李德明 易藝 江國強

桂林電子科技大學信息科技學院電子工程系，廣西 桂林 541004

《EDA技術與應用》課程教學方法探索與實踐

李德明 易藝 江國強

桂林電子科技大學信息科技學院電子工程系，廣西 桂林 541004

對《EDA技術與應用》課程的教學模式的改革情況進行了介紹，課程體系加入EDA課程實訓內容，改變了學生成績考核的評定標準，舉辦EDA競賽培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。實踐證明課程改革效果良好，激發(fā)學生的學習熱情，提高了學生動手實踐能力，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新能力。

EDA技術；教學改革；創(chuàng)新；EDA競賽

引言

現(xiàn)代電子設計技術的核心是EDA（Electronic Design Automation）技術。EDA技術就是依靠功能強大的電子計算機，在EDA工具軟件平臺上，對以硬件描述語言H D L（Hardware Description Language）為系統(tǒng)邏輯描述手段完成的設計文件，自動地完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合、優(yōu)化、仿真，直至下載到可編程邏輯器件CPLD/FPGA或專用集成電路A S I C（A p p l i c a t i o n Specific Integrated Circuit）芯片中，實現(xiàn)既定的電子電路設計功能。EDA技術使得電子電路設計者的工作僅限于利用硬件描述語言和EDA軟件平臺來完成對系統(tǒng)硬件功能的實現(xiàn)，極大地提高了設計效率，減少設計周期，節(jié)省設計成本。

《E D A技術與應用》是通信工程、電子信息工程和計算機科學與技術等有關電子類專業(yè)的一門非常重要的專業(yè)基礎課程，對后續(xù)專業(yè)課程的綜合設計和工程設計實踐發(fā)揮著重要的作用。如今，EDA技術已經成為電子設計的重要工具，無論是設計芯片還是設計系統(tǒng)，如果沒有EDA工具的支持都將是難以完成的。EDA工具已經成為現(xiàn)代電路設計師的重要武器，正在起著越來越重要的作用。如果學生能很好地掌握這門技術進行電路的設計，對畢業(yè)以后就業(yè)會有很大的幫助。

《EDA技術與應用》課程教學目標是要培養(yǎng)學生進行數(shù)字電路系統(tǒng)設計的綜合能力，既需要學生掌握必要的數(shù)字邏輯電路的知識，又要有較強的邏輯思維能力。該課程實踐性很強，學生既要掌握軟件的設計能力，又要掌握硬件的調試能力，通過本課程的學習，要求學生能夠掌握EDA工具軟件的使用方法和硬件描述語言（H D L）的編程方法。EDA技術是電子技術領域的一門新技術，合理安排理論課程和實驗課程的教學，提高教學質量對學生掌握這門技術有著重要的關系。本文就筆者如何通過對這門課程的教學方法的探索與實踐來提高學生的應用設計能力進行論述。

1 改進教學模式

傳統(tǒng)的教學模式是理論教學和實驗教學是獨立開課的，學生先學習理論知識，然后到實驗室去做實驗。這種教學模式對于EDA課程的教學來說存在著一定的弊端，由于學生第一次接觸這門課程，大部分學生反映在上理論課的過程中存在有許多難以理解的內容，在做實驗的過程中難以將理論知識運用到實踐中去，為此，在上實驗課時，為了讓學生更好地明確實驗目的，理解實驗內容，實驗教師還要花較多的時間講解實驗內容，這樣就導致實驗時間不夠充分，學生無法完成實驗內容，更談不上讓學生自己動腦思考問題、解決問題，實驗效果達不到預期目標，長期使用這種教學模式會導致學生依賴性增加，不利于培養(yǎng)學生的實踐動手能力和創(chuàng)新能力。

針對以上存在的問題，我院在《EDA技術與應用》的課程教學模式上作了大膽的改革，在教學方法和教學內容上做了精心的設計和編排，為的是讓學生能更好更快地進入EDA技術的世界，培養(yǎng)學生的學習興趣，掌握EDA技術的設計步驟和設計方法。我們做了以下幾個方面的教學探索。

1.1 教學環(huán)境的改變

加大了實驗室建設資金的投入，改善實驗室的教學環(huán)境。目前總共建設了3個EDA實驗室，每個實驗室配備有《EDA技術與應用》課程教學實驗平臺和計算機，我院還與美國ALTERA公司建立EDA聯(lián)合實驗室，得到A L T E R A公司贈送的Quartus II正版開發(fā)軟件，并購買DEO實驗開發(fā)平臺。有了這些設備條件，EDA課程的教學硬件條件得到了很大的提高。

《EDA技術與應用》課程教學按自然班級排課，每班人數(shù)控制在40人以內，學生根據(jù)安排好的時間到EDA實驗室上課。教師利用實驗室的多媒體軟件和實驗開發(fā)平臺進行教學，學生邊學邊操作，這樣的教學方式和方法更具直觀性、趣味性，更容易提高學生的學習興趣。這樣就避免了改革前在大教室進行授課時教學內容抽象、枯燥，學生人數(shù)多不好管理等問題。

1.2 教學內容的改變

E D A技術具有很強的實踐性、應用性，且更新速度快，新器件層出不窮，為了在有限的課時里要讓學生掌握核心的技術，就要合理的安排課程內容，突出重點、難點。有些內容可以拋棄不講或者少講，讓有興趣的學生自己看書學習。比如FPGA/CPLD的內部結構可以少講，因為對于一般的設計應用者而言，無需對器件的內部結構進行深入的剖析，設計者只需知道芯片的內部邏輯資源，管腳數(shù)目，及芯片的運行速度等重要參數(shù)就能進行相應的設計。

對《EDA技術與應用》課程的教學內容作了如下改革，首先介紹EDA技術的概念，介紹EDA技術的先進性、實用性以及EDA的設計流程，讓學生對EDA技術有比較全面的了解，提高學習興趣；其二，介紹EDA工具軟件的使用方法，為數(shù)字電路系統(tǒng)的設計與實驗操作打下基礎；其三，介紹硬件描述語言（VHDL和Verilog HDL）設計實體（或模塊）的基本結構，熟悉HDL的語言要素，掌握運用HDL實現(xiàn)各種類型數(shù)字電路及系統(tǒng)的設計方法；最后介紹EDA技術在組合邏輯電路、時序邏輯電路和數(shù)字系統(tǒng)設計中的應用。

1.3 理論教學和實驗教學同步進行

以往的教學模式是理論教學和實驗教學獨立開課的，先由理論教師講授理論知識，再由實驗教師指導實驗，在以往的實驗教學中，發(fā)現(xiàn)大部分學生在做實驗的過程中理論上所講授的知識點忘記了，難以將理論知識運用到實踐中去，甚至有可能出現(xiàn)理論與實驗脫節(jié)的現(xiàn)象。該教學模式不利于學生及時理解消化理論課上所講授的內容。為了改變這種弊端，我們將理論教學大綱和實驗教學大綱進行修訂，安排理論教學和實驗教學同步進行，每次課安排4個學時，理論知識講授2個學時，剩下2個課時安排學生進行實驗，實驗內容與理論內容相關。這樣學生在學完理論知識后馬上進行實驗操作，可以讓學生加深對理論內容的理解以及提高運用理論知識進行相關的電路設計的能力。如果學生在實驗過程中碰到難以解決的問題，教師可以組織學生進行討論，或針對問題進行深入講解，讓學生對重點難點內容加深理解，提高學生的學習信心和興趣。

2 安排EDA課程實訓

圖1 EDA實訓儀的外圍模塊資源

針對《EDA技術與應用》課程實踐性強的特點，在完成課堂教學內容后，給學生安排2周的課外課程實訓，實訓的內容是完成一個小型的數(shù)字電路系統(tǒng)的設計，要求學生進行方案的設計和硬件描述語言程序的編寫，利用Quartus II軟件平臺進行程序的編輯、綜合、功能仿真和時序仿真，最后把設計好的程序下載到EDA實訓儀上進行硬件的驗證。根據(jù)課程實訓教學的需要，我院配置了400臺偉福EDA實訓儀，這是一款便攜式EDA實驗開發(fā)平臺，配有鍵盤、撥動開關、A/D、D/A，數(shù)碼管等實驗功能模塊，體積小巧，方便學生借用。在EDA實訓期間，可以把EDA實訓儀借給學生帶回宿舍去進行程序的調試，學生可以充分利用課外的時間進行電路系統(tǒng)的設計，有利于培養(yǎng)學生的自學能力。

如圖1所示為EDA實訓儀的外圍模塊資源，根據(jù)這些資源我們給學生提供了一些實訓的參考課題，學生可以選擇自己感興趣的課題進行電路系統(tǒng)的設計。部分參考課題如下：（1）多功能信號發(fā)生器的設計；（2）數(shù)字電壓表的設計；（3）交通燈控制電路的設計；（4）數(shù)字日歷電路的設計；（5）智能電子搶答器的設計；（6）出租車計費器的設計；（7）頻率計的設計。這些課題對于剛接觸EDA技術不久的學生來說是具有一定的難度，但是學生只要掌握了EDA技術的系統(tǒng)設計方法，在教師的指導下經過自己的獨立思考，還是可以完成實訓課題的。通過EDA實訓課程的學習鍛煉，進一步加強了學生綜合動手實踐能力和綜合設計能力的培養(yǎng)，為后續(xù)專業(yè)課程的學習打下了良好的基礎。

3 改革學生成績考核的評定方式

針對《EDA技術與應用》課程注重對理論知識的實際應用和實踐性強的特點，課程的考核采用上機考試的方式，學生期終總評成績由以下3個部分組成。

（1）平時成績：占20%，這可以反映學生的考勤情況及在在學習過程中的態(tài)度表現(xiàn)，促使學生遵守課堂紀律和養(yǎng)成良好的學習態(tài)度，增強自我管理能力。

（2）EDA上機考核成績：占40%，利用EDA實驗室將過去單一的閉卷理論考試改革為開卷上機考核，要求學生在規(guī)定時間內完成一個簡易的數(shù)字電路系統(tǒng)設計，教師現(xiàn)場打分，對有創(chuàng)新設計思路的學生進行加分，激發(fā)學生的創(chuàng)新潛能。

（3）EDA課程實訓驗收成績：占40%，反映學生的綜合設計實踐能力以及創(chuàng)新設計能力。驗收實訓時要提交實訓設計報告，對設計過程進行總結，論證方案設計的可行性，軟件調試過程及仿真結果以及完成實訓后的收獲感想等。

4 舉辦EDA競賽培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力

采用賽課結合的方式來培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。我院在ALTERA公司的贊助下，已經成功地舉辦了兩屆的Altera杯EDA創(chuàng)新設計競賽。競賽規(guī)定使用A L T E R A公司生產的CPLD/FPGA作為主控制器，不得使用單片機等其他控制器來進行電路的設計。每個隊伍由3個學生組成，參賽隊伍自主命題，自主制定參數(shù)指標，充分發(fā)揮CPLD/FPGA器件的優(yōu)勢，完成一個較大的電路系統(tǒng)的設計。學生的參賽熱情很高，每屆競賽全院都有幾十支隊伍參賽，學生利用課余時間查找資料、命題思考、方案論證、電路設計、編寫程序以及對電路進行調試，最終的作品需要制作電路板進行硬件調試，而不能在實驗開發(fā)平臺上運行，這鍛煉了學生的硬件調試能力。在這一系列的過程中，學生把所學的知識應用到實際項目中，提高了學生的項目開發(fā)能力，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新實踐能力和團結協(xié)作能力。經過評比，每屆競賽都發(fā)現(xiàn)有創(chuàng)新性很好的優(yōu)秀作品，其中有學生參加“ALTERA杯”第七屆中國研究生電子設計競賽，獲得中南賽區(qū)團體二等獎（第四名）以及個人優(yōu)勝獎的佳績，并參加全國決賽獲得團體三等獎。大多數(shù)學生感嘆通過競賽學到了很多課本上學不到的知識，并激發(fā)了他（她）們的學習后續(xù)專業(yè)課程的熱情和動力，增強了他（她）們的團隊合作意識，并表示以后要多參加這類競賽，為畢業(yè)后參加工作打下堅實的基礎。

5 結束語

從2006年起，我院的《EDA技術與應用》課程教學都采用了上述的教學模式進行教學。通過這幾年的教學實踐證明，該教學模式很受學生歡迎，充分調動了學生學習《EDA技術與應用》課程的積極性，提高了學生的動手實踐能力和創(chuàng)新應用能力，多名學生在參加國家級電子設計競賽和省級電子設計競賽都取得了好成績。

[1] 夏宇聞.Verilog HDL數(shù)字系統(tǒng)設計教程[M].北京航空航天大學出版.2003.7

[2] 周立功.單片機與CPLD綜合應用技術[M].北京航空航天大學出版.2003.7

[3] 周立功.EDA實驗與實踐[M]. 北京航空航天大學出版.2007.9

[4] 江國強.EDA技術與應用[M].電子工業(yè)出版社.2006.7

[5] 潘松，黃繼業(yè)，曾毓.SOPC技術實用教程[M].清華大學出版社.2005

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.02.073

李德明，(1983-),男,廣西桂林人，助教，主要研究方向精密測量與自動控制、電路系統(tǒng)的E D A技術。