南京航空航天大学FPGA教学及考核大纲

1.        课程简要信息

根据学校卓越工程师培养方案，实验中心面向卓越工程师班二年级学生开设专项训练课程，该课程是面向电类学生开设的专项训练。通过该课程，使学生掌握FPGA新器件的使用方法，通过FPGA使用，使数字电路、微机原理等理论课程更好的和应用相结合，通过工程案例训练，培养学生解决实际复杂工程问题能力及动手能力。

2.实验内容与任务

1）熟悉FPGA基本原理及Verilog硬件描述语言；

2）具备FPGA硬件电路基本设计能力；

3）通过综合训练案例，了解常用电路接口设计方法及设计故障排除方法。

4）通过工程案例，熟悉工程开发步骤，了解系统级电路设计方法。

简要描述训练的性质及培养目标（过程、能力培养目标等）

1        预备知识       

时间： 15小时

目的：

1)        了解FPGA基本原理。

2)        熟悉基本软件流程。

3)        熟悉Verilog或VHDL硬件描述语言。

4)        具备FPGA实现硬件电路基本能力。

训练内容:

1)        Xilinx Vivado工具使用流程和Basys3板卡使用

Xilinx FPGA基础知识简介

以计数器（或流水灯）实验为例，完成Vivado设计流程

Basys3板卡简介

Vivado设计在Basys3上的实现

2)        基于HDL的组合逻辑电路实现

逻辑门实验

比较器实验

多路选择器实验

3)        基于HDL的组合逻辑电路实现

七段译码器和数码管基础实验

数码管的动态扫描实

4)        基于HDL的时序逻辑电路实现

寄存器和移位寄存器实验

串行序列检测器实验

5)        基于HDL的时序逻辑电路实现

利用Xilinx IP核完成存储实验

以状态机的方式实现交通灯设计

6)        基于protel电路图的FPGA设计方法（选做）

基本设计流程

基本电路电路图实现实验及与VHDL语言设计对比

7)        基于matlab计算的FPGA设计方法（选择）

基本设计流程

信号处理实现实验及与仿真结果对比

2  综合训练

时间：15课时

训练目的：

1)        熟悉整个电路设计流程；

2)        对常用的接口完成设计，增强对电路基本原理的理解，及熟悉设计故障排除方法。

训练内容(选做任一项):

1)        键盘鼠标接口训练

PS/2接口

PS/2键盘

PS/2鼠标

2)        VGA接口训练

VGA显示器工作原理及时序

VGA控制器设计

3)        数字钟和频率计设计

数字钟设计

数字频率计

4)        UART接口

UART接口原理及时序

UART接口实现

3   工程训练

时间：  34小时

目的：

1)        能够综合应用知识完成一个系统级设计

2)        熟悉工程开发的基本步骤

3)        熟悉工程开发文档的编写

训练内容（任选一项）:

1)        基于FPGA的循迹小车设计

2)        基于FPGA四旋翼飞机设计

3)        基于FPGA语音防啸叫系统设计

4)        基于FPGA电路测试系统设计

5)        自拟题目（要求具有工作量，创新性等要求）

考核要求及项目特色

1．考核要求：

1）        项目考核总成绩包括平时成绩、综合训练成绩构成，其中平时成绩占比50%， 综合实训占比50%。

2）        平时成绩中出勤占30%，课堂练习成绩占70%。综合实训成绩包括作品完成度40%，报告占30%，答辩或小组讨论成绩占30%，

3）        实验报告，要求规范性与完整性，能够描述详细的设计过程，报告格式见相关附件。

4）        本训练内容要求安排答辩或小组讨论，通过答辩了解学生对知识掌握程度，对问题的表述能力等。

2.        项目特色：

本项目针对二级年学生，项目以当前工业界流行的FPGA硬件设计为主题，通过主题训练能够将学生数字电路设计和微机原理课程中传统器件设计过度到当前工业界主流的设计方式。将学生课堂学习内容过度到现在设计方法，为后续专业课学习，后续实践提供新的设计方法。本课程从基础逐步过度到复杂问题的解决，兼顾设计基础及复杂问题的解决。