FPGA学习笔记
本文包含FPGA学习的基础知识、驱动设计、SOPC设计、实验案例和问答等内容，旨在为读者提供全面的FPGA学习笔记。
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FPGA基础知识
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Fpga Basics
Digital Circuit Design
Verilog Syntax
FPGA概念包括生产厂商（如Xilinx和Altera）、学习方法（如使用FPGA板卡和开发工具）、内部结构（可编程逻辑单元、I/O资源和互连线）、设计规范（命名和文件放置规范）、Verilog基本语法（I/O格式、数据类型、运算符等），以及建模方法（数据流建模、行为建模和结构化建模）。FPGA设计涉及组合逻辑和时序逻辑电路的实现，强调模块化设计和仿真测试。
Dec 16, 2024 03:45 PM
Frequency Division
Clock Signal Processing
Digital Circuit Design
分频器设计涉及将输入时钟频率降低为输出时钟频率，分为整数分频和小数分频。整数分频包括偶数和奇数分频，使用计数器实现。小数分频可分为半整数和非半整数分频，后者不稳定。设计示例包括50MHz到25MHz、5MHz和3MHz的分频电路，并提供练习任务以巩固学习内容。
Sep 24, 2024 01:30 PM
Led Control
Pwm Technology
Circuit Design
呼吸灯设计涉及LED亮度调节，通过物理方法和PWM（脉冲宽度调制）实现。设计需求为使用ZX-1板卡实现4秒周期的呼吸灯功能，测试结果符合设计要求。文中还讨论了设计过程、测试方法及后续练习，包括闪光灯和呼吸灯功能的实现分析。
Sep 24, 2024 01:29 PM
流水灯设计
LED控制
状态机设计
流水灯设计包括过程分析、设计思路（逻辑、移位和状态机思想）、设计架构以及仿真实现。设计要求LED灯以特定时间间隔点亮，并提供练习以实现不同的LED显示方式。
Sep 24, 2024 01:30 PM
State Machine Theory
Finite State Machine
Circuit Design
状态机理论包括状态机的基本概念、分类和设计思路，讨论了摩尔型和米利型状态机的特点及其电路模型。推荐使用二段式和三段式描述方法以提高代码清晰度和可维护性，避免一段式描述的缺点。状态机的编码方法和结构也被详细介绍，并提供了练习以巩固学习内容。
Sep 28, 2024 12:34 PM
VendingMachine
FiniteStateMachine
StateTransitionDiagram
本文介绍了一个简易自动售货机的状态机应用实例，包括商品、价格、投币方式和找零功能。通过分析用户投币过程，确定状态机的设计思路，并采用状态转移图描述状态机。文中还展示了三种FSM描述方法的设计架构和测试结果。
Sep 24, 2024 01:36 PM
SequenceDetector
FiniteStateMachine
DesignAnalysis
状态机应用实例包括序列检测器，能够检测字母流和二进制数据流，并输出两个检测结果。设计分析部分详细讨论了字母流和二进制数据流的检测方法及其状态图，最后展示了基于三段式有限状态机的设计实现，包括RTL视图、状态图和测试结果。
Sep 24, 2024 01:37 PM
Digital Tube Driver
Design Principles
Testing and Implementation
数码管驱动设计涉及设计背景、数码管分类、工作原理、设计要求、架构及实现等方面。设计要求包括驱动ZX-1板卡上的6个数码管显示特定值，并使用ISSP工具生成数据。工作原理说明了如何通过位选和输入数据驱动多个数码管显示，强调了切换频率的重要性。测试结果展示了逻辑实现和状态机实现的效果。
Sep 24, 2024 01:40 PM
Key Processing
Debouncing Techniques
Input Output Management
文档讨论了按键处理的不同方式，包括独立按键和矩阵键盘的特性及其I/O资源占用。对于按键数量较少时，推荐使用独立按键；而数量较多时，则使用矩阵键盘。还分析了独立按键的消抖过程，介绍了硬件和软件消抖方法，并提供了设计架构和测试结果。最后，包含了一些练习和仿真测试的结果。
Sep 24, 2024 02:03 PM
Edge Detection Circuit
Digital Circuit Design
Signal Processing
边沿检测电路能够检测跳变信号的上升和下降沿，利用D触发器进行信号处理。上升沿时，输出在下个时钟周期翻转；下降沿时，输出也在下个时钟周期翻转。文中还提到仿真测试结果和按键处理的练习，旨在理解边沿检测电路并实现LED显示效果。
Sep 24, 2024 02:46 PM
BinaryToBCD
BCDEncoding
ConversionMethods
文档讨论了二进制转BCD（十进制编码）的过程，包括二进制和BCD码的定义、实现方式（如对10求余法和大4加3算法），以及具体的步骤和示例。最后提供了设计架构和测试结果的概述。
Sep 24, 2024 02:47 PM
BCD To Binary
Digital Design
Weighted Calculation
文档讨论了BCD转二进制的实现方法，提供了两个例子，展示了如何将BCD转换为十进制和二进制。加权方式的实现公式为bin = bcd[15:12]*1000 + bcd[11:8]*100 + bcd[7:4]*10 + bcd[3:0]。此外，文档还包含了测试图像和练习内容，要求完成课堂内容和设计一个按键计数器。
Sep 24, 2024 02:53 PM
Key Counting Design
ZX-1 Board
BCD Conversion
该设计项目利用ZX-1板卡上的两个按键实现按键计数功能，包含自加和自减控制，输出结果进行BCD转码并在数码管上显示。设计包括按键消抖、边沿检测、计数逻辑、二进制转BCD和数码管显示等模块，并进行了任务分配和仿真测试。
Sep 24, 2024 02:55 PM
Digital Clock Design
Logic Control
Timing Functionality
简易数字钟设计利用ZX-1板卡实现，具备时、分、秒的逻辑显示和复位功能。设计过程包括逻辑控制分析和两种设计架构（大方向~小方向和小方向~大方向）。测试结果显示设计有效，后续练习中增加了启停功能，需处理按键消抖和边沿检测。
Sep 24, 2024 02:56 PM
Digital Clock Design
Logic Control Implementation
Alarm Functionality
可调数字钟设计要求包括使用三个按键进行时间切换和校准，具有启停、提醒和闹钟功能。设计过程涉及逻辑控制、闪烁功能和小时/分钟的逻辑控制实现，采用蜂鸣器实现提醒功能。任务分配明确了各部分的责任，包括逻辑控制、闪烁逻辑和整体测试。
Sep 24, 2024 02:58 PM
Passive Buzzer
Audio Frequency Control
Music Notation Design
无源蜂鸣器具有便宜、可控音频频率和便于程序控制等优点。设计分析包括驱动蜂鸣器鸣叫、按键控制发声、产生多种音调和音符时值的简谱。实现部分详细说明了音调频率与计数器的关系，并提供了简谱的音符时值和示例。练习内容包括完成基本功能和设置特定音调的按键。
Sep 24, 2024 03:00 PM
Matrix Keyboard Design
Independent Key Characteristics
Hardware And Driver Circuits
矩阵键盘驱动设计包括独立按键和矩阵键盘的比较，强调在按键数量较少时使用独立按键，而在数量较多时使用矩阵键盘。设计中涉及硬件电路与驱动电路的关系，以及矩阵键盘的工作原理和设计分析，最后提供了练习以加深理解。
Sep 24, 2024 03:03 PM
Calculator Design
Finite State Machine
Arithmetic Operations
设计一个四则运算计算器，要求包括16个按键（数字、运算符和赋值号），支持显示计算结果并处理超出范围的错误。计算过程包括输入两个操作数和运算符，输出结果，并支持重复计算。设计采用有限状态机（FSM）实现，并进行了仿真测试和下板验证。
Sep 24, 2024 03:04 PM
Fpga Design
Memory Architecture
Digital Logic
本文讨论了FPGA内部构建的多种存储器，包括ROM、SPRAM、DPRAM和FIFO，详细介绍了其设计要求、实现过程和工作原理。重点包括数据深度、宽度、读写操作、波形生成及频率调节等，强调了在不同应用场景下的设计策略和控制器实现。
Sep 24, 2024 03:06 PM
Music Data
ROM Architecture
Music Player Simulation
ROM器件用于控制音符数据的读取和地址变化，包含音符、数据和地址的简谱数据示例。设计架构包括ROM_IP模块及其他模块，需完成音乐播放器的仿真和下板，支持多种音符数据和时长的配置。
Sep 3, 2024 02:17 AM
FPGA驱动设计
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Image Processing
VGA Technology
Display Systems
文档讨论了VGA驱动设计中的图片放大和缩小机制，包括地址变化公式和实现过程。放大和缩小图片的过程中，计算显示区域和地址变化是关键，文中提供了具体的公式和示例。此外，还介绍了基于VGA的电子相册设计要求、设计分析和架构，以及VGA动态图显示和小游戏的设计思路。
Sep 24, 2024 06:55 AM
Serial Communication
Communication Protocols
Data Transmission Methods
文档详细介绍了基于UART协议的串行通信，包括接收器和发送器的实现、数据格式、波特率设置、全双工功能测试以及基于FPGA的通信显示系统设计。重点讨论了UART的工作原理、数据传输过程、波特率调节和简易通信显示系统的架构与实现。
Sep 24, 2024 06:58 AM
Serial Communication
Communication Protocols
Data Transmission Methods
Digital Signal Conversion
DAC Control Mechanisms
Voltage Output Systems
TLC5620型DAC驱动设计涉及数模转换器的基本原理和实现，包括设计背景、原理、实现步骤及仿真测试。设计使用TLC5620芯片，支持4通道8位电压输出，采用串行接口传输数据，并通过时序控制实现输出电压的同步更新。设计分析包括时序参数和线性序列表，仿真测试验证了不同命令码下的输出电压计算。
Sep 24, 2024 06:59 AM
Serial Communication
Data Transmission Methods
Digital Signal Conversion
Analog Signal Processing
Serial Data Transfer Techniques
ADC Design Methodologies
TLC549型ADC是一种模数转换器，能够将模拟信号转换为数字信号。其工作原理包括模拟输入、串行接口和时序控制，设计时需遵循严格的时序参数。设计架构采用线性序列机实现，支持多种数据输出和工作电压。通过ADC数据可计算对应的电压值，示例计算表明在不同输入数据下的输出电压。
Sep 24, 2024 06:47 AM
Serial Communication
Communication Protocols
Data Transmission Methods
PS2鼠标键盘驱动设计的背景是为了解决普通键盘无法满足输入需求的问题，采用PS2接口以便于与FPGA连接。设计中涉及PS2协议的通信方式、键盘扫描码的解码、设计架构及实现过程，并通过仿真测试验证功能。最终，设计可扩展为基于PS2键盘的电子琴，利用特定按键发声。
Sep 24, 2024 07:00 AM
Serial Communication
Communication Protocols
Data Transmission Methods
本文详细介绍了SPI通信协议的操作，包括读取ID、块擦除（BE）、读状态寄存器（RDSR）和其他指令的实现过程。每个指令的执行步骤、时序和必要的信号变化都进行了详细描述，强调了在发送新命令之前需要检查WIP位的状态。
Oct 11, 2024 02:48 PM
Serial Communication
Communication Protocols
Data Transmission Methods
本文讨论了Flash控制器的设计，分为两部分。第一部分介绍了Flash操作的步骤，包括检测WIP、读取设备ID、擦除和编程等操作，并详细描述了控制器的架构设计和实现。第二部分则探讨了通过选择器控制常用指令的整体设计架构，分析了各个指令的功能实现及其在Flash操作中的应用。最后，文中还进行了设计分析和测试验证，确保Flash操作的顺序和正确性。
Oct 11, 2024 02:48 PM
Serial Communication
Communication Protocols
Data Transmission Methods
本文详细介绍了EEPROM驱动设计的各个方面，包括字节写操作、页写操作、字节读操作和顺序读操作的时序分析与实现。此外，还涵盖了串行通信系统的设计要求和架构，强调了EEPROM的控制字、应答时序以及数据传输过程中的关键步骤和注意事项。
Oct 17, 2024 03:47 PM
Serial Communication
Communication Protocols
Display Systems
本文介绍了LCD12864液晶显示器的设计，包括其基本概述、关键端口描述、驱动协议、图片显示设计要求及实现过程。详细阐述了LCD12864的接口、控制器的初始化和指令发送流程，以及设计架构和仿真测试结果。
Oct 23, 2024 03:07 PM
Serial Communication
Communication Protocols
Data Transmission Methods
USB是一种通用串行总线，经历了多个版本的发展，当前传输速率可达10Gbps。USB2.0作为广泛使用的高速接口，支持多种数据传输方式，包括普通数据、同步数据、事件数据和配置数据，并采用CRC进行错误检测。USB的通信模式为主从结构，最多支持127个从设备。EZFX2是目前市场上广泛使用的USB控制芯片解决方案。
Nov 10, 2024 06:37 AM
On-chip Memory Architecture
Memory Interface Design
Hardware Architecture Design
片外存储器在数字电路设计中是关键组件，具有大容量、独立接口和低造价等特点。文中详细介绍了片外存储器的分类、集成电路存储器的特性、SDRAM的工作原理及其命令和控制器设计，强调了同步读写的重要性和刷新操作的必要性。
Dec 26, 2024 02:29 PM
FPGA SOPC设计
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SOPC Development
FPGA Programming
Hardware-Software Integration
本文介绍了SOPC设计的概念、开发软件、开发流程及具体步骤，包括使用Altera的Quartus II和Eclipse软件。主要步骤包括定制SOPC系统模块、建立工程、编写程序、调试及生成可执行文件。还提供了简单的SOPC开发步骤和实例，如搭建Qsys系统和编写驱动程序的详细过程。
Oct 23, 2024 03:17 PM
FPGA实验案例
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Vending Machine Design
Verilog Programming
State Machine Modeling
设计一个巧克力自动售货机，售价为25美分，接受5美分、10美分和25美分的硬币。机器在投入金额达到或超过25美分时售出巧克力，并在超出金额时退还多余的硬币。设计要求包括使用米利机绘制状态转移图、建模和仿真测试。
Sep 24, 2024 03:08 PM
Vending Machine Design
Verilog Programming
Digital Signal Processing Design
Hardware Architecture Design
State Machine Modeling
该文档包含多个Verilog模块的设计，包括DDS可调信号发生器、七段显示驱动、波形生成和仿真程序。主要模块包括
seven_tube_drive、shift_adjust、show、wave_generate等，涉及信号处理、状态机、波形生成和测试基准设计，旨在实现可调信号的生成和显示。Sep 24, 2024 03:10 PM
Logic Analyzer Development
State Machine Modeling
Hardware Architecture Design
设计了一种十路逻辑分析仪，具有实时信号采集、支持高频信号和独立电路设计的优点，但成本较高。逻辑分析仪通过PS2键盘进行人机交互，采样率为80MHz，支持单次和连续采样。设计包括信号采集电路、波形显示和VGA接口驱动，确保模块间功能独立。通过特定规则将采集数据转换为波形图像，并实现键盘按键功能分析以控制电路状态。
Nov 5, 2024 01:59 PM
On-chip Memory Architecture
Memory Interface Design
Digital Signal Processing Design
本文讨论了片上存储器的原型设计，包括其分类、优缺点及应用场景，特别强调了FIFO的使用。片上存储器适用于缓存而非大规模数据存储，FIFO用于跨时钟域处理和带宽转换。文中还提供了FIFO的架构设计、读写状态判断及存储器读写程序设计的详细信息。
Nov 5, 2024 01:59 PM
Hardware Architecture Design
Digital Signal Processing Design
Verilog Programming
Data Acquisition System Design
Signal Processing Techniques
FPGA-Based Signal Processing
数据采集实验涉及信号处理的核心原理，包括信号的采样、序列化和量化编码。系统分为低频和高频采集，设计了基于zx-2的数据采集系统，支持多通道信号采集，使用UART进行数据发送和人机交互。详细描述了各通道的信号采集驱动程序、数据传输接口、命令参数解析及按键控制等功能，确保有效的数据处理和交互。
Nov 7, 2024 01:58 PM
Digital Signal Processing Design
Memory Interface Design
Signal Processing Techniques
数字通信基础介绍了数据传输的不同形式，包括单比特和多比特传输的优缺点，以及主从和对等传输模式。文中详细讨论了线路编码的必要性，介绍了不归零码和归零码的应用，以及8B/10B编码的原理和实现。最后，探讨了SOC总线的通信规则，特别是AXI总线的设计和操作，强调了其在现代数字电路设计中的重要性。
Nov 19, 2024 12:53 PM
RISC CPU Design
CPU Architecture Design
本文介绍了RISC CPU的原型设计，包括CPU的基本概念、分类（RISC与CISC）、指令集设计、CPU总线设计及RISC架构设计。强调了RISC的优点，如电路结构简化和适应性强，同时探讨了指令的分类和汇编语言的使用。最后，讨论了最小系统和SOC系统的概念，指出SOC将软硬件环境集成在一个电路设计中。
Nov 19, 2024 12:53 PM
Digital Signal Processing Design
Signal Processing Techniques
FPGA-Based Signal Processing
本文讨论了通信算法的验证应用，主要包括通信的基本概念、信息表示、信号编码、通信要素、主流通信方式以及扩频通信的原理与实现。详细介绍了扩频调制编码设计、解码过程、汉明码的应用及其抗干扰性验证，强调了在数字电路设计中通信的重要性和复杂性。
Nov 27, 2024 01:58 PM
Digital Signal Processing Design
Signal Processing Techniques
Video Image Processing
本文介绍了视频图像处理的基础知识，包括图像和视频的定义、像素点的表示、图像滤波技术（如均值滤波和中值滤波）以及视频图像处理的电路设计原理。重点讨论了邻域的选择、图像处理的算法实现、数据存储与处理的设计，以及如何通过仿真验证电路设计的正确性。此外，还探讨了边缘检测算法的基本原理，如Prewwit和Sobel算法。
Dec 7, 2024 09:22 AM
FPGA Q&A
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Finite State Machine
Logic Design
Digital Systems
状态机（FSM）是一种数学模型，用于描述具有有限状态的系统行为，适用于需要根据输入条件变化而转换状态的逻辑设计场合。状态机的基本要素包括状态、状态转换、输入、输出和初始状态。两段式FSM由状态寄存器过程和组合逻辑过程组成，而三段式FSM则包含状态寄存器过程、下一状态逻辑过程和输出逻辑过程。阻塞赋值用于组合逻辑，非阻塞赋值用于时序逻辑。在三段式FSM中，判断表达式通常是当前状态，用于决定下一状态和输出信号。
Sep 2, 2024 07:39 PM
ModelSim Commands
FPGA Debugging
Simulation Optimization
The document discusses two
vsim commands for ModelSim simulation. The first command runs simulations with default optimizations, which may hide some signals, making it suitable for performance. The second command, using -voptargs=+acc, disables certain optimizations to ensure all signals are visible, making it ideal for debugging. It is recommended to use the second command for debugging and the first for performance-optimized simulations.Sep 2, 2024 07:39 PM
FPGA Debugging
Logic Design
FPGA Interview Questions
Communication Protocols
Design Principles and Timing Analysis
本文详细介绍了FPGA面试题，包括CMOS反相器原理、三大通讯协议（UART、SPI、IIC）的理解与应用、时序分析中的建立时间和保持时间、亚稳态、竞争与冒险现象、同步与异步逻辑的区别、FPGA设计流程等多个主题。每个主题都提供了相关的定义、原理、图示和Verilog实现示例，适合FPGA和数字电路设计的学习与复习。
Nov 10, 2024 06:39 AM
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