摘要：實(shí)驗(yàn)課、課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)階段既相互聯(lián)系又相互區(qū)別的三大實(shí)踐性教育環(huán)節(jié)，課程設(shè)計(jì)是其中承上啟下的關(guān)鍵教學(xué)環(huán)節(jié)。針對(duì)目前工程實(shí)際需求，本文將CPLD應(yīng)用于本科學(xué)生的電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)中，在指導(dǎo)學(xué)生掌握MAX+PLUS II基本設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，要求學(xué)生查閱資料并運(yùn)用電子技術(shù)基本理論完成了簡易電子琴設(shè)計(jì)和仿真。通過實(shí)踐表明將CPLD應(yīng)用于課程設(shè)計(jì)，有助于培養(yǎng)學(xué)生將理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合的能力，提高獨(dú)特思考問題、解決問題的素質(zhì)，為畢業(yè)設(shè)計(jì)和今后的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜可編程邏輯器件（CPLD）；電子技術(shù)；課程設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2012）07-0200-02

一、引言

數(shù)字電路已廣泛的應(yīng)用于工業(yè)和生活中，數(shù)字電路的設(shè)計(jì)方法也發(fā)生了改變。因此對(duì)數(shù)字電路課程的基本要求、教學(xué)的組織方式等有必要進(jìn)行研究與探討?；趶?fù)雜可編程邏輯器件（CPLD）的設(shè)計(jì)已經(jīng)成為現(xiàn)代數(shù)字電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主流。復(fù)雜可編程邏輯器件數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一種以計(jì)算機(jī)為工作平臺(tái)，在EDA軟件開發(fā)環(huán)境下，用硬件描述語言和數(shù)字電路圖形對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行編程設(shè)計(jì)、仿真分析并下載到可編程邏輯器件中的高效電子設(shè)計(jì)方法。該方法實(shí)現(xiàn)的數(shù)字系統(tǒng)具有高集成度、高速度、高可靠性、設(shè)計(jì)周期短、成本低、容易升級(jí)和移植等顯著優(yōu)點(diǎn)，從而在工程中得到廣泛應(yīng)用。對(duì)電氣信息類本科生，有的學(xué)校開設(shè)了有關(guān)CPLD設(shè)計(jì)方法的選修課程，有些學(xué)校還沒有在本科階段開設(shè)相關(guān)課程，對(duì)于沒有開設(shè)這門課程的學(xué)生，如果在數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)中給學(xué)生簡單介紹相關(guān)EDA軟件的使用方法，并指導(dǎo)學(xué)生查閱資料完成基于CPLD的課程設(shè)計(jì)任務(wù)，將是對(duì)培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的有力探索。因此本文通過將CPLD應(yīng)用于學(xué)生的電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)，在指導(dǎo)學(xué)生掌握MAX+PLUS II基本設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，要求學(xué)生查閱資料并應(yīng)用數(shù)字電子技術(shù)基本理論完成了簡易電子琴設(shè)計(jì)和仿真。

二、CPLD在本科課程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)中，選擇難度適中的設(shè)計(jì)任務(wù)——簡易電子琴的設(shè)計(jì)，要求學(xué)生在對(duì)音階發(fā)生的原理、音調(diào)及節(jié)拍控制方法等研究的基礎(chǔ)上，完成了基于CPLD的簡易電子琴設(shè)計(jì)，達(dá)到本科畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的。課程設(shè)計(jì)開始時(shí)，由于學(xué)生不了解CPLD的設(shè)計(jì)方法，先給學(xué)生講解MAX+PLUS II的安裝及使用方法，然后如何應(yīng)用MAX+PLUS II來進(jìn)行簡單的數(shù)字電路設(shè)計(jì)、仿真分析?；贑PLD數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)是編寫一系列描述系統(tǒng)行為或結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)文件。設(shè)計(jì)文件常用兩種格式：圖形（xxx.gdf）和文本（xxx.vhd）格式。特殊單元功能模塊一般用文本描述（VHDL語言）。單元模塊設(shè)計(jì)并調(diào)試后可打包生成圖形模塊供系統(tǒng)設(shè)計(jì)調(diào)用。而系統(tǒng)總體電路設(shè)計(jì)采用圖形描述，向下調(diào)用生成特殊圖形模塊或設(shè)計(jì)庫中圖形模塊，這樣電路結(jié)構(gòu)清晰直觀，利于仿真調(diào)試。在整個(gè)課程設(shè)計(jì)的過程中要求學(xué)生以自學(xué)為主，通過查閱資料熟練掌握CPLD的設(shè)計(jì)方法并完成課程設(shè)計(jì)任務(wù)。設(shè)計(jì)原理圖如圖1所顯示，即通過鍵盤的彈奏，將輸入鍵盤信號(hào)轉(zhuǎn)換成含有音符信號(hào)的代碼以及產(chǎn)生分頻預(yù)置數(shù)，采用數(shù)控分頻的方法輸出不同音符的頻率，最后通過揚(yáng)聲器發(fā)出聲音，同時(shí)用LED顯示正在演奏的音符。原理圖中的各功能模塊均采用文本輸入方式，CLK-GEN，KEYSCN，KEYDECODER-DEB三個(gè)功能模塊采用VHDL語言設(shè)計(jì)，分別對(duì)這三個(gè)功能模塊編輯、仿真后生成特殊的功能模塊，三個(gè)功能模塊一起實(shí)現(xiàn)按鍵掃描電路功能，體現(xiàn)CPLD中自底向上的設(shè)計(jì)思想。TONE_ROM為音符查表以及對(duì)應(yīng)簡譜頻率產(chǎn)生電路，完成音符查表和簡譜碼產(chǎn)生，SPEAKER為揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)電路，DISPLAY顯示控制及驅(qū)動(dòng)電路，這三個(gè)模塊也采用文本輸入方式進(jìn)行設(shè)計(jì)、編輯并進(jìn)行仿真。而在整體電路設(shè)計(jì)中采用圖形描述，向下調(diào)用生成的功能模塊，體現(xiàn)了自頂向下的設(shè)計(jì)思想。

三、經(jīng)驗(yàn)與體會(huì)

通過一個(gè)具體的設(shè)計(jì)課題，指導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中掌握了CPLD的設(shè)計(jì)方法以及進(jìn)行課題研究的一般方法，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極主動(dòng)性，加深了學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)方法的理解。有以下幾點(diǎn)體會(huì)：（1）通過結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)任務(wù)的學(xué)習(xí)方式有利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和掌握，比如自底向上和自頂向下的設(shè)計(jì)方法，如果采用課堂授課方式，學(xué)生一般很難理解，即使理解了也不會(huì)有太深的印象，而通過這樣一個(gè)簡單的例子，指導(dǎo)學(xué)生在設(shè)計(jì)的過程中分別應(yīng)用這兩種設(shè)計(jì)方法來完成任務(wù)，學(xué)生接受起來不僅自然而且有體會(huì)，這是課堂教學(xué)無法收到的效果。（2）通過查閱手冊(cè)和參考書籍、文獻(xiàn)等資料，培養(yǎng)了學(xué)生自學(xué)能力獨(dú)立分析和解決實(shí)際問題的能力。（3）在指導(dǎo)學(xué)生撰寫規(guī)范設(shè)計(jì)報(bào)告過程中，培養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。（4）整個(gè)設(shè)計(jì)課題雖然簡單，但設(shè)計(jì)過程涉及到了工程課題研究的各個(gè)方面，通過完成設(shè)計(jì)任務(wù)為今后畢業(yè)設(shè)計(jì)和從事產(chǎn)品的開發(fā)研制奠定了基礎(chǔ)。

CPLD是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，已經(jīng)應(yīng)用到各種電類產(chǎn)品中，電氣信息類學(xué)生應(yīng)通過不同的渠道掌握這門技術(shù)。而高校要培養(yǎng)出高素質(zhì)的工程應(yīng)用型人才，應(yīng)在學(xué)生課程設(shè)計(jì)、工程實(shí)踐等方面進(jìn)行改革與嘗試。采用靈活多變的教學(xué)方式，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、激發(fā)學(xué)生的求知欲，從而達(dá)到啟迪思維、拓展視野的目的，培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力、獨(dú)立解決問題的能力、嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，為社會(huì)培養(yǎng)出具有工程創(chuàng)新能力的卓越工程師。

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作者簡介：石巖（1971-），男，博士，講師，主要從事高電壓絕緣技術(shù)、電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化及應(yīng)用等的教學(xué)和科研工作。