《FPGA應(yīng)用技術(shù)及實(shí)踐》電子教案學(xué)習(xí)情境四宏功能模塊應(yīng)用任務(wù)一任務(wù)二任務(wù)三流水線乘法累加器設(shè)計(jì)（4課時(shí)）邏輯數(shù)據(jù)采樣電路設(shè)計(jì)（4課時(shí)）簡易正弦信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)（4課時(shí)）學(xué)習(xí)情境學(xué)習(xí)情境四宏功能模塊應(yīng)用教學(xué)任務(wù)任務(wù)一流水線乘法累加器設(shè)計(jì)學(xué)時(shí)4教學(xué)目標(biāo)專業(yè)能力：學(xué)習(xí)使用QuartusII軟件的宏功能模塊進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的方法掌握乘法器、加法器和鎖存器模塊的參數(shù)設(shè)置方法能力：善于觀察，主動(dòng)學(xué)習(xí)信息收集、歸納能力實(shí)踐動(dòng)手能力社會(huì)能力：具有與人協(xié)作、團(tuán)隊(duì)工作的能力具有吃苦耐勞的品質(zhì)語言表達(dá)能力教學(xué)內(nèi)容使用QuartusII軟件的宏功能模塊進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的方法流水線乘法累加器設(shè)計(jì)乘法器、加法器和鎖存器模塊的參數(shù)設(shè)置重點(diǎn)使用QuartusII軟件的宏功能模塊進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的方法難點(diǎn)流水線乘法累加器設(shè)計(jì)教學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)方法演示法、案例教學(xué)法、現(xiàn)場觀摩法教學(xué)場所與條件FPGA實(shí)訓(xùn)基地、多媒體教室階段行為步驟（內(nèi)容）教學(xué)手段時(shí)間資訊明確任務(wù)，收集使用宏功能模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)的相關(guān)資料和流水線乘法累加器的設(shè)計(jì)資料問題導(dǎo)向法20’計(jì)劃確定設(shè)計(jì)思路，制定工作計(jì)劃分組討論法、確定該項(xiàng)目工作計(jì)劃10’決策分組展示初步方案，相互討論、修改方案；教師分析、答疑；根據(jù)學(xué)生、教師共同點(diǎn)評(píng)，修訂、確定最終生產(chǎn)方案集中討論講授法15’實(shí)施對學(xué)生分組，利用QuartusII軟件完成流水線乘法累加器設(shè)計(jì)并進(jìn)行驗(yàn)證教師演示講解學(xué)生分工協(xié)作，自行完成80’檢查檢查任務(wù)的完成情況，分析不足逆向檢查20’評(píng)價(jià)匯報(bào)學(xué)習(xí)、工作心得；對任務(wù)完成情況，進(jìn)行自我評(píng)價(jià)與教師評(píng)價(jià)學(xué)生自評(píng)、小組互評(píng)、教師評(píng)價(jià)15’學(xué)習(xí)情境四：宏功能模塊應(yīng)用任務(wù)一：流水線乘法累加器設(shè)計(jì)教學(xué)方案一、資訊明確任務(wù)，收集使用宏功能模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)的相關(guān)資料和流水線乘法累加器的設(shè)計(jì)資料。問題引領(lǐng)：學(xué)生通過查閱資料、網(wǎng)絡(luò)、視頻等途徑獲取以下信息：1、宏功能模塊的概念及特點(diǎn)。2、流水線乘法累加器的功能是什么？3、流水線乘法累加器由哪幾個(gè)模塊構(gòu)成？4、如何利用軟件來完成流水線乘法累加器的設(shè)計(jì)？5、什么是在系統(tǒng)編程？二、計(jì)劃分析討論引導(dǎo)問題，確定流水線乘法累加器的設(shè)計(jì)思路，討論設(shè)計(jì)重點(diǎn)、難點(diǎn)與實(shí)施方案。三、決策（1）分組展示初步方案，教師講解相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，相互討論、修改方案；（2）根據(jù)學(xué)生、教師的點(diǎn)評(píng)，修訂、確定最終生產(chǎn)方案教師講授：審閱學(xué)生制定的初步表達(dá)方案，分析學(xué)生對基本知識(shí)掌握程度，以確定講授新知識(shí)點(diǎn)的范圍和重點(diǎn)。項(xiàng)目一宏功能模塊簡介LPM是LibraryofParameterizedModules（參數(shù)可設(shè)置模塊庫）的縮寫。設(shè)計(jì)者可以根據(jù)實(shí)際電路的設(shè)計(jì)需要，選擇LPM庫中的適當(dāng)模塊，并為其設(shè)定適當(dāng)?shù)膮?shù)，就能滿足自己的設(shè)計(jì)需要，從而在自己的項(xiàng)目中十分方便地調(diào)用優(yōu)秀的電子工程技術(shù)人員的硬件設(shè)計(jì)成果Altera提供的宏功能模塊與LPM函數(shù)大致有：算術(shù)組件：累加器、加法器、乘法器和LPM算術(shù)函數(shù)等；門電路：多路選擇器和LPM門函數(shù)等；存儲(chǔ)器編譯器：RAM和ROM宏功能模塊；存儲(chǔ)組件：存儲(chǔ)器、移位寄存器和LPM存儲(chǔ)器。項(xiàng)目二流水線乘法累加器設(shè)計(jì)8位流水線乘法累加器的頂層電路原理圖如下圖所示，其由三個(gè)LPM模塊構(gòu)成：兩個(gè)8位鎖器LPM_FF、兩個(gè)8位乘法器LPM_MULT、一個(gè)加/減法器LPM_ADD_SUB。8位流水線乘法累加器的頂層電路原理圖調(diào)用乘法器模塊LPM_MULT（1）設(shè)置乘法器參數(shù)（2）設(shè)置乘法器結(jié)構(gòu)類型（3）將LPM乘法器設(shè)置為流水線工作方式（4）生成乘法器模塊MULT02、調(diào)用加法器模塊LPM_ADD_SUB（1）設(shè)置LPM加法器類型（2）選擇加法器數(shù)據(jù)輸入類型（3）為加法器增加進(jìn)位輸出（4）為加法器增加流水線功能（5）生成加法器模塊ADDER03、調(diào)用鎖存器模塊LPM_FF（1）為LPM寄存器選擇D觸發(fā)器類型（2）生成鎖存器模塊REG04、編譯前的參數(shù)設(shè)置及全程編譯5、電路時(shí)序仿真與測試乘法累加器仿真波形四、實(shí)施學(xué)生分組后進(jìn)入FPGA實(shí)訓(xùn)基地，完成8位流水線乘法累加器設(shè)計(jì)并驗(yàn)證正確性。歸納總結(jié)，寫出總結(jié)報(bào)告。五、檢查檢查設(shè)計(jì)任務(wù)的完成情況，分析不足。六、評(píng)價(jià)學(xué)生匯報(bào)學(xué)習(xí)、工作心得；對工作過程與任務(wù)完成情況，進(jìn)行自我評(píng)價(jià)與教師評(píng)價(jià)；評(píng)價(jià)不足、缺憾以及成功之處。教師進(jìn)行任務(wù)總結(jié)、評(píng)價(jià)?！禙PGA應(yīng)用技術(shù)及實(shí)踐》電子教案學(xué)習(xí)情境四宏功能模塊應(yīng)用任務(wù)一任務(wù)二任務(wù)三流水線乘法累加器設(shè)計(jì)（4課時(shí)）邏輯數(shù)據(jù)采樣電路設(shè)計(jì)（4課時(shí)）簡易正弦信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)（4課時(shí)）學(xué)習(xí)情境學(xué)習(xí)情境四宏功能模塊應(yīng)用教學(xué)任務(wù)任務(wù)二邏輯數(shù)據(jù)采樣電路設(shè)計(jì)學(xué)時(shí)4教學(xué)目標(biāo)專業(yè)能力：進(jìn)一步熟悉使用QuartusII軟件的宏功能模塊進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的方法掌握隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、計(jì)數(shù)器模塊的參數(shù)設(shè)置方法能力：善于觀察，主動(dòng)學(xué)習(xí)信息收集、歸納能力實(shí)踐動(dòng)手能力社會(huì)能力：具有與人協(xié)作、團(tuán)隊(duì)工作的能力具有吃苦耐勞的品質(zhì)語言表達(dá)能力教學(xué)內(nèi)容使用QuartusII軟件的宏功能模塊進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的方法邏輯數(shù)據(jù)采樣電路設(shè)計(jì)隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、計(jì)數(shù)器模塊的參數(shù)設(shè)置在系統(tǒng)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)讀寫編輯器應(yīng)用重點(diǎn)邏輯數(shù)據(jù)采樣電路設(shè)計(jì)難點(diǎn)在系統(tǒng)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)讀寫編輯器應(yīng)用教學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)方法演示法、案例教學(xué)法、現(xiàn)場觀摩法教學(xué)場所與條件FPGA實(shí)訓(xùn)基地、多媒體教室階段行為步驟（內(nèi)容）教學(xué)手段時(shí)間資訊明確任務(wù)，收集邏輯數(shù)據(jù)采樣電路的相關(guān)資料問題導(dǎo)向法20’計(jì)劃確定設(shè)計(jì)思路，制定工作計(jì)劃分組討論法、確定該項(xiàng)目工作計(jì)劃10’決策分組展示初步方案，相互討論、修改方案；教師分析、答疑；根據(jù)學(xué)生、教師共同點(diǎn)評(píng)，修訂、確定最終生產(chǎn)方案集中討論講授法15’實(shí)施對學(xué)生分組，利用QuartusII軟件完成邏輯數(shù)據(jù)采樣電路設(shè)計(jì)并進(jìn)行驗(yàn)證教師演示講解學(xué)生分工協(xié)作，自行完成80’檢查檢查任務(wù)的完成情況，分析不足逆向檢查20’評(píng)價(jià)匯報(bào)學(xué)習(xí)、工作心得；對任務(wù)完成情況，進(jìn)行自我評(píng)價(jià)與教師評(píng)價(jià)學(xué)生自評(píng)、小組互評(píng)、教師評(píng)價(jià)15’學(xué)習(xí)情境四：宏功能模塊應(yīng)用任務(wù)二：邏輯數(shù)據(jù)采樣電路設(shè)計(jì)教學(xué)方案一、資訊明確任務(wù)，收集邏輯數(shù)據(jù)采樣電路的相關(guān)資料。問題引領(lǐng)：學(xué)生通過查閱資料、網(wǎng)絡(luò)、視頻等途徑獲取以下信息：1、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、計(jì)數(shù)器宏功能模塊的參數(shù)有哪些？2、邏輯數(shù)據(jù)采樣電路的功能是什么？3、邏輯數(shù)據(jù)采樣電路由哪幾個(gè)模塊構(gòu)成？4、如何利用軟件來完成邏輯數(shù)據(jù)采樣電路的設(shè)計(jì)？二、計(jì)劃分析討論引導(dǎo)問題，制定邏輯數(shù)據(jù)采樣電路的設(shè)計(jì)思路，討論設(shè)計(jì)重點(diǎn)、難點(diǎn)與實(shí)施方案三、決策（1）分組展示初步方案，教師講解相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，相互討論、修改方案；（2）根據(jù)學(xué)生、教師的點(diǎn)評(píng)，修訂、確定最終生產(chǎn)方案教師講授：審閱學(xué)生制定的初步表達(dá)方案，分析學(xué)生對基本知識(shí)掌握程度，以確定講授新知識(shí)點(diǎn)的范圍和重點(diǎn)。項(xiàng)目一邏輯數(shù)據(jù)采樣電路設(shè)計(jì)8通道邏輯數(shù)據(jù)采集電路的頂層電路原理圖如下圖所示，主要由三個(gè)功能模塊構(gòu)成：一個(gè)隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器LPM_RAM、一個(gè)10位計(jì)數(shù)器LPM_COUNTER和一個(gè)鎖存器74244。8通道邏輯數(shù)據(jù)采集電路原理圖1、調(diào)用隨機(jī)存儲(chǔ)器模塊LPM_RAM（1）LPM_RAM參數(shù)設(shè)置（2）增加時(shí)鐘使能控制（3）允許在系統(tǒng)存儲(chǔ)器內(nèi)容編輯器（4）生成存儲(chǔ)器模塊RAM0調(diào)用計(jì)數(shù)器模塊LPM_COUNTER（1）設(shè)置計(jì)數(shù)器為加法計(jì)數(shù)（2）設(shè)置計(jì)數(shù)器為普通二進(jìn)制計(jì)數(shù)（3）增加異步清零控制（4）生成計(jì)數(shù)器模塊CNT10B3、編譯前的參數(shù)設(shè)置及全程編譯4、電路時(shí)序仿真與測試項(xiàng)目二在系統(tǒng)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)讀寫編輯器應(yīng)用對于CycloneII等系列的FPGA，只要對使用的LPM_ROM或LPM_RAM模塊適當(dāng)設(shè)置，就能利用QuartusII的在系統(tǒng)讀寫編輯器直接通過JTAG口讀取或改寫FPGA內(nèi)處于工作狀態(tài)的存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)。讀取過程不影響FPGA的正常工作。1、鎖定引腳對應(yīng)FPGA開發(fā)板電路結(jié)構(gòu)，將輸入輸出端口鎖定到對應(yīng)引腳上。2、打開在系統(tǒng)存儲(chǔ)單元編輯窗，設(shè)定JTAG通信工具。3、讀取RAM中的數(shù)據(jù)，可以得到系統(tǒng)對外部脈沖信號(hào)采樣獲得的內(nèi)容。4、可以直接編輯RAM中的數(shù)據(jù)下載到FPGA中的LPM_RAM（或LPM_ROM）中。5、輸入輸出數(shù)據(jù)文件四、實(shí)施學(xué)生分組后進(jìn)入FPGA實(shí)訓(xùn)基地，完成邏輯數(shù)據(jù)采樣電路的設(shè)計(jì)并驗(yàn)證正確性。歸納總結(jié)，寫出總結(jié)報(bào)告。五、檢查檢查設(shè)計(jì)任務(wù)的完成情況，分析不足。六、評(píng)價(jià)學(xué)生匯報(bào)學(xué)習(xí)、工作心得；對工作過程與任務(wù)完成情況，進(jìn)行自我評(píng)價(jià)與教師評(píng)價(jià)；評(píng)價(jià)不足、缺憾以及成功之處。教師進(jìn)行任務(wù)總結(jié)、評(píng)價(jià)?！禙PGA應(yīng)用技術(shù)及實(shí)踐》電子教案學(xué)習(xí)情境四宏功能模塊應(yīng)用任務(wù)一任務(wù)二任務(wù)三流水線乘法累加器設(shè)計(jì)（4課時(shí)）邏輯數(shù)據(jù)采樣電路設(shè)計(jì)（4課時(shí)）簡易正弦信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)（4課時(shí)）學(xué)習(xí)情境學(xué)習(xí)情境四宏功能模塊應(yīng)用教學(xué)任務(wù)任務(wù)三簡易正弦信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)學(xué)時(shí)4教學(xué)目標(biāo)專業(yè)能力：學(xué)習(xí)使用QuartusII軟件的宏功能模塊設(shè)計(jì)正弦信號(hào)發(fā)生器的方法學(xué)習(xí)定制初始化數(shù)據(jù)文件的方法掌握ROM模塊的參數(shù)設(shè)置方法能力：善于觀察，主動(dòng)學(xué)習(xí)信息收集、歸納能力實(shí)踐動(dòng)手能力社會(huì)能力：具有與人協(xié)作、團(tuán)隊(duì)工作的能力具有吃苦耐勞的品質(zhì)語言表達(dá)能力教學(xué)內(nèi)容使用QuartusII軟件的宏功能模塊進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的方法正弦信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)ROM模塊的參數(shù)設(shè)置4、定制初始化數(shù)據(jù)文件的方法重點(diǎn)正弦信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)難點(diǎn)定制初始化數(shù)據(jù)文件的方法教學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)方法演示法、案例教學(xué)法、現(xiàn)場觀摩法教學(xué)場所與條件FPGA實(shí)訓(xùn)基地、多媒體教室階段行為步驟（內(nèi)容）教學(xué)手段時(shí)間資訊明確任務(wù)，收集正弦信號(hào)發(fā)生器的相關(guān)資料問題導(dǎo)向法20’計(jì)劃確定設(shè)計(jì)思路，制定工作計(jì)劃分組討論法、確定該項(xiàng)目工作計(jì)劃10’決策分組展示初步方案，相互討論、修改方案；教師分析、答疑；根據(jù)學(xué)生、教師共同點(diǎn)評(píng)，修訂、確定最終生產(chǎn)方案集中討論講授法15’實(shí)施對學(xué)生分組，利用QuartusII軟件完成邏輯數(shù)據(jù)采樣電路設(shè)計(jì)并進(jìn)行驗(yàn)證教師演示講解學(xué)生分工協(xié)作，自行完成80’檢查檢查任務(wù)的完成情況，分析不足逆向檢查20’評(píng)價(jià)匯報(bào)學(xué)習(xí)、工作心得；對任務(wù)完成情況，進(jìn)行自我評(píng)價(jià)與教師評(píng)價(jià)學(xué)生自評(píng)、小組互評(píng)、教師評(píng)價(jià)15’學(xué)習(xí)情境四：宏功能模塊應(yīng)用任務(wù)三：簡易信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)教學(xué)方案一、資訊明確任務(wù)，收集正弦信號(hào)發(fā)生器的相關(guān)資料。問題引領(lǐng)：學(xué)生通過查閱資料、網(wǎng)絡(luò)、視頻等途徑獲取以下信息：1、正弦信號(hào)發(fā)生器是由哪幾個(gè)模塊構(gòu)成？2、如何定制ROM中的初始化數(shù)據(jù)3、如何利用軟件來完成正弦信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)？二、計(jì)劃分析討論引導(dǎo)問題，制定正弦信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)思路，討論設(shè)計(jì)重點(diǎn)、難點(diǎn)與實(shí)施方案三、決策（1）分組展示初步方案，教師講解相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，相互討論、修改方案；（2）根據(jù)學(xué)生、教師的點(diǎn)評(píng)，修訂、確定最終生產(chǎn)方案教師講授：審閱學(xué)生制定的初步表達(dá)方案，分析學(xué)生對基本知識(shí)掌握程度，以確定講授新知識(shí)點(diǎn)的范圍和重點(diǎn)。項(xiàng)目一正弦信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)1、工作原理正弦信號(hào)發(fā)生器由以下四個(gè)部分組成定制ROM中的初始化數(shù)據(jù)文件QuartusII能接受的LPM_ROM模塊中的初始化數(shù)據(jù)文件的格式有兩種：MemoryInitializationFile（.mif）格式和Hexadecimal(Intel-Format)File（.hex）格式。建立.mif格式文件（1）創(chuàng)建MemoryInitializationFile，設(shè)定存儲(chǔ)數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)和數(shù)據(jù)寬度，在生成的mif數(shù)據(jù)表格中，輸入相應(yīng)的波形數(shù)據(jù)。（2）也可使用QuartusII以外的編輯器設(shè)計(jì)MIF文件。其格式如下所示，其中地址和數(shù)據(jù)都為十六進(jìn)制，冒號(hào)左邊是地址值，右邊是對應(yīng)的數(shù)據(jù)，并以分號(hào)結(jié)尾。WIDTH=8;DEPTH=64;ADDRESS_RADIX=HEX;DATA_RADIX=HEX;CONTENTBEGIN0:FF;1:FE;2:FC;3:F9;4:F5;…（數(shù)據(jù)略去）3D:FC;3E:FE;3F:FF;END;（3）也可使用程序語言生成#include<stdio.h>#include"math.h"main(){inti;floats;for(i=0;i<1024;i++){s=sin(atan(1)*8*i/1024);printf("%d:%d;\n",i,(int)((s+1)*1023/2));}}建立hex格式文件（1）創(chuàng)建HexadecimalFile，設(shè)定存儲(chǔ)數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)和數(shù)據(jù)寬度，在生成的數(shù)據(jù)表格中，輸入相應(yīng)的波形數(shù)據(jù)。（2）用普通編譯器產(chǎn)生，如用8051單片機(jī)編譯器來產(chǎn)生。3、調(diào)用RO