EDA技術(shù)的實驗教學(xué)研究

李 野

（1.華北電力大學(xué) 河北 保定 071000；2.神華河北國華滄東發(fā)電有限責(zé)任公司 河北 滄州 061113）

0 引言

電子設(shè)計自動化（EDA）代表了當(dāng)今電子設(shè)計技術(shù)的最新發(fā)展方向。EDA技術(shù)是一門借助計算機(jī)來完成各種電子電路設(shè)計的自動化過程，它可以讓學(xué)生有一個學(xué)習(xí)知識，運用知識的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，同時EDA技術(shù)又是一門實踐性強(qiáng)的技術(shù)。因此掌握EDA技術(shù)，是走向市場、走向社會、走向國際的基本技能，依靠傳統(tǒng)的實驗教學(xué)已遠(yuǎn)不能滿足社會對高新技術(shù)人才培養(yǎng)的需要。EDA技術(shù)在實驗教學(xué)中的應(yīng)用是現(xiàn)代教育發(fā)展的一種趨勢，不僅可以讓學(xué)生了解EDA開發(fā)的基本過程，而且也可以加深學(xué)生對電路的理解，從而加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生分析和解決實際問題的能力。

注重EDA技術(shù)課程的實驗教學(xué)，加強(qiáng)對學(xué)生動手創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，是EDA技術(shù)課程建設(shè)的重點內(nèi)容。對于各種高級專門人才的發(fā)源地——高等院校來說，不斷改進(jìn)教學(xué)方法和教學(xué)手段，加強(qiáng)和鞏固學(xué)生電子技術(shù)的專業(yè)基礎(chǔ)知識是十分必要的。

1 EDA簡介

EDA是電子設(shè)計自動化。由于它是一門剛剛發(fā)展起來的新技術(shù)，涉及面廣，內(nèi)容豐富，理解各異，所以目前尚無一個確切的定義。但從EDA技術(shù)的幾個主要方面的內(nèi)容來看，可以理解為：EDA技術(shù)是以大規(guī)模可編程邏輯器件為設(shè)計載體，以硬件描述語言為系統(tǒng)邏輯描述的主要表達(dá)方式，以計算機(jī)、大規(guī)模可編程邏輯器件的開發(fā)軟件及實驗開發(fā)系統(tǒng)為設(shè)計工具，通過有關(guān)的開發(fā)軟件，自動完成用軟件的方式設(shè)計電子系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的一門新技術(shù)。可以實現(xiàn)邏輯編譯、邏輯化簡、邏輯分割、邏輯綜合及優(yōu)化，邏輯布局布線、邏輯仿真。完成對于特定目標(biāo)芯片的適配編譯、邏輯映射、編程下載等工作，最終形成集成電子系統(tǒng)或?qū)Ｓ眉尚酒DA就是能夠幫助人們設(shè)計電子電路或系統(tǒng)的軟件工具。該工具可以在電子產(chǎn)品的各個設(shè)計階段發(fā)揮作用，使設(shè)計更復(fù)雜的電路和系統(tǒng)成為可能。在原理圖設(shè)計階段，可以使用EDA中的仿真工具論證設(shè)計的正確性；在芯片設(shè)計階段，可以使用EDA中的芯片設(shè)計工具設(shè)計制作芯片的版圖：在電路板設(shè)計階段，可以使用EDA中電路板設(shè)計工具設(shè)計多層電路板。特別是支持硬件描述語言的EDA工具的出現(xiàn)，使復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計自動化成為可能，只要用硬件描述語言將數(shù)字系統(tǒng)的行為描述正確，就可以進(jìn)行該數(shù)字系統(tǒng)的芯片設(shè)計與制造。有專家認(rèn)為，21世紀(jì)將是EDA技術(shù)的高速發(fā)展期，EDA技術(shù)將是對21世紀(jì)產(chǎn)生重大影響的十大技術(shù)之一。

2 實驗教學(xué)中應(yīng)用EDA技術(shù)的必要性

2.1 傳統(tǒng)實驗教學(xué)弊端

1）一般院校的實驗室的規(guī)模和開放時間是有限的，所以學(xué)生的實踐動手就受到了時間和地點的限制。同時電路的測試也需要用到許多專門的儀器，學(xué)生在課后的大量時間沒有這些儀器都無法繼續(xù)自己的設(shè)計，不利于學(xué)生學(xué)習(xí)的鞏固和提高。

2）傳統(tǒng)實驗室中有些儀器設(shè)備價格昂貴，難以進(jìn)入學(xué)生實驗室，而且實驗室儲備的電子元器件也有限的，無法滿足各種電子電路的設(shè)計和試驗要求。

3）對于一些較復(fù)雜的實驗，學(xué)生需要用大部分的精力和時間進(jìn)行電路連接和線路的檢查，而用于實驗出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析、解決的時間不足，實驗效果不理想。

2.2 EDA技術(shù)實驗教學(xué)的優(yōu)點

1）利用EDA技術(shù)能夠很直觀、形象地進(jìn)行實驗，讓實驗教學(xué)更加方便有趣。與在真實實驗室工作一樣，任意設(shè)計電路、運行、數(shù)據(jù)分析，許多的教學(xué)內(nèi)容在課堂上就能解決，教學(xué)效果好、教學(xué)效率高。運用了仿真軟件進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生對運動的版面將會產(chǎn)生濃厚的興趣，對教師講解的課程內(nèi)容(電路的功能、性能指標(biāo))非常直觀地就能理解，并且可以提出更換電路參數(shù)試試，增加教學(xué)的互動性和學(xué)生進(jìn)入教學(xué)的積極性，有利于培養(yǎng)學(xué)生的興趣。

2）學(xué)生實踐突破空間、時間與人員的限制，實現(xiàn)實驗教學(xué)的開放性。采用EDA技術(shù)可以建立開放式EDA教學(xué)管理中心，克服了傳統(tǒng)教學(xué)中實驗教學(xué)必須在規(guī)定時間到規(guī)定地點進(jìn)行這一弊端，學(xué)生可以在家里、辦公室等可以上網(wǎng)的環(huán)境中不受時空限制來完成實驗環(huán)節(jié)。教師也可通過上網(wǎng)來組織、管理教學(xué)。引入自主學(xué)習(xí)的開放式EDA教學(xué)模式，是解決學(xué)時不足與信息量增多的矛盾的有效途徑，也是一種 “授人以漁”的教學(xué)方法。教學(xué)形式更為靈活;實驗或者教學(xué)結(jié)論可以引導(dǎo)學(xué)生自行論證，擺脫教學(xué)的枯燥性和深奧感;學(xué)生進(jìn)入設(shè)計者角色等等。

3）對教師來說，EDA技術(shù)也是一個新事物，在教學(xué)過程中，為了達(dá)到好的教學(xué)效果，教師必須選擇恰當(dāng)?shù)腅DA軟件，結(jié)合書本挖掘?qū)嵗⑦M(jìn)行恰當(dāng)?shù)木C合設(shè)計。這樣的過程本身就是一個學(xué)習(xí)知識、提高理論層次和教學(xué)水平的過程。21世紀(jì)我國電子技術(shù)領(lǐng)域?qū)w速發(fā)展，而這方面的人才還十分匱乏，作為高校，除了要搞好教學(xué)以外，同時也必須開拓進(jìn)取、強(qiáng)化科研，新的EDA技術(shù)可以讓教師及時了解電子技術(shù)領(lǐng)域一些相關(guān)的前沿動態(tài)、用新的方法和工具來研發(fā)產(chǎn)品，從傳統(tǒng)的通用集成電路的應(yīng)用轉(zhuǎn)向可編程邏輯器件的應(yīng)用；從系統(tǒng)的硬件設(shè)計轉(zhuǎn)向硬件、軟件高度滲透的設(shè)計，以提高和拓寬電子系統(tǒng)的設(shè)計能力。

4）豐富了實驗教學(xué)內(nèi)容，提高了實驗成功率。隨著教學(xué)要求的不斷提高及電子技術(shù)的迅速發(fā)展，實驗設(shè)備的先進(jìn)性面臨著新的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的實驗是以實物為主，由于采用搭接線路進(jìn)行調(diào)試，設(shè)備易磨損老化，出現(xiàn)故障較多，對于較為復(fù)雜的實驗，學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)難以調(diào)試成功；用EDA軟件工具做實驗，實驗環(huán)境是一個虛擬環(huán)境，克服實驗室儀器設(shè)備與元器件在品種、規(guī)格和數(shù)量上不足的限制。隨著軟件的不斷發(fā)展和完善，能夠做的實驗不斷的增加和擴(kuò)展，把以前繁瑣的實驗室驗證調(diào)試和人工制板全部在電腦上完成，在短暫的實驗時間里快速完成較復(fù)雜的電路連接、測試工作，避免元器件損壞、接觸不良、儀器損壞等不利因素。

3 結(jié)論

21世紀(jì)是電子技術(shù)高速發(fā)展的時代，各種新器件、新技術(shù)、新方法層出不窮。人們開發(fā)的電子系統(tǒng)也越來越龐大、越來越復(fù)雜、要求也越來越高，要分析和設(shè)計復(fù)雜的電子系統(tǒng)，人工的方法已不再適用。為適應(yīng)這種現(xiàn)狀，日趨完善的EDA技術(shù)正在逐步取代傳統(tǒng)的電子設(shè)計方法。EDA是目前最新最全面的電子設(shè)計技術(shù)及工具，它的出現(xiàn)為電子設(shè)計工作者提供了一種全新的設(shè)計方法，因此，掌握EDA技術(shù)，是走向市場、走向社會、走向國際的基本技能，依靠傳統(tǒng)的實驗教學(xué)已遠(yuǎn)不能滿足社會對高新技術(shù)人才培養(yǎng)的需要，在實驗教學(xué)中引入EDA技術(shù)，使學(xué)生能全面了解電子技術(shù)的發(fā)展，適應(yīng)信息社會對設(shè)計人員的要求。

［1］徐光輝.CPLD/FPGA的開發(fā)和應(yīng)用[J].電子工業(yè)出版社.

［2］潘松.EDA技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展之管窺[J].電子世界.

［3］王鎖萍，龔建榮.EDA技術(shù)及發(fā)展趨勢[J].電子世界.

［4］漢澤西.EDA技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京航空航天大學(xué)出版社.

［5］譚會生，張昌凡.EDA技術(shù)及應(yīng)用[M].西安電子科技大學(xué)出版社.

［6］王行，李衍.EDA技術(shù)入門與提高[M].西安電子科技大學(xué)出版社.