EDA技术实践教学改革与研究

梁晓琳 包本刚 张 丹

（湖南科技学院 电子工程系，湖南 永州 425100）

0 引言

EDA（Electronic Design Automation，电子设计自动化）技术作为现代电子设计技术的核心，它依赖于功能强大的计算机，在EDA工具软件平台上，对以硬件描述语言HDL(Hardware Description Language，硬件描述语言)为系统逻辑描述手段完成的设计文件，自动完成逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合、结构综合以及逻辑优化和仿真测试，直至实现既定的电子线路系统功能[1]。

随着微电子技术的发展和大规模集成电路的普及，EDA技术成为了现代电子设计技术的主流，它缩短了设计的开发周期、降低了设计的成本、提高了产品的性价比[2]。同时，在电子信息、通信、自动控制及计算机应用等领域的重要性日益突出。因此EDA技术是新世纪电子工程师必须掌握的一门新技术，作为以培养具有实践能力和创新人才的高校，必须积极探索良好的教学方法，以满足社会对新一代人才的需求。

1 EDA实践教学中常见的问题

1.1 实验项目缺乏连贯性

传统的实验项目安排分为验证型与综合设计型两大类，且验证型实验项目比重很大，致使培养学生缺少开发设计和独立分析的机会。另外，学生从验证型实验项目直接过渡到综合设计型实验项目，难度很大，往往不知所措，没有能力去完成综合设计型项目，从而失去学习兴趣，最后达不到能力培养的要求[3]。

1.2 以教为主、学为辅的教学模式

上实验课时，传统的教学方式以老师讲为主，一般采取“明确实验目的—讲解实验内容—分析实验”的步骤。整个过程，老师讲解过于详细，根本没有给学生留下思考问题、解决问题的空间，采用这种“满堂灌”的方式[4]，学生做实验实质上只是将实验验证一遍。另外，学生做完几个实验，发现只要跟着老师做实验根本没有难度，从而养成依赖习惯。可见，采取这种教学模式根本不利于学生的能力培养。

1.3 实验环境落后

随着EDA技术的快速发展，要求EDA实验室必须配有配置较高的计算机，因为计算机的运行速度是影响程序代码编译速度的主要因素。另外，友好的开发平台也是实验室不可缺少的一部分，普通的EDA实验箱核心芯片如FLEX10K系列的EPF10K10TC144-4不支持SOPC相应的实验，不利于实验的开展。因此，原来配置较低的计算机和低端的EDA实验箱已经不能满足实践教学的要求。

2 EDA实践教学改革

2.1 调整实验项目内容

EDA技术具有很强的实践性，要想有效提高学生的开发设计、独立分析和实践创新能力，将实验项目按性质由传统的验证型和综合设计型两类型调整为基础验证型、扩展改进型、综合设计型三个类型，并分阶段逐步展开。在基础验证型实验阶段，学生对理论的知识还处于被动接收阶段，通过设计简单的原理图、文本设计输入，让学生熟练使用EDA开发系统及 EDA软件开发平台—Quartus II软件，熟悉FPGA设计的开发流程，掌握原理图输入及程序代码输入设计方法的步骤。在这个阶段安排一些简单组合逻辑电路实验项目，比如“全加器的设计”。在扩展改进型实验阶段，学生首先根据实验项目的要求在老师引导下完成基本设计，然后让学生根据自己的实际水平进行发挥，发散自己的思维，灵活运用学过的知识对实验设计进行改进和验证，使能力达到一定程度的提升。在这个阶段安排一些如“流水灯”、“扫描显示驱动电路”、“数字频率计”之类的实验项目。在综合设计型实验阶段，课题式的实践教学更能体现以学生为主体，更能有效提高学生的实践创新能力。这一阶段，学生根据课题任务要求，利用实验箱的丰富资源，根据自己的思路选择单元器件和端口进行设计和仿真验证，并要求学生最后以设计报告形式汇报成果，报告内容主要包括任务设计、系统设计、模块设计、仿真结果、硬件验证和心得体会六个部分，这样也可以培养学生撰写设计报告的能力。这个阶段安排“十字路口交通灯控制器”、“数字时钟”、“数字电压表”等实验项目比较合适。

2.2 建立以学生为主体、老师为辅的教学模式

为了更有效提高教学效果，还得改变传统的教学模式，建立以学生为主体、老师为辅的教学新模式，引导学生完成每一个实验[5]。新的模式要求老师学会“放手”，碰到问题，不要盲目地帮助学生解决，而是大胆地让学生自己去思考和摸索，只有通过学生自己的独立思考，才能更好地培养学生发现问题和解决问题的能力，也才能让学生更好地理解和掌握该知识，以致达到激发学生学习兴趣的目的。另外，对于确实无法解决某个问题的学生，老师也不要直接给出答案，而是采用引导的方法让学生自己去思考，这样才能让学生学到更多的知识，掌握更多的技能[6]。

2.3 改进实验环境

为了与相关领域企业的设计开发环境接轨，实验室引进了广州周立功单片机发展有限公司的Magic SOPC创新教学实验平台。其中核心板PowerSOPC-2C35上所用的FPGA为Altera公司CycloneII系列的EP2C35F672，基本满足所有的电路系统的设计和仿真验证。同时更新了实验室所有的计算机（i5-2400 CPU；3GHZ 内存；480G硬盘），安装了QuartusII 7.0开发软件。以上满足了电子信息工程、电子科学与技术专业学生的实践教学。另外考虑到实践教学课时安排的有限性，建立了开放式实验室，鼓励学生自行安排时间到实验室上机操作，培养他们的实践动手能力。

3 实践教学改革效果

通过实践教学改革，发现学生对EDA技术的学习兴趣和积极性明显加强，学生对电子电路系统的开发设计、独立分析和实践创新能力也得到了大幅提升。在实践教学展开中，学生积极讨论问题、踊跃发散思维，大胆开发设计和创新，取得了很好的实践学习效果。比如在改进型实验阶段的“扫描显示驱动电路”实验项目开展中，老师引导学生采用动态扫描完成在8个数码管上依次显示0-7。学生掌握8位七段数码管显示模块的工作原理后，自行发挥，改变数码管的显示，最后得到了多种正确结果，有学生显示了自己的学号，有学生使数码管闪烁显示数据，有学生使数码管像流水灯一样改变显示数据时的花样等等。在综合设计型实验阶段，学生根据自己的想法，完成基本设计要求外，都有自己的特色设计，并出色的撰写了各自的设计报告。

4 结论

通过实践教学改革与研究，完善了实验项目内容，建立了良好的教学模式，改良了实验环境，加强了学生对EDA技术学习的兴趣和积极性，加深了学生对理论知识的理解和掌握，提高了学生在EDA技术领域的专业技能。同时，还启发了学生的发散性思维，将被动性学习转变为主动性求索，获取了很好的教学效果。

[1]潘松,黄继业,潘明.EDA技术实用教程(第4版)[M].北京:科学出版社, 2010.

[2]潘松,黄继业. EDA技术与VHDL(第3版)[M].北京:清华大学出版社,2008.

[3]任志平,党瑞荣. EDA教学改革与创新实践研究[J].中国电力教育,2011,(26):104.

[4]梁洪卫,高丙坤,邸晓宇.“EDA技术与应用”实验与实践教学改革[J].实验技术与管理,2011,(01):147-149.

[5]张利,高晶敏,杨秀媛.EDA技术课程教学模式改革探索[J].中国电力教育,2011,(14):80-81.

[6]周文真,刘宏贵.以学生为本、改革大学物理实验教学[J] .湖南科技学院学报,2004,31(4):51-52.