EDA技术在高职电类专业硬件课程体系教学改革中的应用

摘 要： eda 技术是现代电子系统设计的先进手段，文章分析了将EDA 技术融合到高职电类专业硬件课程体系教学改革中的必要性，给出了将EDA 技术应用到硬件类课程的有效方法并进行了实践，实践结果表明了该方法的有效性。

关键词： EDA技术 高职电类专业硬件课程体系教学改革 应用 作用

当今社会已进入了信息化的社会，硬件技术是信息技术发展的基石，硬件技术的发展推进了整个信息技术的飞速发展。在高职电类专业教学中，硬件类课程一直是整个教学的核心主干课程，随着大规模集成电路技术的飞速发展，新器件、新组件、新概念及新的分析方法不断涌现，硬件类课程的教学面临着新的挑战。本文根据EDA技术课程教学的实际经验，论述了EDA技术在高职电类专业硬件课程体系教学改革中的应用，主要探索EDA技术在课程体系设置、实践性教学和学生创新能力培养等方面的作用。

1.EDA概述

EDA（Electronic Design Automation）技术是以计算机为平台、以EDA软件工具为开发环境、以硬件描述语言为设计语言，以ASIC（Application Specific Integrated Circuits）为实现载体的电子产品自动化设计过程。它可以实现逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化，逻辑布局布线、逻辑仿真。完成对于特定目标芯片的适配编译、编程下载等工作，最终形成集成电子系统或专用集成芯片。EDA 技术的应用可以大大降低电子系统设计的工作量和难度，降低成本，同时可编程逻辑器件的使用能够大大减少系统芯片的数量，缩小系统体积，提高系统的可靠性，EDA 技术已经成为电子系统设计的先进手段。

2.硬件类课程融合EDA 技术的必要性

2.1硬件类课程融合EDA 技术是课程本身发展的需要。

21世纪的电子系统将是以计算机技术为核心的片上复杂系统，系统设计人员将成为集成电路的主要设计者。但长期以来，我国大多数高职电类专业有关计算机硬件课程仍沿用传统课程模式，课程教学内容上仍比较注重各门课程教学内容的理论性和系统性，没有考虑硬件课程之间彼此存在的内在联系。在设计方法上仍习惯使用电路图来描述系统的连接关系，停留在传统的设计方法上，不适合复杂的、规模大的数字系统的实现。随着可编程逻辑器件和EDA 技术的出现，数字系统功能实现及系统的设计方法发生了革命性的变化，因此改革和整合传统的教学内容，将EDA 技术引入到硬件类课程的教学中，建立硬件课程之间的内在联系，设计阶段性的模块化、系统化的教学内容，建立新的硬件课程教学体系，对于培养学生的硬件系统设计能力就十分重要和必要。

2.2硬件类课程中融合EDA 技术是培养学生自主创新能力的需要。

目前随着可编程逻辑器件性价比的不断提高和开发软件功能的不断完善，在涉及通信、国防、航天、医学、工业自动化、仪器仪表和计算机应用等领域的电子系统设计工作中，EDA 技术的含量正急剧上升，各行业对自己的专用集成电路的开发研制需求日益迫切，因此非常有必要把EDA 技术引入到硬件类课程中，培养学生适应现代数字系统设计的能力，开阔学生的视野，培养学生的创新意识和创新能力，为其今后就业或创业奠定一个良好的基础。

3.EDA 技术融合到硬件类课程的方法

3.1重构科学的课程体系。

将EDA融合到硬件类课程的目的是让学生在校期间学习到当今先进的电子电路设计技术，开拓视野，提高工程应用能力。另外，用EDA软件平台进行硬件电路设计，冲破了孤立地理解、学习软件和硬件的思维模式，提高了他们综合运用所学知识的能力。高职电类专业硬件类课程对应用EDA技术的全过程要统筹考虑，整合成为科学的课程体系。为此，我们以专用集成电路芯片应用为最终目标，以能力培养为宗旨，重新构建了高职电类专业硬件系列课程体系。在该系列课程体系中，以“硬件技术基础”和“EDA技术”为基础主干部分，以其它几门课程为应用和提高部分，形成了一套系列化的硬件教学体系。该系列课程从体系结构上划分为三个层次：基础层、系统层和应用层。在该三层体系结构中，基础层为“电路、模拟电子技术和数字电子技术”课程，它们是硬件系列课程的技术基础，是必修的前续课；在系统层中，以硬件技术基础和EDA技术课程为主，辅之以配套的实践性课程，是硬件课程体系中最重要的课程；应用层中，主要以EDA技术和嵌入式技术为核心，设置了“数字系统设计”、“单片机技术”等课程，且每门课程都配有相应的实践性环节。

3.2改革教学内容和教学体系。

传统的课程体系是电路原理―器件―硬件搭试―制作样机。引入EDA技术后的新的体系应是电路原理―仿真―实验制作。对分立器件的阐述越来越少，要求越来越低，部分教学内容在课程之间应进行重新划分或缩减，如数字电路中脉冲电路可划归模拟电子。对于高职电类专业的整个EDA教学过程来说，还应分层次确定目标。专业基础课作为第一层次，通过EDA教学达到的目标是分析为主，设计为辅。相关课程设计和部分专业要上升到第二层次，即以设计为主。毕业设计作为第三层次，要求全面地掌握EDA工具，最终要达到“留板（PCB板）”或“流片（专用集成电路芯片）”的水平。

EDA技术使每门硬件类课程的教学内容、教学重点都应作一定的改变。如电路原理课程，电路分析中技巧性的解题方法可不作要求，令师生头痛的复杂性难题可由仿真软件去解决，教学的重点完全放到电路的一般原理、定理、定律和基本分析方法上。教学内容变化最大的是数字电路课程，PLD技术的引入彻底改变了传统的课程内容，使得该课程的重点由分析转为设计，不仅涉及硬件，而且涉及软件编程，使软硬件设计高度渗透，紧密结合。

硬件技术基础课程大体相当于过去的“微机原理”、接口技术等课程，但有许多不同之处，其中最重要的区别是，不以某一个计算机为背景，而是集中阐述各计算机共同的基本原理，特别注重系统的概念和接口的设计，并不断增添关于新技术的内容，使教学体系具有先进性和实用性。“单片机技术”是一门实用性和应用性很强的课程，该课程在原来介绍的单片机的原理及其应用的基础上，增加了嵌入式系统的内容，课程内容包括单片机原理、单片机测控系统应用、嵌入式系统技术三大模块组成，使学生对当前嵌入式系统的发展及应用有所了解。“数字系统设计”课程主要从拓宽学生的知识面，提高学生的应用能力和工程应用能力出发，课程内容主要包括数字系统设计的基本方法和数字系统设计的工程应用实例。在这些课程中，都涉及到硬件系统的设计，在设计我们应充分应用EDA设计方法，把EDA技术融合到相应的硬件系统设计中去。

3.3加强EDA教学实验环境建设，改革教学和实验手段。

3.3.1硬件类课程的重要特点之一是工程性、实际性很强，因此实验教学是课程教学的一个很重要的环节。近年来，高职电类专业硬件课程实验教学改革取得了一些进展，但进展缓慢，主要体现在以下两个方面。

3.3.1.1从实验教学内容看，电子信息类专业在实验的开设上，只考虑了增加实验学时，增大综合性、设计型实验比例，但这无法从根本上满足培养创新型人才的需要。

3.3.1.2从实验平台建设来看，一方面是产业发展所带来的对高职电类专业人才的巨大需求，使得这类专业教育资源的严重匮乏，其中尤以投入相对较大的实验教学条件的匮乏更为突出。另一方面是以某门课程为对象建设的实验环境无法最大化利用；平台的局限，严重制约了该类专业的发展，成为人才培养的瓶颈。

因此，利用EDA技术，改革高职电类专业的实验模式，研究硬件类课程之间的关系，设计系统的实验教学体系，对培养具有创新能力的高素质应用型人才将起决定性作用。

3.3.1.3EDA技术可以将那些分散的硬件类课程有机地连接起来，构建涵盖硬件课程的阶段性、层次化的、系统的实验体系。具体可构建如下层次的实验教学体系。第一层次为基础层实验，涉及常用电路的分析和设计，包括功能验证型实验、一些常规的设计性实验等。第二层次为系统层次实验，能够实现硬件系统的各种组成部件或整机系统，追求硬件系统结构的优化和性能的提高，培养学生进行性能分析和测试的能力。第三层次为应用层次实验，主要完成嵌入式系统的硬件、软件的设计和软硬件综合设计，使学生能熟练进行嵌入式系统应用程序开发和运用嵌入式操作系统进行任务调度和管理，最终设计出一个完整的嵌入式系统。

3.3.3在不同的学习阶段，学生学习了相应的硬件类课程后，就可以采用EDA技术，自行设计与本课程相关的电路，通过此过程，学生的自主设计能力和创新意识将得到极大提高。将EDA技术的应用贯穿于硬件课程的实验教学中，主要有以下作用。

3.3.3.1EDA技术的应用是高职电类专业硬件体系实验教学的一个重要补充，通过设计的描述、软件仿真和时序分析，学生可以深化所学的硬件知识，更透彻地了解这些硬件的功能和结构，起到硬件体系实验教学的一个重要补充作用。

3.3.3.2解决了硬件设备台套数紧张与学生规模日益扩大之间的矛盾，由于EDA技术的特点，学生最初完全可以在计算机上借助EDA工具完成设计输入、编译、仿真和综合，最后再到实验台上进行编程下载和验证。在实验平台上，学生能够完成涉及多门硬件类课程的实验。采用这种模式，不需要很大的实验室，也无须与学生规模相配套的实验设备，实现了硬件资源的集约化利用。

3.3.3.3有利于随时更新硬件实验内容，开设自主性、综合性、创新性实验，硬件技术的发展日新月异，传统的实验装置无法紧跟其发展，而借助于EDA技术，教师可以跟踪先进技术的发展，把EDA技术融合到其他硬件课程中，多开设一些自主性、综合性、创新性实验。不仅如此，EDA软件还可以充分发挥学生的想象力和创造力设计出他们感兴趣的电路来，而不会受客观条件的约束，使学生能够应用EDA技术完成硬件的原型设计，也可进行设计工具方面创新课题的研究，这无疑对培养创新性人才起着重要的作用。

4.结语

EDA技术以其鲜明的时代特征、不可阻挡的科技诱惑走入我们的教学，并为开放性实验室建设提供了一种强有力的辅助手段，EDA技术必将给学生以极大的创造空间，强化学生在教学活动中的主体地位，有利于学生创新思维和创新能力的培养，有利于学生个性和才能的全面发展。通过EDA技术和硬件系列课程体系融合的实践，我校培养的学生也受到人才市场的欢迎。EDA技术是一种精神，更是一种理念，特别对以培养“应用型”人才为主导的高职院校，必须抓住当前大好时机，采用新技术、新方法来培养学生、锻炼学生，为创新人才的脱颖而出创造条件。

参考文献：

［1］朱正伟等.EDA技术及其应用.清华大学出版社，2006.

［2］夏益民. 电子设计自动化技术发展对电子类专业教学的影响. 广东工业大学学报（社会科学版），2005，（9）：242-246.

［3］谢云等. 现代电子技术实践课程指导. 北京:机械工业出版社，2003：193-220.

［4］田建艳，夏路易. EDA 支持下的电子技术教学实践. 教育理论与实践，2005，（6）：54-55.

［5］曹晓莉，江朝元.电子信息类专业实践教学改革初探。重庆工商大学学报（自然科学版）2007，（4）：208-209.

［6］万晓冬等.计算机硬件系列课程体系改革探讨。电气电子教学学报，2007，（4）：4-6.