電子設計自動化教學的探討

王志堅

[摘要]介紹EDA技術的主要特點和功能，并對將EDA技術引入到數字電路設計的教學方法進行探討。

[關鍵詞]電子設計自動化教學實驗

中圖分類號：G43文獻標識碼：A文章編號：1671－7597(2009)0210180－01

隨著計算機技術的發展，計算機軟件在電路設計中的應用越來越廣泛，使得越來越多的工作由手工操作變為計算機來完成。因此，電子設計自動化成為設計制作電路板的必然趨勢。電子設計自動化是運行在Windows環境下的EDA設計系統，它具有強大便捷的編輯功能，卓有成效的檢測手段和完善靈活的設計管理方式，已成為眾多電子線路設計人員首選的計算機輔助設計軟件。目前，全國從事電子線路設計人員中約有80％正在使用，可見從事電子線路行業相關的學生掌握此軟件是將來就業成功與否的重要因素。因此，如何在有限的課堂時間里，讓學生在電子線路設計中靈活運用電子設計自動化，是我們在教學中應深入探討的問題。筆者根據近幾年的教學經歷，積累了一些電子設計自動化的教學經驗以及電路設計應注意的常見錯誤，現歸納如下。

一、如何引導學生的學習興趣

學習計算機的目標就是用。老式的教學中都是利用黑板教學，由于計算機輔助設計(運用計算機來輔助工程或產品的設計開發及設計評估)方面知識薄弱，所以教學效果非常不好。從解決實際問題出發，利用EDA技術以提高學生素質、培養創新精神為目標，改變傳統的驗證性教學課程和教學方法起到了非常好的效果。

再者，介紹電子設計自動化使用在全國普查情況，闡明從事電子類的學生學習對電子設計自動化對今后在專業上的重要性。理論聯系實際，讓學生明白本課程在專業中地位并激發起學生的學習興趣，這比單純的理論講課更重要。

二、什么是EDA

EDA是電子設計自動化的縮寫，在20世紀90年代初從計算機輔助設計(CAD)、計算機輔助制造(CAM)、計算機輔助測試(CAT)和計算機輔助工程(CRE)的概念發展而來的。EDA技術就是以計算機為工具，設計者在EDA軟件平臺上，用硬件描述語言HDL完成設計文件，然后由計算機自動地完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合、優化、布局、布線和仿真，直至對于特定目標芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作。

EDA技術的出現，極大地提高了電路設計的效率，減輕了設計者的勞動強度。

三、EDA技術的主要內容

EDA技術涉及面廣，內容豐富，從教學和實用的角度看，究竟應掌握些什么內容呢?據實際教學經濟，我想應該主要應掌握如下四個方面的內容：1．大規?？删幊踢壿嬈骷?；2．硬件描述語言；3．軟件開發工具；4．開發系統。其中，大規模可編程邏輯器件是利用EDA技術進行電子系統設計的載體，硬件描述語言是利用EDA技術進行電子系統設計的主要表達手段，軟件開發工具是利用EDA技術進行電子系統設計的智能化的自動化設計工具，實驗開發系統則是利用EDAS術進行電子系統設計的下載工具及硬件驗證工具。

EDA技術應用于高校電子類專業的實踐教學工作中。如各種數字集成電路芯片，用VHDL語言可以進行方便的描述，經過生成元件后可作為一個標準元件進行調用。同時，借助于VHDL開發設計平臺，可以進行系統的功能仿真和時序仿真，借助于實驗開發系統可以進行硬件功能驗證等，因而可大大地簡化數字電子技術的實驗，并可根據學生的設計不受限制地開展各種實驗。對于電子技術課程設計，特別是數字系統性的課題，在EDA實驗室不需添加任何新的東西，即可設計出各種比較復雜的數字系統，并且借助于實驗開發系統可以方便地進行硬件驗證，如設計頻率計、交通控制燈、秒表等。

四、EDA技術實驗

由于所使用的軟件不同，具體的實驗操作步驟有差異，但其基本步驟如下：(1)源程序的編輯、編譯以及邏輯綜合：(2)進行實驗芯片的選擇、管腳的鎖定，再進行邏輯適配；(3)進行行為仿真、功能仿真、時序仿真等有關仿真和仿真結果分析；(4)進行硬件驗證；(5)進行性能指標測試。教師要在實驗前講述該實驗的實驗目的，程序設計思路，程序調試和硬件驗證的注意事項。每個實驗要求學生熟練地掌握各個模塊及整個系統的設計思想，完成系統所有程序的設計，上機獨立的將各個程序調試成功，將各個程序進行仿真及結果分析，最后應在自己所擁有的EDA實驗開發系統上直接或稍作修改后進行硬件驗證。

五、問題的發現及糾正

1．Node not found。裝載網絡表時，出現節點找不到的錯誤常以“Error：Node not found”表示。產生節點找不到的原因：(1)原理圖元件存在標號重復；(2)原理圖元件與指定的封裝二者之間引腳編號不一致，如二極管在原理圖中的編號為A、K而在PCB編輯器中編號為1、2。這兩種產生錯誤的原因可分別采用以下方法排除：①在原理圖環境下，利用Tool/Annotate選擇對All parts進行重新編號，存盤、重新生成網絡表；②修改原理圖庫元件的引腳編號：在原理圖庫編輯器中，調出需修改的元件，雙擊元件的引腳，將引腳的編號修改成與PCB庫封裝的焊盤編號相同，然后單擊瀏覽器的Update Schematics。

2．omponet not found。在原理圖上放置元件，必須先裝入元件庫，有些學生經常忘記這一點。所以在放置元件的過程中經常碰到“componet notfound”這問題；電子設計自動化99 SE系統默認加載的庫是“Miscellaneous Devices．lib”，默認放置元件的范圍為原理圖瀏覽器所加載的庫文件；由于電子設計自動化是專業電路設計軟件，所提供的元件庫包含了相當全面的元件，所以元件庫數量很多，元件的數量更多，使初學者茫茫然不知該到哪個元件庫中去尋找所需的元件。根據筆者經驗，初學者一般只需裝入“Miscellaneous Devices．lib”、“電子設計自動化Dos schematiclibraries．lib”兩個元件庫，就基本上夠用了。如果沒有找到元件，我們可以利用Tool/Find Component(搜索)功能，把“Search”中“Scope”選項更改為“Specified path”后再搜索。如果利用這種方法還找不到，我們只好自制一個原理圖元件了。為了提高學生畫原理圖的速度，我們還應教學生記住常用的元器件在庫中的名稱。例如，常用電阻名稱為RES2，無極性電容為CAP，有極性電容為ELECTR01，一般二極管為DIODE，發光二極管為LED等。另外，我們還可教學生建立自己的個性庫，將一些常用的元件放置在自己建立的元件庫里，這樣加載、查找元件會更方便。