EDA在數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

張勇+張冬至

【摘要】本文分析了傳統(tǒng)的數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)的不足，闡述了在課程設(shè)計(jì)中引入EDA技術(shù)的必要性和優(yōu)越性。

【關(guān)鍵詞】課程設(shè)計(jì) 數(shù)字電子技術(shù) EDA 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

【基金項(xiàng)目】中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金資助（編號(hào)：16CX02035A），中國(guó)石油大學(xué)青年教師教學(xué)改革項(xiàng)目（編號(hào)：QN201413），中國(guó)石油大學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)改革項(xiàng)目（編號(hào)：SY-B201402）。

【中圖分類(lèi)號(hào)】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B 【文章編號(hào)】2095-3089（2016）07-0239-02

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，隨著微電子技術(shù)、電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字電子技術(shù)及其應(yīng)用向著更為深入、更為廣泛的層次擴(kuò)展。電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期和上市時(shí)間日益縮短，電子產(chǎn)品的功能更加豐富，性能更加優(yōu)良，由此推動(dòng)了電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)向電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化EDA方向發(fā)展，并且對(duì)EDA技術(shù)及其應(yīng)用提出了更高的要求。

1.課程設(shè)計(jì)的背景

中國(guó)石油大學(xué)（華東）的“電工電子學(xué)”課程是“國(guó)家級(jí)精品課程”，以著重培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)觀念、工程觀念、科技創(chuàng)新等基本素質(zhì)為教學(xué)方針。多年來(lái)在教學(xué)和科研中緊跟電子技術(shù)發(fā)展的每一個(gè)關(guān)鍵時(shí)刻，教學(xué)組的教師都適時(shí)地對(duì)內(nèi)容體系和教材進(jìn)行更新和完善，堅(jiān)持不斷進(jìn)行課程改革，取得了豐碩的成果?！皵?shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)”是為大二學(xué)生暑期開(kāi)設(shè)的一門(mén)必修課程，它是“數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)”和“電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)”等課程的后續(xù)課程，主要以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神為目標(biāo)，加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，切實(shí)提高動(dòng)手和解決問(wèn)題的能力。

2.課程設(shè)計(jì)的選題

針對(duì)電子專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)，我們?cè)跀?shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)部分采用了“基于復(fù)雜可編程邏輯器件（CPLD）實(shí)現(xiàn)電阻、電感、電容的測(cè)量”這一題目。測(cè)量工作原理是將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成頻率，由CPLD實(shí)現(xiàn)頻率的計(jì)算，并轉(zhuǎn)換成被測(cè)量信號(hào)后輸出顯示。電阻、電感、電容經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化電路，完成電阻/頻率（R/ F）轉(zhuǎn)換，電容/頻率（C/ F）轉(zhuǎn)換，電感/頻率（L/ F）轉(zhuǎn)換。用CPLD測(cè)量其頻率，具體功能分塊包括：多路選擇開(kāi)關(guān)、分頻器、時(shí)間閘門(mén)計(jì)數(shù)器、測(cè)量計(jì)數(shù)器等。

頻率測(cè)量的主要部件是一個(gè)帶門(mén)控計(jì)數(shù)端的計(jì)數(shù)器（測(cè)量計(jì)數(shù)器），被測(cè)信號(hào)（被測(cè)頻率）由此計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。如果門(mén)控計(jì)數(shù)器的開(kāi)門(mén)計(jì)數(shù)時(shí)間恰好為1秒，則測(cè)量計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值就是輸入信號(hào)的頻率。若改變開(kāi)門(mén)計(jì)數(shù)時(shí)間，即可改變頻率測(cè)量的量程。如開(kāi)門(mén)時(shí)間為0.1秒，則量程為×10，開(kāi)門(mén)時(shí)間為0.01秒，量程為×100，開(kāi)門(mén)時(shí)間為0.001秒，量程為×1000。由計(jì)數(shù)器的數(shù)值即可換算電阻、電感、電容的大小。

本課題要求設(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)量電阻、電感、電容的4位十進(jìn)制數(shù)字顯示的數(shù)顯儀表，根據(jù)頻率計(jì)的測(cè)頻原理，由測(cè)頻量程需要，選擇合適的時(shí)基信號(hào)即閘門(mén)時(shí)間，對(duì)輸入被測(cè)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量的目的。其數(shù)顯測(cè)量范圍為0-99990Hz，滿(mǎn)刻度量程分為9999、99990兩檔，手動(dòng)轉(zhuǎn)換量程，當(dāng)輸入計(jì)數(shù)值大于實(shí)際量程時(shí)有溢出指示。

3.課程設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)

（1）按照現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)的Top-Down模塊化設(shè)計(jì)方法，提出數(shù)字頻率計(jì)的整體設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行正確的功能劃分，分別提出并實(shí)現(xiàn)控制器、受控器模塊化子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。

（2）針對(duì)ispLEVER的EDA設(shè)計(jì)環(huán)境，采用Verilog HDL語(yǔ)言，完成受控器模塊（測(cè)量計(jì)數(shù)器）的設(shè)計(jì)，并采用Abel語(yǔ)言編程進(jìn)行仿真。

（3）在ispLEVER的EDA設(shè)計(jì)環(huán)境中，完成基于Verilog語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的控制器模塊（閘門(mén)計(jì)數(shù)器，量程開(kāi)關(guān)，選擇開(kāi)關(guān)）的設(shè)計(jì)，并采用Abel語(yǔ)言進(jìn)行仿真。

（4）基于ispLEVER的EDA設(shè)計(jì)環(huán)境，采用Verilog HDL語(yǔ)言或原理圖，完成頂層模塊的設(shè)計(jì)并采用Abel語(yǔ)言編寫(xiě)測(cè)試向量文件進(jìn)行仿真。

4.結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)課程設(shè)計(jì)的鍛煉，學(xué)生可以增強(qiáng)綜合分析問(wèn)題及解決問(wèn)題的能力，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和潛在的能動(dòng)性。有學(xué)生在總結(jié)報(bào)告中寫(xiě)道：“通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我切身體會(huì)到給出一個(gè)命題，利用Verilog語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)這個(gè)命題，并利用軟件模擬仿真，看功能是否得以實(shí)現(xiàn)的全過(guò)程。一方面學(xué)到了許多新知識(shí)，另一方面使我們對(duì)數(shù)字電子設(shè)計(jì)的全過(guò)程有了一個(gè)全面的了解，同時(shí)也深刻感受到利用EDA軟件實(shí)現(xiàn)電子設(shè)計(jì)的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)。這樣的課程設(shè)計(jì)很適合我們，使我們受益匪淺”。

參考文獻(xiàn)

[1]王君紅， 劉復(fù)玉， 任旭虎. “電工電子學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革[J]. 實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)， 2012， 10（5）： 76-78.

[2]于云華. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]. 東營(yíng)： 中國(guó)石油大學(xué)出版社， 2008： 392-399.

作者簡(jiǎn)介：

張勇（1979-），男，山東東營(yíng)人，博士，副教授，研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的分析與綜合、電工電子學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)。