1．课堂授课内容与要求（10学时）
（1）课程介绍：了解课程的性质、教学目的、实验内容及实验形式；理解课程项目设计相关软硬件平台需求，实验考核要求及论文报告撰写要求。
（2）软硬件开发平台介绍：理解硬件开发平台的设计原理与组成部件，其硬件设计具有一定的典型性。
（3）实验内容介绍：理解每个实验项目的功能指标要求、项目工作原理、项目系统组成及参考设计方案。
（4）通过项目设计案例演示，掌握集成开发环境的应用，熟练操作项目工程、项目文件的程序编辑、编译、仿真、下载、调试、硬件测试；理解系统分模块设计的原理、过程、方法。
（5）项目设计相关知识介绍：掌握编程语言的基本要素、语言的基本语句，程序设计的关键技术等。
2．自主实验内容与要求（30学时）
本课程主要分基于单片机应用类的综合性实验项目及基于FPGA应用类的综合性实验项目，共6个题目，每个实验项目的内容及要求参见各实验要求的详细说明。
3. 熟悉与掌握：VHDL语言、单片机C语言（C51）的应用；掌握ISE集成开发软件、Keil uVision集成开发软件，MODELSIM仿真软件的应用技能。
1. 基于FPGA应用类的综合性实验项目
实验项目1 ： 数字频率计综合设计（40学时）
实验内容：
采用FPGA设计技术，完成数字频率计的方案设计、系统总体设计、系统仿真测试、系统硬件实现与硬件测试等实验任务，完成项目设计过程中的故障处理，撰写项目系统的论文设计报告。
数字频率计的功能及指标要求：
（1） 被测输入信号：方波。
（2） 测试频率范围为：10Hz～1MHz。扩展1MHz～100MHz。
（3） 量程分为三档：
① 第一档：最小量程档，闸门时间为1S时，最大读数为999.999KHz。
② 第二档：闸门时间为0.1S时，最大读数为9999.99KHz。
③ 第三档：闸门时间为0.01S时，最大读数为99999.9KHz。
（4） 显示工作方式：
① 用六位数码管显示读数
② 采用记忆显示方法，即在一次测试结束时，显示测试结果，此显示值一直保留到下次测量显示数到来，才进行更新。
③ 实现对高位无意义零的消隐。
（5） 误差：≤1%
实验要求：
（1） 了解FPGA设计流程，掌握HDL语言基本应用，掌握数字系统基于FPGA的设计思想与设计方法。
（2） 理解数字频率计的工作原理、基于FPGA 设计的系统组成原理。
（3） 掌握ISE软件、MODELSIM软件的熟练使用。
（4） 掌握数字频率计基于HDL语言的模块及系统设计方法，模块及系统的仿真测试方法
（5） 掌握数字频率计基于FPGA的硬件实现方法、故障处理方法及硬件测试方法。
（6） 掌握项目论文报告的撰写格式、方法与技巧。
实验项目2： 智力抢答器综合设计（40学时）
实验内容：
采用FPGA设计技术，完成智力抢答器的方案设计、系统总体设计、系统仿真测试、系统硬件实现与硬件测试等实验任务，完成项目设计过程中的故障处理，撰写项目系统的论文设计报告。
抢答器功能及指标要求：
（1） 编号为1-6的选手在规定的时间（如10秒）内按键抢答；
（2） 抢中选手的号码用数码管锁定显示；
（3） 选手抢中后启动答题计时器，答题时间：两位数学号+30，单位为秒
（4） 主持人控制系统的清零和开始；
（5） 系统具有报警提示功能，分别提示抢答开始，有人抢答，定时时间到；
（6） 报警声音延迟时间：两位数学号+500，单位毫秒。
（7） 系统所有按键具有消抖功能。
实验要求：
（1） 了解FPGA设计流程，掌握HDL语言基本应用，掌握数字系统基于FPGA的设计思想与设计方法。
（2） 理解智力抢答器的工作原理、基于FPGA 设计的系统组成原理。
（3） 掌握ISE软件、MODELSIM软件的熟练使用。
（4） 掌握智力抢答器基于HDL语言的系统与模块的功能设计，及功能仿真。
（5） 掌握智力抢答器基于FPGA的硬件实现与硬件测试，及设计过程的故障处理。
（6） 掌握项目论文报告的撰写格式、方法与技巧。
实验项目3： 数字跑表综合设计（20--40学时）
实验内容：
采用FPGA设计技术，完成数字跑表的方案设计、系统总体设计、系统仿真测试、系统硬件实现与硬件测试等实验任务，完成项目设计过程中的故障处理，撰写项目系统的论文设计报告。
数字跑表功能及指标要求：
基本要求：（20学时）
（1） 跑表精度为0.01秒
（2） 跑表计时范围为1小时
（3） 设置开始计时/停止计时、复位两个按钮
（4） 显示方式：用用六位LED数码管显示计时读数。
扩展要求：（20学时）
（1） 模拟真实跑表的计时功能，用1个按键记录多个选手的到达时间。
（2） 裁判启动开始按键后，计时器实时显示比赛时间；当最后一个选手到达后，裁判按停止计时键，同时启动选手时间记录按键，读取每个选手的到达时间。
（3） 开始/停止按键、系统复位按键、选手时间记录按键，均具有消抖功能。
实验要求：
（1） 了解FPGA设计流程，掌握HDL语言基本应用，掌握数字系统基于FPGA的设计思想与设计方法。
（2） 理解智力抢答器的工作原理、基于FPGA 设计的系统组成原理。
（3） 掌握ISE软件、MODELSIM软件的熟练使用。
（4） 掌握智力抢答器基于HDL语言的系统与模块的功能设计，系统与模块的功能仿真。
（5） 掌握智力抢答器基于FPGA的硬件实现与硬件测试，及设计过程的故障处理。
（6） 掌握项目论文报告的撰写格式、方法与技巧。
实验项目4： 交通灯控制器综合设计（30--40学时）
实验内容：
采用FPGA设计技术，完成交通灯控制器的方案设计、系统总体设计、系统仿真测试、系统硬件实现与硬件测试等实验任务，完成项目设计过程中的故障处理，撰写项目系统的论文设计报告。
交通灯控制器功能及指标要求：
基本要求：（30学时）
（1） 设计十字路口交通灯，有东西和南北两条主干道，组成十字路口。两条干道的车辆交替通行。在干道入口有红（R）、绿（G）、黄（Y）三种颜色的指示灯表示道路的通行状态。有时间显示装置记录每个方向通行状态的工作时间，其中红灯表示停止通行，绿灯表示准许通行，黄灯表示等待通行；
（2） 用发光二极管模拟红灯、绿灯、黄灯的指示状态；
（3） 绿灯通行时间、红灯停止时间、黄灯等待时间用数码管显示；
（4） 每个干道的红灯持续时间30秒，绿灯持续时间25秒，黄灯持续时间5秒。
（5） 交通灯由绿灯→变红灯有5秒黄灯闪亮时间。由红灯变绿灯没有时间间隔。
（6） 系统具有复位功能和特殊应急状态功能；进入特殊状态时，所有路口均显示为红灯，计时器停止计时；一旦应急状态取消，指示灯和计时器继续进行前面的工作。
扩展要求：（10学时）
（1） 两个干道的红灯、绿灯点亮时间不等。时间由外部按键设置输入或者由外部车辆流量传感器的控制信号设定输入。
（2） 时间设置按键具有消抖功能。
实验要求：
（1） 了解FPGA设计流程，掌握HDL语言基本应用，掌握数字系统基于FPGA的设计思想与设计方法。
（2） 理解交通灯控制器的工作原理、基于FPGA 设计的系统组成原理。
（3） 掌握ISE软件、MODELSIM软件的熟练使用。
（4） 掌握交通灯控制器基于HDL语言的系统与模块的功能设计，系统与模块的功能仿真。
（5） 掌握交通灯控制器基于FPGA的硬件实现与硬件测试，及设计过程的故障处理。
（6） 掌握项目论文报告的撰写格式、方法与技巧。
实验项目5： 加速度传感器的简易计步器综合设计（40学时）
实验内容：
采用传感器技术，模拟电路、数字电路相关知识及EDA技术，综合完成加速度传感器的简易计步器的功能设计。
（1） 完成加速度传感器的简易计步器的系统方案设计；
（2） 加速度传感器模拟电路的原理图设计、印制板图设计，完成加速度传感器电路的印制板加工、装配与调试。
（3） 完成简易计步器电路的HDL程序设计、仿真测试、及FPGA的硬件实现与测试。
（4） 完成加速度传感器电路与简易计步器电路的联合调试及故障处理。
（5） 撰写项目系统的论文设计报告。
加速度传感器的简易计步器的功能及指标：
（1） 运用加速度传感器、放大电路以及基于555定时器的脉冲整形电路的相关原理，设计一个能够检测步频加速度信号，并将步频加速度信号放大整形后，转换成步频脉冲的脉冲产生电路。
（2） 在步频脉冲产生电路基础之上，设计基于FPGA的数字电路系统，完成对步频脉冲信号的计数及扫描显示功能。
（3） 步频计数范围0—99循环计数，用两个数码管扫描显示。
（4） 输出步频脉冲幅度：3V±0.5V。
实验要求：
（1） 掌握信号的获取、放大整形及用FPGA控制处理的综合应用设计方法；
（2） 理解加速度传感器的工作原理；
（3） 掌握加速度传感器放大整形电路的原理图设计、印制板图设计及装配与调试；
（4） 掌握计步器计数显示电路的FPGA设计及HDL语言的描述方法。
（5） 掌握模拟、数字及FPGA系统联合调试的方法。
2. 基于单片机应用类综合性实验项目（40学时）
实验项目6：基于单片机的综合应用（40学时）
基本要求：
（1）程序运行后，在8位数码管的高2位显示自己的学号；低4位显示“秒表计时器”（定时中断实现），显示从“00.00”开始，即00秒00（1/100秒，即10ms）。要求：用定时中断实现。
（2）当“秒表计时器”显示到“10.00”（即10秒）时，启动TLC549 A/D转换器进行电压测量（输入电压来自电位器，调节范围0~2.49V，单位：V），并将电压值显示在8位数码管的低3位。高2位仍显示学号。
（3）根据显示的电压值来调节一个发光二极管指示灯的亮度（如LED1），即电压为零时，完全不亮，电压为最大2.49V时，全亮。
要求能够线性调节，即A/D转换器TLC549为8bit，理论上可对应256级亮度。提示：用PWM控制，PWM波频率适当即可，建议取2.56ms或25.6ms的周期，亮度等级为25级。
（4）调节电位器，若电压超过2.00V，则声光报警，即用另一个发光二极管指示灯（如LED2）闪烁（亮0.5s、灭0.5s）；蜂鸣器响（用500Hz方波驱动）；若输入电压低于2.00V后，则撤销声光报警。
（5）设置一个按键，当按下该按键时，蜂鸣器响0.1秒（按键提示音），同时启动LM75A数字温度传感器完成温度的测量，并将温度值（2位整数1位小数）显示在低3位数码管上。高2位仍显示学号。
（6）再次按下该键时，蜂鸣器响0.1秒，同时再回到电压测量状态。
扩展要求（以下（7）、（8）两条）：
（7）对电压测量值进行简单的数据处理，如去除尖峰干扰的平均滤波：每12个测量值数据为一组，去掉最大值和最小值后的10个测量值进行算术平均后，作为显示值。为不影响测量结果的实时性，还可进行滚动滤波。
（8）通过LM75A采集的温度和按键设定温度差值的绝对值驱动直流电机，差值绝对值越大，转速越快。同时通过对直流电机的测速，进一步有效控制直流电机。
（9）由于数码管显示能力有限，将上述全部信息在实验平台的中文LCD上显示。
设计报告要求：
按科技论文规范写作。
平时成绩（实验记录10%+成果验收30%+论文报告10%）：50%
课程考试：50%
方式：上机实践考试
时长：60～90分钟：
内容：包括项目工程、项目源程序设计、编译及仿真、项目的硬件实现与测试、程序调试等。
（一）教材：
【1】陈学英 李颖 编著，《FPGA 应用实验教程》，国防工业出版社， 2013年5月。
【2】唐续 刘羲 编著，《现代电子技术综合实验教程》，电子工业出版社，2013年3月。
（二）参考资料：
【1】王金明 周顺 编著，《数字系统设计与VHDL》,电子工业出版社，2010年。
【2】田耘 徐文波 编著，《Xilinx FPGA 开发实用教程》, 清华大学出版社，2012年。
【3】孙航、胡灵博等编，《XILINX可编程逻辑器件应用与系统设计》，电子工业出版社,2008
【4】张毅刚 彭喜元 编著，《单片机原理与应用设计》,电子工业出版社,2008年。
【5】周立功等编，《Quick51实验教程》，广州致远电子有限公司，2013年。
【6】徐爱钧等，《KeilCx51 V7.0 单片机高级语言编程与uVision2应用实践》，电子工业出版，2008年。
【7】“电子技术综合实验——单片机应用实验指导书”，电子科技大学电子实验中心，2008年。