《现代数字系统设计》课程教学大纲.

《现代数字系统设计》课程教学大纲
【课程编号】：22319230
【英文译名】：Design of Modern Digital System
【适用专业】：电子信息工程、通信工程、自动化、生物医学工程
【学分数】：3
【总学时】：48
【实践学时】：24
一、本课程教学目的和课程性质
本课程是为电子信息工程本科生开设的必修课，同时也是为通信工程、自动化、生物医学工程专业开设的选修课。

其目的在于使学生掌握EDA设计的基本方法、EDA的算法设计和硬件实现、VHDL硬件描述语言以及可编程逻辑器件的工作原理及其应用技术，全面实现数字系统设计的自动化。

为从事数字系统设计提供最新理论基础和应用技术。

二、本课程的基本要求
1．了解EDA设计的基本方法、EDA的算法设计和硬件实现；
2．掌握VHDL硬件描述语言的程序结构、数据类型、基本描述语句和描述方式；
3．掌握常用EDA开发软件的设计方法和设计过程；
4．掌握可编程逻辑器件的工作原理及应用技术；
5．通过实验掌握电子设计自动化的最新设计方法。

三、本课程与其他课程的关系
前修课程：数字电子技术，微机原理。

四、课程内容
1．概述
知识点：EDA技术的含义、EDA技术的发展历程、EDA技术的主要内容、EDA的工程设计流程、基于VHDL的自顶向下设计方法、EDA与传统电子设计方法的比较、EDA的发展趋势。

重点：基于VHDL的自顶向下设计方法。

难点：基于VHDL的自顶向下设计方法。

2．EDA设计工具
知识点：FPGA／CPLD设计流程、常用EDA工具、MAX+plusII使用、QuartusII 使用。

重点：QuartusII使用。

难点：QuartusII使用。

3．FPGA／CPLD结构与应用
知识点：简单PLD原理、CPLD结构与工作原理、FPGA结构与工作原理、FPGA/CPLD测试技术、FPGA/CPLD产品概述、CPLD和FPGA的编程与配置。

重点：CPLD结构与工作原理、FPGA结构与工作原理。

难点：FPGA/CPLD测试技术。

4．VHDL语言
知识点：VHDL语言的基本结构、VHDL语言的数据类型及运算符、VHDL语言构造体描述方式、顺序描述语句、并发描述语句、其他语句描述、一般有限状态机的设计、Moore型有限状态机的设计、简单门电路设计、编译码与选择器设计、加法器、求补器设计、三态门及总线缓冲器、时钟信号和复位信号、触发器设计、寄存器设计、计数器设计、存储器设计。

重点：VHDL语言的数据类型及运算符、VHDL语言构造体描述方式、顺序描述语句、并发描述语句、其他语句描述、一般有限状态机的设计、Moore型有限状态机的设计。

难点：存储器设计。

五、教学方法建议
1．采用启发式与演示（程序设计演示）结合的方法，适当设计课堂讨论，激发学习兴趣；
2．循序渐进，重视基础，强调应用，培养工程能力。

六、考核方式
本课程为考试课。

拟采取结构评分方式，理论成绩＝平时成绩+ 期末考试成绩。

平时成绩比例不超过30％。

最终成绩=理论成绩*50%+实验成绩*50%
其中平时成绩由书面作业、程序语言设计作业以及考勤组成。

期末考试采取闭卷考试的形式，试卷命题以课程教学大纲与知识点范围为依据，试卷
采用“教考分离”考核方式，期末考试题由命题小组命题，并逐步过渡到题库中抽题。

七、其它说明
1．每章需要布置一定数量的习题，建议设计适当的程序设计大作业，让学生在课外完成，加深对该课程的理解与掌握；
2．同时开课的《现代数字系统实验课》的实验内容应与教学进度一致。

八、选用教材及主要参考书
1．建议教材
马建国，孟宪元．电子设计自动化技术基础．清华大学出版社．
2．建议参考书
[1] 潘松，黄继业．EDA技术与VHDL．清华大学出版社．
[2] 侯伯亨，顾新．VHDL硬件描述语言及数字系统设计．西安电子科技大学出版社．
[3] 李广军，孟宪元．可编程ASIC设计及应用．电子科技大学出版社．
九、学时分配
《现代数字系统设计》课程实验教学计划
一、本课程实验教学的目的和要求
本实验的目的在于使学生掌握EDA设计的基本方法、EDA的算法设计和硬件实现、VHDL硬件描述语言以及可编程逻辑器件的应用技术，使学生从功能电路设计转向系统设计，由传统的通用集成电路的应用转向可编程逻辑器件的应用，从硬件设计转向硬件软件高度渗透的设计，从而拓宽数字技术知识面和设计能力。

为从事数字系统设计提供最新理论基础和应用技术。

二、本课程实验内容体系和实验类型
第一部分必做部分
实验一一位全加器的设计（3学时）
实验二计数器的设计（3学时）
实验三正弦信号发生器的设计（3学时）
实验四直流电机的PWM控制（3学时）
实验五DDS设计（4学时）
实验六用状态机实现ADC0809的采样控制电路（4学时）
实验七 4位十进制频率计设计（4学时）
第二部分选做部分
实验一循环冗余校验（CRC）模块设计（4学时）
实验二波形发生与扫频信号发生器电路设计（4学时）
实验三移位相加8位硬件乘法器电路设计（4学时）
实验四硬件电子琴电路设计（4学时）
实验五 FIR数字滤波器设计（4学时）
注：必做实验是现代数字系统设计的基本实验要求，选做实验是对必做实验在难度和广度的补充。

选做实验在学生完成必做实验以后，在学有余力的情况下进行选做。

三、实验项目内容安排
1．实验一一位全加器的设计
实验目的：
1．熟悉QUARTUSII软件的使用；
2．熟悉实验箱的使用；
3．掌握利用层次结构描述法设计电路。

2．实验二计数器的设计
实验目的：
1. 学习7段数码显示译码器的设计；
2. 掌握计数器的设计方法；
3. 锻炼调试VHDL语言的能力。

3．实验三正弦信号发生器的设计
实验目的：
1. 掌握利用宏功能模块例化ROM的方法；
2. 利用LPM_ROM与DAC0832设计正弦信号发生器。

4．实验四直流电机的PWM控制
实验目的：
1. 掌握直流电机的PWM控制方法；
2. 锻炼VHDL语言的编程能力。

5．实验五 DDS设计
实验目的：
1. 掌握DDS设计的方法；
2. 锻炼FPGA设计的综合能力。

6．实验六用状态机实现ADC0809的采样控制电路
实验目的：
学习用状态机对A/D转换器ADC0809的采样控制电路的实现。

7．实验七 4位十进制频率计设计
实验目的：
设计4位十进制频率计，学习较复杂的数字系统设计方法。

四、实验报告及成绩评定
实验成绩=实验考核成绩*50%+实验报告成绩*50%
编写负责人：赵海龙审核人：部门主管领导：。