EDA仿真在電子技術(shù)課程教學(xué)中的應(yīng)用

摘要：電子技術(shù)課程的特點(diǎn)決定了其是一門理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的課程，在教學(xué)中引入新的手段與方法是在該門課程教學(xué)改革中必然面臨的一個(gè)問題。本文針對這一問題，在傳統(tǒng)理論教學(xué)的基礎(chǔ)上利用在科學(xué)研究和工程實(shí)踐中廣泛采用的仿真技術(shù)構(gòu)建了一套從系統(tǒng)、算法到電路與寄存器級仿真系統(tǒng)。為學(xué)生展示一個(gè)近于實(shí)際的電子系統(tǒng)基本設(shè)計(jì)流程，在傳統(tǒng)電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)之外使課堂理論教學(xué)擺脫了純理論講解的方式，能夠有效促進(jìn)教學(xué)與實(shí)踐的結(jié)合。

關(guān)鍵詞：EDA；仿真；電子技術(shù)；教學(xué)

中圖分類號：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）15-0068-02

一、引言

電子技術(shù)是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，不同于電路分析或電路基礎(chǔ)等，其突出特點(diǎn)是集理論與實(shí)踐于一體，是一門既需要理論講解，亦須實(shí)際動手操作才能深刻體會的基礎(chǔ)技術(shù)課程。在電子技術(shù)課程的教學(xué)中雖然另開設(shè)有實(shí)驗(yàn)課，但也存在諸多問題。其一，實(shí)驗(yàn)課程通常過于集中于有限的幾個(gè)環(huán)節(jié)或典型實(shí)驗(yàn)，缺乏普遍性；其二，實(shí)驗(yàn)資源不足，且時(shí)間較短，造成只有少數(shù)學(xué)生能真正有效地進(jìn)行動手實(shí)踐；其三，實(shí)驗(yàn)的方法與手段，包括實(shí)驗(yàn)環(huán)境，由于各種原因?qū)е缕渫c實(shí)際情況脫節(jié)。

實(shí)際上，在工程實(shí)踐中，現(xiàn)代電子系統(tǒng)的研究，包括大型復(fù)雜電子系統(tǒng)在內(nèi)，幾乎都是采用先進(jìn)行系統(tǒng)建模與仿真（原理或算法仿真），而后進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，最后實(shí)現(xiàn)的方法。在設(shè)計(jì)中，對于每一個(gè)子系統(tǒng)或子功能，同樣采取先建模仿真，而后設(shè)計(jì)，最后實(shí)現(xiàn)的方式來進(jìn)行。有鑒于此，我們在電子技術(shù)課程理論教學(xué)中，引入EDA（EDA：Electronics design automation）仿真，使得純理論教學(xué)不僅更加形象生動，而且體現(xiàn)了課程與實(shí)踐的緊密結(jié)合。通常，對于電子系統(tǒng)的研究而言，仿真可以描述為對研究的實(shí)際物理對象進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，用計(jì)算機(jī)語言將其轉(zhuǎn)化為一個(gè)軟件化系統(tǒng)；并根據(jù)在實(shí)際情況下可能產(chǎn)生的輸入條件在計(jì)算機(jī)中產(chǎn)生對應(yīng)的輸入信號送入這個(gè)軟件化的虛擬系統(tǒng)，再對系統(tǒng)性能進(jìn)行評估，并據(jù)此完善和修正所建模型的參數(shù)與結(jié)構(gòu)，最終使得系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。不同于一些課堂中所采用的專為教學(xué)設(shè)計(jì)的仿真軟件，為了使學(xué)生能夠了解現(xiàn)代電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工具與方法，我們選取了當(dāng)前主流的EDA工具來構(gòu)建電子仿真系統(tǒng)，以使教學(xué)改革更好地與實(shí)踐接軌。

具體而言，我們采用Simulink+ISE+ModelSim的組合，并結(jié)合MATLAB與HDL搭建仿真系統(tǒng)。使教師能夠在軟件化的虛擬系統(tǒng)中向?qū)W生演示與驗(yàn)證電子系統(tǒng)的功能，以充分發(fā)揮仿真系統(tǒng)高效率、低成本的特點(diǎn)，還能培養(yǎng)學(xué)生積極思考、分析問題的能力，增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果。

二、電子技術(shù)課程EDA仿真系統(tǒng)

本文所采用的電子技術(shù)課程EDA仿真系統(tǒng)由Simulink完成原理與系統(tǒng)級仿真，ISE進(jìn)行電路設(shè)計(jì)與綜合優(yōu)化，使用ModelSim來進(jìn)行功能與時(shí)序仿真。

1.Simulink。Simulink是MathWorks公司推出的用于動態(tài)系統(tǒng)的多領(lǐng)域仿真與基于模型的設(shè)計(jì)工具。通常，Simulink可以作為附加組件集成于MATLAB環(huán)境中，也可以獨(dú)立安裝和使用。從1984年推出正式版開始，MATLAB逐步成為當(dāng)今世界公認(rèn)的科學(xué)工程計(jì)算領(lǐng)域最為優(yōu)秀的軟件，給科學(xué)研究人員、工程師和學(xué)生提供了一個(gè)出色的開發(fā)環(huán)境。與MATLAB的緊密結(jié)合增強(qiáng)了Simulink的可擴(kuò)展性和可重復(fù)使用性，它可以直接訪問MATLAB所提供的工具箱和用戶自己的代碼來進(jìn)行算法研究、仿真，進(jìn)行可視化、批處理腳本的創(chuàng)建、建模環(huán)境的定制，以及信號屬性和測試輸入數(shù)據(jù)的定義。Simulink給用戶提供了交互式圖形化工作界面，支持線性和非線性系統(tǒng)，連續(xù)和離散時(shí)間系統(tǒng)，或是二者的混合系統(tǒng)以及多速率（多采樣率）系統(tǒng)?？蓪Ω黝愊到y(tǒng)，包括通信、控制、視頻處理、導(dǎo)航、雷達(dá)與圖像處理系統(tǒng)等進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真與測試。

2.ISE。ISE是Xilinx公司的FPGA/CPLD開發(fā)軟件，它提供給用戶一個(gè)集成綜合化的開發(fā)環(huán)境。ISE集成了眾多著名的FPGA/CPLD設(shè)計(jì)工具，其采用增量設(shè)計(jì)流程，支持HDL、原理圖與IP核等多種輸入方式，提高了設(shè)計(jì)效率與質(zhì)量。同時(shí)，ISE還推出了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)向?qū)?，能方便地定制?shù)字時(shí)鐘管理單元和高速I/O口。對于在電子技術(shù)課程中的仿真，ISE中集成的HDL Bencher能夠使師生根據(jù)輸入條件方便地生成測試文件；對于時(shí)序邏輯電路，其集成的StateCAD可以根據(jù)從圖形界面輸入狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖而自動生成對應(yīng)的代碼，從而高效地實(shí)現(xiàn)對狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)。此外，對第三方設(shè)計(jì)、綜合與驗(yàn)證軟件的支持越來越完善，擴(kuò)展和豐富了其應(yīng)用性。

3.ModelSim。ModelSim是由Model Technology公司開發(fā)的電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域最受歡迎的仿真工具之一，其突出特點(diǎn)是其仿真速度快，仿真精度高。ModelSim支持VHDL、Verilog HDL以及二者的混合編程仿真，給用戶提供了最大程度的便利性，它同時(shí)也是工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域最通用的仿真器之一。ModelSim集成了性能分析、波形比較、數(shù)據(jù)流跟蹤以及信號和變量顯示等眾多調(diào)試功能，支持行為級與寄存器級描述。

4.仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。采用Simulink+ISE+ModelSim方式構(gòu)建的電子技術(shù)課程EDA仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

由圖1可見，該仿真系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)/算法級仿真子系統(tǒng)與電路/寄存器級仿真子系統(tǒng)兩大部分。其中，系統(tǒng)/算法級仿真子系統(tǒng)主要借助Simulink平臺實(shí)現(xiàn)，其中包含了采用M文件所建立的各類功能模塊，通過S函數(shù)規(guī)則與Simulink接口。這一子系統(tǒng)完成系統(tǒng)與算法級仿真，主要用于向?qū)W生展示較復(fù)雜的大型電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析方法或過程。而其中的電路/寄存器級仿真子系統(tǒng)是依靠ISE與ModelSim建立的。依靠平臺提供的原理圖、HDL、IP核或狀態(tài)機(jī)輸入方式完成電路并輸出仿真結(jié)果，主要用于對各種基本電路、門電路、組合邏輯與時(shí)序邏輯電路的教學(xué)，以及各類典型電路的功能與性能綜合演示，引導(dǎo)學(xué)生深入理解理論教學(xué)內(nèi)容。此外，系統(tǒng)還包括了人機(jī)接口，以實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的控制及電路、激勵(lì)模塊的隨時(shí)更新與修正。同時(shí)，通過從系統(tǒng)/算法級仿真到電路/寄存器級仿真，并接合人機(jī)接口對設(shè)計(jì)流程的控制這樣一個(gè)完整的設(shè)計(jì)過程，可以使學(xué)生對實(shí)際設(shè)計(jì)流程有更切實(shí)的了解和體會，有利于以后的學(xué)習(xí)和實(shí)際工作。

三、結(jié)論

在電子技術(shù)理論教學(xué)中引入EDA仿真工具，使學(xué)生通過直觀且易學(xué)易用的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)，并且親自動手進(jìn)行電路、寄存器或算法級的系統(tǒng)搭建，模塊更新等實(shí)驗(yàn)，能夠極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)能動性和創(chuàng)造力，提高學(xué)習(xí)效率。同時(shí)，由于采用的是當(dāng)下主流的仿真工具平臺，能夠使學(xué)生在學(xué)習(xí)的同時(shí)，接觸到實(shí)際的開發(fā)應(yīng)用環(huán)境，為今后的進(jìn)一步深造和工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，達(dá)到學(xué)習(xí)與實(shí)際緊密結(jié)合的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]田建艷，夏路易.EDA支持下的電子技術(shù)教學(xué)實(shí)踐[J].教育理論與實(shí)踐，2005，（6）：54-55.

[2]潘松，黃繼業(yè).EDA技術(shù)與VHDL[M].北京：清華大學(xué)出版社，2009.

作者簡介：盧剛（1974-），男，四川成都人，博士，講師，研究方向：雷達(dá)電子對抗。

摘要：電子技術(shù)課程的特點(diǎn)決定了其是一門理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的課程，在教學(xué)中引入新的手段與方法是在該門課程教學(xué)改革中必然面臨的一個(gè)問題。本文針對這一問題，在傳統(tǒng)理論教學(xué)的基礎(chǔ)上利用在科學(xué)研究和工程實(shí)踐中廣泛采用的仿真技術(shù)構(gòu)建了一套從系統(tǒng)、算法到電路與寄存器級仿真系統(tǒng)。為學(xué)生展示一個(gè)近于實(shí)際的電子系統(tǒng)基本設(shè)計(jì)流程，在傳統(tǒng)電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)之外使課堂理論教學(xué)擺脫了純理論講解的方式，能夠有效促進(jìn)教學(xué)與實(shí)踐的結(jié)合。

關(guān)鍵詞：EDA；仿真；電子技術(shù)；教學(xué)

中圖分類號：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）15-0068-02

一、引言

電子技術(shù)是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，不同于電路分析或電路基礎(chǔ)等，其突出特點(diǎn)是集理論與實(shí)踐于一體，是一門既需要理論講解，亦須實(shí)際動手操作才能深刻體會的基礎(chǔ)技術(shù)課程。在電子技術(shù)課程的教學(xué)中雖然另開設(shè)有實(shí)驗(yàn)課，但也存在諸多問題。其一，實(shí)驗(yàn)課程通常過于集中于有限的幾個(gè)環(huán)節(jié)或典型實(shí)驗(yàn)，缺乏普遍性；其二，實(shí)驗(yàn)資源不足，且時(shí)間較短，造成只有少數(shù)學(xué)生能真正有效地進(jìn)行動手實(shí)踐；其三，實(shí)驗(yàn)的方法與手段，包括實(shí)驗(yàn)環(huán)境，由于各種原因?qū)е缕渫c實(shí)際情況脫節(jié)。

實(shí)際上，在工程實(shí)踐中，現(xiàn)代電子系統(tǒng)的研究，包括大型復(fù)雜電子系統(tǒng)在內(nèi)，幾乎都是采用先進(jìn)行系統(tǒng)建模與仿真（原理或算法仿真），而后進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，最后實(shí)現(xiàn)的方法。在設(shè)計(jì)中，對于每一個(gè)子系統(tǒng)或子功能，同樣采取先建模仿真，而后設(shè)計(jì)，最后實(shí)現(xiàn)的方式來進(jìn)行。有鑒于此，我們在電子技術(shù)課程理論教學(xué)中，引入EDA（EDA：Electronics design automation）仿真，使得純理論教學(xué)不僅更加形象生動，而且體現(xiàn)了課程與實(shí)踐的緊密結(jié)合。通常，對于電子系統(tǒng)的研究而言，仿真可以描述為對研究的實(shí)際物理對象進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，用計(jì)算機(jī)語言將其轉(zhuǎn)化為一個(gè)軟件化系統(tǒng)；并根據(jù)在實(shí)際情況下可能產(chǎn)生的輸入條件在計(jì)算機(jī)中產(chǎn)生對應(yīng)的輸入信號送入這個(gè)軟件化的虛擬系統(tǒng)，再對系統(tǒng)性能進(jìn)行評估，并據(jù)此完善和修正所建模型的參數(shù)與結(jié)構(gòu)，最終使得系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。不同于一些課堂中所采用的專為教學(xué)設(shè)計(jì)的仿真軟件，為了使學(xué)生能夠了解現(xiàn)代電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工具與方法，我們選取了當(dāng)前主流的EDA工具來構(gòu)建電子仿真系統(tǒng)，以使教學(xué)改革更好地與實(shí)踐接軌。

具體而言，我們采用Simulink+ISE+ModelSim的組合，并結(jié)合MATLAB與HDL搭建仿真系統(tǒng)。使教師能夠在軟件化的虛擬系統(tǒng)中向?qū)W生演示與驗(yàn)證電子系統(tǒng)的功能，以充分發(fā)揮仿真系統(tǒng)高效率、低成本的特點(diǎn)，還能培養(yǎng)學(xué)生積極思考、分析問題的能力，增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果。

二、電子技術(shù)課程EDA仿真系統(tǒng)

本文所采用的電子技術(shù)課程EDA仿真系統(tǒng)由Simulink完成原理與系統(tǒng)級仿真，ISE進(jìn)行電路設(shè)計(jì)與綜合優(yōu)化，使用ModelSim來進(jìn)行功能與時(shí)序仿真。

1.Simulink。Simulink是MathWorks公司推出的用于動態(tài)系統(tǒng)的多領(lǐng)域仿真與基于模型的設(shè)計(jì)工具。通常，Simulink可以作為附加組件集成于MATLAB環(huán)境中，也可以獨(dú)立安裝和使用。從1984年推出正式版開始，MATLAB逐步成為當(dāng)今世界公認(rèn)的科學(xué)工程計(jì)算領(lǐng)域最為優(yōu)秀的軟件，給科學(xué)研究人員、工程師和學(xué)生提供了一個(gè)出色的開發(fā)環(huán)境。與MATLAB的緊密結(jié)合增強(qiáng)了Simulink的可擴(kuò)展性和可重復(fù)使用性，它可以直接訪問MATLAB所提供的工具箱和用戶自己的代碼來進(jìn)行算法研究、仿真，進(jìn)行可視化、批處理腳本的創(chuàng)建、建模環(huán)境的定制，以及信號屬性和測試輸入數(shù)據(jù)的定義。Simulink給用戶提供了交互式圖形化工作界面，支持線性和非線性系統(tǒng)，連續(xù)和離散時(shí)間系統(tǒng)，或是二者的混合系統(tǒng)以及多速率（多采樣率）系統(tǒng)?？蓪Ω黝愊到y(tǒng)，包括通信、控制、視頻處理、導(dǎo)航、雷達(dá)與圖像處理系統(tǒng)等進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真與測試。

2.ISE。ISE是Xilinx公司的FPGA/CPLD開發(fā)軟件，它提供給用戶一個(gè)集成綜合化的開發(fā)環(huán)境。ISE集成了眾多著名的FPGA/CPLD設(shè)計(jì)工具，其采用增量設(shè)計(jì)流程，支持HDL、原理圖與IP核等多種輸入方式，提高了設(shè)計(jì)效率與質(zhì)量。同時(shí)，ISE還推出了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)向?qū)?，能方便地定制?shù)字時(shí)鐘管理單元和高速I/O口。對于在電子技術(shù)課程中的仿真，ISE中集成的HDL Bencher能夠使師生根據(jù)輸入條件方便地生成測試文件；對于時(shí)序邏輯電路，其集成的StateCAD可以根據(jù)從圖形界面輸入狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖而自動生成對應(yīng)的代碼，從而高效地實(shí)現(xiàn)對狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)。此外，對第三方設(shè)計(jì)、綜合與驗(yàn)證軟件的支持越來越完善，擴(kuò)展和豐富了其應(yīng)用性。

3.ModelSim。ModelSim是由Model Technology公司開發(fā)的電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域最受歡迎的仿真工具之一，其突出特點(diǎn)是其仿真速度快，仿真精度高。ModelSim支持VHDL、Verilog HDL以及二者的混合編程仿真，給用戶提供了最大程度的便利性，它同時(shí)也是工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域最通用的仿真器之一。ModelSim集成了性能分析、波形比較、數(shù)據(jù)流跟蹤以及信號和變量顯示等眾多調(diào)試功能，支持行為級與寄存器級描述。

4.仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。采用Simulink+ISE+ModelSim方式構(gòu)建的電子技術(shù)課程EDA仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

由圖1可見，該仿真系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)/算法級仿真子系統(tǒng)與電路/寄存器級仿真子系統(tǒng)兩大部分。其中，系統(tǒng)/算法級仿真子系統(tǒng)主要借助Simulink平臺實(shí)現(xiàn)，其中包含了采用M文件所建立的各類功能模塊，通過S函數(shù)規(guī)則與Simulink接口。這一子系統(tǒng)完成系統(tǒng)與算法級仿真，主要用于向?qū)W生展示較復(fù)雜的大型電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析方法或過程。而其中的電路/寄存器級仿真子系統(tǒng)是依靠ISE與ModelSim建立的。依靠平臺提供的原理圖、HDL、IP核或狀態(tài)機(jī)輸入方式完成電路并輸出仿真結(jié)果，主要用于對各種基本電路、門電路、組合邏輯與時(shí)序邏輯電路的教學(xué)，以及各類典型電路的功能與性能綜合演示，引導(dǎo)學(xué)生深入理解理論教學(xué)內(nèi)容。此外，系統(tǒng)還包括了人機(jī)接口，以實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的控制及電路、激勵(lì)模塊的隨時(shí)更新與修正。同時(shí)，通過從系統(tǒng)/算法級仿真到電路/寄存器級仿真，并接合人機(jī)接口對設(shè)計(jì)流程的控制這樣一個(gè)完整的設(shè)計(jì)過程，可以使學(xué)生對實(shí)際設(shè)計(jì)流程有更切實(shí)的了解和體會，有利于以后的學(xué)習(xí)和實(shí)際工作。

三、結(jié)論

在電子技術(shù)理論教學(xué)中引入EDA仿真工具，使學(xué)生通過直觀且易學(xué)易用的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)，并且親自動手進(jìn)行電路、寄存器或算法級的系統(tǒng)搭建，模塊更新等實(shí)驗(yàn)，能夠極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)能動性和創(chuàng)造力，提高學(xué)習(xí)效率。同時(shí)，由于采用的是當(dāng)下主流的仿真工具平臺，能夠使學(xué)生在學(xué)習(xí)的同時(shí)，接觸到實(shí)際的開發(fā)應(yīng)用環(huán)境，為今后的進(jìn)一步深造和工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，達(dá)到學(xué)習(xí)與實(shí)際緊密結(jié)合的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]田建艷，夏路易.EDA支持下的電子技術(shù)教學(xué)實(shí)踐[J].教育理論與實(shí)踐，2005，（6）：54-55.

[2]潘松，黃繼業(yè).EDA技術(shù)與VHDL[M].北京：清華大學(xué)出版社，2009.

作者簡介：盧剛（1974-），男，四川成都人，博士，講師，研究方向：雷達(dá)電子對抗。

摘要：電子技術(shù)課程的特點(diǎn)決定了其是一門理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的課程，在教學(xué)中引入新的手段與方法是在該門課程教學(xué)改革中必然面臨的一個(gè)問題。本文針對這一問題，在傳統(tǒng)理論教學(xué)的基礎(chǔ)上利用在科學(xué)研究和工程實(shí)踐中廣泛采用的仿真技術(shù)構(gòu)建了一套從系統(tǒng)、算法到電路與寄存器級仿真系統(tǒng)。為學(xué)生展示一個(gè)近于實(shí)際的電子系統(tǒng)基本設(shè)計(jì)流程，在傳統(tǒng)電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)之外使課堂理論教學(xué)擺脫了純理論講解的方式，能夠有效促進(jìn)教學(xué)與實(shí)踐的結(jié)合。

關(guān)鍵詞：EDA；仿真；電子技術(shù)；教學(xué)

中圖分類號：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）15-0068-02

一、引言

電子技術(shù)是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，不同于電路分析或電路基礎(chǔ)等，其突出特點(diǎn)是集理論與實(shí)踐于一體，是一門既需要理論講解，亦須實(shí)際動手操作才能深刻體會的基礎(chǔ)技術(shù)課程。在電子技術(shù)課程的教學(xué)中雖然另開設(shè)有實(shí)驗(yàn)課，但也存在諸多問題。其一，實(shí)驗(yàn)課程通常過于集中于有限的幾個(gè)環(huán)節(jié)或典型實(shí)驗(yàn)，缺乏普遍性；其二，實(shí)驗(yàn)資源不足，且時(shí)間較短，造成只有少數(shù)學(xué)生能真正有效地進(jìn)行動手實(shí)踐；其三，實(shí)驗(yàn)的方法與手段，包括實(shí)驗(yàn)環(huán)境，由于各種原因?qū)е缕渫c實(shí)際情況脫節(jié)。

實(shí)際上，在工程實(shí)踐中，現(xiàn)代電子系統(tǒng)的研究，包括大型復(fù)雜電子系統(tǒng)在內(nèi)，幾乎都是采用先進(jìn)行系統(tǒng)建模與仿真（原理或算法仿真），而后進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，最后實(shí)現(xiàn)的方法。在設(shè)計(jì)中，對于每一個(gè)子系統(tǒng)或子功能，同樣采取先建模仿真，而后設(shè)計(jì)，最后實(shí)現(xiàn)的方式來進(jìn)行。有鑒于此，我們在電子技術(shù)課程理論教學(xué)中，引入EDA（EDA：Electronics design automation）仿真，使得純理論教學(xué)不僅更加形象生動，而且體現(xiàn)了課程與實(shí)踐的緊密結(jié)合。通常，對于電子系統(tǒng)的研究而言，仿真可以描述為對研究的實(shí)際物理對象進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，用計(jì)算機(jī)語言將其轉(zhuǎn)化為一個(gè)軟件化系統(tǒng)；并根據(jù)在實(shí)際情況下可能產(chǎn)生的輸入條件在計(jì)算機(jī)中產(chǎn)生對應(yīng)的輸入信號送入這個(gè)軟件化的虛擬系統(tǒng)，再對系統(tǒng)性能進(jìn)行評估，并據(jù)此完善和修正所建模型的參數(shù)與結(jié)構(gòu)，最終使得系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。不同于一些課堂中所采用的專為教學(xué)設(shè)計(jì)的仿真軟件，為了使學(xué)生能夠了解現(xiàn)代電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工具與方法，我們選取了當(dāng)前主流的EDA工具來構(gòu)建電子仿真系統(tǒng)，以使教學(xué)改革更好地與實(shí)踐接軌。

具體而言，我們采用Simulink+ISE+ModelSim的組合，并結(jié)合MATLAB與HDL搭建仿真系統(tǒng)。使教師能夠在軟件化的虛擬系統(tǒng)中向?qū)W生演示與驗(yàn)證電子系統(tǒng)的功能，以充分發(fā)揮仿真系統(tǒng)高效率、低成本的特點(diǎn)，還能培養(yǎng)學(xué)生積極思考、分析問題的能力，增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果。

二、電子技術(shù)課程EDA仿真系統(tǒng)

本文所采用的電子技術(shù)課程EDA仿真系統(tǒng)由Simulink完成原理與系統(tǒng)級仿真，ISE進(jìn)行電路設(shè)計(jì)與綜合優(yōu)化，使用ModelSim來進(jìn)行功能與時(shí)序仿真。

1.Simulink。Simulink是MathWorks公司推出的用于動態(tài)系統(tǒng)的多領(lǐng)域仿真與基于模型的設(shè)計(jì)工具。通常，Simulink可以作為附加組件集成于MATLAB環(huán)境中，也可以獨(dú)立安裝和使用。從1984年推出正式版開始，MATLAB逐步成為當(dāng)今世界公認(rèn)的科學(xué)工程計(jì)算領(lǐng)域最為優(yōu)秀的軟件，給科學(xué)研究人員、工程師和學(xué)生提供了一個(gè)出色的開發(fā)環(huán)境。與MATLAB的緊密結(jié)合增強(qiáng)了Simulink的可擴(kuò)展性和可重復(fù)使用性，它可以直接訪問MATLAB所提供的工具箱和用戶自己的代碼來進(jìn)行算法研究、仿真，進(jìn)行可視化、批處理腳本的創(chuàng)建、建模環(huán)境的定制，以及信號屬性和測試輸入數(shù)據(jù)的定義。Simulink給用戶提供了交互式圖形化工作界面，支持線性和非線性系統(tǒng)，連續(xù)和離散時(shí)間系統(tǒng)，或是二者的混合系統(tǒng)以及多速率（多采樣率）系統(tǒng)。可對各類系統(tǒng)，包括通信、控制、視頻處理、導(dǎo)航、雷達(dá)與圖像處理系統(tǒng)等進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真與測試。

2.ISE。ISE是Xilinx公司的FPGA/CPLD開發(fā)軟件，它提供給用戶一個(gè)集成綜合化的開發(fā)環(huán)境。ISE集成了眾多著名的FPGA/CPLD設(shè)計(jì)工具，其采用增量設(shè)計(jì)流程，支持HDL、原理圖與IP核等多種輸入方式，提高了設(shè)計(jì)效率與質(zhì)量。同時(shí)，ISE還推出了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)向?qū)?，能方便地定制?shù)字時(shí)鐘管理單元和高速I/O口。對于在電子技術(shù)課程中的仿真，ISE中集成的HDL Bencher能夠使師生根據(jù)輸入條件方便地生成測試文件；對于時(shí)序邏輯電路，其集成的StateCAD可以根據(jù)從圖形界面輸入狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖而自動生成對應(yīng)的代碼，從而高效地實(shí)現(xiàn)對狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)。此外，對第三方設(shè)計(jì)、綜合與驗(yàn)證軟件的支持越來越完善，擴(kuò)展和豐富了其應(yīng)用性。

3.ModelSim。ModelSim是由Model Technology公司開發(fā)的電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域最受歡迎的仿真工具之一，其突出特點(diǎn)是其仿真速度快，仿真精度高。ModelSim支持VHDL、Verilog HDL以及二者的混合編程仿真，給用戶提供了最大程度的便利性，它同時(shí)也是工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域最通用的仿真器之一。ModelSim集成了性能分析、波形比較、數(shù)據(jù)流跟蹤以及信號和變量顯示等眾多調(diào)試功能，支持行為級與寄存器級描述。

4.仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。采用Simulink+ISE+ModelSim方式構(gòu)建的電子技術(shù)課程EDA仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

由圖1可見，該仿真系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)/算法級仿真子系統(tǒng)與電路/寄存器級仿真子系統(tǒng)兩大部分。其中，系統(tǒng)/算法級仿真子系統(tǒng)主要借助Simulink平臺實(shí)現(xiàn)，其中包含了采用M文件所建立的各類功能模塊，通過S函數(shù)規(guī)則與Simulink接口。這一子系統(tǒng)完成系統(tǒng)與算法級仿真，主要用于向?qū)W生展示較復(fù)雜的大型電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析方法或過程。而其中的電路/寄存器級仿真子系統(tǒng)是依靠ISE與ModelSim建立的。依靠平臺提供的原理圖、HDL、IP核或狀態(tài)機(jī)輸入方式完成電路并輸出仿真結(jié)果，主要用于對各種基本電路、門電路、組合邏輯與時(shí)序邏輯電路的教學(xué)，以及各類典型電路的功能與性能綜合演示，引導(dǎo)學(xué)生深入理解理論教學(xué)內(nèi)容。此外，系統(tǒng)還包括了人機(jī)接口，以實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的控制及電路、激勵(lì)模塊的隨時(shí)更新與修正。同時(shí)，通過從系統(tǒng)/算法級仿真到電路/寄存器級仿真，并接合人機(jī)接口對設(shè)計(jì)流程的控制這樣一個(gè)完整的設(shè)計(jì)過程，可以使學(xué)生對實(shí)際設(shè)計(jì)流程有更切實(shí)的了解和體會，有利于以后的學(xué)習(xí)和實(shí)際工作。

三、結(jié)論

在電子技術(shù)理論教學(xué)中引入EDA仿真工具，使學(xué)生通過直觀且易學(xué)易用的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)，并且親自動手進(jìn)行電路、寄存器或算法級的系統(tǒng)搭建，模塊更新等實(shí)驗(yàn)，能夠極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)能動性和創(chuàng)造力，提高學(xué)習(xí)效率。同時(shí)，由于采用的是當(dāng)下主流的仿真工具平臺，能夠使學(xué)生在學(xué)習(xí)的同時(shí)，接觸到實(shí)際的開發(fā)應(yīng)用環(huán)境，為今后的進(jìn)一步深造和工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，達(dá)到學(xué)習(xí)與實(shí)際緊密結(jié)合的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]田建艷，夏路易.EDA支持下的電子技術(shù)教學(xué)實(shí)踐[J].教育理論與實(shí)踐，2005，（6）：54-55.

[2]潘松，黃繼業(yè).EDA技術(shù)與VHDL[M].北京：清華大學(xué)出版社，2009.

作者簡介：盧剛（1974-），男，四川成都人，博士，講師，研究方向：雷達(dá)電子對抗。