### FPGA经典10个例子详解
#### 一、概述与背景介绍
Altera公司作为FPGA领域的领头羊之一，提供了丰富的教育资源和技术支持。本文档介绍了一套基于Altera DE2开发教育板的十个实验室练习案例，这些案例适用于数字逻辑设计入门课程。这套练习旨在帮助学生掌握数字逻辑设计的基本原理，并熟练运用Altera先进的Quartus II CAD系统进行电路设计。
#### 二、基础知识准备
- **Altera DE2开发板简介**：Altera DE2是一款功能强大的开发板，内置有Cyclone II系列FPGA，可以实现各种复杂的数字逻辑设计。此外，DE2板还配备了一系列输入输出设备，如开关、LED灯、7段显示器等，便于实验操作。
- **Quartus II软件使用**：Altera提供了免费的Quartus II软件，用于电路的设计、仿真及下载。为了使学生能够熟练使用该软件，Altera在其大学项目网站上提供了一系列详尽的教程，包括DE2板的使用教程以及如何使用Verilog HDL语言进行电路设计的教程。
- **Schematic Capture使用**：除了使用Verilog HDL进行电路设计之外，Quartus II还支持Schematic Capture（原理图输入）的方式进行设计。虽然本文档没有提供使用原理图输入的版本，但教师可以根据需要调整材料，以适应不同的教学需求。
#### 三、实验室练习概述
这十个练习案例按照难度逐渐递增的顺序排列，涵盖了数字逻辑设计的基础到高级概念：
1. **基础概念**：通过简单的开关控制LED或7段显示器，让学生熟悉基本的数字逻辑门和布尔代数。
2. **简单逻辑表达式**：要求学生根据特定的功能需求，编写简单的逻辑表达式，并将其转换为硬件电路。
3. **算术电路**：涉及加法器、减法器等算术运算单元的设计，帮助学生理解位运算的实现方式。
4. **触发器与计数器**：讲解D触发器、JK触发器等的基本工作原理，并设计简单的计数器电路。
5. **状态机**：介绍有限状态机的概念，设计简单的状态机来完成特定任务。
6. **存储设备**：讨论RAM、ROM等存储器的工作原理，并设计相应的存储电路。
7. **数据通路**：设计包含多个模块的数据通路结构，如ALU、寄存器文件等。
8. **简单处理器**：构建一个简单的处理器模型，包括指令集、程序计数器、累加器等核心部件。
9. **综合与优化**：通过对已有电路进行优化，提高资源利用率或降低功耗。
10. **项目实践**：结合前面学到的知识，完成一个小型的综合性项目，例如设计一个简单的计算器或游戏机。
#### 四、练习特点
- **模块化设计**：每个练习都由多个部分组成，前一部分的设计可以被后一部分复用，从而实现模块化设计，简化后续步骤。
- **灵活性**：教师可以根据课程的具体需求选择性地采用这些练习案例，也可以将它们与其他教学材料相结合，形成更加完整的教学体系。
- **实践导向**：所有练习都强调动手实践的重要性，鼓励学生在实践中学习和掌握数字逻辑设计的核心概念和技术。
通过这套练习案例的学习，学生不仅能够建立起坚实的数字逻辑设计基础，还能熟悉并掌握Quartus II软件的使用方法，为将来进一步深入学习FPGA技术打下良好的基础。
