金小華

(蘇州市職業(yè)大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215104)

EDA技術(shù)無(wú)縫融合專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)探討

金小華

(蘇州市職業(yè)大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215104)

分析當(dāng)前EDA技術(shù)教學(xué)現(xiàn)狀和問(wèn)題，提出EDA技術(shù)無(wú)縫融合在專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)全過(guò)程的重要性和實(shí)現(xiàn)思路，通過(guò)專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)案例闡明該教學(xué)方法的細(xì)節(jié)，以面向職業(yè)全方位培養(yǎng)學(xué)生成為電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的優(yōu)秀人才.

無(wú)縫融合；集成；逆向工程；EDA；優(yōu)化

隨著微電子技術(shù)和軟件技術(shù)的快速發(fā)展，電子技術(shù)系列課程內(nèi)容不斷更新，課程體系結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整優(yōu)化.EDA技術(shù)融合應(yīng)用電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理及智能化技術(shù)的最新成果，為電子電路設(shè)計(jì)工作者提供了一種全新的設(shè)計(jì)方法[1].掌握EDA技術(shù)有利于提高學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力和創(chuàng)新能力，目前在專(zhuān)業(yè)課程的教學(xué)中引入EDA技術(shù)，已成為電子類(lèi)專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)的必然選擇.

1 EDA技術(shù)課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

目前我國(guó)高校EDA課程教學(xué)一般采用兩種方法：一是開(kāi)設(shè)EDA技術(shù)單科課程；二是利用EDA技術(shù)輔助專(zhuān)業(yè)課教學(xué)，通常是做一些驗(yàn)證性的仿真[2].

第一種課程設(shè)置以“PLD設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”、“數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)”或者“EDA”為名稱(chēng)，其教學(xué)內(nèi)容以“CPLD/ FPGA+VHDL/Verilog HDL+Quartus II/ISE”為主體，教學(xué)條件以“電腦+實(shí)驗(yàn)箱”為工具，教學(xué)方法“以項(xiàng)目為導(dǎo)向”，教學(xué)過(guò)程是以實(shí)例為驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)EDA軟件，由于教學(xué)時(shí)間有限，而應(yīng)學(xué)內(nèi)容不僅存在過(guò)渡性重復(fù)學(xué)習(xí)，且相關(guān)技術(shù)更新極快，教學(xué)效果淺嘗輒止，難以真正為電子產(chǎn)品或系統(tǒng)設(shè)計(jì)服務(wù).這種課程設(shè)置為非電專(zhuān)業(yè)選修課時(shí)，一般以“電路仿真軟件+CPLD/FPGA設(shè)計(jì)軟件+PCB設(shè)計(jì)軟件+IC設(shè)計(jì)軟件”為內(nèi)容，進(jìn)行模塊化教學(xué)，目標(biāo)是新設(shè)計(jì)工具入門(mén)級(jí)介紹，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.

第二種課程設(shè)置的目標(biāo)是利用EDA軟件來(lái)驗(yàn)證專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容，突顯其工具性，目前的教學(xué)效果隨機(jī)性大，取決于教師本身對(duì)軟件的掌握和運(yùn)用程度.

2 EDA技術(shù)無(wú)縫融合專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)

2.1 EDA技術(shù)課程的服務(wù)導(dǎo)向

應(yīng)用型大學(xué)教育的課程越來(lái)越多地使用社會(huì)需求直至崗位分析等方法進(jìn)行設(shè)置，專(zhuān)業(yè)課程體系優(yōu)化的依據(jù)，是內(nèi)容職業(yè)化和目標(biāo)能力化[3].例如在“電子中級(jí)工”實(shí)訓(xùn)課程里，會(huì)通過(guò)實(shí)用電路板制作和測(cè)試培訓(xùn)學(xué)生電路識(shí)圖能力、焊接技能、儀器儀表校準(zhǔn)使用能力、測(cè)試數(shù)據(jù)分析和處理能力、繪圖能力等，同等重要的是培養(yǎng)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)，一般是安全使用工具、儀器儀表的習(xí)慣，事前事后檢查整理的習(xí)慣，更為重要的是訓(xùn)練遇到疑問(wèn)核查返工的素質(zhì)，如實(shí)記錄不編造數(shù)據(jù)又能剔除粗大誤差的素質(zhì)等職業(yè)顯性素養(yǎng).還有有關(guān)職業(yè)素養(yǎng)的隱形素質(zhì)，比如，工作過(guò)程的路徑設(shè)計(jì)、工裝和工藝的創(chuàng)新處理、協(xié)作時(shí)的觀(guān)察傾聽(tīng)溝通、持之以恒的合理變通等人文素養(yǎng).

EDA技術(shù)本身能夠面向PCB設(shè)計(jì)、IC設(shè)計(jì)等崗位，更廣泛地服務(wù)于各專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課、專(zhuān)業(yè)理論課和專(zhuān)業(yè)實(shí)踐課，通過(guò)虛擬設(shè)計(jì)、虛擬測(cè)試、虛擬裝配環(huán)境，訓(xùn)練學(xué)生元器件選擇與測(cè)試、電路分析與排故、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與圖表制作、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和可靠性分析等職業(yè)能力，理論與實(shí)踐融會(huì)貫通的專(zhuān)業(yè)意識(shí)，以及獨(dú)立負(fù)責(zé)又分工合作的職業(yè)精神.

2.2 EDA技術(shù)課程的無(wú)縫融合教學(xué)

在西方國(guó)家的大學(xué)教學(xué)安排中，會(huì)有針對(duì)性地提前學(xué)習(xí)工程工具軟件.他們?cè)谶@方面的探索起步很早，甚至在預(yù)科就已開(kāi)始，并在其后的課程中不斷加強(qiáng)，這種思路被稱(chēng)為“無(wú)縫集成”(seamlessly integrated)概念[4].無(wú)縫集成采用的教學(xué)手段仍然是教學(xué)內(nèi)容模塊化處理，即在相關(guān)章節(jié)補(bǔ)充入軟件仿真部分，以對(duì)前述關(guān)鍵內(nèi)容進(jìn)行虛擬驗(yàn)證或?qū)嵗O(shè)計(jì)，這對(duì)于其教材改版相當(dāng)便利[5-6].然而EDA技術(shù)的快速發(fā)展和功能日趨強(qiáng)大，使得模塊式集成的教學(xué)無(wú)法體現(xiàn)出EDA技術(shù)足以完成的職業(yè)訓(xùn)練能力，將EDA技術(shù)新穎思想和完整集成工具充分融合進(jìn)專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)各環(huán)節(jié)是更高效更符合工程設(shè)計(jì)理念的方法，稱(chēng)之為“無(wú)縫融合”(seamlessly fusion).首先，是根據(jù)教學(xué)內(nèi)容之間的有機(jī)聯(lián)系，在傳授知識(shí)和訓(xùn)練能力時(shí)預(yù)先實(shí)現(xiàn)融合，目的是盡可能減少學(xué)科間過(guò)渡性重復(fù)學(xué)習(xí)，能夠快速傳播知識(shí)，構(gòu)筑學(xué)生的轉(zhuǎn)移能力.其次，根據(jù)專(zhuān)業(yè)課程內(nèi)在規(guī)律的類(lèi)別選擇適當(dāng)?shù)腅DA技術(shù)支持教學(xué).著眼于電子產(chǎn)品整機(jī)設(shè)計(jì)是“電子中級(jí)工”、“電子工藝與管理”等實(shí)訓(xùn)類(lèi)課程和專(zhuān)業(yè)課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐面向職業(yè)需求的基本思想，運(yùn)用EDA技術(shù)融合于這類(lèi)教學(xué)科目，采用“逆向工程”法以獲取電子產(chǎn)品中隱含的設(shè)計(jì)制造測(cè)試構(gòu)思和元素，就更能突顯“無(wú)縫”的價(jià)值，因?yàn)榫哂泻戏ɡ碛刹鸾夂湍嫦蚶L圖的能力，也是工程設(shè)計(jì)崗位的互用性需求.

3 EDA技術(shù)無(wú)縫融合專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)案例

3.1 Multisim仿真融合突顯非線(xiàn)性器件線(xiàn)性化處理類(lèi)課程

圖1 電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程

以“電路分析與實(shí)踐”課程的公開(kāi)課教學(xué)“電路模型”為例，在理解圖1所示的電子產(chǎn)品和電路模型間關(guān)系后，首先以實(shí)物或照片形式展示簡(jiǎn)單電子產(chǎn)品，如圖2所示的自行車(chē)用LED電筒.然后通過(guò)拆解方式建立其物理模型，即該產(chǎn)品由哪些元器件組成，以何種方式形成電氣線(xiàn)路.再分析完成其功能，元器件及其組成的電路表征為哪些性能參數(shù)，從而搭建其由理想元器件和理想導(dǎo)線(xiàn)構(gòu)成的電路模型，用Multisim軟件繪圖并進(jìn)行仿真測(cè)試，如圖3所示.改變電路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或元器件參數(shù)觀(guān)察電路參數(shù)變化，可以直觀(guān)地理解電路理論的兩大約束，并虛擬故障形態(tài)總結(jié)其排查方法.最后通過(guò)設(shè)計(jì)3D實(shí)驗(yàn)來(lái)嘗試電路設(shè)計(jì)和裝配，形成完整的形象化的工程設(shè)計(jì)過(guò)程，見(jiàn)圖4.

因此，教學(xué)過(guò)程以電子產(chǎn)品實(shí)物剖析—物理模型建立—電路特性確認(rèn)—電路模型搭建—電路仿真參數(shù)分析—電路調(diào)試和故障排除—電路實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為主線(xiàn)，能夠逐步培養(yǎng)學(xué)生元器件辨識(shí)和選擇能力、常用電子測(cè)試儀器使用能力、元件和電路的檢測(cè)能力、電路分析調(diào)試與故障排除能力、電路綜合設(shè)計(jì)能力等.

圖2 自行車(chē)用LED電筒實(shí)物及拆解

圖3 仿真電路測(cè)試與排故

圖4 3D仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與裝配

3.2 Verilog HDL/VHDL設(shè)計(jì)融合突顯邏輯功能類(lèi)課程

以“數(shù)字電子技術(shù)”課程的教學(xué)重點(diǎn)“數(shù)據(jù)選擇器”為例，首先說(shuō)明該IC在其它學(xué)科或?qū)I(yè)書(shū)籍中的不同中文表述、英文名稱(chēng)及其電路、框圖符號(hào).然后對(duì)照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和常用標(biāo)準(zhǔn)電路符號(hào)教學(xué)其真值表/功能表，如表1所示.

此時(shí)引入Verilog HDL描述該模塊如下：

表1 四選一數(shù)據(jù)選擇器真值表

利用Verilog HDL對(duì)硬件描述的精準(zhǔn)性，將使兩者融為一體.同時(shí)通過(guò)比較Verilog HDL與C語(yǔ)言的區(qū)別與聯(lián)系，溫故而知新，并且可以借助C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)環(huán)境的完整性，學(xué)習(xí)快速高效設(shè)計(jì)電路系統(tǒng)的技巧[7].

在Verilog HDL開(kāi)發(fā)平臺(tái)上進(jìn)行波形仿真，有助于學(xué)生理解難點(diǎn)“波形圖/時(shí)序圖”.同時(shí)，改變描述語(yǔ)句導(dǎo)致的波形變化，有助于學(xué)生對(duì)邏輯功能的辨識(shí).獨(dú)立完成中小規(guī)模數(shù)字IC的設(shè)計(jì)，可以確立學(xué)生學(xué)習(xí)的自信心.

3.3 其它案例

1) Proteus仿真融合“單片機(jī)原理及應(yīng)用”等MCU類(lèi)課程教學(xué)：使用“問(wèn)題追蹤法”教學(xué)[8]；

2) Matlab/Simulink建模融合“信號(hào)與系統(tǒng)”、“數(shù)字信號(hào)處理”和“自動(dòng)控制原理”等系統(tǒng)理論類(lèi)課程教學(xué)：系統(tǒng)建模和仿真；

3) Altium Designer繪圖融合“電子中級(jí)工”和“電子產(chǎn)品工藝與管理”等實(shí)訓(xùn)類(lèi)課程教學(xué)：工程導(dǎo)向自主型教學(xué)；

4) AutoCAD結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和Coredraw/Photoshop平面設(shè)計(jì)融合“線(xiàn)路板CAD”課程教學(xué)：根據(jù)電子產(chǎn)品整機(jī)設(shè)計(jì)需要教學(xué).

4 結(jié)語(yǔ)

教育的根本價(jià)值在于育人，EDA技術(shù)作為有力的設(shè)計(jì)工具無(wú)縫融合于專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)前中后，有利于培養(yǎng)學(xué)生從專(zhuān)業(yè)的角度思考現(xiàn)象和建立模型的意識(shí)、辨識(shí)問(wèn)題和分析變化的能力、解決問(wèn)題和驗(yàn)證結(jié)果的技巧，進(jìn)而成長(zhǎng)為電子產(chǎn)品的優(yōu)秀設(shè)計(jì)人才.

[1] 魯娟娟. EDA技術(shù)與電子類(lèi)專(zhuān)業(yè)課程的融合教學(xué)[J]. 中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2011(23)：104-105.

[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(6)：89-101.

[3] 羅大鵬，王勇，倪效勇. 自主式課題教學(xué)法—電子信息工程專(zhuān)業(yè)教學(xué)改革探討[J]. 中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2012(15)：41-43.

[4] 王濤，黃藝. 整合工程數(shù)學(xué)優(yōu)化信號(hào)系統(tǒng)課程群[J]. 南昌教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2014(1)：64－67.

[5] 潘雙來(lái)，胡壽松. 信號(hào)、系統(tǒng)與控制課程群建設(shè)[J]. 電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2004(6)：24-33.

[6] 王馨梅，李芳，侯浩錄，等. 以“電路”課程為起點(diǎn)仿真能力三年一貫制培養(yǎng)[J]. 電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2014(1)：7-8.

[7] 鄧文娟，朱兆優(yōu)，王嵩. 探索單片機(jī)教學(xué)改革，提高學(xué)生工程實(shí)踐能力[J]. 東華理工大學(xué)學(xué)報(bào)：社會(huì)科學(xué)版，2010(4)：383-386.

[8] 蔣強(qiáng)，何都益，張小英. “問(wèn)題追蹤法”培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)[J]. 科技信息，2012(24)：61.

(責(zé)任編輯：李 平)

On Teaching the Course of Seamless Fusion with EDA Technology

JIN Xiao-hua
(School of Electronic Information Engineering，Suzhou Vocational University，Suzhou 215104，China)

The paper analyzes the status quo of EDA technology teaching and its problems，highlighting the importance of seamless fusion with EDA technology to the teaching of all the curricula in its major and the practical methods. It elaborates on the teaching details by means of teaching cases in order to cultivate excellent talents in electronic product design.

seamless fusion；integration；reverse engineering；EDA；optimization

G718.5

A

1008-5475(2015)01-0073-04

2014-11-01；

2014-12-04

金小華(1964-)，男，江蘇蘇州人，講師，主要從事數(shù)字通信和實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究.