以Altium Designer為平臺的EDA實踐教學探討

蘇州市職業大學電子信息工程系 王 鵬

以Altium Designer為平臺的EDA實踐教學探討

蘇州市職業大學電子信息工程系 王 鵬

本文先對高校的EDA技術教學現狀進行了分析，針對EDA教學實踐相關軟件的彼此獨立，之間的相互關聯性不強的問題提出了解決方案—以Altium Designer作為EDA實踐教學的平臺，并列具了以Altium Designer為平臺的優點。

EDA；Altium Designer；實踐教學

1.高校開設EDA技術課程的現狀

EDA是英文“Electronic Design Automation（電子設計自動化）”的縮寫，EDA技術是90年代迅速發展起來的，是綜合現代電子技術和計算機技術的最新研究成果。經過多年的發展，EDA技術已經越來越成熟，功能越來越強大，并已成為電子設計開發人員必需掌握的一門技術。為了適應電子設計的發展潮流，培養出更為優秀的人才，大多高校中都已開設了EDA的相關課程。

EDA技術概括而言主要包括了電子系統的設計、分析和仿真及印刷線路板的設計三個方面的內容。因此很多高校對EDA技術的教學課程也分為了三個階段，即電子系統設計相關課程（如“面向CPLD/FPGA的VHDL設計”、“嵌入式系統設計”）、電子線路仿真相關課程（如“Electronics Workbench（EWB）”、“MutilSim”）和電子CAD相關課程（如“Protel 99 SE原理圖與PCB設計”）。這樣的課程安排雖然使學生學習到了EDA技術，但是常常由于教學安排上的種種限制和缺乏一個系統完整的實踐教學平臺，使得學生在學習過程中對EDA技術的學習不系統或是對整個EDA技術的認識產生脫節。因此為了使學生更好的學習和掌握到EDA技術，在此本文中提出了以Altium Designer為EDA技術實踐教學平臺的新的教學方式。

2.以Altium Designer為EDA技術實踐的教學平臺

Altium Designer是由Altium公司于近年推出的Protel的新版本，它秉承了Protel軟件一貫地易學、易用特性，同時新增了對高速/高密電路板的設計和驗證功能以適應電子自動化設計技術發展趨勢，而且還在傳統的板級電路設計基礎之上，提供了面向可編程邏輯器件設計和嵌入式軟件開發功能。Altium Designer將設計流程、集成化PCB設計、可編程器件（如CPLDFPGA）設計和基于處理器設計的嵌入式軟件開發功能整合在一個產品中，使得可同時進行可編程器件和嵌入式以及PCB的設計，并具有將設計方案從概念轉變為最終成品所需的全部功能。Altium De-signer這些特點能將整個EDA技術融合起來，對Altium Designer的學習能從根本上解決以往EDA技術教學中的不系統的，易產生脫節的缺陷。

高校內對EDA技術的教學過程大體上都是開設《數字電路》、《模擬電路》、《可編程邏輯器件》、《嵌入式系統設計》或《EDA技術》等相關課程，在開設上述課程的過程中為了讓學生能更好地掌握這些課程，還會開設一些相關的EDA軟件應用課程，如《數字電路》和《模擬電路》的相關軟件為“EWB”或“Pspice”；《可編程邏輯器件》和《EDA技術》的相關軟件為Altera公司提供的“Max-Plus II”或“Qustar II”以及Xinlix公司提供“ISE”等。這些相關軟件雖然都能很好地解決某一門課程的應用實踐問題，但是它們都是彼此獨立，之間的相互關聯性不強，對于學生整體EDA技術上的理解學習意義不太。若以Altium Designer為EDA的教學平臺，則可在一個軟件平臺上學習原理圖、PCB設計、可編程硬件設計和嵌入式的設計，同時還能對設計電路進行仿真（包括模擬、數字、可編程器件和混合信號的仿真）、以及電路板設計過程中的信號完整性分析，最終支持CAM的輸出。

3.以Altium Designer為EDA技術的實踐教學平臺的優勢

由于Altium Designer是Protel的升級，所以對早期的Protel電路設計數據完全兼容，因此原有的教學案例可以直接被調用，保證了電子電路設計課程中教學任務的連續性。在進行電路設計時，元件的放置及屬性設計是非常重要的一個環節，以往在Protel中放置元件，元件的封裝和仿真模型庫和屬性需要使用者各自添加和設置，這給學生造成很大的不方便，經常有學生在實驗中由于不熟悉元器件屬性而造成錯誤。Altium Designer對元件的管理采用的是集成化元器件庫，即元器件的圖形符號、PCB封裝模型、電路仿真模型（Spice和IBIS）及元器件三維（3D）模型都封裝在同一元器件名稱中，當在Altium Designer環境中只需要加載集成元件庫，設計電路時，放置集成元件庫中的一個元器件的圖形符號，它的PCB封裝模型、電路仿真模型（Spice和IBIS）及元器件三維（3D）模型等屬性就已設置好了，這樣即可減少錯誤又能讓學生很方便的熟悉元件屬性。從而，在實際教學中，配合Altium Designer新增了混合電路仿真和PCB布線后的信號完整性分析功能，當原理圖設計完成后，可以在完成電路原理圖設計后從容地開展電路仿真和PCB設計，確保了實驗的連貫性。

Altium Designer的可編程數字電路設計也具有優勢，其完全獨立于芯片器件原廠商的解決方案，使得任何設計（只要在目標芯片資源許可的條件下）在不需要改動原型設計的前提下，完成不同目標器件的方案實現。可編程數字電路設計主要是可編程邏輯器件、單片機和嵌入式的設計。其中可編程邏輯器件的設計存在的問題是：雖然可編程邏輯器件開發的設計方法和設計輸入方式是一致的，但是由于芯片不同的廠商采用各自的軟件開發環境，從而造成學生在軟件環境學習上的混亂。Altium Designer對絕大多數種類/型號FPGA/CPLD器件的開發支持，使用其作為EDA學習的平臺在教學中就避免了由于選擇不同廠商芯片而被迫使用不同的軟件開發環境所帶來的不便。對于《單片機原理及應用》和《嵌入式系統設計》教學，Altium Designer不僅能滿足傳統課程設置中對51系列和Zilog Z80系列等8位單片機的教學需要；同時也提供了包括ARM系列、MIPS系列、PowerPC系列以及Altera NoisII和Xilinx MicroBlaze等眾多時下最流行的32位分離式和軟內核處理器的軟件開發和調試。使用Altium Designer中可廣泛支持各種DSP和8位，16位及32位微處理器和微控制器的TASKING工具集，將先進的軟件設計技術集成進嵌入式通信領域，滿足各種領域的嵌入式開發需求，讓學生學習完相關課程后能方便快捷地完成開發設計，提高學生的學習積極性。另外，SoPC（可編程片上系統）設計是EDA技術的最新發展方向。SoPC設計技術涵蓋了《嵌入式系統設計》技術的全部內容，除了以處理器和實時多任務操作系統（RTOS）為中心的軟件設計技術、以PCB和信號完整性分析為基礎的高速電路設計技術以外，SOPC還涉及目前已經引起廣泛關注的軟硬件系統設計技術。Altium Designer支持SoPC設計，其具有靈活的設計方式，可裁減、可擴充、可升級，并具備軟硬件在線的系統可編程功能，這有助于對學生后繼更高能力的培養。

以Altium Designer為EDA技術的實踐教學平臺可實現EDA相關技術教學工作和教學軟件工具的一致性和連貫性，同時也使電子技術相關專業的學生能及早熟悉和掌握EDA技術發展的最新趨勢，幫助學生更快地掌握業內主流電子設計工具的應用，綜合運用最新的電子設計技術，充分發揮學生的自主創新意識和提升學生的實踐動手能力，確保學生在校期間就能靈活地將原先不同學科的電子設計知識融會貫通，從而為學生提供更多對課本知識感性認識的機會。

4.總結

總之Altium Designer提供了一種在單一開發環境中完成原理圖設計、PCB設計、電路仿真、可編程電路和嵌入式開發等相關EDA技術的教學實踐平臺。如果再配合Altium的利用大容量、低成本的可編程器件，以進行設計快速交互的實現和調試的可重構的開發平臺NanoBoard，可使得EDA技術的實踐教學更系統化、完整化。

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王鵬（1976—），男，大學本科，蘇州市職業大學電子信息工程系講師，研究方向：EDA。