淺析數(shù)字電路和EDA技術(shù)的教學(xué)整合

高艷

摘 要：在數(shù)字電路知識(shí)中融合EDA知識(shí)與技能，前者是理論基礎(chǔ)，后者則是工具，將兩者整合既能學(xué)好理論，又能提高實(shí)踐技能。將數(shù)字電路與EDA技術(shù)有機(jī)地融為一體是高職教育的要求，也是未來(lái)發(fā)展的需求。文章闡述了數(shù)字電路和EDA技術(shù)的教學(xué)進(jìn)行整合的意義，并對(duì)整合后的課程教學(xué)方法進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電路；EDA技術(shù)；項(xiàng)目教學(xué)法

【中圖分類(lèi)號(hào)】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B 【文章編號(hào)】1008-1216（2016）09C-0073-01

一、教學(xué)整合的意義

根據(jù)高等職業(yè)教育培養(yǎng)目標(biāo)的要求，結(jié)合教育部大力推行的高職高專(zhuān)教學(xué)改革，高職院校電類(lèi)專(zhuān)業(yè)對(duì)部分課程進(jìn)行了教學(xué)改革。《數(shù)字電路與EDA技術(shù)》這門(mén)課程就是將數(shù)字電路和EDA技術(shù)的教學(xué)進(jìn)行整合。

數(shù)字電路課程是電類(lèi)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，通過(guò)對(duì)本門(mén)課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握典型的數(shù)字電路的組成、工作原理和工作特性，能夠設(shè)計(jì)一些邏輯功能電路，并為專(zhuān)業(yè)主干課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。對(duì)于數(shù)字電路的設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是以邏輯門(mén)和觸發(fā)器等通用器件為載體，以真值表和邏輯方程為表達(dá)方式，依靠手工調(diào)試。隨著數(shù)字電子技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是專(zhuān)用電子集成電路的迅速發(fā)展，基于EDA技術(shù)的設(shè)計(jì)方法成為數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主流。EDA技術(shù)就是以計(jì)算機(jī)為工具，在EDA軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)上，使用硬件描述語(yǔ)言完成設(shè)計(jì)文件，然后由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成邏輯編譯、化簡(jiǎn)、分割、綜合、仿真等，最終對(duì)特定目標(biāo)芯片進(jìn)行適配編譯、邏輯映射和編程下載。

EDA技術(shù)的設(shè)計(jì)方法正在成為現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主流，作為即將成為工程技術(shù)人員的職業(yè)技術(shù)學(xué)院的電類(lèi)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生只懂電子技術(shù)的基本理論和方法，而不懂如何設(shè)計(jì)電路，會(huì)限制就業(yè)的崗位。實(shí)際上數(shù)字電路和EDA技術(shù)是不能分家的，因?yàn)榍罢呤抢碚摶A(chǔ)，后者是工具，將兩者整合既能學(xué)好理論又能提高實(shí)踐技能。如果作為兩個(gè)課程分別學(xué)習(xí)則不適應(yīng)高職高專(zhuān)的學(xué)制長(zhǎng)度。因此，將數(shù)字電路與EDA技術(shù)有機(jī)地融為一體是高職教育的要求和未來(lái)發(fā)展的需求。

二、教學(xué)方法探討

在整合后的課程中我們把EDA技術(shù)貫穿于數(shù)字電路課程教學(xué)全過(guò)程。例如，在講授門(mén)電路時(shí)，就開(kāi)始用EDA軟件仿真演示，熟悉用原理圖輸入一個(gè)簡(jiǎn)單門(mén)電路的過(guò)程，通過(guò)編譯、功能仿真檢驗(yàn)門(mén)電路的功能，可以加深學(xué)生對(duì)門(mén)電路知識(shí)的理解；在講授組合邏輯電路時(shí)，引入硬件描述語(yǔ)言的設(shè)計(jì)方法，并介紹基于EDA技術(shù)的數(shù)字電路設(shè)計(jì)方法；在講授時(shí)序邏輯電路時(shí)，可以引入一些簡(jiǎn)單的綜合性的電路設(shè)計(jì)，為學(xué)生創(chuàng)造一個(gè)寬闊的設(shè)計(jì)空間。在開(kāi)始講解基于EDA技術(shù)的數(shù)字電路設(shè)計(jì)方法時(shí)，可以通過(guò)引入簡(jiǎn)單的數(shù)字電路的設(shè)計(jì)流程，使學(xué)生從宏觀上對(duì)EDA設(shè)計(jì)方法有一個(gè)整體的了解，讓學(xué)生在潛意識(shí)里建立這部分內(nèi)容的知識(shí)框架。下面簡(jiǎn)單介紹組合邏輯電路中的二選一數(shù)據(jù)選擇器的EDA設(shè)計(jì)流程：

（1）編寫(xiě)硬件描述語(yǔ)言（以VHDL語(yǔ)言為例）。在EDA編程軟件中輸入設(shè)計(jì)源文件，如圖1所示。

（2）邏輯編譯。邏輯編譯過(guò)程包括檢查設(shè)計(jì)源文件是否有誤，進(jìn)而提取網(wǎng)表、進(jìn)行邏輯綜合和器件的適配，最后形成編程文件。

（3）功能仿真。通過(guò)模擬仿真測(cè)試電路的邏輯功能是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，仿真波形如圖2所示。

（4）鎖定引腳。將程序中各端口名稱(chēng)與硬件電路中的各引腳對(duì)應(yīng)。

（5）編程下載。功能仿真成功后，就可以將設(shè)計(jì)好的項(xiàng)目下載到邏輯器件中，實(shí)現(xiàn)既定的功能。

在課程教學(xué)中，我們采用項(xiàng)目教學(xué)的方法，制定一系列由易到難的項(xiàng)目，例如，基本門(mén)電路的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)選擇器的設(shè)計(jì)、全加器的設(shè)計(jì)、數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)、交通信號(hào)燈控制器的設(shè)計(jì)、數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)等。通過(guò)各個(gè)項(xiàng)目展開(kāi)知識(shí)點(diǎn)的講解，包括數(shù)字電路的基礎(chǔ)知識(shí)、EDA技術(shù)的入門(mén)、數(shù)字電路的分析方法、原理圖的設(shè)計(jì)方法、硬件描述語(yǔ)言的描述方法及軟件仿真和硬件下載等。在教學(xué)中盡可能地將課堂搬到實(shí)驗(yàn)室，讓學(xué)生邊學(xué)邊練，將理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)融為一體。教學(xué)可以一部分安排在數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)室，一部分安排在EDA實(shí)驗(yàn)室，比如對(duì)于一些簡(jiǎn)單的數(shù)字電路可以安排用數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行一般的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，使學(xué)生知道如何搭建一個(gè)簡(jiǎn)單的電路，如何驗(yàn)證一個(gè)電路的功能，從而對(duì)數(shù)字電路產(chǎn)生一個(gè)感性的認(rèn)識(shí)。在EDA實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生可以學(xué)習(xí)用EDA技術(shù)設(shè)計(jì)數(shù)字電路，包括原理圖或硬件描述語(yǔ)言的輸入、編譯、功能仿真、引腳分配、下載等。

三、教學(xué)效果

數(shù)字電路和EDA技術(shù)的教學(xué)整合后，學(xué)生不光能夠掌握數(shù)字電路和EDA技術(shù)的理論知識(shí)，而且可以將這些知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際中。通過(guò)對(duì)本課程的學(xué)習(xí)，既可以提升學(xué)生的專(zhuān)業(yè)基本技能，又可以使學(xué)生具備創(chuàng)新、分析及解決問(wèn)題的能力，還可以提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力。這樣做不僅體現(xiàn)了高職教育的培養(yǎng)目標(biāo)，而且滿(mǎn)足了目前招聘企業(yè)對(duì)高職學(xué)生崗位能力的需求。

參考文獻(xiàn)：

王艷芬.數(shù)字電子電路及其EDA技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.