EDA技术的教学与实践论文

时间：2023-02-14 14:15:27 其他类论文我要投稿

相关推荐

EDA技术的教学与实践论文

　　摘要：EDA技术是电子类专业的一门重要课程，应用非常广泛。本文从初级、中级、高级三个层次，开展教学实践培训，旨在提高学生技能。

EDA技术的教学与实践论文

　　关键词：EDA技术教学途径

　　EDA技术的学习应贯穿在电子类高职专业的整个学习过程中，贯穿于电子仿真实验、课程设计、竞赛、毕业设计等各个环节，笔者分别应用EDA技术在初级、中级、高级三个层次中的应用作些探析。

　　一、EDA技术的教学内容

　　（一）初级教学内容

　　初级教学内容主要包括用EWB、PSpice、Protel等软件进行电路设计、PCB板设计、电路仿真。一句话，初级教学内容就是学习使用工具软件。下面简介三款软件。

　　EWB（英文全称为Electronics Workbench）是加拿大交互图像技术有限公司于1988年开发的电子电路计算机仿真软件，它被称为电子设计工作平台或虚拟电子实验室。相对其它EDA软件而言，它是个较小巧的软件，功能也比较单一，主要进行模拟电路和数字电路的混合仿真，但它的仿真功能十分强大，可以近似完全地仿真出真实电路的结果，而且它在桌面上提供了万用表、示波器、信号发生器、扫频仪、逻辑分析仪、数字信号发生器、逻辑转换器等工具，它的器件库中则包含了许多大公司的晶体管元器件、集成电路和数字门电路芯片，器件库中没有的元器件，还可以由外部模块导入，在众多的电路仿真软件中，EWB是最容易上手的，它的工作界面非常直观，原理图和各种工具都在同一个窗口内，学生稍加学习就可以熟练地使用该软件，对于电子设计，它是个很好的EDA工具，许多电路你无需动用烙铁就可得知它的结果，而且若想更换元器件或改变元器件参数也十分方便。EWB可以作为电子类专业辅助教学软件使用，它是一个优秀的电子技术训练工具，利用它提供的虚拟仪器可以用比实训室中更灵活的方式进行电路实验实训，仿真电路的实际运行情况，熟悉常用电子仪器测量方法。

　　PSpice是由SPICE（Simulation Program withIntergrated Circuit Emphasis）发展而来的用于微机系列的通用电路分析程序，PSPICE软件具有强大的电路图绘制功能、电路模拟仿真功能、图形后处理功能和元器件符号制作功能，以图形方式输入，自动进行电路检查，生成图表，模拟和计算电路。它的用途非常广泛，不仅可以用于电路分析和优化设计，还可用于电子线路、电路和信号与系统等课程的计算机辅助教学。PSPICE是最为流行的电子电路仿真软件。

　　Protel是Protel公司在20世纪80年代末推出的EDA软件，在电子行业的CAD软件中，它当之无愧地排在众多EDA软件的前面，是电子设计者的首选软件。目前Protel高端版本是完全一体化电子产品开发系统，是一款完整的板级设计软件，它是将设计流程、集成化PCB设计、可编程器件（如FPGA）设计和基于处理器设计的嵌入式软件开发功能整合在一起的产品，一种同时进行PCB和FPGA设计以及嵌入式设计的解决方案，具有将设计方案从概念转变为最终成品所需的全部功能。在教学时可以选择Protel99SE，它共分5个模块，分别是原理图设计、PCB设计（包含信号完整性分析）、自动布线器、原理图混合信号仿真、PLD设计。

　　教学中，应处理好初级教学内容中的三款软件关系，找准各自侧重点。EWB侧重点为电子技术训练工具，虚拟电子实训室；Pspice侧重点为电路仿真；Protel侧重点为原理图设计、PCB设计。

　　(二）中级教学内容

　　中级的教学内容是利用VHDL完成对CPLD/FPGA的开发。常用的硬件描述语言有VHDL、Verilog、ABEL等，这里只介绍VHDL。VHDL（VHSIC（Very High Speed Integrated Circuit）Hardware Description Language）就是超高速集成电路硬件描述语言，是一种用于电路设计的高级语言。因此它主要应用在数字电路的设计中。在中国，目前主要用在FPGA/CPLD/EPLD的设计中。

　　VHDL主要用于描述数字系统的结构，行为，功能和接口。除了含有许多具有硬件特征的语句外，VHDL的语言形式和描述风格与句法是十分类似于一般的计算机高级语言。VHDL的程序结构特点是将一项工程设计，或称设计实体（可以是一个元件，一个电路模块或一个系统）分成外部（或称可视部分,及端口)和内部（或称不可视部分），涉及实体的内部功能和算法完成部分。在对一个设计实体定义了外部界面后，一旦其内部开发完成后，其他的设计就可以直接调用这个实体。这种将设计实体分成内外部分的概念是VHDL系统设计的基本点。

　　CPLD(Complex Programmable Logic Device)即复杂可编程逻辑器件，是一种用户根据各自需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。其基本设计方法是借助集成开发软件平台，用原理图、硬件描述语言等方法，生成相应的目标文件，通过下载电缆（“在系统”编程）将代码传送到目标芯片中，实现设计的数字系统。CPLD具有编程灵活、集成度高、设计开发周期短、适用范围宽、开发工具先进、设计制造成本低、对设计者的硬件经验要求低、标准产品无需测试、保密性强、价格大众化等特点，可实现较大规模的电路设计，因此被广泛应用于产品的原型设计和产品生产之中。

　　FPGA（Field－Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

　　中级教学内容的教学，应达到学生会熟练地借助集成开发软件平台QuartusⅡ，用VHDL硬件描述语言方法，生成相应的目标文件，通过下载电缆（“在系统”编程）将代码传送到CPLD/FPGA目标芯片中，实现设计的数字系统。

　　(三)高级教学内容

　　高级教学内容主要是专用集成电路（ASIC）的设计。ASIC（Application Specific IntegratedCircuit）是一种为专门目的而设计的集成电路，即专用集成电路。是指应特定用户要求和特定电子系统的需要而设计、制造的集成电路。ASIC的特点是面向特定用户的需求，ASIC在批量生产时与通用集成电路相比具有体积更小、功耗更低、可靠性提高、性能提高、保密性增强、成本降低等优点。

　　ASIC的设计方法和手段经历了几十年的发展演变，从最初的全手工设计发展到现在先进的可以全自动实现的过程。从设计手段演变的过程划分，设计手段经历了手工设计、计算机辅助设计（ICCAD）、电子设计自动化EDA、电子系统设计自动化ESDA以及用户现场可编程器阶段。

　　就设计方法而言，设计集成电路的方法可以分为全定制、半定制和可编程IC设计三种方式。全定制设计需要设计者完成所有电路的设计，因此需要大量人力物力，灵活性好但开发效率低下。

　　如果设计较为理想，全定制能够比半定制的A-SIC芯片运行速度更快。半定制使用库里的标准逻辑单元(Standard Cell)，设计时可以从标准逻辑单元库中选择SSI(如门电路)、MSI(如加法器、比较器等)、数据通路(如ALU、存储器、总线等)、存储器甚至系统级模块(如乘法器、微控制器等)和IP核，这些逻辑单元已经布局完毕，而且设计得较为可靠，设计者可以较方便地完成系统设计。

　　高级教学内容的教学是在中级教学内容的基础上进行的，学生主要掌握设计方法，并以项目为载体进行设计训练。

　　二、实践教学中的应用

　　EDA技术在教学中的应用至少体现在四个方面。

　　（一）电子电路课程模拟仿真实验利用EWB可以进行《电路基础》、《电工基础》、《电子技术》、《电子电路》、《数字电路》等课程的模拟仿真实训。

　　（二）电子技术课程设计

　　电子技术课程设计可以用Protel设计电路，用Pspice进行仿真。

　　（三）毕业设计从事简单电子系统的设计电子类专业的毕业设计很多涉及电子系统的设计，Protel、Pspice、EWB、QuartusⅡ等软件、VHDL等硬件描述语言、ASIC设计方法都可派上用场。

　　（四）大学生电子设计竞赛活动

　　各级各类的大学生电子设计竞赛，EDA技术教学内容的初级、中级、高级三层更是大有用武之地。

【EDA技术的教学与实践论文】相关文章：

自动检测技术实验教学改革与实践论文05-29

浅谈基于EDA的电子信息类创新能力培养体系的构建与实践08-25