安徽师范大学电子设计本科教学大纲

安徽师范大学皖江学院电子信息系 电子设计自动化教学大纲
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《电子设计自动化》教学大纲
一、说明
1、课程的性质、地位和任务
《电子设计自动化》是电子类专业一门重要的专业基础课，系统地介绍 EDA 基础知
识、常用的 EDA 开发工具、FPGA/CPLD 器件、硬件描述语言、项目设计等内容，使学生
了解 FPGA/CPLD 编程器件的硬件结构、原理和特性，掌握 VHDL 硬件描述语言和常用 EDA
开发工具，熟悉 EDA 的设计方法、EDA 实验开发系统，掌握应用计算机对电子电路进行
自动化设计的方法。通过对本课程的学习，培养学生的电子设计自动化技能，强化学生
对电子线路理论知识的应用和一定的创新能力，为学生今后从事电子电路的自动化设计
奠定基础。
2、课程教学的基本要求
课程教学围绕一个核心内容来展开，即学习通过软件的方法来高效地完成硬件设计
方法的计算机技术，针对我院的层次和学生的特点，结合学生的就业市场需求，注重学
生的工程技能，确定本课程的教学重点放在硬件描述语言、可编程逻辑器件及项目设计
模块。课程的难点是项目设计中的实际问题和设计技巧。
3、本课程的重点与难点
本课程实践性很强，实验在教学中占有极其重要的地位。要求学生通过实验不断整
合、贯通相关专业知识，了解和掌握常用开发工具的使用以及 VHDL 的自动化设计，在
实践中善于思考、注重创新，不断培养和提高发现问题、分析问题和解决问题的能力。
二、课堂教学时数及课后作业题型分配（含数量）
章 目 教 学 内 容
教 学
时 数
教学方式
或 手 段
课 后 作 业
思 考 题 练 习 题
课程性质： 必修课 先修课程： 电子技术基础，
总学时：60 学分： 3
理论学时： 42 实验学时：18
开课学院： 皖江学院 适用专业： 电子信息工程
大纲执笔人： 教学院长审定：
教研室主任审核：
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第一章 EDA 技术概述 3
讲 授 ( 多 媒
体)
2
第二章 EDA 设计流程及其工具 4
讲 授 ( 多 媒
体)
1 1
第三章 FPGA/CPLD 结构与应用 4 讲 授 ( 多 媒
体)
1 1
第四章 原理图输入设计方法 5
讲 授 ( 多 媒
体)
2
第五章 VHDL 设计初步 4
讲 授 ( 多 媒
体)
1 1
第六章 VHDL 设计进阶 5
讲 授 ( 多 媒
体)
1 1
第七章 VHDL 结构与要素 7
讲 授 ( 多 媒
体)
1 1
第八章 VHDL 基本语句 5
讲 授 ( 多 媒
体)
1 1
第九章 有限状态机设计 5
讲 授 ( 多 媒
体)
2
合 计 42
三、正文
第一章 EDA 技术概述
【教学目的】
掌握 EDA 的概念及主要内容，了解硬件描述语言 VHDL、EDA 的发展趋势。
【重点难点】
重点：EDA 技术的涵义，EDA 技术的主要内容。
第一节 EDA 技术及其发展
第二节 EDA 技术实现目标
第三节 硬件描述语言 VHDL
第四节 VHDL 综合
第五节 基于 VHDL 的自顶向下设计方法
第六节 EDA 与传统电子设计方法的比较
第七节 EDA 的发展趋势
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【思考题】
1、EDA 技术实现目标
2、VHDL 的自顶向下设计方法
第二章 EDA 设计流程及其工具
[教学目的]：
理解 FPGA/CPLD 工程设计流程，熟悉常用 EDA 开发工具，了解 IP 核含义。
[教学重点与难点]：
重点：FPGA/CPLD 设计流程
第一节 FPGA/CPLD 设计流程
第二节 常用 EDA 工具
一、设计输入编辑器
二、HDL 综合器
三、仿真器
四、适配器
五、下载器
第三节 IP 核
第三章 FPGA/CPLD 结构与应用
[教学目的]：
了解 PLD 的发展过程；掌握 PLD 的原理、种类及分类方法，常用 FPGA 和 CPLD 的系
列、品种、性能指标，了解 FPGA/CPLD 结构与工作原理。
[教学重点与难点]：
重点：PLD 原理。
难点：FPGA/CPLD 工件原理
第一节 概述
一、PLD 的发展历程
二、PLD 的分类
第二节 简单 PLD 原理
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一、电路符号表示
二、PROM
三、PLA
四、GAL
第三节 CPLD 结构与工作原理
第四节 FPGA 结构与工作原理
一、查找表
二、FLEX10K 系列器件
第四章 原理图输入设计方法
[教学目的]：
掌握 EDA 原理图输入设计方法基本步骤。
[教学重点与难点]：
重点：原理图输入设计方法基本步骤
难点：频率计设计
第一节 1 位全加器设计
一、基本设计步骤
二、设计流程归纳
三、补充说明
第二节 2 位十进制数字频率计设计
一、设计有时钟使能的两位十进制计数器
二、频率计主结构电路设计
三、测频时序控制电路设计
四、频率计顶层电路设计
五、设计项目的其他信息和资源配置
第五章 VHDL 设计初步
[教学目的]：
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掌握 VHDL 文本输入设计方法，掌握电路 VHDL 描述方法，掌握寄存器描述及其 VHDL
语言现象。
[教学重点与难点]：
重点：VHDL 文本输入设计方法，VHDL 语言现象
难点：寄存器描述及其 VHDL 语言现象
第一节 多路选择器 VHDL 描述
一、2 选 1 多路选择器的 VHDL 描述
二、VHDL 相关语句说明
三、VHDL 设计的基本概念和语句小节
第二节 寄存器描述及其 VHDL 语言现象
一、D 触发器的 VHDL 描述
二、D 触发器的 VHDL 描述的语言现象说明
三、实现时序电路的 VHDL 不同表达方式
四、异步时序电路设计
五、VHDL 设计基本概念和语言现象小节
第三节 1 位二进制全加器的 VHDL 设计
一、半加器描述和 CASE 语句
二、全加器描述和例化语句
第四节 VHDL 文本输入设计方法初步
一、编辑输入 VHDL 源文件
二、将当前设计设定为工程
三、选择 VHDL 文本编译版本号和排错
四、时序仿真
五、硬件测试
第六章 VHDL 设计进阶
[教学目的]：
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掌握 4 位加法计数器的 VHDL 描述方法，了解不同工作方式下的时序电路设计方法，
掌握 VHDL 的数据对象使用方法，了解双向电路和三态控制电路设计，掌握 VHDL 进程语
句结构，了解 VHDL 仿真延时。
[教学重点与难点]：
重点：4 位加法计数器的 VHDL 描述方法；VHDL 的数据对象使用方法；VHDL 进程
语句结构
难点：双向电路和三态控制电路设计
第一节 4 位加法计数器的 VHDL 描述方法
一、4 位加法计数器
二、整数、自然数和正整数数据类型
三、4 位加法计数器的另一种表达方式
第二节 不同工作方式下的时序电路设计方法
一、相关语法
二、带有复位和时钟使能的 10 进制计数器
三、带有并行置位的移位寄存器
第三节 数据对象
一、常数
二、变量
三、信号
四、进程中的信号与变量赋值语句
第四节 双向电路和三态控制电路设计
一、三态门设计
二、双向端口设计
三、三态总线电路设计
四、顺序条件语句 IF 语句
第五节 VHDL 进程语句结构
一、进程语句格式
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二、PROCESS 组成
三、进程要点
第六节 仿真延时
一、固有延时
二、传输延时
三、仿真
第七章 VHDL 结构与要素
[教学目的]：
掌握 VHDL 程序的基本结构，理解实体、结构体、端口的功能作用，了解子程序、
VHDL 程序包的使用，掌握 VHDL 文字规则、数据类型、进程语句结构。
[教学重点与难点]：
重点：实体、结构体描述；VHDL 文字规则、数据类型、VHDL 操作符、进程语句结
构
难点：进程语句结构；VHDL 程序包
第一节 实体
一、实体语句结构
二、GENERIC 类属说明语句
三、类属映射语句
四、PORT 说明
第二节 结构体
第三节 子程序
一、函数
二、重载函数
三、过程
四、重载过程
第四节 VHDL 库
一、库的和数
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二、库的用法
三、过程
第五节 VHDL 程序包
第六节 配置
第七节 VHDL 文字规则
一、数字
二、字符串
三、标识符
四、下标名
第八节 数据类型
一、VHDL 的预定义数据类型
二、IEEE 预定义标准逻辑位与矢量
三、其他预定义标准数据类型
四、数组类型
第九节 VHDL 操作符
一、逻辑操作符
二、关系操作符
三、算术操作符
第八章 VHDL 基本语句
[教学目的]：
掌握顺序语句、VHDL 并行语句的常见应用方法，掌握不同语句的区别。
[教学重点与难点]：
重点：顺序语句；VHDL 并行语句
难点：属性描述与定义语句
第一节 顺序语句
一、赋值语句
二、IF 语句
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三、CASE 语句
四、LOOP 语句
五、NEXT 语句
六、EXIT 语句
七、WAIT 语句
八、子程序调用语句
九、返回语句
十、空操作语句
第二节 VHDL 并行语句
一、并行信号赋值语句
二、块语句结构
三、并行过程调用语句
四、元件例化语句
五、生成语句
第三节 属性描述与定义语句
第九章 有限状态机设计
[教学目的]：
掌握有限状态机的概念，理解有限状态机的工作原理，利用 VHDL 描述有限状态机，
了解“毛刺”的概念及消除“毛刺”的方法。
[教学重点与难点]：
重点：一般有限状态机的设计
难点：Moore 型有限状态机的设计；Mealy 型有限状态机的设计
第一节 一般有限状态机的设计
一、用户自定义数据类型定义语句
二、为什么要使用状态机
三、一般有限状态机的设计
第二节 Moore 型有限状态机的设计
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一、三进程有限状态机
二、单进程 Moore 型有限状态机
第三节 Mealy 型有限状态机的设计
【课程考试】
课程考核方式为期末笔试，学生平时成绩（包括作业、考勤、课堂提问及课外读
书笔记情况等）、实验成绩及期末笔试成绩作为学生课程成绩的主要依据，其中平时成
绩占课程成绩的 20%，实验成绩占课程成绩的 30%，期末笔试成绩占课程成绩的 50%；课
程试卷试题题型有简答题、程序设计、程序分析题及程序改错题等，考试内容以教学内
容中要“理解、掌握”的内容为主，以“了解”的内容为辅，主要考核学生 EDA 技术基
本概念、VHDL 程序设计掌握情况及电子系统设计能力等。
四、使用教材与教学参考书目
【使用教材】
潘松 黄继业，《EDA 技术实用教程》，科学出版社， 2004 年 7 月。
【教学参考书目】
1. （美）Mark D.Birnbaum，《电子设计自动化基础》（英文影印版），机械工
业出版社，2005 年 8 月
2. 边计年、薛宏熙，《用 VHDL 设计电子线路》，清华大学出版社，2000 年 8
月
3. 朱正伟，《EDA 技术与应用》，清华大学出版社，2005 年 10 月
4. 任爱锋等，《基于 FPGA 的嵌入式系统设计》，西安电子科技大学出版社，2004
年 1 月
5. 潘松等，《SOPC 技术实用教程》，清华大学出版社，2005 年 3 月