泰山学院EDA课程设计指导书

泰 山 学 院

EDA技术课程设计指导书

学 院 物理与电子工程学院

专 业 电子信息科学与技术 通信工程

2012年8月10日

课程名称：EDA（电子设计自动化）课程设计 课程编号：s0800009 主 笔 人：王春玲 主 审 人：胡承忠

一、课程设计的目的

1、通过对基于FPGA（现场可编程门阵列）芯片的数字系统课题的EDA设计实践，使学生掌握利用现代复杂PLD（可编程逻辑器件）设计数字系统的设计过程、设计方法，培养学生综合运用已学EDA技术及其他相关知识解决实际工程技术问题的能力，使学生积累实际EDA开发经验。

2、培养学生查阅图书资料和各种工具书的能力；能根据应用需求及性能指标需要进行电子系统逻辑设计，并制定有关技术文件；初步具备选择、规划系统设计方案的能力、撰写技术报告和编制技术资料的能力；受到一次全面的EDA设计技术方面的基本训练。

3、通过小组合作培养学生的团队精神和合作意识。 二、课程设计的要求 （一）课程设计的总体要求

1、深化已学的知识，完成从理论到实践的转化

通过课程设计的实践，进一步加深对EDA方法和技术的了解，将EDA技

术的理论知识运用于课题开发的实践，并在实践中熟练掌握软件工具的使用。

2、提高分析和解决实际问题的能力

课程设计不仅是一次EDA工程实践的模拟训练，同时通过设计实践，积累

经验，提高分析和解决问题的能力。要针对选题完成从系统功能分析、模块划分、模块与顶层电路设计、仿真、编程下载、硬件验证的全过程。

3、培养“开拓创新”能力

提倡和鼓励在课程设计中开拓思路，自主选题（需经过指导教师认可），激

发学生实践的积极性与创造性。 （二）课程设计命题原则

1、课程设计的命题应尽量结合教学、科研和工程应用的实际课题，反映实

际应用，贴近学生生活及实际应用，以获得更好的工程设计实践的训练效果。

2、课程设计受到时间及开发环境、条件等的限制，命题应从实际出发，课题的规模大小、难易要适度。

3、课题应具有一定复杂度，工作量适中，通过激发学生参加设计实践的积极性与创造性，经过努力能够完成，达到综合应用所学知识的目的。 （三）设计过程的要求

1. 遵守指导老师和实验室的纪律要求与时间安排； 2. 认真查阅资料、勤奋自学、投入最大精力完成；

3. 以EDA技术的基本理论为指导，将设计内容分为基本功能电路和较复杂的电子系统两个层次，要求利用EDA方法完成特定功能的电子电路的设计、仿真、软硬件调试；电路设计方案。要求在课程设计报告中有分析、有选择。报告内容包括但不限于设计功能、输入输出接口、系统模块图、信号时序关系、各模块状态机/流程图/原理图/波形图、仿真方案等，以此文档作为设计验收依据，占25%分重；

4.设计输入和仿真环节要给出完整的原理图和程序清单，仿真结果要有分析和资源报告，占15%分重；

5.设计实现环节要有时序约束和管脚锁定约束文件；要有板级实现。占10%分重； 6. 课程设计上机与答辩环节（50%分重（15+35））

（1）熟练运用EDA开发软件Quartus II，进行设计并仿真电路和下载到FPGA

中进行调试；

（2）学会用EDA技术实现数字电子系统的方法； （3）按时间安排及时上机。 四、设计步骤

（一）选题准备阶段：本学期中段（10~13周左右） Step 1、课题介绍，答疑，收集材料，酝酿选题；

step 2、方案论证；要求首次上机调试前应撰写课程设计方案论证。方案论证应

包括系统的硬件结构框图，以及相关的说明文字。首次上机时需提交方案论证，并作为选题依据和成绩评定的一个方面。

step 3、初步设计原理图或VHDL程序。

（二）上机设计与调试阶段：本学期第15周~16周上半周

step 4、利用实验设备进行设计输入、运行并调试程序，引脚锁定、硬件联接，验证预期功能的实现。调试需要结合EDA实验箱硬件进行。 （三）撰写设计报告和答辩阶段：本学期第16周下半周 step 5、调试运行完成后，向老师申请并等待老师的成绩评定。

Step6、课程设计报告要求用Word撰写，主要内容包括系统总体设计，系统硬件电路设计，系统程序设计（主要为程序框图，论述程序编写的思路，编写的具体程序），课程设计结论（技术方面的），课程设计总结（设计过程中的心得体会、设计结果的自我评价、小组评价（说明小组中各成员的工作态度、工作内容与强度大小、合作情况等）；存在的不足之处，需要在哪些方面加以完善），参考文献等。报告字数要求4000字左右。 step 7、课程设计答辩

最后一次上机时根据同学们的进展情况安排时间进行课程设计答辩，答辩以小组为单位，答辩时间为10分钟，答辩内容主要是设计相关的内容，答辩结果以笔答小卷方式提交。 Step8、课程设计报告提交

课程设计报告要求在16周末前由学习委员收齐打包以邮件附件形式发送给指导教师，文件名统一为：学号+姓名+课程设计名。逾期不交者按未上交课程设计报告处理。

五、课程设计题目 （一）选题的要求

1. 基础题目一人一题，不可重复；

2. 提高题目2-3人一题，自由组队，确定题目后同时明确分工，并由指导老师确认；

3. 可以自行选题，须指导老师确认。 （二）课程设计题目 第一类：基本设计类 (一)组合逻辑电路设计

1、7人表决电路的设计（P124 习题5－8） 2、BCD显示译码器设计

设计一个4位BCD码到7段共阴极数码显示器的译码器电路，要求用VHDL设计。完成仿真和硬件下载，说明外围硬件电路的连接及运行结果。 3、8-3线编码器设计

要求设计两个编码器，一个普通8-3线编码器，一个具有低位低电平优先的8-3线编码器。要求用VHDL设计，画出真值表，完成仿真和硬件下载，并比较其功能的不同，并说明程序设计的要点。

4、8位/16位多路选择器的设计

设计一个8位或16位选择开关，可用层次化和元件例化方法完成设计，底层设计可以选用VHDL或原理图描述，顶层设计用元件例化方法；也可采用VHDL行为描述方法实现。给出设计原理、程序和仿真、测试结果。 5、四位/八位全加器设计（可自己设计功能） 6、四位/八位全减器设计（可自己设计功能）

7、带有复位功能的8位比较器（电梯超载控制器）设计

要求两路输入为8位二进制数M和N，输出选用红绿两个LED灯，当M>N时红灯亮，M

8、总线的EDA设计方法分析（单向/双向；位宽.固定/可变；VHDL设计/LPM设计）

（二）时序电路设计

1、具有异步复位和同步使能的四位二进制可逆计数器设计（实验与设计5-3或其扩展） 2、多功能移位寄存器的设计

要求用VHDL语言设计一个具有异步清零和同步串行/并行装载及并行输出功能的8位可左/右移位寄存器的设计 3、分频电路设计之一

用VHDL语言设计实现一个同时实现2分频、4分频、8分频和16分频的分频电路，占空比为50%。要求说明设计原理，给出程序和仿真测试结果。 4、分频电路设计之二

用VHDL语言设计实现一个占空比为25%的2分频电路。 5、分频电路设计之三

用lpm_counter进行分频器设计，分频比可自定。 6、异步复位加减可逆60进制计数器的设计 7、奇或偶校验电路设计

了解、分析奇校验或偶校验原理，用VHDL设计相应校验电路。 （三）原理图法和宏模块法设计简单功能电路：

P123~124习题5-6~5-15（选做其中至少一个。要求说明选用的宏模块的功能及特点，实现电路设计和时序仿真以验证设计的正确性） （四）实验指导书中的综合类实验题目

二、实用电路设计

1、用状态机实现对ADC0809的采样控制（P219 实验设计8－1）

2、基于LPM_ROM的4位乘法器设计（第2版教材P168 实验设计6－3） 3、基于LPM_ROM的正弦信号发生器设计（P162§7.2） 4、频率计设计一（P126 实验设计5－5） 5、频率计设计二（P190 实验设计7－1）

6、频率计设计三——等精度频率计设计（P315实验与设计10-2）

7、乐器硬件演奏电路（简易电子琴和八音盒）的设计（P263 实验设计9－1）：能够实现手动演奏（通过键盘）和自动演奏存入的乐曲。（

8、乒乓球游戏电路设计（第2版教材P255 实验设计8－3）

9、设计一个三层楼梯照明灯的控制电路。当有人经过楼梯时，声控器收到信号并立即向照明灯发送开灯信号，照明灯亮；当楼梯一段时间没人时，开灯信号无效，照明灯灭。（用有限状态机）

10、设计一个简单的三色彩灯控制电路。三色灯均循环发光。红灯持续发光3个时钟，绿灯持续发光2个时钟，黄灯持续发光1个时钟。

11、移位相加8位硬件乘法器的电路设计（P310 实验设计10－1） 12、8位数码扫描显示电路的设计（P144 实验设计5－3） 13、QuartusII软件中的元件例化语句及其应用 14、QuartusII软件中的LPM及其应用 15、VHDL中的变量、信号与常量

16、3／8译码器的多种EDA方法设计（至少三种VHDL描述，分别体现不同描述语句的特殊功能，译码器的功能可以相同也可以有异）。 17、组合电路与时序电路的VHDL基本设计方法分析 18、偶数/奇数次分频器的VHDL设计 19、占空比可调的分频器设计

20、JK触发器的设计（设计内容可以有几个层次。第一层次是基本JK触发器的设计：触发方式选择上升沿出发，根据其状态表用VHDL语言进行描述并完成编译、时序仿真和硬件下载、测试；第二层次是具有异步复位和同步置位功能的边沿触发型JK触发器的设计；正确理解和实现异步复位和同步置位功能，并对时序仿真结果进行正确分析；第三层次是具有异步复位或置位、同步使能（使能端有效触发器才开始工作，使能端无效触发器保持原状态）的JK触发器设计。M2库中可以找到的JKFFE可以实现该功能。所以，你可以自行设计，也可以通过元件例化实现。在设计报告中要说明完成的内容、层次，使用的方法，设计过程、结果及对结果的分析。 21、交通灯控制器的设计

交通灯控制器就是对十字路口的红黄绿三色灯进行控制。设计目的可以有所不同。 1、 十字路口交通灯基本控制器：东西和南北两方向交通流量基本相同，红绿灯亮的时间相

同，中间黄灯作为过渡。要求确定出东西、南北两方向的交通灯循环顺序，完成VHDL程序设计及编译、仿真、利用实验箱资源完成硬件模拟。

2、 人行道与车行道路口交通灯控制器：两个方向的车（人）流量不同。一般情况下车行道

为绿灯，人行道为红灯；人行道上有人过马路时，有一个控制开关控制转为车行道为绿灯，人行道为红灯，并持续设定时间，再转为一般状态。要求确定出加上控制输入后车行道、人行道两方向的交通灯循环顺序，完成VHDL程序设计及编译、仿真、利用实验箱资源完成硬件模拟。

3、 在基本设计基础上附加辅助控制（体现创新），可以自行设计，如增加绿灯、红灯亮的

LED显示（可以是数值，也可以说高度可伸缩的光柱）、增加红黄绿色灯的闪烁（最后5秒）等。要求描述、设计清晰、合理、完整。 22、彩灯控制器的设计

要求：（1）要有多种花型变化（至少四种）；（2）多种花型之间的变化可以自动进行，循环往复；（3）彩灯变换的节拍（频率）人为设定、选择；（4）有复位功能。 23、用VHDL实现的电子抢答器

要求：（1）要有至少四个队参加比赛；（2）主持人发出抢答指令后，某队抢答对应该队的指示灯亮，同时其他队的抢答按钮失效；（3）有答题时间定时功能。初始状态由主持人设定答题时间初值。当主持人确认某队抢答有效后，按下倒计数计时按钮，抢答者开始回答问题。若计数到零之前回答完毕，主持人可以复位计数器。若计数到零之前回答未完，计数器回零后，启动扬声器报警，抢答无效。（4）具有计积分功能。每组抢答得分由支持人加分或减分。

24、汽车尾灯控制器的设计

假设汽车尾部左右两侧各有3盏指示灯，其控制功能要求： （1）汽车正常行驶时指示灯都不亮； （2）汽车右转弯时，右侧的一盏指示灯亮； （3）汽车左转弯时，左侧的一盏指示灯亮； （4）汽车刹车时，左右侧各有两盏灯同时亮；

（5）汽车夜间行驶时，左右侧各有三盏灯同时亮，供照明使用。 25、数字时钟设计 系统设计要求：

（1） 具有时、分、秒计数和显示功能，以24小时循环计时； （2） 具有清零功能；

（3） 具有整点报时功能，整点报时的同时LED灯花样显示。 26、自动售货机控制系统的设计

要求：（1）能够完成四种商品的出售、硬币处理、余额计算；（2）四种商品的数量和单价在初始化时设定并存于存储器中；（3）采用模拟开关模拟5角和1元硬币，并通过按键选择商品；（4）系统能够根据用户投入的硬币类别判断钱数是否足够。若不足则给出提示，并可以通过一个复位键退回所投硬币，并回到原始状态；若所投硬币达到或超过所选面值，则根据用户要求自动售货，并找回剩余硬币，然后回到初始状态。

27、循环冗余校验码（CRC）模块的设计与应用（参看P273 实验设计9－3） 28、用FSM设计一个串行8421BCD码的误码检测器。

当8421BCD码以高位在前，低位在后次序串行输入时，电路每接收一组代码（4位二进制码）则在收到第四位代码时执行判断，如为8421码（0000~1001）则输出标志“0”，否则（1010~1111）则输出标志“1”。 29、简易洗衣机控制系统设计

要求用有限状态机完成加水-洗涤-漂洗-甩干的过程控制，并可以实现多种控制（如低中高水位设置、强中弱洗控制、甩干时间设置、各种报警设置等） 30、全自动电饭煲设计

要求用有限状态机完成加水-洗涤-漂洗-甩干的过程控制，并可以实现多种控制（如低中高水位设置、强中弱洗控制、甩干时间设置、各种报警设置等） 31、舞台灯光变幻系统设计

32、微波炉的设计 三、其他自选题目

六、考核标准

1、分为优秀、良好、中等、及格、不及格五等。根据完成设计程序、硬件测试、答辩、出勤情况、报告等由指导老师集体研究、综合评定。

课程设计考核优秀必须满足的条件：课设报告内容完整，考虑周全，设计合理，态度认真;

2、若课设结果中有严重缺陷，课设成绩不能评优秀和良好；

3、未完成相关文档的编制或系统不能演示者，系统抄袭者，课设成绩为不及格。 七、注意事项

1、除查阅资料和调研外，学生一般都必须在指定场所进行设计，外出需向指导老师或设计组长请假。

2、 无故不参加设计者，以旷课论处。严重者取消设计资格。

3、 所有设计者必须独立思考，独立完成设计，不得抄袭。抄袭者一经发现，取

消设计成绩。

4、 按时完成设计任务，设计的最后一天交清设计文件资料。 八、课程设计时间地点： 1. 时间暂定15周、16周两周； 2. 地点：实验楼5019 EDA实验室。 上机安排 第1周： 第2周： 九、参考文献

[1] 潘松、黄继业.EDA技术与VHDL[M]，北京：清华大学出版社，2005. [2] 潘松.EDA技术实用教程[M]，北京：科学出版社，2002.

[3] 谭京生.EDA技术及应用[M]，西安：西安电子科技大学出版社，2001. [4] 徐志军.CPLD/FPGA的开发与应用[M]，北京：电子工业出版社，2001.

[5] 任爱锋.基于FPGA的嵌入式系统设计[M]，西安：西安电子科技大学出版社，2004. [6] 朱正伟.EDA技术与应用[M]，北京：清华大学出版社，2005.

[7] 王金明.数字系统设计与Verilog HDL[M]，北京：电子工业出版社，2000.

[8] 潘松.VHDL实用教程[M]，成都：电子科技大学出版社，2001.

[9] 周祖成.电子设计硬件描述语言VHDL [M]，北京：北京学苑出版社，2000.

[10] 侯伯亭.VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计[M]，西安：西安电子科技大学出版社 [11] 薛宏熙.用VHDL设计电子线路[M]，北京：清华大学出版社，2000.

十、课程设计报告要求：

1、设计报告4000字左右；格式包括题目（3号宋体加黑）、摘要（5号宋体）、

等；正文（4号宋体加黑）。

2、图和表要有编号，图（表）名，并居中，与正文嵌入式排列。 3、有3篇以上参考文献；

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