《数字系统设计》教学大纲.docx

第 PAGE 1 页/共 NUMPAGES \* Arabic 7 页 《数字系统设计》教学大纲 课程编号英文名称：Design of Digital System 学 分：2.5 学 时：48（其中理论32学时，实验16学时） 课程类别：专业选修课程 授课对象：自动化类学生 教学单位：机械与电气工程学院 修读学期：第6学期 一、课程性质、任务和目标 数字系统设计是自动化类专业在数字系统技术方面的技术基础课，它具有自身的体系，是实践性很强的课程。它是自动化类专业必须学习和掌握的一门专业技术课程，对后续课程的学习、自动化领域的项目设计与开发至关重要。本课程是为自动化类专业的三年级学生开设的专业选修课。 本课程主要学习EDA工具的使用方法、FPGA的开发技术以及VHDL语言的编程方法；使学生能比较熟练地使用QuartusII等常用EDA软件，利用FPGA实现数字系统的设计。目的是强化数字电子既得知识，深化教学内容，使学生掌握复杂数字系统的设计思想和设计方法，能应用EDA开发环境解决各种实际数字系统设计问题，以提高学生的动手能力、分析与解决问题的能力。 本课程重点支持以下毕业要求指标点： 3.5 能够进行智能仪器或机器人系统的设计、硬件和软件设计。 4.2 能够基于专业理论和对象特征，选择研究路线和设计可行的实验方案。 毕业要求与教学目标之间的对应关系见表1-1。 表1-1 毕业要求与教学目标的对应关系（H—高，M—中，L—低） 序号 毕业要求 对应关系 教学目标 1 能够进行智能仪器或机器人系统的设计、硬件和软件设计 H 掌握EDA工具的使用方法、FPGA的开发技术以及VHDL编程方法，能在智能仪器或机器人系统的设计、硬件和软件设计中正确选择和应用。 2 能够基于专业理论和对象特征，选择研究路线和设计可行的实验方案 M 使学生掌握常用EDA工具的使用方法、FPGA的开发技术和常见数字系统的调试方法，具备分析与表述能力，具备复杂数字系统的分析和设计能力。 二、教学内容、基本要求及学时分配 1. 概论（2学时） （1）介绍EDA技术的历史，编程语言的概况 （2）介绍CPLD和FPGA的结构。 基本要求：掌握EDA发展历史和发展趋势，CPLD和FPGA的区别和联系。 重点支持毕业要求指标点：3.5，4.2。 2. QuartusII应用（6学时） （1）介绍QuartusII的使用和特点； （2）介绍层次化的设计过程； （3）介绍仿真，下载与调试方法。 基本要求：掌握设计过程；掌握层次化的设计过程，掌握仿真，下载与调试方法。 重点支持毕业要求指标点：3.5，4.2。 3．VHDL语言编程（8学时） （1）介绍组合电路模块的VHDL设计方法； （2）介绍时序逻辑电路模块的VHDL设计方法； （3）深入讨论数据对象的使用方法和含义； （4）讨论双向和三态电路的设计方法； （5）深入讨论IF语句； （6）深入讨论进程语句； （7）深入讨论并行语句的特点。 基本要求：学会用VHDL进阶数据类型与命令语句设计组合逻辑电路和时序电路；深入理解VHDL的数据对象、关键语句。 难点：组合电路和时序电路的VHDL描述的区别。 重点支持毕业要求指标点：3.5，4.2。 4．典型数字系统设计（14学时） （1）介绍各种典型数字系统设计方法，包括数字钟、抢答器、频率计、拔河游戏机、洗衣机控制器、密码锁、乘法器等系统。 （2）介绍状态机设计原理；掌握Moore型状态机和Mealy型状态机设计方法； （3）讨论状态编码和非法状态处理； （4）介绍NiosII软核及其构件、HAL架构； （5）介绍基于NiosII软核及标准构件实现复杂数字系统的实现方法。 基本要求：掌握各类数字系统的设计方法；深入理解状态机结构特点和VHDL描述法。 重点支持毕业要求指标点：3.5，4.2。 8．综合项目分析与设计与课程总结（2学时） 利用已学数字系统设计知识完成一个综合性项目并仿真调试、上台演示并课堂讨论。 重点支持毕业要求指标点：3.5,4.2。 三、教学方法 1. 总体设计 采用“基于FPGA的数字系统设计与仿真项目驱动”教学模式，虚实结合，将数字系统项目设计贯穿于整个教学过程中，变抽象为形象，通过师生互动完成教学任务。采用探究式的教学模式，分析学生设计过程产生的错误，激发学生的学习兴趣，增强对所学知识的理解和掌握。 课堂教学方法：讲授、讨论。 实验教学方法：自主练习、个别答疑、集中指导。 课外学习方法：预习教材相关章节和参考网站上的教学视频，课外完成项目设计。 2. 课堂教学 课堂讲授：在课前预习的基础上，按知识模块，通过案例以演示和归纳主要知识点的应用，通过问题引导学生学习和讨论，不断强化学生对知识的理解，引导学生掌握数