Chào mừng bạn đến với khóa học “Thiết Kế Mạch Tổ Hợp Bằng Verilog/VHDL: Hiện Thực Hóa Các Hàm Logic”! Mạch tổ hợp là thành phần cơ bản và thiết yếu trong các hệ thống số, đóng vai trò thực hiện các hàm logic và xử lý dữ liệu. Khóa học này được thiết kế để cung cấp cho bạn kiến thức nền tảng và kỹ năng thực hành trong việc thiết kế, mô phỏng và hiện thực hóa các mạch tổ hợp sử dụng ngôn ngữ mô tả phần cứng Verilog/VHDL, hai ngôn ngữ phổ biến nhất trong lĩnh vực thiết kế vi mạch. Thông qua các ví dụ cụ thể và bài tập thực hành, bạn sẽ từng bước làm chủ được quy trình thiết kế mạch tổ hợp, tạo tiền đề cho việc học tập các kiến thức nâng cao về thiết kế vi mạch và hệ thống số.
I. NỘI DUNG CHÍNH (MAIN CONTENT):
Khóa học bao gồm các nội dung chính sau:
Phần 1: Ôn Tập Kiến Thức Cơ Bản về Mạch Số và Giới Thiệu Verilog/VHDL
Phần 2: Thiết Kế Mạch Tổ Hợp với Verilog/VHDL
Phần 3: Mô Phỏng và Kiểm Tra Thiết Kế với ModelSim
Phần 4: Hiện Thực Hóa Mạch Tổ Hợp trên FPGA (Tùy chọn)
II. NỘI DUNG ĐƯỢC HỌC (LEARNING OUTCOMES & SCHEDULE):
Khóa học được thiết kế với thời lượng 32 giờ, bao gồm lý thuyết, bài tập và thực hành trên phần mềm mô phỏng. Dưới đây là nội dung chi tiết và thời gian học dự kiến cho từng phần:
Phần 1: Ôn Tập Kiến Thức Cơ Bản về Mạch Số và Giới Thiệu Verilog/VHDL (6 giờ)
1.1. Ôn Tập về Hệ Thống Số và Đại Số Boolean (2 giờ)
Hệ thống số nhị phân, thập phân, thập lục phân.
Biểu diễn số âm trong hệ nhị phân.
Các phép toán logic cơ bản (AND, OR, NOT, XOR…).
Các định lý và tiên đề trong đại số Boolean.
1.2. Ôn Tập về Cổng Logic và Mạch Tổ Hợp (2 giờ)
Các loại cổng logic cơ bản (AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR, XNOR).
Bảng chân trị và ký hiệu của các cổng logic.
Khái niệm về mạch tổ hợp và cách phân tích mạch tổ hợp.
1.3. Giới Thiệu về Ngôn Ngữ Mô Tả Phần Cứng (HDL) (2 giờ)
Giới thiệu về Verilog và VHDL.
Ưu điểm của việc sử dụng HDL trong thiết kế mạch số.
Cấu trúc cơ bản của một module Verilog/VHDL.
Giới thiệu về các công cụ thiết kế và mô phỏng (ModelSim, Quartus Prime).
Phần 2: Thiết Kế Mạch Tổ Hợp với Verilog/VHDL (12 giờ)
2.1. Thiết Kế Bộ Mã Hóa (Encoder) và Bộ Giải Mã (Decoder) (3 giờ)
Nguyên lý hoạt động của bộ mã hóa và bộ giải mã.
Thiết kế bộ mã hóa nhị phân, ưu tiên bằng Verilog/VHDL.
Bài lab: Thiết kế bộ mã hóa 8-to-3 và bộ giải mã 3-to-8 bằng Verilog/VHDL.
Phần mềm: ModelSim, Quartus Prime.
Ngôn ngữ: Verilog/VHDL.
Thiết kế bộ giải mã nhị phân, BCD bằng Verilog/VHDL.
Bài lab: Thiết kế bộ giải mã BCD sang 7 đoạn bằng Verilog/VHDL.
Phần mềm: ModelSim, Quartus Prime.
Ngôn ngữ: Verilog/VHDL.
Ứng dụng của bộ mã hóa và bộ giải mã.
2.2. Thiết Kế Bộ Dồn Kênh (Multiplexer) và Bộ Phân Kênh (Demultiplexer) (3 giờ)
Nguyên lý hoạt động của bộ dồn kênh và bộ phân kênh.
Thiết kế bộ dồn kênh 2:1, 4:1, 8:1 bằng Verilog/VHDL.
Bài lab: Thiết kế bộ dồn kênh 4:1 và bộ phân kênh 1:4 bằng Verilog/VHDL.
Phần mềm: ModelSim, Quartus Prime.
Ngôn ngữ: Verilog/VHDL.
Thiết kế bộ phân kênh 1:2, 1:4, 1:8 bằng Verilog/VHDL.
Ứng dụng của bộ dồn kênh và bộ phân kênh.
2.3. Thiết Kế Bộ So Sánh (Comparator) (2 giờ)
Nguyên lý hoạt động của bộ so sánh.
Thiết kế bộ so sánh 2 số nhị phân bằng Verilog/VHDL.
Bài lab: Thiết kế bộ so sánh 4-bit bằng Verilog/VHDL.
Phần mềm: ModelSim, Quartus Prime.
Ngôn ngữ: Verilog/VHDL.
Ứng dụng của bộ so sánh.
2.4. Thiết Kế Bộ Cộng/Trừ (Adder/Subtractor) (4 giờ)
Nguyên lý hoạt động của bộ cộng/trừ nhị phân.
Thiết kế bộ cộng bán phần (Half Adder), bộ cộng toàn phần (Full Adder) bằng Verilog/VHDL.
Bài lab: Thiết kế bộ cộng toàn phần 4-bit bằng Verilog/VHDL.
Phần mềm: ModelSim, Quartus Prime.
Ngôn ngữ: Verilog/VHDL.
Thiết kế bộ cộng/trừ nhiều bit bằng Verilog/VHDL.
Bài lab: Thiết kế bộ cộng/trừ 8-bit bằng Verilog/VHDL.
Phần mềm: ModelSim, Quartus Prime.
Ngôn ngữ: Verilog/VHDL.
Ứng dụng của bộ cộng/trừ.
Phần 3: Mô Phỏng và Kiểm Tra Thiết Kế với ModelSim (8 giờ)
3.1. Giới Thiệu về ModelSim và Quy Trình Mô Phỏng (2 giờ)
Tổng quan về ModelSim và các tính năng chính.
Quy trình mô phỏng thiết kế Verilog/VHDL với ModelSim.
Tạo project, compile và simulate thiết kế.
3.2. Viết Testbench cho Mạch Tổ Hợp (3 giờ)
Giới thiệu về testbench và vai trò trong kiểm tra thiết kế.
Cách viết testbench bằng Verilog/VHDL.
Tạo các vector kiểm tra (test vectors) để kiểm tra toàn diện chức năng của mạch.
Thực hành viết testbench cho các mạch tổ hợp đã thiết kế.
Bài lab: Viết testbench cho bộ mã hóa, bộ giải mã, bộ dồn kênh, bộ cộng/trừ.
Phần mềm: ModelSim.
Ngôn ngữ: Verilog/VHDL, Testbench.
3.3. Sử Dụng Waveform Editor và Gỡ Lỗi Thiết Kế (3 giờ)
Quan sát và phân tích dạng sóng tín hiệu (waveform) trong ModelSim.
Sử dụng các công cụ debug để tìm và sửa lỗi trong thiết kế.
Thực hành gỡ lỗi các thiết kế Verilog/VHDL dựa trên kết quả mô phỏng.
Bài lab: Mô phỏng và gỡ lỗi các thiết kế mạch tổ hợp.
Phần mềm: ModelSim.
Ngôn ngữ: Verilog/VHDL, Testbench.
Phần 4: Hiện Thực Hóa Mạch Tổ Hợp trên FPGA (Tùy chọn) (8 giờ)
4.1. Giới Thiệu về FPGA và Quy Trình Thiết Kế (2 giờ)
Tổng quan về FPGA và các loại FPGA.
Kiến trúc cơ bản của FPGA (CLB, I/O, Interconnect…).
Quy trình thiết kế FPGA từ RTL đến cấu hình.
4.2. Sử Dụng Quartus Prime để Thiết Kế và Triển Khai trên FPGA (3 giờ)
Giới thiệu về các công cụ trong Quartus Prime (Synthesis, Place & Route, Timing Analysis, Programmer).
Cấu hình thiết kế cho kit DE10-Lite.
Thực hiện quá trình tổng hợp, implementation và tạo file cấu hình.
Bài lab: Tổng hợp và triển khai thiết kế bộ cộng 4-bit lên kit DE10-Lite.
Phần mềm: Quartus Prime.
Thiết bị: Kit DE10-Lite.
Ngôn ngữ: Verilog/VHDL.
4.3. Nạp Thiết Kế Xuống Kit DE10-Lite và Kiểm Tra (3 giờ)
Kết nối kit DE10-Lite với máy tính.
Sử dụng Quartus Prime Programmer để nạp thiết kế xuống FPGA.
Kiểm tra hoạt động của thiết kế trên phần cứng thực tế.
Bài lab: Nạp thiết kế đã triển khai xuống kit DE10-Lite và kiểm tra hoạt động.
Phần mềm: Quartus Prime.
Thiết bị: Kit DE10-Lite.
Ngôn ngữ: Verilog/VHDL.
III. BẠN SẼ BIẾT GÌ SAU KHI HỌC XONG? (KNOWLEDGE GAINED):
Sau khi hoàn thành khóa học, học viên sẽ có khả năng:
Hiểu rõ nguyên lý hoạt động của các mạch tổ hợp.
Thành thạo thiết kế các mạch tổ hợp cơ bản và nâng cao bằng Verilog/VHDL.
Sử dụng thành thạo phần mềm ModelSim để mô phỏng và kiểm tra thiết kế.
Sử dụng Quartus Prime để thiết kế, tổng hợp, và triển khai (tùy chọn) mạch số trên FPGA.
Viết testbench để kiểm tra chức năng của mạch tổ hợp.
Có kiến thức về quy trình thiết kế vi mạch số sử dụng HDL.
Có nền tảng vững chắc để tiếp tục học tập và nghiên cứu chuyên sâu về thiết kế vi mạch và FPGA.
IV. THỜI GIAN (DURATION):
Thời lượng: 32 giờ (bao gồm lý thuyết, bài tập và thực hành trên phần mềm mô phỏng, với phần tùy chọn thêm 8 giờ cho việc triển khai trên FPGA).
Hình thức: Online/Offline/Blended (tùy chọn).
Lịch học: Linh hoạt, phù hợp với nhu cầu học viên.
V. YÊU CẦU (PREREQUISITES):
Có kiến thức cơ bản về điện tử số.
Có tư duy logic tốt.
Sử dụng thành thạo máy tính và các phần mềm văn phòng.
Yêu cầu học viên chuẩn bị trước:
Máy tính cá nhân có cấu hình đủ mạnh để chạy các phần mềm mô phỏng (RAM tối thiểu 8GB, ổ cứng SSD).
Cài đặt sẵn phần mềm ModelSim (phiên bản Intel FPGA Edition hoặc bản quyền sinh viên) và Quartus Prime (Lite Edition). Hướng dẫn cài đặt sẽ được cung cấp trong khóa học.
Bộ kit FPGA DE10-Lite (tùy chọn, khuyến khích có để thực hành nạp thiết kế và kiểm tra trực tiếp trên phần cứng).
VI. ĐỐI TƯỢNG PHÙ HỢP (TARGET AUDIENCE):
Sinh viên các ngành điện tử, cơ điện tử, tự động hóa, CNTT muốn tìm hiểu về thiết kế vi mạch số và FPGA.
Kỹ thuật viên, kỹ sư đang làm việc trong lĩnh vực thiết kế vi mạch, hệ thống nhúng muốn củng cố kiến thức về mạch tổ hợp và Verilog/VHDL.
Người mới bắt đầu muốn học về thiết kế vi mạch và ngôn ngữ mô tả phần cứng.
Bất kỳ ai quan tâm đến lĩnh vực thiết kế vi mạch và muốn làm chủ công nghệ FPGA.
VII. MÔ TẢ (DESCRIPTION):
Khóa học “Thiết Kế Mạch Tổ Hợp Bằng Verilog/VHDL: Hiện Thực Hóa Các Hàm Logic” là khóa học cơ bản cung cấp cho học viên kiến thức và kỹ năng thực hành trong việc thiết kế, mô phỏng và hiện thực hóa các mạch tổ hợp sử dụng ngôn ngữ mô tả phần cứng Verilog/VHDL. Chương trình học được thiết kế bài bản, logic, kết hợp giữa lý thuyết và thực hành, giúp học viên nắm vững các khái niệm và phát triển kỹ năng thiết kế mạch tổ hợp một cách hiệu quả.
Khóa học sử dụng phần mềm mô phỏng ModelSim để học viên có thể viết code, mô phỏng, kiểm tra và gỡ lỗi các thiết kế của mình. Ngoài ra, học viên có thể lựa chọn triển khai thiết kế trên kit FPGA DE10-Lite (tùy chọn), giúp củng cố kiến thức và trải nghiệm thực tế quá trình thiết kế và hiện thực hóa mạch số trên phần cứng.
VIII. LỢI ÍCH (BENEFITS):
Nắm vững kiến thức nền tảng về mạch tổ hợp và các phương pháp thiết kế.
Thành thạo ngôn ngữ Verilog/VHDL cho thiết kế mạch tổ hợp.
Sử dụng thành thạo các công cụ mô phỏng phổ biến trong thiết kế vi mạch.
Có khả năng thiết kế, mô phỏng và kiểm tra các mạch tổ hợp từ đơn giản đến phức tạp.
Hiện thực hóa thiết kế trên kit FPGA (tùy chọn), kết hợp lý thuyết với thực hành.
Tạo tiền đề vững chắc để học tập các khóa học thiết kế vi mạch nâng cao.
Nâng cao năng lực cạnh tranh trên thị trường lao động trong lĩnh vực thiết kế vi mạch, hệ thống nhúng và tự động hóa.
Được học tập với đội ngũ giảng viên giàu kinh nghiệm, nhiệt tình và tâm huyết.
Giáo trình được biên soạn khoa học, dễ hiểu và bám sát thực tế.
Môi trường học tập chuyên nghiệp, trang thiết bị hiện đại (đối với học offline).
IX. CAM KẾT (COMMITMENT):
Cung cấp kiến thức đầy đủ, chính xác và cập nhật về thiết kế mạch tổ hợp bằng Verilog/VHDL.
Đảm bảo học viên nắm vững kiến thức và phát triển kỹ năng thiết kế, mô phỏng mạch tổ hợp sau khi hoàn thành khóa học.
Hỗ trợ học viên tối đa trong suốt quá trình học tập và thực hành.
Cung cấp môi trường học tập chuyên nghiệp, thân thiện và hiệu quả.
Luôn cập nhật kiến thức và công nghệ mới nhất về thiết kế vi mạch và FPGA.
Cam kết mang lại giá trị thiết thực cho học viên, giúp học viên ứng dụng kiến thức vào công việc hiệu quả, nâng cao năng lực cạnh tranh trong thị trường lao động.
X. CÁC THIẾT BỊ, CÔNG CỤ, PHẦN MỀM, NGÔN NGỮ SẼ ĐƯỢC HỌC VÀ SỬ DỤNG TRONG KHÓA HỌC:
Phần mềm:
ModelSim (phiên bản Intel FPGA Edition hoặc bản quyền sinh viên): Trình mô phỏng (Simulator) hỗ trợ Verilog, VHDL và SystemVerilog, được sử dụng để mô phỏng và kiểm tra chức năng của thiết kế.
Quartus Prime (Lite Edition): Bộ công cụ thiết kế của Intel (trước đây là Altera) hỗ trợ thiết kế, mô phỏng, tổng hợp và lập trình cho các dòng FPGA của Intel.
Ngôn ngữ lập trình:
Verilog/VHDL: Ngôn ngữ mô tả phần cứng (HDL) chính được sử dụng trong khóa học để thiết kế mạch số. Học viên có thể chọn 1 trong 2 ngôn ngữ, tùy theo sở thích và định hướng.
Thiết bị (cho thực hành offline – tùy chọn):
Máy tính có cấu hình đủ mạnh để chạy các phần mềm mô phỏng (RAM tối thiểu 8GB, ổ cứng SSD).
Bộ kit FPGA DE10-Lite: (Tùy chọn) Sử dụng để nạp thiết kế xuống phần cứng và kiểm tra trực tiếp.
Chip FPGA: Intel MAX 10.
Cáp USB: Để kết nối bộ kit FPGA với máy tính (nếu có).
XI. KẾT THÚC (CONCLUSION):
Khóa học “Thiết Kế Mạch Tổ Hợp Bằng Verilog/VHDL: Hiện Thực Hóa Các Hàm Logic” là bước khởi đầu quan trọng cho những ai muốn theo đuổi lĩnh vực thiết kế vi mạch và FPGA. Hãy đăng ký ngay hôm nay để trang bị cho mình nền tảng kiến thức vững chắc và kỹ năng thiết kế mạch số chuyên nghiệp, sẵn sàng cho những cơ hội nghề nghiệp hấp dẫn trong ngành công nghệ cao này!
