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1、教材名目 录I实验大纲2II实验课程运行4II.1 运行图4II.2 课表9III实验管理9III.1 实验组织及指导方法9III.2 单个实验运行9III.3 报告要求10IV实 验 报 告 模 板11IV.1 实验设计方案11IV.2 功能验证11IV.3 硬件验证12IV.4 实验日志12V. 综合实验验收流程13VI. 综合实验选题报告模板13VII. 联系我们14I实验大纲课程名称：硬件技术基础实验1（数字电路与逻辑设计实验）(电子实验1)英文名称： Hardwaretechnology experiment课程编号：08528本大纲主笔人：方恺晴 张洪杰一、课程的总学时、学分及实验
2、所占的学时、学分总学时：32 总学分：1实验学时：32 实验学分：1二、实验适用专业：计算机科学、信息与安全、通信工程、智能、物联、保密、软件三、实验配套教材计算机硬件技术基础实验教程 方恺晴 张洪杰 刘三一编 清华大学出版社四、实验的性质、任务与目的硬件技术基础实验1是针对计算机科学技术、信息与安全及通信工程专业而开设的一门重要专业基础实践课，是计算机硬件技术的基础。该课程主要是数字电路与逻辑设计实验，采用新型EDA实验方法。设立该课程的主要目的是让学生通过实验环节掌握数字电路与逻辑设计相关知识；培养学生的实验能力、实际操作能力，综合分析问题和解决问题的能力；培养严谨、踏实、科学的工作作风，
3、为学生今后从事计算机硬件工作奠定实践基础；同时，在实践中进一步加强对理论知识的理解，使理论教学密切联系实际。实验教学任务：掌握数字系统逻辑设计的EDA分析方法与设计方法。通过数字系统的自行设计制作，拓展学生视野，掌握可编程逻辑器件开发，掌握现代EDA技术辅助设计数字逻辑电路及分析方法。五、实验的软硬件环境及基本理论1EDA技术的软件开发环境： QUARTUSQUARTUS是ALTERA公司面向可编程器件开发的完全集成化开发环境之一。它以其功能强大，操作方便直观，易于入门，易于掌握，以及提供各类性能卓越的CPLD、FPGA器件而被作为EDA实验教学的首选软件环境。2硬件实验开发平台（自制DDA-
4、、DDA-型实验箱、便携型DDA-I实验板）DDA系列实验箱是我院老师自己开发设计的数字系统实验平台。它以MAX+plus、QUARTUS为软件环境，主芯片分别采用FLEX10K20、CYCLONE EP1C6Q240C6。资源丰富，如电平指示灯LED数码管、电平开关、脉冲按键开关、频率可调的时钟信号、可扩充的I/O资源、JTAG标准的下载等。3. 基本理论数字电路分析及设计方法、 常用电子元器件的性能、常用电子仪器的使用方法；EDA技术进行电路设计的新方法；门电路、组合逻辑电路设计、时序逻辑电路设计、集成电路及数字系统设计等的原理，方法。六、实验方式与基本要求实行半开放式实验教学（除正常上课
5、时间外，实验室全开放）。学生根据自己的实际能力在完成必做的实验项目基础上，可选做其它选做实验项目。完成选做实验项目者可适当加分。分组形式课堂时间完成本次实验，按强弱搭配的原则每4人1小组，组长负责协助教师指导并督促组员按时按质按量完成实验任务。基本要求：独立完成实验预习；独立完成实验电路的设计和进行实验操作并撰写实验日志及实验报告；掌握数字系统实验平台的开发方法；掌握可编程器件的组合逻辑电路设计、时序逻辑电路设计以及数字系统验证调试方法。七、实验项目的设置与内容提要序号实验项目实验学时每组人数实验类型实验要求内 容 提 要主要仪器相关软件1软硬件平台的使用191综合必修了解FPGA工作原理、特
6、性及设计流程；熟悉并掌握开发工具quartus2及硬件平台的安装及使用；通过具体实例掌握数字系统的设计流程及各种设计方法（图形法、硬件语言描述法、层次设计法等），掌握图形法的注意事项及画图技巧等自制数字系统实验平台；软件QUARTUSII2测试121设计必修FPGA简单工程开发流程训练。软件：QUARTUSII3组合电路21综合必修通过组合电路设计的具体实例学习VHDL语言进行PLD设计的流程及VHDL语言的编写规范；掌握硬件电路设计的调试与验证方法；了解LPM的定制过程，学习基于LPM宏功能模块的工程设计。自制数字系统实验平台；软件：QUARTUSII4触发器21综合必修用定制及元件例化的方
7、法实现电路的顶层设计自制数字系统实验平台；软件：QUARTUSII5移位寄存器31综合必修掌握基本时序电路VHDL编写；熟悉波形仿真基本方法；熟悉相关LPM元件定制；掌握VHDL元件例化方法；了解混合模块的工程设计方法；自制数字系统实验平台；软件：QUARTUSII6测试221设计必修功能仿真规范步骤及经验训练。软件：QUARTUSII7计数器分频器41综合必修通过计数器分频器等实例学习VHDL语言中的类属说明语句generic的应用，掌握混合模式的工程设计法的应用，了解偶次分频器、奇次分频器等原理。自制数字系统实验平台；软件：QUARTUSII8序列检测器41综合必修设计一个序列检测器，掌握
8、基于状态机的VHDL代码编写；基于状态机的工程设计。自制数字系统实验平台；软件：QUARTUSII9综合实验测试341设计2选1自行选题，搜集资料，分析可行性，完成开题报告，并进行分模块设计与调试，掌握系统设计的方法及常用电路的应用。自制数字系统实验平台；软件：QUARTUSII八、考核方式与评分办法总成绩(100%)=平时成绩（40%）+文档（20%）+测试（40%）平时成绩：综合考核实验预习、实验操作、课堂表现、实验验收、文档报告的实验过程情况；II实验课程运行II.1 运行图2-3周软硬件平台使用1预习：【教】第1章绪论；EDA部分课程安排（大纲、实验组织方法、分模块要求、总要求测试等）
9、；【教】3.1 软硬件平台介绍 【重】3.1.2FPGA设计流程 3.1.5 DDA-I型实验平台 管脚分布 ； 3.2.3 概述 【重】数码管显示（结合 P94（6），P95 2）。 做实验：3.2.4（P104至P118-(7） 数码管扫描电路 一个简单完整工程开发及编译、仿真、 管脚定义及下载验证。【难】 工程文件夹、工程名与顶层实体名一致 P104 图3-2-2 原理图绘制之元件命名及连接 P107 （3） 仿真功能验证 （参数、信号名称位置、初始化、周期设置 可提前参考P149 仿真验证） 创建子模块的符号文件symbol file P117（2） 写报告：打印版，验收时交。（含 设
10、计流程及数据记录，详见 IV模板 ）思考题：3.2.5 P120 174周软硬件平台使用2做实验：3.2.4（P104至P118-(7） 数码管扫描电路 一个简单完整工程开发及编译、仿真、管脚定义及下载验证写报告：打印版，验收时交。（含 设计流程及数据记录，详见 模板 ）5周软硬件平台使用3验收：会下载验证，【重】记录din0输入0F时，7449译码符号显示情况；波形图与图3-2-38一致，【重】修改500ns以后的波形图，使din0、din1、din2其中一路输入数据7，观察输出波形，解释为什么会这样输出？ 收第1次实验报告6周测试1验收：会下载验证，【重】记录din0输入0F时，7449译
11、码符号显示情况；波形图与图3-2-38一致，【重】修改500ns以后的波形图，使din0、din1、din2其中一路输入数据7，观察输出波形，解释为什么会这样输出？ 收第1次实验报告 综合实验分组及选题情况表测试1：（P104至P118-(7） 数码管扫描电路中某个模块的简单完整工程开发及编译，当场完成功能仿真验证，并写好纸制测试报告。测试报告要求： 描绘出功能仿真结果。 仿真功能结果分析、结论。7周组合电路设计预习： 3.3.3概述，【重】层次化设计方法、结构式与RTL描述、分析调试工具RTL viewer。做实验：3.3.4 1.比较电路（P126130 VHDL与LPM元件定制，其它27
12、模块自习）【难】 电路内部 反馈 P127 图3-2-2 LPM开发流程 获取LPM器件帮助文件（菜单HELP-Megafunctions/LPM打开或者在MegaWizard Plug-In Manager向导的右上角单击Documentation按钮） 明确器件功能(器件能做什么？)、端口(input port，output port含义？哪些是required必须的？)、truth table真值表（器件怎么做相应功能？）。 定制参数，产生器件（图示预览？流水线设置？从名称上辨识同步与异步信号？产生哪些器件文件？） 器件功能验证（同VHDL语言验证）验收： bijiao波形图与教材中图3
13、-3-4 一致，结合RTL viewer调试：举例说明电路符号、简单电路分析ab大小关系输出情况。 记录lpm_comparte2中AeB、AgB、AgeB、AlB、AleB、AneB符号含义思考题： 3.3.6 P139 168周触发器预习：3.4.3概述 P140 触发器基本原理（概念？ 基本RS D JK T型FF的特征方程？） 消抖电路原理及实现P141【重】（原因？电平检测消抖法？仿真结果？） 元件例化【重】（应用范围？声明格式？端口关联方式？）做实验： 触发器的应用-消抖电路P141 用VHDL描述图3-4-5电路。 顶层exp_xiaodou2.vhd:结构式描述顶层，可参见P1
14、41 3.VHDL语言中的元件例化。 底层用LPM_FF定制，参见LPM_FF定制【难】P143-144（类型？同步及异步端口？）。验收： exp_xiaodou2.vhd波形图与教材中图3-4-6 一致。 记录顶层元件例化中端口关联语句。思考题：3.4.6 P146P147 1，68 9周移位寄存器预习：3.5.3概述 P147 移位寄存器基本原理（概念？应用？） Quartus仿真 【重】Quartus仿真是什么？基本原则？常规步骤？做实验：74194仿真验证 P149 【难】 理解74194功能，结合原始功能表与P148表3-5-1 （端口？功能表？） QuartusII仿真详细步骤见P149-152，参看录像 仿真验证方法（74194）.exe。 原则：完整简洁。 思路：三步走，先初始，后分段。 VWF波形激励输入文件 与 simulator report波形输出文件。（修改了VWF，但是simulator report始终无波形输出？） clock period与grid size。周期与网格宽度关系？响应时钟下降沿时网格与时间轴如何设置？ 信号整理。时钟信号位置？信号整合Group
