《FPGA数字系统课程设计》课程教学大纲

FPGA数字系统课程设计（FPGADigitalSystemDesignPractice）课程基本信息课程编号：04021557课程总学时：2周实验学时：2周课程性质：必修课程属性:专业类开设学期：第7学期适用专业：电子信息工程对先修的要求：电路、数字电子技术对后续的支撑：毕业设计一、课程简介/课程目标《FPGA数字系统课程设计》是电子信息工程专业的一门必修实践教学课程，是训练学生运用硬件描述语言专业知识解决工程实际问题能力的重要环节。FPGA课程设计不仅能增强学生对理论知识的理解，而且能锻炼学生实际动手操作和解决工程问题的能力，有利于学生了解现代电子技术最新应用，有利于引导并培养学生的创新思维和创新能力。通过课程设计，能够分析和论证FPGA的数字电子系统的实现方案，设计数字系统VHDL硬件描述语言程序，熟悉EDA工具软件的编辑、编译、仿真及下载验证过程仿真实现系统调试，撰写设计报告等，使学生掌握FPGA数字系统设计步骤和方法，提高综合分析问题和解决问题的能力。通过课程设计，学会运用相关技术资料去解决工程实际问题，提高综合分析问题和解决问题的能力；提高学生查阅文献资料、编写工程设计文件、沟通、交流以及自主学习的能力。课程目标1：学生能够应用FPGA理论知识，从电子系统应用设计任务需求出发，确定合理的系统设计方案，利用VHDL完成数字系统各电路功能模块设计，在实现任务要求的各项指标基础上，能够有所创新。课程目标2：学生能够熟练操作EDA工具软件，并通过EDA工具软件的设计输入、目标器件选择、编译、波形仿真、引脚锁定、编译、配置、下载及硬件测试，仿真模拟实现系统，并不断改进和完善系统解决方案，并理解其局限性。课程目标3：应用工程管理方法对电子系统设计过程进行管理，选择合适的数字集成器件，经济的设计电子系统。课程目标4：具有自学的能力，善于归纳总结，学生能够对设计任务提出不同的解决方案，不照抄照搬，主动适应职业发展的需要。二、课程目标与毕业要求的关系表1课程目标与毕业要求的关系课程目标毕业要求指标点毕业要求1指标点3.3能够完成电路系统和信息处理系统等方面系统开发及产品的工艺流程设计，并在设计中体现创新意识。3.设计/开发解决方案2指标点5.3能够针对具体的对象，开发或选用满足特定需求的现代工具，模拟和预测专业问题，并能够分析其局限性。5.使用现代工具3指标点11.2在多学科环境下（包括模拟环境），能够将工程管理和经济决策方法，应用于电子信息工程领域中工程项目开发和设计。11.项目管理4指标点12.2具备适应自身发展和社会发展的自主学习和终身学习的能力，包括对电子信息工程领域中技术问题的理解能力，归纳总结能力和提出问题的能力等。12.终身学习三、课程教学内容与课程目标的对应关系表2课程教学内容与课程目标的对应关系序号教学内容教学重点和难点教学方式实践学时课程目标1布置任务，分析研讨，收集、查阅文献资料重点：根据电子设计自动化课程设计任务，阅读相关的中英文资料，了解国内外进展及发展趋势。难点：明确电子设计自动化课程设计任务要求、技术指标、熟悉设计任务及规程。集中讲解、学生自主查阅资料、过程中予以指导23、42确定电子系统设计方案重点：从电子系统设计要求出发，确定设计方案。难点：对设计方案进行比较、分析和论证，并确定最终的方案。集中讲解、指导41，3系统软件设计重点：对电子系统进行模块化划分，通过EDA软件和硬件描述语言进行各个模块设计。难点：熟悉硬件描述语言、层次化、模块化设计方法教师指导、学生自主设计41，24程序调试、总体调试与性能测试重点：使用EDA软件对所设计的数字系统进行仿真验证，要求能够模拟实现课题的设计要求。难点：系统集成、并进行时序仿真测试。教师指导、学生自主设计425系统硬件设计重点：使用EDA软件，将设计的软件代码转化为硬件电路。难点：理解并掌握利用软件设计硬件电路的方法。教师指导、学生自主设计426按要求撰写课程设计报告重点：完成课程设计各项任务，按要求撰写课程设计报告书。难点：撰写有条理，问题分析深入到位。教师指导、学生自主撰写147课程设计答辩重点：对课程设计的整个过程，包括系统设计方案、系统软、硬件设计及仿真调试和下载验证等环节进行答辩。难点：答辩思路清晰，能准确把握实际中的问题细节。答辩小组14合计2周四、课程考核（一）课程的考核环节课程考核以课程目标的达成为主要目的，以检查学生对各知识点的掌握程度和实践应用能力为重要内容。本课程考核总成绩由过程考核（占总成绩的30%）、成果考核（占总成绩的40%）、答辩考核（占总成绩的30%）三部分综合评定。课程总成绩（百分制）按以上各部分内容核算后（四舍五入取整），最终综合考核成绩换算为五级制，90-100分为优秀，80-89为良好，70-79为中等，60-69为及格，小于60为不及格。课程考核观测点及对课程目标支撑情况详见表3。表3课程考核对课程目标的支撑考核环节目标

分值观测点课程目标1234过程考核30(1)设计进度与质量。(2)EDA工具软件的使用能力。(3)自主学习能力。√√√√101055成果考核40(1)系统设计方案合理性。(2)软硬件设计质量。(3)功能实现。√√√101515答辩考核30(1)报告书质量。(2)答辩陈述。(3)自主学习能力。√√1020合计：10030252025（二）成绩评定办法及依据表4考核方式评价标准考核方式所占比重(%)100>x≥90（优秀）89>x≥80（良好）79>x≥70（中等）69>x≥60（及格）x<60（不及格）过程考核30能提前完成各阶段设计任务、工作量大、完成质量优；能熟练的使用EDA工具软件进行FPGA电路设计，能独立完成仿真调试。能提出优秀的设计方案；归纳总结有深刻，自己独特的观点。能按时完成各进行FPGA电路设计进行FPGA电路设计各阶段设计任务滞后、工作量少、完成质量差。不能使用EDA工具软件进行FPGA电路设计，不能进行仿真调试。在指导教师的启发下也不能提出设计方案。成果考核40系统设计方案可行，论证充分；完成的软硬件达到甚至优于规定的性能指标。仿真模拟完全正确，实现全部设计功能，有发挥。能提出新颖的设计方案；归纳总结有深刻，自己独特的观点，没有抄袭。系统设计方案可行，论证比较充分；完成的软硬件基本达到规定的性能指标。仿真模拟完全正确，实现全部基本设计功能。能提出较新颖的设计方案；归纳总结与众不同，没有抄袭。系统设计方案可行，论证尚充分；完成的软硬件尚能达到规定的性能指标，无原则性错误。仿真模拟完全正确，有少部分基本功能没有实现。能提出1种设计方案；归纳总结较少，有少许网上雷同内容。系统设计方案可行，论证不充分。完成的软硬件性能一般，存在错误。仿真模拟不完整，有一部分基本功能没有实现。在指导教师指导下能提出1种设计方案，归纳总结有部分雷同。系统设计方案可行性差、论证不充分；完成的软硬件性能差，错误较多。仿真模拟不正确，基本功能没有实现。在指导教师的启发下也不能提出设计方案，归纳总结雷同。答辩考核30仿真模拟完全正确，实现全部设计功能，有发挥。报告条理清楚，文字通顺，表达清楚，格式规范，内容完整，图表标注完整，符合要求。能清楚阐述设计内容，思路清晰，语言流畅，重点突出。仿真模拟完全正确，实现全部基本设计功能。报告条理较清楚，文字较通顺，表达清楚，书写格式较规范，内容较完整，图表标注有少许瑕疵。能清楚阐述设计内容，思路较清晰，语言较流畅，重点较突出。仿真模拟完全正确，有少部分基本功能没有实现。报告条理较清楚，文字较通顺，表达基本清楚，书写格式一般，主要内容尚完整，图表标注瑕疵较多。基本上能阐述大部分设计内容，思路尚可，重点不突出。仿真模拟不完整，有一部分基本功能没有实现。报告条理性、表达能力尚可，书写格式一般，内容完整性差，图表标注瑕疵多。能阐述部分设计内容，思路尚可，重点不突出。仿真模拟不正确，基本功能没有实现。报告条理不清楚，文字不通顺，表达不规范，书写格式不规范，设计内容不完整，图表标注不规范，瑕疵多。不能清楚阐述设计内容，没有思路，语言不流畅，没有重点。五、教学基本要求课程设计过程，学生应遵守课程设计场地的规章制度、安全制度、操作规程。第一次上课任课教师向学生讲清课程设计的性质、任务、要求，和成绩评定方法及依据等。学生可从指导教师指定的题目中选择一题或者自拟一题，自拟题目需经过指导教师审核并确认后，方可实施。课程设计题目要求符合工程实际，要有一定难度和足够的工作量。课程设计题目应是一个较复杂数字系统设计问题，必须运用深入的工程原理经过分析才能得到解决。课程设计题目一般需要涉及多方面的技术，如FPGA结构特性、硬件描述语言、EDA工具软件、模拟电子技术、数字电子技术等。在完成基本设计任务的情况下，对某些设计内容可进一步深入发挥。六、教学方法1、课程设计题目应难易适中，注重培养学生分析解决电子信息工程领域相关的复杂工程问题的能力。2、针对课题任务，组织学生合理分工，做到每个学生都有具体设计任务。3、加强过程指导与监控，督促学生按照进度计划完成各阶段工作，确保设计任务的完成。出现问题，教师要引导学生独立分析、解决，不得包办代替。4、采用过程考核、成果考核、答辩考核等多种形式相结合的考核方法，引导学生按时、保质保量地完成课程设计任务。七、参考文献1.EDA技术及应用（第三版），谭会生,西安电子科技大学出版社.2017.2.你好FPGA，王建飞，雷斌，电子工业出版社.2016.3.EDA技术实用教程（第六版），潘松，科学出版社，2018.4.5./content/www/us/en/products/programmable.html6./八、本课程与其它课程的联系《FPGA数字系统课程设计》的先修课程为电路、数字电子技术和FPGA数字系统设计等。为学生进行后续毕业设计以及今后从事与本专业相关的工作奠定实践动手能力以及分析和解决问题能力的基础。附录：课程思政素材序号课程思政素材教学方法1引导学生专业学习与国家需求相结合，实现人生价值。芯片设计和制造、以及EDA工具都是“卡脖子”技术，引导学生刻苦学习，将专业学习与国家需求相结合，为破解集成电路“卡脖子”问题贡献自己的力量，实现人生价