《EDA技术及应用》课程标准.docx

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《EDA技术及应用》课程标准

课程名称：

《EDA技术及应用》

总学时数：

学分数：

适用专业：

应用电子技术、电子信息工程

一、制定依据

本课程标准依据学院应用电子技术专业的人才培养方案中对《EDA技

术及应用》课程教学要求而制定，用于指导《EDA技术及应用》课程教学与课程建设。

二、课程性质

《EDA技术及应用》（EDA即电子设计自动化，ElectronicsDesignAutomation）是应用电子技术专业开设的一门专业核心课程。

通过该门课程学生应具备FPGA/CPLD芯片选型，原理图设计输入，VHDL语言编程，设计综合，功能时序仿真，应用宏功能模块，应用VHDL语言设计数字系统，应用状态机技术等知识和职业能力。

课程内容理论和实践相结合，以项目任务引领，在完成项目任务的同时，完成相关理论的学习，为应用电子技术类产业、制造业服务，是学生必修、考试课程。

二、本课程与其他课程的关系

本课程学习和训练之前，学生已修完《电路分析与实践》、《计算机应用基础》、《模拟电路分析与实践》、《数字电路分析与实践》、《电子产品生产工艺》等专业基础课程，使学生具备了常见元器件的识别能力、应用软件操作能力、基本电路分析、设计能力。

本课程为后继课程《小型电子产品设计与制作》、《毕业设计》、《顶岗实习》的学习打下了坚实的软硬件设计基础，对学生今后从事电子电路设计提供平台。

四、课程目标

1．知识目标

（1）熟悉EDA技术的基础理论知识，了解PLD器件的结构特点及工作原理；

（2）掌握EDA开发平台QuartusII软件的基本操作；

（3）掌握利用QuartusII的原理图输入设计流程及HDL输入设计流程；

（4）掌握利用QuartusII的多层次逻辑设计方法；

（5）掌握EDA硬件描述语言—VHDL，并具备一定的读程和编程能力；

（6）掌握LPM算术模块、寄存器模块、组合模块、存储器模块和锁存器模块的参数设置和使用方法；

（7）掌握EDA应用系统设计与开发的方法。

2．技能目标

（1）能利用QuartusII进行原理图输入和VHDL文本输入，并完成逻辑电路设计输入、综合、编译、仿真及下载；

（2）能针对编辑好的逻辑电路正确建立时序仿真文件并仿真测试；

（3）能通过时序仿真波形文件分析和判断逻辑电路的问题和功能；

（4）能根据不同的FPGA硬件系统正确锁定系统引脚，编程下载和硬件测试；

（5）能将设计电路转换成电路元件，并在高层次原理图工程文件中调用这些文件，完成顶层设计；

（6）能混合使用原理图和VHDL文本表述来设计数字系统，在QuartusII上进行编辑和逻辑仿真，并在FPGA上进行硬件测试，实现既定功能；

（7）能利用QuartusII和FPGA设计和实现一些简单实用的逻辑电路或数字系统。

3．素质目标

（1）培养学生自学能力与自我发展能力；

（2）培养学生勤于思考、做事认真的良好作风；

（3）培养学生谦虚、好学的能力；

（4）培养学生勇于创新、敬业乐业的工作作风；

（5）培养学生成本意识、质量意识、创新意识；

（6）培养学生良好的职业道德。

五、课程教学内容

本课程教学内容及参考学时如表1所示。

表1课程教学内容及参考学时

序号

学习

情景

情境

载体

教学内容

重点、

难点

教学目标

教学形式及建议学时

教学内容

知识点

技能点

讲授

实验

习题

讨论

学时

QuartusII原理图输入设计法入门

3人表决器

（1）EDA技术基本概述；

（2）CPLD/FPGA的结构与工作原理；

（3）EDA应用软件QuartusII的安装方法和使用；

（4）EDA学习开发板的结构组成及使用；

（5）原理图输入方式基本设计流程；

（6）引脚设置和编程下载；

（7）USB-Blaster编程配置安装方法。

（1）了解EDA技术的基本概述；

（2）了解CPLD/FPGA的结构和工作原理；

（3）掌握利用QuartusII的原理图输入设计流程，包括建立工程文件夹、编辑设计图形文件、编译前设置、全程编译、时序仿真测试等；

（4）掌握QuartusII软件的引脚设置；

（5）掌握QuartusII软件的配置文件下载；

（6）掌握EDA学习开发板的结构组成及使用。

（1）会EDA开发软件QuartusII安装及使用；

（2）会利用QuartusII进行原理图输入方法的逻辑电路设计；

（3）能针对编辑好的逻辑电路正确建立时序仿真文件并仿真测试；

（4）能通过时序仿真波形文件分析和判断逻辑电路的问题和功能；

（5）能根据不同的FPGA硬件系统正确锁定系统引脚，编程下载和硬件测试；

（6）会EDA学习开发板的下载与调试。

重点：

（1）EDA设计流程；

（2）利用QuartusII的原理图输入设计法；

（3）根据不同的FPGA硬件系统进行系统引脚设置；

（4）QuartusII软件的配置文件下载。

难点：

（1）利用QuartusII的原理图输入设计方法；

（2）通过时序仿真波形文件分析和判断逻辑电路的问题和功能。

（1）了解EDA技术的基本内容、主要特点和发展趋势；

（2）了解PLD器件的结构特点和工作原理；

（3）理解HDL、综合、适配、仿真、IP等基本概念；

（4）掌握基于EDA技术的数字逻辑系统开发流程；

（5）根据需求利用QuartusII原理图输入方法设计简单的逻辑电路；

（6）使用QuartusII软件对设计电路进行管脚分配，并下载配置文件到目标板；

（7）撰写设计报告及实物成果展示。

理

实

一

体

化

教

学

（1）1位全加器的原理图输入法设计；

（2）2位十进制计数器的原理图输入法设计

QuartusII原理图输入设计法深入—层次化设计

8位十进制数字频率计

（1）原理图输入法中MAX+plusII老式宏函数的应用；

（2）原理图输入法中LPM函数的应用；

（3）原理图输入法中的层次化设计；

（4）EDA学习开发板的结构组成及原理图识图；

（5）EDA学习开发板的调试。

（1）了解8位十进制数字频率计的工作原理；

（2）掌握QuartusII软件中MAX+plusII库中MAX+plusII老式宏函数包括加法器、编码器、译码器、计数器和移位寄存器等74系列器件的调用；

（3）掌握QuartusII中内带基本宏功能的应用；

（4）掌握EDA技术中“自顶向下”的设计方法。

（1）会收集8位十进制数字频率计的工作电路，确定设计思路；

（2）能调用MAX+plusII老式宏函数设计出适用于CPLD/FPGA的电路；

（3）能利用IP核中的基本宏功能模块进行设计，并会修改其中的参数；

（4）能将设计电路转换成电路元件，并在高层次原理图工程文件中调用这些元件，完成顶层设计。

重点：

（1）MAX+plusII老式宏函数在原理图输入法中的应用；

（2）原理图输入法中的层次化设计。

难点：

层次化设计中“自顶向下”的设计理念。

（1）进一步熟练使用QuartusII软件及EDA学习开发板；

（2）从网络或厂家搜集8位十进制数字频率计资料，确定设计思路并解决设计过程中的问题；

（3）在QuartusII软件上完整设计出8位十进制数字频率计后，能正确完成管脚锁定、下载设置，并在FPGA上实现和硬件测试；

（4）会技术文档整理、情景学习报告的文字组织、语言汇报，以及实物成果展示。

理

实

一

体

化

教

学

4位二进制加法器的层次化设计。

应用VHDL设计数字系统

交通灯

（1）软件描述语言与硬件描述语言的根本区别；

（2）VHDL程序结构：

实体、结构体、库、程序包、配置的正确表述和使用方法；

（3）VHDL语言要素；

（4）VHDL的基本描述语句的正确表述和使用方法。

（1）了解交通灯的工作原理；

（2）掌握VHDL的基本语言要素；

（3）掌握VHDL的程序特点及基本结构；

（4）了解VHDL的模块语句、端口语句、赋值语句和条件操作符的含义，并掌握它们的正确表述和使用方法；

（5）了解VHDL程序中常见的顺序语句:

赋值语句、IF语句、CASE语句、LOOP语句等的含义，并掌握它们的正确表述和使用方法；

（6）了解VHDL程序中常见的并行语句:

进程语句、并行信号赋值语句、元件例化语句、生成语句、快语句等的含义，并掌握它们的正确表述和使用方法；

（7）掌握用元件例化语句实现多个子模块连接的设计方法；

（8）掌握VHDL设计同步、异步时序逻辑电路。

（1）能利用QuartusII进行VHDL文本输入，并完成逻辑电路设计；

（2）能读懂简单的VHDL程序，并能运用VHDL语言进行规范化编程设计；

（3）能用VHDL并行语句设计组合逻辑电路；

（4）能使用VHDL的顺序语句设计同步、异步时序逻辑电路；

（5）能正确设置针对时序逻辑电路进行测试的时序仿真激励信号，包括不同频率的时钟信号、电平信号、不同数制的总线数据和不同脉冲信号；

（6）能利用EDA学习开发板对设计项目进行硬件功能测试，并能分析和解决出现的问题。

重点：

（1）QuartusII的VHDL输入设计法；

（2）VHDL程序顺序结构和并行结构的正确表述及使用方法；

（3）利用VHDL设计组合逻辑电路和同步、异步时序逻辑电路。

难点：

（1）能独立用VHDL语言进行规范化编程设计；

（2）用元件例化语句实现多个子模块连接的设计方法；

（3）利用VHDL设计同步、异步时序逻辑电路。

（1）掌握QuartusII软件的VHDL输入设计方法；

（2）掌握VHDL语言的规范化编程设计；

（3）会从网络上或图书馆中查找各种典型的VHDL语言描述程序，能阅读与分析相关程序的描述方法，从而熟悉用VHDL语言编程；

（4）利用VHDL并行语句设计组合逻辑电路；

（5）使用VHDL的顺序语句设计同步、异步时序逻辑电路；

（6）掌握QuartusII软件对各个子模块程序单独进行编译、仿真的方法；

（7）会技术文档整理、情景学习报告的文字组织、语言汇报，以及实物成果展示。

理

实

一

体

化

教

学

（1）数码管显示译码器的VHDL设计；

（2）秒表的VHDL设计。

混合使用原理图和VHDL文本表述设计数字系统

数字时钟

（1）深入VHDL程序设计；

（2）层次化设计方法；

（3）QuartusII软件的原理图输入与VHDL语言混合设计方法；

（4）综合设计总体方案设计及各模块分析。

（1）了解数字时钟的原理；

（2）掌握QuartusII软件的原理图输入与VHDL语言混合设计方法；

（3）掌握多位数码管动态扫描显示驱动及编码；

（4）掌握层次化设计方法。

（1）能由VHDL程序生成原理图元件；

（2）会复杂时序逻辑电路的层次性设计方法；

（3）能利用QuartusII软件进行原理图及VHDL混合设计。

重点：

（1）综合设计的系统分析、方案制订及项目各模块的功能分析；

（2）QuartusII软件的原理图输入与VHDL语言混合设计方法。

难点：

（1）复杂时序逻辑电路的层次性设计；

（2）QuartusII软件的原理图输入与VHDL语言混合设计方法。

（1）掌握由VHDL程序生成原理图元件的方法；

（2）掌握复杂时序逻辑电路的层次性设计方法；

（3）掌握QuartusII软件的原理图输入与VHDL语言混合设计方法；

（4）会对综合设计总体方案进行设计，并能对综合设计各模块进行分析设计；

（5）会技术文档整理、情景学习报告的文字组织、语言汇报，以及实物成果展示。

理

实

一

体

化

教

学

简易彩灯控制器的设计。

六、教学条件

1．教师要求

（1）具备EDA技术的理论知识；

（2）会熟练运用QuartusII开发平台和基本操作技巧；

（3）具备模拟、数字电路的设计能力；

（4）具备VHDL编程能力；

（5）课内实践部分主讲教师必须具备指导实践教学3年以上。

2．实践条件

为保证项目、任务的实施与完成，本课程必须在实践理论一体化教室或专用实训室完成教学过程，学习场地、设施的具体要求如表2所示。

表2学习场地设施要求

项目

学习场地设施要求

场地要求：

多媒体教室、EDA应用技术实践理论一体化教室或专用实训室（教学区、调试区、讨论区）

设施要求：

计算机、黑板、EDA学习开发套件、频率计、万用表等

场地要求：

EDA应用技术实践理论一体化教室或专用实训室（教学区、调试区、讨论区）、学生寝室

设施要求：

计算机、EDA学习开发套件、频率计、万用表等

3．学生要求

具备运用设备和工具对电子产品进行焊接、装配、测试与检验能力；具有扎实的硬件电路知识和丰富的实践经验；具备计算机操作能力；熟悉电子线路的分析与应用；具备独立学习获取新知识的能力；有一定的公共关系处理能力和劳动组织能力。

4．教学资料

（1）教材

《EDA技术与VHDL实用教程》.廖超平主编.北京.高等教育出版社

《EDA技术及其应用》.潘松主编.北京.科学出版社

《EDA应用技术》.焦素敏主编.北京.清华大学出版社

（2）学习情境设计

学习情境表的内容包括：

项目目标、项目任务、教师知识与能力要求、学生知识与能力要求、教学材料、使用工具，并按照实际的工作过程给出参考实施步骤。

学习情境如表3，表4，表5，表6所示。

表3学习情境1

学习情境

QuartusII原理图输入设计法入门

情境载体

3人表决器

情境目标

根据3人表决器的设计与调试任务书，学习必须知识，分析任务要求，寻求其设计方案的选择，获取3人表决器的设计与调试方法。

包括：

（1）通过项目中电路及软件的制作，培养思考问题、解决问题的能力；

（2）了解EDA技术的基本内容、主要特点和发展趋势，了解PLD器件的结构特点和工作原理；

（3）掌握基于EDA技术的数字逻辑系统开发流程；

（4）掌握QuartusII软件的操作，能根据需求利用QuartusII原理图输入方法设计简单的逻辑电路，并能正确使用EDA学习开发板；

（5）初步养成团结合作良好的电子产品设计、装配工作作风与职业道德；

（6）通过具体电路实例分析学习，激发好奇心，提高学习兴趣。

情境任务

在EDA学习开发板上，根据任务要求采用原理图的设计方法完成3人表决器的设计与调试。

教师知识与

能力准备

具备EDA技术的理论知识，熟悉电子电路各类单元电路分析、制作与调试技能，熟悉模拟、数字电路的基础理论体系，具有娴熟的教学组织与管理能力。

学生知识与

能力准备

具备电子电路的分析与应用能力，具备基本的文字组织能力与计算机应用知识，具备安全生产与文明生产常识，能识别电子元器件，能进行有关器件及规格的选择。

教学材料

计算机、QuartusII5.0开发软件、EDA学习开发板、教学资料、项目实施手册、学期授课计划。

工具准备

计算机、QuartusII5.0开发软件、EDA学习开发板、万用表、频率计、下载线。

步骤

教学过程

建议教

学方法

参考

学时

1．资讯（知识储备）

根据3人表决器原理图设计与调试任务书，教师给学生讲授和提供任务必须的知识，培训必要的技能。

包括：

（1）EDA技术基本概述；

（2）CPLD/FPGA的结构与工作原理；

（3）EDA应用软件QuartusII的安装方法和使用；

（4）EDA学习开发板的结构组成及使用；

（5）原理图输入方式基本设计流程；

（6）引脚设置和编程下载；

（7）USB-Blaster编程配置安装方法。

学生根据项目任务制作要求，分析任务。

教师给出典型案例，并加以分析、引导。

学生按小组寻求系统相关电路、资料。

讲授法

讨论法

演示法

2．计划与决策（方案）

各小组考虑安全、环保、成本、劳动组织等因素，讨论3人表决器的原理图设计方案，包括：

（1）确定分组名单及小组成员；

（2）确定学习情境所需仪器设备、器材与元件；

（3）制定本项目情境工作计划、系统总体方案、硬件结构、软件流程；

（4）教师根据学生的方案适时指导，根据项目的知识需要，讲授一些相关知识；

（5）教师引导小组确定最终系统方案。

自学法

小组讨论法

3．实施与检查（制作）

小组成员依照3人表决器设计与调试方案，分工合作完成3人表决器设计与调试。

小组工作法

4．评估（考核）

学生检查产品质量是否符合要求，并对整个过程进行评估；教师对学生的操作过程及小组的产品质量进行评价。

交互检查法

讨论法

表4学习情境2

学习情境

QuartusII原理图输入设计法深入—层次化设计

情境载体

8位十进制数字频率计

情境目标

根据8位十进制数字频率计的设计与调试任务书，学习必须知识，分析任务要求，寻求其设计方案的选择，获取8位十进制数字频率计的设计与调试方法。

包括：

（1）通过项目中电路及软件的制作，培养思考问题、解决问题的能力；

（2）会从网络上或图书馆中搜集8位十进制数字频率计资料，了解8位十进制数字频率计的工作原理，能确定设计思路并解决设计过程中的问题；

（3）掌握QuartusII软件中MAX+plusII老式宏函数和内带基本宏功能的调用及应用；

（4）掌握EDA技术中“自顶向下”的层次化设计方法；

（5）养成团结合作良好的电子产品设计工作作风与职业道德；

（6）通过具体电路实例分析学习，提高学习兴趣，强化专业技能。

情境任务

在EDA学习开发板上，采用原理图层次化设计方法完成8位十进制数字频率计的设计。

教师知识与

能力准备

具备EDA技术的理论知识，具备EDA软件QuartusII的操作能力，具备EDA的原理图设计能力，熟悉模拟、数字电路的基础理论体系，具有娴熟的教学组织与管理能力。

学生知识与

能力准备

教学材料

计算机、QuartusII5.0开发软件、EDA学习开发板、教学资料、项目实施手册、学期授课计划。

工具准备

计算机、QuartusII5.0开发软件、EDA学习开发板、万用表、频率计、下载线。

步骤

教学过程

建议教

学方法

参考

学时

1．资讯（知识储备）

根据8位十进制数字频率计原理图层次化设计与调试任务书，教师给学生讲授和提供任务必须的知识，培训必要的技能。

包括：

（1）原理图输入法中MAX+plusII老式宏函数的应

用；

（2）原理图输入法中LPM函数的应用；

（3）原理图输入法中的层次化设计；

（4）EDA学习开发板的结构组成及原理图识图；

（5）EDA学习开发板的调试。

学生根据项目任务制作要求，分析任务。

教师给出典型案例，并加以分析、引导。

学生按小组寻求系统相关电路、资料。

讲授法

讨论法

演示法

2．计划与决策（方案）

各小组考虑安全、环保、成本、劳动组织等因素，讨论8位十进制数字频率计的原理图层次化设计方案，包括：

（1）确定分组名单及小组成员；

（2）确定学习情境所需仪器设备、器材与元件；

（3）制定本项目情境工作计划、系统总体方案、硬件结构、软件流程；

（4）教师根据学生的方案适时指导，根据项目的知识需要，讲授一些相关知识；

（5）教师引导小组确定最终系统方案。

自学法

小组讨论法

3．实施与检查（制作）

小组成员依照8位十进制数字频率计原理图层次化设计与调试方案，分工合作完成8位十进制数字频率计原理图层次化设计与调试。

小组工作法

4．评估（考核）

学生检查产品质量是否符合要求，并对整个过程进行评估；教师对学生的操作过程及小组的产品质量进行评价。

交互检查法

讨论法

表5学习情境3

学习情境

应用VHDL设计数字系统

情境载体

交通灯

情境目标

根据交通灯的设计与调试任务书，学习必须知识，分析任务要求，寻求其设计方案的选择，获取交通灯设计与调试方法。

包括：

（1）通过项目中电路及软件的制作，培养思考问题、解决问题的能力；

（2）掌握QuartusII软件的VHDL输入设计方法；

（3）掌握VHDL语言的规范化编程设计；

（4）会从网络上或图书馆中查找各种典型的VHDL语言描述程序，能阅读与分析相关程序的描述方法，从而熟悉用VHDL语言编程；

（5）掌握QuartusII软件对各个子模块程序单独进行编译、仿真的方法；

（6）养成团结合作良好的电子产品设计工作作风与职业道德；

（7）通过具体电路实例分析学习，提高学习兴趣，强化专业技能。

情境任务

在EDA学习开发板上，采用VHDL语言的设计方法完成交通灯的设计。

教师知识与

能力准备

具备EDA技术的理论知识，具备EDA软件QuartusII的操作能力，具备VHDL语言的编程能力，熟悉模拟、数字电路的基础理论体系，具有娴熟的教学组织与管理能力。

学生知识与

能力准备

教学材料

计算机、QuartusII5.0开发软件、EDA学习开发板、教学资料、项目实施手册、学期授课计划。

工具准备

计算机、QuartusII5.0开发软件、EDA学习开发板、万用表、频率计、下载线。

步骤

教学过程

建议教

学方法

参考

学时

1．资讯（知识储备）

根据交通灯设计与调试任务书，教师给学生讲授和提供任务必须的知识，培训必要的技能。

包括：

（1）了解交通灯的工作原理；

（2）软件描述语言与硬件描述语言的根本区别；

（3）VHDL程序结构：

实体、结构体、库、程序包、配置的正确表述和使用方法；

（4）VHDL语言要素；

（5）VHDL的基本描述语句的正确表述和使用方法。

学生根据项目任务制作要求，分析任务。

教师给出典型案例，并加以分析、引导。

学生按小组寻求系统相关电路、资料。

讲授法

讨论法

演示法

2．计划与决策（方案）

各小组考虑安全、环保、成本、劳动组织等因素，讨论交通灯的设计方案，包括：

（1）确定分组名单及小组成员；

（2）确定学习情境所需仪器设备、器材与元件；

（3）制定本项目情境工作计划、系统总体方案、硬件结构、软件流程；

（4）教师根据学生的方案适时指导，根据项目的知识需要，讲授一些相关知识；

（5）教师引导小组确定最终系统方案。

自学法

小组讨论法

3．实施与检查（制作）

小组成员依照交通灯的设计与调试方案，分工合作完成交通灯的设计与调试。

小组工作法

4．评估（考核）

学生检查产品质量是否符合要求，并对整个过程进行评估；教师对学生的操作过程及小组的产品质量进行评价。

交互检查法

讨论法

表6

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