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1、名师精编精品教案目录“ 现代电子系统设计”课程教学大纲 . - 1 - 湖南农业大学课程教学周历. - 1 - “ 现代电子系统设计”教案 . - 1 - 第一次课 . - 1 - 第二次课 . - 3 - 第三次课 . - 4 - 第四次课 . - 6 - 第五次课 . - 8 - 第六次课 . - 10 - 第七次课 . - 11 - 第八次课 . - 13 - 第九次课 . - 15 - 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 22 页名师精编精品教案“现代电子系统设计”课程教学大纲课程编号： 31120B0（四号宋体）学
2、时： 40 学分： 2 适用对象： 高等院校信息工程专业 、通信专业、电子信息专业、计算机专业、自动化专业本科高年级学生。先修课程： 数字电路、 C 语言考核要求： 考核，理论成绩 50，实验成绩 50使用教材及主要参考书 ：谭会生 主编， EDA 技术及应用 (第二版)，西安电子科技大学出版社， 2004 谭会生 主编， EDA 技术综合应用实例与分析，西安电子科技大学出版社， 2004 黄任 主编， VHDL 入门解惑经典实例经验总结，北京航空航天大学出版社， 2005西安唐都科教仪器开发有限责任公司主编， TD-EDA 实验系统SOPC 技术实验教程 ，2005一、课程的性质和任务本课程
3、是电子信息和通信类专业的专业技术选修课程，要求学生通过该课程的学习，初步掌握基于EDA 技术的电子线路设计方法、数字系统设计方法以及FPGA 和 CPLD的设计方法；了解常用硬件描述语言的使用特点、编程方法和仿真测试技术，掌握一种常用 EDA 工具软件 Quartus 和一种主流 硬件描述语言： VHDL ，能使用 Quartus 和VHDL 进行复杂数字系统的设计。EDA 技术与 VHDL 作为一门技术基础课和现代电子设计技术的先修课程，与许多的后继专业课有紧密的联系，如大规模集成电路设计、ASIC 设计、单片系统（ SOC）设计、IP 核设计技术、微电机系统（MEMS）设计以及 DNA 生
4、物芯片设计等。对学生而言，不论今后是继续通讯类研究生学习，还是从事芯片设计工作，都是一门非常必要的课程。二、教学目的与要求教学目的：使学生了解现代电子设计技术、可编程技术，培养运用硬件描述语言VHDL 和 EDA 工具设计实现复杂数字系统的技能。教学要求：1 掌握主流硬件描述语言： VHDL 语言2 掌握一种主流 EDA 工具软件：Quartus II 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 22 页名师精编精品教案3 掌握 TD-EAD 实验系统的使用4 能独立完成基本电子系统的设计三、学时分配章节课程内容学时实验内容学时1
5、绪论2 2 Quartus 与 VHDL 语言10 门电路实验、译码器实验、编码器实验、寄存器实验12 3 系统层次化设计4 时钟选择器实验4 4 状态机在 VHDL 中的实现4 交通灯控制器实验4 四、教学中应注意的问题本课程是实践性很强的课程，要特别注意理论与实践的结合，多进行上机实践，才能学好这么课程。在教学中要注意抓住一个重点： VHDL 的编程； 掌握两个工具： Quartus II 和 TD-EAD 实验系统；通过案例分析、应用设计和上机实践，实现理论与实践相结合，边学边用，边用边学，只有这样才能学好这门课程。五、教学内容第一章： 绪论1基本内容：介绍 EDA 技术的涵义、发展历程
6、和应用领域；介绍EDA 技术的主要内容；说明EDA 的工程设计流程。说明本课程的特点与学习方法。2教学基本要求：1) 理解 EDA 技术的涵义。2) 了解 EDA 技术的发展背景，理解EDA 技术的三个发展阶段以及各阶段的特点。3) 理解 EDA 技术进行电子系统设计的特点，在此基础上理解EDA 的定义和 EDA技术的主要内容。4) 了解常用的硬件描述语言：VHDL 和 Verilog 5) 了解两种常用的大规模可编程逻辑器件FPGA 和 CPLD 以及它们各自的特点6) 了解主流 EDA 工具软件7) 了解本课程使用的西安唐都公司的TD-EAD 实验系统8) 理解 EDA 的工程设计流程。9
7、) 理解本课程的特点与学习方法。3教学重点难点：EDA 技术的三个发展阶段以及各阶段的特点，EDA 的定义和 EDA 技术的主要内容，EDA 的工程设计流程。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 22 页名师精编精品教案4教学建议：根据 EDA 技术发展的历程，指出各阶段解决了哪些问题，还存在哪些问题，这样学生能清楚的了解三个发展阶段特点。在此基础上说明使用EDA 技术进行电子系统设计的特点，学生就很容易理解了，对这些特点进行总结，就是EDA 的定义和 EDA 技术的主要内容。通过画流程图说明EDA 的工程设计流程，同时在下一
8、章讲解使用Quartus 进行FPGA 设计的基本流程时，进一步巩固该知识点，并通过实验加深学生的理解。第二章： Quartus 与 VHDL 语言1. 基本内容：主流 EDA 工具 Quartus 的安装和使用。VHDL 语言程序的基本结构、语言要素、VHDL 并行信号赋值语句和进程语句、VHDL 顺序语句。使用VHDL 语言完成基本数字电路的设计、编译、仿真和下载。2. 教学基本要求：a) 理解 VHDL 语言的特点。b) 了解主流 EDA 工具 Quartus ，掌握其安装方法。c) 掌握使用Quartus 进行 FPGA 设计的基本流程。d)掌握 VHDL 语言程序的基本结构，特别是实
9、体和结构体。e) 掌握 VHDL语言的语言要素，包括VHDL语言的基本数据类型、数据对象和VHDL 运算符，理解信号和变量的区别。f)掌握 VHDL 语言的并行信号赋值语句，特别是选择信号赋值语句和条件信号赋值语句，理解条件信号赋值语句的各赋值子句的优先级差别。g)掌握进程语句，掌握进程的工作原理和特点，理解进程与时钟的关系。h) 掌握 VHDL 语言的顺序语句， 特别是 IF 语句和 CASE 语句，理解 IF、CASE 语句和选择信号赋值语句、条件信号赋值语句的区别。i)掌握 VHDL 程序设计方法，能在Quartus 环境下，使用 VHDL 语言进行门电路、编码器和译码器、寄存器等常用数
10、字电路的设计、编译、仿真和下载。3教学重点难点：Quartus 是进行 FPGA/CPLD 设计最常用的 EDA 工具，掌握使用 Quartus 进行FPGA/CPLD 设 计的 流程 是后 面 教 学 和 实 验 的 基 础 ，是 本章 的重 点。 另外 进行FPGA/CPLD 的设计涉及硬件，与学生熟悉的软件开发平台不同，特别是器件选择和配置、仿真和下载，这些是学生首次接触的，这也是本章的教学难点。VHDL 语言程序的基本结构、基本语言要素、基本语句是学习VHDL 语言的基础，是本章重点。 特别时进程语句是最具VHDL 语言特色的语句， 它提供了一种用算法描述硬件行为的方法， 是使用最多的
11、 VHDL 语句之一。掌握进程语句的特点， 熟练运用进程语句和其它基本语句进行组合和时序逻辑电路设计是本章的重点，也是本章的难点。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 22 页名师精编精品教案学生此时是初次使用VHDL 语言和 EDA 工具，而它们与学生熟悉的VC 等程序语言和开发环境有很大不同， 因此掌握 VHDL 程序设计方法， 在 Quartus 环境下，使用VHDL 进行数字电路的设计、编译和下载是本章的一个难点。4教学建议：理论教学要紧密结合实验教学，通过在实验课上指导学生一步步完成一个简单的Quartus 工程的建
12、立、编译、仿真和下载，掌握使用Quartus 进行 FPGA/CPLD 设计的流程，同时学习TD-EDA 实验系统。VHDL 的基本语句，常用语句如选择信号赋值语句和条件信号赋值语句、进程语句、IF 语句和 CASE 语句等都是通过实验课来加强学生对它们的理解，只有通过上机练习才能使学生尽快掌握VHDL 语言。如果条件允许，可以改为小班上课，在实验室中进行实例讲解部分的理论教学，由学生跟随老师的实例讲解在台下一步步完成一个个VHDL 设计实例，从而加深印象，加强动手能力。第三章：系统层次化设计1基本内容：层次化设计概念， 在 Quartus II 中实现层次化设计， 元件例化、 程序包和类属映
13、射。2. 教学基本要求：1) 理解层次化设计的优点。2) 理解层次化设计的核心思想：模块化、元件重用。3) 掌握在Quartus II 中采用图形法与文本法结合的混合输入方法实现元件重用和系统的层次化设计。4) 理解元件例化、程序包和类属映射。3教学重点难点：在Quartus II 中实现层次化设计4教学建议：结合实验五时钟选择器实验来学习如何在Quartus II 中实现层次化设计。通过在实验课上指导学生完成模块划分、 元件设计文件的建立、 元件符号的生成、 元件调用、LPM宏模块的调用与参数配置、顶层电路原理图的建立，最终在Quartus II 完成一个复杂数字系统的层次化设计。 通过实验
14、课， 使学生掌握在Quartus II 中采用图形法与文本法结合的混合输入方法实现元件重用和系统的层次化设计。第四章：状态机在VHDL 中的实现1基本内容：Moore 状态机的VHDL 描述， Mealy 状态机的VHDL 描述，用状态机实现交通灯控制器精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 22 页名师精编精品教案2. 教学基本要求：1) 掌握 Moore 状态机的 VHDL 描述。2) 掌握 Mealy 状态机的VHDL 描述。3) 掌握使用状态机实现数字系统设计的方法。3教学重点难点：状态机是一类很重要的时序电路，是许多数
15、字电路的核心部件，同时有限状态机是一种复杂的数字系统，因此有限状态机的设计是本章的重点和难点。4教学建议：结合实验六：使用状态机实现交通灯控制实验，来加深对有限状态机设计的理解。执笔人：任峻审核人：分管教学院长：20XX 年 2 月 20 日精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 22 页名师精编精品教案湖南农业大学课程教学周历20072007 学年度第二学期计算机与信息工程院信息工程专业三 年级60 人课程名称现代电子系统设计学时分配：总学时44 其中：讲授24 实验 20 实习课堂讨论课程论文作业考试(考查 ) 考查周次讲授
16、实验、作业或其他环节章节和内容学时内容学时1 1 绪论2 1 2 Quartus 与 VHDL 语言2.2 安装Quartus 2.3 VHDL 与 Quartus 初体验2 2 2 Quartus 与 VHDL 语言2.4 VHDL 程序基本结构2.5 VHDL 基本数据类型2.6 VHDL 数据对象2 基本门电路实验4 2 2 Quartus 与 VHDL 语言2.7 VHDL 运算符2.8.1 VHDL 并行信号赋值语句2 3 2 Quartus 与 VHDL 语言2.8.2进程语句2.9 VHDL 顺序语句2 译码器实验编码器实验4 3 3 系统层次化设计3.1 层次化设计概念3.2
17、在 Quartus II 中实现层次化设计2 4 3 系统层次化设计3.3 系统层次化设计进阶2 寄存器实验4 4 4 状态机在VHDL 中的实现4.1 Moore 状态机的VHDL 描述4.2 Mealy 状态机的VHDL 描述2 5 4 状态机在VHDL 中的实现4.3 用状态机实现交通灯控制器2 时钟选择器实验4 5 机动2 交通灯控制器实验4 主讲教师任峻实验课教师任峻辅导教师任峻教研室主任张红燕院系负责人张林峰日期 2007-3-10 注：本表由主讲教师在开学后第一周内填写好一式三份，第二周分存于任课教师、系(教研室 )、教务处(以院、系为单位) 精选学习资料 - - - - - -
18、 - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 22 页名师精编精品教案“现代电子系统设计”教案第一次课内容：1)介绍 EDA 技术的涵义、发展历程和应用领域；2)介绍 EDA 技术的主要内容；3)介绍 EDA 的工程设计流程；4)说明本课程的特点与学习方法。教学目的：1) 通过介绍 EDA 技术的涵义、发展历程和应用领域，使学生了解本课程的实际应用很大，调动学生学习这门课程的积极性2) 通过介绍 EDA 技术的主要内容，使学生了解这门课程要学习什么。在此基础上说明本课程的特点与学习方法。3) 说明各种通信系统的组成， 了解它们的优缺点， 出现背景。 重点说明数字通信系统
19、的特定和优点。4) 介绍 EDA 的工程设计流程，说明当前EDA 设计的特点，用软件方式设计硬件， 用软件方式设计的系统到硬件系统的转换是由有关开发软件自动完成的，因此类似软件编程，不需太多的低层硬件知识，使学生克服畏难情绪。教学重点、难点：1) EDA 技术的三个发展阶段以及各阶段的特点；2) EDA 的定义和 EDA 技术的主要内容；3) EDA 的工程设计流程。教学方法：比较、举例、图解。参考书目与资料： 略教学过程：（一）自我介绍，说明课时安排、成绩评定方法、课程定位、教学网站的进入。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，
20、共 22 页名师精编精品教案（二）讲授新课课堂教学实施过程共分六步。1) 介绍 EDA 技术的涵义。2) 说明 EDA 技术的发展背景，说明EDA 技术的三个发展阶段，比较三个阶段的各解决了什么问题，在此基础上理解各阶段的特点。3) 在第二步理解 EDA 技术进行电子系统设计的特点的基础上引出并详细说明EDA 的定义，加深对 EDA 技术的涵义的理解。4) 在第三步详细说明EDA 的定义的基础上，引出EDA 技术的 4 个主要内容：硬件描述语言： 设计的主要表达手段； 大规模可编程逻辑器件： 设计的载体；软件开发工具：设计的工具；实验开发系统：下载工具及硬件验证工具。再分别介绍 EDA 技术的
21、 4 个主要内容：了解常用的硬件描述语言VHDL 和Verilog；了解两种常用的大规模可编程逻辑器件FPGA 和 CPLD 以及它们各自的特点；了解主流EDA 工具软件；了解本课程使用的西安唐都公司的TD-EAD 实验系统5) 说明课程要求：通过学习这门课程要掌握运用EDA 开发工具设计开发电子系统，引出这门课程的特点：实践性强，说明我们的学习方法：抓住一个重点：VHDL 的编程；掌握两个工具：Quartus II 和 TD-EAD 实验系统；运用三种手段：通过案例分析、应用设计和上机实践， 实现理论与实践相结合，边学边用，边用边学。6) 用设计一个简单电子系统为例，引出 EDA 的工程设计
22、流程。 说明当前 EDA技术发展的特点： 用软件方式设计硬件； 用软件方式设计的系统到硬件系统的转换是由有关开发软件自动完成的； 设计过程中可用有关软件进行各种仿真；系统可现场编程，在线升级；整个系统可集成在一个芯片上，体积小、功耗低、可靠性高。现代EDA 设计类似软件编程，不需太多的低层硬件知识，使学生克服畏难情绪。同时这里又回顾复习了使用EDA 技术进行电子系统设计的特点。最后图解说明EDA 的工程设计流程。教学后记：课程的第一堂课至关重要， 一定要让学生对整门课的学习有个系统的了解。学生需要了解为什么要上这门课，这门课到底要学什么，学了有什么用以及如何学习这门课。学生要对这门课有整体的了
23、解，掌握这门课的难度，使学生既有学习的动力，又不会产生畏难情绪。特别是这门课比较难，因此学生容易产生畏难情绪，因此一定要提高他们的学习兴趣、克服他们的畏难情绪。在第一次课不能讲太快，语速要适中，不要讲太深，特别是不能提太多的专业词汇（提了一定要解释）。要多用图解，而不是文字说明，这使学生有更直观的印象。通过课后交流，学生反映这堂课听得很轻松，他们欢迎这些方式。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 22 页名师精编精品教案第二次课内容：安装 Quartus ，VHDL 与 Quartus 初体验教学目的：1) 理解 VHDL 语
24、言的特点。2) 了解主流 EDA 工具 Quartus ，掌握其安装方法。3) 掌握使用Quartus 进行 FPGA 设计的基本流程。教学重点、难点： 使用 Quartus 进行 FPGA 设计的基本流程。教学方法：举例、演示。参考书目与资料： 略教学过程：课堂教学实施过程共分两步。1)回顾上节课所讲的EDA 的主要内容。在此基础上引出VHDL 语言的特点，并介绍主流 EDA 开发工具 Quartus ，说明它的不同版本的特点。重点介绍 PC 破解版的安装步骤。 演示安装过程， 在演示是重点提醒学生注意容易出错的几个地方。2)回顾上节课所讲的当前EDA 技术发展的特点， EDA 的工程设计流
25、程。在此基础上说明使用Quartus 进行 FPGA 设计的基本流程，并通过实际演示设计一个简单的电子系统：与非门，说明使用Quartus 和 VHDL 开发电子系统的基本流程。在演示过程中重点提醒学生注意容易出错的几个地方，并给出一些初学者的小窍门。教学后记： 掌握使用 Quartus 进行FPGA/CPLD 设计的流程是 EDA 设计的基础，因此必须熟悉 Quartus 设计的流程， 这是个实践性非常强问题， 因此我们通过实际演示设计过程来说明，这样更容易掌握。上午上理论课，下午的实验就进行安装Quartus 和基本门电路实验， 学生在实际操作中熟悉掌握了设计流程。这里要注意理论课和实验课
26、时间安排， 不要相隔太久。 课后学生反映我们这种时间安排非常好，有效的加深了学生的印象。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 22 页名师精编精品教案第三次课内容：VHDL 程序基本结构， VHDL 基本数据类型， VHDL 数据对象教学目的：1)掌握 VHDL 语言程序的基本结构，特别是实体和结构体。2)掌握 VHDL 语言的语言要素， 包括 VHDL 语言的基本数据类型、 数据对象和 VHDL 运算符，理解信号和变量的区别。教学重点、难点： VHDL 语言程序的基本结构， VHDL 语言的语言要素。教学方法： 举例、演示
27、、归纳、比较。参考书目与资料： 略教学过程：课堂教学实施过程共分三步。1) VHDL 程序基本结构回顾上节课设计与非门的例子，引出设计与非门的设计思想：先确定系统功能和接口，再进行内部电路设计，由此引出VHDL 程序的基本结构：实体：对应系统接口，结构体：对应系统内部电路。从与非门的VHDL 程序中可以直观的看到它的三部分：库、程序包的调用，实体声明，结构体定义。以与非门的 VHDL 程序为例说明库、程序包的调用的作用。说明调用语法，介绍常用的三个库、程序包。以与非门的 VHDL 程序为例说明实体声明的语法，各项的意义。提醒学生注意初学者容易出错的地方，如：实体名必须与文件名相同，否则编译会出
28、错；最后一条端口声明语句不可加分号等。并通过演示出错情况，加深学生的印象。最后通过图解归纳实体声明的格式，容易出错的地方，并对初学者进行相应的建议：使用范例，在 Edit Insert Template 中选择范例。 Quartus 进行编译时，要求关联文件文件名相同，建议采用Quartus 默认文件名，不要自己更改文件名。以与非门的 VHDL 程序为例说明结构体的语法，各项的意义。提醒学生注意初学者容易出错的地方。并通过演示出错情况，加深学生的印象。最后通过图解归纳结构体的格式，应注意的地方。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11
29、页，共 22 页名师精编精品教案2) VHDL 基本数据类型回到与非门的VHDL 程序的实体声明部分，引出VHDL 的数据类型。介绍各种数据类型，重点介绍最常用的标准逻辑位、标准逻辑位矢量。提醒学生注意使用标准逻辑位矢量时必须注明数组中元素个数和排列方向，并举例说明。最后比较VHDL 和 C 语言中使用数据类型的异同点：VHDL 同 C 语言一样，必须先声明端口和信号，然后才能使用，在声明中必须定义它们的数据类型；与C 语言不同，VHDL 是强类型语言，只有相同数据类型的端口、信号和操作数才能相互作用。3) VHDL 数据对象介绍 VHDL 的数据对象：信号、变量和常量。以与非门的VHDL 程
30、序为例，通过图解比较说明信号和端口的异同点。说信号声明的格式和信号赋值语句的格式。重点说明矢量赋值，通过举例说明在矢量赋值要特别注意两矢量之间的元素对应关系。说明定义变量的语法格式、变量赋值的语法格式。比较信号和变量的区别。最后介绍定义常量的语法格式。教学后记： 略。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 22 页名师精编精品教案第四次课内容：VHDL 运算符、 VHDL 并行信号赋值语句 。教学目的：1)掌握 VHDL 运算符。2)掌握 VHDL 语言的并行信号赋值语句，特别是选择信号赋值语句和条件信号赋值语句，理解条件信号
31、赋值语句的各赋值子句的优先级差别。教学重点、难点： 并置运算符“ & ”、选择信号赋值语句、条件信号赋值语句。教学方法： 举例、演示、图解。参考书目与资料： 略教学过程：课堂教学实施过程共分四步。1)分别介绍 VHDL 的四种运算符：算术运算符、并置运算符、关系运算符、逻辑运算符。对算术运算符重点说明能支持的数据类型和不能支持的数据类型。并置运算符是本课程的一个难点，通过一个电路设计，举例说明并置运算符的应用。关系运算符重点说明能支持的数据类型。提醒学生注意：“=”在条件语句中出现为小于等于，其它情况为信号赋值。逻辑运算符重点说明其优先级关系。2)并行语句是硬件描述语言区别于一般软件程序语言的
32、最显著的特点之一。通过图解说明常用并行语句特点，从图中直观的看到：并行语句之间是并行执行，但并行语句内部的执行可以是顺序的(进程语句)，也可以是并行的(块语句 )。3)介绍并行信号赋值语句：简单信号赋值语句、选择信号赋值语句、条件信号赋值语句。给出选择信号赋值语句格式，并通过设计3-8 线译码器，说明如何使用选择信号赋值语句。提醒学生注意容易出错的几点：“选择值”一定要覆盖所有可能情况，若不可能一一指定，则要借助others为其它情况找个“出口”。因此强烈建议初学者使用with select 语句时，最后都带上 when others。 “选择值”必须互斥，不能出现条件重复或重叠的情况。给元素
33、赋常数值，用单引号；给矢量赋常数值，用双引号。通过演示出错情况，加深学生的印象。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 22 页名师精编精品教案4)给出条件信号赋值语句格式，并通过设计8-3 线优先编码器，说明如何使用条件信号赋值语句。 提醒学生注意容易： 在执行 When Else 语句时，赋值条件按书写的先后顺序逐项测试，一旦发现某一赋值条件得到满足，即将相应表达式的值赋给目标信号，并不再测试下面的赋值条件。即各赋值子句有优先级的差别，按书写的先后顺序从高到低排列。通过观察仿真结果，直观的看到赋值优先级，加深学生的印象。教
34、学后记： 略。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 22 页名师精编精品教案第五次课内容：进程语句、 VHDL 语言的顺序语句。教学目的：1)掌握进程语句，掌握进程的工作原理和特点，理解进程与时钟的关系。2)掌握 VHDL 语言的顺序语句，特别是 IF 语句和 CASE 语句， 理解 IF、 CASE语句和选择信号赋值语句、条件信号赋值语句的区别。教学重点、难点： 进程的工作原理和特点，进程与时钟的关系。IF 语句和CASE语句，IF 语句和 CASE 语句的嵌套。教学方法： 图解、举例、总结。参考书目与资料： 略教学过程：
35、课堂教学实施过程共分四步。1)介绍进程语句的特点、格式，说明各项意义。图解说明进程工作原理，通过该图直观的理解进程的特点：进程本身是并行语句，单其内部是顺序语句；进程只有在特定的时刻（敏感信号发生变化）才会被激活。在此基础上说明进程与时钟的关系。通过图解说明时钟上升沿驱动进程语句，使学生较好的理解了进程的时钟和进程是一种隐形的循环。给出时钟沿的VHDL描述，通过几个寄存器的设计，说明如何使用进程语句，通过观察波形仿真图，加深学生对进程与时钟的关系的理解。最后总结进程的要点和容易出错的几个地方。2)介绍顺序语句，提醒学生注意进程在激活的一瞬间就执行完进程中所有语句。重点介绍 IF 语句和 CAS
36、E 语句。给出 IF 语句的三种格式，说明它们的特点。在此基础上总结使用IF 语句注意的要点。最后通过设计串行输入并行输出的移位寄存器和并行输入串行输出的移位寄存器，加深学生对IF 语句、 IF 语句嵌套的理解。3)给出 CASE 语句的格式， 说明 CASE 语句使用要点。 最后通过设计带使能端的 2-4 译码器，加深学生对IF 语句、 IF 语句嵌套的理解。4)介绍 LOOP 语句和空语句。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 22 页名师精编精品教案教学后记： 进程语句是最具 VHDL 语言特色的语句， 它提供了一种用
37、算法描述硬件行为的方法，是使用最多的VHDL 语句之一。掌握进程语句的特点，熟练运用进程语句和其它基本语句进行组合和时序逻辑电路设计是本章的重点和难点。在使用进程语句中最难理解的是时钟，我们通过图解说明进程的工作原理过程，使学生较好的理解了进程的时钟和进程是一种隐形的循环。课后学生反映较好。由于设计进程需要一定的数字电路知识，部分学生对进程和时钟仍较难理解，这还需要通过不断的上机实验、编程才能掌握。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 22 页名师精编精品教案第六次课内容：层次化设计概念、在Quartus II 中实现层次化
38、设计教学目的：1)理解层次化设计的优点。2)理解层次化设计的核心思想：模块化、元件重用。3)掌握在 Quartus II 中采用图形法与文本法结合的混合输入方法实现元件重用和系统的层次化设计。教学重点、难点： 在 Quartus II 中实现层次化设计。教学方法： 图解、举例、演示。参考书目与资料： 略教学过程：课堂教学实施过程共分三步。1)说明层次化设计的优点。图解说明层次化设计的核心思想：模块化、元件重用。加深对层次化设计的优点的理解。2)图解说明在Quartus II 中实现系统层次化设计的主要步骤：首先按自顶向下的设计方法，设计系统，划分和定义系统子模块，形成系统层次化设计图。其次用
39、VHDL 语言设计底层子模块， 并生成相应的元件符号。 最后调用下层元件，完成上层模块的设计，并生成相应的元件符号。这样从底层元件开始，自底向上完成系统的设计。3)通过实际演示时钟选择器的设计过程，说明如何在Quartus II 中实现系统层次化设计，主要包括 模块划分、元件设计文件的建立、元件符号的生成、元件调用、 LPM 宏模块的调用与参数配置、顶层电路原理图的建立。教学后记 ： 结合实验五时钟选择器实验来学习如何在Quartus II 中实现层次化设计。在实验课上指导学生完成模块划分、元件设计文件的建立、元件符号的生成、元件调用、LPM 宏模块的调用与参数配置、顶层电路原理图的建立，最终
40、在Quartus II完成一个复杂数字系统的层次化设计。通过实验课，使学生掌握在Quartus II 中采用图形法与文本法结合的混合输入方法实现元件重用和系统的层次化设计。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 22 页名师精编精品教案第七次课内容：系统层次化设计进阶教学目的： 理解元件例化、程序包和类属映射。教学重点、难点： 略教学方法： 图解、举例。参考书目与资料： 略教学过程：课堂教学实施过程共分四步。1)回顾上节课的内容：在Quartus II 中实现层次化设计，并引出新问题：如何用 VHDL 语言而不是元件符号来调用
41、已设计的元件，实现系统层次化设计。由此引出元件例化、程序包和类属映射这几个层次化设计中最重要的VHDL 语句。2)说明什么是元件例化：将以前设计的实体当作本设计的一个元件(元件定义)，然后再调用这个元件， 即用 VHDL 语言将各元件之间的连接关系描述出来 (元件映射 )。介绍元件例化中的元件定义和元件映射的语法格式，说明各项意义。通过一个例子引用2 分频电路，来说明如何使用元件例化。3)通过图解说明元件例化语句的缺点：如果在一个实体中用到多个元件，那么在其结构体中要用大量篇幅定义元件。元件定义在结构体中，只有这个实体能调用该元件，如果有多个实体用到同一个元件，那么在这多个实体中都要对该元件进
42、行定义。通过对该问题的解决，引出程序包：将数据类型、元件定义、子程序等收集到一个VHDL 程序包中，只要在设计实体中用 USE 语句调用该程序包， 就可以使用这些预定义的数据类型、元件定义、子程序。说明程序包的语法格式，通过举例说明如何在程序包中进行元件定义以及如何应用程序包。提醒学生注意容易出错的地方：程序包设计文件应保存为 同名的 VHDL 文件并 编译。只有编译过的程序包才能被其它设计实体调用。4)通过一个常见的实际问题：设计一个带参数的电子系统，使其应用范围更广，引出类属映射语句。 通过设计带参数的分频器， 说明如何用VHDL 语精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归
43、纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 22 页名师精编精品教案言设计和调用带参数的元件。教学后记： 这节为选讲内容，我们只介绍了语法和使用方法。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 22 页名师精编精品教案第八次课内容：Moore 状态机的VHDL 描述、 Mealy 状态机的VHDL 描述。教学目的：理解什么是 Moore 状态机和 Mealy 状态机， 掌握 Moore 状态机和 Mealy 状态机的 VHDL 描述。教学重点、难点： Moore 状态机和 Mealy 状态机的VHDL 描述。教学方法： 图
44、解、举例、类比。参考书目与资料： 略教学过程：课堂教学实施过程共分三步。1)说明组合逻辑和时序逻辑的区别。用老式按钮风扇类比组合逻辑，空调遥控器类比时序逻辑，形象的说明了组合电路的输出只与当前输入有关。时序逻辑电路的输出不仅与当前输入有关，还与过去的一系列输入有关。由此引出状态机：输出由当前状态和当前输入决定，是一种广义的时序电路。状态机分 Moore 与 Mealy 型。说明这两种状态机的特点：Moore 型输出仅取决于其所处状态， Mealy 型输出不仅与当前状态有关，也与当前输入有关，更常见。举例说明Moore 型状态机，并画出其状态转移图，通过状态转移图加强 Moore 型输出仅取决于
45、其所处状态的理解。举例说明Mealy 型状态机，并画出其状态转移图，通过状态转移图说明Mealy 型输出不仅与当前状态有关，也与当前输入有关的特点。2)以 Moore 状态机的状态转换图说明如何用VHDL 来描述 Moore 状态机，分为两个进程：确定状态转移的进程Chang_State ，决定输出值的进程Output_Process 。 状态转移进程：Moore 状态机状态转移与输出Dout 无关。当 S0 状态输入 0 时，仍然还在 S0状态，没有进行状态转移，因此也与这种自环与状态转移无关。状态转移进程由去掉输出和自环后的状态转移图决定。根据化简后的状态图写出状态转移进程。CASE 语句
46、嵌套 IF 语句，CASE 语句表示当前状态， IF 语句表示在当前状态下，根据当前输入决定状态转移。提醒学生注意：一定要有状态机开始工作的条件，否则状态机永远不会工作。输出进程：在Moore 状态机中输出只与当前状态相关，用精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 22 页名师精编精品教案一个 CASE 语句完成。3)在上一步的基础上，对比Moore 状态机的 VHDL 实现，说明 Mealy 状态机的实现，仍分为两个进程：确定状态转移的进程Chang_State ，决定输出值的进程 Output_Process 。由于 Me
47、aly 状态机与 Moore 状态机的区别只在输出 Dout 同时与当前状态Si 和当前输入有关。 因此 Chang_State进程的实现与 Moore 机相同。输出由当前状态和当前输入共同决定，因此输出进程Output_Process也是 CASE 嵌套 IF 的格式，与状态转移进程类似。教学后记： 略精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页，共 22 页名师精编精品教案第九次课内容：用状态机实现交通灯控制器教学目的： 掌握使用状态机实现数字系统设计的方法。教学重点、难点： 在 Quartus II 中状态机的实现方法。教学方法：
48、 图解、举例、演示。参考书目与资料： 略教学过程：课堂教学实施过程共分四步。1)说明任务与要求，进行系统分析设计，在此基础上画出系统框图，确定元件模块和元件接口与连接。回顾在Quartus II 中实现层次化设计过程，用VHDL 语言实现底层模块：计数器和控制器的设计。2)重点介绍如何用状态机设计控制器，确定状态和状态转移条件，画出状态转移图，发现这是个 Moore 状态机。回顾 Moore 状态机的 VHDL 实现，完成对控制器的设计。3)完成计数器和控制器的设计后，生成相应的计数器和控制器元件符号。按系统框图建立顶层电路图，编译工程。教学后记： 结合实验六：使用状态机实现交通灯控制实验，来加深对有限状态机设计的理解，同时巩固如何 在 Quartus II 中实现层次化设计 。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页，共 22 页