EDA技術(shù)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(shù)的教學與實踐論文

　　摘要：EDA技術(shù)是電子類專業(yè)的一門重要課程，應(yīng)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(shù)的教學與實踐論文

　　關(guān)鍵詞：EDA技術(shù) 教學途徑

　　EDA技術(shù)的學習應(yīng)貫穿在電子類高職專業(yè)的整個學習過程中，貫穿于電子仿真實驗、課程設(shè)計、競賽、畢業(yè)設(shè)計等各個環(huán)節(jié)，筆者分別應(yīng)用EDA技術(shù)在初級、中級、高級三個層次中的應(yīng)用作些探析。

　　一、EDA技術(shù)的教學內(nèi)容

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　　初級教學內(nèi)容主要包括用EWB、PSpice、Protel等軟件進行電路設(shè)計、PCB板設(shè)計、電路仿真。一句話，初級教學內(nèi)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(shù)有限公司于1988年開發(fā)的電子電路計算機仿真軟件，它被稱為電子設(shè)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(shù)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(jié)果，而且它在桌面上提供了萬用表、示波器、信號發(fā)生器、掃頻儀、邏輯分析儀、數(shù)字信號發(fā)生器、邏輯轉(zhuǎn)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(shù)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(nèi)，學生稍加學習就可以熟練地使用該軟件，對于電子設(shè)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(jié)果，而且若想更換元器件或改變元器件參數(shù)也十分方便。EWB可以作為電子類專業(yè)輔助教學軟件使用，它是一個優(yōu)秀的電子技術(shù)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(fā)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(yōu)化設(shè)計，還可用于電子線路、電路和信號與系統(tǒng)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(yè)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(shè)計者的首選軟件。目前Protel高端版本是完全一體化電子產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)，是一款完整的板級設(shè)計軟件，它是將設(shè)計流程、集成化PCB設(shè)計、可編程器件（如FPGA）設(shè)計和基于處理器設(shè)計的嵌入式軟件開發(fā)功能整合在一起的產(chǎn)品，一種同時進行PCB和FPGA設(shè)計以及嵌入式設(shè)計的解決方案，具有將設(shè)計方案從概念轉(zhuǎn)變?yōu)樽罱K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(shè)計、PCB設(shè)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(shè)計。

　　教學中，應(yīng)處理好初級教學內(nèi)容中的三款軟件關(guān)系，找準各自側(cè)重點。EWB側(cè)重點為電子技術(shù)訓練工具，虛擬電子實訓室；Pspice側(cè)重點為電路仿真；Protel側(cè)重點為原理圖設(shè)計、PCB設(shè)計。

　　(二）中級教學內(nèi)容

　　中級的教學內(nèi)容是利用VHDL完成對CPLD/FPGA的開發(fā)。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(shè)計的高級語言。因此它主要應(yīng)用在數(shù)字電路的設(shè)計中。在中國，目前主要用在FPGA/CPLD/EPLD的設(shè)計中。

　　VHDL主要用于描述數(shù)字系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)特點是將一項工程設(shè)計，或稱設(shè)計實體（可以是一個元件，一個電路模塊或一個系統(tǒng)）分成外部（或稱可視部分,及端口)和內(nèi)部（或稱不可視部分），涉及實體的內(nèi)部功能和算法完成部分。在對一個設(shè)計實體定義了外部界面后，一旦其內(nèi)部開發(fā)完成后，其他的設(shè)計就可以直接調(diào)用這個實體。這種將設(shè)計實體分成內(nèi)外部分的概念是VHDL系統(tǒng)設(shè)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(jù)各自需要而自行構(gòu)造邏輯功能的數(shù)字集成電路。其基本設(shè)計方法是借助集成開發(fā)軟件平臺，用原理圖、硬件描述語言等方法，生成相應(yīng)的目標文件，通過下載電纜（“在系統(tǒng)”編程）將代碼傳送到目標芯片中，實現(xiàn)設(shè)計的數(shù)字系統(tǒng)。CPLD具有編程靈活、集成度高、設(shè)計開發(fā)周期短、適用范圍寬、開發(fā)工具先進、設(shè)計制造成本低、對設(shè)計者的硬件經(jīng)驗要求低、標準產(chǎn)品無需測試、保密性強、價格大眾化等特點，可實現(xiàn)較大規(guī)模的電路設(shè)計，因此被廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品的原型設(shè)計和產(chǎn)品生產(chǎn)之中。

　　FPGA（Field－Programmable Gate Array），即現(xiàn)場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路（ASIC）領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)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(shù)有限的缺點。

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

　　(三)高級教學內(nèi)容

　　高級教學內(nèi)容主要是專用集成電路（ASIC）的設(shè)計。ASIC（Application Specific IntegratedCircuit）是一種為專門目的而設(shè)計的集成電路，即專用集成電路。是指應(yīng)特定用戶要求和特定電子系統(tǒng)的需要而設(shè)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(chǎn)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(yōu)點。

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

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

　　如果設(shè)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(shè)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(shù)據(jù)通路(如ALU、存儲器、總線等)、存儲器甚至系統(tǒng)級模塊(如乘法器、微控制器等)和IP核，這些邏輯單元已經(jīng)布局完畢，而且設(shè)計得較為可靠，設(shè)計者可以較方便地完成系統(tǒng)設(shè)計。

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

　　二、實踐教學中的應(yīng)用

　　EDA技術(shù)在教學中的應(yīng)用至少體現(xiàn)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(chǔ)》、《電工基礎(chǔ)》、《電子技術(shù)》、《電子電路》、《數(shù)字電路》等課程的模擬仿真實訓。

　�。ǘ╇娮蛹夹g(shù)課程設(shè)計

　　電子技術(shù)課程設(shè)計可以用Protel設(shè)計電路，用Pspice進行仿真。

　�。ㄈ┊厴I(yè)設(shè)計從事簡單電子系統(tǒng)的設(shè)計電子類專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計很多涉及電子系統(tǒng)的設(shè)計，Protel、Pspice、EWB、QuartusⅡ等軟件、VHDL等硬件描述語言、ASIC設(shè)計方法都可派上用場。

　�。ㄋ模┐髮W生電子設(shè)計競賽活動

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

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