《
CPLD/FPGA应用
》课程标准
一、课程基本信息
课程名称：
《CPLD/FPGA应用》
03C0108
课程性质：
专业拓展课程
课程类别：
理实结合
学时学分：
64学时，4学分，（理论30学时，实践34学时）
适用专业：
应用电子技术专业
二、课程定位
本课程是应用电子技术专业必修的专业课程，是可编程逻辑器件设计和计算机应用技术的综合应用，是现代电子产品设计技术的主流发展方向。本课程的作用是采用理实一体化的教学方式，通过完成加法器、数据选择器、显示译码器、数字频率计、电子琴共5个项目的设计任务来介绍使用
QuartusI
I
软件
设计可编程逻辑器件方法和硬件描述语言编程方法，从而培养学生从事电子产品研发工作所必须具备的可编程逻辑器件设计的专业能力；能够针对学习和工作中出现的问题进行正确的分析处理的方法能力；利用专业书籍和工具书对工作中涉及的知识和技能进行自主学习和在工作中始终具有积极向上的工作和学习态度的社会能力。
先修课程
：《计算机应用基础》、《实用电工技术》、《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《电子产品生产与制作工艺》等。
后续课程：《智能电子产品设计与制作》、《毕业设计》等。
通过先修课程的学习使学生具备基本元器件及常用电路的识读能力，并为学生学习后续课程打下坚实的电子产品设计基础，以及对学生今后从事电子产品辅助设计工作提供设计平台。
三、课程目标
1
．总体目标
依据本专业的人才培养目标，确定了本课程的培养目标：通过本课程的学习学生能够使用
QuartusI
I
软件
设计可编程逻辑器件的方法和硬件描述语言编程方法，从而培养学生从事电子产品研发工作所必须具备的可编程逻辑器件设计的专业能力；能够针对学习和工作中出现的问题进行正确分析并解决问题的能力；使用专业书籍对工作中涉及的知识与技能进行自主学习的能力和在工作中始终具有积极向上的工作与学习态度的社会能力。
2
．具体目标
知识目标
：
（1）熟练掌握可编程逻辑器件的设计开发流程。
（2）了解可编程逻辑器件的结构及特点。
（3）熟练掌握硬件描述语言基本结构、要素和编程语句。
（4）熟练掌握使用VHDL硬件描述语言进行简单编程的方法。
（5）了解使用QuartusII软件完成简单的可编程逻辑器件设计输入、综合、编译、仿真及下载的操作方法。
能力目标：
（1）能够熟练使用QuartusII软件以文本输入方法（VHDL）和混合输入方法进行可编程逻辑器件设计的能力。
（2）能够熟练的根据错误信息来修改设计。
（3）能够熟练使用符号生成电路。
（4）能够熟练进行波形仿真和时序仿真。
（5）了解对逻辑功能进行下载操作。
（6）能够将理论知识和实践相结合的创新能力，以及实际动手操作的能力。
素质目标：
（1）能及时发现工作中出现的问题，并分析问题和提出解决方案；
（2）
通过实践训练，具有勇于创新、与时俱进的工作作风、良好的沟通能力和优秀的团队协作精神。
（3）具有良好的职业道德、科学严谨的工作态度。
（4）形成安全生产、爱护设备、保护环境与节能意识。
其他目标
通过课程学习可以有能力考取国家CEAE认证的电子EDA设计工程师的职业鉴定证书。
四、课程设计
1
．设计思路
通过对本专业电子产品辅助设计的工作岗位分析，确定了课程的设计思路为：本课程紧紧围绕电子产品辅助设计岗位所需职业技能要求，按照学生的认知规律和职业能力培养规律，选取加法器、数据选择器、显示译码器、数字频率计、电子琴共计64学时的5个具有代表性、实用性、综合性的项目任务作为教学载体来实现可编程逻辑器件设计能力的培养。通过完成从简单到复杂、从设计到验证的完整操作过程，让学生在实践操作中完成知识的学习、总结和提升，融枯燥的理论学习于趣味的实际操作过程中，综合训练学生的电子电路设计与分析的知识和技能，使教学过程和学习过程符合高职学生的认知规律和知识体系的构建过程，并逐步培养学生的职业工作能力和自主学习能力。
2.
课程内容与要求
本课程本着符合国家高职教育的“必须够用、注重实际动手能力培养为主”的要求、国家相关职业资格考试标准和本专业人才培养需求的原则来选取课程教学内容，并以可编程逻辑器件设计和验证的真实工作项目为载体进行教学内容的选取和序化，主要内容包括使用QuartusII进行可编程逻辑器件逻辑功能设计操作； 掌握VHDL语言编程方法；可编程逻辑器件功能仿真操作；可编程逻辑器件代码下载及验证操作。培养学生从事电子产品辅助设计的职业能力。
表1 教学内容描述
|
序号
|
教学内容
|
技能内容与
教学要求
|
知识内容与
教学要求
|
素质内容与
教学要求
|
学时
|
|
理论学时
|
实践学时
|
|
1
|
加法器设计
|
1．
可编程逻辑器件结
构及特点；可编程逻辑器件设计流程；
2．
QuartusII软件操
作方法；
3．
原理图设计输入方
法；自制元件符号操作；
4．波形输入方法；文件设计输入、编译、仿真的操作步骤
|
1．在QuartusII中使用原理图输入方法和波形输入方法进行可编程逻辑器件功能设计的能力；
2．生成符号电路能力；根据错误信息来修改设计的能力；
3．电路仿真能力。
|
培养专业资料搜集及应用能力、分析及解决实际问题能力、自学能力与自我发展能力、学生谦虚好学、勤于思考的良好品质
|
6
|
6
|
|
2
|
4选1数据选择器设计
|
1.
可编程逻辑器件设
计流程；QuartusII软件操作方法 ；
2.
VHDL硬件描述语言
基本结构和要素；使用VHDL硬件描述语言进行文本设计输入方法；
3.
混合设计输入r 方
法；文件设计输入、编译、仿真、下载和测试的操作步骤
|
1.
在QuartusII中使
用文本输入方法（VHDL语言）和混合输入方法进行可编程逻辑器件功能设计的能力；
2.
VHDL语言程序识
读能力；根据错误信息来修改设计的能力；
3.
生成符号电路的
能力；电路仿真、下载和测试的操作能力；正确使用EDA实验箱的操作能力。
|
培养学生分析并解决问题的能力、做事认真的良好作风、自我管理和自我约束能力
|
6
|
6
|
|
3
|
显示译码器设计
|
6
|
6
|
|
4
|
数字频率计设计
|
6
|
10
|
|
5
|
数字电子琴设计
|
1.掌握Quartus II的使用方法，能写VHDL程序、编译、下载;
2.进行波形仿真，观察仿真结果;
3.连接电路，观察实验现象与仿真结果比对。
|
1.掌握蜂鸣器的发声原理;
2.添加波形仿真文件，学习调试方法;
3.下载程序，连接电路，体验逻辑功能。
|
培养学生综合分析问题能力、自我学习能力、相互沟通能力、团队协作能力
|
6
|
6
|
五、课程实施建议
1.
课程组织形式
在教学主线和内容上实现工学结合：以电子系统设计工程过程为主线，以项目为载体，将课程的知识、技能、素质三者融入实训的内容，强调理论与实践相结合、操作与管理相结合的理论实践一体化，并融合仿真技术，实施教学做一体化。
先进行理念引导，再任务布置，然后进行方案设计，然后仿真设计与测试，最后实物验证。
尊重课程科学体系和逻辑发展规律，又兼顾高职学生认知规律，整个教学内容由简单到复杂，由基础到综合，由学习到应用进行组织。每个项目内部由易到难进行组织。
2. 教学方法
（1）仿真教学法：借用QUARTER II仿真平台对理论进行仿真讲解，接着学生在仿真平台上进行实践操作，边练边想边学。
（2）引导课文教学法：教师向学生描述任务要求，并提供引导性问题，学生以问题作为导线完成工作计划的制定并最终完成整个任务。
（3）任务驱动教学法：教师提出任务交解析，学生独立自主完成任务，老师为辅进行指导。
3. 实训条件
与本课程实践教学紧密配套的实验/实训室有
1
个
，相关实验室3个，
设备总价值达1
6
0余万。：
EDA实训室
——主要承担
“可编程逻辑器设计”课程的理实一体教学。
“
PROTEUS仿真
实训室”
、EDA实训室
——主要承担
电子、电路的仿真教学与实践
；
“
电子线路CAD与PCB设计制作实训室
”——主要承担
电子线路CAD的教学与实践、PCB设计与制作实训
；
“电子工艺实训室”
—— 主要承担
电路制作与调试的实践实训。
在实验实训室建设过程中坚持“教学、培训、职业技能鉴定和技术服务为一体”的原则，除为校内学生进行教学服务外，可为企业员工的培训、技能鉴定等服务，
为
企业
提供一定的
技术
研发
服务
。
4. 考核方式设计
突出过程与模块评价，结合课堂提问、项目实践、课后作业、模块考核等手段，加强实践性教学环节的考核，并注重平时积分。
强调课程结束后综合评价，于每次任务单项目完成后进行学生自评、小组互评和教师点评，充分发挥学生的主动性和创造力，注重考核学生所拥有的综合实践能力。
本课程考核采用过程考核与终结性考核相结合的方式，过程性考核与终结性考核的权重比为4：6。过程考核成绩主要包括出勤、听课状态、上机操作质量。
表2 过程考核内容
|
考核内容
|
出勤
|
听课状态
|
上机仿真实践
|
|
100%
|
10%
|
20%
|
70%
|
表3 终结性考核内容
|
总成绩
|
项目一
|
项目二
|
项目三
|
项目四
|
项目五
|
|
100%
|
15%
|
15%
|
20%
|
20%
|
30%
|
总成绩：
总成绩=过程考核×40%+终结性考核×60%。
5. 对教师的要求
要想培养出产教结合的高技能型应用人才，就必须有一支适应产业、企业发展要求的“双师型”骨干教师队伍来支撑。教师应不断强化在校内外的实践教学能力，并积极考取相关专业资格证书，进行科学研究开发，用科学技术知识为企业员工开展岗位技能培训，帮助企业解决技术难题，满足企业需要的同时，提升了自身的实践生产技能，实现“校企双赢”。同时，根据专业、课程与行业职业标准对接的需要，引进具有企业生产、服务、管理丰富经验的专业技术人才和能工巧匠，参与课程设置、专业建设指导，提高专业办学水平。
（1）专任教师
1）具备应用电子技术专业或相关专业的本科或本科以上的毕业水平，且有二年以上的教授电子电路自动化设计课程的教学经历。
2）具备专业的电子绘图与电路板制板知识，并能熟练操作
QuartusI
I软件。
3）具备丰富的电子电路设计经验。
4）掌握电子EDA设计方向的流程和方法。
5）掌握除了
QuartusI
I软件之外的一种EDA设计软件的使用方法。
（2）兼职教师
1）具备三年以上有关电子EDA设计方面的工作经验。
2）能够熟练解决EDA设计方面中出现的问题。
3）具备较丰富的电子EDA设计经验。
4）熟练使用
QuartusI
I软件设计能力。
六、教材、教学参考书及网站
1. 教材
《DA技术实用教程》潘松、黄继业编著，科学出版社。
2. 参考书
《可编程逻辑器件设计项目教程》高锐，机械工业出版社。
《VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计》侯伯亨、顾新编著，西安电子科技大学出版社
《CPLD技术及其应用》宋万杰编著，西安电子科技大学出版社
