沈阳理工大学 090261003《数字系统设计与VHDL 课程设计》教学大纲

vhdl与数字系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解VHDL的基本语法和结构，掌握VHDL编程的基本方法。

2. 学生能运用VHDL语言设计简单的数字系统，如组合逻辑电路和时序逻辑电路。

3. 学生能理解数字系统的基本原理，掌握数字系统的设计方法和步骤。

技能目标：1. 学生能运用VHDL语言编写代码，实现特定功能的数字电路。

2. 学生能使用相关的EDA工具，如ModelSim进行VHDL代码的仿真和调试。

3. 学生能通过课程设计实践，培养解决实际问题的能力和团队协作能力。

情感态度价值观目标：1. 学生能培养对数字系统设计和VHDL编程的兴趣，激发创新思维和探索精神。

2. 学生在学习过程中，能树立正确的工程观念，注重实际应用和问题解决。

3. 学生能在团队合作中，学会互相尊重、沟通协作，培养良好的团队精神和职业素养。

课程性质分析：本课程为数字电路与系统相关专业的选修课程，旨在通过VHDL语言的学习，使学生掌握数字系统设计的基本方法和技能。

学生特点分析：学生已具备一定的电子电路基础知识，具有一定的编程能力和实践操作能力，但对VHDL语言和数字系统设计尚处于入门阶段。

教学要求：1. 结合课本内容，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力。

2. 通过课程设计，培养学生分析问题、解决问题的能力，增强学生的工程素养。

3. 注重激发学生的学习兴趣，引导学生主动探索，培养创新意识。

二、教学内容1. VHDL基础语法与结构- 数据类型与运算符- 顺序语句与并发语句- 子程序与程序包- 配置与库的运用2. 数字系统原理与设计方法- 组合逻辑电路设计- 时序逻辑电路设计- 数字系统层次化设计方法3. VHDL在数字系统设计中的应用- 代码编写规范与技巧- 仿真与调试方法- 常用数字电路的VHDL实现，如：编码器、译码器、计数器等4. 课程设计实践- 设计题目与要求- 团队协作与分工- 设计报告撰写与答辩教学大纲安排：第一周：VHDL基础语法与结构介绍第二周：数字系统原理与设计方法第三周：VHDL在数字系统设计中的应用第四周：课程设计实践与指导第五周：课程设计总结与评价教学内容关联教材：1. 《数字电路与系统》相关章节：组合逻辑电路、时序逻辑电路设计原理。

课程设计报告实践课题：VHDL与数字系统课程设计学生：XXX指导老师：XXX、XXX系别：电子信息与电气工程系专业：电子科学与技术班级：XXX学号：XXX一、设计任务用VHDL设计一个简单的处理器，并完成相关的仿真测试。

.设计要求：图1是一个处理器的原理图，它包含了一定数量的寄存器、一个复用器、一个加法/减法器（Addsub）,一个计数器和一个控制单元。

图1 简单处理器的电路图数据传输实现过程：16位数据从DIN输入到系统中，可以通过复用器分配给R0~R7和A，复用器也允许数据从一个寄存器传通过Bus送到另外一个寄存器。

加法和减法的实现过程：复用器先将一个数据通过总线放到寄存器A中，然后将另一个数据放到总线上，加法/减法器对这两个数据进行运算，运算结果存入寄存器G中，G中的数据又可根据要求通过复用器转存到其他寄存器中。

1）Rx ←[Ry] :将寄存器Ry中的内容复制到Rx；2）Mvi Rx，#D ：将立即数存入寄存器Rx中去。

所有指令都按9位编码（取自DIN的高9位）存储在指令存储器IR中，编编码规则为IIIXXXYYY，III表示指令，XXX表示Rx寄存器，YYY表示Ry寄存器。

立即数#D是在mvi指令存储到IR中之后，通过16位DIN输入的。

有一些指令，如加法指令和减法指令，需要在总线上多次传输数据，因此需要多个时钟周期才能完成。

控制单元使用了一个两位计数器来区分这些指令执行的每一个阶段。

当Run信号置位时，处理器开始执行DIN输时间指令T0T1T2T3(mv):I0(mvi):I1(add):I2(sub):I3IR inIR inIR inIR inRY out,RX in,DoneDIN out,RX in,DoneRX out,A inRX out,A in--------RY out,G in,AddsubRY out,G in,Addsub--------G out,RX in,DoneG out,RX in,Done二、实现功能说明2.1 mv Rx,Ry实现的功能：将寄存器Rx的值赋给寄存器Ry（以mv R0, R5为例）（1 ）计数器为“00”时,指令寄存器的置位控制信号输入端IRin=1有效，将DIN输入的数据的高9位锁存。

vhdl课程设计模板一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握VHDL（Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）的基本语法、编程技巧和设计方法，培养学生进行数字电路设计的实践能力。

具体目标如下：1.知识目标：–理解VHDL的基本概念、语法和规则；–掌握VHDL编程技巧，包括信号声明、实体描述、架构声明、端口映射、过程声明等；–了解数字电路的设计方法和流程，包括逻辑分析、模块划分、代码编写、仿真测试等。

2.技能目标：–能够使用VHDL编写简单的数字电路模块，如加法器、乘法器、计数器等；–能够进行数字电路的仿真测试，分析电路的功能和性能；–能够进行数字电路的硬件实现，使用FPGA或ASIC器件进行电路调试和验证。

3.情感态度价值观目标：–培养学生的创新意识和团队合作精神，鼓励学生进行自主设计和协作开发；–培养学生对电子工程领域的兴趣和热情，提高学生对数字电路设计的认识和理解。

二、教学内容根据教学目标，本课程的教学内容主要包括VHDL基本语法、编程技巧和数字电路设计方法。

教学大纲如下：1.VHDL基本语法：–信号声明和实体描述；–架构声明和端口映射；–过程声明和组合逻辑设计；–循环语句和条件语句；–子程序调用和参数传递。

2.VHDL编程技巧：–编写简单的数字电路模块，如加法器、乘法器、计数器等；–使用仿真工具进行电路仿真测试，分析电路的功能和性能；–使用硬件描述语言进行数字电路的硬件实现，使用FPGA或ASIC器件进行电路调试和验证。

3.数字电路设计方法：–逻辑分析和模块划分；–代码编写和模块集成；–仿真测试和硬件实现；–电路调试和性能优化。

三、教学方法为了达到教学目标，本课程将采用多种教学方法，包括讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等。

1.讲授法：教师通过讲解VHDL的基本语法、编程技巧和设计方法，引导学生掌握相关知识；2.讨论法：学生分组进行讨论，分享学习心得和设计经验，促进学生之间的交流和合作；3.案例分析法：分析典型的数字电路设计案例，让学生了解实际应用中的设计方法和技巧；4.实验法：学生动手进行数字电路设计，使用仿真工具进行电路仿真测试，提高学生的实践能力。

数字系统课程设计教学大纲课程编码：030651003 学时/学分：2周/4Course Design of Digital System一、大纲使用说明本大纲根据通信工程专业2010版教学计划制订（一）适用专业通信工程（二）课程设计性质数字系统课程设计是通信工程专业开设的一门理论与实践结合较强的核心课程。

因此在课堂上学习了一定的理论知识之后，要在实际中进行运用。

本课程设计是数字逻辑与硬件描述语言的重要实践环节，是将理论和实际结合起来的桥梁。

通过课程设计使学生掌握使用EDA(电子设计自动化)工具设计数字逻辑电路的方法,初步具有分析、寻找和排除电子电路中常见故障的能力。

为培养实践型人才奠定基础。

（三）主要先修课程和后续课程1、先修课程：数字逻辑与硬件描述语言2、后续课程：数字通信原理二、课程设计目的及基本要求数字系统课程设计作为独立的教学环节，是对数字逻辑与硬件描述语言集中实践性环节系列之一，是学习完《数字逻辑与硬件描述语言》课程后进行的一次全面的综合练习。

其目的在于训练学生综合运用学过的数字逻辑的基本知识，培养独立设计比较复杂的数字逻辑电路的能力，掌握通过用现代EDA技术实现数字系统的方法。

要求学生使用超高速硬件描述语言（VHDL）完成包括设计输入、编译、软件仿真、下载和硬件测试等过程。

有能力的同学可同时使用Mutisim仿真实现硬件电路。

三、课程设计内容及安排1．课程设计内容1）学习使用Xilinx ISE（或MaxPlusⅡ或QuartusⅡ）软件及应用2）学习使用Multisim软件3）根据实验室条件和个人志愿，每人进行布置题目之一的设计，或自行选题经指导教师批准后进行设计。

题目的难度要保证中等水平的学生在教师的指导下在规定时间内能独立完成设计任务。

题目要综合运用所学的数字系统设计的基本知识，使数字逻辑系统的设计从传统的单纯硬件设计方法变为计算机软、硬件协同设计。

4）课程设计过程中，学生根据所选设计题目的具体要求，查阅相关资料，明确设计方案。

数字逻辑与VHDL逻辑设计课程设计背景数字逻辑与VHDL逻辑设计是计算机科学与技术（或电子信息工程）等相关专业的一门重要课程，是电子信息领域的基础课程之一。

该课程涉及数字逻辑基本概念、组合逻辑电路设计、时序逻辑电路设计、VHDL语言及其应用等方面的内容，是学习电路设计、数字系统设计等领域的基础。

在该课程的学习过程中，学生需要通过课程设计来掌握数字逻辑和VHDL编程的基本知识和技能，提高他们的综合应用能力。

目的本次数字逻辑与VHDL逻辑设计课程设计的目的是要求学生通过实践来掌握数字逻辑和VHDL语言的基本特点和应用，熟练掌握常见的数字电路设计方法以及VHDL编程技能。

通过进行数字逻辑和VHDL编程的实践，提高学生综合运用知识的能力，促进他们对电子信息领域相关技术的深入理解和应用。

内容针对本次课程设计，在课程教学过程中可以选择以下内容进行实践操作和实现：数字逻辑实验：1.基本逻辑电路实验，包括门电路、多路选择器和解码器等；2.时序逻辑电路实验，包括触发器、计数器等；3.组合逻辑电路实验，包括加法器、减法器、全加器等；VHDL编程实验：1.设计VHDL模块，实现基本逻辑电路和数字电路的功能；2.利用VHDL实现数字系统的控制模块，包括时序电路及算法优化等；3.针对深度学习模型等复杂应用场景，设计符合实际应用需求的数字电路系统；综合实验：结合数字逻辑实验和VHDL编程实验，完成一个具备一定功能的数字电路系统设计，完成仿真测试并给出技术方案。

要求1.课程设计需要完成一个具有独立功能的小设计项目；2.课程设计过程需要模块化设计，注重功能可移植性和部件复用性；3.完成一个完整的课程设计报告，报告应该包括课程设计的思路与方案，电路设计的原理和实现，电路测试过程，以及采用的VHDL代码等内容；4.报告均需使用Markdown文本格式书写，并进行适当排版、插入公式等；5.在报告撰写中，需要充分考虑电路设计的可靠性、实用性和创新性。

VHDL 与数字系统设计总学时：48 理论学时：16 实验学时：32 课程总学分：3适用专业：电子信息科学与技术一、实验的地位、目的1、实验的地位本课程是电子信息科学与技术本科专业的专业方向课《VHDL与数字系统设计》的配套实验课程。

2、实验的目的使学生通过对VHDL语言及EDA技术的学习和训练，获得现代硬件数字电路的软件化设计方法，了解并初步掌握当代国际数字技术设计领域的最新技术；激发并调动学生创造性思维能力，为学生在数字技术领域的进一步深入探索和进行创新奠定基础。

二、实验教材与指导书《VHDL与数字系统设显示桌面.scf计》实验讲义，杨守良，重庆文理学院物理学与信息工程系，2005.7三、考核方式及成绩评定1、考核方式：平时考查2、成绩评定：根据实验报告、实验态度、考勤、实际操作技能检查等，对学生进行评定考核成绩，实验成绩的比例按规定执行。

2 -五、综合性、设计性实验简介实验四译码器的设计（设计性）（一）实验目的1、掌握组合逻辑电路的设计方法。

2、掌握组合逻辑电路的静态测试方法。

3、初步掌握Max+PlusII 软件的基本操作与应用。

4、初步了解可编程器件的设计全过程。

（二）实验内容采用原理图输入法和VHDL编程来设计一个3-8译码器。

并在MAXPLUSII环境下实现仿真。

（三）主要仪器设备及器材PC 机、RC-EDA 实验开发系统、连接导线若干（四）基本实验技能及考核要点基本实验技能：熟悉3-8 译码器的逻辑真值表；基本门电路的使用考核要点：完成3-8 译码器的设计；并在MAX+PlusII 下进行仿真；在实验箱上验证设计。

实验五数字时钟设计（综合性）（一）实验目的1、多位计数器相连的设计方法。

2、掌握十进制，六进制，二十四进制计数器的设计方法。

3、继续巩固多位共阴极扫描显示数码管的驱动及编码。

4、掌握扬声器的驱动。

5、掌握CPLD 技术的层次化设计方法。

（二）实验内容设计的电子钟具有时、分、秒计数显示功能，以24 小时循环计时。

《VHDL语言程序设计》课程教学大纲课程简介课程简介:本课程为软件工程专业嵌入式专业方向的专业课，是开发基于FPGA/CPLD嵌入式系统的必备基础。

主要内容包括FPGA/CPLD目标器件的结构和工作原理、EDA技术和工作流程、VHDL基础知识、VHDL实用方法和设计深入、原理图输入法、LPM宏功能模块实用方法、状态机设计以及EDA优化设计。

目的是为后续课程的学习和嵌入式系统的设计作必须的基础准备。

课程大纲一、课程的性质与任务：本课程是软件工程专业的专业方向课程。

教学任务主要包括使学生了解EDA技术的工作流程，正确使用开发平台，掌握以VHDL为代表的硬件描述语言的基本知识、编程实用方法和工程设计方法，掌握原理图设计法、状态机设计法，能够正确使用IP Core和LPM等宏功能模块。

本课程是软件工程专业嵌入式专业方向的第一门专业方向课，是后续课程的必备基础，具有较重要的地位。

二、课程的目的与基本要求：本课程涉及到的学科基础知识面广，要求软硬件兼备，需要较好的学科基础。

通过本课程的学习，最终达到能够设计基于FPGA/CPLD的ASIC，并能进行EDA优化的目的。

三、面向专业：软件工程四、先修课程:《计算系统基础》五、本课程与其它课程的联系：本课程的先行课程是计算系统基础。

服务的主要后续课程包括基于FPGA的嵌入式软件开发、基于ARM的嵌入式软件开发等。

六、教学内容安排、要求、学时分配及作业：第一章概述（2学时）1.1 EDA技术及其发展（C）1.2 硬件描述语言硬件描述语言种类、自顶向下设计方法、EDA工程设计流程。

（A）1.3 面向FPGA/CPLD的开发流程设计输入、分析综合、布局布线、仿真、下载和硬件测试。

（A）1.4 IP Core 及EDA技术发展趋势。

（C）第二章 FPGA硬件特性与编程技术（8学时）2.1 PLD发展历程及其分类（c）2.2 低密度PLD工作原理PROM、PLA、PAL、GAL。

数字系统设计与VHDL第二版课程设计一、背景数字系统设计与VHDL是现代电子工程的基础课程之一，它涵盖了数字系统设计的基本概念和VHDL编程语言的基础应用。

随着技术的发展，数字系统的应用越来越广泛，因此这门课程也越来越受到重视。

二、课程设计目标本次课程设计旨在通过以下方式实现以下目标：1.帮助学生理解数字系统设计的基本概念和VHDL编程语言的基础应用。

2.培养学生的数字系统设计和VHDL编程的能力。

3.提高学生实际应用数字系统设计和VHDL编程的能力。

三、课程设计内容及要求1. 注册并安装软件学生需要注册并安装Xilinx ISE软件，这是一款常用的数字电路设计工具，提供VHDL编程支持，并带有原理图编辑器，布局和布线编辑器等工具。

2. 讲解和练习基本概念在课程开始之前，老师会进行讲解基本概念，如数字电路、逻辑门、布尔代数等。

学生需要掌握这些基本概念，以便后面的内容有更好的理解。

3. VHDL编程练习在学生掌握基本概念后，老师会安排VHDL编程练习。

这些练习旨在使学生熟悉VHDL编程语言，并为后续的数字电路设计打好基础。

4. 数字电路设计作业在完成VHDL编程练习后，老师会安排数字电路设计作业。

学生需要应用VHDL 编程，设计数字系统电路。

这些作业涉及到数字系统的各种应用场景，如闪动信号灯、递增/递减计数器等。

5. 实验课程课程的后半部分是实验课程，学生需要在实验室内完成一系列数字电路设计实验。

这些实验旨在应用之前学习到的知识，为学生提供实践的机会。

四、课程资源以下是一些课程资源，可供学生参考：1.VHDL编程视频教程：由国外的数字电路设计专家制作，介绍了VHDL的基本语法和编程技巧。

2.Xilinx ISE软件使用教程：详细地介绍了Xilinx ISE软件的功能和使用方法。

3.工程案例分享：老师会分享数字电路设计工程案例，为学生提供实践的参考。

五、总结数字系统设计与VHDL是一门重要的课程，它为学生提供了数字系统设计的基本概念和VHDL编程语言的基础应用。

《数字系统的VHDL设计技术》课程实验教学大纲
一、课程基本情况：
1、课程名称：数字系统的VHDL设计技术
2、课程编码：253001031
3、课程类别：技术（专业）基础课
4、实验课性质：非独立设课
5、课程总学时:48
6、实验学时：16
9、适用专业：计算机科学与技术专业
二、实验教学目的和任务：
《数字系统的VHDL设计技术》是计算机学院的一门限选课。

主要介绍VHDL语言以及应用VHDL 及EDA工具开发设计数字系统的基本方法及技术，具有很强的工程实践性。

《数字系统的VHDL设计技术》实验课以设计性实验为主，其教学目标是，使学生通过实验对VHDL语言及EDA技术的学习和训练，获得现代硬件数字电路的软件化设计的基本方法及技能。

三、实验教学基本要求：
《数字系统的VHDL设计技术》实验课以设计性实验为主，其教学目标是，使学生通过实验对VHDL语言及EDA技术的学习和训练，获得现代硬件数字电路的软件化设计的基本方法及技能，初步掌握当代国际数字技术设计领域的最新技术；激发并调动学生创造性思维能力，为学生在数字技术领域的进一步深入探索和进行创新奠定基础。

四、实验项目表及学时分配：
《数字逻辑与数字系统实验教程》（校内自编教材），计算机学院张粉玉主编
参考书：
《VHDL数字电路设计与应用实践教程》，王振红主编，机械工业出版社，2003年。

VHDL数字电路设计教程课程设计1. 课程设计背景随着数字电路在现代电子产品中的广泛应用，对数字电路设计的需求也越来越大。

而作为数字电路设计的重要工具和方法之一的硬件描述语言VHDL也被广泛应用。

为了让学生在学习数字电路和VHDL语言时能够掌握实际的设计技能，本课程针对数字电路和VHDL语言的基本原理和应用进行授课和课程设计，旨在培养学生的实际操作和解决实际问题的能力。

2. 教学目标本课程旨在使学生掌握数字电路和VHDL语言的基本原理和应用，具备以下能力：•掌握数字电路和VHDL语言的基本语法和编程思路；•能够独立完成数字电路和VHDL语言的设计、仿真和综合；•能够解决数字电路和VHDL语言设计中出现的实际问题；•具备一定的实际数字电路设计经验和VHDL编程能力。

3. 教学大纲3.1 数字电路基础•数字电路基本概念•数字逻辑门电路和代数表达式•组合逻辑电路设计•时序逻辑电路设计•计数器设计•存储器设计3.2 VHDL语言基础•VHDL语言概述•实体声明和体系结构•VHDL数据类型和常量•基本的VHDL语言结构•组合逻辑设计•时序逻辑设计•设计复用和程序结构•模拟和综合3.3 VHDL数字电路设计实践（1）多位计算机算术逻辑单元设计（2）VHDL编程设计电话拨号系统（3）VHDL和FPGA技术共同设计数字时钟4. 教学方法本课程将采用以下教学方法：•知识讲授：通过讲授数字电路和VHDL语言的基本原理，让学生掌握基本概念和设计思路；•实验操作：通过实验操作的方式带领学生熟练掌握数字电路和VHDL 语言的设计、仿真和综合技术；•课程设计：通过将学生划分为若干小组，让小组成员共同合作完成数字电路和VHDL语言的具体设计和实现，培养学生的团队合作和沟通能力；•课堂讨论：通过课堂讨论的方式激发学生的思维和提升学生的思考能力；•教师点评：通过对学生作业和课程设计的点评，提供指导和建议，帮助学生不断提升自身的设计能力。