探讨“数字逻辑”课程引入EDA技术的必要性

“数字逻辑”是网络工程专业学生的一门重要的专业基础课程，课程内容包括组合逻辑电路和时序逻辑电路两大部分。它以高速发展的数字集成电路为纽带，旨在使学生了解和掌握从对数字系统提出要求开始，一直到用集成电路实现所需逻辑功能为止的整个过程所需的完整知识，要求学生能够系统地掌握逻辑电路的分析、设计与应用，并建立起系统的概念，为后续课程计算机组成原理、计算机接口与通信和其它数字系统的硬件分析和设计奠定一个良好的基础。

随着大规模集成电路技术的飞速发展，新器件、新组件、新概念及新的分析方法不断涌现，“数字逻辑”课程的教学面临着新的挑战。本文将EDA技术即电子设计自动化技术引人“数字逻辑”课程的教学中，探讨EDA技术在该门课程中的应用问题。

一、EDA技术概述

EDA（Electronic Design Automation电子系统设计自动化）技术是20世纪90年代初由计算机辅助设计（CAD），计算机辅助工程（CAE）的概念发展而来的，它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设计的主要表达方式，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。可以实现逻辑编泽、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化，逻辑布局布线、逻辑仿真。完成对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射、编程下载等工作，最终形成集成电子系统或专用集成芯片。EDA技术的应用可以大大减轻电子系统设计的工作量和难度，降低成本，同时可编程逻辑器件的使用能够大大减少系统芯片的数量，缩小系统体积，提高系统的可靠性，EDA技术已经成为电子系统设计的先进手段。

二、“数字逻辑”课程引入EDA技术的必要性

1.“数字逻辑”课程引入EDA技术是课程本身发展的需要

“数字逻辑”课程设置的主要目的是使学生掌握数字系统分析与设计的基本知识与理论，熟悉各种不同规模的逻辑器件，掌握各类逻辑电路分析与设计的基本方法，为数字计算机和其它数字系统的硬件分析与设计奠定坚实的基础。多年来，我们仍旧沿用传统课程模式，“数字逻辑”课程教学内容上仍比较注重教学内容的理论性和系统性，尽管近几年来注意强调数字集成电路及其在数字系统逻辑设计中的应用，但仍习惯使用电路图来描述系统的连接关系，停留在传统的设计方法上，不适合复杂的、规模大的数字系统的实现。

随着可编程逻辑器件和EDA技术的出现，使数字系统功能实现及系统的设计方法发生了革命性的变化，因此改革和整合传统的教学内容，将EDA技术引人到“数字逻辑”课程的教学中是十分必要的。

2.“数字逻辑”课程中引入EDA技术是培养学生自主创新能力的需要

加快提高自主创新能力，是我国“十一五”时期的重要任务，也是长期的任务，为此必须加快建设技术创新体系，培养学生的创新能力是其中重要的一环。

目前随着可编程逻辑器件性价比的不断提高和开发软件功能的不断完善，在涉及通信、国防、航天、医学、工业自动化、仪器仪表和计算机应用等领域的电子系统设计工作中，EDA技术的含量正急剧上升，各行业对自己的专用集成电路的开发研制需求日益迫切，基于这一技术，可以依靠自己的力量来研制开发具有自主知识产权的产品，而工科学生则是未来科技创新的主体，因此非常有必要把EDA技术引入到“数字逻辑”课程中，培养学生适应现代数字系统设计的能力，开阔学生的视野，培养学生的创新意识和创新能力，为其今后就业或创业奠定一个良好的基础。

三、EDA技术应用到“数字逻辑”课程的方法

把EDA技术应用到“数字逻辑”课程的教学中，使EDA技术和“数字逻辑”课程有机地结合在一起，需要研究、探索一些有效的方法。

1.精心安排组织教学

EDA技术是一项应用技术，要遵循理论讲授为辅上机实践为主的原则，教学内容应围绕可编程器件原理、硬件设计描述语言、EDA设计工具软件、数字系统设计方法这条主线进行，系统介绍EDA技术。具体做法有：

第一，增加10～15学时用于EDA教学和上机实践，通过介绍可编程器件的结构、原理及VHDL语言的语法规则，结合实例使学生逐步熟悉一种EDA工具（例如Max PlusⅡ软件），使学生对电子系统的设计流程、方法有比较全面的了解。

第二，在传统实验的基础_匕增加4个学时的基于EDA技术的实验，安排一些验证型和简单设计型的实验，使学生在较短时间内掌握EDA技术的原理和方法，进一步熟悉基于EDA技术设计数字系统的全过程，具备初步设计和开发数字系统的能力。

第三，安排课程设计环节，在这一环节中布置设计性、综合性的题目，要求学生从分析题目要求提出方案开始，通过讨论确定方案，基于Max十plusⅡ软件可采用原理图设计输人、文本编辑输人、波形输人方式及混合输人等方式完成所有的编辑、编译、逻辑分析、器件装配以及功能时序仿真等工作。通过这一环节学生具备了较完备的设计和开发数字系统的能力，为其今后继续学习和从事相关工作奠定了基础。

2.积极尝试使用EDA进行课堂教学

对学生而言，学习“数字逻辑”课程的困难集中在：一是部分内容比较抽象，难以理解;二是对于数字电路中一些复杂的变化过程无所适从;三是电路设计问题。因此在“数字逻辑”的课堂教学中可以尝试应用EDA进行教学来解决这些难题。借助EDA软件强大的模拟仿真、时序仿真功能，可以将课程中难以理解的现象和复杂的变化过程以图形、表格及曲线的形式显示出来，使学生直观地看到电路每一步的变化过程，对数字电路的本质有深刻的理解。借助EDA软件强大的故障排除功能还可以很方便地进行电路的修改，解决了“数字逻辑”课程中的这一难点问题。这些方法在提高教学效率，扩展课程内容，提高课堂教学效果，激发和调动学生学习的主动性和创造性等方面起着积极的作用。

3.加强EDA实验室建设

加强EDA实验室的建设，改善实验环境应当从硬件与软件两方面着手。软件方面，目前有很多EDA软件，它们在仿真性能和价格上有一定的差别，大致可分为电路仿真软件、电路板级设计软件、可编程逻辑器件开发软件和芯片级设计软件等几类，它们分别在数字系统的各个设计阶段发挥作用。学生版主要配备的软件工具有：电路与系统模拟分析型工具例如Pspie;数字电路模拟工具例如EWB（Electronic Workbench），它是一套基于PC平台的电子电路计算机辅助分析软件，其集成环境包含了原理设计、系统模拟和数/模混合模拟和虚拟仪器等，组成了计算机上的电子模拟工作平台，模拟结果可显示在虚拟测量仪器上，可以边修改电路设计，边模拟，操作简单方便。数字可编程芯片设计工具采用美国Altera公司的Max plusⅡ，通用设计型EDA工具采用Protel99，它具有电路图输人、PCB自动布局和无网格布线、混合电路仿真和列。设计等功能。硬件方面，构建了EDA实验机房，购买了实验仿真箱，学生在计算机上完成软件的编译仿真后便可以将程序下载到硬件系统中，完成数字系统的设计。

四、结语

按照上述方法，我们已在我院网络工程专业（网络与信息化方向）的数字逻辑课程中进行了实践。教学实践表明，学生在听课和上机训练后借助Max plusⅡ软件有能力进行数字系统的设计仿真。EDA技术在“数字逻辑”课程中的应用，有效推动了“数字逻辑”课程的改革，使“数字逻辑”课程内容得到了更新，并为学生提供了一个现代技术应用的平台，使学生能熟练使用EDA软件，为其今后的发展提供了良好的保证。
       责任编辑：tzh