10783-数字系统设计与PLD应用技术

广西高等教育自学考试大纲课程名称：数字系统设计及PLD应用技术（2011年6月版）课程代码：107831广西高等教育自学考试大纲课程名称：数字系统设计及PLD应用技术课程代码：10783实践环节：10784Ⅰ.课程性质与设置目的和要求一、课程性质、地位和任务数字系统设计与PLD应用技术是高等教育自学考试电子信息工程专业（独立本科段）考试计划中的一门重要专业课。随着电子信息技术的迅猛发展，现代电子产品的设计技术发生了革命的变化，国外已广泛采用了电子设计自动化（EDA）技术。利用EDA技术，电子系统工程师可快速方便地实现数字系统的集成。为了适应电子信息技术发展的潮流和国际竞争对人材的需要，在本科生中进行EDA技术的教学已成为当务之急。本课程的任务是：通过课堂教学和学生实际课程设计实验的锻炼，使学生掌握数字系统与PLD应用相关的基本知识，掌握现代数字系统的设计思想和方法，并具有动手设计简单电子系统的能力。让学生使用EDA技术，完成数字电路及系统的自动化设计。通过本课程的学习，要求学生能够掌握EDA工具软件的使用方法和硬件描述语言（VerilogHDL）的编程方法。掌握EDA工具软件的编辑、编译、综合、仿真、编程下载和硬件验证等基本操作，掌握硬件描述语言的语法规则和描述方式，能用硬件描述语言完成数字电路常用组合逻辑和时序逻辑道路的设计，并初步具有数字系统的设计能力。二、本课程的基本要求1．熟悉EDA设计流程。2．熟悉EDA工具软件的使用方法，掌握EDA技术的原理图输入设计法，掌握用原理图输入法实现多层次系统电路的设计。3．熟悉VerilogHDL设计模块的基本结构，熟悉VerilogHDL的语言规则，熟悉用VerilogHDL实现各种类型数字电路及系统设计的方法。4．了解可编程逻辑器件的分类、结构及特性，了解可编程逻辑器件的编程方法。5．熟悉EDA技术的应用，掌握数字电路常用组合逻辑和时序逻辑道路的设计，并初步具有数字系统的设计能力。通过本课程的学习，目的是使学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、本课程与相关课程的联系本课程的先修课程为电路分析基础、C语言程序设计、数字逻辑电路等信息与通信类专业基础课。Ⅱ.课程内容与考核目标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%。第一章EDA技术概述一、课程内容广西高等教育自学考试大纲课程名称：数字系统设计及PLD应用技术（2011年6月版）课程代码：1078321、EDA技术及其发展2、Top-down设计3、数字设计的流程4、常用的EDA软件工具5、EDA技术的发展趋势二、学习目的与要求本章介绍的是EDA技术的发展，要求掌握数字设计的流程及常用EDA软件工具。三、考核知识点与考核要求1、EDA技术及其发展，要求达到“识记”层次。2、Top-down设计，要求达到“识记”层次。3、数字设计的流程，要求达到“理解”层次。4、常用的EDA软件工具，要求达到“识记”层次。5、EDA技术的发展趋势，要求达到“识记”层次。第二章FPGA/CPLD器件一、课程内容1、PLD器件概述2、PLD的基本原理与结构3、CPLD的原理与结构4、FPGA/CPLD的编程与配置5、FPGA/CPLD器件概述6、FPGA/CPLD的发展趋势二、学习目的与要求本章介绍的是PLD器件的概述，要求掌握PLD的原理与结构。三、考核知识点与考核要求1、PLD器件概述，要求达到“识记”层次。2、PLD的基本原理与结构，要求达到“识记”层次。3、低密度PLD的原理与结构，要求达到“识记”层次。广西高等教育自学考试大纲课程名称：数字系统设计及PLD应用技术（2011年6月版）课程代码：1078334、CPLD的原理与结构，要求达到“理解”层次。5、FPGA的原理与结构，要求达到“识记”层次。6、FPGA/CPLD的编程元件，要求达到“识记”层次。7、边界扫描测试技术，要求达到“识记”层次。8、FPGA/CPLD的编程与配置，要求达到“识记”层次。9、FPGA/CPLD器件概述，要求达到“识记”层次。10、FPGA/CPLD的发展趋势，要求达到“识记”层次。第三章QuartusII集成开发工具一、课程内容1、基于QuartusII进行EDA设计开发的流程2、QuartusII原理图设计3、QuartusII的时序分析4、编译和仿真5、计数器74161设计举例二、学习目的与要求基于QuartusII进行EDA设计开发的流程以及QuartusII原理图设计、时序分析、编译和仿真等，计数器74161设计举例。三、考核知识点与考核要求1、基于QuartusII进行EDA设计开发的流程，要求达到“理解”层次。2、QuartusII原理图设计方法，要求达到“应用”层次。3、基于QuartusII，用74283（4位二进制全加器）设计实现一个8位全加器，并进行综合和仿真，查看综合结果和仿真结果，要求达到“应用”层次。4、QuartusII的优化设置方法，要求达到“识记”层次。5、QuartusII的时序分析，要求达到“识记”层次。6、基于宏功能模块的设计，要求达到“识记”层次。7、锁相环模块，要求达到“识记”层次。第四章Verilog设计初步一、课程内容1、Verilog简介2、Verilog模块的结构3、Verilog基本组合电路设计广西高等教育自学考试大纲课程名称：数字系统设计及PLD应用技术（2011年6月版）课程代码：1078344、Verilog基本时序电路设计二、学习目的与要求通过本章学习，正确掌握Verilog语言的基本概念、语法特征，要求应用Verilog语言来描述各种实际的电路。要求掌握基于Verilog语言的组合逻辑电路设计和时序逻辑电路设计。三、考核知识点与考核要求1、Verilog语言的特点，要求达到“识记”层次。2、Verilog模块的结构，要求达到“理解”层次。3、Verilog基本组合电路设计方法，要求达到“应用”层次。例：三人表决电路的Verilog描述4、Verilog基本时序电路设计方法，要求达到“应用”层次。第五章Verilog语法与要素一、课程内容1、Verilog语言要素2、常量3、数据类型4、参数5、向量6、运算符二、学习目的与要求本章介绍的是Verilog语法与要素，要求掌握Verilog语言里的常量、数据类型等各种参数。三、考核知识点与考核要求1、Verilog语言要素，要求达到“识记”层次。2、常量，要求达到“理解”层次。3、数据类型，要求达到“识记”层次。4、参数，要求达到“识记”层次。5、向量，要求达到“识记”层次。6、运算符，要求达到“理解”层次。广西高等教育自学考试大纲课程名称：数字系统设计及PLD应用技术（2011年6月版）课程代码：107835第六章Verilog行为语句一、课程内容1、过程语句2、块语句3、赋值语句4、条件语句5、循环语句6、编译指示语句7、任务与函数8、顺序执行与并发执行二、学习目的与要求本章介绍的是Verilog行为，要求掌握Verilog语言里的各种不同语句的用法。三、考核知识点与考核要求1、过程语句（initial、always），其中initial要求达到“识记”层次。always要求达到“理解”层次。2、块语句（begin-end、fork-join），其中begin-end要求达到“理解”层次。fork-join要求达到“识记”层次。3、赋值语句（assign、=、=），要求达到“理解”层次。4、条件语句（if-else、case、casez、casex），要求达到“理解”层次。5、循环语句（for、forever、repeat、while），要求达到“理解”层次。6、编译指示语句（`define、`include、`ifdef、`else、`endif），要求达到“识记”层次。7、任务（task）与函数（function），要求达到“识记”层次。8、顺序执行与并发执行，其中并发执行l要求达到“识记”层次。顺序执行要求达到“理解”层次。9、顺序执行的例子，要求达到“应用”层次。第七章Verilog设计的层次与风格一、课程内容1、结构（Structural）描述2、行为（Behavioural）描述3、基本组合电路设计4、基本时序电路设计二、学习目的与要求广西高等教育自学考试大纲课程名称：数字系统设计及PLD应用技术（2011年6月版）课程代码：107836通过本章学习，要求掌握Verilog语言设计几种常用的描述方法，并能够编写基本组合逻辑电路的设计程序和时序逻辑电路的设计程序。三、考核知识点与考核要求1、Verilog设计的层次，要求达到“识记”层次。2、结构（Structural）描述，要求达到“识记”层次。3、行为描述的特点，要求达到“识记”层次。4、门元件的调用，要求达到“理解”层次。5、行为描述的应用，要求达到“应用”层次。例：行为描述的1位全加器6、数据流描述特点，要求达到“识记”层次。例：数据流描述的1位全加器，要求达到“应用”层次。第八章Verilog设计进阶一、课程内容1、加法器设计2、乘法器3、数字跑表4、实用多功能数字钟二、学习目的与要求通过本章学习，要求能够利用Verilog语言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。三、考核知识点与考核要求1、加法器设计，要求达到“应用”层次。2、乘法器，要求达到“理解”层次。3、数字跑表，要求达到“应用”层次。4、设计一个可预置的16进制计数器，要求达到“应用”层次。5、实用多功能数字钟，要求达到“应用”层次。实践环节广西高等教育自学考试大纲课程名称：数字系统设计及PLD应用技术（2011年6月版）课程代码：107837一、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VerilogHDL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、实验大纲实验总时数为16学时。《数字系统设计与PLD应用技术》课程实验实验一QuartusII工具软件的使用方法内容：1、QuartusII输入设计法的编辑、编译、仿真和编程下载的操作过程。2、EDA试验仪的使用方法。实验二原理图设计实验内容：1、用原理图输入法设计设计一位全加器电路，并完成相应的编辑、编译、仿真和编程下载的操作。2、用设计好的一位全加器电路，设计4位加法器电路，掌握用原理图输入法实现数字系统的层次化设计。实验三VerilogHDL编程实验（1）内容：1、用VerilogHDL设计编码器（CT74138）和优先编码器电路。2、完成编码器设计的编辑、编译、仿真和编程下载的操作。实验四VerilogHDL编程实验（2）广西高等教育自学考试大纲课程名称：数字系统设计及PLD应用技术（2011年6月版）课程代码：1078381、用VerilogHDL设计计数器（CT74161和CT74160）电路。2、完成计数器设计的编辑、编译、仿真和编程下载的操作。实验五VerilogHDL编程实验（3）1、用VerilogHDL设计分频器电路。2、完成分频器设计的编辑、编译、仿真和编程下载的操