浅析电子设计自动化教学在高职教学中的应用

陈菊华

【摘要】电子设计自动化是一种以计算机为基本工作平台，应用计算机图形学、拓扑逻辑学、计算数学、以及人工智能等多种计算机应用科学的最新成果开发出来的一整套软件工具，帮助电子设计工程师从事电子元件、产品和系统设计的综合技术。电子设计自动化电子类专业的一门重要课程，教学内容包括三层次，在实践教学中应用广泛。

【关键词】EDA技术  教学内容  实践应用

EDA技术的发展经历了三代，第一代：70年代，手工绘制PCB和IC版图——在计算机上完成;第二代：80年代，仿真和自动布局布线;第三代：90年代，高级语言描述、系统级仿真和综合，开发实现“概念驱动工程”的梦想。EDA技术的学习应贯穿在电子类高职专业的整个学习过程中，在电子仿真实验、课程设计、竞赛、毕业设计等各个过程中分别应用EDA技术的初级、中级、高级三层次内容。下面浅谈EDA技术的教学内容和在实践教学中的应用。

1.EDA技术的基本特征

第三代EDA技术的特征包含三个方面：

1.1高级语言描述

迫于Time-to-Market的压力和设计大规模集成电路的需要，产生了硬件描述语言。该语言是一种计算机语言;可以对电子系统进行分层设计和描述，描述即可抽象也可具体;支持延迟仿真，可模拟硬件行为;数据类型丰富，可自定义类型。

1.2自上而下的分层设计

传统设计方法是自下而上，其缺点是即使每一个子系统分别满足设计要求，但整个系统的要求不一定得到满足。现代设计方法是自上而下，其特点是能逐层描述、逐层模拟，保证满足系统指标。

1.3并行设计环境

将众多的软件工具集成在一起，对电子系统设计进行项目管理、流程控制、数据管理等工作，使原来各个独立的软件工具成为一个统一的设计软件包，便于使用和管理。

2.EDA技术的教学情况

EDA技术的教学从三个方面进行，分别为第一阶段教学、第二阶段教学和第三阶段教学。下面我们就从这三个方面来给大家具体介绍EDA技术。

2.1第一阶段教学内容

第一阶段教学内容主要包括用EWB、PSpice、Protel等软件进行电路设计、PCB板设计、电路仿真。一句话，第一阶段教学内容就是学习使用工具软件。第一阶段教学使用的工具软件有三种。

2.1.1EWB电子电路计算仿真软件

EWB电子电路计算机仿真软件，在众多的电路仿真软件中，是最容易上手的，它的工作界面非常直观，原理图和各种工具都在同一个窗口内，学生稍加学习就可以熟练地使用该软件，对于电子设计，它是个很好的EDA工具，许多电路你无需动用烙铁就可得知它的结果，而且若想更换元器件或改变元器件参数也十分方便。

2.1.2PSpice是用于微机系列的通用电路分析程序

PSPICE软件具有强大的电路图绘制功能、电路模拟仿真功能、图形后处理功能和元器件符号制作功能，以图形方式输入，自动进行电路检查，生成图表，模拟和计算电路。

2.1.3Protel是电子设计者的首选软件

目前Protel高端版本是完全一体化电子产品开发系统，是一款完整的板级设计软件，它是将设计流程、集成化PCB设计、可编程器件（如FPGA）设计和基于处理器设计的嵌入式软件开发功能整合在一起的产品，一种同时进行PCB和FPGA设计以及嵌入式设计的解决方案，具有将设计方案从概念转变为最终成品所需的全部功能。

2.2第二阶段教学内容

第二阶段的教学内容是利用VHDL完成对CPLD/FPGA的开发。

常用的硬件描述语言有VHDL、Verilog、ABEL等，这里只介绍VHDL。VHDL（VHSIC（Very High Speed Integrated Circuit）Hardware Description Language）就是超高速集成电路硬件描述语言，是一种用于电路设计的高级语言。因此它主要应用在数字电路的设计中。在中国，目前主要用在FPGA/CPLD/EPLD的设计中。

VHDL主要用于描述数字系统的结构，行为，功能和接口。除了含有许多具有硬件特征的语句外，VHDL的语言形式和描述风格与句法是十分类似于一般的计算机高级语言。VHDL的程序结构特点是将一项工程设计，或称设计实体（可以是一个元件，一个电路模块或一个系统）分成外部（或称可视部分，及端口）和内部（或称不可视部分），涉及实体的内部功能和算法完成部分。

CPLD（Complex Programmable Logic Device）即复杂可编程逻辑器件，是一种用户根据各自需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。其基本设计方法是借助集成开发软件平台，用原理图、硬件描述语言等方法，生成相应的目标文件，通过下载电缆（“在系统”编程）将代码传送到目标芯片中，实现设计的数字系统。

FPGA（Field-Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

第二阶段教学内容的教学，应达到学生会熟练地借助集成开发软件平台QuartusⅡ，用VHDL硬件描述语言方法，生成相应的目标文件，通过下载电缆（“在系统”编程）将代码传送到CPLD/FPGA目标芯片中，实现设计的数字系统。

2.3第三阶段教学内容

第三阶段教学内容主要是专用集成电路（ASIC）的设计。

ASIC（Application Specific Integrated Circuit）是一种为专门目的而设计的集成电路，即专用集成电路。是指应特定用户要求和特定电子系统的需要而设计、制造的集成电路。ASIC的特点是面向特定用户的需求，ASIC在批量生产时与通用集成电路相比具有体积更小、功耗更低、可靠性提高、性能提高、保密性增强、成本降低等优点。

第三阶段教学內容的教学是在中级教学内容的基础上进行的，学生主要掌握设计方法，并以项目为载体进行设计训练。

3.总结

EDA技术的发展与应用不仅使电子系统设计与制造发生了革命性的变化，也给电子技术课程教学带来了巨大的变化，改变了传统的电子技术课程教学模式，它解决了传统的电子技术基础理论和实验教学存在的问题，创造了基于EDA技术的电子教学新方案，通过教学实践证明该方案能够在较大程度上提高学生对电子技术课程的学习兴趣，并能提高电子技术课程的教学质量。