对现代EDA技术的概念及特点介绍

数字电路课程是高等院校电子电气和信息类专业的重要专业基础课。因为它与工程实践联系紧密，近年来课程的内容随着新器件和新技术的涌现而不断更新，其中最具代表性的就是：日新月异的大规模和超大规模可编程逻辑电路和以此为基础的EDA技术成为数字电路课程中的一个新兴内容。不少高等院校围绕这个内容对数字电路课程进行了改革。

一、对现代EDA技术的认识

EDA即电子设计自动化。广义的EDA包括：半导体工艺设计自动化、可编程逻辑器件设计自动化、电子系统设计自动化、印刷电路板设计自动化、电路仿真与测试自动化等方面。我们这里只讨论与数字电路课程密切相关的，以可编程逻辑器件（PLD）为基础，利用计算机和特定的开发软件或开发系统，进行电子电路的自动化设计的狭义EDA。

EDA技术具有如下特点：EDA所依托的PLD器件是一种可编程的专用集成电路（ASIC），由用户来开发并决定其功能，而传统设计所用到的通用型集成电路具功能是确定的，不可更改； EDA采用的设计方法是从上而下的设计方法，不同于传统的自下而上的设计方法；EDA设计中硬件系统的结构和行为可以采用硬件描述语言（HDL）来描述，产生的主要设计文件是HDL语言编写的可读性较强的源程序，而传统设计方法产生的主要设计文件是电路原理图，EDA在系统设计早期就可进行仿真和修改，而传统的电路设计需在后期基本硬件系统完成后再进行仿真和调试。正是因为EDA的这些特点和优越性给电子技术领域带来了一场革命，也促进了数字电路课程的改革。

二、课程改革的现状

从近年来编写的数字电路教材中，我们可以看到EDA给教学带来的变化。第一，可编程逻辑器件的知识从空白到附带的介绍，进而发展为用独立的章节进行专门的论述。第二，有些教材用一定的篇幅对EDA软件系统也进行了介绍。在各院校的数字电路课程教学改革中，EDA也逐渐占有了一席之地：增加PLD的学时比例，将HDL语言纳入教学计划，开设基于ISP Synario，Maxplus2等开发系统的设计或仿真实验，或者应用EDA的方法进行数字电路课程设计。由此可见，EDA在数字电路课程中得到了普遍的重视。不过，我们也应该看到，目前它并未给数字电路课程带来本质的变化。。从教材的角度来说，这部分知识通常处在全书最后的位置，作为传统内容的更新和补充。像一个“补丁”，没有影响教材的总体结构。可是从当前PLD和EDA技术铺天盖地的应用来看，EDA“补丁”的地位只能说明教材知识更新的速度已经滞后于技术发展的速度。从教学过程的角度来说，EDA教学与其他部分的教学基本是分离的，在学完几乎所有的传统内容后，最后在大规模集成电路部分进入可编程逻辑器件和EDA设计方法的学习。相关实验和课程设计也开设在这个阶段。这样的一种教学安排也无法体现EDA技术的特点和优点，也难以引起学生对新技术的重视。

三、EDA内容与数字电路课程的真正融合

考虑到EDA的精髓所在是其设计思路，设计理念，正是这一点给电子技术领域带来重大变革。站在技术前沿的高等院校在进行教学改革的时候也应当从一个比较高的角度看待EDA的教学，以向学生灌输新的设计思路和设计理念为主要任务，而不是仅仅介绍一种新器件，学习一种新的软件应用而已。因此，要做至UEDA与数字电路内容的真正融合，我们应该对数字电路课程进行更深入的改革。

1．在教学内容的编排上，PLD器件的介绍不应当放到课程最后或偏后的位置，PLD器件的地位不应视为与其他各种具体的逻辑功能器件相并列，而应视为与通用型逻辑器件的总体相并列。在学完数字逻辑基础及门电路后就逐步开始涉及P L D，当然不必细说其内部结构，重在说明其可编程特性，并开始一种HDL语言（譬如VHDL）和实验中配备的相应开发系统的学习。在此后的组合逻辑和时序逻辑功能器件的教学过程中，一方面要说明这些电路的门级构成，另一方面要介绍其EDA实现方法。学生就可以看到，实现一定的逻辑功能有两种基本方法，一种由已知的通用器件构成，要求对器件的功能非常熟悉，这实际上是在最基本的IC层面上体现了传统的由下向上的设计方法。另一种就是EDA的方法，可以将逻辑功能逐层分解、用HDL语言描述逐层描述，既可以描述其结构，也可以描述其行为，并且随时可以进行仿真。这体现的正是由上向下的设计方法。这种新的教学内容编排，要求教材结构也做出相应的改变。譬如说，教材章节可以考虑作如下几个部分安排：数字逻辑基础、门电路与触发器、脉冲波形的产生与转换、中规模组合和时序逻辑功能器件、PLD及其开发系统、数字系统设计基础、ADC和DAC。此外，由于目前我国国内的大多数教材仍采用传统的知识结构体系，我们在探索过程中不妨多使用自编教材和讲义，这更有利于加大课程改革的力度和深度。

2．实验实训的比例要加大，实验的内容也要调整，设计性实验的比例应当增加。．除保留集成门电路和集成触发器的参数和功能的测试外，其余的一些集成片功能测试和简单应用实验都可以取消，代之以设计性实验。有些实验如简单计数译码显示系统的设计，还可以要求学生针对同一电路要求用通用的中规模集成片设计一次，再用EDA方法，在可编程逻辑器件上实现一次，以作对比。而后阶段的课程设计，则完全可以考虑PLD器件为主进行设计，这样做可以从两个方面提高设计的成功率，一是由于EDA设计过程允许早期仿真，可以较早发现设计中的问题；二是由于采用大规模集成电路，外部连线相对较少，出现连接故障的几率将降低。成功率的提高将使学生的学习兴趣和积极性都大大提高。这也正是EDA技术的优越性所在。

3．由于EDA内容全面的加入数字电路课程当中，肯定会带来课堂教学时间的紧张。这要求我们对教学方法也做出一定的变革。除采用多媒体教学方式以加大单位时间内的教学容量外，增加学生自学的内容也是极为必要的。就数字电路课程而言，以前不少高校也要求学生自学部分知识，但在内容选择上是次要的，简单的；数量上是少量的，零散的：时间有时定在课内；通常自学部分不参加考核。这种自学肯定是不能再满足改革后的教学需要的，我们需要的是学生对大量系统的知识进行自学，譬如将Muxplus2开发系统的学习完全交由学生自己进行。学完以后是否已掌握，能不能应用，还要进行考核和检验。这要求学生有较强的学习主动性，教师有细致的自学指导和自学监督方案。因为如果改革后自学这部分失控，将导致整个课程教学的失败，就以开发系统为例，如果学生没有按质近量完成这部分自学，所有以此为基础的实验实训将无法从进行。所以如何调动学生的学习积极性，使自学成为一种习惯，将成为摆在教师面前的一个重要的课题。

四、结束语

总而言之，将现代EDA技术融入数字电路课程内容，应当从根本上做起。将全新的设计思路和方法渗透到教学到中去，跟上电子科技发展的步伐，密切结合当今的生产实际，及时调整课程的整体结构，进行全面深入的改革，才能带给数字电路课程以全新的面貌。
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