【FPGA設計與實現】【FPGADesignandimplementation】一、基本信息課程代碼：【2080200】課程學分：【3】面向專業：【電子科學與技術】課程性質：【系級專業必修課◎】開課院系：機電學院電子工程系使用教材：教材【數字系統設計與VerilogHDL,王金明編,電子工業出版社第四版】參考書目【Verilog數字系統設計教程,夏宇聞編,北京航天航空大學出版社】【VerilogHDL與數字系統設計簡明教程,吳弋編,人民郵電出版社】【EDA技術實用教程-VerilogHDL版潘松編,科學出版社】課程網站網址：/先修課程：【數字邏輯電路2080166（4）】二、課程簡介本課程是微電子學、電子科學與技術專業的一門實踐性很強的專業技術必修課，通過本課程的學習，使學生初步掌握基于硬件描述語言VerilogHDL進行數字電路系統設計的方法，熟練應用EDA工具平臺QuartusII對可編程芯片FPGA進行設計、仿真和調試，為集成數字電路的開發、設計與調試打下堅實的基礎。本課程的主要任務是使學生獲得Altera公司提供的QuartusII開發軟件的使用能力，以及在該軟件中應用電路原理圖與VerilogHDL硬件描述語言進行數字電路設計的能力。其課程的知識結構和目標使學生了解現代數字系統設計的特點及可編程邏輯器件的基本知識；掌握QuartusII軟件的使用方法；掌握數字系統VerilogHDL行為建模和結構建模方法以及掌握VerilogHDL語言中可綜合語句的描述方法等，為今后進一步從事FPGA方法的研究與工作打下基礎。選課建議本課程面向微電子學、電子科學與技術專業，有數字電子電路課程基礎的三年級學生。課程與專業畢業要求的關聯性專業畢業要求關聯LO11：理解他人的觀點，尊重他人的價值觀，能在不同場合用書面或口頭形式進行有效溝通。LO21：能根據需要確定學習目標，并通過搜集信息、分析信息、討論、實踐、質疑、創造等方法來實現學習目標。LO31：能夠應用本專業知識進行設計計算。LO32：能夠應用計算機輔助工具進行智能電子產品及系統的設計、仿真和調試●LO33：具備本專業工程問題的邏輯分析能力LO34：嵌入式系統應用及控制能力LO35：能夠綜合本專業知識，進行系統級智能設備和網絡的測試，常見問題分析和維護LO41：遵守紀律、守信守責；具有耐挫折、抗壓力的能力LO51：同群體保持良好的合作關系，做集體中的積極成員；勇于從不同角度思考問題，勇于提出新設想●LO61：能在學習、工作中應用信息技術解決問題。LO71：愿意服務他人、服務企業、服務社會；為人熱忱，富于愛心，懂得感恩LO81：具有基本的外語表達溝通能力與跨文化理解能力五、課程目標/課程預期學習成果序號課程預期學習成果課程目標（細化的預期學習成果）教與學方式評價方式1LO321能應用計算機輔助繪制電子電路原理圖，PCB版圖，并能進行仿真、分析并討論其中原理和問題。能夠熟練使用FPGA開發平臺QuartusII軟件，進行仿真與調試.講練結合1.實驗過程2.上機測試3.作業2LO322能應用Verilog硬件描述語言設計電路和仿真能用硬件描述語言VerilogHDL，進行電路的設計講練結合1.實驗過程2.實驗報告3.作業4.期末考試3LO513能用創新的方法或者多種方法解決復雜問題或真實問題能用所學知識實現給定項目基本功能的設計。項目教學法1.實驗過程

六、課程內容課程內容主要包括3個單元的內容，總學時48學時，其中理論部分32學時（包括10學時的軟件操作課時,22學時理論講解），課內實驗部分16學時。單元知識點能力要求教學難點1.EDA技術與PLD芯片結構介紹（2課時理論）1.知道常用的EDA工具，知道CPLD/FPGA的原理與結構。L12.理解FPGA/CPLD設計的流程；L23.知道FPGA/CPLD的編程與配置方式。L11.能夠對FPGA/CPLD的數字系統設計流程有清晰的認識1.CPLD/FPGA的內部結構與工作原理2.QuarutsII軟件的使用（10課時理論（邊講邊練），2課時實驗）1.會運用QuartusII開發工具。L32.會運用QuartusII原理圖設計方式進行電路的設計。L33.根據綜合后的錯誤提示，可以進行電路錯誤的排查并進行糾正。L44.在波形仿真中，根據設計要求，綜合分析后，可添加合適的輸入激勵。L51.能夠熟練使用QuartusII開發工具。2.能夠在QuartusII中繪制原理圖，以及分析綜合、仿真、引腳分配、下載調試。1.QuartusII的波形仿真中如何根據具體情況給出輸入激勵3.VerilogHDL語法講解（20課時理論、14課時實驗）1.知道模塊的基本結構，知道標識符、關鍵字、整形常量的書寫方法；L13.知道wire變量、reg變量的聲明、賦值的方法；L14.會運用表達式中的各類運算符。L35.會運用always、begin-end、if-else，case、for等語句進行代碼的編寫。L36.理解任務（task）和函數（function）L27.理解三種描述方式：結構描述方式，行為描述方式，和數據流描述方式。L38.會根據設計要求，分析具體采用哪種描述方式進行電路的設計。L49.理解有限狀態機的描述方式，會運用有限狀態機進行電路的設計。L310.通過各種代碼的比對，評價代碼的優劣。L61.能夠初步讀懂、分析別人的代碼。2.能夠用always、begin-end、if-else，case、for等語句進行代碼編寫。3.能夠用三種描述方式編寫代碼。4.能夠用有限狀態機的方式編寫代碼。1.根據給定的電路要求，運用合適的語法進行代碼的編寫

七、課內實驗名稱及基本要求序號實驗名稱主要內容實驗時數實驗類型備注1動態掃描顯示電路要求理解動態掃描的概念，并可在開發裝置的7段顯示譯碼器上同時顯示4個字符。2設計型實驗2電子琴控制電路了解蜂鳴器播放不同聲音的原理，要求可用Verilog語言編寫模可變計數器，用于實現不用的發聲頻率。3設計型實驗3點陣顯示電路了解點陣顯示原理，并可在8x8點陣中靜態顯示某一圖案。提高：可動態顯示圖案或改變顏色（紅、黃、綠三色）。要求獨立完成各模塊Verilog代碼的編寫，仿真以及下載調試。3設計型實驗4按鍵陣列掃描控制電路了解按鍵掃描原理，編寫代碼，可準確判斷所按下鍵，并同步顯示在7段數碼管中。2設計型實驗5交通燈控制電路進一步了解有限狀態機的設計方法和交通燈的控制原理，要求獨立完成各模塊Verilog代碼的編寫，仿真以及下載調試。3設計型實驗6LCD顯示控制電路了解LCD顯示芯片的控制原理，要求在LCD屏中顯示循環滾動的字幕。3設計型實驗共計16評價方式與成績總評構成（