《EDA應用技術》課程設計的教學實踐

劉艷芳 劉偉靜 王芳

[摘 要]EDA技術是電子信息類專業的核心課程之一，針對獨立學院課程設置的特點，結合學生的實際情況，進行了《EDA應用技術》課程設計的教學實踐。

[關鍵詞]EDA技術 課程設計 教學實踐

[中圖分類號] G420[文獻標識碼] A[文章編號] 2095-3437（2012）10-0113-02

一、獨立學院概況

北京科技大學天津學院是2005年經教育部批準，由北京科技大學和廣東珠江投資集團有限公司合作舉辦的本科層次的全日制獨立學院。學院依托北京科技大學優質教育資源，實施“應用型”理論教學和以“職業能力培養為主線”的實踐教學，培養適應經濟和社會發展需要的理論基礎扎實、實踐技能強、綜合素質高并具有創新精神的應用型本科人才。[1]

二、EDA課程概述

EDA技術是在20世紀90年代逐漸成熟的一門新技術技術，它是設計者以計算機為工具，以大規模可編程邏輯器件為載體，以硬件描述語言為系統邏輯描述的主要表達方式，然后由計算機自動地完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合、優化、布局、布線和仿真，直至對于特定目標芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作，最終形成集成電子系統或專用集成芯片的一門新技術。

可編程邏輯器件（如CPLD、FPGA）已得到廣泛的普及，這些器件為數字系統的設計帶來了極大的靈活性。這些器件可以通過軟件編程而對其硬件結構和工作方式進行重構，從而使得硬件的設計可以如同軟件設計那樣方便快捷。這一切極大地改變了傳統的數字系統設計方法、設計過程和設計觀念，促進了EDA技術的迅速發展。

隨著EDA技術的發展和應用領域的擴大與深入，EDA技術在電子信息、通信、自控及計算機應用等領域的重要性日益突出。在技術市場與人才市場對EDA的需求在不斷提高，產品的市場效率和技術要求也必然會反映到教學和科研領域中來。

三、教學實踐內容

（一）教學手段

實踐教學是高校一項重要的教學內容，可以培養學生的動手實踐能力和創新能力，本課程設計作為一次重要的實踐教學，將采用全程實驗室教學，并設置每三人一組。小組教學采用先講后練的原則，并在練習過程中增加師生間的互動性，有問題立即解決，充分調動學生的主觀能動性。[2]

EDA技術課程作為電子信息類專業的核心專業課之一，在專業課程體系中它的功能定位是在專業培養目標中起到承上啟下的作用。相比于其他課程，EDA應用技術的教學具有自身的規律和獨特性。

首先是教學內容，學生應該是先修完數字電路后再來學習EDA應用技術這門課程，所以在講授的過程中一些重要的理論知識需要學生提前復習。

其次是教學方法。本課程作為實踐課程，以實驗實踐課為主，這就要求以引導性教學為主。對Verilog HDL的教學不會逐條語句講授，而應結合具體實例講解最基本的語句現象及其使用方法。

第三就是注重教學實效。數字電路與EDA技術課程的側重點不同，前者側重于邏輯行為實現的認知和驗證；后者具有很強的實踐性，側重于實用電子系統的設計，側重培養學生的自主創新的意識和能力，針對性強的實驗應該是教學的重要環節。

（二）教學基礎知識

EDA技術需要兩方面的基礎，一是硬件描述語言（Verilog或VHDL），二是FPGA芯片。

本次課程設計的硬件平臺是綜合性的實驗箱，核心模塊采用的FPGA芯片是ALTERA的芯片，型號是FLEX EPF10K10LC84-4，該實驗箱還包括模擬信號源與數字時鐘模塊、按鍵及撥碼開關陣列模塊、7段數碼管和點陣LED顯示模塊等常見外設。

在開發工具方面采用Quartus2軟件平臺，該平臺ALTERA公司推出的FPGA、CPLD和ASIC的綜合性開發軟件，它不但支持電路原理圖輸入和硬件描述語言輸入，而且具有完善的仿真功能。本文將Quartus2軟件引入EDA課程設計教學環節目的在于提高學生對數字邏輯電路的分析和設計能力。

硬件描述語言常用的有兩種，即VHDL和Verilog HDL。相較于VHDL，Verilog HDL更易學易用，可以在很短時間內掌握該語言，所以本次課程設計的采用了Verilog HDL。[3]

（三）教學內容

《EDA應用技術》的教學重點是基于EDA工具的系統設計技術的掌握，包括軟件工具的熟練應用、Verilog HDL硬件描述語言、組合邏輯電路和時序邏輯電路的設計仿真。其中難點是應用Verilog HDL語言進行電子系統的設計。

（四）實踐內容設計

應根據EDA應用技術課程實踐性強的特點，設計由淺入深的實踐內容。針對這次課程設計的課時少并結合獨立學院學生的實際情況，對應的課程設計的實驗步驟如下：

1.入門實驗

實驗內容的第一個層次——入門實驗，是相關的驗證性實驗。由教師提供詳細的設計程序和實驗方法，使學生能有章可循、快速入門。要求學生掌握Quarter2軟件的2個基本方式（電路原理圖輸入法、硬件描述語言法）仿真的整個流程。

2.基礎實驗

實驗內容的第二個層次——基礎實驗，包括基本的組合邏輯電路和時序邏輯電路的設計和仿真。

3.設計實驗

實驗內容的第三個層次——設計實驗，由教師給定設計目標、實現功能等，要求學生自主設計的實驗。學生自行完成設計題目所提出的數字系統，并對出現的問題進行修改，直到完成預定的目標。[4]

（五）考核方式

針對《EDA應用技術》課程設計注重理論知識的實際應用和時間性強的特點，課程的考核分為兩部分。

（1）平時成績占40%，包括出勤和平時的實驗表現，這可以反映學生的考勤情況及其在學習過程中的態度表現，促使學生遵守課堂紀律和養成良好的學習態度，增強自我管理能力。

（2）EDA課程實訓驗收成績占60%，學生要完成教師給定的題目，反映學生的綜合設計實踐能力以及創新設計能力。驗收實訓時要演示設計的系統功能，提交實訓設計報告，對設計過程進行總結，以及完成實訓后的收獲感想等。

（六）課程實施的體會

學生因素是實踐教學的主體因素，學生的主觀參與愿望興趣和動機知識條件與基礎等都是影響學生的關鍵要素，實踐教學的成敗最終體現在學生的變化上，所以學生是實踐教學的核心。在課程設計的過程中要時刻調動學生的主動性。

由于本課程設計實踐性強，相關理論知識的學習需要學生課下完成。由教師指定教材讓學生在課下復習數字電路的理論知識，并預習完成基礎語法的學習。

EDA技術在現代社會電子工程領域的應用越來越廣泛，通過設置《EDA應用技術》課程設計的實訓課程，提高了學生的開發和設計能力，使得學生能運用課本中所學到的知識，提高了學生學習的積極性。現代電子設計技術是發展的，相應的教學內容和教學方法也應不斷改進，其中一定有許多問題值得我們繼續深入探討。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 于洋，霍素彥，楊會來，郝淑珍. 獨立學院人才培養目標定位研究[J].文教資料， 2009，10（28）.

[2] 胡有林，朱玉梅.獨立學院實踐教學影響因素研究[J].黑龍江教育，2012，（5）.

[3] 潘松，黃繼業，陳龍.EDA技術與Verilog HDL[M].北京：清華大學出版社，2010.

[4] 黃科，艾瓊龍，李磊. EDA數字系統設計案例實踐[M].北京：清華大學出版社，2010.

[責任編輯：劉鳳華]