基于《EDA技術(shù)》的《數(shù)字電子技術(shù)》課程改革研究

王艷芬

摘 要：《EDA技術(shù)》與《數(shù)字電子技術(shù)》課程的融合是《數(shù)字電子技術(shù)》課程改革的必然趨勢。課程改革后，數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計更接近現(xiàn)代主流技術(shù)方向和設(shè)計潮流，因此，教學(xué)資源的優(yōu)化和整合會更加合理、科學(xué)，學(xué)生的能力能夠得到進一步提升。鑒于此，有必要深入研究基于《EDA技術(shù)》的《數(shù)字電子技術(shù)》課程改革，從而提升教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，進一步促進我國的教學(xué)改革。

關(guān)鍵詞：《EDA技術(shù)》；《數(shù)字電子技術(shù)》；課程改革；數(shù)字系統(tǒng)

中圖分類號：G642 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.14.138

EDA技術(shù)與現(xiàn)代化的電子系統(tǒng)的設(shè)計要求相符，應(yīng)用這項技術(shù)徹底改變了數(shù)字系統(tǒng)的實現(xiàn)手段和設(shè)計方法，使電子系統(tǒng)設(shè)計從硬件設(shè)計變成了編程設(shè)計。編程設(shè)計的核心是VHDL語言，通過VHDL語言和EDA技術(shù)的鞏固，電子系統(tǒng)的設(shè)計思路變得更加簡單，功能更加明晰。CPLD和FPGA能夠反復(fù)測試硬件性能，使硬件電路變得簡明，并且設(shè)計電路具有很強的保密性。設(shè)計人員修改設(shè)計的時候可以利用修改程序的方法提升設(shè)計的效率和靈活性。

1 《數(shù)字電子技術(shù)》課程改革的原因分析

EDA技術(shù)為Electronic Design Automation （電子設(shè)計自動化）的簡稱，它的出現(xiàn)是計算機信息技術(shù)和電子技術(shù)發(fā)展的成果之一，它的應(yīng)用和不斷完善推動著工業(yè)設(shè)計的革命?，F(xiàn)階段，我國各個高等院校與電類相關(guān)專業(yè)都會開設(shè)《數(shù)字電子技術(shù)》課程。因為這門課程屬于基礎(chǔ)課，并且與生產(chǎn)實踐緊密聯(lián)系。開設(shè)這門課程的目的是加深學(xué)生對學(xué)過的知識的理解，學(xué)會利用數(shù)字邏輯進行電路實驗，以提高他們分析數(shù)字電路、設(shè)計數(shù)字電路、調(diào)試數(shù)字電路和組裝數(shù)字電路等技能，為后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。圖1是《數(shù)字電子技術(shù)》課程設(shè)計的參考電路。

在《數(shù)字電子技術(shù)》課程改革中應(yīng)用《EDA技術(shù)》具有重要的意義，具體表現(xiàn)在以下幾個方面。

1.1 有助于提高學(xué)生實驗的積極性

EDA工具是一個仿真的實驗平臺，它的開放性強，利用這個平臺學(xué)生能夠結(jié)合自己的興趣完成教師規(guī)定的實驗項目，也可以根據(jù)自己的就業(yè)要求將自己的新想法應(yīng)用到實用性高的開發(fā)項目中，或者根據(jù)自己的實際能力參與某個科研項目中的功能模塊或者子項目。這樣做，既有助于解決由于缺少經(jīng)費、使用方法不恰當(dāng)、管理不科學(xué)等因素對實驗造成的影響，也有助于激發(fā)學(xué)生的積極性，幫助他們更好地掌握知識。

1.2 有助于提升實驗效率，豐富實驗內(nèi)容

EDA技術(shù)的實驗環(huán)境不是真實的環(huán)境，而是虛擬的環(huán)境，它能夠避免運用種類過多的專門的集成芯片，使得實驗電路變得簡單，減少實驗費用。學(xué)生使用語言描述硬件設(shè)備，編寫程序時，在相同的可編程邏輯器件上就能夠順利完成各種數(shù)字電路實驗。所以，實驗內(nèi)容變得豐富，也就規(guī)避了連線的煩瑣。教師可以以實驗設(shè)計構(gòu)想為前提開發(fā)出以EDA技術(shù)為基礎(chǔ)的硬件平臺，完成所有實驗內(nèi)容，縮短實驗時間，提高實驗效率。

1.3 創(chuàng)建創(chuàng)新人才的培養(yǎng)平臺

EDA技術(shù)可以為學(xué)生提供良好的環(huán)境，在實際教學(xué)活動中，增強學(xué)生的主體地位，幫助學(xué)生獲得設(shè)計上的自由性，在電腦上多次試驗、設(shè)疑，根據(jù)不同的結(jié)果選取最佳的設(shè)計方案或者試驗方案。利用驗證訓(xùn)練、糾錯訓(xùn)練、創(chuàng)新訓(xùn)練等各種形式的訓(xùn)練鍛煉學(xué)生的動手實踐能力，培養(yǎng)它們的綜合設(shè)計能力、不斷創(chuàng)新的能力，從而提升他們在工程技術(shù)方面的素質(zhì)，促進學(xué)生技能的發(fā)展。

2 《數(shù)字電子技術(shù)》課程改革實踐探究

2.1 《數(shù)字電子技術(shù)》的實驗?zāi)Ｊ?/p>

《數(shù)字電子技術(shù)》的實驗?zāi)Ｊ接?種，一種是傳統(tǒng)模式，另一種是現(xiàn)代模式。而《數(shù)字電子技術(shù)》課程有兩大環(huán)節(jié)，第一個環(huán)節(jié)是理論教學(xué)和實驗教學(xué)，第二個環(huán)節(jié)是實習(xí)。傳統(tǒng)模式的實驗過程為：①根據(jù)實驗內(nèi)容做好相關(guān)準(zhǔn)備工作，特別是準(zhǔn)備好需要用到的芯片、各種信號的連線、必備的實驗儀器等；②在具體實驗中，要根據(jù)給定的連線圖來接線，及時改變輸入狀態(tài)，而且要記錄輸出變化，然后判定與理論分析結(jié)果是否相符。這種實驗方式明顯存在不足，比如某個環(huán)節(jié)出現(xiàn)了問題，可能需要重新設(shè)計，由此就會造成資源的浪費，延長設(shè)計周期，致使投入的成本變高。

現(xiàn)代模式的本質(zhì)是在《數(shù)字電子技術(shù)》課程改革中引入《EDA技術(shù)》，即科學(xué)利用諸如MULTISIM、PROTEL99SE、QuartusⅡ、PSPICE等計算機軟件，實驗的準(zhǔn)備工作量就會減少，不需要準(zhǔn)備多種多樣的芯片，同時，檢驗它們的功能是否正常，只需要利用電腦提供相應(yīng)的軟件平臺構(gòu)建虛擬的實驗環(huán)境，根據(jù)實驗內(nèi)容編寫代碼或者輸入電路圖，然后進行編譯和仿真即可，智能化程度高。圖2和圖3為利用MULTISIM技術(shù)創(chuàng)設(shè)的虛擬實驗環(huán)境。

EDA技術(shù)是數(shù)字電子技術(shù)最新的技術(shù)發(fā)展方向，它的特征為：設(shè)計方法是自頂向下的，對整個系統(tǒng)進行方案設(shè)計和功能劃分。

2.2 《數(shù)字電子技術(shù)》課程改革措施

將《EDA技術(shù)》與《數(shù)字電子技術(shù)》這兩門課程結(jié)合起來，根據(jù)課程教學(xué)的實際要求和企業(yè)調(diào)研的實際需求，仔細(xì)梳理知識脈絡(luò)，對應(yīng)好知識點和學(xué)生的能力，構(gòu)建教學(xué)主線和能力主線，明確課程任務(wù)等是《數(shù)字電子技術(shù)》課程改革的必然趨勢。具體措施有以下幾點。

2.2.1 創(chuàng)設(shè)新型《數(shù)字電子技術(shù)》課程

新型《數(shù)字電子技術(shù)》課程應(yīng)當(dāng)將《EDA技術(shù)》作為主要的實踐方式，以數(shù)字電子的基本理論和基本技能作為引導(dǎo)，主要的設(shè)計手段是硬件描述的語言與EDA平臺，宗旨是培養(yǎng)工程開發(fā)的能力。新的課程改革把傳統(tǒng)的數(shù)字電子技術(shù)的設(shè)計與現(xiàn)代的設(shè)計方法結(jié)合到一起。在原理圖的設(shè)計上，利用EDA環(huán)境描述數(shù)字邏輯的基礎(chǔ)；在可編程邏輯的器件上，根據(jù)硬件描述語言描述數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計，也就是設(shè)計電子系統(tǒng)時要突出現(xiàn)代的設(shè)計方法；將EDA技術(shù)高效的融入傳統(tǒng)設(shè)計中，高效結(jié)合《數(shù)字電子技術(shù)》和《EDA技術(shù)》這兩門不同的課程，重點關(guān)注基本的概念、單元電路、基本方法、典型電路等，在現(xiàn)代工程的應(yīng)用背景下，促進學(xué)生形成基本的應(yīng)用技能。

2.2.2 構(gòu)建《數(shù)字電子技術(shù)》課程的新體系和新內(nèi)涵

《數(shù)字電子技術(shù)》課程改革的核心內(nèi)容之一為創(chuàng)設(shè)與新的教學(xué)要求相符的實驗環(huán)境，配套相應(yīng)的理論課程教學(xué)。在《數(shù)字電子技術(shù)》課程改革過程中，應(yīng)當(dāng)以《EDA技術(shù)》為平臺，對實踐內(nèi)容進行深入改革，幫助學(xué)生更加直觀、形象地了解與電路有關(guān)的原理和工作過程，也可以利用修改電路的參數(shù)或者形式的辦法與學(xué)生們共同討論電路中發(fā)現(xiàn)的不同現(xiàn)象，探討解決問題的措施。這樣做，一方面，能夠活躍課堂氣氛，另一方面，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。此外，理論與實驗兩者的緊密結(jié)合有利于發(fā)掘?qū)W生的積極性和創(chuàng)造性，有很好的教學(xué)效果。鑒于此，設(shè)計人員設(shè)計出的實驗箱資源應(yīng)當(dāng)十分豐富，具備較強的擴展能力和可操作能力。

3 結(jié)束語

在與《自動化技術(shù)》和《電子技術(shù)》等相關(guān)的課程中，《數(shù)字電子技術(shù)》是一門基礎(chǔ)課程，該課程涉及到的實驗大多是驗證與之相關(guān)的重要技術(shù)和重要理論。傳統(tǒng)《數(shù)字電子技術(shù)》課程是以某些特定的功能芯片為基礎(chǔ)，在驗證電路的原理時，需要利用簡易的連接電路，所以，局限性比較大?，F(xiàn)階段，在電子設(shè)計領(lǐng)域，EDA技術(shù)已經(jīng)成為了主要的技術(shù)方向和設(shè)計潮流。由此可以預(yù)見，在《數(shù)字電子技術(shù)》課程改革中，EDA技術(shù)的發(fā)展前景會更加廣闊。

參考文獻

[1]秦進平，劉海成，張立，等.《數(shù)字電子》與《EDA技術(shù)》課程教學(xué)改革與實踐[J].中國冶金教育，2013（05）：15-18.

[2]包秀榮.基于EDA技術(shù)的數(shù)字電路課程設(shè)計[J].教育教學(xué)論壇，2014（04）：245-246.

[3]榮雪琴.《EDA技術(shù)》與《數(shù)字電子技術(shù)》課程的教學(xué)改革[J].科技資訊，2014（33）：185-186.

〔編輯：白潔〕