EDA技术及应用课程教学模式的研究

[摘 要] EDA技术及应用课程是一门工程性、技术性和实践性都很强的课程，其教学主要是对学生进行工程应用教育，培养学生的自学能力和实践能力，提高学生的创新能力。本文主要介绍了EDA技术及应用课程简介及特点，并提出了一种教学模式。

[关键词] EDA技术；创新能力；教学模式

[基金项目] 衡水学院教改项目（项目编号：JG2012066）

【中图分类号】 TN02-4 【文献标识码】 A 【文章编号】 1007-4244（2013）05-062-2

一、引言

EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）的缩写，在20世纪60年代中期从计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）的概念发展而来的。EDA技术是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言VHDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。EDA技术的出现，极大地提高了电路设计的效率和可操作性，减轻了设计者的劳动强度。利用EDA工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，大量工作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程在计算机上自动处理完成。现在对EDA的概念或范畴用的很宽。包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域，都有EDA的应用。目前EDA技术已在各大公司、企事业单位和科研教学部门广泛使用。例如在飞机制造过程中，从设计、性能测试及特性分析直到飞行模拟，都可能涉及到EDA技术。随着人才市场对EDA相关人才日益增长的需求，使得学生对掌握EDA技术有着越来越浓厚的兴趣，这也使得越来越多的工科院校的EDA教学与单片机、微机原理等的教学一样，对本科生进行普及教学，因此研究“EDA技术及应用”课程的教学模式有重要的现实意义。

二、EDA技术及应用课程简介

EDA技术及应用课程是通信工程、电子信息工程、自动化、计算机科学等专业的一门重要专业课。其目的是使学生掌握当今最先进的电子系统集成设计（芯片设计）技术和系统设计思想，为以后的深入学习和从事有关数字电路领域的系统设计、芯片集成等工作打下坚实的基础。本课程理论与实践并重，在强调理论知识学习的同时，安排较多的学时数用于实验设计课的实践。依靠学校“EDA实验室”，为学生提供良好的实践环境，注重培养学生的创新精神和实际动手能力，使学生通过实践，真正理解并掌握EDA技术，设计并实现真实的电子系统。

EDA技术及应用课程涉及的知识面广，综合性强。该课程不仅要求学生了解和掌握EDA的理论知识和相关内容，而且还要具备数字电路和计算机原理方面的知识。其次，EDA技术是一门实践性很强的课程。课本里的知识只有通过实验等实践环节才能加深理解和掌握，而所学的知识最终也要运用到电子系统设计中。最后，EDA课程内容众多，EDA技术更新很快。由于EDA系统中所用的可编程逻辑器件的命运由市场决定，各个芯片生产厂商为了占有更多的市场，不断进行技术创新，从而导致产品的更新速度越来越快。

为了学好EDA技术及应用这门专业课，学生必须具有比较好的数字电路和C语言程序设计等基础课程知识以及微机原理等专业技术课知识。根据教学应用型本科“厚基础、宽口径”的人才培养模式，我院为本科生开设了有关EDA的课程，并让学生在有限的课时内了解EDA基础知识、掌握EDA关键技术并具备一定的应用能力，这要求在EDA教学过程中采用合理的教学模式。

三、 EDA技术及应用课程教学特点

（一）课时紧，内容多

由于目前的EDA课程一般作为选修课，存在学时偏少这个问题。而EDA理论涉及的内容又相当的多。如可编程逻辑器件FPGA/CPLD结构原理、VHDL语言的语法结构、VHDL程序设计、开发环境Quartus II的使用构成了EDA的教学内容。在课堂上根本不可能一一讲解，只能有选择地介绍。

（二）实践性强

EDA教学突出的是应用，所以这门课以学生实验操作为主。EDA的开发环境Quartus II的使用在实践中完成。因此我们在EDA实验室提供了EDA综合实验装置和计算机，学生可以在EDA实验室完成各种实验。

四、EDA技术及应用课程的教学模式

由于EDA技术及应用课程的学时有限，本校教学计划中该课程仅安排了54学时。课程由理论和实验两部分组成，其中课堂教授36学时，实验18学时。因此，教师要在教学内容的选择方面下功夫，优化授课内容，简化基础理论，突出重点和难点。

（一）理论教学

在理论教学时，利用可编程逻辑器件FPGA/CPLD实现电子系统的设计是课程的基点，算法基于VHDL语言予以实现，因此可编程逻辑器件FPGA/CPLD结构原理及VHDL语言着重讲述。

在理论教学过程中，教师的直接讲授和启发式提问相结合，引导学生经历“提出问题-学习研究-分析问题-解决问题”的构建知识的过程。例如在课堂的初始阶段就提出“什么是可编程逻辑器件”及“FPGA/CPLD的结构是怎么样的”等问题，让学生带着问题去看书，逐步对可编程逻辑器件的结构和原理有一个整体的概念。这样，学生根据问题进行探究式学习，教师在适当的时候，总结归纳关键知识点，以此改善教学效果。

在教学方法上注意前后知识的衔接和联系。如在学习VHDL语言的过程中，并不是直接的讲解VHDL语言的语法结构，而是从学生已有的数字电路的知识举例讲解。由于学生们对数字电路已经有相应的基础，列举数电中组合电路和时序电路中的例子多路数据选择器和十进制计数器的设计，学生很熟悉这两个设计的功能，然后引入用VHDL如何实现，从而给出VHDL程序，进而详细地讲解其中所涉及到的语法现象，学生容易接受和理解。

在教学手段上，利用多媒体课件来进行教学，课件中包含大量的程序、电路图、仿真图等实例，可以给学生更直观的认识。例如FPGA/CPLD的内部结构、程序流程图、波形仿真图等很难单纯用语言文字讲清楚的内容，可以用多媒体来很好地展示。

（二）实验教学内容

为保证课时的连续性和一致性，EDA技术及应用实验由理论老师指导。与传统验证性实验不同，它要求学生按步骤地自主独立完成实验的各个环节。从学习EDA软件入手，掌握软件开发流程，进一步理解FPGA/CPLD内部硬件结构，同时通过参与整个实验，让学生了解如何分步骤地完成电子系统实现及软、硬件的联合调试，体会利用EDA技术设计电子系统的优势。

实验教学内容的设置由浅入深、由基础到综合，注重对学生实践动手能力和创新能力的培养。实验内容通常由五个层次组成：第一层次实验任务是验证性实验，通常提供详细的并被验证的设计程序和实验方法，学生只需将提供的设计程序输入计算机，并按要求进行编译仿真，在实验系统上即可实现，使学生有一个初步的感性认识，这也提高了实验的效率；第二层次实验任务是要求在上一实验基础上作一些改进和发挥；第三层次的实验通常是提出自主设计的任务和要求；第四、第五实验层次则在仅给出一些提示的情况下提出自主创新性设计的要求。因此可以根据学时数、教学实验的要求以及不同的学生对象，布置不同层次、含不同任务的实验项目。教师在实验教学过程中，对学生实验中出现的问题，从设计思路和实现方法上加以引导，主要培养学生分析问题和解决问题的能力。

五、结束语

EDA技术及应用作为一门综合性强、内容多、侧重应用、内容更新快的课程，需要不断地丰富理论和实践的内容，进一步完善教学模式，尤其要在实践教学上进行升入的探索，以便更好地促进学生EDA应用能力的培养，这样才能培养出紧跟时代步伐的有技术、有创新能力的合格的应用型人才。

参考文献：

[1]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，（11）.

[2]林建英.电子综合设计中多层次EDA教学方法研究与实践[J].全国高等学校电子技术研究会论文集，2010，（7）.

[3]朱小龙.EDA实践教学与学生工程实践素质的培养[J].教育与职业，2011，（11）.

作者简介：郭海丽（1980-），女，汉族，河北秦皇岛人，硕士，衡水学院物理与电子信息系讲师，研究方向：EDA技术及应用。