口袋型FPGA开发板--《数字电路》课程的辅助教学工具

数字电路课程是理工科大学的专业基础课，虽然名称各异，如数字电路与逻辑设计、数字系统设计、数字电路与数字逻辑等，但讲授的内容都差不多：

数字基础--逻辑代数

逻辑门电路--包括TTL和MOS门

组合逻辑电路--包括分析与设计

时序逻辑电路--包括分析与设计

可编程逻辑器件--包括存储器、FPGA

数模和模数转换--包括DAC和ADC

随着数字技术的飞速发展，在数字电路设计中早已不再使用传统的小规模TTL门电路，而是以大规模和超大规模集成电路为主，所以，大家经常看到电路板上只有几个主要芯片辅以必要的外围电路，主控芯片可能是单片机，也可能是FPGA。

技术的进步、教育理念和教学手段的发展，甚至智能手机的普及，都在促使高等教育必须做出改革：一是教学内容的改革，二是教学方法的改革。

关于数字电路课程的教学内容，很多专家学者建议，作为数字设计领域的基础课，虽然现代数字电路设计中可能看不到门电路，但再复杂的设计，归根到底还是门电路或晶体管电路，所以基础知识还是要讲，但可以换一种思路，换一个方法去讲。

北京邮电大学制作了一款口袋型FPGA开发板/学习板/实验板，就是为了解决数字电路教学中的这种矛盾，希望将理论教学与实践教学相结合，以课内实验的形式，在整个数字电路课程的教学过程中，全程使用FPGA去验证各种基础知识，去配合数字电路课程的学习。

数电课程配套的FPGA开发板

口袋型FPGA开发板参数：

核心器件 Altera Cyclone IV

逻辑单元数：6272

RAM：33KB

1 路Micro USB接口

2 位7段数码管

2 个RGB三色LED

2 路按键

8 路拨码开关

3个全局时钟输入

8 路用户LED

70 个用户可扩展I/O

(24个通过FPC扩展)

北邮的数字电路课程是3.5学分，其中3学分(48学时)为理论授课，0.5学分(8学时)为课内实验学时，负责讲解开发板原理，根据课程进度和知识点布置课内实验，总结交流FPGA实验心得体会等。

课内实验也称为随课实验，实际上全部由学生利用课余时间完成，采用口袋型FPGA开发板的好处是学生可以随时随地进行实验，对实验环境要求很低。

另外，课内实验是配合理论教学的实验，只对基础理论进行验证，不做综合性的复杂实验，复杂综合实验由专门的实验课负责完成。在整个学期中，授课教师会根据课程进度布置实验内容，并组织助教在课下按时进行验收。

因为加入基于FPGA的课内实验，使数字电路课程有了“浴火重生”的感觉，学生们积极性很高，老师也把传统的基础理论跟最新的实践应用融合在一起，使整个课程充满了时代的气息，充满了朝气。

随课实验的FPGA开发板选用的是Intel FPGA，开发环境为Quartus Prime，不仅是当前主流技术，而且Quartus有免费版，安装和操作都很简单，学生很容易上手，也减轻了老师和助教的负担。

与理论课配套的课内实验教学，可以这样来做：

第一周 初识FPGA

发放FPGA开发板

安装Quartus Prime开发环境

完成第一个工程实例

数字电路课程开始一般都要先讲数字技术基础、逻辑代数等知识，有的学校在讲完这些之后，会接着讲逻辑门电路的内部结构，包括逻辑门的驱动能力、电平和电流配合等问题，这段时间可以先让学生熟悉FPGA开发板、安装开发环境、并尝试跑通第一个例程，当然，这些作业课堂只做布置，全部由学生在课下完成。

第二周 学会使用板载资源

板载LED显示、七段数码管显示、全彩LED的使用

板载按键和拨码开关的使用

Verilog初步

FPGA开发板为用户提供了必要的输出显示和输入资源，用于接收外部输入并将电路处理结果以可见的方式呈现。其实，依靠FPGA强大的仿真工具，完全可以不需要这些LED和按键，但对于初学者，以及数字电路教学而言，可以用这些板载资源将逻辑电路的结果以更直观的形式呈现出来，能进一步激发学生的学习兴趣。

第三周 全面开启课内实验

从第三周起，可以继续让学生完成一些例程，以进一步熟悉FPGA的开发流程，也可以根据教学进度，将一些典型的电路实现转换为用Verilog描述，进而在FPGA中实现。

经过几年的尝试，一个小小的口袋型FPGA实验板，可以极大地调动学生的学习积极性和学习热情，使数字电路课程不再枯燥，也使这个课程具有了鲜明的时代气息。

很多男孩子说，FPGA开发板就是他们的女朋友，他们每天都用Verilog进行交流！他女朋友用一学期的时间教会了他坚强、细心、耐心和爱心，让他变得更优秀、更强大。

欢迎加入北邮FPGA开发交流群：483983394

我们将聆听大家的意见，努力为您推出更好的产品。除了目前成熟的标准FPGA开发板，我们很快还会推出一款简约风格的FPGA开发板，以满足喜欢简洁的同学，并争取把这款简约风格的FPGA开发板制作成本控制在30元左右。

我们的目标是不仅让中小学生能买得起FPGA开发板，也要让大学生买得起！

北邮简约风FPGA开发板参数曝光

核心器件 Lattice FPGA

逻辑单元数：384

1 路板载Micro USB接口

1 个RGB三色LED

2 位7段数码管

2 路按键

2 路拨码开关

8 路用户LED

4 个用户可扩展I/O

一款好的产品，元器件的质量必须过关，衡量一个产品的价格，是不能以某宝的售价为标准的，低价肯定就意味着性能和质量的折扣。简约，也是以牺牲一定代价换来的，如果不是对价格极为敏感的人群，还是建议采用标准的FPGA开发板，不仅片内资源丰富，开发软件也比较友好。

附：

FPGA入门--安装集成开发环境Quartus

FPGA入门--建立第一个工程

北邮版 简约风FPGA开发板曝光！

金灿灿沉甸甸--初学者的最佳选择

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