实验教学EDA

实验教学EDA（共12篇）

实验教学EDA 篇1

现代电子技术的核心是E D A技术。利用E D A工具, 电子工程师可以大大缩短产品开发的周期, 提高开发效率。EDA技术已经成为电子工程师的必备技能。熟悉EDA软件的学生更易受到用人单位的欢迎, 就业也比较容易。目前, 国内很多的院校的电子工程、自动化等专业开设了EDA技术课程。我院在2003年投资建设了EDA技术及应用实验室, 相关专业也开设了EDA技术课程。几年来, 我们对EDA技术课程不断进行了改革, 对课程的认识也不断加深。

在教学过程中, 通过书本学习掌握V H D L语法的基本知识和EDA设计的基本原理。验证性实验能使学生学会工具的使用和加深对相关知识的理解。一般情况下, 验证性实验的内容都比较简单, 学生也只是对程序进行简单的修改, 一般情况下, 学生无法通过验证性实验获得较强的设计能力, 也无法全面学习EDA设计的有关技术。由于时间和条件的限制, 学生无法通过设计性实验获得实质性的提高。

2008年秋学期, 江苏省组织了首届E D A电子竞赛。本次竞赛的时间约为一个月, 题目由学生自己确定, 组委会将根据设计的工作量、难度和创新等评分。为了使学生进一步加强对E D A知识的理解, 获得工程设计的经验, 我院派学生参加了这次竞赛。下面, 以笔者指导的直接数字频率信号发生器 (DDS) 为例, 阐明电子竞赛在EDA教学当中的重要作用。

一、DDS原理概述

1. 理论基础

一个单纯的的正弦信号波形为:

如果对 (1-1) 的信号进行采样, 采样周期为Tc (即采样频率为fc) , 则可得到离散的波形序列:

相应的离散相位序列为:

其中, , 称为相邻采样点相位增量。被采样的原模拟信号的频率为:

受此启发, 在采样频率一定的情况下, 通过改变相邻离散点的相位差, 就可以改变恢复的模拟信号的频率。

是离散序列的最小的相位差, 其值由一个周期内的采样点数决定。由于一个周期的相位为, 设采样点数为M, 则

在原离散序列的基础进行等间隔重采样, 如果采样间隔是原序列间隔的m倍, 则由重采用序列合成的模拟信号的频率就是原模拟信号的频率的m倍。根据采样定理, 只要:

就可以唯一的恢复频率为f的正弦模拟信号。

2. DDS结构

在深刻理解D D S理论的基础上, 可以得到如图1的一般的DDS原理图:

整个系统由相位累加器、ROM查询表、DAC、低通滤波器等组成。ROM查询表存放正弦波型数据, 相位累加器提供ROM的地址。假设波形数据的点数为M, 则R O M的地址宽度L满足2L=M。相位累加器的位数为N, 其高L为作为ROM的地址, 地址变化的增量由频率控制字提供。

相位累加器可以看成一个数控振荡器。在时钟的触发下, 累加器的计数值与其反馈的值相加, 形成一个计数周期, 对ROM连续不断的重采样, 输出一定频率的模拟波形信号。

当然, 用DDS也可产生锯齿波、三角波、方波等信号。锯齿波等波形的采样值可以根据相位累加器提供的L位地址计算得到, 因此, 生成上述波形的时候就不需要ROM查询表, 也不需要占用较多的资源。

二、DDS的实现

1. 在设计时, 要求学生充分利用开发板上的资源

具体要求如下:

(1) 从按钮输入频率字, 改变信号发生器的频率;

(2) 波段开关实现波形选择;

(3) 设计一个频率计算模块, 计算输出信号的频率, 在开发板配置的LCD上显示频率值;

(4) FLASH控制读取模块, 利用并口协议读取ROM查询表的波形数据;

(5) D/A模块。该模块是独立设计部分, 要求利用开发板的扩展口设计D/A电路。D/A模块的动作由DDS模块来控制。

根据DDS的原理和设计要求, 采用自顶向下的设计方法, 可以得到系统的各个组成模块如图2所示。

模块划分好了以后, 根据工作量的大小和各模块的难易程度, 对参加竞赛的3个学生进行了分工。其中, 1名学生负责5V电源和D/A部分的设计和制作, 1名学生做LCD显示控制器和频率计模块, 第3人实现FLASH的读写和波形的产生部分。

在模块划分后, 基于VHDL编程, 在qutars平台上实现系统的各个模块。各模块要求用代码编程实现, 顶层模块要求用原理图的方式实现。在所有的模块中, DDS信号合成模块、FLASH控制器模块、正弦波数据存储模块、方波三角波和锯齿波产生模块是DDS信号发生器的核心内容。下面, 主要介绍这几个模块的的设计情况。

2. DDS信号合成模块

该模块的核心是一个累加器。其功能在如下的一个进程中实现:

在代码中, f w o r d＿r是频率字, 取29位。也就是, 累加器实际上就是一个29位的计数器。累加器的高9位作为地址输出到FLASH控制模块, 读出存储的波形数据。开发板配置了8个按键, 用按键K6-K8直接控制9位地址的累加, 其中K6控制低3位, K7控制中3位, K8控制高3位, 实现地址的步进大小控制, 步进越大, 读取数据点数越少, 系统输出的频率越高。用K1-K5控制累加器的低20位, 低20位计数溢出向高9位的进位作为波形数据的地址。这样处理, 可以输出更低频率的信号。

3. 波形产生模块

正弦波数据通过软件采样, 存储在F L A S H中。方波、三角波、锯齿波等波形数据可以通过计算得到, 因此, 这些波形的数据不需要存储在FLASH中。在设计中, 要求学生设计一个独立的模块产生方波等波形。

开始的时候, 学生感到为难, 认为无法下手。老师告诉他们:DDS合成模块提供地址, 读取FLASH中的正弦波数据, 该数据是按照正弦波的规律变化的。如果我们在前一半地址下, 读取的任一个数据都用正弦波的最大值代替, 后一半地址下, 读取的任一数据都用正弦波最小值代替, 得到的不就是方波吗?经过提醒, 学生果然设计出了方波电路。受此启发, 对于锯齿波, 只要数据的值与地址的大小成线性关系, 就可以产生出锯齿波了。根据相似的算法, 可以得到三角波的数据。

该模块的功能在如下进程中实现:

4个波段开关分别控制4个波形的现实, 其中, k1控制显示正弦波, k2控制显示方波, k3控制显示锯齿波, k4控制显示三角波。编译成功后的得到的模块如图4所示:

4. 顶层模块的实现

FLASH控制模块是一个状态机, 用于读取FLASH波形数据。L C D显示控制模块用于控制L C D波形显示、频率计模块测量输出信号的频率。实现这些模块所需的工作量较大, 由于这些模块能找到相似的例子, 因而实现的难度不是很大。为了使设计的功能完善, 使学生得到锻炼, 要求学生实现这些模块。同时, 系统实现所必需的一些模块, 比如:分频器、去抖电路等都要求学生实现。

这样, 系统实现的工作量比较大, 在3名学生的努力下, 最终实现了整个系统。顶层模块用原理图的方式实现, 最终, 系统编译成功后的模块如图5所示。

5. 设计中解决的问题

在设计过程中, 学生遇到了很多的技术问题:波形选择LCD控制与动态显示、频率计设计、UFM数据读取、除法器、D/A转换模块等。大赛组委会指定的CPLD芯片是EPM1270, 其资源有限。在设计中, 不能利用QUARTUS提供的现成模块。因此, 学生必须自己解决大部分的技术问题。学生在克服这些技术问题的过程中, 学会了解决问题的思路和方法。

在设计过程中, 学生能找到的LCD控制的例子, 是关于静态字符的显示的。在这个例子的基础上, 指导学生经过深入研究, 实现了L C D字符的动态显示, 显示DDS输出信号的频率。

EMP1270自带了4096字节的FLASH ROM, 设计中, 要求学生把数据保存在FLASH提供的UFM中, 然后, 设计一个状态机循环不断地读取UFM中的数据。该状态机需要实现读取UFM所必需的并口协议。在没有相关资料的情况下, 学生经过不断试验, 实现了对UFM数据的读取。

当然, 设计过程中解决的技术问题很多。正是对这些问题的解决, 培养了学生解决问题的能力。老师在指导学问是解决问题的时候, 也把自己的工程经验传授给学生。

三、结束语

参加竞赛的本组学生来自三个不同专业, 基础知识和动手能力都很不足, 尤其是没有任何工程的经验, 遇到问题想不出解决的办法。刚开始的时候, 学生对竞赛项目一无所知, 不知如何动手。在这样的情况之下, 要求学生指定工作计划, 首先要深刻理解DDS的原理, 然后再熟悉开发工具, 在此基础上, 根据学生的掌握情况, 再对工作进行分工。当项目正式开始实施的时候, 教师根据工程实施的流程, 要求学生先首先实现系统的核心模块:正弦波数据存储模块、D D S合成模块、D/A转换扩展板。经过调试, 在示波器上能看到正确的正弦波波形, 在此基础上, 再实现三角波、方波和锯齿波等。

在指导学生电子竞赛的时候, 要考虑以下原则:1.要让学生深刻地理解原理。只有理解原理, 才能有效地进行模块划分。2.不要把系统设计的太大, 功能也不要太完善。首先要实现核心模块, 完成基本功能。在此基础上再完善系统。3.教师应该参加学生的设计, 指导学生解决技术问题, 把自己的知识和经验传授给学生。如果教师放任学生不管, 学生很难独自完成设计。

摘要：以DDS设计为例, 介绍了指导学生参加电子竞赛的过程。由此表明, 电子竞赛不但可以巩固学生的基础知识, 还可以提高学生分析问题解决问题的能力。电子竞赛对加强学生的素质教育, 培养应用型人才, 具有不可替代的作用。电子竞赛是对EDA设计教学的有益补充。

关键词：电子设计自动化 (EDA) ,信号发生器,电子竞赛

参考文献

[1]潘松, 黄继业.EDA技术实用教程 (第二版) [M].北京:科学技术出版社, 2005:4-7

[2]朱卫华, 陈志勇.基于FPGA的高精度数字式三相基准正弦信号发生器的设计与实现[J].电力应用, 2005, 24 (5) :45-47

[3]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛训练教程[M].北京:电子工业出版社, 2005:241-242

[4]杨春玲, 朱敏, 蔡惟铮.本硕EDA/SOPC系列课程建设[J].电气电子教学学报, 200729 (6) :13-15

[5]任国凤.EDA在数字电路实验中的应用[J].太原师范学院学报 (自然科学版) , 2007, 4

实验教学EDA 篇2

张佳兴 2220131738 电气工程及其自动化1班

一、Verilog语言反应硬件特性举例

1.module cc(clk,en,cout)、input、output，这三个语句用Verilog语言定义了一个逻辑器件，module后边括号内为端口名称，每个端口都对应硬件的一个引脚，引脚的输入输出性质都由input、output所定义，C语言中对变量的定义，都是int等反应数据大小的数据类型，不能反映硬件特性。

2.reg寄存器类型，表示一个具有保持作用的数据储存单元，它只能在always语句和initial语句中被赋值，并且它的值从一个赋值到另一个赋值被保存下来。这种类型就和实际芯片中的寄存器作用一样，可以将其中数据状态保存一定时间，C语言中没有这一类型。

3.always语句当其检测到适当状态时，执行其中内容。Always @（posedge clk）语句就表明，检测到高电平执行，和实际芯片引脚状态变化引起内部变化原理一致，C语言中没有过程赋值这种语句，C中也没有对高低电平、上升下降沿的判断条件。

4.Verilog语言中的模块例化，将各个模块程序在例化程序里结合起来，在硬件层面就相当于将各个小的模块互相连接，构成一个大的模块，C语言中类似的形式是函数，一个函数可以有子函数，但是C中的函数不能反应硬件特性。

二、数字频率计设计与调试总结

在进行课程设计的过程中我遇到了以下几点困难：

1.在最初设计时，没能利用硬件的思想来设计这个题目，导致频率频率计数的逻辑控制部分设计不清。在参考老师所提供的框图后了解应将逻辑控制部分单独设计成一个模块，通过en和clr来控制计数，这样技术部分就可以将之前的实验内容移植过来，十分简便。

2.在设计过程中的，锁存部分原理没有搞懂。按照老师的框图，从前向后分析，发现锁存的时钟clk是之前逻辑控制部分的lock引脚所提供，这样就将每个周期所计得的频率结果在同一个时序通过锁存器向后传输。

3.配置引脚时出错，将数码管的位选引脚顺序弄反，导致数码管显示错误。仔细检查，发现错误，改正后正常运行。4.在拓展功能一的设计中，将十分频部分弄错，最后出来的结果和预期差了一些。在当堂实验课中，这个错误我没能及时纠正，回来之后，我对应程序认真检查，发现我的十分频，被我设计成了逢9进1，导致最后结果错误。

5.发现了自己很多语法问题，比如在过程赋值中对wire类型数据进行赋值导致错误，module定义的模块名称没有和文件名称对应导致错误等，最终我通过PPT及网络途径解决了这些问题。

在这次实验中，基本功能全部实现，并且是我自行制作，拓展功能一，同样是我自行完成，不过我当时得到的结果有误差，实验后我已经发现了问题，改正了错误。拓展功能二没有实现。

三、对课程的建议

1.我希望老师以后的实验过程中能够有一个答疑环节，在实验前，我们可以对预习中不懂的部分进行提问。

EDA课程教学改革研究 篇3

EDA课程体系

本课程是数字电路与逻辑设计的后续课程，分理论教学和上机实验两部分，总学时数为48学时，理论教学为32学时。通过本课程的学习使学生掌握可编程逻辑器件、EDA开发系统软件、硬件描述语言和电子线路设计与技能训练等各方面知识，提高学生应用计算机对电子电路进行自动化设计和分析的能力，为将来从事电子通信工程等领域的工程应用打下基础。

通过理论和实践教学，使学生能够在经典的数字逻辑设计方法基础上，了解和初步掌握利用大规模可编程器件设计数字逻辑电路或小型数字系统的方法及其相应的开发手段，为进一步的学习和研究打下基础。在大三EDA基础课学习后，周末开设EDA创新实践班，大四安排有两周的EDA课程设计；在毕业设计中，也有更多的学生选择EDA设计课题。课程体系安排上由浅入深，循序渐进，逐步提高学生的实践应用能力。

EDA课程理论教学建设

综合运用多种教学手段，调动学生学习积极性 在教学方法与教学手段上，采用启发式、讨论式、互动式相结合的教学方法，注重理论联系实际，注重学生综合能力和创新意识的培养，将课堂讲授、习题讨论、实验教学相结合，充分利用多媒体平台，使传统的教学手段和现代教育技术之间协调应用，收到较好的教学效果。本课程更多地涉及设计性内容，应更好地运用启发式教学，调动学生积极性，变被动为主动。大学课程教学的最重要思想，应是培养和开启学生的思维方法，探索和实践以开启学生思维、提高学生综合能力为主旨的课程教学思想，因此，把学生综合能力的培养融入到课程教学中就显得尤为重要。随着课程内容进展程度，教师也提供一些课下学习内容，在网络、通信高度发达的今天，可以提供各种形式的指导。

加强课程内容建设 EDA课程是一门比较新的课程，在教材方面还没有非常权威性的教材，为配合学校应用型本科教育思想和理念，不断修订教案讲义，通过参考多种书籍及网上资源，完善电子教案和多媒体课件，根据学生实际和当前实践应用中需掌握本课程的情况，整合教学内容，除了最基本的应知应会的内容，考虑在有限的学时内将更多信息、更多实用的知识介绍给学生。

EDA课程实践教学建设

加强自身实践能力，提升教学质量水平 EDA技术涉及的器件，开发工具更新换代快，涉及的知识内容多，需要不断地研究和实践学习，为适应EDA技术发展，选用较新器件，课程组教师自主开发了EDA实验板，同时外购了一些不同类型的较先进的开发仪器，在自身深入学习EDA技术的同时，也为学习兴趣浓、动手能力强的学生创造了一定的学习条件。承担EDA课程教学的课程组老师大都承担着与课程教学内容密切相关的科学研究和工程实践工作，有大量实践经验的积累，平时也注意把工程实际问题的产生、分析与解决的思路与过程贯穿于课程教学中，使课程教学更丰富、更生动、更具说服力和应用性。

充分利用实验室资源，加强实验环节 实验教学是培养学生实践动手能力和创新意识的重要途径，是高等教育教学体系的重要组成部分，对于实践性强的课程，实验环节尤为重要。尽管课程学时有限，也尽可能多地安排实验学时，设计了验证性实验、设计性实验和综合性实验内容；除了规定必做的实验内容，还有一些选做内容，学生可根据自己的兴趣爱好和学习能力自主选择。现有的EDA实验室资源，能够满足教学实验的要求，还可供开放性、研究性、综合性实验和课外科技活动使用。该课程讲授内容随时代更新很快，因此也希望通过实验和项目设计的锻炼，使学生有能力自己收集和学习新的器件使用方法并开展实际的设计工作。在对实验教学的评价中，学生给出的是真材实料，确实在各方面都有很大的收获。

注重创新型人才的培养 辽宁科技大学电子与信息工程学院自1989年就创建了学生电子协会，提供宽敞的实践基地，并逐年投入一定的资金购买学生实践所需的实验设备和材料。教师就学生所关心的电子方面的知识内容，结合他们自己在学习、工作中积累的丰富经验给学生们开展各种科技知识讲座。定期对协会会员进行培训，学院利用周末开设EDA创新实践班，鼓励更多的学生参与其中，在实践中激发学生的学习兴趣和积极性，提高实践技能和创新能力。学生通过参加各种竞赛和实训项目，多件作品获得国家专利，多次在全国大学生电子大赛中获奖。其中，在第七届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛全国总决赛中，辽宁科技大学代表队获得光电组二等奖。

可以说，只有顺应电子技术的发展，建立完善的课程体系，探求灵活多样的教学方法和教学手段，加强实践环节建设，才能为进一步推进EDA课程的建设和发展提供新的思路。

EDA课程实验教学方法探讨 篇4

EDA技术已成为现代数字系统设计的主要手段, EDA技术使得设计者的主要工作是利用软件的方式完成对系统硬件功能的实现。使用计算机在EDA工具软件平台上完成系统设计, 自动完成逻辑编译、化简、分割、综合、布局布线以及逻辑优化和仿真测试, 直至实现电子线路系统硬件功能[1]。设计行业和社会对熟练掌握EDA开发的高素质大学毕业生需求量逐渐增加。对技术的需求也反映到教学和科研领域中, EDA技术相关课程是高校相关专业必不可少的课程。很多院校EDA技术课程教学过程选择基于现场可编程逻辑门阵列FPGA平台的设计开发, 源于FPGA器件应用广泛, 实验开设成本低, 可重复编程, 以及其设计方法在EDA设计中具有典型性和通用性。本文对EDA课程实践教学实施进行分析探讨。

2 EDA课程实验课建设

EDA课程是一门实践性强的课程, 实践环节必备综合性实验和相关硬件实验环节。学生打好基础后, 注重实践能力和创新能力的培养。我校EDA课程开设了通信工程专业的FPGA原理与应用, 电子信息工程专业的电子设计自动化和生物医学专业的可编程逻辑门阵列。生产可编程逻辑器件的厂家很多, 代表性的有Altera、Xilinx、Lattice等公司, 其中以Altera、Xilinx为主, 他们的FP-GA/CPLD产品最有代表性。我校以Altera公司的FPGA和相应的开发系统为基础, 建立了FPGA与嵌入式系统实验室。实验室配置了EDA/SOPC实验箱, 它是集EDA和SOPC开发为一体的综合性实验箱, 它不仅可以独立完成几乎所有的EDA设计, 也可以完成大多数的SOPC开发。实验室建设保证了教学工作的顺利进行, 为EDA人才培养创造了有利条件。

2.1 合理的实验内容。

根据教学内容, 实验项目分层次开设[2], 安排针对性较强的实验项目。按强化重点可分为基础实验、综合实验、创新实验。

2.1.1 基础实验。

掌握利用软件进行EDA开发的基本流程, 与数字电路课程相结合, 通过简单数字逻辑电路和时序电路实例的原理图设计、HDL设计, 让学生从一开始就将理论知识与具体电子电路设计结合起来。

2.1.2 综合实验。

设置较复杂的数字电路系统的设计实验, 让学生学会原理图与硬件描述语言相结合的混合输入设计方法, 引入模块化设计、分层设计, 让学生理解自顶向下的设计思想和自底向上的实现思想的概念。针对对本课程有兴趣的同学, 结合专业特点设置不同领域的设计项目, 使学生更加熟练掌握基本设计方法。开发流程基本要点如下[3]:a.选择一种硬件描述语言;b.选择EDA综合工具;c.熟悉所用FPGA器件的性能;d.创建一个概要的系统设计;e.遵循所推荐的编码指导原则;f.分割设计模块, 并逐一实现;g.确定每个设计模块的指标, 即速度、功耗和面积;h.逐个编译设计模块, 进行面积和性能的估计;i.对每个模块进行仿真;j.完成整个设计的仿真。

2.1.3 创新实验。

实验要有一定难度, 主要面向实际应用, 能启发学生自主创新意识, 鼓励学生设计和组装一些电子产品, 进而可以参加一些电子设计大赛。

这样的层次化安排, 由逻辑行为的实现-控制与信号传输功能的实现-SOPC开发的层次[4], 有助于初学者入门, 及后续的深入学习。

2.2 多样化的教学模式

2.2.1 引导式实验教学。

由浅入深的引导式教学过程, 首先让学生了解当前电子设计行业主流企业的软硬件产品及芯片系列, 学会行业账号注册方法, 软件的官方资料的获取方法, 学会获取在线培训课程。实验课从集成环境中基于原理图的设计演示开始, 让学生熟悉EDA开发流程, 进而过渡到HDL语言设计简单的数字电路, 从实例的介绍中学习体会该语言的语法含义, 理解硬件软件化的设计思想。学生具备基础知识后, 进一步深入运用一些HDL语言的高级语法, 引导学生在基础实验上进行一些改进和发挥。最后讲解复杂数字电路系统设计的方法, 注重混合输入设计方式和模块化设计方法的引导, 提高设计的通用性。模块化设计对于复杂的数字电路系统, 可以根据功能要求划分成子模块实现, 针对每一个模块选择合适的设计输入方式, 原理图的设计输入方式比较直观, 推荐顶层设计, 开发系统通常提供丰富的设计资源可直接调用, 硬件语言适合描述复杂的逻辑, 移植性好, 通常一个大的数字电路系统采用混合式输入。然后讲解设计步骤, 给学生演示每个功能模块仿真结果, 最后配置实验箱演示实物。至此学生基本熟悉一类主流EDA器件, 一种硬件描述语言, 一种软件实验平台、一类硬件实验平台。

2.2.2 自主式教学。

在学生掌握基本设计流程和设计方法后, 教师给出不同综合性设计项目, 学生根据自己的熟练程度, 选择不同的方法来完成。在完成自己的项目后, 可安排做不同项目的同学间进行分组讨论和交流, 让每个学生用极少的时间分享到不同设计项目的精华, 鼓励学生动手设计, 增强自己的FPGA综合设计能力。然后在给出一些提示的情况下让学生提出自主创新性设计的项目。

2.2.3 开放式教学。

由于每门课程的实验计划内学时的限制, 以及课堂教学的局限性, 我校在传统实验室的基础上搭建了开放式本科生创新实验基地, 采用开放式实验教学, 学生可申请进入创新实验基地, 在课外时间强化学习, 另外借鉴其他高校的教改措施, 实验室可配备一些FPGA实验开发板, 供学生借用, 集成的实验箱是课堂实验必不可少的设备, 相对于实验室购置的集成实验箱, 小巧的开发板, 携带方便, 更有利于后期提高学生动手能力, 投资少, 在不浪费原有实验设备的同时达到了激发学生自主创新设计的兴趣。

3 EDA课程实践环节指导思想

首先, 电子设计自动化技术发展非常快, 新技术、新工具层出不穷, 在教学上及时更新教学内容。

第二, 将科研成果实例引入实践教学, 提高课程的工程性。

第三, 高校支持各类竞赛, 开阔学生的视野, 丰富学生和教师的经验。

第四, 提高教师队伍水平, 对教师定期进行技术培训, 及时了解行业新动态、新技术。

参考文献

[1]潘松, 黄继业.EDA技术与VHDL (第四版) [M].北京:清华大学出版社, 2013.

[2]张惠国, 潘启勇.EDA课程层入式教学及实验平台建设[J].常熟理工学院学报, 2011 (12) .

[3]Philip Simpso著, 何春译.FPGA设计:基于团队的最佳实践[M].北京:机械工业出版社, 2014.

EDA教学计划与考核标准 篇5

32学时的实验安排（电信与通信工程专业）

32学时共1.5个学分，２０学时的理论学习，12学时的实验，实验一：一位全加器（４学时）实验二：ＬＥＤ译码器（２学时）实验三：４位计数器（２学时）

实验四：自由设计综合逻辑电路实验（２学时）ＥＤＡ测试

（２学时）

考核标准：

实验课程考核为等到级考核，分为优 良 中 及格 不及格五个等次。

及格要求：能熟练地完成实验一、二、三中的任何一个实验

中等要求：在及格的基础上完成一个复杂的组合与时序逻辑电路的设计（如数字钟等）

良好要求：在中等到基础上，会下列内容之一

1：会使用FPGA芯片内的RAM资源

2：熟悉掌握Quartus II 9.0 的逻辑分析仪

3：其它一种功能

优秀要求：在中等基础上会良好要求的三种以上，或其它自己独立掌握的DE2-70板载资源功能任意三种以上。

2：熟悉掌握Quartus II 9.0 的逻辑分析仪

3：其它一种ED2-70板载的资源功能。

优秀要求：在中等基础上会良好要求的三种以上，其它自己独立掌握DE2-70板载资源功能四种以上。

实验一：一位全加器实验（４学时）

实验内容：有原理图输入法完成一个一位全加器的实验 实验设备：

硬件：计算机，Altera DE2-70板

软件：Quartus II 9.0(32-Bit)实验要求：

１：预习ＥＤＡ设计流程

２：预习一位全加器组合逻辑电路 ３：掌握Quartus II 原理图输入方法 ４：建立工程与原理图设计文档 ５：得出仿真波形

６：设置目标器件与引脚绑定方法

７： 配置与下载，并用实验板测试实验电路． ８：完成实验报告。

具体流程见教材

实验教学EDA 篇6

关键词:EDA电子技术实验课程教学

中图分类号:TP2文献标识码:A文章编號:1674-098X(2011)05(c)-0203-01

在学校第一批质量工程项目已完成的情况下,正开展第二批实践课程项目实施工作,《电子技术》是第一批质量工程项目完成后诞生的计算机专业的新课程,《电子技术》是《电路》、《模拟电子技术》和《数字电路》的集合,由于是三门课的集合,实验课时由原来的每门课程8课时(共24课时),调整为现在的总8课时,如何在课时少又要学生真正学到相关的知识增加动手能力,上好实验课尤为重要。在实践中,充分发挥计算机的作用,利用EDA来满足实验课程的需要,弥补实验设备的不足,拓宽学生的视野。

1 EDA的发展

EDA是电子设计自动化的英文缩写(Electronics Desingn Automation)。EDA技术是利用计算机工作平台,从事电子系统和电路设计的一项技术,EDA技术是以计算机科学和微电子技术发展为先导,汇集了计算机应用科学、微电子结构、工艺学和电子系统科学最新成果的先进CAD技术,它是由电子CAD发展起来的,是计算机信息技术,微电子技术、计算机图形学、电路理论、信号分析与信号处理等理论和技术的结晶,随着微电子技术和计算机信息技术的而迅速发展。[1]

目前有代表性的EDA软件,有PSpice、Multisim、EWB等三种流行软件。

2 EWB在实验教学中的应用

电子技术实验分三部分内容:一是电路部分,我们安排实验有(1基尔霍夫定律、 2、叠加定理3.电源等效);二模拟电子部分有(1基本放大电路、2集成运算放大电路、3直流稳压电源);三数字电路部分有(1组合逻辑实验、2时序逻辑实验)。在实验仪器上做之前,先在计算机上用EWB模拟(6学时)。

(1)验证实验-基尔霍夫定律-叠加定理

按实验原理图,用EWB画出电路图,电路如图1所示

基尔霍夫定律验证,通过模拟测量得到:

I1=198.5mA I2=12.41mA

I3=210.9mAI1+I2=I3

通过此电路还可做叠加定理验证,实验步骤略。

(2)数字电路实验

例:举重赛场,三人裁判,只有两人以上通过,最终结果通过,设计一个三人表决器。

根据逻辑问题,列出逻辑表达式如下:

据逻辑表达式设计出逻辑门电路如图2示。

按图2设计的逻辑电路,三个两输入与非门,一个三输入与非门,用7400、7410两个集成电路设计电路实现。

通过以上实验实例,加深了学生对实验的感性认识,同时也得到了锻炼,为用仪器做打好了基础。

3 结语

在电子器件硬件成本高、设计周期长的情况下,掌握“EWB”这个EDA工具软件,特别适合计算机专业的学生,用它来学习电子技术知识,提高对电路的分析能力和创新能力。通过EDA的教学实践,使学生通过“EWB”在仿真实验中得到锻炼。“EWB”做虚拟实验可以跟学生当前所学的理论知识紧密衔接,既有助于夯实基础,又可以帮助学生开拓视野,活跃思维。

“EWB”的虚拟环境非常逼近现实,且在元器件件及仪器仪表的种类上又远胜于实验室里的现实条件,它优良的虚拟现实性可以使学生产生身临其境之感。

学生在掌握“EWB”这样一个“EDA”软件的同时,往往能激发出更大的学习兴趣,奠定进一步学习“EDA”技术的基础,还有利于学生在思想观念上形成学习和应用先进的仿真和设计工具(软件)的意识,可以变被动接受为主动学习。

参考文献

[1] 沈复兴,等.电子技术基础[M].北京:电子工业出版社,2005.

实验教学EDA 篇7

电工电子实验是高校工科专业的重要课程,合理设置实验授课内容、改进授课方法是提高电工电子实验教学质量的重要环节,是培养学生实践创新能力的必要途径。EDA技术以计算机为平台,以硬件描述语言和EDA软件为开发工具,通过可编程逻辑器件来实现复杂的电子电路或系统,代表了现代电子设计的主流趋势[1,2]。EDA仿真中元器件参数无个体差异、元器件取之不竭,且避免了实验设备和元器件的损坏,理想化了实验过程,结果准确、直观、易保存。但也存在一定的局限性,如学生对实际器件、实际电路无感性认识;EDA实验中只会有通断两种状态,且无接触不良问题,但在实际电路中是不可避免的[3,4]。

仿真实验的结果必然要转化成现实的线路去完成一定的功能,成为一种真实的产品。因此,在进行EDA实验的同时还应进行实际电路的搭接、调试。仿真实验一定要与实际实验相结合,充分利用各自的优势,相互弥补各自的不足,就能进一步拓展知识面,提高学生的实验能力和计算机操作能力[5]。

随着“教学质量工程”建设和实践教学改革的不断深入,电气类专业的实践教学体系中如何设置EDA技术的实践环节,如何合理地设置EDA实践教学内容,如何更好地培养和提高学生的创新能力,已成为从事电工电子实验教学的教师研究和探索的热点问题。

1 实验教学改革思路

实验课程的任务不仅仅是传授实验技能和操作能力,实验课程的实施更应定位于实验科学与技能、实践与创新能力的系统传授与学习训练。实验项目不能仅局限于对某些课程理论的认知与验证,必须形成基础认知、综合设计、研究创新等环节有机结合的实验教学课程体系;积极推进实验教学内容的改革也是实验教学的重点。在保证基本的实验技能和操作能力培养的前提下,适当减少基础型实验,增加设计型、系统型实验的比例。

为发挥学生学习中的主观能动性,激发学生创新意识,努力培养他们的创新实践能力,鼓励和引导学生在实验过程中进行开创性的思维,实验任务中只给出设计要求和原理框图,而不再给出详细的设计电路图。学生在本实验项目提出的技术要求和原理方框图的基础上,通过广泛检索资料,确定实施方案,并根据各集成电路的功能实现设计要求。不同学生可以根据设计要求设计出不同的实施方案,有利于提高学生的自主设计能力。

2 实验教学改革措施

2.1 基础实验环节中增设EDA实验

电子技术实验具有很强的实践性。只有采用好的教学方法和手段,并配合精心设计的实践环节才能使学生加深对理论知识的理解,锻炼动手能力。与此同时,引入EDA设计工具使传统的硬件设计与调试软件化,往往能够达到事半功倍的效果[6]。实验室开设传统的硬件实验是为了训练学生学习常用电子仪器的使用方法、电子电路的测试方法、集成电路的应用等基本实验技能,并加深对理论知识的理解,强调动手能力和基本概念。而教师在理论课或实验中引入EDA教学环节,有利于引导学生自行研究问题,培养创新精神。

例如,在学生学习电工电子技术课程时,就要求他们初步掌握一种硬件描述语言和EDA软件设计工具,并完成相应的EDA作业。在实验课程中安排部分学时,要求学生利用PSpice、Multisim等软件对实验电路进行模拟仿真等。如RLC串联谐振EDA仿真实例。仿真模型见图1所示,由电路参数可知谐振频率f0=9.19KHZ。仿真结果见图2所示,从仿真结果中可见实验过程中调试方便,效果准确、直观,且避免损坏元件。

这些内容可使学生在学习理论课程时也对EDA技术有所认识和了解。因此我们在基础实验环节仍然以中小规模集成电路为载体,强调实践性和工程性;另外加入EDA实验内容来激发学生的学习兴趣,提高研究能力。

2.2 综合设计性实验中利用EDA工具

基于VHDL语言,通过可编程逻辑器件来实现复杂的电子电路或系统,代表了现代电子设计的主流趋势。应用Max+PlusⅡ软件设计脉冲展宽电路的实例,仿真模型及结果如图3、4所示。由此实验可提高学生顶层设计的思想,锻炼学生独立进行综合设计实际应用电路的能力[7]。

2.3 通过电子科技制作提高学生创新能力

EDA仿真通过后,掌握PCB设计的基本流程和独立设计电路板,并完成从选择器件、制板、焊接至调试的全过程。这些实际动手制作的过程在一定程度上弥补了EDA设计中无实物验证的缺陷,且满足了部分有能力的学生的学习需求,使得EDA技术得到更大范围的推广和使用[8]。

以构造一个24小时制的数字钟为例,基于QuartusⅡ软件和FPGA开发板进行,模型如图4所示,仿真验证通过后锁定引脚即可将设计编程下载进选定的目标器件中,下载完成后,通过硬件测试进一步确定设计的正确性。

通过这些内容分层次的设立,在很大程度上满足了理论教学和实践教学的需要,充实了实践教学的体系,进一步发挥了实践教学在人才培养中的特殊作用。运行几年来取得了良好的教学效果。

3 总结

通过上述合理利用EDA技术的实验教学改革的实施,使得电工电子技术理论教学和实验教学融会贯通,有机结合,相互促进,相互补充。学生的兴趣被激发出来,充分调动了学生学习的积极性和主动性,可以更为深入地研究自己感兴趣的领域,使他们在近几年来的全国大学生电子设计竞赛及其他各种全国性大赛中均取得了很好的成绩。EDA软件与传统实验相互补充,发挥各自优势,促进实践教学。

在今后的工作中,我们还要在现有基础上不断发展进取。合理安排教学内容,少讲多练、理论和实验紧密结合。让学生在实验过程中了解和体会EDA软件作为辅助工具在电子技术领域的重要作用。继续开展结合实际、丰富实验内容的工作,建立由基础验证型、综合设计型和研究创新型等多个层次组成的实验教学内容体系,更加科学地规划教学内容,满足不同类型、不同阶段学生的学习需求。

参考文献

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[6]王树斌.EDA软件在电子技术教学中的应用[J].科技信息,2008,19:393-394.

[7]黄招娣,黄德昌.数字逻辑设计与EDA仿真实验教学的实践与探索[J].华东交通大学学报,2007(24):127-128,143.

EDA时代如何做好数字设计实验 篇8

在高等工科院校的教学过程中,实验教学与理论教学具有同等重要的地位。数字电路与逻辑设计实验课是专业基础实验课之一,实验的根本目的是培养学生的理论应用能力,以及分析问题和解决问题的能力,归根到底是培养学生的实践创新能力。然而由于各种原因,实验室储备的电子元器件和集成芯片有限,无法满足各种电子电路的设计和实验要求。再者,对于一些较复杂的实验特别是设计型实验,学生要用大部分的精力和时间进行电路连接和线路的检查,而用于分析问题、解决问题的时间不足,实验效果不理想。近年来,EDA(El ect r oni cs Des i gn Aut omat i on)技术的出现与发展,标志着数字电路设计现代化的到来。EDA技术引入了软件仪器和软件器件,即虚拟仪表和虚拟元器件,从而产生了一系列电子实验和设计方法的改变,利用EDA技术进行数字电路设计实验,可弥补传统的实物实验的不足,为解决上述问题提供可能。

1 EDA技术概述

EDA(El ect r oni cs Des i gn Aut omat i on,电子设计自动化)技术是在电子CAD技术基础上发展起来的计算机软件系统,是指以计算机为工作平台,融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果,进行电子产品的自动设计。从它的几个主要应用来讲:EDA技术是以大规模可编程逻辑器件为设计载体,以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式,以计算机、大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计工具,通过有关的开发软件,自动完成用软件的方式设计电子系统到硬件系统的一门新技术[1,2]。

EDA工具层出不穷,目前进入我国并具有广泛影响的EDA软件有:EWB、PSPI CE、Or CAD、PCAD、Pr ot el、Vi ewl ogi c、Ment or、Gr aphi cs、Synops ys、LSI l ogi c、Cadence、Mi cr o Si m等等。这些工具都有较强的功能,一般可用于几个方面,例如很多软件都可以进行电路设计与仿真,同时以可以进行PCB自动布局布线,可输出多种网表文件与第三方软件接口。按主要功能或主要应用场合,分为电路设计与仿真工具、PCB设计软件、I C设计软件、PLD设计工具及其它EDA软件。

数字设计实验就是EDA在PLD设计方面的应用,实验室所使用的软件MAX+PLUSI I是ALTERA公司较成功的PLD开发平台,其主要产品有:MAX3000/7000、FELX6K/10K、APEX20K、ACEX1K、St r at i x等。实验室所采用的芯片是ACEX1K系列,实验箱是北京革新科技有限公司开发的EDAPRO/240H综合实验系统。

2 传统实验教学中的不足

传统的数字设计实验,主要是一种结合课程的教学内容进行验证性和综合性的实验,它以电子技术实验箱为实验平台,学生通过搭接各种中、小规模数字集成电路(MSI、SSI)来获得电路的感性知识[3]。这对帮助学生加深理论课内容和提高实际动手能力是有效的,但在实验教学中,设计只能在面包板上进行,是一种搭积木式的方式,使复杂电路的设计、调试十分困难。如果某一过程存在错误,查找和修改十分不便,同时由于元器件不断重复使用,加上连线的可靠性较差,容易产生接触不良和元器件、线之间相互干扰而难以调试等问题,而且还会发生在规定时间内实验内容做不完或失败甚至损坏元器件、仪器设备等情况[4]。在实验过程中如出现问题,教师要花费大量时间去帮助学生检查连线错误,排除一些技术上、工艺上的故障。同时,由于电路的测试要用到许多专门的仪器,加上受实验室的规模和开放时间的限制,如果学生没有完成实验也无法利用课后时间继续进行,不利于提高学生学习积极性。电子技术发展到今天,分立元件门及中小规模的电路已经被大规模集成电路所取代,此类电路实验已不能适应电子技术飞速发展的需要,其重要性会不断降低。

3 在实验教学中引入EDA技术的优势

3.1 实验内容更加丰富

传统的单纯依靠数字实验箱的数字设计实验内容单一,输入是逻辑电平开关电路,输出是LED显示和数码显示,实验题目无非是加法器、乘法器、计数器、抢答器等较简单的实验内容;而引入EDA技术后,增加了动态键盘扫描模块、频率模块、USB模块、模数转换模块、点阵模块、语音功放电路模块、单片机接口模块等,相应的实验内容大大丰富,霓虹灯、打地鼠、密码锁、电子琴、答案提示板、跑马灯等有趣的实验题目大大提高了学生的兴趣。

3.2 实验方法更加有效

传统的数字设计实验中,学生的大部分时间都花在面包板的连线上面。在一些复杂的实验中,经常会因操作不当而观察不到实验结果,而且常常由于简单的连线错误导致整个实验失败,从而否定设计思路。在实验教学中引入EDA技术,学生在实验前先利用EDA软件完成设计,并进行项目编译及功能仿真,充分做到课前预习,这样在上课时学生就可以把精力集中到硬件调试及解决实际问题上。实验的操作就会变得相对简单,实验条件很容易改变,在同样的时间里可以完成多个实验方案的比较,大大提高了实验的效率和质量。

3.3 实验手段更加灵活

将EDA技术引入实验教学,在时间和空间上不受课时和实验器材的限制。由于大部分工作是在软件平台上进行,加上计算机的普及,使得设计工作可以走出实验室,设计完成后,直接把文件下载到实验箱中,测试芯片在系统中的实际运行性能,使实验变得方便、灵活、高效。学生可以独立主动设计实验,不断得到实验结果,并且可以修改参数,在不必担心损坏仪器的情况下,迅速进行实验仿真,这对提高学生的学习积极性大有益处。

4 引入EDA技术所取得的教学效果

燕山大学电子实验中心从2006年下半年开始在实验教学中引入EDA技术,经过3年的尝试,取得了良好的教学效果。

4.1 提高实验的可靠性

将EDA仿真引入实验教学,可以克服传统实验的不足,提高实验效率,实验结果具有较强的可靠性,能够直观反映出电路设计可能存在的差错和时序竞争。如在实际电路中,各级门电路由于延时关系,会引起电路的竞争与冒险,即在正常信号中出现不正常的尖脉冲(这是必须要克服的),但受设备条件限制,根本观察不到这种现象。应用EDA软件,不仅可以观察到这种实验现象,还可以通过仿真来分析并解决这个问题。

4.2 提高学生的积极性

提高实验技能的关键除了提高数字电路知识水平之外,还要勤于动手、勤于动脑,坚持多问、多练、苦练、巧练,善于博采众长;要热爱实验,“兴趣是最好的老师”,对实验有了强烈的兴趣,实验技能就会迅速提高。在数字设计实验中引入EDA技术后,实验室EDA设计题目将近40个,而每个班的学生人数一般不会超过40个,这样就确保每个学生一个设计题目,为学生的独立自主设计提供了舞台。学生们可以充分地把自己学到的理论知识运用到工程设计实践中,通过一系列的步骤:总体思路确定———利用软件输入完成设计———调试解决软件中遇到的问题———器件编程下载到硬件———发现硬件方面的问题———解决问题———成功实现设计要求,使同学们体验了一个简单的工程设计开发流程,大大提高了同学们的动手积极性和学习热情。

4.3 提高学生的实践能力和动手能力

在数字设计实验过程中,让学生掌握这种先进的电子设计自动化技术,再利用它去开发、研究设计性及综合性实验,会产生事半功倍的效果。这样在激发学生学习兴趣的同时,使学生能逐渐将新知识、新技术、新手段应用到实践中去,极大地提高了学生的实践能力,同时还为学生留下了无限的想象空间,有助于学生创新意识的增强。

5 结束语

将先进的EDA技术引入数字电子技术实验中,采用先进的技术手段,对传统的实验教学方法进行大胆创新,可以给学生提供一个现代科学技术平台,不仅符合电子技术的发展趋势,更是实施素质教育的重要途径。

参考文献

[1]汪建.将EDA技术引入电子类课程教学研究[J].电子科技大学学报(社科版),2002,(2):91-94.

[2]黄春耀.现代EDA技术与电子类基础课实验教学改革[J].龙岩学院学报,2005,23(3):122-124.

[3]刘银萍,陈惠珊.数字电子技术实验教学改革的探讨[J].实验室研究与探索,2006,25(8):981-983.

实验教学EDA 篇9

关键词：EDA技术,电子实验教学,创新,开放性实验室

在现代电子系统设计中, EDA (Electronic Design Automation电子设计自动化) 技术已成为一种普遍的工具。EDA技术是以计算机科学, 微电子技术为基础, 融合了应用电子技术, 智能化技术以及计算机图形学, 拓扑学, 计算数学等众多学科的最新成果而发展起来的, 是以计算机为工作平台而开发出来的一整套先进的设计电子系统的软件工具。对设计者而言, 熟练掌握E D A技术, 可大大提高工作效率, 起到事半功倍的效果;对电子实验教学而言, 同样也能大大提高教学效率, 丰富教学手段, 提升教学质量。

一、传统电子实验教学模式存在较多问题

1. 对仪器设备和元器件的依赖程度很高

离开了这些仪器设备和元器件, 实验是没法开展的。文华学院作为华中科技大学的独立学院, 教学硬件资源和国内一流大学相比还是有差距的, 虽然采取了增加实验室的开放时间等方法, 但是还是不能完全满足学生的实验需求。

2. 教学成本相对较高

实验室的建成和日常运行需要大量的硬件投入, 包括场地, 仪器设备和元器件等等, 特别是一些综合性实验, 硬件成本更高些。而且有些元器件属于易耗品, 使用周期较短, 所以实验室日常维护成本也是相对较高的。

3. 实验教学效率不高

在实验教学中, 一般采用面包板搭建电路, 这就是使得复杂的电路设计和搭建较为困难, 同时由于元器件的不断重复使用, 加上连线的可靠性较差容易产生接触不良和元器件、线之间相互干扰等难以调试等问题。以至教师要花费大量的时间去帮助学生检查连线错误, 排除一些技术上、工艺上的故障。

4. 对学生的创新能力培养不足

传统电子实验模式多以基础性, 验证性实验为主, 综合性实验和设计性特别是系统设计性实验较少, 学生一般只能机械的连线, 不能充分发挥他们的自主设计意识以及难以培养他们的创新能力。

二、电子实验教学引入E D A技术后的优势

1. 缓解教学资源不足的压力

EDA工具是以软件形式存在的, 将其安装在计算机设备上, 相当于添加了更多的仪器设备和元器件。学生不仅可以在实验室甚至可以在寝室做实验, 不需要实验的全过程都在实验室完成。

2. 节省教学成本

EDA技术引入后, 既可以减少实验室的硬件投入又可以提高实验室的利用率, 大大降低了实验器材的消耗, 杜绝了因操作不当造成的仪器设备的损坏, 节省了实验室的建设费用和运行费用。

3. 提高教学质量

EDA软件是很好的实验平台, 提供了丰富的元器件库和多种虚拟仪器, 学生能通过这个平台对电路进行搭建、测试、仿真以及数据分析等操作, 可以完成以前由于条件限制完成不了的实验。

4. 增强学生的创新能力

引入EDA技术后, 可以开设更多的设计型和综合型实验, 这样能激发学生的学习兴趣, 有助于培养学生的创新意识, 大大提高学生的工程实践能力, 计算机应用能力和创新能力。

三、传统电子实验教学模式与现代E D A技术之间的关系

传统电子实验教学模式是学生利用实验仪器设备和元器件实际进行硬件操作的实验活动, 如果把这种实验模式概括为“实”和“硬”的话, 那么现代的EDA技术就可以被认为是“虚”和“软”。有了现代的EDA技术就可以取代传统实验模式吗?答案当然是否定的。传统电子实验教学模式的“实”和“硬”是基本和基础, 现代EDA技术的“虚”和“软”是扩展和提高, 没有基本和基础是不可能有扩展和提高的。所以我们应该把“虚”“实”相结合, 把“软”“硬”相结合, “两手都要抓”, 两者相辅相成, 不可偏废, 从本质上提高电子实验教学质量。

四、电子实验教学引入E D A技术的实践与探索

1. 对实验课程进行教学改革

将课程《电子线路测试与实验》改革为《电子线路设计、仿真与实验》, 突出EDA技术在本课程中的核心地位, 把EDA技术贯穿于每一个实验中。加强学生理论联系实践, 打好专业理论基础;加强学生的设计能力、工程实践能力、应用新技术、新器件能力和创新精神的培养。

2. 修改实验课程教学大纲

将课程《电子线路测试与实验》的5 6学时, 改为《电子线路设计、仿真与实验》的64学时, 提高设计性实验和综合设计性EDA实验所占比例, 增加的8学时全部用于综合设计性E D A实验, 系统培养学生电子线路设计、仿真与实际动手能力。

3. 实施新型实验教学体系, 开展“三开放”式教学模式

“三开放”教学模式, 即: (1) 时间开放 (除课堂教学之外) :学生可以通过上网预约实验时间, 利用业余时间做综合性EDA实验或开展研究性、探索性试验, 充分发挥学生的学习主动性、创造性, 激发学生从事科研的兴趣。 (2) 内容开放:学生完成基本的实验后, 可以做扩展实验内容 (包含EDA方面) , 满足学有余力的学生对做实验的需求。 (3) 元器件开放:与实验相关的所有元器件发给学生, 由学生保管, 方便业余时间来做实验。

4. 改革实验教材内容

教材建设是完成教学工作、提高教学质量、搞好课程建设的基本保证。我们对实验课程原有教材进行了修改, 按照基础性实验—设计性实验—综合设计性EDA实验三层次的教学编排内容, 打破传统的电子线路实验课教材的模式, 具有独立的课程体系和独特的编写风格, 以及包括 (1) 突出实验项目的设计; (2) 加强EDA技术的教学 (包括设计、仿真和下载) ; (3) 便于自学的特色。

5. 选择适合实验教学的EDA软件

当前的EDA软件多种多样, 最新最尖端的未必就能最适合实验教学, EDA软件的选择应考虑其功能性, 兼容性, 普及性和易操作性等因素。基于以上的考虑: (1) 模拟实验以及数模混合实验我们选用的是Or CAD软件, 该软件是一个功能强大且具有界面直观, 操作方便, 数据分析功能强, 元器件库丰富等优点的E D A平台, 在国内外已被广泛应用; (2) 数字实验中我们选用的是MAX+plusⅡ软件, 该软件是Altera公司提供的FPGA/CPLD开发集成环境, 在MAX+plusⅡ上可以完成设计输入、元件适配、时序仿真和功能仿真、编程下载整个流程, 它提供了一种与结构无关的设计环境, 是设计者能方便地进行设计输入、快速处理和器件编程。其界面友好, 使用便捷, 被誉为业界最易用易学的E D A软件, 是经典的大众化设计工具。

6. 实验教学EDA技术“不断线”

(1) 现场教学EDA技术“不断线”。教师上课借助EDA软件开展教学, 帮助学生快速掌握EDA软件的操作和运用; (2) 实验报告EDA技术“不断线”。特别是其中的预习报告要有相应实验的EDA仿真部分, 学生带着预习成果来做实验, 能大大提高实验效率, 增强他们发现问题, 解决问题的实践能力; (3) 考试测验EDA技术“不断线”。考试时既要搭建实体电路又要做相关EDA实验, 检验学生运用EDA技术对电子线路的设计、仿真和下载能力; (4) 实验教材EDA技术“不断线”。使EDA技术充分融合到实验教材之中。这四个EDA技术的“不断线”组成了整个电子实验教学的E D A技术“不断线”, 从而把传统电子实验教学模式与现代EDA技术紧密的、有机的和系统的结合在一起。

五、结束语

将EDA技术引入电子实验教学中, 使学生熟悉了现代电子系统设计、仿真及开发技术, 符合现代电子实验教学的潮流和趋势, 是电子实验教学发展的必由之路。

参考文献

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实验教学EDA 篇10

通过EDA技术学习数字电子技术是很重要的。本文所介绍的平台采用美国赛灵思公司的XC6SLX9芯片自行设计了一块FPGA开发系统,包括最小系统及其外围电路模块,并编制了跑马灯、按键扫描、数码管显示、蜂鸣器、VGA接口等一系列程序,便于学生和工程技术人员学习和掌握FPGA的使用与开发技术。

1 需求分析

EDA实验箱结构越简单越好,以减少掌握EDA实验箱操作花费的时间;实验案例必须能够表现数字电子技术有关组合电路和时序电路的设计原理;实验现象必须直观和明显,能够以光和声音的形式进行展示数字电子技术原理。

EDA教学平台研发工作由实验箱和配套实验案例设计两部分工作展开,该系统结构如图1所示。

图1 教学平台组成

2 实验箱设计

实验箱由赛灵思公司的XC6SLX9芯片核心板再加上外围电路而构成,为了让实验现象便于表现,加入了大量的人机接口电路(如图2所示)。可以看出F P G A外围包括了声、光、温度、上位机等接口电路,主要包括以下硬件资源:16个LED、16个按键、8个八段数码管、蜂鸣器、VGA接口、串口、温度传感器[2]。

图2 电路系统组成

2.1 XC6SLX9核心板组成

核心板由电源电路、时钟电路、下载电路、XC6SLX9芯片四部分组成。

2.1.1 电源电路

通过电压转换芯片AMS1117将输入电压转换后得到内核工作电压1.2 V、外部I/O电压3.3 V。具体电路如下图3所示。其中电容C25,C26和C30,C31则主要是对电源进行滤波。

图3 电源电路

2.1.2 时钟电路

时钟产生电路如图4所示,时钟为50 MHz。

图4 时钟产生电路

2.1.3 下载电路

配置ROM芯片采用XCF04SVO20C,其存储容量为128 M。控制信号用4.7 k电阻上拉以提高电路的驱动能力。图5为配置电路。

图5 配置电路

2.1.4 XC6SLX9芯片

赛灵思公司的XC6SLX9芯片作为核心处理芯片,该芯片具有性价比高的优点。

2.2 数码管电路

数码管电路图如图6所示,电路板上使用了四个共阴数码管。8个段选和4个位选引脚连接到FPGA的I/O引脚。从电路图中可知:数码管8个段同时点亮时,电流大约40~80 m A,需要NPN型三极管对FPGA管脚信号进行驱动。

图6 数码管电路

2.3 按键电路

电路如图7所示,16个按键的一端连接在一起接地,另一端上拉接3.3 V电压。当按键开关不按时FPGA的I/O口为高电平,当按下时,I/O口为低电平。

图7 数码管电路

2.4 蜂鸣器电路设计

蜂鸣器驱动电路如图8所示,蜂鸣器的一端连接3.3 V的电源,另一端连接到NPN型三极管的驱动,这样FPGA的I/O管脚向蜂鸣器发送一定频率的方波可以使蜂鸣器发出相应的音调。

图8 蜂鸣器驱动电路

2.5 VGA接口电路

VGA接口的1脚、2脚以及3脚分别和红、绿、蓝3条控制线相连,分别串联电阻后连到FPGA的I/O口上,可以显示8种颜色。3脚、4脚、13脚、14脚以及15脚接地,6脚和7脚分别接VGAHS和VGAVS,分别控制着VGA显示器的水平扫描和垂直扫描信号。电路如图9所示。

图8 VGA接口电路

2.6 实验平台展示

整个实验平台由计算机、下载器、壳体、开发板组成[3]。赛灵思ISE开发软件使用版本为14.2。如图9所示。其中开发板如图10所示。

图9 实验平台组成

图1 0 外围电路模块实物图

3 实验案例的建设

案例分为3种教学层次:(1)演示验证实验;(2)设计性实验;(3)创新性实验。每个层次的难度逐渐增大,实验内容图表1所示。

整体实验案例难度循序渐进,其中演示验证实验主要包容软件使用和数字电子技术中基本原理。实验案例使用赛灵思ISE软件进行在线编程、调试。主要让学生掌握以下几个工程设计流程:输入、综合、实现、仿真、下载。其中赛灵思ISE可结合第三方软件进行仿真,常用的工具如Model Sim和测试激励生成器HDL Bencher,Synopsys公司的VCS等。下载即编程在赛灵思ISE中对应的工具是i MPACT。数字电子原理主要包括组合电路设计、时序电路设计、存储器设计等部分知识点[4]。

设计型实验主要让学生根据数字电路原理去设计和使用外围接口,比如LED、按键、蜂鸣器、温度传感器、串口、VGA接口等等资源。如跑马灯实验是利用设计的计数器,实现跑马灯的效果,灯流动的快慢编程调节;八段数码管显示实验让学习者了解数码管动态显示的方法;蜂鸣器实验让学生学习如何向蜂鸣器发送一定频率的方波可以使蜂鸣器发出相应的音调,可以用程序编写出一段音乐来。VGA显示实验通过VGA接口显示特定的字符和图形[5]。

创新型实验主要针对比较拔尖的学生和课程设计开设,锻炼学生对学生的综合应用能力,同时鼓励学生进行功能创新。

4 结束语

该EDA教学平台以如何设置数电实验课程内容才能最大程度的培养学生实践水平而展开。其主要优点包括以下几方面。

(1)层次化的实验内容构建、自主开放的实验管理模式,鼓励创新的实验考核方式,工程化、实践化的教学环节,多门课程实验综合应用,实现方法的多样性,采用启发式教学方法激励学生自主学习。

(2)实验方法新颖、内容与社会需求一致,实验教学内容联系课本、实际授课、社会需求三个方面确定,实验通用性好,节约成本,该实验模式既可以进行硬件教学,也可以进行仿真教学。

(3)实验内容采用贯穿化、层次化、弹性化教学,数字电路实验用到了多种软件和多种硬件,实验内容可进行选择。为了满足各种需求,实验分为四个层次:演示验证性实验、设计性实验、综合应用类实验、科技创新类实验。

参考文献

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实验教学EDA 篇11

关键词 实验 教学体系 EDA

一、EDA平台建设的指导思想

在电子技术实验体系中的EDA平台建设和实践中,我们始终本着以电子技术应用能力和创新意识培养为核心,在实验课程体系、教学内容和教学方法的改革中,贯彻以培养学员知识、能力、素质上协调发展为宗旨,围绕军队院校学员的总体培养目标,紧跟本学科发展前沿,边建设、边应用、边实践,不断深化,日益完善和发展,并取得较好的成绩。

二、EDA平台的框架和教学体系

EDA教学平台包括各种开发软件、硬件、以及用于教学辅导的网站和进行创新实验的实验室。我们配备了EDA仿真分析软件Electronic WorkBench和它的升级版本Multisim;用于CPLD/FPGA芯片设计、下载的工具软件MaxplusII;用于电路板设计的软件Protel99以及用于系统测控的虚拟仪器软件Labview。在硬件方面我们配置了模拟、数字实验箱、可编程逻辑器件实验箱、PLC实验设备等,嵌入式开发系统和DSP/SOC开发系统已经列入计划。此外EDA网站提供了教学辅导功能,创新技术实验室提供了用于创新小组进行活动的设备和场地。目前软件与硬件建设初具规模。

EDA教学平台幅射到理论课、实验课及课程设计等教学活动之中。教学网站“EDA工作室”为学生提供了自主学习辅导手段,经过课程设计后选拔出优秀学员进入到创新实验室进一步培养,以起到以点带面的作用以及为参加各类电子设计竞赛作准备。

EDA仿真实验课程设置:在本科大学二年级的专业基础课中,设置4-8学时的EDA仿真实验课程,以加强学员理论和工程的结合,激发学习的兴趣和主动性。在三年级的电子实验课程中,融合了EDA仿真实验内容,采用了“以虚代实,以软代硬,软硬相兼”实验方法。由于用计算机技术和仿真技术实现电路的仿真,精简课堂教学内容,大大提高实验效率。三年级的面向工程开发的课程设计中,利用EDA开发平台,学习最新可编程逻辑和模拟芯片的下载,培养学员的工程设计能力。此外选拔课程学习中的优秀学员,成立电子兴趣小组,进入创新技术实验室,进一步培训和学习。

三、EDA平台建设的创新点

(一)形成了“虚实结合、软硬相兼”的EDA实验教学体系,在教学中实现了理论教学和实验教学交叉渗透,传统实验和EDA实验互相促进,实物实验和虚拟仿真实验有机结合的新的教学模式。

(二)建立了由软件仿真系统、硬件开发平台、创新技术实验室和教学网站支撑的、配套教学科研的EDA平台。该平台的建设紧密跟踪和同步最新的科技发展,不断注入新的内容和技术,其建设水平属国内先进水平。

(三)EDA平台的建设突出了面向工程的原则,为培养符合现代技术要求的高素质的人才创造了条件,走出了教育改革的新路。

(四)建立了能幅射到理论课、实验课及课程设计EDA教学网站:“EDA工作室”,它可扩展课堂空间,实现网上教学,并且除了及时发表一些最新EDA动态及基础课程课件,还可以进行学生和老师的在线答疑,学生还可以及时发表自已的学习心得体会及最新研究成果,为优秀人材脱颖而出创造了一个施展才能平台。

(五)创建了创新实验室:实验室突出了现代电子技术的“自顶向下”的设计思想,使学生能直接使用现代电子系统分析和设计的工具,学习现代电子系统的实验技术。也吸引、鼓励广大学生踊跃参加课外活动,为优秀人材脱颖而出创造了一个施展才能的平台。开创我院学生参加北京市和全国大学生电子设计竞赛的先河。

(六)拓宽了实验途径:“电子技术实验体系中的EDA平台”这种“虚实结合、软硬相兼”实验方法是对实验改革的一种尝试,使实验教学多了一条路子。为此我们重新修订了教学大纲,增补了许多实验内容,扩大了学生的知识面。在这种新实验教学体系中,实验初步实现了分层次、分阶段的课程结构,电类专业三层次:基本技能和基本技术、分析设计(EDA中的仿真)技术、系统集成(EDA中CPLD和FPGA设计)技术;非电专业分两个层次:基础层和技术层。新实验教学体系中突出了以工程实践为背景、以能力培养为目标,运行效果良好。

四、结论

我们进行的EDA平台建设,不仅形成了一个功能强大、内容丰富的电工电子技术实验平台,而且是一个智能化的网上实验教学系统。它可以根据每个学生的具体情况,生成弹性的实验教学计划,并可随着学习的进程,进行动态的调整,使实验教学适应不同层次的教学需求,有利于因材施教。同时也将为提高实验教学效果和效率,做出积极的贡献。电工电子网上虚拟实验室的建立,对现代化教学的开展、教学资源的有效利用都有很强的实际意义。

参考文献

[1]孟秀玲.新军事变革中的人才培养与教育训练[M].军事科学出版社,2004.

实验教学EDA 篇12

1 课程教学改革思路

EDA技术是应用相关操作软件高效地完成CPLD/FPGA的编程从而实现硬件电路设计的技术, 其显著特点是软、硬结合, 如何在教学过程中让学生既能把握硬件、熟悉软件、掌握编程语言非常重要。教学内容的选取、教学模式、教学方法、实践教学的设计均应按照“加强基础、突出应用、提高素质、培养能力”的原则, 通过针对性的应用实例, 循序渐进, 实现从软件到硬件系统的设计, 让学生熟练掌握EDA技术的应用、深刻理解现代数字系统设计方法。

2 课程教学改革措施

2.1 优化教学内容, 以“应用”为主线

EDA技术课程教学内容丰富, 涵盖数字电路、PLD、EDA开发环境、HDL语言程序设计等。目前, 多数教材基本上是围绕CPLD/FPGA的结构原理及其编程与配置展开的。因为课程的学时数有限, 对于高职类学生来说, 教学内容应重点放在实际应用中涉及到的通用性较强的接口电路及编程应用上, 以培养学生的技术应用能力为目标。

EDA技术的学习难点在于CPLD/FPGA的结构和原理。对这部分教学内容, 应该进行有效的取舍, 做到让学生简单了解就够了, 而学生需要掌握的是进行系统设计时CPLD/FPGA的选型、器件特性、引脚属性等问题, 以及器件周围硬件接口电路的结构、连接问题。目前关于CPLD/FPGA的中文资料较少, 所以引导学生学会从相关网站查阅资料非常重要。器件选型、特性参数确定后, 设计CPLD/FPGA正常工作所必须的最小系统是非常必要的。

EDA技术的学习重点在于HDL语言, 目前, 教材一般选用工程设计中常用的VHDL或Verilog HDL。教材上的程序一般较为简单, 具有代表性、通用性, 可以作为基础性的学习。如果教学内容仅限于教材, 多数同学对稍微复杂的系统编程仍然无从下手。所以, 选取一至两个综合系统源程序作为精讲内容, 比如, 数字钟的程序设计, 可以有效提高学生对实际综合题目的编程能力。

2.2 改革教学模式, 以“做”为主导

EDA技术的实践性较强, 传统的授课模式容易造成理论与实践的脱节, 因此, 对于CPLD/FPGA的结构与原理部分的学习, 除了掌握器件的基本参数外, 还应该让学生用Protel等软件把CPLD/FPGA最小系统的原理图、PCB图绘制出来, 然后对最小系统板进行制作与焊接。CPLD/FPGA最小系统包含了CPLD/FPGA能正常工作的电源电路、时钟电路、复位电路、JTAG接口电路等, 是实现所有实际应用的核心部分。学生只有通过自己“做”, 才能真正理解CPLD/FPGA外围电路的作用与原理, 才能真正掌握CPLD/FPGA进行电子系统设计时硬件电路的结构与连接方法。

对于EDA开发环境和HDL的学习, 建议授课过程安排在实验室进行, 遵循“理论-实践-理论”的认知规律。比如, QuartusⅡ软件的学习, 如果先在普通多媒体教室进行讲解、再去实验室练习, 学生对于大量操作细节容易忘记。对于HDL语言的学习, 在实验室集中一部分时间结合实例演示讲授理论知识, 然后由学生进行简单实例的编程、仿真、实验箱上验证。使学生在不断调试程序的过程中学习语法要点, 积累编程技巧和经验。最后教师再针对实验出现的一些共性问题和设计难点进行讲评, 使学生能更加深刻地理解、巩固所学知识。

2.3 改善教学方法, 以“项目导向”为中心

“项目导向”教学模式是设计和选取生产实践中具有典型意义的“项目”作为载体, 把教学内容包括的知识和技能融合在项目中, 通过完成项目中的工作任务达到教学目标的教学方法。针对EDA技术的特点, 项目个数不必太多, 但具有一定的深度。项目任务的编排按照知识点与技能要求由简到繁、由易到难, 每个任务以某个重点知识的应用为主线。

比如, 数字钟电路, 从原理到设计虽然比较简单, 但几乎完全覆盖EDA技术的核心内容。其知识模块可划分为:分频电路、计数器、译码器、串行扫描、消抖动电路等, 外部接口电路涉及7段数码管的显示驱动及其扫描电路、蜂鸣器电路、按键及其指示灯电路。对于计数器的学习, 首先讲解4位二进制加法计数器, 让学生了解HDL程序的基本结构及相应的语法现象;接着引出IF语句讲解2位十进制计数器, 让学生模仿设计12归1电路、59归0电路等;然后完成时、分、秒计数模块的设计。依次分别完成数字钟的分频、模式选择、时间调整、定闹、整点报时等项目任务后, 讲解层次化设计方法, 完成数字钟的整体设计。这样由总到分, 再由分到总, 使学生感到学习过程是一个不断成功地完成项目任务的过程, 能充分激发学生的学习兴趣, 提高学习的主动性和目的性。

2.4 改革实践教学, 以“能力培养”为重点

实践教学是把理论知识转化为实际应用能力的重要环节, 针对EDA技术的特点, 其实验内容、实验方式应区别于其他课程, 实验可分为基础型、设计型、综合型三个层次。

基础型实验, 可在实验箱上进行, 主要以验证型及简单扩充型实验为主, 比如, “数字钟”的各个知识模块及在此基础上设计的减法计数器等, 实验时间应在所授知识点的讲解之后尽快进行, 以便学生及时巩固、加深理解。

设计型实验, 以学生熟练掌握HDL编程要领和语法要点为目标, 比如, 数字秒表电路、流水灯电路等, 实验应该安排在章节或单元内容学习结束之后进行, 这类实验可在实验箱上进行, 但学生亲手设计制作的最小系统板是更好的实验开发平台。比如, 秒表电路, 可以借助万用板设计焊接7段数码管的驱动电路以及计时的开始、停止等控制按键电路, 然后把最小系统板上相应的I/O口与万用板上的相应端子用杜邦线连接起来, 即可实现实际的秒表设计制作了。通过这种形式, 学生不仅学会了相应的HDL知识, 还掌握了7段数码管的显示与驱动原理以及相应电路的连接方法, 容易激发学生的学习兴趣及深入探讨的积极性。再如, 流水灯电路, 仍用最小系统板为平台, 在万用板上设计制作发光二极管驱动及控制按键电路, 杜邦线连接实现。以此方法, 最小系统板连接上不同的外围电路, 可以实现不同的设计, 既增加了实践操作的灵活性, 又强化了学生对基本数字单元的应用能力。

综合型实验, 培养学生运用EDA技术设计复杂数字系统的能力, 实验内容可涉及运用传感器进行数据采集与控制、CPLD/FPGA与单片机之间的通信等, 实验应在课堂教学结束后用几周的时间进行, 要求学生结合最小系统板以实物的形式制作出产品, 以提高学生的系统综合设计能力。

3 课程改革的注意事项

项目要尽可能贴近企业的生产实际或来源于日常生活;项目设计要有明确的能力培养目标, 即项目所划分的每个知识模块能完成相对应的能力培养;项目所划分的知识模块要有渐进性, 要根据认知规律, 从简单到复杂, 从单一到综合。

课程改革要有良好的实验实训环境, 在实验实训室中不仅需要具备足够数量的EDA技术实验箱或开发套件、PC机, 还需配备多媒体教学设备, 方便教师进行讲解指导。而且, 为了保证学生CPLD/FPGA最小系统板和外围接口电路的制作与调试, 还需提供相应的焊接设备与场地。

4 结语

EDA技术是一门新技术、新方法, 其教学应充分考虑其实践性强、应用领域广的特点及学生自身的情况, 以现实生活中的实际问题为素材, 以“应用”为主线, 通过“做”实现学生对知识和技能的掌握。实践证明, 通过教学改革, 大大提高了学生的技术应用能力和实践操作技能。

摘要：针对“EDA技术”实践性强和应用领域广等特点, 考虑传统课程教学对学生综合实践能力的培养比较薄弱, 从教学内容、教学模式、教学方法、实践教学等方面探索教学改革途径及相应措施。

关键词：高职,EDA技术,教学改革

参考文献

[1]潘松.EDA技术实用教程:Verilog HDL版[M].北京:科学出版社, 2010.

[2]刘娅琴, 林霖.EDA课程教学探索和实践[J].电气电子教学学报, 2010, 32 (4) :34-35.