2017版060232007-EDA技术与VHDL语言实验教学大纲-尹哲

EDA技术与VHDL教学设计背景EDA（Electronic Design Automation，电子设计自动化）技术是在电子工程中广泛应用的一类软件工具，在数字系统设计中，使用EDA技术可以大幅度减少设计时间、提高设计质量和效率。

而VHDL（VHSIC Hardware Description Language，VHSIC硬件描述语言）则是一种硬件描述语言，是用于数字电路设计的编程语言，常用于FPGA（Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）程序设计。

在教学中，VHDL的教学设计对培养学生的电路设计思维和实践操作能力有着非常重要的作用。

EDA技术EDA技术主要包括了电路设计、仿真、布局布线和验证等方面，其中设计是EDAn中的核心部分。

EDA软件可以帮助设计者通过逻辑综合、自动布局、自动布线等技术，快速开发高性能的电路设计，同时减小错误率。

如果在工作的过程中，有那么一个ESP工具（Electronic System Production，电子系统生产）可以学习EDA技术，那么可以让工作的更加便捷。

在EDA设计工具中，模拟验证与数字验证常见使用的两种验证方式，前者需要用传统的SPICE软件进行电路仿真，如果需要进行系统级仿真则需要使用高级的事件驱动仿真工具。

数字验证则主要使用逻辑仿真，其通过测试输入向电路的行为进行测试，以及协同仿真进行寄存器传输级（RTL）级验证。

因此，尽管数字验证部分工作量要远远超过模拟验证，但是设计者可以利用EDA中提供的原型库等工具，让电路的快速原型开发变得更容易。

VHDL教学设计VHDL被广泛用于数字系统设计中，从而使FPGA程序设计成为学习数字系统设计的重要方法。

而VHDL教学设计也是一个被广泛应用的方法。

在教学中，VHDL教学设计可以培养学生的设计思想和实际动手能力，并且可以让学生真正了解电路的复杂性和设计的可行性。

VHDL教学设计需要注意的几个方面：考虑学生实验条件在教学中，需要注意学生实验条件的限制，例如有些学校采用群众化教育，条件较差，考虑到此种情况下学生实验条件可能不具备设计先进电路的条件，需要根据实际情况设计教学方案。

《EDA技术与VHDL》教学大纲032320 电子信息工程、通信工程专业限选课，32学时，2学分一、课程内容本课程内容包括EDA技术及应用的有关问题, EDA技术的主要内容即EDA的物质基础——大规模可编程逻辑器件FPGA/CPLD的结构及原理，EDA的主流表达方式——VHDL 的编程基础，EDA的设计开发软件以及EDA的实验开发系统的结构及使用方法。

二、大纲说明1．课程的性质、目的和任务课程性质：：本课程是通信工程和电子信息专业的专业限选课。

课程目的和任务：使学生掌握大规模可编程逻辑器件的基本理论与使用方法，掌握VHDL语言的进行硬件设计的方法，学会相应的软件开发工具及实验开发系统的应用。

2．课程的基本要求：本课的教学环节包括课堂讲授，学生自学，实验，习题，答疑，质疑和期末考试。

通过上述基本教学步骤，要求学生掌握可编程器件及VHDL语言的基本内容，并能正确地应用这些知识进行硬件设计，以提高学生的专业技能。

3．本课程与相关课程的关系先修课程：C程序设计语言，数字电子技术。

4．课程基本内容、难点和重点第一章绪论一般理解与掌握： EDA技术及数字系统设计流程。

重点：1. EDA技术的主要内容 2. 数字系统的设计。

难点：EDA的工程设计流程。

第二章大规模可编程逻辑器件一般理解与掌握：1.可编程逻辑器件概述。

2. 复杂可编程逻辑器件。

重点：1. FPGA和CPLD的开发应用选择。

2. 在系统可编程(ISP)逻辑器件。

难点：现场可编程门阵列(FPGA)。

第三章VHDL编程基础一般理解与掌握：概述。

重点：1. VHDL程序基本结构。

2. VHDL顺序语句。

3. VHDL并行语句。

4. 子程序。

5. 库、程序包及其他。

6. VHDL描述风格。

7.基本逻辑电路设计。

难点：1.VHDL语言要素。

2.状态机的VHDL设计。

第四章常用EDA工具软件操作指南一般理解与掌握：1. Lattice ispEXPERT操作指南。

《EDA技术与VHDL》课程实验指导书专业：通信工程电子信息与电气工程学院编制2019年9月目录实训一 EDA软件的熟悉与使用 (2)实训二组合电路的设计 (3)实训三时序电路的设计 (4)实训四四位全加器调用一位全加器实训五含异步清零和同步时钟使能的加法计数器的设计 (7)实训六数控分频器的设计 (9)实验七序列检测器的设计 (11)实训八十六进制七段数码显示译码器设计 (13)实训一 EDA软件的熟悉与使用一、实验目的熟悉ALTERA公司EDA设计工具软件QuartusII 9.0。

熟悉ZY11EDA13BE型实验箱。

二、实验内容学习QuartusII 9.0软件课件。

学习QuartusII 9.0软件的安装，重要菜单命令含义。

参考实验箱简介，熟悉ZY11EDA13BE型实验箱的结构与组成。

模仿课件中实例动手操作一遍，掌握QuartusII 9.0的软件设计流程。

三、实验原理参考附带光盘中QuartusII 9.0软件学习课件。

四、实验步骤1、在教师的指导下，学习软件课件。

2、由教师演示QuartusII 9.0软件的安装，介绍菜单命令功能。

3、参考课件实例，动手操作软件，按照流程做完从新建文件，编译，仿真，分配引脚等软件操作部分的全过程。

4、参考实验系统简介，熟悉ZY11EDA13BE型实验箱结构，组成，了解各块的基本作用，了解主板I/O分布情况，认识液晶屏，并口连接器，晶振，JTAG接口，逻辑笔，跳线等器件或组件。

五、实验报告1、绘制出QuartusII 9.0软件设计的详细流程图。

2、描述出QuartusII 9.0软件是如何进行目标器件选择，I/O分配和锁定引脚的。

3、描述出QuartusII 9.0软件help菜单功能，如何有效的使用它。

4、描述出一个完整的实验流程。

六、实验思考题1、QuartusII 9.0软件支持那些器件，该软件有什么局限性？2、QuartusII 9.0软件使用中大小写字母是否有区别？3、在进行一个完整的实验流程时应注意些什么？实训二组合电路的设计一、实验目的熟悉QuartusⅡ的VHDL文本设计流程全过程，学习简单组合电路的设计、多层次电路设计、仿真和硬件测试。

《VHDL语言与EDA技术》实验教学大纲课程代码：RTSI2007课程名称：VHDL语言与EDA技术英文名称：VHD Language and EDA Technology实验室名称：EDA实验室课程学时：54实验学时：18一、本课程实验教学目的与要求整个实验分为三个部分：第一部分是基础验证实验，每个实验给出了完整的VHDL参考程序，目的是让学生掌握硬件描述语言程序设计的基本思想和方法，熟悉EDA的软件平台。

第二部分为设计性实验，每个实验项目都由多个程序文件组成，目的是让学生掌握模块化程序设计的思想和方法，提高分析问题和解决问题的能力。

第三部分为综合性实验，每个实验都涉及了与外部器件的连接，如A/D、D/A、步进电机的细分驱动等，目的是通过接口控制程序的编写，提高学生的综合应用能力。

二、主要仪器设备及现有台套数计算机42台，EDA实验箱15个1、实验报告：本门课程实验对实验报告的要求（应包括对报告内容的要求）（1）理解各实验的工作原理和方式。

（2）给出系统工作原理图。

（3）写出各功能模块的源程序。

（4）仿真出各功能模块的波形。

（5）书写实验报告应结构合理，层次分明。

2、考核方式（1）实验课的考核方式上机，程序无错后实验箱下载验证。

（2）实验课考核成绩确定，实验课成绩占课程总成绩的比例等实验成绩占总成绩的30%。

其中设计型和综合型分数各占50%，每个实验结束后打分。

五、实验教材、参考书1、教材：潘松、黄继业编著. EDA技术实用教程—VHDL版（第四版）. 科学出版社.20102、参考书：陈雪松，腾立中.VHDL入门与应用.人民邮电出版社.2000年。

《EDA技术与FPGA应用》课程教学大纲课程代码：060331004课程英文名称：EDA technology and FPGA application课程总学时：56 讲课：56 实验：0 上机：0适用专业：电子科学与技术大纲编写（修订）时间：2017.05一、大纲使用说明（一）课程的地位及教学目标本课程为本专业核心的专业基础课，既是电子设计的重要内容，又是数字集成电路设计的主要入门课程。

课程主要讲授数字电路的可编程逻辑设计方法、硬件描述语言HDL、电路仿真的方法与工具、HDL综合的概念与方法，以及电路设计的FPGA、CPLD器件实现工具。

同时传递采用EDA工具、自顶而下的设计思想与方法，并培养学生功能逻辑电路系统的设计能力。

通过本课程的学习，学生将达到以下要求：1．掌握逻辑设计的一般方法、逻辑单元器件的功能与电气特性，具有设计逻辑设计的初步能力；2．掌握硬件描述语言HDL并在此基础上进行逻辑功能设计；3．熟悉FPGA/CPLD的基本结构，掌握使用方法；4．熟练运用EDA工具；5．了解本领域的技术发展。

（二）知识、能力及技能方面的基本要求要求深入掌握基础电路知识、基本设计理论，同时培养应用分析和高级逻辑设计能力。

掌握将应用描述转换为电路描述的能力，熟练进行电路功能分解，掌握逻辑设计技能，具备设计实际应用电路的能力。

熟悉硬件描述语言HDL，掌握功能与时序仿真的方法和工具，掌握逻辑综合的方法和工具，以及相应的器件设计实现工具。

培养学生具备实际操作、灵活运用课程知识，解决实际问题的能力。

（三）实施说明课程主要以下几部分：基本逻辑单元功能与电气、时序特性、硬件描述语言HDL语法、基于HDL的信号与电路描述、逻辑设计与HDL建模、HDL仿真方法与工具、CPLD/FPGA结构与电气特性、HDL逻辑综合、电路的FPGA设计与实现方法、工具。

重点内容在电路设计方法、逻辑综合和硬件描述语言HDL，需要结合实例深入讲解，使学生完全掌握。

《EDA 技术》教学大纲课程名称：EDA 技术，Electronic Design Automation Technology 课程性质：专业基础课学 分：2.5总 学 时：45其中，理论学时：27 实验（上机）学时： 18适用专业：电子信息工程先修课程：数字电子技术，C 语言程序设计基础 一、教学目的与要求本课程是电类专业的专业基础课，要求学生通过本课程的学习和实验，初步掌握常用EDA 工具的使用方法、FPGA 的开发技术以及VHDL 语言的编程方法。

能比较熟练地使用QuartusII 等常用EDA 软件对FPGA 和CPLD 作一些简单电路系统的设计，同时能较好地使用VHDL 语言设计简单的逻辑电路和逻辑系统，学会行为仿真、时序仿真和硬件测试技术，为现代EDA 工程技术的进一步学习，ASIC 器件设计以及超大规模集成电路设计奠定基础。

二、教学内容与学时分配学时分配实验上机序号章节名称理论学时实验（上机）学时总学时1第一章 绪论332第二章 大规模可编程逻辑器件3334第三章 VHDL 编程基础126184第四章 VHDL 设计应用实例91221合计学时数801045三、各章主要知识点与教学要求 第一章　绪论（3学时）第一节　EDA 技术的涵义第二节　EDA 技术的发展历程第三节　EDA 技术的主要内容一、大规模可编程逻辑器件二、硬件描述语言（HDL ）三、EDA 软件开发工具四、EDA 实验开发系统第四节　EDA 软件系统的构成第五节　EDA 工具发展趋势第六节　EDA 的工程设计流程一、FPGA/CPLD 工程设计流程二、ASIC 工程设计流程第七节　数字系统的设计一、数字系统的设计模型二、数字系统的设计方法三、数字系统的设计准则四、数字系统的设计步骤第八节 EDA技术的应用展望本章重点：1、EDA技术的特点2、EDA技术的发展及应用3、数字系统的设计流程本章难点：1、EDA技术的主要特点2、ASIC技术本章教学要求：1、正确理解EDA的概念2、掌握EDA技术的特点、应用和发展趋势3、了解EDA技术的发展历程4、掌握数字系统的设计流程 第二章　大规模可编程逻辑器件（3学时）第一节　可编程逻辑器件概述一、PLD的发展进程二、PLD的分类方法三、常用的CPLD和FPGA标识的含义第二节　Altera公司的CPLD和FPGA器件一、Altera公司的CPLD和FPGA概述二、MAX系列CPLD结构三、MAXII系列CPLD结构四、Cyclone系列FPGA结构五、Stratix系列FPGA结构第三节　CPLD和FPGA的编程与配置一、CPLD和FPGA的编程配置二、CPLD和FPGA的下载接口三、CPLD器件的编程电路四、FPGA器件的编程电路第四节 FPGA和CPLD的开发应用选择本章重点：1、CPLD的结构与工作原理2、FPGA的结构与工作原理本章难点：1、CPLD的结构与工作原理　2、FPGA的结构与工作原理本章教学要求：1、了解可编程逻辑器件的基本结构、发展和分类2、理解简单PLD3、掌握CPLD和FPGA FPGA的结构与工作原4、了解在系统可编程逻辑器件第三章　VHDL编程基础（18学时）第一节　概述一、常用硬件描述语言简介二、VHDL的优点三、VHDL程序设计约定第二节　VHDL程序基本结构一、VHDL程序设计举例二、VHDL程序的基本结构三、库、程序包使用说明四、实体描述五、结构体描述六、结构体配置第三节　VHDL语言要素一、VHDL文字规则二、VHDL数据对象三、VHDL数据类型四、VHDL操作符第四节　VHDL顺序语句一、赋值语句二、转向控制语句三、等待语句四、子程序调用语句五、返回语句六、空操作语句七、其他语句和说明第五节 VHDL并行语句一、进程语句二、块语句三、并行信号赋值语句四、并行过程调用语句五、元件例化语句六、生成语句第六节子程序一、函数二、重载函数三、过程四、重载过程第七节程序包第八节 VHDL描述风格一、行为描述3二、数据流描述三、结构描述第九节基本逻辑电路设计一、组合逻辑电路设计二、时序逻辑电路设计三、存储器电路设计第十节状态机的VHDL设计一、状态机的基本结构格功能二、一般状态机的VHDL设计三、摩尔状态机的VHDL设计四、米立状态机的VHDL设计本章实验：Quartus II操作使用（ 3学时）数码管扫描电路设计（ 3学时）本章重点：1、VHDL程序结构2、VHDL语言要素3、VHDL基本描述语句4、组合逻辑电路和时序逻辑电路设计5、状态机和存储器的VHDL设计本章难点：1、程序包的应用和配置　2、数据类型转换3、状态机和FIFO设计本章教学要求：1、理解VHDL语言的特点2、掌握VHDL程序的结构、语言要素和语句描述，能够正确书写VHDL程序3、掌握组合逻辑电路和时序逻辑电路的设计4、熟悉状态机的应用5、正确理解存储器电路的设计第四章　VHDL程序设计基础（21学时）第一节　电子数字钟一、系统功能分析和模块划分二、分频器和计数器的设计三、数码管动态扫描电路的设计四、顶层电路的分析和设计第二节　乒乓球游戏机一、系统功能分析和模块划分二、分频器和计数器的设计三、状态机电路设计四、顶层电路的分析和设计第三节　简单电子琴一、系统功能分析和模块划分二、音频控制系统设计三、顶层电路的分析和设计第四节　16×16LED点阵汉字滚屏显示一、系统功能分析和模块划分二、LED点阵汉字显示系统设计三、顶层电路的分析和设计本章实验：数字频率计的设计（ 3 学时） 数字秒表的设计（ 3 学时）交通信号灯控制器的设计（3 学时） 16×16点阵汉字显示系统（ 3 学时）本章重点：1、数字系统的综合设计2、VHDL语言的综合应用本章难点：1、系统模块的划分和设计分析2、顶层电路的描述和编程本章教学要求：1、掌握应用VHDL语言描述不同逻辑功能的电路2、理解数字系统的设计四、成绩与考核方式 1、课程总评成绩由平时成绩（30%）和其末考试成绩（70%）组成，其中平时成绩包括作业、实验报告和考勤以及期中考试成绩和单元测验。

《电气控制与PLC》实验教学大纲1.课程基本信息中文课程名称电气控制与PLC英文课程名Electric Control and Programmable Logic Controller课程编号课程类型开设专业课程总实验学时备注学时090002604 专业课程应用电子技术教育64 202.课程简介可编程控制器（PLC）是在继电器控制和计算机技术的基础上，逐渐发展成以微处理器为核心，集微电子技术，自动化技术，计算机技术，通讯技术为一体，以工业自动化控制为目标的新型控制装置。

目前已在工业、交通运输、农业、商业等领域得到广泛应用，成为各行业的通用控制核心产品。

“电气控制与PLC”课程的性质是一门应用性很强的课程，是电类相关专业的一门重要的专业技术必修课程。

是应用当代最先进的理论和实践相结合的课程。

本课程任务是：通过课堂讲授和实践教学，使学生熟悉可编程控制器的基本构成，掌握可编程控制器使用方法，具有一定的可编程控制器应用系统的设计能力。

3.实验目的通过该课程的实验，进一步巩固电气控制与PLC课程的理论知识，加深对所学知识的理解。

能使学生掌握低压电器用途，熟悉三相异步电动机的控制降压启动控制电路和基本控制电路，掌握S7-200系列PLC梯形图设计方法。

培养学生综合运用所学知识分析实际问题的能力，自学能力，实践能力和科学严谨的工作作风。

4.实验报告内容（1）学生姓名、学号、实验组号及组内编号等；（2）实验题目；（3）实验目的；（4）实验设备: 实验仪器名称、型号；（5）实验内容：（对一些实验，根据要求要有实验步骤）实验内容主要含逻辑图、实验程序代码、主要实验步骤等。

（6）实验结果：程序运行结果、测试结果等；（7）实验总结：通过实验学到的知识、实验过程中的难点、存在的问题和实验收获等。

5.实验考试（考核）（1）学生实验课成绩由过程考核和实验报告两部分组成，各占50%，平时成绩和报告成绩采用5分制、总成绩采用百分制。

《EDA技术》教学大纲一、课程的性质与作用《EDA技术》是电子信息工程技术专业的专业主干课程，本课程具有较强的实践性与应用性。

学习前应当具备《实用电工电子技术》、《电子线路板设计》、《传感器与检测技术》等课程的基础；同吋该课程为《单片机技术》等课程的学习提供支持，是电子信息技术行业、通信行业产站的研究、设计、制造、应用、检测等岗位工作的必修课程。

二、课程目标通过本课程的学习，使学生掌握利用软件设计开发硬件电路的基本技能，培养学生电子信息系统设计能力，电子系统与通讯系统、计算机技术和光信息系统的交叉融合能力，为从事各类电子设备和信息系统的设计、制造、应用岗位工作奠定基础。

（一）知识目标1、能够准确掌握《EDA技术》课程屮相关的概念和专业术语；2、能够准确掌握FPGA/CPLD的结构、分类、厂商及每种芯片的结构特点，并能够说明其使用方法；3、能够准确掌握每种芯片的外囤电路，以及其最小系统的构成电路；4、能够掌握并正确分析每种芯片工作的基木工作原理；5、掌握VHDL语言的语法、程序结构、语言特点；6、了解EDA、FPGA/CPLD 的新技术。

通过木门课程的学习，使学生了解EDA技术屮的基本概念和基本知识，理解应用EDA 技术解决工程问题的原理，熟悉VHDL语言的程序结构、语言特点。

（二）能力目标1、能够熟练掌握Max+Plus U、Quartus H软件的的使用方法；2、使学生能用软件进行电子技术综合问题的设计，设计输入可采用图形输入法和VHDL硬件描述语言输入法；3、能够掌握简单项口屮程序初步编写、分析语言程序的能力；4、能够利用网络、书籍等课外资源进行最小系统的设计，并在此系统上完成简易的项目;5、能够对部分FPGA开发的电子进行故障的检测与维修；6、能够根据工作任务的变化与岗位的需要自主学习相关的新知识、新技术。

（三）素质目标1、具有从事电子信息行业、通信行业良好的职业素质，（职业规范、行业规范、节能、安全、环保）；2、具备从事高端电子设备检测、维修、电子产品研发良好的身心素质；3、根据学习任务的需要，具备良好的自主学习，并且有计划、有H地的完成；4、通过学习任务的进行、具备团队合作能力，语言表达能力。