高職《EDA技術》課程教學改革探索

徐學紅

（河南牧業經濟學院（英才校區）應用電子系，河南 鄭州 450044）

EDA（Electronic Design Automation）技術，即電子設計自動化技術，是融合了電子、計算機、信息處理等多種技術的一門新技術，涉及知識面較寬，應用領域廣，且發展迅速，是電子信息類專業學生必須掌握的一門重要專業技能。對于高職類學生來說，如何在有限的學時內掌握EDA 技術并能進行數字系統的設計，是EDA 技術課程的教學目標。 在教學中合理把握EDA 技術的特點、加強教學改革，有助于培養學生的技術應用能力和實踐操作技能。

1 課程教學改革思路

EDA 技術是應用相關操作軟件高效地完成CPLD/FPGA 的編程從而實現硬件電路設計的技術，其顯著特點是軟、硬結合，如何在教學過程中讓學生既能把握硬件、熟悉軟件、掌握編程語言非常重要。教學內容的選取、教學模式、教學方法、實踐教學的設計均應按照“加強基礎、突出應用、提高素質、培養能力”的原則，通過針對性的應用實例，循序漸進，實現從軟件到硬件系統的設計，讓學生熟練掌握EDA 技術的應用、深刻理解現代數字系統設計方法。

2 課程教學改革措施

2.1 優化教學內容，以“應用”為主線

EDA 技術課程教學內容豐富，涵蓋數字電路、PLD、EDA 開發環境、HDL 語言程序設計等。 目前， 多數教材基本上是圍繞CPLD/FPGA 的結構原理及其編程與配置展開的。 因為課程的學時數有限，對于高職類學生來說，教學內容應重點放在實際應用中涉及到的通用性較強的接口電路及編程應用上， 以培養學生的技術應用能力為目標。

EDA 技術的學習難點在于CPLD/FPGA 的結構和原理。 對這部分教學內容，應該進行有效的取舍，做到讓學生簡單了解就夠了， 而學生需要掌握的是進行系統設計時CPLD/FPGA 的選型、器件特性、引腳屬性等問題，以及器件周圍硬件接口電路的結構、連接問題。目前關于CPLD/FPGA 的中文資料較少，所以引導學生學會從相關網站查閱資料非常重要。 器件選型、特性參數確定后，設計CPLD/FPGA 正常工作所必須的最小系統是非常必要的。

EDA 技術的學習重點在于HDL 語言，目前，教材一般選用工程設計中常用的VHDL 或Verilog HDL。 教材上的程序一般較為簡單，具有代表性、通用性，可以作為基礎性的學習。 如果教學內容僅限于教材， 多數同學對稍微復雜的系統編程仍然無從下手。所以，選取一至兩個綜合系統源程序作為精講內容，比如，數字鐘的程序設計， 可以有效提高學生對實際綜合題目的編程能力。

2.2 改革教學模式，以“做”為主導

EDA 技術的實踐性較強，傳統的授課模式容易造成理論與實踐的脫節，因此，對于CPLD/FPGA 的結構與原理部分的學習，除了掌握器件的基本參數外， 還應該讓學生用Protel 等軟件把CPLD/FPGA 最小系統的原理圖、PCB 圖繪制出來， 然后對最小系統板進行制作與焊接。 CPLD/FPGA 最小系統包含了CPLD/FPGA 能正常工作的電源電路、時鐘電路、復位電路、JTAG 接口電路等， 是實現所有實際應用的核心部分。 學生只有通過自己“做”，才能真正理解CPLD/FPGA 外圍電路的作用與原理，才能真正掌握CPLD/FPGA 進行電子系統設計時硬件電路的結構與連接方法。

對于EDA 開發環境和HDL 的學習， 建議授課過程安排在實驗室進行，遵循“理論-實踐-理論”的認知規律。 比如，QuartusⅡ軟件的學習，如果先在普通多媒體教室進行講解、再去實驗室練習，學生對于大量操作細節容易忘記。 對于HDL 語言的學習，在實驗室集中一部分時間結合實例演示講授理論知識， 然后由學生進行簡單實例的編程、仿真、實驗箱上驗證。 使學生在不斷調試程序的過程中學習語法要點，積累編程技巧和經驗。 最后教師再針對實驗出現的一些共性問題和設計難點進行講評， 使學生能更加深刻地理解、鞏固所學知識。

2.3 改善教學方法，以“項目導向”為中心

“項目導向” 教學模式是設計和選取生產實踐中具有典型意義的“項目”作為載體，把教學內容包括的知識和技能融合在項目中，通過完成項目中的工作任務達到教學目標的教學方法。針對EDA 技術的特點，項目個數不必太多，但具有一定的深度。項目任務的編排按照知識點與技能要求由簡到繁、由易到難，每個任務以某個重點知識的應用為主線。

比如，數字鐘電路，從原理到設計雖然比較簡單，但幾乎完全覆蓋EDA 技術的核心內容。 其知識模塊可劃分為：分頻電路、計數器、譯碼器、串行掃描、消抖動電路等，外部接口電路涉及7段數碼管的顯示驅動及其掃描電路、蜂鳴器電路、按鍵及其指示燈電路。 對于計數器的學習，首先講解4 位二進制加法計數器，讓學生了解HDL 程序的基本結構及相應的語法現象；接著引出IF 語句講解2 位十進制計數器， 讓學生模仿設計12 歸1 電路、59 歸0 電路等；然后完成時、分、秒計數模塊的設計。 依次分別完成數字鐘的分頻、模式選擇、時間調整、定鬧、整點報時等項目任務后，講解層次化設計方法，完成數字鐘的整體設計。 這樣由總到分，再由分到總，使學生感到學習過程是一個不斷成功地完成項目任務的過程，能充分激發學生的學習興趣，提高學習的主動性和目的性。

2.4 改革實踐教學，以“能力培養”為重點

實踐教學是把理論知識轉化為實際應用能力的重要環節，針對EDA 技術的特點，其實驗內容、實驗方式應區別于其他課程，實驗可分為基礎型、設計型、綜合型三個層次。

基礎型實驗，可在實驗箱上進行，主要以驗證型及簡單擴充型實驗為主，比如，“數字鐘”的各個知識模塊及在此基礎上設計的減法計數器等， 實驗時間應在所授知識點的講解之后盡快進行，以便學生及時鞏固、加深理解。

設計型實驗， 以學生熟練掌握HDL 編程要領和語法要點為目標，比如，數字秒表電路、流水燈電路等，實驗應該安排在章節或單元內容學習結束之后進行，這類實驗可在實驗箱上進行，但學生親手設計制作的最小系統板是更好的實驗開發平臺。 比如，秒表電路，可以借助萬用板設計焊接7 段數碼管的驅動電路以及計時的開始、停止等控制按鍵電路，然后把最小系統板上相應的I/O 口與萬用板上的相應端子用杜邦線連接起來， 即可實現實際的秒表設計制作了。通過這種形式，學生不僅學會了相應的HDL 知識，還掌握了7 段數碼管的顯示與驅動原理以及相應電路的連接方法， 容易激發學生的學習興趣及深入探討的積極性。再如，流水燈電路，仍用最小系統板為平臺，在萬用板上設計制作發光二極管驅動及控制按鍵電路，杜邦線連接實現。 以此方法，最小系統板連接上不同的外圍電路，可以實現不同的設計，既增加了實踐操作的靈活性， 又強化了學生對基本數字單元的應用能力。

綜合型實驗， 培養學生運用EDA 技術設計復雜數字系統的能力， 實驗內容可涉及運用傳感器進行數據采集與控制、CPLD/FPGA 與單片機之間的通信等，實驗應在課堂教學結束后用幾周的時間進行， 要求學生結合最小系統板以實物的形式制作出產品，以提高學生的系統綜合設計能力。

3 課程改革的注意事項

項目要盡可能貼近企業的生產實際或來源于日常生活；項目設計要有明確的能力培養目標， 即項目所劃分的每個知識模塊能完成相對應的能力培養； 項目所劃分的知識模塊要有漸進性，要根據認知規律，從簡單到復雜，從單一到綜合。

課程改革要有良好的實驗實訓環境，在實驗實訓室中不僅需要具備足夠數量的EDA 技術實驗箱或開發套件、PC 機，還需配備多媒體教學設備，方便教師進行講解指導。 而且，為了保證學生CPLD/FPGA 最小系統板和外圍接口電路的制作與調試，還需提供相應的焊接設備與場地。

4 結語

EDA 技術是一門新技術、新方法，其教學應充分考慮其實踐性強、應用領域廣的特點及學生自身的情況，以現實生活中的實際問題為素材，以“應用”為主線，通過“做”實現學生對知識和技能的掌握。 實踐證明，通過教學改革，大大提高了學生的技術應用能力和實踐操作技能。

[1]潘松.EDA 技術實用教程：Verilog HDL 版[M].北京:科學出版社，2010.

[2]劉婭琴，林霖.EDA 課程教學探索和實踐[J].電氣電子教學學報，2010，32（4）:34-35.

[3]徐學紅.“項目導向”教學模式在EDA 技術課程中的應用[J].中國電力教育，2013（10）：108-109.