EDA技术在数字电路教学中的应用

李 姮，张 涛

(1.贺州学院 物理与电子信息工程系，广西 贺州 542899;2.广西师范大学 物理与电子工程学院，广西 桂林 541004)

EDA技术在数字电路教学中的应用

李 姮1，张 涛2

(1.贺州学院 物理与电子信息工程系，广西 贺州 542899;2.广西师范大学 物理与电子工程学院，广西 桂林 541004)

针对目前数字电路教学中芯片的类型和应用越来越多，提出一种采用EDA技术的数字电路课程教学改革，通过在课堂上利用EDA技术对芯片的功能和连接的电路进行仿真和分析，丰富数电教学内容，改善教学手段，增强学生对芯片知识的理解，促进学生分析能力、电路设计能力等综合应用能力的提高。

数电技术;教学改革;EDA;Quartus II

数字电路是理工科电类专业、计算机专业的专业基础课，也是一门实践性很强的课程。在数字电路的教学中，传统的教学方法往往让学生觉得抽象，不能够很好地理解集成芯片的功能、应用等。在传统教学中融入 EDA技术，利用 EDA的设计软件QuartusⅡ对电路进行设计、仿真等，既能加强学生对理论知识的理解，提高学生的学习兴趣，又可以较好的体现数字电路课程的实践性特点。

1 QuartusⅡ

EDA技术就是以计算机为工具，在Max+plusⅡ、QuartusⅡ等软件平台上，用VHDL或者Verilog HDL这些硬件描述语言完成程序设计，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、综合、优化、布局、布线和仿真等工作的电子设计自动化技术［1］83－84。EDA常用的软件有 Multisim、Max+plusⅡ、QuartusⅡ等。由于 Altera公司第四代开发软件QuartusⅡ编译时间短，相比其他的EDA软件具有相当好的效能优势，功能强大，使用便捷等［2］1，因此在数电的教学中采用QuartusⅡ9.0软件对电路进行设计、仿真，并以Verilog HDL硬件描述语言进行程序的设计。使用Quartus II软件进行基本工程的设计步骤:建工程—工程设计—编译—仿真验证—编程下载。建工程要注意工程顶层实体名与设计的模块名要保持一致。工程设计可采用原理图形式或是硬件描述语言形式，原理图形式可以较灵活实现简单或复杂数字电路的设计，而且使用Verilog HDL硬件描述语音进行编程，程序逻辑性强且具有简单易学易读的特点;硬件描述语言形式较适合进行简单数字电路的设计，如要进行复杂电路设计，可以调用宏模块，使用以上两种方法的混合编辑法来进行设计［2］69。

2 QuartusⅡ9.0在数电中的应用

在软件QuartusⅡ9.0平台下，可以进行数电课程中课堂电路设计、实验仿真、课程设计等教学环节，可以改善数电教学的教学手段，丰富课程教学的内容。下文以设计n进制的计数器为例，进行利用QuartusⅡ9.0平台辅助教学与传统教学的比较。

教例一:利用74LS160芯片设计异步置零法的9进制计数器

传统的教学方法就是画出74LS160芯片引脚图及相应的连接图，然后直接告诉学生9进制计数器的工作过程，分析如何实现异步置零。在这种教学形式下，学生被动地接受知识，难以真正理解计数器芯片的工作过程，对异步置零等概念的理解也较模糊。

利用QuartusⅡ9.0平台辅助教学的具体设计步骤为:在.bdf的工作窗口中构建计数器原理图，从原理图编辑器元件库中调入74LS160芯片和非门，给160芯片的输入输出引脚命名，并使用连线工具将74LS160芯片和非门进行正确的连接就可绘制一张完整的9进制计数器原理图，如图1所示。

计数器功能的验证，可采用仿真［2］45－46。在 File 菜单中选择“New”命令后点击Verification/Debugging Files，选择其中的Vector Waveform File。双击Name的空白，点击Node Finder选择输入输出引脚，并设置输入引脚的逻辑电平，即设置输入信号波形。然后在Assignments菜单中点击setting，进行仿真对象及类型设置。再在Processing菜单中点击Generate Functional Simulation Netlist，成功生成网表后，点击同菜单下的start simulation得到计数器输出信号仿真波形。仔细观察仿真结果，如图2所示，能很直观的分析时钟输入端CLK以及计数输出信号端QD，QC，QB，QA的仿真波形，可验证所设计的9进制计数器的电路功能与设计目标相符，学生也能够从仿真和分析中直接了解计数器的电路功能，异步置零的概念。

教例二:利用74LS161和74LS151芯片设计序列脉冲发生器

传统的教学方法，画出由74LS160和74LS151芯片构成的序列脉冲发生器原理图，然后对序列脉冲发生器的工作原理进行理论的分析，序列脉冲是如何循环与产生，学生难以清楚的理解。

使用QuartusⅡ9.0平台辅助教学，将74LS161和74LS151芯片和非门进行正确的连接即可得到相应序列脉冲发生器原理图，如图3所示。令D0=1，D1=1，D2=1，D3=0，D4=1，D5=0，D6=0，D7=0，便可在74LS 151芯片的Y端得到不断循环的序列信号11101000。改变151芯片D0－D7八个输入信号，就能得到不同的序列脉冲。

在此原理图的基础上进行编译，仿真，就能得到如图4所示仿真图。在教学时，利用这个仿真的时序图，并结合图3，学生就能在感性认识的基础上，深入浅出地理解序列脉冲发生器的工作原理及计数器和数据选择器芯片功能，也能加深学生对芯片功能的印象。

3结 论

在数字电路教学中引入EDA技术，将传统教学中较难实现的电路硬件设计，转换为软件设计，简化了设计工作［3］95－96，并且将设计、编程、作图与仿真相结合，可丰富数字电路的教学内容，改善教学手段，增强学生对数字电路知识如集成芯片各引脚功能的理解，提高学生的电路逻辑分析能力、电路设计能力，提高学生的学习数电的兴趣。

［1］陈立静.EDA技术在数字电路教学中的应用［J］.中国电力教育，2009(3).

［2］周润景，苏良碧.基于Quartus II的数字系统Verilog HDL设计实例详解［M］.北京:电子工业出版社，2010.

［3］徐运武.EDA技术在现代数字电子技术中的应用［J］.自动化技术与应用，2010(12).

The Application of EDA in The Digital Circuit Teaching

LI Heng1，ZHANGTao2
(1.Department of Physics and Electronics Hezhou University，Hezhou Guangxi 542899;
2.College of Physics and Electronics Guangxi Normal University，Guilin Guangxi 541004)

Recently more types of clip are used in Digital Circuit Teaching，so the author proposes that EDA Technology teaching reform of Digital Circuit should be adopted.With EDA Technology，simulate and analyze the functions of chips and chip circuit in classroom teaching，which enriches teaching contents，improves teaching means，strengthens students’understanding on chip，analysis ability，circuit design capability and comprehensive application ability etc.

digital circuit technology;teaching reform;EDA technology;QuartusⅡ

G420

A

1673－8861(2012)01－0143－02

2011－07－04

李姮(1979－)女，壮族，广西鹿寨人，贺州学院物理与电子工程系助教，在读硕士生。主要研究方向:信号与信息。