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《数字系统设计基础》教学大纲

课程英文名

Fundamentalsofdigitalsystemdesign

课程代码

03M0266

学分

3

总学时

48

理论学时

36

实验学时

12

上机学时

0

实践学时

0

课程类别

学科基础课

课程性质

任选

先修课程

电路与电子技术

适用专业

人工智能

开课学院

信息工程学院

执笔人

任莎莎

审定人

专业评定小组

制定时间

2025年01月

一、课程地位与课程目标

（一）课程地位

本课程是人工智能专业的一门重要的学科基础课程。本课程以数字逻辑代数中组合逻辑电路和时序逻辑电路的分析与设计为基础，研究EDA技术在数字系统设计中的应用，其任务是使学生掌握在系统可编程逻辑器件（FPGA/CPLD）的内部结构和工作原理，熟悉在系统可编程逻辑器件开发系统和VerilogHDL语言，具备基本的利用可编程器件进行数字系统设计的能力。

（二）课程目标

该课程应达到的预期学习结果（ILO，IntendedLearningOutcomes）如下所示：

1、ILO-1.了解EDA技术及有关的概念，了解数字系统的设计技术、设计方式和实现方式，了解数字系统的设计流程，并熟悉常用的EDA开发工具，了解FPGA和CPLD器件的发展和结构特点。具备对相关行业的国际状况有基本的了解。通过介绍中兴、华为事件和贸易战，让学生认识到只有掌握芯片设计和芯片制造的核心技术，才能在全球芯片行业争得话语权。

2、ILO-2.掌握用Altera的CPLD/FPGA集成开发工具QuartusII软件进行EDA设计开发的流程，掌握原理图设计，了解用Modelsim进行功能仿真和后仿真的方法，掌握测试模块的一般结构和写法，具备运用EDA软件完成电路的仿真，培养分析问题和解决问题的能力。

3、ILO-3.掌握VerilogHDL语言的基本要素，熟练掌握常用的VerilogHDL行为语句，掌握采用VerilogHDL进行基本组合电路和基本时序电路的设计方法，具备对通信领域的复杂工程问题选择恰当的技术的能力。

4、ILO-4.掌握VerilogHDL数字设计的结构描述、行为描述和数据流描述，掌握数字系统设计中的设计方法和设计优化，重点掌握有限状态机设计，了解复杂数字模块的设计方法，具备运用硬件描述语言进行数字系统设计开发的能力。帮助学生养成科学思维和工程思维能力，增强他们的社会责任感，使其在未来的学习和工作中，能够更好地为社会发展贡献力量。

课程目标达成的途径与方法

课程主要以课堂教学与实验相结合，具体通过课堂教学、专题报告、MOOC网站讨论、实验指导、验收、实验报告、期末考试等途径和方式来达成。课程目标达成的途径与方法如下表所示。

课程目标

达成途径

ILO-1

课堂教学、专题报告、MOOC网站讨论、期末测试

ILO-2

实验指导、验收、实验报告

ILO-3~4

课堂教学、小班讨论、实验环节、MOOC网站作业、期末测试

三、课程目标与相关毕业要求的对应关系

课程目标

课程目标对毕业要求的支撑程度（H、M、L）

毕业要求指标点

3-2

毕业要求指标点

4-3

毕业要求指标点

5-2

毕业要求指标点

10-3

ILO-1

M(0.2)

L(0.1)

ILO-2

M(0.2)

ILO-3

H(0.25)

ILO-4

H(0.25)

注：1.支撑强度分别填写H、M或L（其中H表示支撑程度高、M为中等、L为低）。

四、课程主要内容与基本要求

1、数字系统设计概述

了解EDA技术及有关的概念，了解数字系统的设计技术、设计方式和实现方式，了解数字系统的设计流程，并熟悉常用的EDA开发工具。这部分是该课程的基础和概要，重点掌握数字系统设计流程。通过这部分的学习，能使学生对电子信息技术领域及相关行业的国际状况有基本了解。

2、QuartusII集成开发工具

掌握用Altera的CPLD/FPGA集成开发工具QuartusII软件进行EDA设计开发的流程：设计输入、编译、仿真、编程与验证；掌握原理图设计和硬件描述语言设计两种不同的设计输入方法；了解QuartusII的优化设置和时序分析。这部分内容要求学生重点掌握开发流程，为该课程课内实验提供软件操作基础。

3、硬件描述语言VerilogHDL

掌握VerilogHDL语言的基本要素，包括数字、字符串、标志符、运算符、数据类型等；掌握VerilogHDL的模块结构；理解硬件描述语言和硬件电路的关系，并熟练掌握常用的VerilogHDL行为语句，包括过程语句、赋值语句、条件语句、循环语句、任务和函数等。通过VerilogHDL设计实例，使学生对用VerilogHDL语言进行数字电路设计有初步的了解。

4、ModelSim仿真与实例

了解用Mo