淺析電子設計自動化教學在高職教學中的應用

陳菊華

【摘要】電子設計自動化是一種以計算機為基本工作平臺，應用計算機圖形學、拓撲邏輯學、計算數學、以及人工智能等多種計算機應用科學的最新成果開發出來的一整套軟件工具，幫助電子設計工程師從事電子元件、產品和系統設計的綜合技術。電子設計自動化電子類專業的一門重要課程，教學內容包括三層次，在實踐教學中應用廣泛。

【關鍵詞】EDA技術? 教學內容? 實踐應用

EDA技術的發展經歷了三代，第一代：70年代，手工繪制PCB和IC版圖——在計算機上完成;第二代：80年代，仿真和自動布局布線;第三代：90年代，高級語言描述、系統級仿真和綜合，開發實現“概念驅動工程”的夢想。EDA技術的學習應貫穿在電子類高職專業的整個學習過程中，在電子仿真實驗、課程設計、競賽、畢業設計等各個過程中分別應用EDA技術的初級、中級、高級三層次內容。下面淺談EDA技術的教學內容和在實踐教學中的應用。

1.EDA技術的基本特征

第三代EDA技術的特征包含三個方面：

1.1高級語言描述

迫于Time-to-Market的壓力和設計大規模集成電路的需要，產生了硬件描述語言。該語言是一種計算機語言;可以對電子系統進行分層設計和描述，描述即可抽象也可具體;支持延遲仿真，可模擬硬件行為;數據類型豐富，可自定義類型。

1.2自上而下的分層設計

傳統設計方法是自下而上，其缺點是即使每一個子系統分別滿足設計要求，但整個系統的要求不一定得到滿足。現代設計方法是自上而下，其特點是能逐層描述、逐層模擬，保證滿足系統指標。

1.3并行設計環境

將眾多的軟件工具集成在一起，對電子系統設計進行項目管理、流程控制、數據管理等工作，使原來各個獨立的軟件工具成為一個統一的設計軟件包，便于使用和管理。

2.EDA技術的教學情況

EDA技術的教學從三個方面進行，分別為第一階段教學、第二階段教學和第三階段教學。下面我們就從這三個方面來給大家具體介紹EDA技術。

2.1第一階段教學內容

第一階段教學內容主要包括用EWB、PSpice、Protel等軟件進行電路設計、PCB板設計、電路仿真。一句話，第一階段教學內容就是學習使用工具軟件。第一階段教學使用的工具軟件有三種。

2.1.1EWB電子電路計算仿真軟件

EWB電子電路計算機仿真軟件，在眾多的電路仿真軟件中，是最容易上手的，它的工作界面非常直觀，原理圖和各種工具都在同一個窗口內，學生稍加學習就可以熟練地使用該軟件，對于電子設計，它是個很好的EDA工具，許多電路你無需動用烙鐵就可得知它的結果，而且若想更換元器件或改變元器件參數也十分方便。

2.1.2PSpice是用于微機系列的通用電路分析程序

PSPICE軟件具有強大的電路圖繪制功能、電路模擬仿真功能、圖形后處理功能和元器件符號制作功能，以圖形方式輸入，自動進行電路檢查，生成圖表，模擬和計算電路。

2.1.3Protel是電子設計者的首選軟件

目前Protel高端版本是完全一體化電子產品開發系統，是一款完整的板級設計軟件，它是將設計流程、集成化PCB設計、可編程器件（如FPGA）設計和基于處理器設計的嵌入式軟件開發功能整合在一起的產品，一種同時進行PCB和FPGA設計以及嵌入式設計的解決方案，具有將設計方案從概念轉變為最終成品所需的全部功能。

2.2第二階段教學內容

第二階段的教學內容是利用VHDL完成對CPLD/FPGA的開發。

常用的硬件描述語言有VHDL、Verilog、ABEL等，這里只介紹VHDL。VHDL（VHSIC（Very High Speed Integrated Circuit）Hardware Description Language）就是超高速集成電路硬件描述語言，是一種用于電路設計的高級語言。因此它主要應用在數字電路的設計中。在中國，目前主要用在FPGA/CPLD/EPLD的設計中。

VHDL主要用于描述數字系統的結構，行為，功能和接口。除了含有許多具有硬件特征的語句外，VHDL的語言形式和描述風格與句法是十分類似于一般的計算機高級語言。VHDL的程序結構特點是將一項工程設計，或稱設計實體（可以是一個元件，一個電路模塊或一個系統）分成外部（或稱可視部分，及端口）和內部（或稱不可視部分），涉及實體的內部功能和算法完成部分。

CPLD（Complex Programmable Logic Device）即復雜可編程邏輯器件，是一種用戶根據各自需要而自行構造邏輯功能的數字集成電路。其基本設計方法是借助集成開發軟件平臺，用原理圖、硬件描述語言等方法，生成相應的目標文件，通過下載電纜（“在系統”編程）將代碼傳送到目標芯片中，實現設計的數字系統。

FPGA（Field-Programmable Gate Array），即現場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎上進一步發展的產物。它是作為專用集成電路（ASIC）領域中的一種半定制電路而出現的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數有限的缺點。

第二階段教學內容的教學，應達到學生會熟練地借助集成開發軟件平臺QuartusⅡ，用VHDL硬件描述語言方法，生成相應的目標文件，通過下載電纜（“在系統”編程）將代碼傳送到CPLD/FPGA目標芯片中，實現設計的數字系統。

2.3第三階段教學內容

第三階段教學內容主要是專用集成電路（ASIC）的設計。

ASIC（Application Specific Integrated Circuit）是一種為專門目的而設計的集成電路，即專用集成電路。是指應特定用戶要求和特定電子系統的需要而設計、制造的集成電路。ASIC的特點是面向特定用戶的需求，ASIC在批量生產時與通用集成電路相比具有體積更小、功耗更低、可靠性提高、性能提高、保密性增強、成本降低等優點。

第三階段教學內容的教學是在中級教學內容的基礎上進行的，學生主要掌握設計方法，并以項目為載體進行設計訓練。

3.總結

EDA技術的發展與應用不僅使電子系統設計與制造發生了革命性的變化，也給電子技術課程教學帶來了巨大的變化，改變了傳統的電子技術課程教學模式，它解決了傳統的電子技術基礎理論和實驗教學存在的問題，創造了基于EDA技術的電子教學新方案，通過教學實踐證明該方案能夠在較大程度上提高學生對電子技術課程的學習興趣，并能提高電子技術課程的教學質量。