1、成都理工大学工程技术学院硬件描述语言课程教学大纲电子信息工程系 电子技术基础教研室编写2007 年 12 月 20 日、课程使用层次、专业和参考学时1. 使用层次：本科2. 使用专业：电子信息科学与技术 、信息工程以及相关电子类本科专业3. 参考学时：60 学时（其中讲课学时：40 实验学时：20）二、课程的性质,目的与任务1. 性质：主本课程是一门必修课。主要介绍 VHDL 语言以及应用 VHDL 及 EDA 工具开发设计数字系统的基本方法及技术，具有很强的工程实践性。 2. 课程目的与任务：使学生通过对 VHDL 语言及 EDA 技术的学习和训练，获得现代硬件数字电路的软件化设计方法，了解
2、并初步掌握当代国际数字技术设计领域的最新技术；激发并调动学生创造性思维能力，为学生在数字技术领域的进一步深入探索和进行创新奠定基础。三、课程内容的基本要求，重点和难点1、基本要求：掌握 VHDL 语言的程序结构、基本描述语句及描述方法；熟悉 EDA 实验开发系统的使用；掌握小型数字系统的 VHDL 设计技术。2、 重点和难点：熟练运用 VHDL 语言，并将它融会贯通于每一个具体的设计实例当中，并且能够自己检查纠正设计当中的语言错误。3、 先修课程：数字电路，模拟电路，电路分析。四、课程的总体安排及各部分的总体分配总体安排：理论教学 40 学时实验教学 20 学时理论教学的内容及学时分配主要内容
3、 学时数第一章 数字系统硬件设计 概述 2第二章 PLD 硬件特性与编程技术 2第三章 VHDL 语言程序基本结构 6第四章 QuartursII 使用说明以及上机操作 2第五章 VHDL 状态机设计方法 6第六章 16 位 CISC CPU 设计 4第七章 VHDL 语句 6第八章 VHDL 结构 6第九章 DSP Builder 的 DDS 设计 4第十章 DSP Builder 设计深入 2实习内容及学时分配序号 实验内容 学时数实验 1 通过学习 vhdl 语言基本程序结构编写基本器件 2实验 2 通过学期 quartusII 的使用，编写基本数电器件完成软件仿真通过。2实验 3 使用
4、状态机设计方法，编程设计序列检测器并且通过软件仿真4实验 4 通过学习第六章 16 位计算机基本部件实验 4实验 5 完成字节数字式频率合成器（DDS）设计实验 4实验 6 完成第八章实验 8-1 乐曲硬件演奏电路设计 4五、课程教学内容和教学基本要求第一章 数字系统硬件设计 概述本章理论教学 2 学时，习题 0 次，实验 0 次，共 2 学时。本章主要讲述：大概地介绍了一种在专用集成电路设计领域具有广泛应用前景的硬件描述语言VHDL 语言。利用 VHDL 语言设计数字逻辑电路和数字系统的新方法，是电子电路设计方法的一次革命性的变化，也是 21 世纪的电于工程师所必须掌握的专门知识。要求学生：
5、对 VHDL 语言有一个大概的了解，对将来的学习打下一个良好的开端。本章重点是：VHDL 的一个发展历程，难点是：VHDL 有关的一些历史信息。本章在讲授时应注意：使学生全面了解电子系统设计发展的基本情况。第二章 PLD 硬件特性与编程技术本章理论教学 2 学时，习题 0 次，实验 0 次，共 0 学时。本章主要讲述： PLD 的分类和发展历史的简要介绍，并且讲述了一类 PLD 可编程原理，同时才向大家介绍了 CPLD 以及 FPGA 的结构和工作原理，并且详细讲述了硬件测试技术中的两种测试方法。让学生可了解 PLD、CPLD 和 FPGA 最基础的一些常识。要求学生：作为知识点，需要学生了解
6、一些关于 PLD 的基本知识就可以。本章重点是：PLD 的分类和发展，难点是：PLD、CPLD、FPGA 的结构和工作原理。本章在教授时应注意：使学生了解可编程逻辑器件的范围分类，并且应该增加一些课外知识面的介绍。第三章 VHDL 语言程序基本结构本章理论教学 6 学时，习题 12 次，实验 1 次，共 2 学时。本章主要讲述：实体，实体说明；结构体，结构体的子结构描述；进程（PROCESS）语句结构；子程序（SUBPROGRAM）语句结构；过程、函数，要求学生：掌握语言程序的基本结构：实体、结构体，初步了解进程语句。本章重点是：语言程序的基本结构，难点是：实体说明。本章在教授时应注意：首先给
7、出一些大家熟知的简单电路设计实例及响应的 VHDL表述，然后对表述中出现的语句含义做比较详细的解释，力图使学生能够迅速地从整体上把握 VHDL 程序的基本结构和设计特点，达到快速入门的目的。第四章 QuartursII 使用说明本章理论教学 2 学时，习题 1 次，实验 1 次，共 2 学时。本章主要讲述：QuartursII 使用说明，QuartursII 概述，建立和编辑一个 VHDL 语言的工程文件，VHDL 语言程序的编译，VHDL 语言程序的仿真。要求学生：能够独立在 QuartursII 中完成一个 VHDL 语言的电路设计本章重点是：语言的编译和仿真，难点是：语言的错误检查以及仿
8、真通过。本章在教授时应注意：给学生仔细演示 quartusII 的基本设计流程，测试工具的使用方法、LPM 模块的使用方法以及原理图设计方法等，让学生学习后可以独立完成实验。第五章 VHDL 状态机设计本章理论教学 6 学时，习题 23 次，实验 1 次，共 4 学时。本章主要讲述：状态机的设计方式，详细讲述了 MEALY 和 MOOR 两种状态机的设计方式，并且还阐述了状态编码的方法，同时要了解无效状态的处理方式，要求学生：掌握状态机的基本设计方式、编码方式、和无效状态的处理方式本章重点是：状态机设计的语言描述，难点是：状态转换的描述本章在教授时应注意：多举例用 VHDL 设计不同类型有限状
9、态机的方法同时要给学生讲述清楚 EDA 工具和设计实现中许多必要重点关注的问题，比如优化，毛刺信号的克服及编码方式等方面的问题。第六章 16 位 CISC CPU 设计本章理论教学 4 学时，习题 1 次，实验 1 次，共 4 学时。本章主要讲述： 16 位复杂指令微处理器的设计流程，包括 CPU 的系统结构、基本组部件设计、指令系统设计和 CPY 的 RTL 级仿真与实现直至在 FPGA 上的调试运行。 要求学生：掌握整个设计流程，了解 CPU 内部各部分部件之间的连接关系本章重点是：整个设计的流程， 难点是：各个部件之间的连接关系。本章在教授时应注意：要详细介绍一个基于 VHDL 状态机控
10、制的 16 位复杂指令微处理器的设计流程，包括 CPU 的系统结构设计、基本组成部件设计、指令系统设计和 CPU 的 RTL 级仿真与实现，直至在 FPGA 上的调试运行。要让学生更好地掌握CPU 的工作原理和软硬件设计方法。第七章 VHDL 语言的主要描述语句本章理论教学 6 学时，习题 23 次，实验 1 次，共 4 学时。本章主要介绍：语言中的顺序语句：语句、变量赋值语句、 、信号代入语句、语句、语句、语句、语句、语句、语句、过程调用语句语言中的并行语句：进程语句、并行信号代入语句、元件例化语句，要求学生：掌握变量赋值、信号代入、和语句，了解其它语句；掌握进程语句、并行信号代入语句和元件
11、例化语句本章重点是：变量赋值、信号代入、和语句；进程语句、并行信号代入语句，难点是：信号代入语句；元件例化语句 本章在教授时应注意：给出的香橼语句示例从多个侧面完整地描述数字系统的硬件结构和基本逻辑功能，其中包括通信的方式、信号的赋值、多层次的元件例化以及系统行为等，最后应该给出两个完整而实用的设计示例以演示给学生，加深印象。第八章 VHDL 结构本章理论教学 6 学时，习题 23 次，实验 1 次，共 4 学时。本章主要讲述：VHDL 结构、文字规则、数据类型、库文件、程序包、子程序、操作符等概念与用法，进一步说明和归纳，最后给出两个实用设计示例。要求学生：掌握以上所有的类型，尤其是要把掌握
12、的知识点融合到设计实例当中去。本章重点是：文字规则、库文件、程序包、子程序、操作符的用法，难点是：库文件、程序包、子程序、操作符的用法。本章在教授时应注意：对 VHDL 结构、文字规则、数据类型、库、程序包、子程序、操作符等概念与用法做进一步说明和归纳，最后一定要给出两个使用的实际示例演示给学生看，让学生加深印象。第九章 DSP Builder 的 DDS 设计本章理论教学 4 学时，习题 0 次，实验 0 次，共 0 学时。本章主要讲述：如何使用 DSP Bbuilder 帮助设计者完成基于 FPGA 的不同类型的应用系统设计，并且以两个简单的电路模型设计为例，详细介绍 matlab，dsp
13、 builder 和 quartusII3 个工具软件联合开发的设计流程。要求学生：掌握三个软件结合开发设计的流程。本章重点是：matlab 与 quartusII 如何结合使用，难点是：matlab 与 quartusII 如何结合使用。本章在教授时应注意：详细讲述本章的两个简单的电路模型设计示例，详细介绍MATLAB、DSPBuilder 和 QuartusII3 个工具软件联合开发的设计流程。第十章 DSP Builder 设计深入本章理论教学 2 学时，习题 0 次，实验 0 次，共 0 学时。 。本章主要讲述：一些 DSP 及数字通信领域中实用模块的设计实例，以及基于MATLAB/D
14、SP Builder 平台的 IP 核的应用。要求学生：可以从中学到一些实用的设计经验，并且能够了解数字滤波器的设计方法。本章重点是：数字滤波器的设计方法，难点是：使用 FIR IP 核设计滤波器本章在教授时应注意：该章节是一个提高的章节，在讲述的时候主要把章节里给出的一些 DSP 及数字通信领域中实用模块的设计实例作为详细而凝练的讲述，让该学科比较优秀的同学有个一个提高的过程。六、 课程考核办法成绩=平时考核*10%+上机作业成绩*20%+闭卷考试成绩*70%七、教材及参考书目1、教材：EDA 技术与 VHDL 潘松 黄继业 著 1999 年版 清华大学出版社2、主要参考书：VHDL 数字系统设计与高层次综合林敏、方颖立 编著，电子工业出版社，2002 年VHDL 实用教程潘松、王国栋 编著，电子科技大学出版社，2001 年数字集成系统的结构化设计与高层次综合王志华、邓仰东 编著，清华大学出版社，2002 年VHDL 应用与开发实践甘历编著，科学出版社，2003 年附语：编写部门，电子技术基础教研室编写人：朱晋
