EDA技術(shù)在“數(shù)字電子技術(shù)”課程中的應(yīng)用

李曉敏 徐濤 河南科技學(xué)院機(jī)電學(xué)院，河南新鄉(xiāng) 453003

EDA技術(shù)在“數(shù)字電子技術(shù)”課程中的應(yīng)用

李曉敏 徐濤 河南科技學(xué)院機(jī)電學(xué)院，河南新鄉(xiāng) 453003

本文分析了EDA技術(shù)和“數(shù)字電子技術(shù)”課程的特點(diǎn)，提出了將EDA技術(shù)引入“數(shù)字電子技術(shù)”課程的目的，闡述了EDA的具體設(shè)計(jì)流程，并以VHDL語(yǔ)言描述一位全加器為例進(jìn)行具體說(shuō)明，表明EDA技術(shù)與“數(shù)字電子技術(shù)”課程的有機(jī)結(jié)合取得了良好的教學(xué)效果。

EDA技術(shù)；數(shù)字電子技術(shù)；教學(xué)

EDA是英文Electronic Design Automation的縮寫(xiě)，直譯為“電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化”，即以大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷?CPLD/FPGA)為設(shè)計(jì)載體，通過(guò)硬件描述語(yǔ)言輸入給相應(yīng)開(kāi)發(fā)軟件，經(jīng)過(guò)編譯和仿真，最終下載到設(shè)計(jì)載體中，從而完成系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)任務(wù)的一門(mén)新技術(shù)。[1]可以形象地概括為“硬件設(shè)計(jì)的軟件化”。

而“數(shù)字電子技術(shù)”課程是電類(lèi)各專(zhuān)業(yè)的一門(mén)技術(shù)基礎(chǔ)課，是研究各種半導(dǎo)體器件的性能、電路及應(yīng)用的學(xué)科。[2]偏重于硬件的研究。鑒于EDA技術(shù)和“數(shù)字電子技術(shù)”二者的特點(diǎn)，將代表電子設(shè)計(jì)最新潮流的EDA技術(shù)引入數(shù)字電子技術(shù)的教學(xué)過(guò)程中來(lái)，可以達(dá)到更好的教學(xué)效果。

一、將EDA技術(shù)引入“數(shù)字電子技術(shù)”教學(xué)中的目的

1.增強(qiáng)學(xué)生對(duì)“數(shù)字電子技術(shù)”理論的理解和對(duì)硬件電路的認(rèn)識(shí)

EDA技術(shù)使抽象的理論形象化、復(fù)雜的電路實(shí)際化，通過(guò)軟件進(jìn)行仿真的過(guò)程是對(duì)硬件電路功能的復(fù)習(xí)和鞏固的過(guò)程，使學(xué)生對(duì)課堂教學(xué)的內(nèi)容有了更為深刻和靈活的理解，也進(jìn)一步拓寬了眼界和思路，跟上了現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)的潮流；

2.改善教學(xué)效果，提高教學(xué)水平

課堂教學(xué)是課程學(xué)習(xí)中很重要的一步，數(shù)字電子技術(shù)課程本身牽涉的電路、芯片較多，課堂教學(xué)時(shí)對(duì)其進(jìn)行分析的過(guò)程很抽象。EDA技術(shù)的加入可以隨時(shí)以圖形、波形等直觀形式來(lái)顯示各種現(xiàn)象和過(guò)程，而且可以輕而易舉地修改電路參數(shù)，得到各種仿真波形，從而讓學(xué)生對(duì)電路及芯片的結(jié)構(gòu)及功能有了更深刻的理解，形象地消化和吸收所學(xué)內(nèi)容。

同時(shí)，通過(guò)EDA技術(shù)的引入，教師對(duì)教學(xué)的重點(diǎn)及難點(diǎn)也理解得更到位，從而精簡(jiǎn)了教學(xué)的內(nèi)容，減輕了部分工作量；

3.彌補(bǔ)資源不足，節(jié)省開(kāi)支

與數(shù)字電子技術(shù)配套的實(shí)驗(yàn)教學(xué)以及與數(shù)字電子技術(shù)密切相關(guān)的課程設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)用到的儀器很多，目前，很多項(xiàng)目由于經(jīng)費(fèi)的問(wèn)題遲遲不能開(kāi)設(shè)。限制了教學(xué)活動(dòng)的展開(kāi)。利用EDA技術(shù)開(kāi)設(shè)仿真實(shí)驗(yàn)，可以節(jié)省多種儀器，節(jié)省了開(kāi)支，同時(shí)在進(jìn)行常規(guī)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上充分發(fā)揮EDA技術(shù)的直觀、精確性，可取到事半功倍的效果。

二、EDA設(shè)計(jì)流程

一個(gè)完整的EDA設(shè)計(jì)流程既是其“自頂向下”設(shè)計(jì)思路的具體實(shí)施過(guò)程，也是EDA工具軟件本身的一部分。EDA設(shè)計(jì)流程包括設(shè)計(jì)輸入、綜合、適配、仿真、編程下載、硬件測(cè)試五個(gè)過(guò)程。

設(shè)計(jì)輸入可用圖形輸入的方式，也可采用VHDL文本輸入的方式，是進(jìn)行EDA設(shè)計(jì)的第一步；綜合僅針對(duì)HDL語(yǔ)言而言，綜合過(guò)程是把軟件設(shè)計(jì)的HDL描述與硬件結(jié)構(gòu)掛鉤，是將軟件轉(zhuǎn)化為硬件電路的關(guān)鍵步驟[3]；適配的目的是將綜合后的網(wǎng)表文件配置于指定的目標(biāo)文件中，使之產(chǎn)生最終的下載文件；對(duì)適配結(jié)果進(jìn)行的模擬測(cè)試即為仿真。這四個(gè)步驟都是在EDA軟件工作平臺(tái)上通過(guò)軟件進(jìn)行的。

編程下載和硬件測(cè)試是在試驗(yàn)箱上進(jìn)行的操作，最終驗(yàn)證設(shè)計(jì)項(xiàng)目的實(shí)際工作情況。通過(guò)完整的設(shè)計(jì)流程，就完成了一個(gè)EDA項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過(guò)程。

三、設(shè)計(jì)舉例

在“數(shù)字電子技術(shù)”課程中講過(guò)的一位減法器，就可以利用EDA技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)此過(guò)程的演示，可以讓學(xué)生更形象直觀地理解減法器的功能和時(shí)序。

以下為利用VHDL硬件描述語(yǔ)言設(shè)計(jì)的一位全減器，設(shè)計(jì)思路為：

1.首先設(shè)計(jì)一位半減器，設(shè)輸入為x、y，輸出為差值diff和借位輸出s_out。其VHDL語(yǔ)言描述為：

2.由卡諾圖進(jìn)行分析可得，一位全減器可由半減器和或門(mén)構(gòu)成?；蜷T(mén)的VHDL語(yǔ)言描述如下：

3.最后，用例化語(yǔ)句構(gòu)成頂層文件，即可實(shí)現(xiàn)一位全減器。其仿真波形如下圖。

四、結(jié)束語(yǔ)

EDA技術(shù)與“數(shù)字電子技術(shù)”課程的結(jié)合，使教學(xué)效果得到提高，也極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，更好地實(shí)現(xiàn)了教學(xué)大綱的目標(biāo)，為學(xué)生牢固掌握知識(shí)打下穩(wěn)固的基礎(chǔ)。

[1]石靜苑,程繼航,李井泉.EDA技術(shù)在“電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代教育科學(xué).2009,（1）:255-256

[2]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分（第五版）[M].北京:高等教育出版.2006

[3]潘松,黃繼業(yè).EDA技術(shù)實(shí)用教程（第三版）[M].北京：科學(xué)出版社.2007

[4]王衛(wèi)東,秦冬成,趙中華.引入EDA,改進(jìn)電子電路課程教學(xué)[J].高等工程教育研究.2002,（1）:76-78

[5]田建艷,夏路易.EDA支持下的電子技術(shù)教學(xué)實(shí)踐[J].教育理論與實(shí)踐.2005,25（6）:54-55

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.09.161