《EDA设计基础》课程教学大纲

《EDA设计基础》教学大纲一、课程基本信息课程名称EDA设计基础EDADesignBasis课程编码CST420221020开课院部计算机科学与技术学院课程团队硬件技术基础课程教学团队学分2.0课内学时40讲授16实验12上机12实践0课外学时40适用专业物联网工程授课语言中文先修课程程序设计（C/C++）、数字逻辑电路课程简介（限选）“EDA设计基础”是物联网工程专业的一门专业选修课程，也是一门实用性很强的通用数字系统设计技术课程。学生可以掌握数字系统设计中相关的概念、原理、方法、工具和应用。包括学习自顶向下的EDA设计的方法、复杂可编程器件（CPLD/FPGA）的原理和开发方法，掌握HDL硬件描述语言、电路的行为仿真、时序仿真和硬件测试技术，掌握组合逻辑电路、时序电路的EDA设计方法，掌握QUARTUSⅡ软件以及ModelSim仿真软件使用方法。本课程培养学生分析问题、解决问题的能力,提高学生的创新思维能力、综合系统开发能力、团队协作意识，为从事数字逻辑电路设计，特别是ASIC器件设计和开发奠定基础；同时培养学生精益求精、忧国忧民的大国工匠精神，激发学生科技报国的家国情怀。"EdaDesignBasis"isaspecialelectivecourseofInternetofthingsengineering,itisalsoapracticalcourseofthedigitalsystemdesigntechnology.Thestudentscangraspconcepts,principles,methods,toolsandapplicationsindigitalsystemdesign.Inthiscourse,thestudentscanmasterthetop-downdesignmethod,theprinciplesandmethodsofcomplexprogrammabledevices（CPLD/FPGA），andtheirdevelopmentmethod.Thestudentscangraspthehardwaredescriptionlanguage,thebehavioranalysisofthecircuitsimulation,timingsimulationandhardwaretestingtechnology.ThestudentscangraspthetoolsofQUARTUSIIandModelSim.Thecourseisdesignedtoprovidethebasisknowledgeandtechnologyfortheelectronicdesign,especiallyforthedesignofASICdevices,andcancultivatestudents'abilitytoanalyzeandsolveproblems,improvethestudents'creativeability,comprehensivesystemdevelopmentability,cooperationawarenessandskill.Atthesametime,thecoursecancultivatethecraftsmanshipspiritofthegreatcountryandarousethestudents'nationalfeelingsandinspirethemtoserveforourcountry.负责人大纲执笔人审核人二、课程目标序号代号课程目标OBE毕业要求指标点任务自选1M1目标1：了解EDA技术和PLD器件的相关概念、数字系统的设计方法以及EDA技术的发展；掌握VerilogHDL语言和编程；能够使用现代电子系统分析与设计的新思路、新方法对数字系统进行软硬件分析与设计。通过学习国产EDA技术现状以及软硬件开发工具现状激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。是1.21.22M2目标2：能够基于EDA理论、方法和工具，针对物联网工程中数字系统特点、运行环境，优选逻辑电路、逻辑器件和工具，设计数字系统方案，实现数字系统。增强学生勇于探索的创新精神、善于解决问题能力，培养学生精益求精的大国工匠精神。是3.23.23M3目标3：能够根据物联网工程对数字系统的要求，正确的使用数字逻辑器件、EDA工具构建实验系统，安全地开展实验，进行数据采集、传输和处理。是4.24.2三、课程内容序号章节号标题课程内容/重难点支撑课程目标课内学时教学方式课外学时课外环节1第1章第1章EDA技术概述本章重点难点：EDA概念，PLD器件的构成，FPGA/CPLD结构特性和区别，数字系统设计综合、适配、下载、仿真，自顶向下的设计方法。////21.11.1EDA技术概述EDA技术概念和发展，EDA技术设计流程，ASIC分类与特点，SOC设计，HDL硬件描述语言，EDA工具。通过学习国产EDA技术现状和发展过程激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。M1//1作业31.21.2数字系统设计方法数字系统Top-down设计，IP复用和SOPC设计，CPLD/FPGA设计流程。M11讲授//4第2章第2章EDA器件本章重点难点：CPLD的基本结构和特点，FPGA的基本结构和特点。/////52.12.1PLD器件PLD器件的发展、分类，PLD器件的基本结构，FPGA/CPLD的结构和工艺。M1//1自学62.22.2CPLD的结构和特点CPLD的宏单元、可编程I/O单元、可编程连线阵列，CPLD的性能特点。M11讲授//72.32.3FPGA的结构和特点FPGA的可配置逻辑模块、输入/输出模块、可编程互连线，FPGA特点。M11讲授1作业8第3章第3章VerilogHDL语法本章重点难点：硬件电路的描述方法和抽象层次，数据类型与结构语句的关系，综合与不可综合语句区分，组合/时序逻辑设计区别，函数/任务/模块设计和使用的区别。/////93.13.1VerilogHDL模块VerilogHDL模块的概念、组成结构和模块。M1//1自学103.23.2VerilogHDL数据类型、变量VerilogHDL的数据类型、变量定义格式，常量定义，向量和标量，位选择和域选择，关键词。M1//1自学113.33.3VerilogHDL运算符算术数运算、逻辑运算、位运算、缩位运算、拼接运算、关系运算符，赋值符号等。M11讲授//123.43.4VerilogHDL过程语句Always过程语句、initial过程语句、块语句begin-end/fork-join、持续赋值和过程赋值，阻塞赋值和非阻塞赋值。M11讲授1自学133.53.5VerilogHDL行为语句条件语句if-else，case语句，循环语句，编译指示性语句、任务和函数。M11讲授//143.63.6结构语句、任务和函数、常用系统任务结构语句initial、always，任务task和函数function，常用系统任务和调试用系统任务。M11讲授1作业15第4章第4章典型数字电路设计本章重点难点：组合电路和时序行为建模的方法，常见组合电路和时序电路的设计，有限状态机设计。////164.14.1VerilogHDL设计层次和风格门级结构描述、数据流描述、行为描述。M21讲授1自学174.24.2组合电路建模和测试加法器、乘法器、多路选择器、流水线等组合电路建模与测试。培养学生精益求精的大国工匠精神。M22讲授1自学184.34.3时序电路建模和测试基本时序电路触发器、计数器、移位寄存器等设计和测试。培养学生精益求精的大国工匠精神。M21讲授1作业194.44.4有限状态机设计有限状态机概念、状态编码、有限状态机三段、两段和一段式描述建模。M31讲授2自学20第5章第5章EDA工具软件本章重点难点：电路仿真测试的方法，组合电路仿真和时序逻辑电路仿真。////215.15.1EDA工具软件概述VHDL语言、QuartusⅡ、ModelSim等工具软件的功能、特点和应用场合。通过学习EDA软硬件开发工具现状培养激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。M1//1自学225.25.2QuartusⅡ软件QuartusⅡ软件的操作使用方法。M1//1自学235.35.3Verilog仿真与验证系统任务和系统函数、测试平台和测试程序结构、组合电路仿真、时序逻辑电路仿真。M32讲授//24第6章第6章SOPC技术本章重点难点：基于NiosII的SOPC设计方法。////256.16.1SOPC概述SOPC概念，SOPC的设计流程。M11讲授1自学266.26.2SOPC设计方法基于NiosII的SOPC设计方法。M21讲授1作业27实验1实验1：全加器设计了解在QuartusII的使用方法和原理图输入方法下设计简单组合电路的方法，掌握层次化设计的方法和利用EDA软件进行电子线路设计的流程，能够设计和实现4位全加器。M1,M34上机2实验报告28实验2实验2：计数器设计与测试掌握VerilogHDL设计、仿真和时序电路的设计方法，能够设计和实现计数器，培养学生精益求精的大国工匠精神。M2,M34上机2实验报告29实验3实验3：译码器设计与测试掌握Verilog语言的编程方法，能够设计和实现译码器并进而实现静态数码管显示。M1,M34上机2实验报告30实验4实验4：基于NiosII系统的跑马灯实验了解NiosII的使用方法和调试过程，能够用实验台FPGA芯片和Verilog语言实现跑马灯。M14实验2实验报告31实验5实验5：LCD显示实验掌握NiosII的SOPC系统的设计流程，能够设计和实现LCD显示器的驱动电路，并实现LCD显示。M1,M34实验4实验报告32实验6实验6：电子钟设计掌握电子时钟的原理，能够综合应用计数器、分频电路、数码管显示等知识设计电子时钟。M24实验4实验报告33实验7实验7：软核处理器设计根基DE2-115实验台的FPGA器件和NiosII软件，设计和实现基于NiosII的软核处理器，培养学生精益求精的大国工匠精神。M2//8自主实验四、考核方式序号考核环节操作细节总评占比1作业1.每章布置1～2次作业。2.作业成绩采用百分制，根据作业完成正确性、是否按时完成、是否独立完成评分。3.考核学生对EDA基础知识和Verilog编程的掌握能力，以及学生综合运用所学知识分析问题、解决数字电路问题的能力。10%2实验1.本课程24个学时实验，共6次实验，另外设立一个综合型/创新性的选做实验。2.成绩采用百分制，根据实验完成过程、完成情况和实验报告情况评分。3.考核学生使用EDA软件和工具设计、实现、验证和应用数字电路的能力，针对数字电路问题，能够根据需求确定设计目标，优选解决方案，正确安全开展实验。4.考核学生勇于探索的创新精神、善于解决问题实践能力。40%3期末考试1.闭卷考试，成绩采用百分制，卷面成绩总分100分。2.主要考核学生使用EDA软件和工具设计、实现、验证及应用数字电路的能力，学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力。题型有选择题、填空题、简答题、电路设计分析题等。50%五、评分细则序号课程目标考核环节大致占比评分等级1M1作业20%A-按时完成作业，对EDA技术、器件、编程及电路设计的知识点理解准确、全面,能够使用现代电子系统分析与设计的思路、方法对数字系统进行软硬件分析与设计。B-按时完成作业，对EDA技术、器件、编程及电路设计的知识点理解正确,基本能够使用现代电子系统分析与设计的思路、方法对数字系统进行软硬件分析与设计。C-按时完成作业，对EDA技术、器件、编程及电路设计的知识点理解基本正确,基本能够使用现代电子系统分析与设计的思路、方法对数字系统进行软硬件分析与设计。D-不能按时完成作业，或对上述知识点理解存在严重错误，或对数字系统进行软硬件分析与设计中存在严重错误。2M1实验30%A-按时提交实验报告，能够使用EDA软件和工具，电路设计合理，实验过程熟练、结论正确、报告规范。B-按时提交实验报告，能够使用EDA软件和工具，电路设计较为合理，实验过程熟练、结论正确、报告基本规范。C-按时提交实验报告，基本能够使用EDA软件和工具，电路设计基本合理，实验过程基本熟练、结论基本正确、报告基本规范。D-发生安全事故，或不能按时提交实验报告，或EDA软件和工具使用、电路设计、线路连接存在严重错误。3M1期末考试50%（见试卷评分标准）4M2作业10%A-按时完成作业，能够根据数字逻辑电路的特点和运行环境，优选逻辑器件和工具，设计和开发物联网数字系统，能够勇于探索和创新、善于解决问题。B-按时完成作业，能够根据数字逻辑电路的特点和运行环境，合理选择逻辑器件和工具，设计和开发物联网数字系统，能够探索和创新、善于解决问题。C-按时完成作业，基本能够根据数字系统的特点和运行环境，选择相关逻辑器件和工具，设计和开发物联网数字系统，基本能够探索和创新、善于解决问题。D-不能按时完成作业，或在物联网数字系统设计和开发中选择的逻辑器件和工具存在严重错误，或不能探索和解决实践问题。5M2实验40%A-按时提交实验报告，实验中能够根据数字系统的特点和运行环境，选择逻辑器件和工具，优选设计合理的实验方案。B-按时提交实验报告，实验中能够根据数字系统的特点和运行环境，选择逻辑器件和工具设计合理的实验方案。C-按时提交实验报告，实验中能够根据数字系统的特点和运行环境，选择逻辑器件和工具设计可行的实验方案。D-不能按时提交实验报告，或实验中发生安全事故，或设计方案存在严重的错误。6M2期末考试50%（见试卷评分标准）7M3作业10%A-按时完成作业，能够根据物联网工程对数字系统的要求，正确和优选地使用器件、EDA工具构建数字逻辑电路系统，并进行数据采集、传输和处理。B-按时完成作业，能够根据物联网工程对数字系统的要求，正确使用器件、EDA工具构建数字逻辑电路系统，并进行数据采集、传输和处理。C-按时完成作业，基本能够根据物联网工程对数字系统的要求，使用器件、EDA工具构建数字逻辑电路系统，并进行数据采集、传输和处理。D-没有按时完成作业，或使用器件、EDA工具构建数字逻辑电路系统存在严重错误。8M3实验40%A-按时提交实验报告，能够根据物联网工程对数字系统的要求，正确、优选地使用逻辑器件、EDA工具构建实验系统进行实验，安全地开展实验，并进行数据采集、传输和处理。B-按时提交实验报告，能够根据物联网工程对数字系统的要求，正确地使用逻辑器件、EDA工具构建