EDA技術在數字邏輯電路實驗中的改革

桂林電子科技大學信息與通信學院 劉 濤

桂林電子科技大學信息科技學院 楊藝敏

EDA技術在數字邏輯電路實驗中的改革

桂林電子科技大學信息與通信學院 劉 濤

桂林電子科技大學信息科技學院 楊藝敏

針對傳統數字邏輯電路實驗存在的缺點，為適應現代教育人才培養的需求，對其進行教學改革探討。通過在實驗教學內容和實驗設備上采取相對應的措施，提高了學生的學習積極性，教學效果得到明顯改善。

數字邏輯電路實驗；教學改革；EDA技術

數字邏輯電路實驗是高等院校電子信息類專業一門重要的實驗課程，它的任務是為培養應用型的電子技術人才提供必要的實驗技能。傳統的數字邏輯電路實驗教學在很多方面都存在缺點，不適合現代教育的發展，已經不能滿足對人才培養的需要，教學內容和教學方法的改革的趨勢勢不可擋[1].電子設計自動化（Electronic Design Automation，EDA）是以可編程邏輯器件為基礎，以計算機為工作平臺，以EDA工具軟件為開發環境，以硬件描述語言（HDL）為電子系統功能描述主要方式。EDA技術是現代電子設計的核心，代表了現代電子技術的發展方向。

1.傳統數字邏輯電路實驗現狀

我校數字邏輯電路實驗中心是面向全校相關專業開設獨立實驗課程和課內外實訓。學生在學習門電路的參數特性、組合邏輯電路、觸發器、時序邏輯電路等基本的理論內容后，要能把這些相關的課程內容理解并應用到實踐當中。在現有的數字邏輯實驗中心，配有相對應的實驗箱，可以在實驗箱上進行門電路的特性測試、數據選擇器、計數器、編碼器、觸發器、多諧振蕩器等實驗[2]。學生進行課外實訓，也可以制作PCB板，配合實驗箱來進行調試，是一個傳統的電子電路實驗室，因此存在很多不足，如實驗內容和規模受到限制、可以實現的功能單一、效率低、損耗大、并且實驗箱經過多次插拔，容易電接觸性能不穩定，部分學生的動手能力不是很強，容易產生厭學心理。

2.EDA技術的特點

EDA技術是以計算機為工作平臺，以EDA軟件工具為開發環境，利用硬件芯片為目標器件，把原來硬件的大部分工作轉換成在EDA軟件平臺上，實現軟硬設計。EDA軟件品種繁多，如PSPICE、Mul ti sim、Maxplus II、Quartus II等等。目前由于我校現在與ALTERA公司共同建立了EDA實驗室，所以我校的工科電類專業學生較常用的軟件主要是Quartus II軟件。Quartus II軟件是可編程邏輯器件開發系統，使用者不需要精通器件內部的復雜結構，就可以用原理圖輸入或者硬件描述語言建立設計，設計速度非常快。該軟件特點主要體現在設計輸入方式的多樣性和靈活性，特別是原理圖輸入等方式被認為是最友善的PLD開發工具。

我校的共建實驗室共配備了100臺計算機，購買了相對應的仿真實驗箱，可開設簡單的、數據選擇器、計數器、編碼器、觸發器等實驗，還可以實現一些復雜的設計，如交通燈的設計、萬年歷的設計、數字頻率計的設計、密碼鎖的設計等等。

3.EDA在數字邏輯電路實驗改革的思路

將EDA仿真技術引入到數字邏輯電路實驗中，既可以讓學生掌握電路板設計的優勢，又可以了解現代主流的芯片設計的優點，可以把這二者的優勢全部發揮出來。實驗教學分兩個步驟完成：第一步驟在傳統的實驗箱上完成，學生完成較為簡單的實驗項目，培養學生的基本動手能力，立足讓每個學生都能獨立完成；第二步驟在EDA實驗室和傳統實驗箱上結合完成，采用難度較大的設計性題目，要求學生獨立完成設計和測試仿真，培養學生的綜合能力。改革的目標是能讓學生不但會利用中小規模集成電路來完成電路的硬件設計，而且學會用EDA工具來完成較為復雜電路的軟設計，從而提高學生采用現代電子設計技術進行電路設計的能力。

4.EDA技術在數字邏輯電路實驗中的應用實例

以設計一個七進制加法計數器為例來討論EDA在數字邏輯電路實驗中的具體應用。在傳統的實驗箱中實現七進制是利用74LS192芯片和74LS20芯片來實現。在以往的教學過程中發現，大部分學生不能獨立完成這個實驗，觀察不到實驗的結果。采用EDA技術來實現七進制，基本所有學生都能在實驗課程中就可以理解。

Verilog HDL代碼如下：

在Quartus II9.0軟件上進行編輯、編譯、綜合、適配、仿真之后，得到如圖1所示的仿真波形。項目下載/配置到相對應的實驗箱，學生可以很直觀的觀察到計數器的邏輯功能。

圖1 七進制計數器仿真波形圖波形圖顯示的邏輯功能和設計的完全一樣，最后將設計的

5 結束語

在數字邏輯電路中引入EDA技術，讓學生在此基礎上可以利用多種不同的設計方案來實現電路，這樣可以激發學生的學習積極性，并且能讓學生逐漸將新技術手段應用到實踐中，極大提高學生的創新能力。

[1]于海濤,王玉松.電子技術課程設計中引入EDA技術的探討[J].實驗科學與技術,2008, 6 (8):14 -16.

[2]王斌.淺論開放實驗室教學與創新人才培養[J].實驗室科學,2008(1):35 - 37.

ZJW21004廣西大學生電子設計競賽培訓體系構建與研究。

劉濤，講師，碩士研究生，研究方向為無線通信。楊藝敏，講師，碩士研究生，研究方向位信號處理。