EDA在數字電子技術課程設計中的應用

張勇+張冬至

【摘要】本文分析了傳統的數字電子技術課程設計的不足，闡述了在課程設計中引入EDA技術的必要性和優越性。

【關鍵詞】課程設計 數字電子技術 EDA 實驗平臺

【基金項目】中央高校基本科研業務費專項資金資助（編號：16CX02035A），中國石油大學青年教師教學改革項目（編號：QN201413），中國石油大學教學實驗技術改革項目（編號：SY-B201402）。

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】B 【文章編號】2095-3089（2016）07-0239-02

進入21世紀以來，隨著微電子技術、電子技術和計算機技術的飛速發展，數字電子技術及其應用向著更為深入、更為廣泛的層次擴展。電子產品的設計周期和上市時間日益縮短，電子產品的功能更加豐富，性能更加優良，由此推動了電子系統設計技術向電子設計自動化EDA方向發展，并且對EDA技術及其應用提出了更高的要求。

1.課程設計的背景

中國石油大學（華東）的“電工電子學”課程是“國家級精品課程”，以著重培養學生的系統觀念、工程觀念、科技創新等基本素質為教學方針。多年來在教學和科研中緊跟電子技術發展的每一個關鍵時刻，教學組的教師都適時地對內容體系和教材進行更新和完善，堅持不斷進行課程改革，取得了豐碩的成果。“數字電子技術課程設計”是為大二學生暑期開設的一門必修課程，它是“數字電子技術基礎”和“電子技術實驗”等課程的后續課程，主要以培養學生的實踐能力和創新精神為目標，加深學生對理論知識的理解，切實提高動手和解決問題的能力。

2.課程設計的選題

針對電子專業的特點，我們在數字電子技術課程設計部分采用了“基于復雜可編程邏輯器件（CPLD）實現電阻、電感、電容的測量”這一題目。測量工作原理是將被測量轉換成頻率，由CPLD實現頻率的計算，并轉換成被測量信號后輸出顯示。電阻、電感、電容經過轉化電路，完成電阻/頻率（R/ F）轉換，電容/頻率（C/ F）轉換，電感/頻率（L/ F）轉換。用CPLD測量其頻率，具體功能分塊包括：多路選擇開關、分頻器、時間閘門計數器、測量計數器等。

頻率測量的主要部件是一個帶門控計數端的計數器（測量計數器），被測信號（被測頻率）由此計數器計數。如果門控計數器的開門計數時間恰好為1秒，則測量計數器的計數值就是輸入信號的頻率。若改變開門計數時間，即可改變頻率測量的量程。如開門時間為0.1秒，則量程為×10，開門時間為0.01秒，量程為×100，開門時間為0.001秒，量程為×1000。由計數器的數值即可換算電阻、電感、電容的大小。

本課題要求設計一個測量電阻、電感、電容的4位十進制數字顯示的數顯儀表，根據頻率計的測頻原理，由測頻量程需要，選擇合適的時基信號即閘門時間，對輸入被測信號進行計數，實現測量的目的。其數顯測量范圍為0-99990Hz，滿刻度量程分為9999、99990兩檔，手動轉換量程，當輸入計數值大于實際量程時有溢出指示。

3.課程設計的實現

（1）按照現代數字系統的Top-Down模塊化設計方法，提出數字頻率計的整體設計方案，并進行正確的功能劃分，分別提出并實現控制器、受控器模塊化子系統的設計方案。

（2）針對ispLEVER的EDA設計環境，采用Verilog HDL語言，完成受控器模塊（測量計數器）的設計，并采用Abel語言編程進行仿真。

（3）在ispLEVER的EDA設計環境中，完成基于Verilog語言實現的控制器模塊（閘門計數器，量程開關，選擇開關）的設計，并采用Abel語言進行仿真。

（4）基于ispLEVER的EDA設計環境，采用Verilog HDL語言或原理圖，完成頂層模塊的設計并采用Abel語言編寫測試向量文件進行仿真。

4.結束語

通過課程設計的鍛煉，學生可以增強綜合分析問題及解決問題的能力，激發學習興趣和潛在的能動性。有學生在總結報告中寫道：“通過這次課程設計，我切身體會到給出一個命題，利用Verilog語言編程實現這個命題，并利用軟件模擬仿真，看功能是否得以實現的全過程。一方面學到了許多新知識，另一方面使我們對數字電子設計的全過程有了一個全面的了解，同時也深刻感受到利用EDA軟件實現電子設計的強大優勢。這樣的課程設計很適合我們，使我們受益匪淺”。

參考文獻

[1]王君紅， 劉復玉， 任旭虎. “電工電子學”實驗教學模式改革[J]. 實驗科學與技術， 2012， 10（5）： 76-78.

[2]于云華. 數字電子技術基礎[M]. 東營： 中國石油大學出版社， 2008： 392-399.

作者簡介：

張勇（1979-），男，山東東營人，博士，副教授，研究方向為網絡控制系統的分析與綜合、電工電子學基礎課程教學。