《数字电路EDA设计》教学大纲.pdf

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1、数字电路 EDA 设计课程教学大纲 学分：学分：4 学时：学时： 72（42+30）学时 适用专业适用专业：应用电子技术、通信技术、电子信息工程技术等专业 前导课程：前导课程：数字电子技术 后续课程：后续课程： 无 一、课程的性质和任务 高职院校的 EDA 技术的课程教学一般分为两个层次即 EWB 电子仿真技术、PROTEL 电路设计和基于 PLD/FPGA 的数字电路与数字系统的设计，随着电子技术的发展，当前数字电路和数字系统的设计正朝着速度快、容量大、体积小、重量轻的方向发展。作为电子、通信类专业的学生，在已经学习 EWB 电路仿真技术、PROTEL 电路设计技术的基础上，还应掌握基于 P

2、LD/FPGA 器件的数字电路与数字系统的设计技术。 本课程是高职电子、通信类专业学生学习现代 EDA 技术的课程之一，学习本课程的目的是使学生掌握 VHDL 硬件描述语言， 以 Altera 公司的 EDA 开发软件 Quattus II 为主，通过学习组合逻辑电路、时序逻辑电路和综合数字系统的设计方法，培养学生的具有基于 CPLD/FPGA 器件设计数字电路及数字系统的能力。 二、课程教学基本要求 1、了解 EDA 技术的应用与发展情况 2、了解三大公司（Altera、Lattice、Xilinx）生产的可编程器件的种类、基本结构和工作原理，以及相关的开发软件。 3、掌握 VHDL 语言的

3、结构、语言要素、基本语句和基本程序设计方法以及仿真方法，运用 VHDL 语言设计各种组合逻辑电路和时序逻辑电路。 4、熟练掌握 Quattus II 开发软件的应用，重点掌握图形、波形和文本设计法。 三、教学内容和要求 （一）理论教学内容和要求 第一章：数字系统设计与 EDA 技术 1、讲授内容 1）数字系统概念 2）电子设计发展趋势 3）EDA 技术介绍 4）EDA 应用与发展趋势 2、基本要求 1）了解数字系统的概念 2）了解电子设计发展趋势 3）了解 EDA 技术基本特征 第二章：VHDL 语言基础 1、讲授内容 1） 硬件描述语言特点、基本结构、主要构件 2） VHDL 数据类型及运算

4、符、数据对象 3） VHDL 基本语句 4）VHDL 程序的其他构件 2、基本要求 1）了解 VHDL 的特点和程序的一般结构 2）掌握 VHDL 语言的程序结构和编程方法 程序结构包括：实体、结构体、程序包、库及配置、常用语句 第三章：组合逻辑模块 1、 讲授内容 1）基本门电路、数据选择器、数据分配器、译码器、三态门设计 2）半加器、全加器、多位加法器、减法器、乘法器设计 2、基本要求 1）掌握利用多种方法设计上述组合逻辑电路 2）对电路进行仿真 第四章 同步时序电路设计 1、讲授内容 1）时序电路的特点与组成及其描述方法 2）ASM 图的组成 3）ASM 图的硬件实现 4）有限状态机的

5、VHDL 实现 2、基本要求 1）掌握时序电路的特点和组成及描述方法 2）掌握 ASM 图的组成，硬件实现 第五章 基本时序逻辑电路 1、讲授内容 1）触发器设计 包括：基本 D 触发器、JK 触发器、T 触发器 2）计数器设计 包括：基本计数器、同步清零的计数器、同步清零的可逆计数器、同步预置数的计数器、带进制的记数器 3）寄存器设计 包括：基本移位寄存器、基本数据寄存器、串入/串出移位寄存器、同步预置数串行输出移位寄存器、循环移位寄存器、6 位双向移位寄存器 4）有限状态机 包括：莫尔型状态机、米里型状态机 2、基本要求 1）掌握触发器、计数器、寄存器、有限状态机的设计方法 2）对电路进行

6、仿真 第九章 可编程逻辑器件 1、讲授内容 1）可编程逻辑器件的发展 2）PLD 的分类 3）COLD 与 FPGA 的比较 2、 基本要求 1）了解可编程逻辑器件的发展、分类情况 2）掌握可编程逻辑器件的基本结构和特点 3）掌握可编程逻辑器件的基本资源和编程元件 4）了解 CPLD 与 FPGA 的区别 第十章 基于 CPLDFPGA 的数字系统设计 1、讲授内容 1）基于 Quartus II 的数字系统设计流程 2）基于 CPLDFPGA 的 EDA 实验平台设计 3）Quartus II 软件使用介绍 2、基本要求 1）了解可编程逻辑器件的设计流程的四个步骤(输入、实现、校验、编程)

7、2）了解可编程逻辑器件的设计开发系统软件 3）了解 Quartus II 开发软件功能 包括：原理图、符号、文字、波形、引脚平面编辑器、信息窗口、体系显示、编译、烧写、时间分析窗口。 4）掌握 Quartus II 开发软件的使用方法 第十三章： 综合性设计实验 1、讲授内容 1）三人抢答器 2）出租车计费器实验 3）红外遥控器 2、基本要求 1）了解电路基本组成和原理 2）用 VHDL 语言编写程序 3）对电路进行仿真 4）下载到实验箱上验证 （二）实验教学内容和要求 以Altera公司的EDA开发软件Quarurs II为平台，通过学习组合逻辑电路、时序逻辑电路和综合数字系统的设计实验，培

8、养学生利用VHDL语言设计的能力，使学生掌握数字电路及数字系统设计的方法和操作过程，掌握图形编辑和VHDL文本编辑，重点是VHDL文本编辑，具备基本的开发能力。 实践（实训）内容实践（实训）内容 实训一： Quartus II 开发软件安装与使用 1、 实验内容 1）Quartus II 开发软件安装 2）Quartus II 开发软件功能认识 3）Quartus II开发软件基本设计流程 2、基本要求 1）掌握 Quartus II 开发软件的安装方法 1） 了解 Quartus II 开发软件的基本功能界面 包括：原理图、符号、文字、波形、引脚平面编辑器、信息窗口、体系显示、编译、烧写、时

9、间分析窗口。 3）初步学会使用 Quartus II 开发软件创建、保存文件、编译、综合和仿真等 4）认识元件库的可编程器件 实训二： VHDL 程序设计（1） 1、实验内容 VHDL 功能语句的认识，包括类属参数说明语句、端口、BLOCK 语句、进程、子程序。 2、基本要求 练习语句输入、掌握其在程序当中的功能特点 实训三：VHDL 程序设计（2） 1、实验内容 1）程序包、库、配置语句 2）并行语句、顺序语句 3）VHDL 语言的运算操作符，包括逻辑运算符、算术运算符、关系运算符 1、 基本要求 理解上述语句和运算符的用途 实训四：组合逻辑电路设计（1） 1 实验内容 1）基本门电路 2）

10、半加器、全加器 2、 基本要求 1）了解电路逻辑原理 2）用原理图输入法进行设计 3）用文本输入法（VHDL 程序）进行设计 4）仿真结果 实训五：组合逻辑电路设计（2） 1、实验内容 1）6 位加法器 2）4 位加减法器 3）3 位乘法器 2、基本要求 1）了解电路逻辑原理 2）用原理图输入法进行设计 3）用文本输入法（VHDL 程序）进行设计 4）仿真结果 实训六：时序逻辑电路设计（1） 1、 实验内容 1）JK 触发器 2）同步清零的计数器 3）串入/串出移位寄存器 2、基本要求 1）了解电路逻辑原理 2）用原理图输入法进行设计 3）用文本输入法（VHDL 程序）进行设计 4）仿真结果

11、实训七：时序逻辑电路设计（2） 1、 实验内容 1）循环移位寄存器 2）6 位双向移位寄存器 3）有限状态机设计（莫尔型、米里型） 2、基本要求 1）采用 VHDL 设计 2）仿真结果 实训八：分频器设计 1、 实验内容 设计一个半整数分频器 2、 基本要求 1） 学会分频器设计的方法 2）用 VHDL 语言设计程序 3）仿真结果 4）下载到实验箱进行验证 实训九：音乐发生器设计 1、 实验内容 设计一个音乐发生器 2、 基本要求 1）了解音乐发生器的电路组成及工作原理 2）用 VHDL 语言设计程序 3）仿真结果 4）下载到实验箱进行验证 实训十： 2FSK/2PSK 信号产生器设计 1、

12、实验内容 设计 2FSK/2PSK 信号产生器 2、 基本要求 1)用 VHDL 语言设计程序 2)仿真结果 3)下载到实验箱进行验证 实训十一： 多功能电子表设计 1、实验内容 设计一个具有多功能电子表，其功能包括：数字钟、数字跑表、调时、闹钟设置、日期设置 2、基本要求 1)用 VHDL 语言设计程序 2)仿真结果 3)下载到实验箱进行验证 实训十二： A/D 变换控制器的设计 1、实验内容 设计设计一个控制器控制 ADC0809，使其正常工作。 2、基本要求 1) 掌握 A/D 变换集成电路 ADC0809 的各引脚功能和 A/D 变换的原理 2）用 VHDL 语言设计程序 2)仿真结果

13、 3)下载到实验箱进行验证 实训十三： 交通灯控制器设计 1、实验内容 设计一个交通信号灯控制器 2、基本要求 1)用 VHDL 语言设计程序 2)仿真结果 3)下载到实验箱进行验证 实训十四： 数字频率计设计 1、实验内容 设计一个数字频率计 2、基本要求 1)用 VHDL 语言设计程序 2)仿真结果 3)下载到实验箱进行验证 四、学时分配 学时分配表学时分配表 章 节 教学内容 理论教学学 时 实践教学学时 其它（习题、大作业） 学时 小计 实验 上机 1 EDA 技术概述 2 4 6 2 可编程 逻辑器件 4 4 8 3 可编程逻辑器件设计与开发 4 4 10 4 组合逻辑 电路设计 6

14、 4 10 5 VHDL 程序 设计 8 4 12 6 时序逻辑 电路设计 6 4 10 7 数字系统设计 10 4 14 机动 2 0 2 合计 42 28 72 五、教法说明 采用一体化教学方法，提高学生的学习兴趣外，还应给学生多举实例。精讲实例，讲细、讲透，让学生掌握 VHDL 语言的方法；充分发挥多媒体教学手段，采用多媒体计算机房进行教学，通过实例示教，边讲边练、学用结合，以达到生动的教学效果；采用启发式教学，做到理论联系实际，使得学生能真正掌握Quartus II 开发软件并运用 VHDL 语言设计数字系统。 六、考核方式及评分办法 1、考试采用百分制，理论考试采用闭卷（A、B）考试

15、方式，操作考试采用抽题考试方式。 2、考试成绩=理论考试 50%+操作考试 50% 3、平时成绩=作业、实验、段考、课程设计成绩的平均值 4、总评成绩=考试成绩 60% + 平时成绩 40%，只有理论成绩和操作成绩都合格本课程考试成绩才合格。 七、教材及参考书 教材： 数字系统设计及 VHDL 时间 徐向民主编 机械工业出版社 2007 年 10 月 参考书： 1.EDA 技术实用教程（第二版） 潘松 黄继业编 科学出版社 2005 年 2 月 2.FPGA 系统设计与实践 黄智伟主编 电子工业出版社 2005 年 1 月 附： 制订人 制订日期 修订人 修订日期 审订组 （人） 审订日期 周红锴 2008年6月