《FPGA數(shù)字系統(tǒng)課程設(shè)計》課程教學(xué)大綱

FPGA數(shù)字系統(tǒng)課程設(shè)計（FPGADigitalSystemDesignPractice）課程基本信息課程編號：04021557課程總學(xué)時：2周實驗學(xué)時：2周課程性質(zhì)：必修課程屬性:專業(yè)類開設(shè)學(xué)期：第7學(xué)期適用專業(yè)：電子信息工程對先修的要求：電路、數(shù)字電子技術(shù)對后續(xù)的支撐：畢業(yè)設(shè)計一、課程簡介/課程目標《FPGA數(shù)字系統(tǒng)課程設(shè)計》是電子信息工程專業(yè)的一門必修實踐教學(xué)課程，是訓(xùn)練學(xué)生運用硬件描述語言專業(yè)知識解決工程實際問題能力的重要環(huán)節(jié)。FPGA課程設(shè)計不僅能增強學(xué)生對理論知識的理解，而且能鍛煉學(xué)生實際動手操作和解決工程問題的能力，有利于學(xué)生了解現(xiàn)代電子技術(shù)最新應(yīng)用，有利于引導(dǎo)并培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。通過課程設(shè)計，能夠分析和論證FPGA的數(shù)字電子系統(tǒng)的實現(xiàn)方案，設(shè)計數(shù)字系統(tǒng)VHDL硬件描述語言程序，熟悉EDA工具軟件的編輯、編譯、仿真及下載驗證過程仿真實現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)試，撰寫設(shè)計報告等，使學(xué)生掌握FPGA數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計步驟和方法，提高綜合分析問題和解決問題的能力。通過課程設(shè)計，學(xué)會運用相關(guān)技術(shù)資料去解決工程實際問題，提高綜合分析問題和解決問題的能力；提高學(xué)生查閱文獻資料、編寫工程設(shè)計文件、溝通、交流以及自主學(xué)習(xí)的能力。課程目標1：學(xué)生能夠應(yīng)用FPGA理論知識，從電子系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計任務(wù)需求出發(fā)，確定合理的系統(tǒng)設(shè)計方案，利用VHDL完成數(shù)字系統(tǒng)各電路功能模塊設(shè)計，在實現(xiàn)任務(wù)要求的各項指標基礎(chǔ)上，能夠有所創(chuàng)新。課程目標2：學(xué)生能夠熟練操作EDA工具軟件，并通過EDA工具軟件的設(shè)計輸入、目標器件選擇、編譯、波形仿真、引腳鎖定、編譯、配置、下載及硬件測試，仿真模擬實現(xiàn)系統(tǒng)，并不斷改進和完善系統(tǒng)解決方案，并理解其局限性。課程目標3：應(yīng)用工程管理方法對電子系統(tǒng)設(shè)計過程進行管理，選擇合適的數(shù)字集成器件，經(jīng)濟的設(shè)計電子系統(tǒng)。課程目標4：具有自學(xué)的能力，善于歸納總結(jié)，學(xué)生能夠?qū)υO(shè)計任務(wù)提出不同的解決方案，不照抄照搬，主動適應(yīng)職業(yè)發(fā)展的需要。二、課程目標與畢業(yè)要求的關(guān)系表1課程目標與畢業(yè)要求的關(guān)系課程目標畢業(yè)要求指標點畢業(yè)要求1指標點3.3能夠完成電路系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)等方面系統(tǒng)開發(fā)及產(chǎn)品的工藝流程設(shè)計，并在設(shè)計中體現(xiàn)創(chuàng)新意識。3.設(shè)計/開發(fā)解決方案2指標點5.3能夠針對具體的對象，開發(fā)或選用滿足特定需求的現(xiàn)代工具，模擬和預(yù)測專業(yè)問題，并能夠分析其局限性。5.使用現(xiàn)代工具3指標點11.2在多學(xué)科環(huán)境下（包括模擬環(huán)境），能夠?qū)⒐こ坦芾砗徒?jīng)濟決策方法，應(yīng)用于電子信息工程領(lǐng)域中工程項目開發(fā)和設(shè)計。11.項目管理4指標點12.2具備適應(yīng)自身發(fā)展和社會發(fā)展的自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的能力，包括對電子信息工程領(lǐng)域中技術(shù)問題的理解能力，歸納總結(jié)能力和提出問題的能力等。12.終身學(xué)習(xí)三、課程教學(xué)內(nèi)容與課程目標的對應(yīng)關(guān)系表2課程教學(xué)內(nèi)容與課程目標的對應(yīng)關(guān)系序號教學(xué)內(nèi)容教學(xué)重點和難點教學(xué)方式實踐學(xué)時課程目標1布置任務(wù)，分析研討，收集、查閱文獻資料重點：根據(jù)電子設(shè)計自動化課程設(shè)計任務(wù)，閱讀相關(guān)的中英文資料，了解國內(nèi)外進展及發(fā)展趨勢。難點：明確電子設(shè)計自動化課程設(shè)計任務(wù)要求、技術(shù)指標、熟悉設(shè)計任務(wù)及規(guī)程。集中講解、學(xué)生自主查閱資料、過程中予以指導(dǎo)23、42確定電子系統(tǒng)設(shè)計方案重點：從電子系統(tǒng)設(shè)計要求出發(fā)，確定設(shè)計方案。難點：對設(shè)計方案進行比較、分析和論證，并確定最終的方案。集中講解、指導(dǎo)41，3系統(tǒng)軟件設(shè)計重點：對電子系統(tǒng)進行模塊化劃分，通過EDA軟件和硬件描述語言進行各個模塊設(shè)計。難點：熟悉硬件描述語言、層次化、模塊化設(shè)計方法教師指導(dǎo)、學(xué)生自主設(shè)計41，24程序調(diào)試、總體調(diào)試與性能測試重點：使用EDA軟件對所設(shè)計的數(shù)字系統(tǒng)進行仿真驗證，要求能夠模擬實現(xiàn)課題的設(shè)計要求。難點：系統(tǒng)集成、并進行時序仿真測試。教師指導(dǎo)、學(xué)生自主設(shè)計425系統(tǒng)硬件設(shè)計重點：使用EDA軟件，將設(shè)計的軟件代碼轉(zhuǎn)化為硬件電路。難點：理解并掌握利用軟件設(shè)計硬件電路的方法。教師指導(dǎo)、學(xué)生自主設(shè)計426按要求撰寫課程設(shè)計報告重點：完成課程設(shè)計各項任務(wù)，按要求撰寫課程設(shè)計報告書。難點：撰寫有條理，問題分析深入到位。教師指導(dǎo)、學(xué)生自主撰寫147課程設(shè)計答辯重點：對課程設(shè)計的整個過程，包括系統(tǒng)設(shè)計方案、系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計及仿真調(diào)試和下載驗證等環(huán)節(jié)進行答辯。難點：答辯思路清晰，能準確把握實際中的問題細節(jié)。答辯小組14合計2周四、課程考核（一）課程的考核環(huán)節(jié)課程考核以課程目標的達成為主要目的，以檢查學(xué)生對各知識點的掌握程度和實踐應(yīng)用能力為重要內(nèi)容。本課程考核總成績由過程考核（占總成績的30%）、成果考核（占總成績的40%）、答辯考核（占總成績的30%）三部分綜合評定。課程總成績（百分制）按以上各部分內(nèi)容核算后（四舍五入取整），最終綜合考核成績換算為五級制，90-100分為優(yōu)秀，80-89為良好，70-79為中等，60-69為及格，小于60為不及格。課程考核觀測點及對課程目標支撐情況詳見表3。表3課程考核對課程目標的支撐考核環(huán)節(jié)目標

分值觀測點課程目標1234過程考核30(1)設(shè)計進度與質(zhì)量。(2)EDA工具軟件的使用能力。(3)自主學(xué)習(xí)能力?！獭獭獭?01055成果考核40(1)系統(tǒng)設(shè)計方案合理性。(2)軟硬件設(shè)計質(zhì)量。(3)功能實現(xiàn)?！獭獭?01515答辯考核30(1)報告書質(zhì)量。(2)答辯陳述。(3)自主學(xué)習(xí)能力?！獭?020合計：10030252025（二）成績評定辦法及依據(jù)表4考核方式評價標準考核方式所占比重(%)100>x≥90（優(yōu)秀）89>x≥80（良好）79>x≥70（中等）69>x≥60（及格）x<60（不及格）過程考核30能提前完成各階段設(shè)計任務(wù)、工作量大、完成質(zhì)量優(yōu)；能熟練的使用EDA工具軟件進行FPGA電路設(shè)計，能獨立完成仿真調(diào)試。能提出優(yōu)秀的設(shè)計方案；歸納總結(jié)有深刻，自己獨特的觀點。能按時完成各進行FPGA電路設(shè)計進行FPGA電路設(shè)計各階段設(shè)計任務(wù)滯后、工作量少、完成質(zhì)量差。不能使用EDA工具軟件進行FPGA電路設(shè)計，不能進行仿真調(diào)試。在指導(dǎo)教師的啟發(fā)下也不能提出設(shè)計方案。成果考核40系統(tǒng)設(shè)計方案可行，論證充分；完成的軟硬件達到甚至優(yōu)于規(guī)定的性能指標。仿真模擬完全正確，實現(xiàn)全部設(shè)計功能，有發(fā)揮。能提出新穎的設(shè)計方案；歸納總結(jié)有深刻，自己獨特的觀點，沒有抄襲。系統(tǒng)設(shè)計方案可行，論證比較充分；完成的軟硬件基本達到規(guī)定的性能指標。仿真模擬完全正確，實現(xiàn)全部基本設(shè)計功能。能提出較新穎的設(shè)計方案；歸納總結(jié)與眾不同，沒有抄襲。系統(tǒng)設(shè)計方案可行，論證尚充分；完成的軟硬件尚能達到規(guī)定的性能指標，無原則性錯誤。仿真模擬完全正確，有少部分基本功能沒有實現(xiàn)。能提出1種設(shè)計方案；歸納總結(jié)較少，有少許網(wǎng)上雷同內(nèi)容。系統(tǒng)設(shè)計方案可行，論證不充分。完成的軟硬件性能一般，存在錯誤。仿真模擬不完整，有一部分基本功能沒有實現(xiàn)。在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下能提出1種設(shè)計方案，歸納總結(jié)有部分雷同。系統(tǒng)設(shè)計方案可行性差、論證不充分；完成的軟硬件性能差，錯誤較多。仿真模擬不正確，基本功能沒有實現(xiàn)。在指導(dǎo)教師的啟發(fā)下也不能提出設(shè)計方案，歸納總結(jié)雷同。答辯考核30仿真模擬完全正確，實現(xiàn)全部設(shè)計功能，有發(fā)揮。報告條理清楚，文字通順，表達清楚，格式規(guī)范，內(nèi)容完整，圖表標注完整，符合要求。能清楚闡述設(shè)計內(nèi)容，思路清晰，語言流暢，重點突出。仿真模擬完全正確，實現(xiàn)全部基本設(shè)計功能。報告條理較清楚，文字較通順，表達清楚，書寫格式較規(guī)范，內(nèi)容較完整，圖表標注有少許瑕疵。能清楚闡述設(shè)計內(nèi)容，思路較清晰，語言較流暢，重點較突出。仿真模擬完全正確，有少部分基本功能沒有實現(xiàn)。報告條理較清楚，文字較通順，表達基本清楚，書寫格式一般，主要內(nèi)容尚完整，圖表標注瑕疵較多?；旧夏荜U述大部分設(shè)計內(nèi)容，思路尚可，重點不突出。仿真模擬不完整，有一部分基本功能沒有實現(xiàn)。報告條理性、表達能力尚可，書寫格式一般，內(nèi)容完整性差，圖表標注瑕疵多。能闡述部分設(shè)計內(nèi)容，思路尚可，重點不突出。仿真模擬不正確，基本功能沒有實現(xiàn)。報告條理不清楚，文字不通順，表達不規(guī)范，書寫格式不規(guī)范，設(shè)計內(nèi)容不完整，圖表標注不規(guī)范，瑕疵多。不能清楚闡述設(shè)計內(nèi)容，沒有思路，語言不流暢，沒有重點。五、教學(xué)基本要求課程設(shè)計過程，學(xué)生應(yīng)遵守課程設(shè)計場地的規(guī)章制度、安全制度、操作規(guī)程。第一次上課任課教師向?qū)W生講清課程設(shè)計的性質(zhì)、任務(wù)、要求，和成績評定方法及依據(jù)等。學(xué)生可從指導(dǎo)教師指定的題目中選擇一題或者自擬一題，自擬題目需經(jīng)過指導(dǎo)教師審核并確認后，方可實施。課程設(shè)計題目要求符合工程實際，要有一定難度和足夠的工作量。課程設(shè)計題目應(yīng)是一個較復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計問題，必須運用深入的工程原理經(jīng)過分析才能得到解決。課程設(shè)計題目一般需要涉及多方面的技術(shù)，如FPGA結(jié)構(gòu)特性、硬件描述語言、EDA工具軟件、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)等。在完成基本設(shè)計任務(wù)的情況下，對某些設(shè)計內(nèi)容可進一步深入發(fā)揮。六、教學(xué)方法1、課程設(shè)計題目應(yīng)難易適中，注重培養(yǎng)學(xué)生分析解決電子信息工程領(lǐng)域相關(guān)的復(fù)雜工程問題的能力。2、針對課題任務(wù)，組織學(xué)生合理分工，做到每個學(xué)生都有具體設(shè)計任務(wù)。3、加強過程指導(dǎo)與監(jiān)控，督促學(xué)生按照進度計劃完成各階段工作，確保設(shè)計任務(wù)的完成。出現(xiàn)問題，教師要引導(dǎo)學(xué)生獨立分析、解決，不得包辦代替。4、采用過程考核、成果考核、答辯考核等多種形式相結(jié)合的考核方法，引導(dǎo)學(xué)生按時、保質(zhì)保量地完成課程設(shè)計任務(wù)。七、參考文獻1.EDA技術(shù)及應(yīng)用（第三版），譚會生,西安電子科技大學(xué)出版社.2017.2.你好FPGA，王建飛，雷斌，電子工業(yè)出版社.2016.3.EDA技術(shù)實用教程（第六版），潘松，科學(xué)出版社，2018.4.5./content/www/us/en/products/programmable.html6./八、本課程與其它課程的聯(lián)系《FPGA數(shù)字系統(tǒng)課程設(shè)計》的先修課程為電路、數(shù)字電子技術(shù)和FPGA數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計等。為學(xué)生進行后續(xù)畢業(yè)設(shè)計以及今后從事與本專業(yè)相關(guān)的工作奠定實踐動手能力以及分析和解決問題能力的基礎(chǔ)。附錄：課程思政素材序號課程思政素材教學(xué)方法1引導(dǎo)學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)與國家需求相結(jié)合，實現(xiàn)人生價值。芯片設(shè)計和制造、以及EDA工具都是“卡脖子”技術(shù)，引導(dǎo)學(xué)生刻苦學(xué)習(xí)，將專業(yè)學(xué)習(xí)與國家需求相結(jié)合，為破解集成電路“卡脖子”問題貢獻自己的力量，實現(xiàn)人生價