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        EDA實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的思考

        2015-01-13 03:13:10武漢商學(xué)院
        電子世界 2015年21期
        關(guān)鍵詞:電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)

        武漢商學(xué)院 陳  皓

        EDA實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的思考

        武漢商學(xué)院 陳 皓

        本文根據(jù)我校應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)的發(fā)展需要,論述了建設(shè)EDA實(shí)驗(yàn)室的意義,實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的現(xiàn)狀,實(shí)驗(yàn)室建設(shè)目標(biāo)與成果,以及實(shí)驗(yàn)室課堂教學(xué)效果。

        EDA;實(shí)驗(yàn)室建設(shè);應(yīng)用電子技術(shù)

        1  實(shí)驗(yàn)室建設(shè)目的及意義

        電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)技術(shù),是為了實(shí)現(xiàn)電子系統(tǒng)最底層硬件問(wèn)題的技術(shù),是電子工程設(shè)計(jì)的非常重要的手段, 也是應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)以及其它相近專業(yè)的大學(xué)生應(yīng)該掌握的一門基本的技術(shù)。作為一個(gè)硬件設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái),EDA實(shí)驗(yàn)室可為眾多相關(guān)專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)提供服務(wù)。EDA實(shí)驗(yàn)室提供了進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真的全功能、全方位EDA工具,內(nèi)容覆蓋微機(jī)原理與接口技術(shù)、單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用、FPGA/CPLD、EDA/SOPC、Quartus II課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)等。

        EDA技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)的電子設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了改革,將EDA技術(shù)引入高等院校的電子類的專業(yè)課程是十分必要的。EDA技術(shù)的快速發(fā)展, 使我國(guó)高校電子技術(shù)的教學(xué)面臨很大的挑戰(zhàn), 它對(duì)教學(xué)思路和實(shí)驗(yàn)手段等都提出了新的要求, 因此構(gòu)建一套適應(yīng)EDA技術(shù)人才培養(yǎng)要求的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系, 是一個(gè)非常重要的課題。我院的建設(shè)目標(biāo)是從培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力出發(fā),考慮實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和體系,全面規(guī)范EDA實(shí)驗(yàn)的教學(xué),提供完備的EDA實(shí)驗(yàn)設(shè)備和工具,在盡可能的情況下加快軟硬件環(huán)境的更新?lián)Q代,為學(xué)生的實(shí)驗(yàn)提供豐富教學(xué)資源。

        2  實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的現(xiàn)狀

        《EDA技術(shù)》是機(jī)電學(xué)院的一門專業(yè)基礎(chǔ)課,也是應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)的主干課程,長(zhǎng)期以來(lái)沒(méi)有相關(guān)的實(shí)驗(yàn)器材來(lái)輔助教學(xué),教師只能在講臺(tái)上采用純理論教學(xué),這樣理論與實(shí)驗(yàn)脫節(jié),教師花了很大功夫,但是不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)中出現(xiàn)的問(wèn)題并給予合理的指導(dǎo)。課程學(xué)習(xí)難度大、實(shí)踐性強(qiáng),因此學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中很吃力,很難達(dá)到人才培養(yǎng)的目的。

        3  實(shí)驗(yàn)室建設(shè)目標(biāo)

        實(shí)驗(yàn)室建設(shè)目標(biāo)是掌握以計(jì)算機(jī)為平臺(tái),以EDA軟件工具為開(kāi)發(fā)環(huán)境,以HDL為設(shè)計(jì)語(yǔ)言,以可編程器件為載體,以ASIC、SOC芯片為目標(biāo)器件,以電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)為應(yīng)用方向的電子產(chǎn)品自動(dòng)化設(shè)計(jì)過(guò)程。掌握硬件描述語(yǔ)言,選擇目標(biāo)器件,在集成開(kāi)發(fā)環(huán)境里進(jìn)行編譯,仿真,綜合,最后在線下載調(diào)試。項(xiàng)目建設(shè)完后專業(yè)有綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的課程比例為3:1。實(shí)驗(yàn)室建設(shè)涵蓋的實(shí)驗(yàn)課程名稱包括《EDA技術(shù)》《單片機(jī)技術(shù)》《微機(jī)原理與接口技術(shù)》。覆蓋專業(yè)是應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè),學(xué)生人數(shù)200人。開(kāi)放時(shí)間為《EDA技術(shù)》實(shí)訓(xùn)課時(shí)間和電子專業(yè)技能實(shí)訓(xùn)時(shí)間。內(nèi)容為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和小型系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。對(duì)象為應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)大二學(xué)生和大三學(xué)生。

        4  實(shí)驗(yàn)室建設(shè)成果

        EDA軟件方面,全球許多著名EDA提供商都推出了自己的開(kāi)發(fā)工具軟件,如Altera公司的Quartus Ⅱ軟件;Xilinx公司的Foundation軟件,Lattice公司的ispExpert軟件等。這些軟件的推出極大地促進(jìn)了EDA技術(shù)的設(shè)計(jì)于一體的發(fā)展。我院實(shí)驗(yàn)室選擇了Altera公司的Quartus Ⅱ軟件。而硬件方面,可編程器件的內(nèi)部開(kāi)始集成高速的處理器硬軟核、處理器、大量的存儲(chǔ)資源。根據(jù)學(xué)生的要求,我院選擇了浙江天煌公司的EDA嵌入式實(shí)驗(yàn)/開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。該系統(tǒng)學(xué)生夠用,并且基于不同芯片的實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā),易于升級(jí),符合當(dāng)前高校在此方面對(duì)人才培養(yǎng)的要求。學(xué)生只需編寫(xiě)硬件描述語(yǔ)言代碼,然后選擇目標(biāo)器件,在集成開(kāi)發(fā)環(huán)境里進(jìn)行編譯,仿真,綜合,最后下載調(diào)試。

        本實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)包括核心板和實(shí)驗(yàn)底板兩大部分,核心板主芯片使用Altera公司的Cyclone?系列FPGA器件EP1C12Q240(包括12,060Les,相當(dāng)于30萬(wàn)門左右),集成度高,內(nèi)部資源可以滿足大部分的應(yīng)用場(chǎng)合。FPGA的大部分IO引腳通過(guò)兩排插針引出到實(shí)驗(yàn)底板上,同時(shí)核心板配有外圍存儲(chǔ)芯片flash、SRAM各一片,其中SRAM(16位)為512K,F(xiàn)LASH(8位)為2M,用于擴(kuò)展NiosII編程片上系統(tǒng)EDA設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)和程序存儲(chǔ)空間。其中配置芯片:EPCS4,4Mbit儲(chǔ)存量,支持AS和JTAG兩種配置模式,用戶可根據(jù)實(shí)際情況利用不同的下載口下載程序。實(shí)驗(yàn)底板其他的硬件資源還包括1個(gè)PS/2接口、A/D+D/A通用擴(kuò)展模塊、1個(gè)雙通道音頻輸入/1個(gè)雙通道音頻輸出接口、8個(gè)7段數(shù)碼管、8個(gè)LED、八位電平開(kāi)關(guān)、彩屏顯示模塊、4×4鍵盤矩陣、USB的擴(kuò)展模塊 、8色VGA接口、交通燈模塊、下載電纜。EDA底板硬件結(jié)構(gòu)框圖參見(jiàn)圖1。

        圖1  EDA底板硬件結(jié)構(gòu)框圖

        5  實(shí)驗(yàn)室課堂教學(xué)效果

        在教師的指導(dǎo)下,操作Quartus Ⅱ軟件,按照流程做完從新建文件,編譯,仿真,分配引腳等軟件操作部分的全過(guò)程。硬件方面,熟悉實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),組成,了解各模塊的基本作用,了解主板I/O分布情況,認(rèn)識(shí)液晶屏,JTAG接口,邏輯筆,跳線等器件或組件。

        根據(jù)學(xué)生情況和課時(shí)要求,我們?cè)?3個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中選擇了以下15個(gè)學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)。分別為門電路設(shè)計(jì)與仿真、組合邏輯電路設(shè)計(jì)與仿真、觸發(fā)器電路設(shè)計(jì)與仿真、時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)與仿真、加法計(jì)數(shù)器電路設(shè)計(jì)、譯碼電路設(shè)計(jì)、3-8譯碼器電路設(shè)計(jì)、優(yōu)先編碼器74LS148設(shè)計(jì)應(yīng)用、74LS164控制電路設(shè)計(jì)、用硬件描述語(yǔ)言進(jìn)行數(shù)字鐘設(shè)計(jì)、BCD碼轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)、16進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換10進(jìn)制電路設(shè)計(jì)、模擬交通燈電路設(shè)計(jì)、實(shí)用電梯控制器設(shè)計(jì)、NiosⅡ軟件設(shè)計(jì)與運(yùn)行流程。

        為了提高了學(xué)生的實(shí)踐能力,課程考核總成績(jī)改為由平時(shí)成績(jī)、理論考核和實(shí)驗(yàn)三大部分組成,其中:平時(shí)成績(jī)占25%,理論考核占25%,實(shí)驗(yàn)占50%。這樣以便于更多的考核學(xué)生的綜合實(shí)踐能力。

        實(shí)踐證明該系統(tǒng)將理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)融合在一起,提高了實(shí)踐教學(xué)的效果,有效地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,由于采用模塊化的結(jié)構(gòu),提高了學(xué)生的實(shí)踐能力和解決問(wèn)題的綜合能力。該系統(tǒng)使用后結(jié)果發(fā)現(xiàn)90%以上的學(xué)生認(rèn)為該系統(tǒng)能幫助學(xué)生了解數(shù)字電路硬件結(jié)構(gòu),能通過(guò)編程下載更好地理解老師上課時(shí)講解的理論知識(shí),能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。由于上課地點(diǎn)就設(shè)在實(shí)驗(yàn)室機(jī)房,學(xué)生能在理論課結(jié)束后立即投入到相關(guān)的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)當(dāng)中,學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性得到很大的促進(jìn)。

        6  結(jié)束語(yǔ)

        EDA技術(shù)實(shí)驗(yàn)室引入教學(xué),強(qiáng)化了學(xué)生在教學(xué)活動(dòng)中的主體地位,有利于學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng),為理論教學(xué)提供了強(qiáng)有力的輔助手段。建立EDA技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室教學(xué)極大地推進(jìn)硬件實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)形式的改革,在我院應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)的學(xué)生培養(yǎng)中已初建成效。

        [1]唐龍.EDA與傳統(tǒng)電子設(shè)計(jì)方法的比較[J].常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2008,21(2):68-70.

        [2]王艷春.EDA技術(shù)融入電子技術(shù)課程的探索[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù),2009,7(6):89-101.

        [3]孔龍.EDA技術(shù)與電子技術(shù)教學(xué)的整合[J].科技教育創(chuàng)新,2010,14:319-322.

        [4]辛修芳,李媛.EDA技術(shù)與數(shù)字電子技術(shù)教學(xué)的整合[J].重慶電子工程職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2010,19(2) :155-157.

        [5]張世德.EDA與電子技術(shù)實(shí)踐課程體系建設(shè)[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào),2009,31(4):89-90.

        陳皓(1979—),男,武漢商學(xué)院講師,主要從事EDA技術(shù)、電子信號(hào)分析研究。

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