数字电子技术多媒体课件中EDA模式的构建与思考

　　摘要: 在专业基础课《数字电子技术基础》中,针对课程特点,通过在多媒体课件中引入EDA技术,提高教学效果。

　　关键词: 多媒体 数字电子技术 教学效果

　　Abstract: in the specialized fundamental course "digital electronic technology base", in view of the characteristic of the course in multimedia courseware by introducing EDA technology, improve the teaching effect.

　　Key words: multimedia digital electronic technology teaching effect

　　中图分类号： TP37 文献标识码：A 文章编号：

　　前 言

　　《数字电子技术基础》是高等院校电子信息类专业的一门很重要的专业基础课, 具有理论性与工程实践性强的特点。它的任务是为培养应用型的电子技术人才提供必要的基础理论和实验技能。随着大规模集成电路、可编程逻辑器件的迅速发展, 传统的实验教学模式已不能满足21世纪对人才培养的需要, 教学内容、教学方法的改革势在必行。

　　电子设计自动化技术 ( Electronic Design Automation , EDA )是随着集成电路和计算机技术的飞速发展应运而生的一种高级、快速、有效的电子设计自动化工具。考察国内现有的数字电子技术多媒体课件，发现很多数字电子技术多媒体课件还没有应用EDA软件，并没有统一的标准和规范，所以在数字电子技术多媒体课件中引用EDA软件进行仿真教学模式的构建，必将提高学生的学习兴趣和教学效果。

　　1.EDA概述

　　EDA技术是以计算机科学和微电子技术的发展为先导, 汇集了计算机图形学、 微电子工艺与结构学和计算数学等多种计算机应用学科的最新成果的先进技术, 它是在先进的计算机平台上开发出来的一整套电子系统设计的软件工具。EDA 技术是从 CAD、CAM、CAE 的基础上发展起来的, 以计算机为工具,通过 EDA软件平台首先设计出原理图, 再用 HDL (硬件描述语言 )进行描述, 软件自动完成逻辑编译、 逻辑化简、 逻辑综合和优化、 布局布线、 逻辑仿真, 直至对特定目标芯片的适配编译、 逻辑映射和编程下载工作。

　　1.1 EDA技术设计流程

　　1.1.1设计输入

　　通常，使用EDA工具的设计输入可分为两种类型：图形输入法和HDL文本输入法。文本输入法克服了图形法所有弊端。当然，在一定的条件下，情况会有所改变，目前有些EDA输入工具可以把图形的直观性与HDL文本输入法的优势结合起来，为EDA技术的应用和发展打开了一个广阔的天地。

　　1.1.2综合

　　综合就是能够自动将一种设计表示形式向另一种设计表示形式转换的计算机程序，或协助进行手工转换的程序。它可以将高层次的表示转化为低层次的表示，可以从行为域转化为结构域，可以将高一级抽象的电路表示转化为低一级的表示，并可以用某种特定的技术实现。事实上，设计过程中的每一步都可以成为一个综合环节。设计过程通常从高层次的行为描述开始，以最底层的结构描述结束。

　　1.1.3适配(布线布局)

　　适配器也称结构综合器，他的功能是将由综合器产生的网表文件配置于指定的目标器件之中，使之产生最终的下载文件，如 JEDEC或Jam格式的文件。逻辑综合后必须利用适配器将综合后的网表文件针对某一具体的目标器件进行逻辑映射操作，其中包括底层器件配置、逻辑分割、逻辑优化、逻辑布局布线操作。

　　1.1.4仿真

　　在编程下载前必须利用 EDA 工具对适配生成的结果进行模拟测试, 就是所谓的仿真。仿真是在EDA设计过程中的重要步骤。图 1所示的时序与功能门级仿真通常由 PLD公司的 EDA开发工具直接提供, 它可以完成 2种不同级别的仿真测试:

　　(1) 时序仿真。就是接近真实器件运行特性的仿真,仿真文件中已包含了器件硬件特性参数，因而，仿真精度要高。但时序仿真的仿真文件必须来自针对具体器件的综合器与适配器。综合后所得的EDIF等网表文件通常作为FPGA适配器的输入文件，产生的仿真网表文件中包含了精确的硬件延时信息。

　　(2) 功能仿真。仅对设计描述的逻辑功能进行模拟测试, 以了解其实现的功能是否满足原设计的要求, 仿真过程不涉及具体器件的硬件特性, 如延迟特性。不经历综合与适配阶段，在设计项目编辑编译后即可进行模拟测试。

　　因此，通常的做法是，首先进行功能仿真，待确认设计文件所表达的功能满足设计者设计原有意图时，即逻辑功能满足要求后，再进行综合、适配和时序仿真。

　　1.2 QuartusII特点

　　(1) QuartusII软件的元器件库提供了数千种电子元器件, 包括: 基本元件库、宏功能元件库工作库、参数可设置兆功能库等。丰富的元器件为学生了解各类数字电路元器件打下了坚实的基础也可了解各类元器件的参数和性能。

　　(2) QuartusII软件可提供电路仿真和测试功能, 还可进行时序分析。能使仿真分析易于理解仿真结果一目了然。

　　(3) QuartusII软件可设计、测试和演示时序逻辑电路等各种电路, 还可对被仿真电路设置各种故障, 从而可以在教学中模拟各种故障, 提高学生对实际电路分析和排故的能力。

　　2.数字电子技术多媒体课件中引入EDA 的目的

　　2.1增强学生对“数字电子技术”理论的理解和对硬件电路的认识

　　EDA技术使抽象的理论形象化、复杂的电路实际化，通过软件进行仿真的过程是对硬件电路功能的复习和巩固的过程，使学生对课堂教学的内容有了更为深刻和灵活的理解，也进一步拓宽了眼界和思路。

　　2.2改善教学效果，提高教学水平

　　课堂教学是课程学习中很重要的一步，数字电子技术课程本身牵涉的电路、芯片较多，课堂教学时对其进行分析的过程很抽象。EDA技术的加入可以随时以图形、波形等直观形式来显示各种现象和过程，而且可以轻而易举地修改电路参数，得到各种仿真波形，从而让学生对电路及芯片的结构及功能有了更深刻的理解，形象地消化和吸收所学内容。同时，通过EDA技术的引入， 教师对教学的重点及难点也理解得更到位，从而精简了教学的内容，减轻了部分工作量;

　　2.3弥补资源不足，节省开支

　　与数字电子技术配套的实验教学以及数字电子技术密切相关的课程设计等环节用到的仪器很多，目前，很多项目由于经费的问题迟迟不能开设。限制了教学活动的展开。利用EDA技术开设仿真实验，可以节省多种仪器，节省了开支，同时在进行常规实验的基础上充分发挥EDA 技术的直观精确性，可取到事半功倍的效果。

　　3、综述

　　数字电子技术课程虽然被划分为专业基础课,但却包含多门学科的内容,涉及到计算机通讯、计算机控制、电子器件和电子电路设计等,使得数字电子技术的教学有了丰富的内容和大量的信息。

　　但是, 在现代飞速发展的科学技术所有领域中,几乎都离不开计算机辅助设计和仿真。作为包含多种科学技术基础的电子技术学科,必然与EDA 技术最新的发展动态密切相关。在重基础宽专业的高等学校工科课程中,数字电子技术的课程内容应该将电子技术的最新发展动态和应用手段体现出来, 充分利用计算机手段和EDA 技术,学习最新的应用工具并用之进行教学实践, 这对后续专业技术的掌握具有着积极的作用。

　　参考文献：

　　[1]潘 松. 黄继业. EDA 技术实用教程[ M] . 北京: 科学出版社, 2006.

　　[2]陈文楷. 电子技术基础类新教材的启示[ J] . 电子电气教学学报. 2003, ( 4) : 5963

　　[3]康华光.电子技术基础数字部分(第五版) [M].北京:高等教育出版.2006

　　[4]郑步生.Multisim2001 电路设计及仿真入门与应用[M].北京: 电子工业出版社,2002