《EDA應(yīng)用技術(shù)》課程設(shè)計(jì)的教學(xué)實(shí)踐

劉艷芳 劉偉靜 王芳

[摘 要]EDA技術(shù)是電子信息類專業(yè)的核心課程之一，針對(duì)獨(dú)立學(xué)院課程設(shè)置的特點(diǎn)，結(jié)合學(xué)生的實(shí)際情況，進(jìn)行了《EDA應(yīng)用技術(shù)》課程設(shè)計(jì)的教學(xué)實(shí)踐。

[關(guān)鍵詞]EDA技術(shù) 課程設(shè)計(jì) 教學(xué)實(shí)踐

[中圖分類號(hào)] G420[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A[文章編號(hào)] 2095-3437（2012）10-0113-02

一、獨(dú)立學(xué)院概況

北京科技大學(xué)天津?qū)W院是2005年經(jīng)教育部批準(zhǔn)，由北京科技大學(xué)和廣東珠江投資集團(tuán)有限公司合作舉辦的本科層次的全日制獨(dú)立學(xué)院。學(xué)院依托北京科技大學(xué)優(yōu)質(zhì)教育資源，實(shí)施“應(yīng)用型”理論教學(xué)和以“職業(yè)能力培養(yǎng)為主線”的實(shí)踐教學(xué)，培養(yǎng)適應(yīng)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展需要的理論基礎(chǔ)扎實(shí)、實(shí)踐技能強(qiáng)、綜合素質(zhì)高并具有創(chuàng)新精神的應(yīng)用型本科人才。[1]

二、EDA課程概述

EDA技術(shù)是在20世紀(jì)90年代逐漸成熟的一門新技術(shù)技術(shù)，它是設(shè)計(jì)者以計(jì)算機(jī)為工具，以大規(guī)模可編程邏輯器件為載體，以硬件描述語(yǔ)言為系統(tǒng)邏輯描述的主要表達(dá)方式，然后由計(jì)算機(jī)自動(dòng)地完成邏輯編譯、化簡(jiǎn)、分割、綜合、優(yōu)化、布局、布線和仿真，直至對(duì)于特定目標(biāo)芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作，最終形成集成電子系統(tǒng)或?qū)Ｓ眉尚酒囊婚T新技術(shù)。

可編程邏輯器件（如CPLD、FPGA）已得到廣泛的普及，這些器件為數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來(lái)了極大的靈活性。這些器件可以通過(guò)軟件編程而對(duì)其硬件結(jié)構(gòu)和工作方式進(jìn)行重構(gòu)，從而使得硬件的設(shè)計(jì)可以如同軟件設(shè)計(jì)那樣方便快捷。這一切極大地改變了傳統(tǒng)的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)過(guò)程和設(shè)計(jì)觀念，促進(jìn)了EDA技術(shù)的迅速發(fā)展。

隨著EDA技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大與深入，EDA技術(shù)在電子信息、通信、自控及計(jì)算機(jī)應(yīng)用等領(lǐng)域的重要性日益突出。在技術(shù)市場(chǎng)與人才市場(chǎng)對(duì)EDA的需求在不斷提高，產(chǎn)品的市場(chǎng)效率和技術(shù)要求也必然會(huì)反映到教學(xué)和科研領(lǐng)域中來(lái)。

三、教學(xué)實(shí)踐內(nèi)容

（一）教學(xué)手段

實(shí)踐教學(xué)是高校一項(xiàng)重要的教學(xué)內(nèi)容，可以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，本課程設(shè)計(jì)作為一次重要的實(shí)踐教學(xué)，將采用全程實(shí)驗(yàn)室教學(xué)，并設(shè)置每三人一組。小組教學(xué)采用先講后練的原則，并在練習(xí)過(guò)程中增加師生間的互動(dòng)性，有問(wèn)題立即解決，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性。[2]

EDA技術(shù)課程作為電子信息類專業(yè)的核心專業(yè)課之一，在專業(yè)課程體系中它的功能定位是在專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)中起到承上啟下的作用。相比于其他課程，EDA應(yīng)用技術(shù)的教學(xué)具有自身的規(guī)律和獨(dú)特性。

首先是教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生應(yīng)該是先修完數(shù)字電路后再來(lái)學(xué)習(xí)EDA應(yīng)用技術(shù)這門課程，所以在講授的過(guò)程中一些重要的理論知識(shí)需要學(xué)生提前復(fù)習(xí)。

其次是教學(xué)方法。本課程作為實(shí)踐課程，以實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課為主，這就要求以引導(dǎo)性教學(xué)為主。對(duì)Verilog HDL的教學(xué)不會(huì)逐條語(yǔ)句講授，而應(yīng)結(jié)合具體實(shí)例講解最基本的語(yǔ)句現(xiàn)象及其使用方法。

第三就是注重教學(xué)實(shí)效。數(shù)字電路與EDA技術(shù)課程的側(cè)重點(diǎn)不同，前者側(cè)重于邏輯行為實(shí)現(xiàn)的認(rèn)知和驗(yàn)證；后者具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，側(cè)重于實(shí)用電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新的意識(shí)和能力，針對(duì)性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)應(yīng)該是教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。

（二）教學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

EDA技術(shù)需要兩方面的基礎(chǔ)，一是硬件描述語(yǔ)言（Verilog或VHDL），二是FPGA芯片。

本次課程設(shè)計(jì)的硬件平臺(tái)是綜合性的實(shí)驗(yàn)箱，核心模塊采用的FPGA芯片是ALTERA的芯片，型號(hào)是FLEX EPF10K10LC84-4，該實(shí)驗(yàn)箱還包括模擬信號(hào)源與數(shù)字時(shí)鐘模塊、按鍵及撥碼開關(guān)陣列模塊、7段數(shù)碼管和點(diǎn)陣LED顯示模塊等常見外設(shè)。

在開發(fā)工具方面采用Quartus2軟件平臺(tái)，該平臺(tái)ALTERA公司推出的FPGA、CPLD和ASIC的綜合性開發(fā)軟件，它不但支持電路原理圖輸入和硬件描述語(yǔ)言輸入，而且具有完善的仿真功能。本文將Quartus2軟件引入EDA課程設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)目的在于提高學(xué)生對(duì)數(shù)字邏輯電路的分析和設(shè)計(jì)能力。

硬件描述語(yǔ)言常用的有兩種，即VHDL和Verilog HDL。相較于VHDL，Verilog HDL更易學(xué)易用，可以在很短時(shí)間內(nèi)掌握該語(yǔ)言，所以本次課程設(shè)計(jì)的采用了Verilog HDL。[3]

（三）教學(xué)內(nèi)容

《EDA應(yīng)用技術(shù)》的教學(xué)重點(diǎn)是基于EDA工具的系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)的掌握，包括軟件工具的熟練應(yīng)用、Verilog HDL硬件描述語(yǔ)言、組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)仿真。其中難點(diǎn)是應(yīng)用Verilog HDL語(yǔ)言進(jìn)行電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

（四）實(shí)踐內(nèi)容設(shè)計(jì)

應(yīng)根據(jù)EDA應(yīng)用技術(shù)課程實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)由淺入深的實(shí)踐內(nèi)容。針對(duì)這次課程設(shè)計(jì)的課時(shí)少并結(jié)合獨(dú)立學(xué)院學(xué)生的實(shí)際情況，對(duì)應(yīng)的課程設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟如下：

1.入門實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的第一個(gè)層次——入門實(shí)驗(yàn)，是相關(guān)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。由教師提供詳細(xì)的設(shè)計(jì)程序和實(shí)驗(yàn)方法，使學(xué)生能有章可循、快速入門。要求學(xué)生掌握Quarter2軟件的2個(gè)基本方式（電路原理圖輸入法、硬件描述語(yǔ)言法）仿真的整個(gè)流程。

2.基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的第二個(gè)層次——基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，包括基本的組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)和仿真。

3.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的第三個(gè)層次——設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，由教師給定設(shè)計(jì)目標(biāo)、實(shí)現(xiàn)功能等，要求學(xué)生自主設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)。學(xué)生自行完成設(shè)計(jì)題目所提出的數(shù)字系統(tǒng)，并對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行修改，直到完成預(yù)定的目標(biāo)。[4]

（五）考核方式

針對(duì)《EDA應(yīng)用技術(shù)》課程設(shè)計(jì)注重理論知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用和時(shí)間性強(qiáng)的特點(diǎn)，課程的考核分為兩部分。

（1）平時(shí)成績(jī)占40%，包括出勤和平時(shí)的實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)，這可以反映學(xué)生的考勤情況及其在學(xué)習(xí)過(guò)程中的態(tài)度表現(xiàn)，促使學(xué)生遵守課堂紀(jì)律和養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)態(tài)度，增強(qiáng)自我管理能力。

（2）EDA課程實(shí)訓(xùn)驗(yàn)收成績(jī)占60%，學(xué)生要完成教師給定的題目，反映學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)實(shí)踐能力以及創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。驗(yàn)收實(shí)訓(xùn)時(shí)要演示設(shè)計(jì)的系統(tǒng)功能，提交實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)報(bào)告，對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行總結(jié)，以及完成實(shí)訓(xùn)后的收獲感想等。

（六）課程實(shí)施的體會(huì)

學(xué)生因素是實(shí)踐教學(xué)的主體因素，學(xué)生的主觀參與愿望興趣和動(dòng)機(jī)知識(shí)條件與基礎(chǔ)等都是影響學(xué)生的關(guān)鍵要素，實(shí)踐教學(xué)的成敗最終體現(xiàn)在學(xué)生的變化上，所以學(xué)生是實(shí)踐教學(xué)的核心。在課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中要時(shí)刻調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性。

由于本課程設(shè)計(jì)實(shí)踐性強(qiáng)，相關(guān)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)需要學(xué)生課下完成。由教師指定教材讓學(xué)生在課下復(fù)習(xí)數(shù)字電路的理論知識(shí)，并預(yù)習(xí)完成基礎(chǔ)語(yǔ)法的學(xué)習(xí)。

EDA技術(shù)在現(xiàn)代社會(huì)電子工程領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，通過(guò)設(shè)置《EDA應(yīng)用技術(shù)》課程設(shè)計(jì)的實(shí)訓(xùn)課程，提高了學(xué)生的開發(fā)和設(shè)計(jì)能力，使得學(xué)生能運(yùn)用課本中所學(xué)到的知識(shí)，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)技術(shù)是發(fā)展的，相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法也應(yīng)不斷改進(jìn)，其中一定有許多問(wèn)題值得我們繼續(xù)深入探討。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 于洋，霍素彥，楊會(huì)來(lái)，郝淑珍. 獨(dú)立學(xué)院人才培養(yǎng)目標(biāo)定位研究[J].文教資料， 2009，10（28）.

[2] 胡有林，朱玉梅.獨(dú)立學(xué)院實(shí)踐教學(xué)影響因素研究[J].黑龍江教育，2012，（5）.

[3] 潘松，黃繼業(yè)，陳龍.EDA技術(shù)與Verilog HDL[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.

[4] 黃科，艾瓊龍，李磊. EDA數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例實(shí)踐[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.

[責(zé)任編輯：劉鳳華]