EDA技術的教學與實踐論文

時間：2024-09-23 08:55:38 其他類論文我要投稿

EDA技術的教學與實踐論文

　　摘要：EDA技術是電子類專業的一門重要課程，應用非常廣泛。本文從初級、中級、高級三個層次，開展教學實踐培訓，旨在提高學生技能。

EDA技術的教學與實踐論文

　　關鍵詞：EDA技術教學途徑

　　EDA技術的學習應貫穿在電子類高職專業的整個學習過程中，貫穿于電子仿真實驗、課程設計、競賽、畢業設計等各個環節，筆者分別應用EDA技術在初級、中級、高級三個層次中的應用作些探析。

　　一、EDA技術的教學內容

　　（一）初級教學內容

　　初級教學內容主要包括用EWB、PSpice、Protel等軟件進行電路設計、PCB板設計、電路仿真。一句話，初級教學內容就是學習使用工具軟件。下面簡介三款軟件。

　　EWB（英文全稱為Electronics Workbench）是加拿大交互圖像技術有限公司于1988年開發的電子電路計算機仿真軟件，它被稱為電子設計工作平臺或虛擬電子實驗室。相對其它EDA軟件而言，它是個較小巧的軟件，功能也比較單一，主要進行模擬電路和數字電路的混合仿真，但它的仿真功能十分強大，可以近似完全地仿真出真實電路的結果，而且它在桌面上提供了萬用表、示波器、信號發生器、掃頻儀、邏輯分析儀、數字信號發生器、邏輯轉換器等工具，它的器件庫中則包含了許多大公司的晶體管元器件、集成電路和數字門電路芯片，器件庫中沒有的元器件，還可以由外部模塊導入，在眾多的電路仿真軟件中，EWB是最容易上手的，它的工作界面非常直觀，原理圖和各種工具都在同一個窗口內，學生稍加學習就可以熟練地使用該軟件，對于電子設計，它是個很好的EDA工具，許多電路你無需動用烙鐵就可得知它的結果，而且若想更換元器件或改變元器件參數也十分方便。EWB可以作為電子類專業輔助教學軟件使用，它是一個優秀的電子技術訓練工具，利用它提供的虛擬儀器可以用比實訓室中更靈活的方式進行電路實驗實訓，仿真電路的實際運行情況，熟悉常用電子儀器測量方法。

　　PSpice是由SPICE（Simulation Program withIntergrated Circuit Emphasis）發展而來的用于微機系列的通用電路分析程序，PSPICE軟件具有強大的電路圖繪制功能、電路模擬仿真功能、圖形后處理功能和元器件符號制作功能，以圖形方式輸入，自動進行電路檢查，生成圖表，模擬和計算電路。它的用途非常廣泛，不僅可以用于電路分析和優化設計，還可用于電子線路、電路和信號與系統等課程的計算機輔助教學。PSPICE是最為流行的電子電路仿真軟件。

　　Protel是Protel公司在20世紀80年代末推出的EDA軟件，在電子行業的CAD軟件中，它當之無愧地排在眾多EDA軟件的前面，是電子設計者的首選軟件。目前Protel高端版本是完全一體化電子產品開發系統，是一款完整的板級設計軟件，它是將設計流程、集成化PCB設計、可編程器件（如FPGA）設計和基于處理器設計的嵌入式軟件開發功能整合在一起的產品，一種同時進行PCB和FPGA設計以及嵌入式設計的解決方案，具有將設計方案從概念轉變為最終成品所需的全部功能。在教學時可以選擇Protel99SE，它共分5個模塊，分別是原理圖設計、PCB設計（包含信號完整性分析）、自動布線器、原理圖混合信號仿真、PLD設計。

　　教學中，應處理好初級教學內容中的三款軟件關系，找準各自側重點。EWB側重點為電子技術訓練工具，虛擬電子實訓室；Pspice側重點為電路仿真；Protel側重點為原理圖設計、PCB設計。

　　(二）中級教學內容

　　中級的教學內容是利用VHDL完成對CPLD/FPGA的開發。常用的硬件描述語言有VHDL、Verilog、ABEL等，這里只介紹VHDL。VHDL（VHSIC（Very High Speed Integrated Circuit）Hardware Description Language）就是超高速集成電路硬件描述語言，是一種用于電路設計的高級語言。因此它主要應用在數字電路的設計中。在中國，目前主要用在FPGA/CPLD/EPLD的設計中。

　　VHDL主要用于描述數字系統的結構，行為，功能和接口。除了含有許多具有硬件特征的語句外，VHDL的語言形式和描述風格與句法是十分類似于一般的計算機高級語言。VHDL的程序結構特點是將一項工程設計，或稱設計實體（可以是一個元件，一個電路模塊或一個系統）分成外部（或稱可視部分,及端口)和內部（或稱不可視部分），涉及實體的內部功能和算法完成部分。在對一個設計實體定義了外部界面后，一旦其內部開發完成后，其他的設計就可以直接調用這個實體。這種將設計實體分成內外部分的概念是VHDL系統設計的基本點。

　　CPLD(Complex Programmable Logic Device)即復雜可編程邏輯器件，是一種用戶根據各自需要而自行構造邏輯功能的數字集成電路。其基本設計方法是借助集成開發軟件平臺，用原理圖、硬件描述語言等方法，生成相應的目標文件，通過下載電纜（“在系統”編程）將代碼傳送到目標芯片中，實現設計的數字系統。CPLD具有編程靈活、集成度高、設計開發周期短、適用范圍寬、開發工具先進、設計制造成本低、對設計者的硬件經驗要求低、標準產品無需測試、保密性強、價格大眾化等特點，可實現較大規模的電路設計，因此被廣泛應用于產品的原型設計和產品生產之中。

　　FPGA（Field－Programmable Gate Array），即現場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎上進一步發展的產物。它是作為專用集成電路（ASIC）領域中的一種半定制電路而出現的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數有限的缺點。

　　中級教學內容的教學，應達到學生會熟練地借助集成開發軟件平臺QuartusⅡ，用VHDL硬件描述語言方法，生成相應的目標文件，通過下載電纜（“在系統”編程）將代碼傳送到CPLD/FPGA目標芯片中，實現設計的數字系統。

　　(三)高級教學內容

　　高級教學內容主要是專用集成電路（ASIC）的設計。ASIC（Application Specific IntegratedCircuit）是一種為專門目的而設計的集成電路，即專用集成電路。是指應特定用戶要求和特定電子系統的需要而設計、制造的集成電路。ASIC的特點是面向特定用戶的需求，ASIC在批量生產時與通用集成電路相比具有體積更小、功耗更低、可靠性提高、性能提高、保密性增強、成本降低等優點。

　　ASIC的設計方法和手段經歷了幾十年的發展演變，從最初的全手工設計發展到現在先進的可以全自動實現的過程。從設計手段演變的過程劃分，設計手段經歷了手工設計、計算機輔助設計（ICCAD）、電子設計自動化EDA、電子系統設計自動化ESDA以及用戶現場可編程器階段。

　　就設計方法而言，設計集成電路的方法可以分為全定制、半定制和可編程IC設計三種方式。全定制設計需要設計者完成所有電路的設計，因此需要大量人力物力，靈活性好但開發效率低下。

　　如果設計較為理想，全定制能夠比半定制的A-SIC芯片運行速度更快。半定制使用庫里的標準邏輯單元(Standard Cell)，設計時可以從標準邏輯單元庫中選擇SSI(如門電路)、MSI(如加法器、比較器等)、數據通路(如ALU、存儲器、總線等)、存儲器甚至系統級模塊(如乘法器、微控制器等)和IP核，這些邏輯單元已經布局完畢，而且設計得較為可靠，設計者可以較方便地完成系統設計。

　　高級教學內容的教學是在中級教學內容的基礎上進行的，學生主要掌握設計方法，并以項目為載體進行設計訓練。

　　二、實踐教學中的應用

　　EDA技術在教學中的應用至少體現在四個方面。

　　（一）電子電路課程模擬仿真實驗利用EWB可以進行《電路基礎》、《電工基礎》、《電子技術》、《電子電路》、《數字電路》等課程的模擬仿真實訓。

　　（二）電子技術課程設計

　　電子技術課程設計可以用Protel設計電路，用Pspice進行仿真。

　　（三）畢業設計從事簡單電子系統的設計電子類專業的畢業設計很多涉及電子系統的設計，Protel、Pspice、EWB、QuartusⅡ等軟件、VHDL等硬件描述語言、ASIC設計方法都可派上用場。

　　（四）大學生電子設計競賽活動

　　各級各類的大學生電子設計競賽，EDA技術教學內容的初級、中級、高級三層更是大有用武之地。

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