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基于fpga数字跑表的课程设计

一、课程目标

知识目标：

1.理解FPGA的基本原理和数字跑表的功能组成；

2.掌握使用硬件描述语言（如VHDL/Verilog）设计数字跑表的技能；

3.学会运用FPGA芯片实现数字跑表的基本功能，如计时、计圈和数据显示；

4.了解数字跑表中涉及的时间处理和数字显示技术。

技能目标：

1.能够运用所学知识独立设计基于FPGA的数字跑表电路；

2.熟练使用硬件描述语言进行代码编写、调试和优化；

3.培养学生动手实践和问题解决能力，能够处理FPGA设计中遇到的问题；

4.提高学生的团队协作和沟通能力，能就设计方案进行有效讨论。

情感态度价值观目标：

1.培养学生对电子设计领域的兴趣，激发其创新意识和探索精神；

2.增强学生面对困难时的自信心，培养其克服困难的决心和毅力；

3.强化学生遵守工程伦理观念，关注工程对社会和环境的影响，培养责任意识；

4.通过团队协作，培养学生的集体荣誉感和合作精神。

课程性质：本课程为电子技术实践课程，以项目为导向，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力。

学生特点：学生具备一定的电子技术基础和编程能力，对FPGA技术有一定了解，具有较强的动手实践欲望。

教学要求：教师需引导学生运用所学知识，以实际问题为导向，进行项目实践。注重培养学生的创新能力和团队合作精神，提高其综合素养。通过课程目标的实现，使学生在知识、技能和情感态度价值观方面均得到提升。

二、教学内容

1.数字跑表原理介绍：包括计时原理、计圈原理和数据显示原理，结合课本相关章节，使学生理解数字跑表的基本工作流程。

2.FPGA基本知识回顾：复习FPGA的内部结构、工作原理以及编程模型，为后续设计打下基础。

3.硬件描述语言学习：以VHDL/Verilog为例，学习基本的硬件描述语言语法，掌握数字电路的建模和仿真方法。

-VHDL/Verilog基本语法

-电路建模与仿真

4.数字跑表电路设计：

-设计计时模块，实现秒计时功能

-设计计圈模块，实现圈数统计

-设计数据显示模块，将计时和计圈结果实时显示

5.FPGA编程与实现：

-编写各模块的硬件描述语言代码

-进行代码编译、综合和布局布线

-下载代码至FPGA芯片，实现数字跑表功能

6.实践操作与调试：

-进行数字跑表的搭建和调试

-分析并解决实践中遇到的问题

7.项目总结与展示：

-撰写项目报告，总结设计过程和经验教训

-进行项目展示，提高学生的表达和沟通能力

教学内容安排和进度：

1-2课时：数字跑表原理介绍和FPGA基本知识回顾

3-4课时：硬件描述语言学习

5-8课时：数字跑表电路设计

9-10课时：FPGA编程与实现

11-12课时：实践操作与调试

13课时：项目总结与展示

教学内容与课本关联紧密，注重理论与实践相结合，培养学生实际操作能力和创新精神。

三、教学方法

本课程采用多元化的教学方法，结合课本内容，充分调动学生的学习兴趣和主动性，提高教学效果。

1.讲授法：教师通过讲解数字跑表的基本原理、FPGA知识以及硬件描述语言等理论知识，为学生打下扎实的理论基础。讲授过程中注重与实际应用相结合，提高学生的理论联系实际能力。

2.讨论法：在课程中，针对数字跑表设计过程中可能遇到的问题，组织学生进行小组讨论。通过讨论，培养学生的批判性思维和解决问题的能力，激发学生的创新意识。

3.案例分析法：选择典型的数字跑表设计案例，引导学生分析案例中涉及的技术难点和解决方案。通过案例教学，使学生更好地理解理论知识在实际工程中的应用。

4.实验法：课程中设置实践环节，让学生动手操作FPGA开发板，编写硬件描述语言代码，实现数字跑表功能。实验过程中，教师引导学生分析问题、解决问题，培养学生的动手实践能力和创新能力。

5.任务驱动法：将课程内容分解为多个任务，要求学生在规定时间内完成。通过完成任务，激发学生的学习兴趣，提高学生的自主学习和解决问题的能力。

6.小组合作法：课程实践环节采用小组合作方式，培养学生团队协作精神，提高沟通与交流能力。同时，小组成员之间相互学习、相互促进，共同提高。

7.互动式教学法：在课堂教学中，教师与学生互动提问、解答，引导学生积极参与课堂讨论，提高学生的思维活跃度。

8.反馈评价法：在教学过程中，教师及时对学生的设计方案、代码编写和实验结果进行评价，指出不足之处，帮助学生找到问题并改进。

四、教学评估

教学评估采用多元化方式，确保评估的客观性、公正性和全面性，以全面反映学生的学习成果。

1.平时表现评估：

-课堂参与度：评估学生在课堂讨论、提问和回答问题时的积极性，占总评的20%。

-实践操作表现：评估学生在实验过程中的动手能力、问题解决能力和团队协作精神