VHDL与微机接口设计教学改革初探

摘 要：探讨了研究生课程VHDL与微机接口设计的设置、课程教学方法的改革、实践教学方法等方面的改革尝试，以形成该课程的教学模式。通过教学改革，提高课程的教学效果，注重研究生微机接口设计综合能力的培养。

关键词：硬件描述语言；微机接口；教学改革

Teaching reform of VHDL and interface design for microcomputer

Zhang Junmei, Wang Donglin, Yan Fei, Kan Jiangming

Beijing forestry university, Beijing, 100083, China

Abstract: This paper focused on the teaching method, practice reforming of VHDL and interface design for microcomputer. The reform result is useful to improve the effect of the teaching and the design ability of the master student.

Key words: VHDL; interface design for microcomputer; teaching reform

我校机械电子工程、控制理论与控制工程及森林工程等学科的研究生在本科阶段均学过数字电路、微机原理及接口技术等相关课程，而对于电子设计自动化的内容掌握甚少，考虑到培养目标和学生就业的需要，我们将电子设计能力确定为机械电子工程、控制理论与控制工程学科研究生的主干辅助技能来培养，开设了VHDL与微机接口设计研究生课程，该课程将电子设计领域的流行技术―可编程逻辑器件设计与微机接口设计内容结合起来，主要学习可编程器件原理、硬件描述语言(VHDL)基础及其程序结构，并以常用的微机接口电路为核心讲述基于VHDL语言的数字系统电路设计方法，为设计大型复杂电路打下基础。从教学效果来看，学生的学习兴趣和电子设计技能得到了极大的提升。

1 课程教学方法改革

该课程每年春季开设，共32学时(其中课堂教学26学时，实践教学6学时)。由于该课程在教学过程中要求学生首先掌握VHDL语言基本语法及MAXPLUSII软件使用等基本知识，而且教学对象又是已经具备了一定学习技能的硕士研究生，所以在教学时绝不能照搬本科生以讲授为主的教学方法。

该课程在教学过程中要多次用到MAXPLUSII软件来仿真编程的结果，所以上课地点选择在我院专门的计算机仿真实验室，在授课过程中学生每人拥有一台电脑，可以打开MAXPLUSII软件并通过NETMEETING与任课教师同步进行相关VHDL语言基本语法、基本语句、程序结构等的仿真。这样教与学的方法可以保证学生边学边实践，比单纯讲述或演示更有效地提高学生的理解力。

针对研究生学习的特点，在教学过程中留大量课后查阅文献资料的作业(包括相关英文资料)，如有关芯片的内部结构资料、应用实例等均让学生利用1周时间分组查阅，下次上课分享所查阅的资料。如2011年春季教学时，学生准备了基于VHDL的楼梯灯控制、密码锁控制、分频器设计、数字钟设计等应用范例，以幻灯的形式汇报并进行分组讨论，通过这一环节对提高研究生分析问题、解决问题及讲解问题的能力起到了很好的锻炼作用。

在课程教学中，以大作业的形式要求学生完成一定的设计仿真，如编码器、奇偶校验器、数据选择器等，为后续的系统设计打下了良好的基础。

2 实践教学改革

2.1 实验教学的基本情况

该课程有6学时的实践教学环节，实验设备有北理工达盛的CPLD开发板和实验箱。在课堂教学的基础上，学生已经完全熟悉了VHDL语言以及相应接口(如并行接口芯片8255、定时器/计数器芯片8253)的设计。

2.2 实验教学的设计

在实验中，按照循序渐进的原则，首先要求学生在实验箱上完成简单的系统设计，如触发器、计数器、选择器等功能设计及实现，通过基础实验的设计，学生能够掌握程序编译链接、CPLD芯片管脚分配、下载调试等基本过程。在基础实验完成之后，要求学生进行综合系统的设计，如简单交通灯控制系统的设计、电子表系统设计等。在综合系统设计中要求学生完成电路图的设计、绘制，器件的采购及调试等。学生可以用CPLD开发板和通用板联合调试，如在调试设计的采集系统时，学生将12位A/D芯片等安装在通用板上，联合利用实验箱上的CPLD开发板、LED显示电路及按键输入电路等来完成数据采集的控制和显示，从而避免了不必要的焊接等工序，加快了调试的进度。该课程的实验环节要求学生结合自己的研究方向或专业领域相关课题的一部分控制任务来进行设计，如无线传感网络节点的设计、木材厚度检测等，此环节有利于拓宽学生的研究思路。

针对研究生的实验教学采用的都是以自主设计为主的方式，要求学生从题目中选择或自行提出设计问题，经过与任课教师讨论方案后分组独立完成，在整个实验过程中任课教师只就关键问题予以指导。在实验结束后，要求学生进行答辩并撰写详尽的设计报告。

通过这种层次化实验教学的培养，增强了学生学习该课程的兴趣、有效地提高了研究生的设计水平以及自主研究能力，同时也促使任课教师不断掌握电子设计自动化专业的前沿知识，拓宽了任课教师的教学思路。

3 考核环节建设

考虑到本课程的教学特点，改革考核办法，改变传统的考试重知识、轻能力轻技能的做法，将课堂仿真及实验内容纳入考核范围，不仅使学生学习效果的评价方法更加合理，同时也可以合理体现研究生通过软件的方法来高效地完成硬件设计方法以解决实际工程问题的能力和水平，促进研究生实践的积极性，提高研究生自主研究和创新实践的环境和氛围。具体的做法是，课堂仿真及作业占15%，实践考核中学生动手能力、答辩讲解中的表述能力等占20%，最终的考核环节占65%。通过多环节的考核，督促了学生主动学习的意识，端正了学生的学习态度。

4 通过教学交流，加强师资队伍建设

师资队伍的建设对教学过程的有效实施具有重要的作用，我们在课程体系建立的时候非常重视这方面的建设。通过参加相关课程的培训、走访著名高校、参加国际国内学术会议等促进教学交流，学习借鉴兄弟院校的教学、实践方面的举措，从而有效地提高我们的教学效果。随着我校2011版教学计划的修订，我们已经建立了电子设计自动化系列课程从本科教学到研究生教学的体系，教学团队中有3名教师具有博士学历。

5 结束语

通过各方面的改革探索，确定了研究生课程VHDL与微机接口设计的课程教学内容、教学方法及实践教学等环节的衔接及相关教学内容的修订，对提高研究生的设计水平以及自主研究能力起到很好的作用。

参考文献

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