湖南人文科技学院：信息学院电子信息科学与技术专业《FPGA数字系统设计》课程教学大纲

《FPGA数字系统设计》教学大纲 课程性质专业任选课 课程编号 xx417402课程名称 FPGA数字系统设计 适用专业 通信工程、电子信息科学与技术、电子信息工程 先修课程 电路、模拟电子技术、数字电子技术 总学时 其中理论32学时，实验0学时学分数2 一、课程简介 《数字系统设计技术》是电子信息工程、电子信息科学与技术专业的高年级专业选 修课程。是在学生具备了《数字电子技术》基础知识之后，系统学习数字系统设计技术 以及掌握现代数字系统设计思想及方法的一个重要教学环节。 本课程理论授课学时为32学时，主要内容是阐述现代数字系统设计方法。本课程 的主要目的是引导学生进一步从功能电路设计转向系统设计：由传统的通用集成电路应 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，提高学生在数字系统设计方面的专业技能。 鉴于对数字电子技术的需要，本课程适宜在第四学期开课。 二、课程教学目标 通过FPGA数字系统设计课程的学习，学生应实现如下目标： 1.提高编程能力：通过本课程的学习，掌握基于硬件描述语言的程序设计能力和 调试能力。 2.提高设计能力：通过本课程的学习，具备独立对中等规模逻辑电路系统的设计 能力，包括软件及硬件设计。 3.培养学生自学能力：通过本课程的学习，培养和提高学生对所学知识进行整理、 概括、消化吸收的能力，以及围绕课堂教学内容，查阅网上资料及各类书籍，自我扩充 知识领域的能力。 三、课程教学基本要求 1.逻辑电路设计及FPGA基础(1)了解逻辑电路系统中全硬件设计技术以及 指令型硬件设计技术的差别；(2)了解FPGA常用芯片选型技术；(3)了解FPGA的 技术发展历程及趋势。 2.FPGA软件设计基础(1)QuartusII开发环境的应用技巧和仿真技术；(2)

1 《FPGA 数字系统设计》教学大纲 课程性质 专业任选课 课程编号 xx417402 课程名称 FPGA 数字系统设计 适用专业 通信工程、电子信息科学与技术、电子信息工程 先修课程 电路、模拟电子技术、数字电子技术 总学时 其中理论 32 学时，实验 0 学时 学分数 2 一、课程简介 《数字系统设计技术》是电子信息工程、电子信息科学与技术专业的高年级专业选 修课程。是在学生具备了《数字电子技术》基础知识之后，系统学习数字系统设计技术 以及掌握现代数字系统设计思想及方法的一个重要教学环节。 本课程理论授课学时为 32 学时，主要内容是阐述现代数字系统设计方法。本课程 的主要目的是引导学生进一步从功能电路设计转向系统设计；由传统的通用集成电路应 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,提高学生在数字系统设计方面的专业技能。 鉴于对数字电子技术的需要，本课程适宜在第四学期开课。 二、课程教学目标 通过 FPGA 数字系统设计课程的学习，学生应实现如下目标： 1. 提高编程能力：通过本课程的学习，掌握基于硬件描述语言的程序设计能力和 调试能力。 2. 提高设计能力：通过本课程的学习，具备独立对中等规模逻辑电路系统的设计 能力，包括软件及硬件设计。 3. 培养学生自学能力：通过本课程的学习，培养和提高学生对所学知识进行整理、 概括、消化吸收的能力，以及围绕课堂教学内容，查阅网上资料及各类书籍，自我扩充 知识领域的能力。 三、课程教学基本要求 1. 逻辑电路设计及 FPGA 基础 （1）了解逻辑电路系统中全硬件设计技术以及 指令型硬件设计技术的差别； （2）了解 FPGA 常用芯片选型技术； （3）了解 FPGA 的 技术发展历程及趋势。 2. FPGA 软件设计基础 （1）QuartusII 开发环境的应用技巧和仿真技术；（2）

基于Verilog的硬件描述语言语法及编程基础：(3)硬件描述语言程序设计常用技 巧及注意事项，培养模块化及可重用性编程思想；(4)掌握控制器有限状态机的设计 方法。 3.FPGA硬件设计基础(1)了解FPGA的硬件电路设计技术：(2)了解FPGA 的程序下载及配置技术。 四、课程教学模块（或教学内容）与学时分配 序 教学模块 知识点 学时 号 第一章数字系统设计基础 本章要求学生重点掌握数字 第一节数据系统设计方法、 系统基本模型、基本结构和设 步骤和流程： 计步骤。基本掌握系统设计的 第二节数字系统的算法设计 基本方法和常用描述工具。 和硬件实现思想： 熟悉组成系统的两大部分：数 6 第三节有限状态机设计思想： 据处理单元和控制单元的设 第四节设计实例。 计和采用通用集成电路的实现 方法。本章难点有限状态机 第三章Verilog HDL开发环境及基 本章重点要求学生熟悉开发环 础知识 境、能够进行设计输入、仿真 第一节Verilog HDL开发 和器件下载。重点要求学生 工具： 了解Verilog HDL语言的基本 2 QuartresII/maxplusII/ 结构及常用描述方式：了解常 SE 见可编程逻辑器件及其应用。 2 第二节Verilog HDL的基 本章难点是可编程逻辑器件的 本结构及描述方式： 正确应用。 第三节第三节可编程逻 辑器件应用

2 基于 Verilog 的硬件描述语言语法及编程基础； （3）硬件描述语言程序设计常用技 巧及注意事项，培养模块化及可重用性编程思想； （4）掌握控制器有限状态机的设计 方法。 3．FPGA 硬件设计基础 （1）了解 FPGA 的硬件电路设计技术； （2）了解 FPGA 的程序下载及配置技术。 四、课程教学模块（或教学内容）与学时分配 序 号 教学模块 知识点 学时 1 第一章 数字系统设计基础 第一节 数据系统设计方法、 步骤和流程； 第二节 数字系统的算法设计 和硬件实现思想； 第三节 有限状态机设计思想； 第四节 设计实例。 本章要求学生重点掌握数字 系统基本模型、基本结构和设 计步骤。基本掌握系统设计的 基本方法和常用描 述工具。 熟悉组成系统的两大部分：数 据 处理单元和控制单元的设 计和采用通用集成电路的实现 方法。本章难点有限状态机。 6 2 第二章 Verilog HDL 开发环境及基 础知识 第一节 Verilog HDL 开发 工具； QuartresII/maxplusII/I SE 第二节 Verilog HDL 的基 本结构及描述方式； 第三节 第三节 可编程逻 辑器件应用。 本章重点要求学生熟悉开发环 境、 能够进行设计输入、仿真 和器件下载。 重点要求学生 了解Verilog HDL语 言的基本 结构及常用描述方式；了解常 见可编程逻辑器件及其应用。 本章难点是可编程逻辑器件的 正确 应用。 2

第三章Verilog HDL基础语法 本章是本课程理论学习的重点 第一节数据类型及操作符； 内容，重点要求学生熟练掌握 第二节顺序描述语句： Verilog HDL的基本语法中的 第三节并行描述语句；第顺序、并行、赋值、条件语句 四节赋值语句： 的语法特点及使用方法。掌握 3 第五节条件语句： Verilog HDL中系统任务和函12 第六节系统任务和函数： 数的编写和调用。本章难点是 第七节面向合的Verilog 正确使用语法。 模块设计。 4 第四章基于Verilog HDL的组合、 本章要求学生重点掌握基于 时序逻辑电路设计 Veri1 og HDL的组合和时序电 第一节较为复杂组合逻辑 路逻辑设计的方法，以及现代 电路设计： 数字系统设计思想方法。难点 4 第二节较为复杂时序逻辑 是综合设计及实现。 电路设计： 第三节组合时序综合设计 举例。 本章主要通过具体实例讲解基 于Verilog HD复杂数字系统设 计的一般原则与方法。本章涉 及本门课程所学主众多内容， 8 也是本门课程的所学知识的综 第五章复杂数字系统设计及实例 合应用，是本课程学习中的难

3 3 第三章 Verilog HDL 基础语法 第一节数据类型及操作符； 第二节 顺序描述语句； 第三节 并行描述语句；第 四节 赋值语句； 第五节 条件语句； 第六节 系统任务和函数； 第七节 面向合的 Verilog 模块 设计。 本章是本课程理论学习的重点 内容，重点要求学生熟练掌握 Verilog HDL 的基本语法中的 顺序、并行、赋值、条件语句 的语法特点及使用方法。掌握 Verilog HDL 中系统任务和函 数的编写和调用。本章难点是 正确使用语法。 12 4 第四章 基于 Verilog HDL 的组合、 时序逻辑电路设计 第一节 较为复杂组合逻辑 电路设计； 第二节 较为复杂时序逻辑 电 路设计； 第三节 组合时序综合设计 举例。 本章要求学生重点掌握基于 Verilog HDL 的组合和时序电 路逻辑设计的方法，以及现代 数字系统设计思想 方法。难点 是综合设计及实现。 4 5 第五章 复杂数字系统设计及实例 本章主要通过具体实例讲解基 于Verilog HD复杂数字系统设 计的一般原则与方法。本章涉 及本门课程所学主众多内容， 也是本门课程的所学知识的综 合应用，是本课程学习中的难 点。 8

五、教学方法与策略 以教师课堂讲授为主，配合多媒体教学手段。开设习题讨论课。加强课外答疑、辅导。 六、学生学习成效考核方式 课程学习成效的考核方式可以多样化，建议按如下考核方式进行。 考核环节构成 占总成绩 评分依据 (均为100分制) 的比重 期中及平时成绩 包括习题作业和课堂练习 占20%： 考勤 笔试 占10%： 期末成绩 项目考评 占70% 七、选用教材 (1)教材侯伯亨主编，《现代数字系统设计》，西安电子科技大学出版社2004年。 (2)夏字闻主编，Verilog数字系统设计教程，北京航空航天大学出版社，2003 八、参考资料 主要参考书目： (1)黄正瑾编著：计算机结构与逻辑设计。高等教育出版社，2003 (2)王金明.数字系统设计与Verilog HDL(第二版)电子工业出版社，2005 (3)褚振勇，翁木云编著：PGA设计及应用。西安电子科技大学出版社，2002 大纲起草人：李石林 大纲审核人：李铭华 大纲批准人：谢四连 日期：年月日

4 五、教学方法与策略 以教师课堂讲授为主，配合多媒体教学手段。开设习题讨论课。加强课外答疑、辅导。 六、学生学习成效考核方式 课程学习成效的考核方式可以多样化，建议按如下考核方式进行。 七、选用教材 （1）教材 侯伯亨主编，《现代数字系统设计》，西安电子科技大学出版社 2004 年。 （2）夏宇闻主编，Verilog 数字系统设计教程，北京航空航天大学出版社，2003 八、参考资料 主要参考书目： （1）黄正瑾编著：计算机结构与逻辑设计。高等教育出版社，2003 （2）王金明.数字系统设计与 Verilog HDL(第二版) 电子工业出版社，2005 （3）褚振勇，翁木云编著：FPGA 设计及应用。西安电子科技大学出版社，2002 大纲起草人：李石林 大纲审核人：李铭华 大纲批准人：谢四连 日期： 年 月 日 考核环节构成 （均为 100 分制） 评分依据 占总成绩 的比重 期中及平时成绩 包括习题作业和课堂练习 占 20%； 考勤 笔试 占 10%； 期末成绩 项目考评 占 70%