ＥＤＡ技術在《數字電路》教學中的應用

摘要：介紹了MAX+PLUSⅡ軟件的優點，并將基于該軟件的實驗引入《數字電路》教學，進行了理論教學與仿真驗證相結合的探索，將抽象的理論知識變成直觀的感性認識，取得了顯著的教學效果。

關鍵詞：MAX+PLUS；數字電路；仿真；教學

《數字電路》是一門很重要的專業基礎課，它的任務是為培養應用型的電子技術任意提供必要的基礎理論知識和實驗技能。隨著計算機技術的突飛猛進。近年來《數字電路》的教學已經引入了計算機輔助教學。采用的軟件有PowerPoint，Authorware，Flash等，制作的課件形象、生動。在一定程度上提高了教學效果，但這仍不能滿足《數字電路》課的教學效果，因為《數字電路》是一門實踐性較強的技術學科。而采用PowerPoint等只能滿足理論教學要求，而對實驗的驗證部分是無能為力的。傳統的數字電路實驗常采用面包板搭建或設計成印刷線路板焊接成所需電路在進行測試，該方法存在明顯的缺點。隨著PLD器件及EDA(電子設計自動化ElectronicDesign Automation的縮寫)技術的廣泛應用，利用EDA軟件可以把專業的電子實驗室搬到電腦上，先對所設計的電路進行功能測試、修改，再制作實際電路，最終完成有關實驗。

MAX+PLUS Ⅱ是美國ALTERA公司開發的EDA軟件。它具有Windows操作系統的程序界面。采用全菜單操作和鼠標操作方式。是一個完全集成化、易學易用的可編程邏輯設計環境。它提供了功能強大、直觀便捷和操作靈活的原理圖輸入設計功能，同時還配備了適用于各種需要的元件庫，其中包含基本邏輯元件庫(如與非門、反向器、D觸發器等)、宏功能元件(包含了幾乎所有74系列的器件)以及功能強大、性能良好的類似于IP核的兆功能塊LPM庫。但更為重要的是它提供了使用方便、精度良好的時序仿真器。對系統中任一元件的功能能進行精確的時序仿真，精度達0.1 ns，非常適合數字電路分析的要求。

一、MAX+PIUS軟件的特點

MAX+plus Ⅱ是美國Altera公司推出的用于開發可編程邏輯器件的EDA工具。其主要優點有：

(1)多平臺，MAX+plus lI可在基于Unix、Windows、Windows95/98、Windows2000、Windows XP等幾乎所有目前流行的操作系統下運行。

(2)與結構無關．MAX+plus Ⅱ Compiler(編譯器)是系統的核心，它支持Altera的所有PLD系列，為設計者提供了一個真正與結構無關的可編程邏輯設計環境。該編譯器還強有力地支持邏輯綜合和邏輯化簡，使設計者可以比較容易地將其設計集成到器件中。

(3)全集成化，MAX+plus Ⅱ的設計輸入、編譯處理、功能校驗全部集成在統一的開發環境下，可以加快動態調試，縮短開發周期。

(4)兼容性強，MAX+plus Ⅱ與其他工業標準的設計輸入、邏輯綜合和校驗工具結合密切。設計者可以用Alter或標準的EDA設計輸入工具生成一個邏輯設計，再用MAX+plus Ⅱ Compiler將設計編譯到ALtera器件中。

MAX+PLUS Ⅱ提供了豐富的邏輯功能庫。包括74系統邏輯器件等效宏功能庫。特殊功能模塊庫以及參數化的兆功能模塊庫，供設計者使用，學生利用這些庫及自己添加的宏功能模塊，可大大減輕學生的工作量。

二、MAX+PLUS Ⅱ實驗在數字電路教學中的應用

一般數字電路的教學。是由理論教學、課程實驗和課程設計等教學環節構成的。理論教學進行了一段時間，完成了一定內容的教學后。再安排實驗。會增強學生對教學內容的感性認識。由于學生在學習某個內容時，起初產生的興趣會隨時間的推移而逐漸消失．我們在多媒體教學實踐中，結合理論教學的進程，及時地利用電子設計軟件在計算機上進行驗證仿真，使學生對學習內容的感性認識加強，把實驗與理論緊密地相結合，加深了對理論的認識。

例如，《數字電路》教材在講解用集成計數器構成任意進制計數器時，介紹了兩種方法：反饋清零法和反饋置數法。這里面牽涉的概念較多，如同步置數、異步置數、同步清零和異步清零等。而用到的詞語“一閃”“短暫的過渡狀態”“極短的瞬間”等又比較抽象．學生難以全面理解和掌握，而借助MAX+PLUS軟件的原理圖輸入和仿真功能，我們可以很清楚地觀察出電路的工作狀態。

使用MAX+PLUSⅡ設計CPLD器件的流程圖如圖1所示。

三、結語

利用MAX+PLUS軟件可以將數字電路中那些看不見摸不著的、抽象的理論用科學、直觀的方式展示出來，深入淺出地分析各種電路的特性。教學與實驗驗證同步進行，加深了學生對理論的理解，激發了學生的學習興趣，擴展了學生的思維空間，同時也為后續的可編程邏輯器件(PLD)的學習埋下了伏筆。取得了非常好的教學效果。