FPGA设计与实现电科 课程教学大纲

【FPGA设计与实现】【FPGADesignandimplementation】一、基本信息课程代码：【2080200】课程学分：【3】面向专业：【电子科学与技术】课程性质：【系级专业必修课◎】开课院系：机电学院电子工程系使用教材：教材【数字系统设计与VerilogHDL,王金明编,电子工业出版社第四版】参考书目【Verilog数字系统设计教程,夏宇闻编,北京航天航空大学出版社】【VerilogHDL与数字系统设计简明教程,吴弋编,人民邮电出版社】【EDA技术实用教程-VerilogHDL版潘松编,科学出版社】课程网站网址：/先修课程：【数字逻辑电路2080166（4）】二、课程简介本课程是微电子学、电子科学与技术专业的一门实践性很强的专业技术必修课，通过本课程的学习，使学生初步掌握基于硬件描述语言VerilogHDL进行数字电路系统设计的方法，熟练应用EDA工具平台QuartusII对可编程芯片FPGA进行设计、仿真和调试，为集成数字电路的开发、设计与调试打下坚实的基础。本课程的主要任务是使学生获得Altera公司提供的QuartusII开发软件的使用能力，以及在该软件中应用电路原理图与VerilogHDL硬件描述语言进行数字电路设计的能力。其课程的知识结构和目标使学生了解现代数字系统设计的特点及可编程逻辑器件的基本知识；掌握QuartusII软件的使用方法；掌握数字系统VerilogHDL行为建模和结构建模方法以及掌握VerilogHDL语言中可综合语句的描述方法等，为今后进一步从事FPGA方法的研究与工作打下基础。选课建议本课程面向微电子学、电子科学与技术专业，有数字电子电路课程基础的三年级学生。课程与专业毕业要求的关联性专业毕业要求关联LO11：理解他人的观点，尊重他人的价值观，能在不同场合用书面或口头形式进行有效沟通。LO21：能根据需要确定学习目标，并通过搜集信息、分析信息、讨论、实践、质疑、创造等方法来实现学习目标。LO31：能够应用本专业知识进行设计计算。LO32：能够应用计算机辅助工具进行智能电子产品及系统的设计、仿真和调试●LO33：具备本专业工程问题的逻辑分析能力LO34：嵌入式系统应用及控制能力LO35：能够综合本专业知识，进行系统级智能设备和网络的测试，常见问题分析和维护LO41：遵守纪律、守信守责；具有耐挫折、抗压力的能力LO51：同群体保持良好的合作关系，做集体中的积极成员；勇于从不同角度思考问题，勇于提出新设想●LO61：能在学习、工作中应用信息技术解决问题。LO71：愿意服务他人、服务企业、服务社会；为人热忱，富于爱心，懂得感恩LO81：具有基本的外语表达沟通能力与跨文化理解能力五、课程目标/课程预期学习成果序号课程预期学习成果课程目标（细化的预期学习成果）教与学方式评价方式1LO321能应用计算机辅助绘制电子电路原理图，PCB版图，并能进行仿真、分析并讨论其中原理和问题。能够熟练使用FPGA开发平台QuartusII软件，进行仿真与调试.讲练结合1.实验过程2.上机测试3.作业2LO322能应用Verilog硬件描述语言设计电路和仿真能用硬件描述语言VerilogHDL，进行电路的设计讲练结合1.实验过程2.实验报告3.作业4.期末考试3LO513能用创新的方法或者多种方法解决复杂问题或真实问题能用所学知识实现给定项目基本功能的设计。项目教学法1.实验过程

六、课程内容课程内容主要包括3个单元的内容，总学时48学时，其中理论部分32学时（包括10学时的软件操作课时,22学时理论讲解），课内实验部分16学时。单元知识点能力要求教学难点1.EDA技术与PLD芯片结构介绍（2课时理论）1.知道常用的EDA工具，知道CPLD/FPGA的原理与结构。L12.理解FPGA/CPLD设计的流程；L23.知道FPGA/CPLD的编程与配置方式。L11.能够对FPGA/CPLD的数字系统设计流程有清晰的认识1.CPLD/FPGA的内部结构与工作原理2.QuarutsII软件的使用（10课时理论（边讲边练），2课时实验）1.会运用QuartusII开发工具。L32.会运用QuartusII原理图设计方式进行电路的设计。L33.根据综合后的错误提示，可以进行电路错误的排查并进行纠正。L44.在波形仿真中，根据设计要求，综合分析后，可添加合适的输入激励。L51.能够熟练使用QuartusII开发工具。2.能够在QuartusII中绘制原理图，以及分析综合、仿真、引脚分配、下载调试。1.QuartusII的波形仿真中如何根据具体情况给出输入激励3.VerilogHDL语法讲解（20课时理论、14课时实验）1.知道模块的基本结构，知道标识符、关键字、整形常量的书写方法；L13.知道wire变量、reg变量的声明、赋值的方法；L14.会运用表达式中的各类运算符。L35.会运用always、begin-end、if-else，case、for等语句进行代码的编写。L36.理解任务（task）和函数（function）L27.理解三种描述方式：结构描述方式，行为描述方式，和数据流描述方式。L38.会根据设计要求，分析具体采用哪种描述方式进行电路的设计。L49.理解有限状态机的描述方式，会运用有限状态机进行电路的设计。L310.通过各种代码的比对，评价代码的优劣。L61.能够初步读懂、分析别人的代码。2.能够用always、begin-end、if-else，case、for等语句进行代码编写。3.能够用三种描述方式编写代码。4.能够用有限状态机的方式编写代码。1.根据给定的电路要求，运用合适的语法进行代码的编写

七、课内实验名称及基本要求序号实验名称主要内容实验时数实验类型备注1动态扫描显示电路要求理解动态扫描的概念，并可在开发装置的7段显示译码器上同时显示4个字符。2设计型实验2电子琴控制电路了解蜂鸣器播放不同声音的原理，要求可用Verilog语言编写模可变计数器，用于实现不用的发声频率。3设计型实验3点阵显示电路了解点阵显示原理，并可在8x8点阵中静态显示某一图案。提高：可动态显示图案或改变颜色（红、黄、绿三色）。要求独立完成各模块Verilog代码的编写，仿真以及下载调试。3设计型实验4按键阵列扫描控制电路了解按键扫描原理，编写代码，可准确判断所按下键，并同步显示在7段数码管中。2设计型实验5交通灯控制电路进一步了解有限状态机的设计方法和交通灯的控制原理，要求独立完成各模块Verilog代码的编写，仿真以及下载调试。3设计型实验6LCD显示控制电路了解LCD显示芯片的控制原理，要求在LCD屏中显示循环滚动的字幕。3设计型实验共计16评价方式与成绩总评构成（