EDA技術在“數字電子技術”課程中的應用

李曉敏 徐濤 河南科技學院機電學院，河南新鄉 453003

EDA技術在“數字電子技術”課程中的應用

李曉敏 徐濤 河南科技學院機電學院，河南新鄉 453003

本文分析了EDA技術和“數字電子技術”課程的特點，提出了將EDA技術引入“數字電子技術”課程的目的，闡述了EDA的具體設計流程，并以VHDL語言描述一位全加器為例進行具體說明，表明EDA技術與“數字電子技術”課程的有機結合取得了良好的教學效果。

EDA技術；數字電子技術；教學

EDA是英文Electronic Design Automation的縮寫，直譯為“電子設計自動化”，即以大規模可編程邏輯器件(CPLD/FPGA)為設計載體，通過硬件描述語言輸入給相應開發軟件，經過編譯和仿真，最終下載到設計載體中，從而完成系統電路設計任務的一門新技術。[1]可以形象地概括為“硬件設計的軟件化”。

而“數字電子技術”課程是電類各專業的一門技術基礎課，是研究各種半導體器件的性能、電路及應用的學科。[2]偏重于硬件的研究。鑒于EDA技術和“數字電子技術”二者的特點，將代表電子設計最新潮流的EDA技術引入數字電子技術的教學過程中來，可以達到更好的教學效果。

一、將EDA技術引入“數字電子技術”教學中的目的

1.增強學生對“數字電子技術”理論的理解和對硬件電路的認識

EDA技術使抽象的理論形象化、復雜的電路實際化，通過軟件進行仿真的過程是對硬件電路功能的復習和鞏固的過程，使學生對課堂教學的內容有了更為深刻和靈活的理解，也進一步拓寬了眼界和思路，跟上了現代電子設計的潮流；

2.改善教學效果，提高教學水平

課堂教學是課程學習中很重要的一步，數字電子技術課程本身牽涉的電路、芯片較多，課堂教學時對其進行分析的過程很抽象。EDA技術的加入可以隨時以圖形、波形等直觀形式來顯示各種現象和過程，而且可以輕而易舉地修改電路參數，得到各種仿真波形，從而讓學生對電路及芯片的結構及功能有了更深刻的理解，形象地消化和吸收所學內容。

同時，通過EDA技術的引入，教師對教學的重點及難點也理解得更到位，從而精簡了教學的內容，減輕了部分工作量；

3.彌補資源不足，節省開支

與數字電子技術配套的實驗教學以及與數字電子技術密切相關的課程設計等環節用到的儀器很多，目前，很多項目由于經費的問題遲遲不能開設。限制了教學活動的展開。利用EDA技術開設仿真實驗，可以節省多種儀器，節省了開支，同時在進行常規實驗的基礎上充分發揮EDA技術的直觀、精確性，可取到事半功倍的效果。

二、EDA設計流程

一個完整的EDA設計流程既是其“自頂向下”設計思路的具體實施過程，也是EDA工具軟件本身的一部分。EDA設計流程包括設計輸入、綜合、適配、仿真、編程下載、硬件測試五個過程。

設計輸入可用圖形輸入的方式，也可采用VHDL文本輸入的方式，是進行EDA設計的第一步；綜合僅針對HDL語言而言，綜合過程是把軟件設計的HDL描述與硬件結構掛鉤，是將軟件轉化為硬件電路的關鍵步驟[3]；適配的目的是將綜合后的網表文件配置于指定的目標文件中，使之產生最終的下載文件；對適配結果進行的模擬測試即為仿真。這四個步驟都是在EDA軟件工作平臺上通過軟件進行的。

編程下載和硬件測試是在試驗箱上進行的操作，最終驗證設計項目的實際工作情況。通過完整的設計流程，就完成了一個EDA項目的設計過程。

三、設計舉例

在“數字電子技術”課程中講過的一位減法器，就可以利用EDA技術來實現。通過此過程的演示，可以讓學生更形象直觀地理解減法器的功能和時序。

以下為利用VHDL硬件描述語言設計的一位全減器，設計思路為：

1.首先設計一位半減器，設輸入為x、y，輸出為差值diff和借位輸出s_out。其VHDL語言描述為：

2.由卡諾圖進行分析可得，一位全減器可由半減器和或門構成。或門的VHDL語言描述如下：

3.最后，用例化語句構成頂層文件，即可實現一位全減器。其仿真波形如下圖。

四、結束語

EDA技術與“數字電子技術”課程的結合，使教學效果得到提高，也極大地調動了學生的主觀能動性，更好地實現了教學大綱的目標，為學生牢固掌握知識打下穩固的基礎。

[1]石靜苑,程繼航,李井泉.EDA技術在“電子技術基礎”課程中的應用[J].現代教育科學.2009,（1）:255-256

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

[3]潘松,黃繼業.EDA技術實用教程（第三版）[M].北京：科學出版社.2007

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

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

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.09.161