作为一种半定制性的电路是从APL、GAL、EPLD等可编程器件发展而来的。这种半定制方式的出现既解决了ASIC电路不可重覆编程的缺点, 又克服了传统可编程器件在资源上不足的问题。
根据各种电子系统的频率源设计需要, 各种高性能及多功能的DDS芯片不断的被各大芯片制造厂商相继推出。从FPGA功能特点可以看出, 采用FPGA设计DDS的优势是很多其它DDS芯片无法代替的, 如FPGA的灵活性, 使用FPGA实现的DDS不仅可以实现单一的调制功能而且能够实现多种调制技术的组合形式。而且, 利用FPGA的大规模性, 可以在单一的FPGA芯片内实现多个DDS芯片。由于专用DDS芯片出产时的各种控制功能与配置方式是相对固定的, 不一定能够满足特定系统的应用需求, 那么用FPGA实现的定制的DDS, 就能在这种情况下提供一种非常好的解决方案。
2 DDS的杂散来源及特点
2.1 DDS主要有三个杂散来源
(1) 相位截断误差。
一般DDS具有很高的分辨率, 这就要求其相位累加器的位数N取值都比较大、比如32、48。但是ROM表的存储量过大会引起很多问题, 因此一般截取相位累加器输出的N位中的高A位作为ROM表寻址地址, 而B=N-A位舍弃, 这样就引入了所谓的相位截断误差。
(2) 幅度量化误差。
对正弦信号一个周期内进行2N次采样后, 得到的幅度序列必须进行有限位的量化才能作为ROM表的存储数据 (因为ROM表的存储字长是有限) , 这就造成了所谓的幅度量化误差。由于量化位数L一般取12、14位, 所以量化噪声的功率还是比较小的, 通常量化噪声被称为背景噪声。
(3) D/A转换器的非线性误差。
D/A转换器是实现数字信号向模拟信号转换的一种器件, 由于D/A转换器的有限分辨率、非线性特征、瞬间毛刺和转换速率等非理想转换特性的存在, DDS的输出信号会产生一定的非线性失真, 从而引入误差。
2.2 DDS的主要特点如下所示
(1) 频率切换时间短。
从DDS的结构上可以看出, DDS是一个不带任何反馈环节的纯开环系统。这种结构决定了DDS的频率切换时间是由频率控制传输时间以及一些主要器件的延迟时间决定的。由于现代高速电子线路的快速发展, 这些主要器件带来的延迟也非常有限的。因此, 一些高速度DDS的频率切换时间也非常短, 基本上在ns的量级上。
(2) 相位变化连续。
由于DDS的相位累加器在频率控制发生变化时, 并不是重新从初始相位值的基础上开始累加, 而是在已有的累加值的基础上继续累加, 虽然频率是跳变的, 但其相位值还是连续的, 这样使得最终输出的模拟信号具有相位连续性。
(3) 具有低相位噪声和低漂移。
DDS系统其实相当于一个小数分频器, 根据小数分频器的原理可知, 其输出信号的相位噪声与系统参考源的相位噪声有关, 由于DDS的参考频率一般是采用具有高稳定度、高精度的晶体振荡器, 所以DDS输出也具备低相位噪声和低漂移的特性。
(4) 易产生各种调制信号。
从DDS的工作原理易知, DDS的数字化结构使DDS可以很容易地实现数字调频、数字调相、调幅等各种数字调制信号, 并且在F P G A的高速发展下, 用FPGA实现的D D S也能很轻松的实现各种模拟调制信号, 如AM调制、PM调制、FM调制以及各种复杂的线性调频和非线性调频信号。
3 DDS硬件实现
DDS的主体部分在XUPVirtex-IIPro开发系统提供的XC2VP30FPGA中实现, 然后将输出结果通过AD9755型号的数模转换器。D/A转换输出再通过功率放大器AD8041进行放大, 最后用低通滤波器进行平滑输出。
3.1 FPGA的选取
XUP (Xilinx University Program) Virtex-IIPro开发系统主要由Xilinx公司大学计划中推出的用于FPGA开发教学和研究的高级硬件平台, 它具有功能强大、成本低等优点。平台上的F P G A型号为V i r t e xIIProXC2VP30, 并且该平台集成了相关的功能组件以及常用的外围接口电路, 可用于从简单逻辑到复杂系统等FPGA设计以及嵌入式开发等各级别的开发与应用。
3.2 D/A转换器的选取
AD9755是一款双端口输入复用、单通道输出的14位超高速CMOSDAC, 其工作速度达300Ms/s, 在通信系统、基站、数字频率合成技术以及数字通信技术中得到广泛的应用, 主要特点如下。
(1) 转换速率高达300Ms/s。
(2) 分辨率达14位。
(3) 通过一个二选一选择器实现双端输入复用。
(4) 有采用内部PLL工作模式和非PLL工作模式。
(4) 外接不同形式的负载电路, 可实现单端输出和双端差分输出两种形式。
(5) 芯片工作电压为3V, 并且内部提供一个稳定的1.2V标准参考电压。
(6) 时钟频率为150MHz输出为25MHz时的无杂散动态范围为71dBc。
(7) 输入输出Setup时间分别为2.0ns、11.0ns。
3.3 相位累加器模块
相位累加器是整个DDS设计中的核心部分, 累加器的工作频率是DDS设计中的一个难点。在D/A转换器的工作频率足够高的情况下, 相位累加器的工作频率决定DDS的最高时钟频率。设计中采用的相位累加器是由XC2VP30的IP核定制生成的, 该定制的32位相位累加采用流水线技术, 在速度上满足100MHz的频率。
摘要：DDS的高频率分辨率、快速频率切换以及相位变化连续等优点使其在各种电子系统的设计中得到广泛的青睐。但DDS也存在着输出频谱杂散抑制差和工作频带受限的缺点使其在某些应用场合受到限制。因此, 对于有效降低DDS的杂散己经成为DDS系统设计亟待解决的问题。
关键词：FPGA,DDS,调频
参考文献
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FPGA电路设计论文范文第2篇
EDA技术是指以计算机为工作平台, 融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果, 进行电子产品的自动设计。利用EDA工具, 电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统, 利用计算机完成大量工作, 并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图1的整个过程在计算机上自动完成。目前EDA技术的应用非常广泛, 在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域, 都有应用。
1 系统设计
1.1 设计思路
本设计利用EXP-EPM3128/3256编程, 结合16×16点阵设计的一个简易的电梯控制器。其中包括电梯运行楼层显示、电梯运行状况显示、电梯内部外部选择等基本功能, 并可以语音报楼层。整个电梯运行控制过程为:当电梯控制器的运行开关 (run) 打开时电梯开始运行, 这时人们可以通过电梯控制器的内部选择开关 (nq) 及外部选择开关 (wq) 选择所需要到达的楼层, 然后由寄存器将这些请求记录下来, 电梯按照先上后下先里后外的原则开始运行, 当到达所选的楼层时, (箭头状态) 通过16×16的点阵显示出来。系统框图、原理图分别如图1、图2所示。
1.2 软件设计
对于不同的信号, 在程序中自动将其区分并执行对应的操作, 具体工作流程见下图3所示。
1.3 硬件设计
硬件电路主要包括主控制器模块, 通过信号的扫描, 在不同的信号调用对应的函数, 从而完成电梯运行的控制功能。整个过程按照先上后下, 先里后外的原则运行, 然后把运行的结果传给显示模块由其译码, 同时将信号传给语音模块。
显示模块, 要实时的显示出电梯的运行状态, 因此, 本模块从主控制器模块接收到关于运行结果的信号, 将其进行译码然后传给外部点阵, 由外部点阵显示出当前的电梯运行状态。
语音模块, 接收从主控制器模块传来的信号并做适当处理, 然后驱动外部语音硬件发出对应声音。
2 系统仿真
系统仿真图如如图4所示。
3 结语
理论分析和仿真结果表明, 利用FPGA设计电梯控制器, 电路简便易于实现。功能的添加和完善也更加方便灵活, 当需添加新的功能时, 只需修改程序和增加相应的外围电路即可。并且整个系统结构设计合理, 功能实现较好, 系统性能优良。
摘要：本设计采用FPGA来实现九层电梯控制, 电梯控制器主要完成控制电梯运行、显示电梯运行状况、电梯所在楼层、内部外部选择及语音报楼层等功能。主要分为主控制模块、点阵显示译码模块和语音模块三个模块, 在EXP-EPM3128/3256芯片中完成电梯的运行, 然后通过16×16LED的点阵完成显示, 语音模块完成语音报楼层。
关键词：电梯,点阵,控制器,楼层,显示,语音
参考文献
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[3] 潘松.VHDL实用教程[M].成都:电子科技大学出版社, 2000.
FPGA电路设计论文范文第3篇
1 系统总体设计
整个系统采用模块化设计, 硬件部分由传感器模块和FPGA、控制装置、显示模块和CAN通信模块组成。系统通过数字温度传感器采集现场的温度信息, 通过ADC0809采集氯离子选择性电极产生的触摸电势信号, 并将采集后的数字信息传送到控制核心FPGA中, 主控制处理器模块对数据进行分析和产生控制动作。由于不同温度和不同浓度对感应电势有很大的影响, 在编写程序前已经通过大量实验找到了温度及浓度与氯离子选择性电极的感应电势之间的关系, 在算法中应用能斯特方程式:△E=k-2.303RT/F Ina。把实时测得的T代入可以准确的计算出氯离子的浓度, 把得到的结果与预设的氯离子允许范围作比较, 发出相应的控制命令。控制流量以达到合适的范围。另外把采集到的信息通过CAN通信网络传输到计算机控制中心实现图形化实时显示和更高一级的控制, 当出现一些紧急情况时可以发出不同的警告以提醒管理人员进行相应的处理。系统原理框图如图1所示。
2 硬件电路
2.1 CPU的选取
选用是Xilinx公司的XC4VSX55, 该芯片属于Virtex-4系列中的Virtex-4 SX平台, Virtex-4 SX平台提高了DSP、RAM单元与逻辑单元的比例, 最多可以提供512个Xtreme DSP硬核, 可以工作在500MHZ, 其最大的处理速率为256GMAC/s, 并可以创建40多种不同功能, 能多个组合实现更大规模的DSP模块。SX平台的FPGA非常适合应用与高速、实时的处理与控制领域。其高速型以及其实时处理能力能够满足本系统的要求。
2.2 流量控制模块
流量主要是通过阀门的闭合程度控制液体的流动。自动控制阀门开关可以通过控制器驱动电机实现。电机主要有直流电机、步进电机、伺服电机、舵机等, 通过好的驱动电路都可以很好的控制电机的传动速度, 这里选用步进电机。
2.3 计算机控制中心
计算机控制中心由显示屏, 含CAN总线通讯卡的工控机、内部定时信号电路、转接板、开关机键、定时信号切换控制键组成。工控机担负控制显示程序的运行、CAN总线通讯任务。
3 软件部分
3.1 软件设计
本系统中程序采用VHDL语言, 并在编写程序时采用模块化编程方法, 将程序分为主程序、CAN总线初始化设计、显示屏初始化子程序, 按键子程序等部分。
3.1.1 下位机主程序
主程序流程图如图2 (a) 所示。该系统在初始化完成后可以通过按键预设参数的阈值, 再与检测到的参数进行比较, 进行实时控制和报警提示功能, 并通过CAN通信网络在计算机中心实现图形化显示。
3.1.2 CAN软件设计
CAN总线软件设计中采用PeiliCAN模式, 其关键技术是对CAN控制器SJA1000的初始化控制, 即对各个寄存器进行配置[2]。其初始化流程图如图2 (b) 所示。
3.2 软件流程图
4 结语
该控制系统与手工控制氯离子浓度相比, 具有控制精度高, 速度快等特点。使除氯的效果和离子交换树脂的利用率得到很大的改善;与此同时减轻了工人的劳动强度, 且本系统在实际使用中通用性好、可靠性强、便于维护和扩展, 具有广泛的应用前景。
摘要：在湿法冶锌工艺中氯离子的浓度严重影响着冶锌工艺, 目前市场上采用的除氯法效果不是很好。本文探讨了以新的离子交换树脂除氯法为基础, 采用FPGA为控制核心进行在线检测与实时控制, 以应用较为广泛的CAN总线作为通讯模式, 解决了工业除氯效果不佳故障率低。
关键词：在线检测与控制,离子交换树脂除氯,FPGA,CAN
参考文献
[1] 刘自力.硫酸锌溶液深度净化除钴的现状与发展[J].云南冶金, 2003, 32[3]:16～21
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FPGA电路设计论文范文第4篇
基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统能够切实地提升温度采集能力和测试信号采集能力,也进一步强化了温度信息和测试信号的整合性,近年来,我国在航空航天事业的发展中,对于高温热流传感器信号采集系统的应用需求不断提升,全面提升高温热流传感器信号采集系统设计水平至关重要。
1.基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统的主要功能
基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统可以有效地满足我国对飞行器起飞时底部气流和燃气回流参数的获取需求,同时也能够进一步监视飞行器的飞行状态和控制水平。近年来,我国在基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统的研究上投入了大量的人力、物力和资金,有效地促进了技术水平的切实提升,以下对基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统的主要功能进行介绍:
第一,信息整合功能。基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统可以将飞行器底部气流和底部燃气回流的有效热流参数进行充分搜集,打破了传统高温热流传感器信号采集系统的信号采集框架,充分地强化了信息收集的全面性和信息收集的精准性。
第二,信息分析功能。基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统可以结合计算机的分析能力和系统整合能力,实现热流密度的有效监控和热流密度数据的实时导出,这一功能能够为我国相关人员监视飞行器飞行状态和飞行稳定性产生积极影响。
第三,数据储存能力。基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统可以有效地结合当前我国的5G、云计算等相关现代化信息技术,实现储存效率的有效提升和储存空间的充分拓展,不仅降低了高温热流传感器信号采集系统的运行压力,还进一步保证了信息的安全,有助于我国科研人员根据储存数据分析数据的演变规律,从而精准获知飞行器的飞行状态。
2.基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统设计内容
(1)系统设计
FPGA芯片比CPU更快,比GPU功耗更低、延时更短,且比ASIC(专用芯片)性价比更高、周期更短,因此在目前人工智能芯片领域备受青睐。基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统能实现飞行器的飞行状态、飞行测试信息采集和飞行器飞行时底部气流和底部燃气回流有效热流参数的整合。基于此,在系统设计过程中,需要通过相关设计模块和先进科技进一步体现信息搜集的全面性和整合性特征,以下对系统设计进行介绍:
基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统需要具备测试信号、调理温度、信号处理、控制部分、储存模块、通信模块和电源模块,要想切实地发挥其信息统计能力和信号收集能力,在系统设计过程中,必须保证各个模块信息的快速传输。热流传感器可以实现测试信号的全面收集,并在信号调理模块中进行模拟信号的导出,模拟信号将经由单片机传输到上位机,进一步实现数据的分析和整合,而温度信号则可通过芯片处理,实现从温度信号到数字信号的转换,再经由单片机到达FLASH。在系统设计过程中,要切实保证信号的传输能力和信号的互相转换能力,为了维护整个系统的稳定性,需要具备优良的供电系统,从而深度支持基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统能够有效地实现程序命令的完成。当前,在程序系统设计过程中,需要设定匹配的程序流程,程序流程包括单片机初始化、单片机等待接收命令状态、单片机接收响应命令、AD采集、读数、滤波擦除等相关内容。
(2)硬件设计
硬件设计是基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统的重要设计模块,也是维护系统功能正常发挥和切实保障系统稳定性的重要模块,在硬件设计过程中,相关人员必须深入分析和掌握基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统的主要应用方向和应用功能,有效地融合现代化科技,呈现优良的硬件环境,以下对硬件设计进行介绍:
立足于当前我国相关领域对基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统的主要应用需求,在系统硬件模块设计中,主要包括测试信号调理模块设计、温度信号处理模块设计以及实施监测与储存模块设计。就测试信号调理模块设计而言,需要切实分析传感器的测试信号传输形式,以此为基础,为其设置匹配的信号输出处理系统和处理流程,实现输出信号的有效放大和滤波处理,同时,在测试信号调理模块的设计过程中,在滤波电路中应采用max291滤波器,充分发挥其优良的应用性能,切实提升信号的可靠性和信号分析的精准性。在温度信号处理模块设计过程中,温度信号的接收主要由外接热电偶测得,输出后由芯片实现由温度信号到数据信号的转换。在此基础上,为了进一步保证转换效率和转换精度,必须在实际设计过程中添加热电偶断线检测电路及冷端补偿电路。实时监测与数据储存模块是硬件设计的重要内容,该设计内容能够实现在数据存入FLASH之前进行实施监测,并精准地导出分析数据。
(3)软件设计
热流测量能提供一些只靠温度测量是无法得到的、非常重要而且详尽的数据,当前热流传感器在各行各业研究中的应用越来越广,不仅在建筑、节能、防火、保温等领域广泛应用,还可在飞行器研究等高科技领域中发挥数据分析、数据处理优势。在系统软件设计过程中,需要有效地满足当前我国对基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统的应用需求,切实优化系统总流程,满足信息收集、信息分析和信息导出的具体要求。
系统总流程主要包括系统复位初始化判断、上级指令信号采集、FLASH擦除FLASH回读、实时监测、储存数据等功能模块,支持了基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统功能的发挥。除此之外,在软件设计过程中,还要进行数据采集、储存部分的软件设计,在该设计模块可以积极地结合当前云计算技术中的云储存技术,充分扩大基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统的储存能力,全面加强储存数据的分类效果。另外,在软件设计过程中,还应该进行上位机软件的设计,上位机软件是一款通信界面软件,能有效地对采集的信息进行反馈和监视,有助于相关人员以基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统为基础,进一步实现飞行器飞行热流数据的整合和导出,并实时分析数据变化的规律,掌握飞行状态[1]。
(4)控制平台设计
要想进一步发挥基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统的功能性和应用有效性,必须实现控制平台的有效设计,以下对其进行介绍:
在实际设计过程中,为了有效地满足应用需求,相关人员应该采用现代化的信息集成芯片,并切实保证该芯片在系统主功能控制过程中能够具备充足的逻辑资源和分析能力、整合能力,FPGA芯片具有较高的智能化优势。在控制平台设计过程中,控制功能主要包括采集热传感器的测试信号和温度信号,将温度信号和测试信号有机转换成数据信号,并实现数据的精细化整合,以及将整合后的数据经由USB单片机在上位机上进行合理显示,满足信息阅读需求和信息获取需求。控制平台的设计功能还应该包括数据的合理储存和数据的精准分类,以便后期对数据信息进行回读。在具体的设计过程中,控制平台设计模块可以实现测试信号数据、温度信号数据的有效整合,同时在主控FPGA系统内部的FIFO中实现FLASH读写控制,最终完成数据的输出[2]。另外,在控制平台设计过程中,工作模式控制模块还可以实现启动储存和数据读写的功能[3]。
3.结论
总而言之,当前我国正处于现代化建设的关键时期,航空航天领域对基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统的应用需求比以往任何时候都更为迫切,基于此,可以积极利用现代化的科学技术和科技发展观念,完成基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统的系统设计、硬件设计、软件设计和控制平台设计,使该系统能够稳定发挥数据采集能力和状态监测能力。
摘要：近年来,我国全面提升了对科研工作的重视程度,基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统能够有效的适配于我国相关重要领域的科技环境。本文分析了基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统的主要功能,并立足于当前我国的科技环境和科技水平,对基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统的设计进行了具体介绍。
关键词：FPGA,高温热流传感器信号采集系统,系统设计,硬件设计
参考文献
[1] 张翠平,方俊.高温大量程热流传感器结构及信号调理电路的设计[J].仪表技术与传感器,2019(07):15-18.
[2] 郑胜.高温薄膜热流传感器功能结构层制备工艺[D].大连理工大学,2018.
FPGA电路设计论文范文第5篇
摘 要：文章从FPGA技术的内涵与开展FPGA技术相关课程教学改革的现实意义出发，阐述了俄式电路专业基于FPGA技术的课程教学改革目标，并提出了基于FPGA技术的课程教学改革策略，旨在提高集成电路专业学生的就业竞争力。
关键词：集成电路;FPGA技术;教学改革
FPGA（Field Programmable Gate Array）即现场可编程门阵列，是1985年美国Xilinx公司率先推出的一种新型的可编程逻辑器件，其规模大、集成高、灵活性强，实现逻辑功能广。这为集成电路设计迈上了一个新的台阶，既克服了原有可编程器件门电路只能实现小规模电路，又解决了专用集成电路设计流程中需要反复验证反复调整设计的不足，可以作为专用集成电路设计的原型验证，及早发现错误及早更改，避免重复工作。随着FPGA技术的快速发展，新型号的产品层出不穷，其在通信、数据处理、网络、工业控制、军事和航空航天等领域得到广泛应用。FPGA技术已经成为从事集成电路设计工程师必须掌握的技术之一。目前，基于FPGA技术的集成电路设计已被许多高校集成电路专业作为主要的授课及实践课程。
近年来，社会对熟练掌握FPGA技术的高素质高校毕业生的需求逐年增加。国内外知名企业每年都会到高校高薪招聘FPGA验证工程师、FPGA数字设计工程师和SOPC设计工程师。为满足社会需求，各高校相关专业开设了包含FPGA技术内容的课程，如黑龙江大学集成电路与集成系统专业，从2011年开始开设了“FPGA原理与应用”“硬件描述语言”和“SOPC设计技术”等相关课程。但是，由于学生基础课程掌握不牢，同时受实验条件及师资的限制，一些高校在FPGA相关课程教学中偏重讲授硬件描述语言，而在FPGA应用方面涉及得很少，直接导致学生的实践技能较差，就业时难以满足企业需求。面临就业压力，为了提高自身竞争力，一部分学生花费金钱和时间自费到社会培训机构进行FPGA技术方面的学习。因此，开展FPGA技术相关课程教学改革研究具有重要的现实意义。
项目组成员针对FPGA技术在集成电路设计领域中的应用进行了详细的调查与分析，得出了可靠的调研结果，提出了初步的课程设置整合方案，重新设计教学内容，修改部分实践教学内容，制定了FPGA技术的应用技能评价标准。
本学期对FPGA相关的课程体系进行改革，主要包括“FPGA原理与应用”“硬件描述语言”“SOPC设计技术”“数字集成电路设计”这四门课程，通过设置教学试点，取得了一定的成效。
一、基于FPGA技术的课程教学改革目标
针对课堂教学的局限性，鼓励学生养成课外积极收集相关专业知识的主动自学能力;鼓励学生积极参加各种设计竞赛，将所学知识灵活应用于实践，并使学生逐渐形成创新性思维，具有较高的工程素质和实践能力。
二、基于FPGA技术的课程教学改革策略
1.明确教学目标，即通过对集成电路相关企业进行调研，了解企业对集成电路专业学生在FPGA技术方面所需的应用技能，进一步明确FPGA技术的教学目标。往往每个企业的研究方向不同，所用的开发环境、仿真工具都各不相同。为了满足学生就业需求，教学目标应该重基础、求延伸。在基础扎实的基础上，在应用方向上寻求延伸，使学生多接触各种常用的典型开发环境。
2.整合与FPGA技术相关的课程，设计教学内容。由于几门相关的课程由不同的教师在不同学期授课，同时存在着有些知识点重复讲授，而有些重要知识点又在课程中没有涉及到的现象。再加上对于硬件描述语言的学习仅仅通过课堂教学是远远不够的，应该边学边练。根据专业特色、企业需求及修订后的教学目标，对原FPGA技术相关的多门课程的教学内容进行深入分析，依据教学内容的关联程度，制定课程整合方案，调整教学计划，合理安排授课内容，做好衔接，充分利用教学资源。主要包括“硬件描述语言”增设相应实验课（modelsim仿真）;原“数字集成电路设计”的实验内容改为quartus ii开发工具综合项目设计实验;“FPGA原理与应用”除了介绍原理应用方面外，另增设针对FPGA实验箱的实验项目（Xilinx的ise开发工具）;“SOPC设计技术”课程中要求学生熟练掌握sopc builder 和 Xilinx EDK开发环境，使学生同时掌握并比较两大公司的典型开发环境，以及系统级设计方法。
3.增设“ASIC综合与时序分析”课程。现有的一部分FPGA教学实验，仅仅停留在让学生熟悉FPGA的设计流程、设计步骤，这远远不够。综合时序分析在电路设计中起着至关重要的作用，应进一步加强综合时序分析环节，数字集成电路实验不能仅停留在将RTL级代码映射为电路结构的表面工作，应深入分析电路的时序、面积及功耗，让学生具体体会各种约束在电路具体实现中的意义。因此，增设“ASIC综合与时序分析”课程，针对ASIC设计购置了Synopsys软件并建立了相应机房，使学生熟练掌握不同的设计软件，以满足设计需求。
4.调整实验计划，提高学生的动手能力。数字集成电路实验通常以Modelsim仿真为主，学生只有在最后一个综合实验中才能用到FPGA开发板，开发板利用率不高，而且学生对开发板的熟悉程度根本不够。应该增加FPGA开发实验项目，让学生熟悉开发板结构、核心器件及外设结构、连接方式，真正能熟悉开发工具，熟练掌握开发流程，鼓励学生多动手、多实践，真正做到活学活用。
5.加强师资队伍建设。由于行业技术更新快，新技术、新工具层出不穷，而学校又存在讲授知识老旧，教师技术参差不齐等诸多问题。因此必须加强师资队伍建设，进行定期技术培训，及时更新知识结构。通过定期培训，可以为课程中实验授课做较好的技术支持。同时支持教师参加培训，使一线教师能有机会直接与各地从事集成电路数字设计的一线工程师（包括清华微电子所、中芯国际、华纳电子、大唐微电子等知名单位的一线工程师）进行交流。及时了解行业新动态、新趋势、新技术以及主流工具，更好地将最新的知识及相关信息传授给学生，紧跟时代步伐。
6.变革教学方法。传统的教学方法强调以课堂为中心、以教师为中心、以教材为中心，主要以讲授为主，而忽视学生的积极性、主动性及创造性的发挥，这将影响FPGA技术的教学效果。而且这种方式过于枯燥，对FPGA技术教学远远不足。在FPGA技术的教学中，根据讲授的内容，采用不同的教学方法。除了课堂讲授外，在讲解具体实例时应采用演示法。FPGA技术的实践性和应用性很强，设置相关课内实验应分为基础性实验、提高性实验和综合性实验。在实践教学中要坚持“重基础与技能、求综合与创新”的改革思路，加强学生工程思维训练、调试和分析能力，提高实践教学体系的创新性、综合性。除课堂讲授外，督促学生在教师指导下自学、自讲，以讨论为主的教学方式，并根据合作程序及自愿原则进行分组。针对“集成电路设计方法”课程教学内容，建立课外创新小组，为每个小组的阶段性成果在课堂上进行成果发布，锻炼学生的语言表达能力，建立自信心。同时，由教师引导，对创新小组遇到的问题进行课堂讨论、分析，调动每个学生的积极性，提高学生自行发现问题、分析问题及解决问题的能力，取得了很好的效果。教师通过与学生互动了解学生的兴趣、难点所在，有目的地调整教学内容，使课堂更灵活、更有效地解决学生在学习过程中的各种问题，
7.与企业合作，建立实训基地，培养学生的团队精神。有些能力较强的学生习惯于独立完成某个项目，这违背了企业需要具有团队协作精神成员的培养方针。实训基地以分组形式分配项目，对每个学生进行明确分工，让学生在每个项目中分别担任项目团队中的不同角色，承担各自的任务，以团队形式完成所分配的项目，并且每个学生在课程结业时必须完成项目团队中不同角色的任务，得到相应学分。以实际项目为基础，领着学生从立项到着手设计再到最终完成设计，让学生熟练掌握项目完成的各个过程。在进行综合项目实现的过程中，学生能体会到课堂知识用于实践是远远不足的，这将促进学生查找相关资料进行自主学习，培养学生的自学能力、发现问题、分析问题及解决问题的能力。
8.制定FPGA应用能力评价标准。以教师通过每个学生在项目中完成任务比重、创新性思维，加上教师对学生宣讲内容及表现，以及学生互评的结果作为学生FPGA应用能力的综合评价结果。从合作意识、动手能力、沟通能力、分析解决问题的能力等方面进行综合评价。
经过教学试点评估，通过课程改革，一些参加创新项目的学生能顺利通过就业招聘单位的笔试面试考核，就业率明显提高。进入创新小组学习的学生中有1/3能独立编写程序，1/4能独立完成小型创新设计，全部学生能够掌握FPGA设计流程。
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FPGA电路设计论文范文第6篇
一、系统总体设计
如图1所示, 系统由处理器实现EEPROM/SD存储及LCD触摸屏显示并操作控制ADG1207模拟开关来调整二阶高通滤波器电阻接入的不同阻值, 来实现滤波器切换不同的滤波频率等级。系统包括LCD触摸显示模块、ARM控制模块、现场可编程门阵列FPGA集成电路、开关电容滤波器、模拟开关及滤波电路。系统通过ARMCortex-M332位RISC处理器, 驱动LCD触摸显示屏来实现友好的人机交换操作界面, 达到一目了然的信息显示及操作。通过ARM处理器来对FPGA/CPLD进行信息交换;FPGA/CPLD收到ARM的需求信息后, 实现多通道同步无级调频算法输出无级可调频率控制开关电容型滤波器及组合逻辑控制模拟开关及滤波电路;实现多通道滤波器的多等级 (无级) 可调、可编程、可组态选择多种滤波方式的滤波器包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器。
二、FPGA与ARM通信
如图2所示该模块为FPGA设计原理图, 该模块主要包括内部控制寄存器、ARM接口电路、存储器接口电路等模块。FPGA控制寄存器与ARM控制板采用SPI接口通信, 每次可以传输24位数据, 高16位为数据位或高20位为地址位, 低4位用于控制位。系统接受到写操作指令时, 将高20位地址和低4位控制位存到地址寄存器中, 再将16位数据存放到数据寄存器中, 并设置好标志位;当系统接受到读操作指令时, 系统查看地址寄存器中的20位地址及4位写控制命令, 并再把16位数据写入数据寄存器, 当ARM延时时间到时, 发送到ARM, 系统通过标志位判别数据正确与否。
三、LCD触摸屏电路
如图3所示, 本系统触摸屏电路是电阻式的, 电阻式触摸屏主要原理是:通过电路的电压变化范围, 来识别外部触摸按下标志位, 触摸屏X电阻面是原点标志位, 通电最小电压处为Y电阻面。系统数据获取时先采集触摸屏对角坐标数据, 根据采集数据确定坐标系。
四、开关电容型滤波器电路
开关电容滤波器的电路连接如图4所示, 开关电容滤波器采用的是对模拟连续信号直接进行数据采样和处理的有源滤波器。A/D转换器选用ARM内部集成的, D/A转换器受FPGA内部控制寄存器控制, 系统从高位到低位依次提取逐位比较。
五、总结
本系统提出的一种基于ARM和FPGA的滤波器, 与传统技术相比较, 具有明显优势: (1) 滤波器通过LCD触摸屏可以直接设置滤波器的参数, 实现在线编程; (2) ARM和FPGA技术结合, 可以实现高通滤波器、低通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器组态可编程选择; (3) 开关电容滤波器的设计具有适用范围广、低功耗、高可靠性、小型化以及低成本的优点。
摘要：传统信号噪声抑制电路一般采用滤波器实现, 但是滤波器的截止频率和切换方式一般是固定的, 这给电路设计、调试带来了很大不便。本文提出一款基于ARM和FPGA技术的滤波器, 可以通过LCD触摸屏直观的操作设置滤波器的参数选择及可编程组态, 实现多通道多等级 (无级调整) 滤波频率点调整选择, 系统体积小、通道多、智能化可编程操作、方便、易用。
关键词：滤波器,多通道,控制器
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