现代电子系统设计

Modern Electronic System Design

课程编号：X61020013                  课程类别：选修课

适用专业：电子信息工程  通信工程　生物医学工程

课程总学时：48    实验学时： 30            学分：2

先修课程：数字系统与逻辑设计  计算机应用基础

实验指导书：自编　开课实验室：通信实验中心

一、目的与任务

本课程从属于相应理论课程，是工科本科教育电子信息工程，通信工程专业的一门实践性很强的专业课。

电子仪表、通信产品、家用电器、计算机等诸多电子类产品对数字电路技术的应用越来越广泛，要求越来越高。改进研发手段，加速研发过程是电子信息产业日益高速发展的需要。随着集成电路技术和计算机的发展，数字系统的实现方法也经历了由分立元件到SSI、MSI到LSI、VLSI的过程。SSI时代直接用集成门，触发器为基本器件构成系统，MSI时代用MSI器件，如计数器、译码器，数据选择器等功能电路作为模块构成系统，它们都属于通用电路，其产量高，价格低，但构成一个数字电子系统要用到许多芯片，故制成的设备存在着体积大，功耗大，可靠性差等缺点。这种用标准产品实现数字系统的方法已逐渐淘汰。

专用集成电路ASIC是专为某数字电路设计的LSI，VLSI芯片，只要用一片或数片即可构成一个数字系统，然而通用性差，成本高。

电子设计自动化（EDA，Electronic Design Automation）是以计算机和微电子技术为先导，汇集了计算机图形学、拓扑、逻辑学、微电子工艺与工艺学和计算数学等多种计算机应用学科最新成果的先进技术。而现场可编程门阵列（FPGA）和复杂可编程逻辑器件CPLD是一种半定制ASIC。在FPGA/CPLD中门、触发器或其它各种电路单元被排成阵列形式，系统的设计者可将所设计的电路通过计算机和开发工具生成关于阵列连接的信息，并将这些信息通过烧录器“集成开发”到芯片上去，并可多次反复集成开发。

实验中用到的近期推出的FPGA/CPLD器件，无需烧录器，可直接将器件安装在自己设计的目标系统或线路板上就可集成开发或修改，相对前期各种数字电路设计方法，具有设计周期，调试简单，系统体积小，可靠性高等优点，这在数字电路范畴中，不啻为一场革命。

通过实验，达到使学生初步具有利用EDA技术进行数字电子系统设计、调试的能力，并具有一定分析电路问题，解决电路故障能力的目的。学生在实验过程中，由易到难，由简到繁，通过自行设计、自行调试，应完成如下任务：

1．  学会MAX+plus II集成开发软件和实验开发装置的使用；

2．  深化VHDL硬件描述语言的学习和应用；

3．  初步掌握对一个简易数字系统从构思到设计、硬件集成开发、软件开发、仿真调试、下载验证的全过程。

 从设计到调试，独立完成，使学生对一个简易数字系统的开发有一个全面的认知。

二、基本要求

1．  本课程应讲述的基本理论和实验技术知识

学生应具有较扎实的数字电路基础知识及较强的计算机应用能力。在此基础上，相应的理论课程重点介绍FPGA/CPLD器件的基本原理、结构、应用，VHDL硬件描述语言的语言现象和语法结构，在MAX+plus II集成开发环境上应用FPGA/CPLD器件进行电子系统设计全流程。实验课首先是熟悉使用MAX+plus II集成开发环境和实验开发装置，在此基础上通过由易到难，由浅入深的几个电子系统设计的实例进行用原理图输入方式，文本输入方式输入、代码编译、逻辑综合、结构综合、系统仿真、器件配置、下载、硬件测试等操作流程。初步掌握对一个数字电子系统从构思到设计、硬件集成开发、软件开发、仿真调试、下载验证的全过程。

现代电子系统设计介绍组合电路的设计，时序电路的设计，数字系统的设计。

2．  本课程掌握的实验技能

通过实验，加深对原理图和文本输入两种输入方式的理解，并掌握对上述两种输入方式进行电子系统设计的包括输入、编译、仿真、综合、配置、下载等操作流程。初步掌握对一个简易数字系统从构思到设计、硬件集成开发、软件开发、仿真调试、下载验证的全过程。

3．  本课程应实验教学基本方法及特点

本实验课程从属于相应的理论课程，先由教师在课堂上讲授理论知识和一些基本的实验技能，然后学生上机操作，理论课与实验课的课时安排分别为14课时和20课时，这是一门操作性很强的课程，很多设计技巧及调试技巧仅在课堂上通过老师讲授是无法掌握的，只有通过自己上机亲手操作才能真正掌握。

三、考试方法及成绩评定方法

此门课程为考核课，主要根据实验结果评定学生成绩。

第一个实验是熟悉MAX+plus II 集成开发软件及实验装置的使用，是下面实验的基础，不计成绩。

其65个设计、综合类实验都要求同学们自行设计，独立调试、下载。6个实验中，调试下载成功3个，成绩为及格；调试下载成功4个，成绩为中等；调试下载成功5个，成绩为良好；调试下载成功6个，成绩为优秀。

四、说明：

本课程共48学时，其中课堂理论教学18学时，实验室教学30学时，

在附表列出的9个实验中，第1—5必做，共14学时，第6—9可在其中任选二个，每个占8学时。

五、实验项目数据表

大纲制定负责人：孙丽华         大纲审核人：丁杰        大纲批准人：万国金