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基于XC3S500E芯片学生实验板的实验教学系统的设计

彭建伟  
【摘要】:自从现场可编程逻辑阵列(FPGA)这一创新性技术被Xilinx公司于1984年提出以来,FPGA已经走过了将近30个年头。经过这20多年的发展,FPGA已经成为当今电子设计应用市场上首选的可编程逻辑器件之一,同时它也是实现数字系统设计的主流平台之一。 而Xilinx公司也在这次科技浪潮中愈发壮大,目前占据50%以上的全球市场份额,成为全球最大的FPGA芯片制造商和全球领先的可编程逻辑完整解决方案的供应商,在半导体行业中增长最快的领域之一——可编程逻辑器件(PLD)市场中雄踞领先地位,甚至包括非FPGA供应商在内,Xilinx也能在芯片架构供应商的排名中进入前10,紧随Intel、ARM等世界知名厂商之后。 为了适应集成电路的发展趋势,我校测控技术与仪器专业也新开了FPAG课程,所以,设计一套适用于本校教学的、完整实用的FPGA实验教学系统是非常有必要的。 本文通过查阅了大量的文献资料以,并研究了国内外高校FPGA实验教学方面的经验,在面向本校教学应用的需求上,根据本科生对FPGA课程教学的要求,研究开发了一款适用于本科生FPGA教学的实验板,并配备了教学实验,使其成为一套完整的FPGA实验教学系统。本文系统的介绍了FPGA芯片的基本工作原理、基本架构、性能指标等特点,详细介绍了XC3S500E芯片的资源及外围扩展模块的功能,并主要介绍了系统如何设计,硬件平台如何搭建。同时,根据该开发系统的各功能模块,设计出了一系列具有代表性的FPGA教学实验。这些实验通过对一些典型模块的介绍,使得本科生能尽快掌握如何通过配置FPGA芯片来实现各个模块的功能。通过对该实验开发板的学习,让本科生更早的接触、了解Xilinx公司的芯片,熟悉FPGA的开发流程,以便于毕业后可以直接从事与FPGA领域相关的工作。 该实验系统依托与Xilinx公司自行研发的开发环境ISE,实验例程使用Verilog硬件描述语言,实验内容由基础性实验到创新性实验逐步深入,不仅能满足本科生FPGA教学方面的实验要求,将理论知识与动手能力紧密联系起来,使学生具有一定的实践能力和综合测试技能,并初步掌握一些FPGA的设计方法,而且能够充分调动广大学生的学习积极性,培养学生在FPGA方面的兴趣和自主创新能力。


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