课程概述

EDA技术课程是电子信息类专业的学科基础专业课程。

主要学习采用电子设计自动化技术进行数字系统设计的基本方法、器件基础、工具应用、设计优化以及验证方法,是学习专业课程和从事电子类产品设计的必备基础。EDA技术还在不断更新发展中,EDA技术课程内容也需要不断更新发展。同时该课程是一门注重实践性的课程,既有概念理论又有编程实践。

 

通过传授EDA技术的原理、工具、器件、HDL、优化以及仿真技术等的理论知识,并开展相关课程实验,培养学生对数字系统设计能力和创新能力,达到本课程的课程目标:

课程目标(1):理解EDA技术的基本概念,理解基于Verilog HDL/VHDL的数字系统设计基本方法及流程。了解现代数字系统设计技术与验证技术,能描述和分析现代数字系统。具备独立设计实现较复杂数字电路与系统的能力,开发创造性思维和创新能力。

课程目标(2):掌握以 Quratus为代表的EDA工具及配套FPGA硬件开发系统的使用,能树立正确的设计思想,掌握基本实验技能,培养基本设计能力。培养学生根据设计指标,确定电路和系统的设计方案的能力,并能分析其性能,分析其局限性。

 学习本课程后,能掌握Quartus、ModelSim、Vivado等软件的使用,能进行复杂数字系统设计,可以进一步学习集成电路相关课程,入门SoC设计技术,也可以进一步了解计算机组成原理与体系结构,为CPU设计奠定基础。

证书要求

为积极响应国家低碳环保政策, 2021年秋季学期开始,中国大学MOOC平台将取消纸质版的认证证书,仅提供电子版的认证证书服务,证书申请方式和流程不变。

 

电子版认证证书支持查询验证,可通过扫描证书上的二维码进行有效性查询,或者访问 https://www.icourse163.org/verify,通过证书编号进行查询。学生可在“个人中心-证书-查看证书”页面自行下载、打印电子版认证证书。

 

完成课程教学内容学习和考核,成绩达到课程考核标准的学生(每门课程的考核标准不同,详见课程内的评分标准),具备申请认证证书资格,可在证书申请开放期间(以申请页面显示的时间为准),完成在线付费申请。

 

认证证书申请注意事项:

1. 根据国家相关法律法规要求,认证证书申请时要求进行实名认证,请保证所提交的实名认证信息真实完整有效。

2. 完成实名认证并支付后,系统将自动生成并发送电子版认证证书。电子版认证证书生成后不支持退费。


预备知识

先修课程

1. 数字逻辑电路

2. C程序设计

授课大纲

EDA技术概述

1-1 什么是EDA

1-2 HDL简介

1-3 设计层次与综合

1-4 FPGA设计流程

1-5 常用EDA工具

1-6 IP

1-7 EDA发展趋势

单元测验-第1章

FPGA与CPLD的结构原理

2-1 可编程逻辑器件概述

2-2 简单PLD结构原理

2-3 CPLD的结构原理

2-4 FPGA的结构原理

2-5 硬件测试与JTAG

2-6 2-6 CPLD和FPGA的编程与配置

单元测验-第2章

组合电路的Verilog设计

3-1 半加器电路的Verilog描述

3-2 多路选择器的Verilog描述

3-3 Verilog加法器设计

3-4 组合逻辑乘法器设计

3-5 RTL概念

3-6 常见组合电路Verilog描述举例

作业-第3章

单元测验-第3章

时序电路的Verilog设计

4-1 DFF的Verilog表述

4-2 D-Latch的Verilog表述

4-3 同步与异步

4-4 二进制计数器的Verilog表述

4-5 移位寄存器的Verilog表述与设计

4-6 可预置型计数器设计

4-7

单元测验-第4章

作业-第4章

EDA工具应用

5-1 Verilog程序输入和编译

5-2 仿真测试

5-3 引脚锁定与硬件测试

5-4 时序电路硬件设计与仿真示例

5-5 SignalTapII的使用方法

5-6 属性表述与编译控制

5-7 计数器LPM模块调用

5-8 LPM RAM的设置和调用

5-9 LPM ROM的定制和使用

5-10 在系统存储器数据读写编辑器应用

5-11 FPGA中嵌入式PLL

5-12 In-SystemSourcesandProbesEditor使用方法

单元测验-第5章

实验1:模可控计数器设计

实验1:模可控计数器设计(1)

实验1:模可控计数器设计(2)

实验1:模可控计数器设计(3)

实验1:模可控计数器设计(Xilinx版本,不作考核要求)

单元测验-实验1

作业-实验1报告

Verilog深入

6-1 阻塞赋值与非阻塞赋值

6-2 不完整条件语句与时序电路的关系

6-3 If与Case

6-4 三态的Verilog描述

6-5 双向端口设计

6-6 库元件和UDP用法

单元测验-第6章

作业-第6章

实验2:正弦波信号发生器

实验2:正弦波信号发生器(1)

实验2:正弦波信号发生器(2)

实验2:正弦波信号发生器(3)

实验2:正弦波信号发生器(Xilinx版本,不作考核要求1)

单元测验-实验2

作业-实验2报告

Verilog仿真与TestBench

7-1 VerilogHDL仿真流程

7-2 VerilogHDLTestBench仿真

7-3 HDL仿真实例

7-4 Verilog系统任务和系统函数

7-5 延时模型

7-6 仿真激励与Verilog数字系统仿真

单元测验-第7章

实验3:VGA显示控制电路设计

实验3:VGA显示控制电路设计(1)

实验3:VGA显示控制电路设计(2)

实验3:VGA显示控制电路设计(3)

实验3:VGA显示控制电路设计-Xilinx无声版

实验3扩展:HDMI显示控制电路设计

单元测验-实验3

作业-实验3报告

有限状态机设计技术

8-1 Verilog状态机的一般形式

8-2 Moore型状态机及其设计

8-3 ADC采样控制状态机设计

8-4 序列检测状态机设计

8-5 Mealy型状态机设计

8-6 状态机编码

8-7 安全状态机设计

单元测验-第8章

实验4:序列检测器设计

实验4:序列检测器设计(1)

实验4:序列检测器设计(2)

实验4:序列检测器设计(3)

实验4:序列检测器设计-Xilinx无声版

作业-实验4报告

单元测验-实验4

系统设计优化

9-1 资源共享

9-2 逻辑优化

9-3 串行化

9-4 流水线设计

9-5 乒乓操作法

9-6 寄存器配平法

9-7 关键路径法

单元测验-第9章

实验5:乐曲硬件演奏电路设计

实验5:乐曲硬件演奏电路设计(1)

实验5:乐曲硬件演奏电路设计(2)

实验5:乐曲硬件演奏电路设计(3)

实验5:乐曲硬件演奏电路设计(Xilinx版本,不作考核要求)

单元测试-实验5

作业-实验5报告

实验6:综合设计实验(阿里云FPGA云)

阿里云Intel FPGA平台实验

阿里云Xilinx FPGA平台实验

数字系统设计与C综合

10-1 MCU与FPGA的连接方法

10-2 基于MCU软核的FPGA片上系统设计

10-3 一种16位CPU的结构

10-4 一种16位CPU的指令系统

10-5 简单的CPU流水线设计

10-6 HLS简介

单元测试-第10章

参考资料

[1]   黄继业,潘松,EDA技术实用教程:Verilog HDL(第六版),北京:科学出版社,2018. “十一五”“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材

[2]   黄继业,郑兴,黄汐威,潘松,EDA Technology and Verilog HDL -- EDA技术与Verilog HDL(英文版),北京:清华大学出版社,2019.

[3]   黄继业, 潘松, 黄汐威, 陈龙,EDA技术与Verilog HDL(第6版),北京:清华大学出版社,20124

[4]   臧春华,蒋璇,数字系统设计与PLD应用(第三版),北京:电子工业出版社,2009.

[5]   潘松,潘明,黄继业,现代计算机组成原理,北京:科学出版社,2013.

[6]   []M. Morris Mano[]Michael D. Ciletti著,徐志军,尹廷辉,倪雪等译,Digital Design: With an Introduction to the Verilog HDL (Fifth Edition)——数字设计与Verilog实现(第五版),北京:电子工业出版社,2015.

[7]   [] MichaelD. Ciletti著,李广军,林水生,阎波等译,Advanced Digital Design with the Verilog HDL (Second Edition)——Verilog HDL高级数字设计(第二版),北京:电子工业出版社,2019.

[8]   王锁萍,电子设计自动化(EDA)教程,成都:电子科技大学出版社,2000.

[9]   云创工作室,Verilog HDL程序设计与实践,北京:人民邮电出版社,2009.

[10] 曾繁泰,侯亚宁,崔元明,可编程器件应用导论,北京:清华大学出版社,2001.

[11] 朱明程,XILINX数字系统现场集成技术,南京:东南大学出版社,2001.

[12] []Donald E. Thomas, Phillip R. Moorby, The Verilog Hardware Description Language, Springer, 2013.

[13] []Vaibbhav Taraate, Digital Logic Design Using Verilog - Coding and RTL Synthesis, Springer, 2016.

[14] []M. Morris Mano, Michael D. Ciletti, Digital Design: With an Introduction to the Verilog HDL, VHDL, and System Verilog, Pearson, 2018.

[15] []M. Rafiquzzaman, Steven A. McNinch, Digital Logic: With an Introduction to Verilog and FPGA-Based Design, John Wiley & Sons, 2019.

[16] 王金明,徐志军,苏勇,EDA技术与Verilog HDL设计,北京:电子工业出版社,2003.

[17] 乔庐峰,Verilog HDL数字系统设计与验证,北京:电子工业出版社,2009.

常见问题

Q:本课程的教材采用那本?

A:见参考资料中的第[1]、[2]项

Q:本课程中实验部分,是否必须在实验板上完成?测验与考试中有无硬件实验的内容?

A:EDA课程的学习最好是在实验板子上进行练习,在课程视频中有大量硬件实验的演示,但为了考虑到大部分选课者无实验板的情况,视频中也有大量仿真实验的内容,只要有软件就可以自行学习。在测验与考试中,硬件实验的内容占的比例较少(可忽略不计)。

Q : 讨论区的分数要如何取得?

A : 在“课堂交流区”由教师发起的主题讨论下参与回复,系统才会统计得分,。

Q: 个讨论区人发帖或者在其他同学的回复下进行评论能否得分?

A: 均不会计入讨论区得分

Q : 测验和作业过期补做,如何计分?

A : 可以补做,但不计入分数。