《EDA技术》课程教学思路与创新方向探索

张玉叶

（咸阳师范学院 物理与电子工程学院，陕西 咸阳712000）

电子设计自动化（EDA，Eleetronies Design Automation）课程是一门理论性和实践性都很强的电子信息类专业的课程，它强烈地冲击了传统的电子设计方法，是当今电子技术设计的趋势.EDA技术课程教学思路侧重点不同，所取得的教学成果会有很大的区别，本文从EDA技术的课程理解入手，从多年从事EDA教学效果反馈切入，以激发学生学习兴趣，提高教学质量为目的进行了课程的反思与探索.

1 课堂教学

1.1 课程理解

EDA是计算机在工程技术上的一项重要应用.然而，很多教师在《EDA技术》课程的讲授中，忽略了课程实质的传达，使得学生误以为EDA就是掌握几种常用电路设计软件，例如Multisium，Max＋plusⅡ，Protel等，使学生误解这门课程的真正意义.课堂教学中引入仿真软件，目的之一通过虚拟仿真，使抽象的电路理论直观地演示、开放性地展开探究，以达到激起学习兴趣、提高课堂效率的目的；目的之二是这些虚拟的仿真对于实际的电路制作可以起到有效的指导作用，让学生在动手设计制作电路时，能够心中有数.但是EDA技术却并不是表面上理解的那样简单，EDA技术涉及内容很多，既包括可编程模拟器件PAC的模拟电路设计，又包括可编程逻辑器件PLD的数字电路设计内容.EDA涉及的前沿课程也很多，比如《电路分析》、《模拟电子技术》、《数字电子技术》等电子技术系列基础课程.笔者认为，从第一节课开始，就应该让学生知道本门课程的学习思路，按集成电路设计全流程进行课程教学内容安排是最理想的教学模式[1－2].

1.2 课堂教学

课堂教学既要重点突出，又要让学生有热情、肯主动思考.然而，《EDA技术》这门专业课信息量大，教学课时偏偏很少，对于电子类的专业课教师来说，这不能不说是一个巨大的挑战.

硬件电路设计的软件化是EDA设计方法学的基本思想，也是电路设计的发展趋势，用硬件描述语言来描述模拟数字电路系统是这一趋势的重要组成部分.传统的EDA技术课程设计内容陈旧，只编写Verilog HDL和功能仿真，学生觉得所学内容枯燥.所以在授课时，让学生掌握了Verilog HDL语言的基本规则后，如果选用与科研、生产和生活相联系的课题，将所学知识设计一些能应用到实际生产的通用模块，将会激发学生学习EDA的兴趣.

例如设计一个具有4种信号灯的交通灯控制器设计，要求由一条主干道和一条支干道汇合成十字路口，在每个入口处设置红、绿、黄、左拐4盏信号灯.红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停在禁行线外，左拐灯亮允许车辆向左拐弯.信号灯变换次序为:主支干道交替允许通行，主干道每次放行40s，亮5s红灯让行驶中的车辆有时间停到禁行线外，左拐放行15s，亮5s红灯；支干道放行30s，亮5s黄灯，左拐放行15s，亮5s黄灯….各计时电路为倒计时显示，如图1所示[3].

图1 交通灯控制器

设计若用单片机方案来实现的话，模型可以由电源电路、单片机主控电路、无线收发控制电路和显示电路四部分组成.在电源电路中，需要用到＋5V的直流稳压电源，无线收发控制电路和显示电路应由编码芯片和数据发射模块两部分组成，主控电路的主要元件为AT89C51.硬件设计完成后还要利用计算机软件进行软件部分的设计才够实现相应的功能.从这一课题出发，学生在学习了高级语言单片机之后，加上授课教师讲授的基于FPGA的设计思路，学生肯定会提出以下问题:

1）既然单片机可以解决的问题，为什么要费工夫重新学习EDA的设计思路？在一些系统中MCU与CPLD／FPGA的功能是可以互补的.虽然利用单片机系统设计的交通灯控制器相对来说较稳定，能够完成较多功能的实现，但这些控制方法的功能修改及调试都需要硬件电路的支持，在一定程度上增加了功能修改及系统设计与调试的困难.相反，使用基于FPGA的设计方法具有周期短、设计灵活、易于修改等明显的优点.而且，随着FPGA器件、设计语言和电子设计自动化工具的发展和改进，越来越多的电子系统采用FPGA来设计，而且使用FPGA器件设计的产品将出现在各个领域里.

2）老师课堂上所讲授的设计要点如何在实验室里具体实现？按集成电路设计全流程，对于软件使用操作，以及硬件描述语言设计输入不需占用太多时间，学生们学过高级编程语言C语言，其开发系统以及编程比较熟悉.对于PLD软件开发系统、硬件描述语言编程类似于高级编程语言，而且比较简单.只要通过几次实验便可掌握.教师只要对软件操作要领、描述语句的硬件特性强调一下，学生通过自学很快就会掌握.因此，在这方面不需多讲甚至不讲.对于设计流程应强调主要步骤:设计输入、设计编译查错、功能软件仿真、时序仿真、引脚设定和程序下载等设计步骤.每一步的目的、注意的环节等都要详细讲解.

2 实验室运行

2.1 实验室运行方式

传统教学中，实验教学和理论教学是分开的，《EDA技术》这门课程笔者的教学思路是理论和实践绝不分开，理论教学的阶段已经给学生提供了一套按照集成电路设计流程讲授的设计要点，接下来要在实验室里完成设计，针对大量学生学习程度参差不齐与实验室配备有限的矛盾，实验室教学方式分为3个层次[4]:

1）基础层次实验，通过该层次训练，使学生练习EDA实验室预先安装的几种优秀EDA软件，包括:MUTISIM 2001模拟与数字电路仿真软件、OrCAD／Pspice9通用电路仿真软件、MAX＋plusⅡ10.0PLD开发软件、QuartusⅡPLD开发软件、modelsim VHDL／Verilog HDL仿真软件.旨在培养学生运用现代化EDA软件完成各种电子电路及系统的仿真功能.适合该层次实验项目包括诸如半加器、全加器、分频器、编码译码器、乘法器、计数器等验证性实验.

2）应用层次实验，该层次实践训练重点在于提高学生工程实践能力.实践训练过程中，采用了虚实结合的方法，把虚拟的实验电路和实际的器件结合起来，提高学生的实验兴趣以及动手能力.该层次的实验设计理论和实践的结合，要用到实验室的综合试验箱，大致会包括诸如直流电机的PWM控制实验、DDS设计实验等实验.这类实验综合性强，要求学生有一定的设计程序思路，通过实验让学生更清楚了解VHDL语言的编写和调试，提高学生的动脑动手能力.

3）设计层次实验，该层次的重点是对学生进行综合性训练.比如交通灯控制实验，FPGA与单片机的通讯，时分秒可校定时器，步进电机控制等，综合性强，对学生对教师要求都较高，这类实验适合开放性实验教学.

2.2 电子设计创新方向

一般而言，依据实验箱的EDA实验步骤:首先根据实验要求写好程序进行仿真，然后选择实验箱上电路连接模式，锁定管脚，下载程序进行验证.这样做可以省略硬件制作过程和调试工作，学生每次做完实验只能体验到软件的调试过程，对FPGA电路部分设计和调试一无所知.所以电子设计创新的方向应该是指导学生从器件的选型→电路原理图的设计→PCB设计→电路板的制作→元件的焊接→程序的设计和调试→整机调试，这样的流程来做.通过实验，让学生能够了解FPGA最小系统的构成原理，电路设计方法和调试技巧，培养学生的学习积极性和探索精神[5].

针对电子设计创新方向，建立EDA创新实验室，主要针对对EDA技术特别感兴趣的学生，在校期间积极参加大学生电子设计竞赛的学生，培养学生的吃苦耐劳、坚持创新的精神.一般而言，能够坚持不懈在电子设计创新实验室努力工作的大学生，创新能力都会有很大地提高.

3 结语

模拟电路设计、数字电路设计以及数模混合电路系统设计的全流程工作中，EDA技术都参与其中.无论在课堂教学还是在实践教学中，若想要激发学生的兴趣，让学生主动动脑，必须设计由简单到复杂的电路系统，让学生自己参与其中，体会自己动手过程的结果.电子设计创新教育不但强调电子系统设计的全流程思路，更强调实践阶段的全流程动手过程.电子系统设计的创新方向促使教师对教学研究的深入探索，促使学生对工科知识的质的提高.

[1]徐武雄.从全国大学生电子设计竞赛看教学改革[J].科技资讯，2006，10:45－46

[2]刘兴华.电子设计竞赛对电子信息专业实验课改革的启示[J].攀枝花学院学报，2006，27（10）:1 373

[3]全国大学生电子设计竞赛组委会编.全国大学生电子设计竞赛获奖作品汇编[M].北京:北京理工大学出版社，2004

[4]孙 航.Xilinx可编程逻辑器件的高级应用及设计技巧[M].北京:北京电子工业出版社，2004

[5]赵 升，吴初桂.电子设计竞赛的研究与实践探究[J].温州师范学院学报（自然科学版），2006，28（3）:613