對(duì)現(xiàn)代EDA技術(shù)的概念及特點(diǎn)介紹

數(shù)字電路課程是高等院校電子電氣和信息類專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課。因?yàn)樗c工程實(shí)踐聯(lián)系緊密，近年來(lái)課程的內(nèi)容隨著新器件和新技術(shù)的涌現(xiàn)而不斷更新，其中最具代表性的就是：日新月異的大規(guī)模和超大規(guī)模可編程邏輯電路和以此為基礎(chǔ)的EDA技術(shù)成為數(shù)字電路課程中的一個(gè)新興內(nèi)容。不少高等院校圍繞這個(gè)內(nèi)容對(duì)數(shù)字電路課程進(jìn)行了改革。

一、對(duì)現(xiàn)代EDA技術(shù)的認(rèn)識(shí)

EDA即電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化。廣義的EDA包括：半導(dǎo)體工藝設(shè)計(jì)自動(dòng)化、可編程邏輯器件設(shè)計(jì)自動(dòng)化、電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)自動(dòng)化、印刷電路板設(shè)計(jì)自動(dòng)化、電路仿真與測(cè)試自動(dòng)化等方面。我們這里只討論與數(shù)字電路課程密切相關(guān)的，以可編程邏輯器件（PLD）為基礎(chǔ)，利用計(jì)算機(jī)和特定的開發(fā)軟件或開發(fā)系統(tǒng)，進(jìn)行電子電路的自動(dòng)化設(shè)計(jì)的狹義EDA。

EDA技術(shù)具有如下特點(diǎn)：EDA所依托的PLD器件是一種可編程的專用集成電路（ASIC），由用戶來(lái)開發(fā)并決定其功能，而傳統(tǒng)設(shè)計(jì)所用到的通用型集成電路具功能是確定的，不可更改； EDA采用的設(shè)計(jì)方法是從上而下的設(shè)計(jì)方法，不同于傳統(tǒng)的自下而上的設(shè)計(jì)方法；EDA設(shè)計(jì)中硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和行為可以采用硬件描述語(yǔ)言（HDL）來(lái)描述，產(chǎn)生的主要設(shè)計(jì)文件是HDL語(yǔ)言編寫的可讀性較強(qiáng)的源程序，而傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法產(chǎn)生的主要設(shè)計(jì)文件是電路原理圖，EDA在系統(tǒng)設(shè)計(jì)早期就可進(jìn)行仿真和修改，而傳統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)需在后期基本硬件系統(tǒng)完成后再進(jìn)行仿真和調(diào)試。正是因?yàn)镋DA的這些特點(diǎn)和優(yōu)越性給電子技術(shù)領(lǐng)域帶來(lái)了一場(chǎng)革命，也促進(jìn)了數(shù)字電路課程的改革。

二、課程改革的現(xiàn)狀

從近年來(lái)編寫的數(shù)字電路教材中，我們可以看到EDA給教學(xué)帶來(lái)的變化。第一，可編程邏輯器件的知識(shí)從空白到附帶的介紹，進(jìn)而發(fā)展為用獨(dú)立的章節(jié)進(jìn)行專門的論述。第二，有些教材用一定的篇幅對(duì)EDA軟件系統(tǒng)也進(jìn)行了介紹。在各院校的數(shù)字電路課程教學(xué)改革中，EDA也逐漸占有了一席之地：增加PLD的學(xué)時(shí)比例，將HDL語(yǔ)言納入教學(xué)計(jì)劃，開設(shè)基于ISP Synario，Maxplus2等開發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)或仿真實(shí)驗(yàn)，或者應(yīng)用EDA的方法進(jìn)行數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)。由此可見，EDA在數(shù)字電路課程中得到了普遍的重視。不過，我們也應(yīng)該看到，目前它并未給數(shù)字電路課程帶來(lái)本質(zhì)的變化。。從教材的角度來(lái)說(shuō)，這部分知識(shí)通常處在全書最后的位置，作為傳統(tǒng)內(nèi)容的更新和補(bǔ)充。像一個(gè)“補(bǔ)丁”，沒有影響教材的總體結(jié)構(gòu)?？墒菑漠?dāng)前PLD和EDA技術(shù)鋪天蓋地的應(yīng)用來(lái)看，EDA“補(bǔ)丁”的地位只能說(shuō)明教材知識(shí)更新的速度已經(jīng)滯后于技術(shù)發(fā)展的速度。從教學(xué)過程的角度來(lái)說(shuō)，EDA教學(xué)與其他部分的教學(xué)基本是分離的，在學(xué)完幾乎所有的傳統(tǒng)內(nèi)容后，最后在大規(guī)模集成電路部分進(jìn)入可編程邏輯器件和EDA設(shè)計(jì)方法的學(xué)習(xí)。相關(guān)實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)也開設(shè)在這個(gè)階段。這樣的一種教學(xué)安排也無(wú)法體現(xiàn)EDA技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，也難以引起學(xué)生對(duì)新技術(shù)的重視。

三、EDA內(nèi)容與數(shù)字電路課程的真正融合

考慮到EDA的精髓所在是其設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)理念，正是這一點(diǎn)給電子技術(shù)領(lǐng)域帶來(lái)重大變革。站在技術(shù)前沿的高等院校在進(jìn)行教學(xué)改革的時(shí)候也應(yīng)當(dāng)從一個(gè)比較高的角度看待EDA的教學(xué)，以向?qū)W生灌輸新的設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)理念為主要任務(wù)，而不是僅僅介紹一種新器件，學(xué)習(xí)一種新的軟件應(yīng)用而已。因此，要做至UEDA與數(shù)字電路內(nèi)容的真正融合，我們應(yīng)該對(duì)數(shù)字電路課程進(jìn)行更深入的改革。

1．在教學(xué)內(nèi)容的編排上，PLD器件的介紹不應(yīng)當(dāng)放到課程最后或偏后的位置，PLD器件的地位不應(yīng)視為與其他各種具體的邏輯功能器件相并列，而應(yīng)視為與通用型邏輯器件的總體相并列。在學(xué)完數(shù)字邏輯基礎(chǔ)及門電路后就逐步開始涉及P L D，當(dāng)然不必細(xì)說(shuō)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，重在說(shuō)明其可編程特性，并開始一種HDL語(yǔ)言（譬如VHDL）和實(shí)驗(yàn)中配備的相應(yīng)開發(fā)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)。在此后的組合邏輯和時(shí)序邏輯功能器件的教學(xué)過程中，一方面要說(shuō)明這些電路的門級(jí)構(gòu)成，另一方面要介紹其EDA實(shí)現(xiàn)方法。學(xué)生就可以看到，實(shí)現(xiàn)一定的邏輯功能有兩種基本方法，一種由已知的通用器件構(gòu)成，要求對(duì)器件的功能非常熟悉，這實(shí)際上是在最基本的IC層面上體現(xiàn)了傳統(tǒng)的由下向上的設(shè)計(jì)方法。另一種就是EDA的方法，可以將邏輯功能逐層分解、用HDL語(yǔ)言描述逐層描述，既可以描述其結(jié)構(gòu)，也可以描述其行為，并且隨時(shí)可以進(jìn)行仿真。這體現(xiàn)的正是由上向下的設(shè)計(jì)方法。這種新的教學(xué)內(nèi)容編排，要求教材結(jié)構(gòu)也做出相應(yīng)的改變。譬如說(shuō)，教材章節(jié)可以考慮作如下幾個(gè)部分安排：數(shù)字邏輯基礎(chǔ)、門電路與觸發(fā)器、脈沖波形的產(chǎn)生與轉(zhuǎn)換、中規(guī)模組合和時(shí)序邏輯功能器件、PLD及其開發(fā)系統(tǒng)、數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、ADC和DAC。此外，由于目前我國(guó)國(guó)內(nèi)的大多數(shù)教材仍采用傳統(tǒng)的知識(shí)結(jié)構(gòu)體系，我們?cè)谔剿鬟^程中不妨多使用自編教材和講義，這更有利于加大課程改革的力度和深度。

2．實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)的比例要加大，實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容也要調(diào)整，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的比例應(yīng)當(dāng)增加。．除保留集成門電路和集成觸發(fā)器的參數(shù)和功能的測(cè)試外，其余的一些集成片功能測(cè)試和簡(jiǎn)單應(yīng)用實(shí)驗(yàn)都可以取消，代之以設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。有些實(shí)驗(yàn)如簡(jiǎn)單計(jì)數(shù)譯碼顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，還可以要求學(xué)生針對(duì)同一電路要求用通用的中規(guī)模集成片設(shè)計(jì)一次，再用EDA方法，在可編程邏輯器件上實(shí)現(xiàn)一次，以作對(duì)比。而后階段的課程設(shè)計(jì)，則完全可以考慮PLD器件為主進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣做可以從兩個(gè)方面提高設(shè)計(jì)的成功率，一是由于EDA設(shè)計(jì)過程允許早期仿真，可以較早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的問題；二是由于采用大規(guī)模集成電路，外部連線相對(duì)較少，出現(xiàn)連接故障的幾率將降低。成功率的提高將使學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性都大大提高。這也正是EDA技術(shù)的優(yōu)越性所在。

3．由于EDA內(nèi)容全面的加入數(shù)字電路課程當(dāng)中，肯定會(huì)帶來(lái)課堂教學(xué)時(shí)間的緊張。這要求我們對(duì)教學(xué)方法也做出一定的變革。除采用多媒體教學(xué)方式以加大單位時(shí)間內(nèi)的教學(xué)容量外，增加學(xué)生自學(xué)的內(nèi)容也是極為必要的。就數(shù)字電路課程而言，以前不少高校也要求學(xué)生自學(xué)部分知識(shí)，但在內(nèi)容選擇上是次要的，簡(jiǎn)單的；數(shù)量上是少量的，零散的：時(shí)間有時(shí)定在課內(nèi)；通常自學(xué)部分不參加考核。這種自學(xué)肯定是不能再滿足改革后的教學(xué)需要的，我們需要的是學(xué)生對(duì)大量系統(tǒng)的知識(shí)進(jìn)行自學(xué)，譬如將Muxplus2開發(fā)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)完全交由學(xué)生自己進(jìn)行。學(xué)完以后是否已掌握，能不能應(yīng)用，還要進(jìn)行考核和檢驗(yàn)。這要求學(xué)生有較強(qiáng)的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，教師有細(xì)致的自學(xué)指導(dǎo)和自學(xué)監(jiān)督方案。因?yàn)槿绻母锖笞詫W(xué)這部分失控，將導(dǎo)致整個(gè)課程教學(xué)的失敗，就以開發(fā)系統(tǒng)為例，如果學(xué)生沒有按質(zhì)近量完成這部分自學(xué)，所有以此為基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)將無(wú)法從進(jìn)行。所以如何調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使自學(xué)成為一種習(xí)慣，將成為擺在教師面前的一個(gè)重要的課題。

四、結(jié)束語(yǔ)

總而言之，將現(xiàn)代EDA技術(shù)融入數(shù)字電路課程內(nèi)容，應(yīng)當(dāng)從根本上做起。將全新的設(shè)計(jì)思路和方法滲透到教學(xué)到中去，跟上電子科技發(fā)展的步伐，密切結(jié)合當(dāng)今的生產(chǎn)實(shí)際，及時(shí)調(diào)整課程的整體結(jié)構(gòu)，進(jìn)行全面深入的改革，才能帶給數(shù)字電路課程以全新的面貌。
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