天津市高等教育自学考试课程考试大纲57587

1、天津市高等教育自学考试课程考试大纲课程名称：数字系统设计与PLD应用技术 2002年9月版 课程代码：0816、4180、4658 天津市高等教育自学考试课程考试大纲 课程名称：数字系统设计与PLD应用技术 课程代码：0816、4180、4658第一部分 课程性质与目标 一、 课程性质与特点： 本课程是高等教育自学考试电子信息工程专业所开设的专业课之一，它是一门理论联系实际、应用性强的课程。本课程以数字电子系统的分析与设计以及PLD应用技术为基本内容，以硬件描述语言实现PLD数字系统设计方法为主要研究对象，研究如何采用描述工具建立数字系统描述模型，选择适当PLD器件、采用相应的软件开发系统来实

2、现待设计系统。二、课程目标与基本要求 通过本课程的学习，目的是使考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。课程的基本要求是掌握数字设计的基本方法，算法的设计方法， VHDL语言的基本概念、语法特征和应用，以及PLD的原理、组成及应用。 三、与本专业其它课程的关系数字系统设计与PLD应用技术是电子信息工程专业大学本科学生必修的专业技术课程，它和电子信息工程专业的许多其他课程有着密切的关系。其先修课程是数字电路与逻辑设计。第二部分 理论内容与考核目标第一章 数字系统设计方法一、学习目的

3、与要求 通过本章学习，正确掌握数字系统的基本模型、基本结构和设计步骤，要求在熟悉这些内容的基础上，重点掌握系统设计的基本方法。二、考核知识点与考核目标（一）绪言 （一般）识记：数字系统的基本概念，数字系统的特点理解：数字系统的动态模型，数字系统的算法模型，数字系统的基本结构（二）数字系统设计的一般步骤 （重点）理解：系统逻辑功能的确定，系统的描述，算法的设计，电路结构的选择，电路的实现应用：多级系统及其结构（三）数字系统设计方法论 （次重点）理解：自上而下的设计方法及设计原则自下而上的设计方法及设计原则自关键部件开始设计的方法系统数据流驱动设计方法和系统控制流驱动设计方法（四）数字系统的描述方

4、法之一 算法流程图 （重点）识记：数字系统设计的描述方法通常应具有的特征算法流程图的符号与规则应用：算法流程图设计应用第二章 数字系统的算法设计和硬件实现一、学习目的与要求 通过本章学习，正确掌握系统的算法设计的基本方法和算法结构，重点掌握组成系统的两大部分：数据处理单元、控制单元的设计和采用通用集成电路的实现方法。二、考核知识点与考核目标（一）算法设计 （重点）理解：算法推导的主要考虑因素，硬件结构对算法推导的影响应用：跟踪法的基本方法及设计应用 归纳法的基本方法及设计应用 划分法的基本方法及设计应用 解析法的基本方法及设计应用 综合法的基本方法及设计应用（二）算法结构 （次重点）理解：顺序

5、算法结构的特点，并行算法结构的特点，流水线操作算法结构的概念应用：顺序算法结构的应用并行算法结构的应用流水线操作算法结构的应用（三）系统硬件实现概述 （重点）理解：系统硬件实现的四种方法及每种方法的优缺点和适用场合（四）数据处理单元的设计 （重点）识记：数据处理单元的概念理解：实现数据处理单元时，选择器件主要考虑的因素数据处理单元设计的基本步骤应用：数据处理单元设计的实际应用（五）控制单元的设计 （重点）理解：系统的三种控制方式：集中控制、分散控制和半集中控制控制器的基本结构和系统同步应解决的问题算法状态机图（ASM图）的用途以及它与算法流程图的主要区别应用：典型时序电路设计方法在控制器设计中

6、的应用 以计数器为核心的控制器设计应用 以移位寄存器为核心的控制器设计应用 “一对一”型控制器设计应用 第三章 硬件描述语言VHDL一、学习目的和要求 通过本章学习，正确掌握VHDL语言的基本概念、语法特征，要求应用VHDL语言来描述各种实际的电路。二、考核知识与考核目标（一）概述 （次重点）理解：硬件描述语言VHDL的发展及应用（二）VHDL基本结构 （次重点）理解：设计实体的组成：实体说明和结构体，其中结构体的各部分描述（三）数据对象、类型及运算符 （次重点）理解：VHDL中的四种对象类别及其定义，数据类型的概念、常数的表示以及VHDL中的预定义运算符（四）顺序语句 （一般）理解：变量与信

7、号赋值语句的格式及使用方法 IF语句的格式及使用方法 CASE语句的格式及使用方法 LOOP语句的格式及使用方法（五）并行语句 （一般）理解：并行信号赋值语句的格式及使用方法 进程语句的格式及使用方法 断言语句的格式及使用方法 生成语句的格式及使用方法（六）子程序 （重点）理解：函数的定义格式与引用的方法 过程的定义格式与引用的方法 子程序重载的概念及解决方法（七）程序包与设计库 （重点）理解：程序包的构成及其一般格式 设计库的概念及访问某个设计库的方法（八）元件配置 （重点）理解：元件配置语句的格式及元件配置方法应用：体内配置的概念及其实例应用 体外配置的说明格式及其实例应用 直接例化的概念

8、、一般格式及其实例应用 顶层元件配置的方法（九）VHDL描述实例 （重点）应用：应用VHDL来描述组合逻辑电路 应用VHDL来描述时序逻辑电路 应用VHDL来描述状态机 应用VHDL来描述多谐振荡器第四章 可编程逻辑器件PLD原理和应用一、学习目的和要求通过本章的学习，正确掌握PLD和SPLD的原理、组成和应用，以及PROM、PLA、PAL和GAL的应用，重点掌握利用SPLD设计和实现整个数字系统。二、考核知识与考核目标（一）PLD概述 （一般）识记：PLD的概念及近几年的发展情况（二）简单PLD原理 （次重点）理解：PLD的基本组成 PLD的编程 阵列结构 PLD中阵列的表示方法（三）SPL

9、D组成和应用 （重点）理解：只读存储器ROM的组成及ROM的分类 输出逻辑宏单元OLMC的组成及输出结构应用：ROM、PROM、EPROM在组合逻辑设中的应用 可编程逻辑阵列PLA的应用 可编程阵列逻辑PAL的应用 通用阵列逻辑GAL的应用实例（四）采用SPLD设计数字系统 （重点）理解：采用SPLD实现系统的步骤应用：利用SPLD实现整个数字系统 第五章 高密度PLD及其应用一、学习目的和要求 通过本章学习，要求掌握HDPLD的分类方法，HDPLD的组成，包括阵列扩展型HDPLD、单元型CPLD和多路开关型FPGA等，以及HDPLD的主要编程技术。二、考核知识与考核目标（一）HDPLD概述

10、（一般）理解：HDPLD的分类 典型的HDPLD器件系列（二）HDPLD组成 （一般）理解：阵列扩展型HDPLD的结构组成，HDPLD的宏单元，HDPLD的输入/输出单元 单元型CPLD的组成框图 现场可编程门阵列FPGA的组成和特点应用：阵列扩展型CPLD的应用 单元型CPLD的实际应用 用FPGA实现待设计的数字系统 多路开关型FPGA的基本逻辑模块及其应用（三）HDPLD编程技术 （次重点）理解：isp编程技术 icr编程技术 反熔丝编程技术（四）HDPLD软件开发系统综述 （次重点）理解：软件开发系统的基本工作流程 软件开发系统的库函数第六章 采用HDPLD设计数字系统实例一、学习目的

11、和要求通过本章学习，要求能够利用HDPLD设计几种常用的数字系统，为今后的系统设计打下一个良好的基础。二、考核知识和考核目标（一）高速并行乘法器的设计 （次重点）应用：利用HDPLD实现一个高速并行乘法器（二）十字路口交通管理器的设计 （重点）应用：用一片HDPLD和若干外围电路实现十字路口交通管理器（三）FIFO（先进先出堆栈）的设计 （次重点）应用：使用RTL结构描述方法，设计一个FIFO（先进先出堆栈）系统（四）九九乘法表的设计 （一般）应用：设计一个供学生学习九九乘法表的数字系统，要求系统既可引导学习者跟随学习机连续背诵，也可随时查找任何两个1位十进制数的相乘结果（五）数据采集和反馈控

12、制系统的设计 （重点）应用：用一片HDPLD器件、模数转换器ADC和数模转换器DAC构成一个数据采集和反馈控制系统（六）FIR有限冲激响应滤波器的设计 （一般）应用：利用HDPLD设计数字信号处理系统，即有限冲激响应滤波器的设计（七）可编程脉冲延时系统的设计 （重点）应用：利用HDPLD实现可编程脉冲延时系统第七章 全定制集成电路设计技术简介一、学习目的和要求通过本章学习，要求了解全定制集成电路的设计方法，作为学生了解全定制ASIC设计的入门知识。二、考核知识和考核目标（一）集成电路制造工艺与全定制电路设计 （次重点）理解：几种常用的集成电路制造工艺 全定制电路的设计过程 深亚微米电路的设计方

13、法 （二）全定制集成电路设计的EDA技术 （次重点）理解：什么是EDA，采用EDA技术来进行电路设计的方法 第三部分 实践环节考核内容及考核目标一、类型 课程实验二、考核目的与要求 通过上机及使用EDA实验开发系统，加深对课程内容的理解，增加感性认识，提高VHDL软件设计、编写及程序调试能力。 要求所编的程序能正确运行，并提交实验报告。实验报告的基本要求为： 1、需求分析：陈述程序设计的任务，强调实验要做什么，明确规定： （1）输入的形式； （2）输出的形式； （3）程序所能达到的功能； （4）测试：包括正确的输入和仿真输出结果以及实验系统的输出结果。 2、概要设计：说明所用到的开发工具、实验

14、的系统、层次设计关系。 3、详细设计：提交带注释的VHDL语言程序或以原理图输入电路图。4、调试分析：（1）调试过程中所遇到的问题及解决方法； （2）经验与体会； （3）程序所能达到的功能； （4）测试结果：答应设计输入所实现的结果。三、考核内容1、七人表决电路要求用VHDL语言设计电路，了解变量和信号的区别，了解进程内部顺序语句及外部并行语句的区别。2、 雷码变换电路了解进程内部CASE语句的使用及用VHDL语言设计门级电路的方法，了解用VHDL语言描述4位格雷码变换电路有两种设计方法：即方程输入、状态选择方程。3、 CD码加法器要求用VHDL语言的行为描述及构造体描述设计组合电路。4、 四

15、位全加器掌握EDA实验系统内部STD_LOGIC_UNSIGNED包的调用。5、 设计基本触发器设计JK触发器，掌握时序电路的设计方法，通过模拟和仿真分析验证触发器的逻辑功能及触发方式。6、 步长可变的加减计数器掌握加减法计数器及特殊功能计数器的设计原理，用VHDL语言设计多功能计数器。7、 可控脉冲发生器用VHDL语言设计可控脉冲发生器，通过仿真或观察波形图验证设计的正确性，编译下载验证结果。四、与课程考试之关系 本课程的实验必须在考前完成，可在主考院校或主考院校委托的单位进行，应考者须提交实验报告及程序软盘（须列出程序文件名清单），并考核。第四部分 有关说明与实施要求一、 考核目标的能力层

16、次表述本课程的考核目标共分为三个能力层次：识记、理解和应用，他们之间是递进等级的关系，后者必须建立在前者基础上。其具体含义为：识记：能知道有关的名词、概念、知识的含义，并能正确认识和表述，是最低层次的要求。理解：在识记的基础上，能全面把握基本概念、基本原理、基本方法，能掌握有关概念、原理、方法的区别与联系，是较高层次的要求。应用：在理解的基础上，能运用基本概念、基本原理、基本方法分析和解决有关的理论问题和实际问题。“应用”一般分为“简单应用”和“综合应用”，其中“简单应用”指在理解的基础上能用学过的一两个知识点分析和解决简单的问题；“综合应用”指在简单应用的基础上能用学过的多个知识点综合分析和

17、解决比较复杂的问题，是最高层次的要求。二、 指定教材数字系统设计与PLD应用技术 蒋璇、臧春华编著 电子工业出版社 2001年版三、 自学方法指导1、考生自学时，应先仔细阅读本大纲，明确大纲规定的课程内容和考试目标及所列各章中考核的知识点和考核要求，以便突出重点，有的放矢地掌握课程内容。2、在了解考试大纲内容的基础上，根据考核知识点和考核要求，认真阅读教材，把握各章节的具体内容，吃透每个知识点，对基本概念和基本原理必须深刻理解， 对基本方法牢固掌握，并融会贯通，在头脑中形成完整的内容体系。3、在自学各章节内容时，能够在理解的基础上加以记忆，切勿死记硬背；同时在对一些知识内容进行理解把握时，联系

18、实际问题思考，从而达到深层次的认识水平。4、为了提高自学效果，应结合自学内容，尽可能的多看一些例题和动手做一些练习。在指定教材中，每张中均提供了例题，这些例题多为实际应用的例子，具有代表性，考生应在自学过程中仔细阅读，从而帮助理解概念和应用知识；此外，在各章末均附有丰富的习题，动手做练习是达到理解、记忆、应知应会的好办法。四、 社会助学的要求1、 熟知考试大纲对课程提出的总要求和各章的知识点。2、 掌握各知识点要求达到的能力层次，并深刻理解对各知识点的考核目标。3、 辅导时， 应以考试大纲为依据，制定的教材为基础，不要随意增删内容，以免与大纲脱节。4、 辅导时，应对学习方法进行指导。提倡“认真

19、阅读教材，刻苦钻研教材，主动争取帮助，依靠自己学通”的方法。5、 辅导时， 要注意突出重点， 对考生提出的问题，不要有问即答，要积极启发引导。6、 注意对应考者能力的培养，特别是对自学能力的培养， 要引导考生逐步学会独立学习，在自学过程中善于提出问题，分析问题，做出判断， 解决问题。7、 要使考生了解试题的难易与能力层次高低两者不完全是一回事，在各个能力层次中会存在不同难度的试题。8、 助学学时：本课程共5学分，其中实践部分1学分，建议总课时不少于90学时，其中助学学时分配如下：章次课程内容助学学时1数字系统设计方法102数字系统的算法设计和硬件实现83硬件描述语言VHDL124可编程逻辑器件PLD原理和应用105高密度PLD极其应用86HDPLD设计数字系统实例127全定制集成电路设计技术简介8机动4实验18总计90五、关于命题考试的若干规定1、本大纲各章所提到的内容和考核目标都是考试内容。2、试卷中对不同能力层次的试题比例大致是：“识记”为10%、“理解”为30%、“应用” 为60%。3、试题难易程度应合理：易、较易、较难、难比例为：2：3：3：2。4、每份试卷中，各类考核点所占比例约为：重点