EDA技術實踐教學改革與研究

梁曉琳 包本剛 張 丹

（湖南科技學院 電子工程系，湖南 永州 425100）

0 引言

EDA（Electronic Design Automation，電子設計自動化）技術作為現代電子設計技術的核心，它依賴于功能強大的計算機，在EDA工具軟件平臺上，對以硬件描述語言HDL(Hardware Description Language，硬件描述語言)為系統邏輯描述手段完成的設計文件，自動完成邏輯編譯、邏輯化簡、邏輯分割、邏輯綜合、結構綜合以及邏輯優化和仿真測試，直至實現既定的電子線路系統功能[1]。

隨著微電子技術的發展和大規模集成電路的普及，EDA技術成為了現代電子設計技術的主流，它縮短了設計的開發周期、降低了設計的成本、提高了產品的性價比[2]。同時，在電子信息、通信、自動控制及計算機應用等領域的重要性日益突出。因此EDA技術是新世紀電子工程師必須掌握的一門新技術，作為以培養具有實踐能力和創新人才的高校，必須積極探索良好的教學方法，以滿足社會對新一代人才的需求。

1 EDA實踐教學中常見的問題

1.1 實驗項目缺乏連貫性

傳統的實驗項目安排分為驗證型與綜合設計型兩大類，且驗證型實驗項目比重很大，致使培養學生缺少開發設計和獨立分析的機會。另外，學生從驗證型實驗項目直接過渡到綜合設計型實驗項目，難度很大，往往不知所措，沒有能力去完成綜合設計型項目，從而失去學習興趣，最后達不到能力培養的要求[3]。

1.2 以教為主、學為輔的教學模式

上實驗課時，傳統的教學方式以老師講為主，一般采取“明確實驗目的—講解實驗內容—分析實驗”的步驟。整個過程，老師講解過于詳細，根本沒有給學生留下思考問題、解決問題的空間，采用這種“滿堂灌”的方式[4]，學生做實驗實質上只是將實驗驗證一遍。另外，學生做完幾個實驗，發現只要跟著老師做實驗根本沒有難度，從而養成依賴習慣。可見，采取這種教學模式根本不利于學生的能力培養。

1.3 實驗環境落后

隨著EDA技術的快速發展，要求EDA實驗室必須配有配置較高的計算機，因為計算機的運行速度是影響程序代碼編譯速度的主要因素。另外，友好的開發平臺也是實驗室不可缺少的一部分，普通的EDA實驗箱核心芯片如FLEX10K系列的EPF10K10TC144-4不支持SOPC相應的實驗，不利于實驗的開展。因此，原來配置較低的計算機和低端的EDA實驗箱已經不能滿足實踐教學的要求。

2 EDA實踐教學改革

2.1 調整實驗項目內容

EDA技術具有很強的實踐性，要想有效提高學生的開發設計、獨立分析和實踐創新能力，將實驗項目按性質由傳統的驗證型和綜合設計型兩類型調整為基礎驗證型、擴展改進型、綜合設計型三個類型，并分階段逐步展開。在基礎驗證型實驗階段，學生對理論的知識還處于被動接收階段，通過設計簡單的原理圖、文本設計輸入，讓學生熟練使用EDA開發系統及 EDA軟件開發平臺—Quartus II軟件，熟悉FPGA設計的開發流程，掌握原理圖輸入及程序代碼輸入設計方法的步驟。在這個階段安排一些簡單組合邏輯電路實驗項目，比如“全加器的設計”。在擴展改進型實驗階段，學生首先根據實驗項目的要求在老師引導下完成基本設計，然后讓學生根據自己的實際水平進行發揮，發散自己的思維，靈活運用學過的知識對實驗設計進行改進和驗證，使能力達到一定程度的提升。在這個階段安排一些如“流水燈”、“掃描顯示驅動電路”、“數字頻率計”之類的實驗項目。在綜合設計型實驗階段，課題式的實踐教學更能體現以學生為主體，更能有效提高學生的實踐創新能力。這一階段，學生根據課題任務要求，利用實驗箱的豐富資源，根據自己的思路選擇單元器件和端口進行設計和仿真驗證，并要求學生最后以設計報告形式匯報成果，報告內容主要包括任務設計、系統設計、模塊設計、仿真結果、硬件驗證和心得體會六個部分，這樣也可以培養學生撰寫設計報告的能力。這個階段安排“十字路口交通燈控制器”、“數字時鐘”、“數字電壓表”等實驗項目比較合適。

2.2 建立以學生為主體、老師為輔的教學模式

為了更有效提高教學效果，還得改變傳統的教學模式，建立以學生為主體、老師為輔的教學新模式，引導學生完成每一個實驗[5]。新的模式要求老師學會“放手”，碰到問題，不要盲目地幫助學生解決，而是大膽地讓學生自己去思考和摸索，只有通過學生自己的獨立思考，才能更好地培養學生發現問題和解決問題的能力，也才能讓學生更好地理解和掌握該知識，以致達到激發學生學習興趣的目的。另外，對于確實無法解決某個問題的學生，老師也不要直接給出答案，而是采用引導的方法讓學生自己去思考，這樣才能讓學生學到更多的知識，掌握更多的技能[6]。

2.3 改進實驗環境

為了與相關領域企業的設計開發環境接軌，實驗室引進了廣州周立功單片機發展有限公司的Magic SOPC創新教學實驗平臺。其中核心板PowerSOPC-2C35上所用的FPGA為Altera公司CycloneII系列的EP2C35F672，基本滿足所有的電路系統的設計和仿真驗證。同時更新了實驗室所有的計算機（i5-2400 CPU；3GHZ 內存；480G硬盤），安裝了QuartusII 7.0開發軟件。以上滿足了電子信息工程、電子科學與技術專業學生的實踐教學。另外考慮到實踐教學課時安排的有限性，建立了開放式實驗室，鼓勵學生自行安排時間到實驗室上機操作，培養他們的實踐動手能力。

3 實踐教學改革效果

通過實踐教學改革，發現學生對EDA技術的學習興趣和積極性明顯加強，學生對電子電路系統的開發設計、獨立分析和實踐創新能力也得到了大幅提升。在實踐教學展開中，學生積極討論問題、踴躍發散思維，大膽開發設計和創新，取得了很好的實踐學習效果。比如在改進型實驗階段的“掃描顯示驅動電路”實驗項目開展中，老師引導學生采用動態掃描完成在8個數碼管上依次顯示0-7。學生掌握8位七段數碼管顯示模塊的工作原理后，自行發揮，改變數碼管的顯示，最后得到了多種正確結果，有學生顯示了自己的學號，有學生使數碼管閃爍顯示數據，有學生使數碼管像流水燈一樣改變顯示數據時的花樣等等。在綜合設計型實驗階段，學生根據自己的想法，完成基本設計要求外，都有自己的特色設計，并出色的撰寫了各自的設計報告。

4 結論

通過實踐教學改革與研究，完善了實驗項目內容，建立了良好的教學模式，改良了實驗環境，加強了學生對EDA技術學習的興趣和積極性，加深了學生對理論知識的理解和掌握，提高了學生在EDA技術領域的專業技能。同時，還啟發了學生的發散性思維，將被動性學習轉變為主動性求索，獲取了很好的教學效果。

[1]潘松,黃繼業,潘明.EDA技術實用教程(第4版)[M].北京:科學出版社, 2010.

[2]潘松,黃繼業. EDA技術與VHDL(第3版)[M].北京:清華大學出版社,2008.

[3]任志平,黨瑞榮. EDA教學改革與創新實踐研究[J].中國電力教育,2011,(26):104.

[4]梁洪衛,高丙坤,邸曉宇.“EDA技術與應用”實驗與實踐教學改革[J].實驗技術與管理,2011,(01):147-149.

[5]張利,高晶敏,楊秀媛.EDA技術課程教學模式改革探索[J].中國電力教育,2011,(14):80-81.

[6]周文真,劉宏貴.以學生為本、改革大學物理實驗教學[J] .湖南科技學院學報,2004,31(4):51-52.