FPGA初学者指南：从数字电路到时序逻辑

"这是一份关于FPGA入门的教程，涵盖了数字电路设计基础知识，FPGA的简介，开发流程，RTL设计，以及Quartus II设计实例和ModelSim与Testbench的使用。教程旨在帮助初学者理解并掌握FPGA技术。" 在FPGA入门教程中，首先介绍了数字电路设计的基本概念。数字电路设计是基于逻辑设计的，其中逻辑值仅由'1'和'0'表示，代表电压或电流的离散状态。'1'通常代表高电平，'0'代表低电平。不同的电平标准如TTL、CMOS等在实际应用中各有其特点。数字电路设计主要分为组合逻辑电路和时序逻辑电路。 组合逻辑电路的输出完全取决于当前的输入，不依赖于任何历史状态。这种电路由各种逻辑门（如与门、或门、非门等）组成。而时序逻辑电路则在时钟的控制下工作，其输出不仅取决于当前输入，还与之前的系统状态有关。时序逻辑电路的核心是触发器，如寄存器，它们在时钟边沿驱动下改变状态。 触发器是时序逻辑电路的关键，其特性参数如建立时间(tsu)、保持时间(thold)和传输延迟(tc-q)对于确保电路的正确运行至关重要。建立时间规定了数据在时钟有效沿到来前必须稳定的时间，保持时间则规定了时钟有效后数据需要保持稳定的时间，而传输延迟是触发器响应时钟到输出稳定的时间。 教程还提到了两个简单的时序逻辑电路示例，其中一个可能是时钟分频电路，这种电路能够将输入时钟频率降低为原来的二分之一、四分之一等，常用于系统时钟管理和频率合成。 FPGA，全称为Field-Programmable Gate Array，是一种可编程逻辑器件，允许用户根据需求配置其内部逻辑结构。FPGA开发流程通常涉及RTL设计，即用硬件描述语言（如Verilog或VHDL）描述电路逻辑，然后通过工具如Altera的Quartus II进行综合、布局布线，最终生成可以在FPGA上运行的配置文件。ModelSim用于仿真验证设计，而Testbench则提供了测试激励以检查设计功能是否符合预期。 通过这个FPGA入门教程，学习者将获得数字电路基础，理解FPGA的工作原理，掌握基本的开发工具和设计方法，为深入的FPGA项目开发打下坚实的基础。