電子設(shè)計(jì)自動化論文

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電子設(shè)計(jì)自動化論文范文第1篇

1.1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的內(nèi)容

該電子設(shè)計(jì)自動化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，不僅要能夠?qū)崿F(xiàn)基本數(shù)字電路功能，而且還要能夠?qū)崿F(xiàn)部分中規(guī)模和大規(guī)模的數(shù)字電路功能。具體設(shè)計(jì)內(nèi)容包括以下這些：（1）數(shù)字時鐘的設(shè)計(jì)。（2）LED16×16點(diǎn)陣控制器的設(shè)計(jì)。（3）數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)。（4）實(shí)現(xiàn)搶答器數(shù)字系統(tǒng)。（5）實(shí)現(xiàn)電子密碼鎖數(shù)字系統(tǒng)。（6）實(shí)現(xiàn)三色交通指揮燈控制器的數(shù)字系統(tǒng)。（7）實(shí)現(xiàn)簡易電子琴的數(shù)字系統(tǒng)。（8）實(shí)現(xiàn)三層電梯控制器的數(shù)字系統(tǒng)。

1.2實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

該電子設(shè)計(jì)自動化實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)是基于FPGA/CPLD器件,主要包括四部分，即信號發(fā)生模塊、輸出信息的顯示模塊、擴(kuò)展模塊、FPGA/CPLD芯片通用適配座及芯片編程下載電路。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用了通用適配板與系統(tǒng)功能板分離的結(jié)構(gòu)方式。通用適配板具有完整的下載電路,既可插在系統(tǒng)功能底板上使用,也可單獨(dú)工作。

1.3實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)

根據(jù)電路功能，將其劃分為兩部分，即通用適配板電路和系統(tǒng)功能板電路。這兩部分通過芯片適配接口進(jìn)行連接。1.3.1系統(tǒng)功能板電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能板電路設(shè)計(jì)如圖1，下面是各個模塊的介紹：（1）7段數(shù)碼管模塊,用于實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字顯示，例如計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)結(jié)果的顯示、頻率計(jì)的頻率顯示、數(shù)字鐘表的時問顯示及搶答器的倒計(jì)時顯示等。（2）紅綠燈電路模塊,用于紅綠燈的電路實(shí)驗(yàn)。（3）LED指示電路模塊,用來顯示組合邏輯電路實(shí)驗(yàn)的輸出電平的高低。（4）點(diǎn)陣模塊,用來顯示點(diǎn)陣輸出。（5）時鐘電路,提供時序邏輯電路的CLK。（6）狀態(tài)機(jī)電路,由FPGA相應(yīng)的I/O口和狀態(tài)指示電路組成，用于序列信號發(fā)生器、告警器等的設(shè)計(jì)。（7）蜂鳴器模塊。一部分是音樂片電路,當(dāng)有人搶答時該電路可以放一小段音樂來告知有人搶答；第二部分是電子琴電路,由FPGA送出一定的樂譜頻率，在揚(yáng)聲器上發(fā)出相應(yīng)的譜音。音樂片和電子琴電路通過一個DIP2的撥動開關(guān)來選擇。（8）鍵盤電路模塊，該模塊用于選擇電子琴的數(shù)字系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、搶答器數(shù)字系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、電子密碼鎖數(shù)字系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。（9）DIP開關(guān)電路,提供輸入端的高、低電平。（10）液晶顯示電路。2.3.2通用適配板的電路設(shè)計(jì)通用適配板由CPLD芯片、下載電路、擴(kuò)展接口電路等部分組成。通用適配板結(jié)構(gòu)框圖見圖2。

2結(jié)束語

電子設(shè)計(jì)自動化論文范文第2篇

1.電氣工程自動化的現(xiàn)狀缺乏較強(qiáng)的系統(tǒng)集成性對于電氣自動化的整體功能而言，系統(tǒng)集成為主要的發(fā)展趨勢，是必然的發(fā)展趨勢。對于當(dāng)前的電氣自動化，存在多島自動化的結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)為相互獨(dú)立、互不影響、性能單一、信息具有較高的集中性，很難發(fā)揮電氣機(jī)動化的整體功能。電氣自動化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)存在不一致性對于電氣自動化的發(fā)展，其主要目標(biāo)是形成便捷、有效的電氣工程師，建立完善的自動化體系。但是，在當(dāng)前的行業(yè)內(nèi)，缺乏完善的架構(gòu)，對網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)識不深入，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)存在差異性，使得借助網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)而發(fā)展起來的電氣工程自動化在未來發(fā)展的道路上受到嚴(yán)重阻礙。同時，不同的主體在使用信息軟件的過程中，出現(xiàn)接口不匹配的問題，給信息的有效交流造成的障礙，影響了數(shù)據(jù)在不同主體之間的分享，在很大程度上破壞了系統(tǒng)運(yùn)行中的實(shí)際效果。

2.對電氣自動化進(jìn)行的積極改進(jìn)立足科技，電氣自動化要充分運(yùn)用新技術(shù)，注重實(shí)用性，開發(fā)新產(chǎn)品，運(yùn)用新材料。在具體實(shí)踐過程中，要側(cè)重自主研發(fā)和創(chuàng)新，將節(jié)能作為重中之重，提出節(jié)能降耗，在運(yùn)行中使用新工藝和新工具，重視思想的創(chuàng)新，尤其是注重網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的應(yīng)用，不斷更新，促進(jìn)與自動化技術(shù)的有機(jī)整合。從信息方面進(jìn)行考慮，電氣自動化的信息化主要突出信息技術(shù)的重要作用。對于設(shè)備的研發(fā)和制造要廣泛采用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)，加快智能化的發(fā)展速度，在電氣工程中，加重網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的使用。

二、電氣工程自動化系統(tǒng)中節(jié)能技術(shù)的體現(xiàn)

選擇合理的變壓器變壓器的損耗會造成電能的浪費(fèi)，但是，其使用范圍有很廣，因此，要注重對變壓器的類型的選擇。首先要注重變壓器自身的能耗，其次，要注重節(jié)能性，減少有功功率的耗損。降低傳輸進(jìn)行中電能的損失電能在傳輸?shù)倪M(jìn)行中，能量損耗無法避免。但是，根本的方式是減小電阻。首先，要重視導(dǎo)線的布局，防止出現(xiàn)彎路，縮短導(dǎo)向的長度；其次，導(dǎo)線材料要進(jìn)行電阻率較??；再次，在統(tǒng)一的條件下，選擇橫截面積較大的導(dǎo)線；最后，靠近負(fù)載中心，減少實(shí)際供電的距離。選擇有源濾波器在實(shí)際操作過程中，要借助對諧波的去除，降低誤操作的頻率，其根本途徑就是使用濾波器。

三、節(jié)能設(shè)計(jì)在電氣自動化中的具體應(yīng)用

1.不斷提升電氣系統(tǒng)的運(yùn)行效率在進(jìn)行電氣設(shè)備選擇的時候，要注重其節(jié)能的特性，目的是為后期的節(jié)能功能奠定基礎(chǔ)。同時，還可以對無功功率進(jìn)行補(bǔ)償，對運(yùn)行負(fù)荷進(jìn)行有效均衡，減少電能輸送過程中的損失，這些做法的目的都是為了提升節(jié)能的效果，也可以在設(shè)計(jì)中，對負(fù)荷值進(jìn)行合理調(diào)整，運(yùn)用科學(xué)的設(shè)計(jì)參數(shù)。這樣做的目的是確保系統(tǒng)安裝和運(yùn)行進(jìn)行中，電源的高效、綜合地運(yùn)用，增強(qiáng)設(shè)備運(yùn)行效率，降低能耗。

2.對配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行不斷優(yōu)化電力系統(tǒng)的功能就是為系統(tǒng)安裝提供必須的動力。因此，在具體的配電設(shè)計(jì)中，最基本的就是充分考慮適用性，保障對電氣設(shè)備的有效控制，與此同時，要達(dá)到用電設(shè)備對供電設(shè)備的綜合要求，對各種不良因素進(jìn)行有效控制。在配電工程中，在達(dá)到設(shè)備有效運(yùn)行的基本要求外，還要保障整個電力系統(tǒng)的全面、可靠、穩(wěn)定的運(yùn)行，促進(jìn)系統(tǒng)的靈活性，保障操作的便捷性。另外，要全面考慮系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。要重視導(dǎo)線的絕緣性能，在進(jìn)行布線的過程中，要保障合理的絕緣距離，以提升導(dǎo)線的穩(wěn)定性，提升配電和用電的安全性。另外，要做好接地，安排和設(shè)置防雷設(shè)施。

四、結(jié)束語

電子設(shè)計(jì)自動化論文范文第3篇

英文名稱：Journal of Computer-Aided Design & Computer Graphics

主管單位：中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會

主辦單位：中國計(jì)算機(jī)學(xué)會

出版周期：月刊

出版地址：北京市

語

種：中文

開

本：大16開

國際刊號：1003-9775

國內(nèi)刊號：11-2925/TP

郵發(fā)代號：82-456

發(fā)行范圍：國內(nèi)外統(tǒng)一發(fā)行

創(chuàng)刊時間：1989

期刊收錄：

SA 科學(xué)文摘(英)(2009)

CBST 科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)速報(日)(2009)

Pж(AJ) 文摘雜志(俄)(2009)

EI 工程索引(美)(2009)

中國科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫(CSCD―2008)

核心期刊：

中文核心期刊(2008)

中文核心期刊(2004)

中文核心期刊(2000)

中文核心期刊(1996)

期刊榮譽(yù)：

第三屆(2005)國家期刊提名獎期刊

聯(lián)系方式

期刊簡介

《計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報》（月刊）創(chuàng)刊于1989年，是由中國計(jì)算機(jī)學(xué)會主辦的我國CAD和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域第一個公開出版的學(xué)術(shù)刊物。該刊以快速傳播CAD與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域的知識與經(jīng)驗(yàn)為目的，刊登有創(chuàng)新的學(xué)術(shù)論文，報導(dǎo)最新科研成果和學(xué)術(shù)動態(tài)，及時反映該領(lǐng)域發(fā)展水平與發(fā)展方向。讀者對象為從事CAD和計(jì)算機(jī)圖形及其他有關(guān)學(xué)科的科研、工程技術(shù)人員及高等院校師生。

電子設(shè)計(jì)自動化論文范文第4篇

【關(guān)鍵詞】電子工程設(shè)計(jì) EDA技術(shù) 研究分析

隨著電子技術(shù)的發(fā)展革新，應(yīng)用系統(tǒng)逐步朝向大容量、小型化、快速化的方向發(fā)展。數(shù)字化的設(shè)計(jì)系統(tǒng)也逐步由組合芯片向單片系統(tǒng)發(fā)展。EDA技術(shù)不僅帶來了電子產(chǎn)品領(lǐng)域和系統(tǒng)開發(fā)的革命性變革，這也是科技發(fā)展與提高的必然產(chǎn)物。對于EDA技術(shù)的了解和對其在電子工程設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵性分析都是十分有意義的。

1 EDA技術(shù)概述

所謂EDA技術(shù)，就是電子設(shè)計(jì)自動化，由CAE、CAD、CAM等計(jì)算機(jī)概念發(fā)展出現(xiàn)。EDA技術(shù)以計(jì)算機(jī)為主要工具，集合了圖形學(xué)、數(shù)據(jù)庫、拓?fù)溥壿?、?yōu)化理論、計(jì)算數(shù)學(xué)、圖論等學(xué)科，形成最新的理論體系，是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、電路理論、信號處理和信號分析的結(jié)晶。現(xiàn)代化的EDA技術(shù)具備很多特點(diǎn)，普遍采用了“自頂向下”的程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證了設(shè)計(jì)方案的整體優(yōu)化，EDA技術(shù)的自動化程度更高，在設(shè)計(jì)過程中能夠進(jìn)行各類級別的調(diào)試、糾錯和仿真，設(shè)計(jì)者能夠及時發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的錯誤，避免了設(shè)計(jì)上的工作浪費(fèi)，設(shè)計(jì)人員也能拋開細(xì)枝末節(jié)的問題，將更多精力集中于系統(tǒng)開發(fā)，保證了設(shè)計(jì)的低成本、高效率、循環(huán)快、周期短。EDA技術(shù)還能實(shí)現(xiàn)并行操作，建立起并行工程框架的結(jié)構(gòu)環(huán)境，支持更多人同時并行電子工程的技術(shù)開發(fā)和設(shè)計(jì)。

2 EDA技術(shù)發(fā)展

電子工程設(shè)計(jì)的EDA技術(shù)自出現(xiàn)以來，大致可以分為三個歷史時期：

2.1 初級階段

大約在二十世紀(jì)的七十年代，早期的EDA技術(shù)處于CAD階段，出現(xiàn)了小規(guī)模的集成電路，由于傳統(tǒng)手工在制圖設(shè)計(jì)中的集成電路和集成電路板的花費(fèi)大、效率低、周期長，借助于計(jì)算機(jī)技術(shù)的設(shè)計(jì)印刷，采取了CAD工具實(shí)現(xiàn)布圖布線的二維平面編輯和分析，取代了高重復(fù)性的傳統(tǒng)工藝。

2.2 發(fā)展階段

到了二十世紀(jì)八十年代，EDA技術(shù)進(jìn)入了發(fā)展完善的階段。集成電路的規(guī)模逐漸擴(kuò)大，電子系統(tǒng)日益復(fù)雜化，人們深入研究軟件開發(fā)，將CAD集成為系統(tǒng)，加強(qiáng)了電路的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和功能設(shè)計(jì)，這一時期的EDA技術(shù)已經(jīng)開始延伸到半導(dǎo)體芯片設(shè)計(jì)的領(lǐng)域。

2.3 成熟階段

經(jīng)過了長期的發(fā)展，直至二十世紀(jì)九十年代，微電子技術(shù)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，單個芯片的集成就能夠達(dá)到幾百萬或是幾千萬甚至上億的晶體管，這種科技現(xiàn)狀對EDA技術(shù)提出更高的要求，推動了EDA技術(shù)的發(fā)展。各類技術(shù)公司陸續(xù)開發(fā)出大規(guī)模EDA軟件系統(tǒng)，出現(xiàn)了系統(tǒng)級仿真、高級語言描述和綜合技術(shù)的EDA技術(shù)。

3 EDA技術(shù)軟件

3.1 EWB軟件

所謂EWB是一種基于PC的電子設(shè)計(jì)軟件，具備了集成化工具、仿真器、原理圖輸入、分析、設(shè)計(jì)文件夾、接口等六大特點(diǎn)。

3.2 PROTEL軟件

該技術(shù)軟件廣泛應(yīng)用了Prote199，主要由電路原理圖的設(shè)計(jì)系統(tǒng)和印刷電路板的設(shè)計(jì)系統(tǒng)兩大部分組成。高層次的設(shè)計(jì)技術(shù)在近年的國際EDA技術(shù)領(lǐng)域開發(fā)、研究、應(yīng)用中成為熱門課題，并且迅速發(fā)展，成果顯著。該領(lǐng)域主要包括了硬件語言描述、高層次模擬、高層次的綜合技術(shù)等，伴隨著科技水平的提升，EDA技術(shù)也必然會朝向更高層次的自動化設(shè)計(jì)技術(shù)不斷發(fā)展。

4 EDA在電子工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用技術(shù)流程

近年來的EDA技術(shù)深入到了各個領(lǐng)域，包括了通信、醫(yī)藥、化工、生物、航空航天等等，但是在電子工程設(shè)計(jì)的領(lǐng)域中應(yīng)用的最為突出，主要利用了EDA技術(shù)為虛擬儀器的測試產(chǎn)品提供了技術(shù)支持。EDA技術(shù)在電子工程設(shè)計(jì)的領(lǐng)域中，主要應(yīng)用于了電路設(shè)計(jì)仿真分析、電路特性優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面。主要的技術(shù)流程如下：

4.1 源程序

通常情況下，電子工程設(shè)計(jì)首要的步驟就是通過EDA技術(shù)領(lǐng)域中的器件軟件，利用了文本或者是圖形編輯器的方式來進(jìn)行展示。不管是圖形編輯器或者是文本編輯器的使用，都需要應(yīng)用EDA工具進(jìn)行排錯和編譯的工作，文件能夠?qū)崿F(xiàn)格式的轉(zhuǎn)化，為邏輯綜合分析提供了準(zhǔn)備工作。只要輸入了源程序，就能夠?qū)崿F(xiàn)仿真器的仿真。

4.2 邏輯綜合

在源程序中應(yīng)用了實(shí)現(xiàn)了VHDL的格式轉(zhuǎn)化之后，就進(jìn)入了邏輯綜合分析的環(huán)節(jié)。運(yùn)用綜合器就能夠?qū)㈦娐吩O(shè)計(jì)過程中使用的高級指令轉(zhuǎn)換成層次較低的設(shè)計(jì)語言，這就是邏輯綜合。通過邏輯綜合的過程，這可以看作是電子設(shè)計(jì)的目標(biāo)優(yōu)化過程，將文件輸入仿真器，實(shí)施仿真操作，保持功效和結(jié)果的一致性。

4.3 時序仿真

在實(shí)現(xiàn)了邏輯綜合透配之后，就可以進(jìn)行時序仿真的環(huán)節(jié)了，所謂的時序仿真指的就是將基于布線器和適配器出現(xiàn)的VHDL文件運(yùn)用適當(dāng)?shù)氖侄蝹鬟_(dá)到仿真器中，開始部分仿真。VHDL仿真器考慮到了器件特性，所以適配后的時序仿真結(jié)果較為精確。

4.4 仿真分析

在確定了電子工程設(shè)計(jì)方案之后，利用系統(tǒng)仿真或者是結(jié)構(gòu)模擬的方法進(jìn)行方案的合理性和可行性研究分析。利用EDA技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)環(huán)節(jié)的函數(shù)傳遞，選取相關(guān)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行仿真分析。這一系統(tǒng)的仿真技術(shù)同樣可以運(yùn)用到其他非電子工程專業(yè)設(shè)計(jì)的工作中，能夠應(yīng)用到方案構(gòu)思和理論驗(yàn)證等方面。

5 結(jié)束語

伴隨著科學(xué)的發(fā)展，技術(shù)的革新，EDA技術(shù)的領(lǐng)域也在向高層次的技術(shù)推廣和開發(fā)，成效十分顯著。本篇論文我們對EDA技術(shù)的相關(guān)信息進(jìn)行了詳細(xì)的分析很研究，研究表明，EDA技術(shù)對于我國的電子工程設(shè)計(jì)改革具有巨大的推動力，基于EDA技術(shù)領(lǐng)域的電子產(chǎn)品在專業(yè)化程度和使用性能上都要比傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案制造的產(chǎn)品更加優(yōu)化。將EDA技術(shù)應(yīng)用到電子工程設(shè)計(jì)的領(lǐng)域當(dāng)中，對于電子產(chǎn)品的優(yōu)化和工作效率的提高以及產(chǎn)品附加值的拓展都有很大的作用。

參考文獻(xiàn)

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[3]徐冠宇.淺談電子工程設(shè)計(jì)的EDA技術(shù)[J].中國科技縱橫,2011(9):328.

電子設(shè)計(jì)自動化論文范文第5篇

關(guān)鍵詞：數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)；電子設(shè)計(jì)自動化；可編程邏輯器件；教學(xué)改革；實(shí)踐教學(xué)

作者簡介：何樂生（1977-），男，白族，云南昆明人，云南大學(xué)信息學(xué)院，副教授；余鵬飛（1975-），男，云南昆明人，云南大學(xué)信息學(xué)院，副教授。（云南 昆明 650091）

基金項(xiàng)目：本文系2013年云南大學(xué)本科實(shí)踐教學(xué)能力提升項(xiàng)目的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）02-0115-02

“數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)”是計(jì)算機(jī)及其相關(guān)專業(yè)承前啟后的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程介紹計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)——數(shù)字電路的原理以及設(shè)計(jì)方法，是“計(jì)算機(jī)組成原理”、“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”等后續(xù)專業(yè)核心課程的必要基礎(chǔ)。

在就業(yè)形勢嚴(yán)峻的背景下，社會和學(xué)生都對課程的內(nèi)容及其實(shí)用性提出了更高的要求。計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生往往將自己未來的職業(yè)規(guī)劃定位于軟件開發(fā)，因此認(rèn)為“數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)”課程沒有太大用處，出現(xiàn)輕視的思想。另外，大部分高校仍以已經(jīng)過時的小規(guī)模通用集成電路作為主要教學(xué)內(nèi)容，進(jìn)一步加深了學(xué)生對“數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)”課程無用的錯誤認(rèn)識。怎樣合理地將基于EDA技術(shù)的現(xiàn)代數(shù)字邏輯系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法引入課堂和實(shí)踐教學(xué)；將“數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)”課程內(nèi)容和計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生感興趣的東西結(jié)合，提高學(xué)習(xí)積極性，為將來從事相關(guān)領(lǐng)域的工作打下必要的硬件基礎(chǔ)，成為了“數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)”課程改革必須解決的問題。[1-3]

一、目前教學(xué)工作中存在的問題及其成因

近年來，以數(shù)字技術(shù)為核心的半導(dǎo)體技術(shù)獲得了飛躍式的發(fā)展，其功能和復(fù)雜程度呈幾何級數(shù)增長。與之對應(yīng)的是設(shè)計(jì)技術(shù)的規(guī)?；驼?guī)化，軟、硬件開發(fā)人員的職責(zé)劃分越來越明顯。作為偏軟件方向的計(jì)算機(jī)專業(yè)的課程，“數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)”的教學(xué)內(nèi)容、體系、方法以及實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)也應(yīng)隨之改變，以培養(yǎng)具有獨(dú)立工作能力，滿足行業(yè)需求的高素質(zhì)人才。與此相反地，當(dāng)前該課程依然沿用幾十年來形成的精英式的大學(xué)教育思路，過于強(qiáng)調(diào)知識體系和理論深度，而放松對學(xué)生運(yùn)用新知識進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)的能力的培養(yǎng)。另外，“數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)”與“電子工程”、“通信工程”等偏硬件專業(yè)的“數(shù)字電路”課程過于相似，強(qiáng)調(diào)電路的物理基礎(chǔ)，輕視從宏觀的系統(tǒng)層面對數(shù)字系統(tǒng)認(rèn)識，導(dǎo)致教學(xué)效果不理想。筆者總結(jié)具體原因有以下幾點(diǎn)。

1.教學(xué)內(nèi)容脫離工程實(shí)際和學(xué)生實(shí)際情況

在嚴(yán)峻的就業(yè)形勢下，學(xué)生都很關(guān)心學(xué)習(xí)所學(xué)課程到底能做什么，為自己提供怎樣的競爭力。隨著EDA技術(shù)的高度發(fā)展，基于CPLD和FPGA等可編程邏輯器件的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)已成為主流技術(shù)。然而目前大部分教材仍然采用傳統(tǒng)理論教科書的編寫方式，以“講理”為主，過分強(qiáng)調(diào)雙極性工藝的74系列門電路的實(shí)現(xiàn)方式，對EDA技術(shù)涉及不多。如果教師仍然采用“填鴨式”教學(xué)方法教授已經(jīng)過時的知識，自然無法調(diào)動學(xué)生的積極性。

2.對不同專業(yè)的差異化教學(xué)問題注意不足

在軟、硬件設(shè)計(jì)分工差異化的大背景下，應(yīng)該將“數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)”的教學(xué)重點(diǎn)放在系統(tǒng)級的設(shè)計(jì)，而對于門級電路的設(shè)計(jì)則只需要達(dá)到“知其然”的程度。在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)體系、教學(xué)方法以及實(shí)驗(yàn)等具體教學(xué)環(huán)節(jié)上，應(yīng)與“電子工程”、“通信工程”等偏硬件專業(yè)保持合理的差異化。

3.實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容陳舊，無法滿足社會對計(jì)算機(jī)人才的需求

當(dāng)前實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容多為驗(yàn)證74系列芯片的功能，而計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的課程定位應(yīng)是“理解計(jì)算機(jī)底層工作原理”，這種基于中小規(guī)模集成電路的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)顯然與專業(yè)定位不吻合。

4.連線式的數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱（板），無法使學(xué)生建立對現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)的感性認(rèn)識

高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)設(shè)備多采用“傻瓜式”的設(shè)計(jì)思路，即將實(shí)驗(yàn)電路盡量“功能化”和“模塊化”，學(xué)生只需要在不同功能模塊之間連線即可完成硬件設(shè)計(jì)。誠然，這在降低了實(shí)驗(yàn)難度的同時，提高了實(shí)驗(yàn)速度，降低了教師講授實(shí)驗(yàn)課和維護(hù)實(shí)驗(yàn)室的難度。但 “連線式”的設(shè)計(jì)使學(xué)生不明白實(shí)驗(yàn)箱（板）上分離的一個個插孔是如何構(gòu)成系統(tǒng)的，更無從談到對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的感性認(rèn)識。[2]

5.課程考核方式不科學(xué)

部分學(xué)生采用死記硬背的方式“對付”期末考試，常常出現(xiàn)“高分低能”現(xiàn)象。評價方式在無形中造成學(xué)生對實(shí)踐環(huán)節(jié)學(xué)習(xí)的輕視心理，部分學(xué)生的學(xué)習(xí)以成績合格為目標(biāo)，忽視能力的獲得。

二、“數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)”的教學(xué)改革方案

綜合考慮上述問題，筆者所在的教學(xué)團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，合理地取舍原有教學(xué)內(nèi)容并將EDA技術(shù)引入教學(xué)，是提升教學(xué)水平和學(xué)習(xí)積極性的有效手段，并進(jìn)行了一系列教改嘗試。

1.結(jié)合學(xué)科發(fā)展和學(xué)生實(shí)際情況，合理優(yōu)化課堂教學(xué)內(nèi)容，提升其實(shí)用性

如前所述，數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)已經(jīng)進(jìn)入電子設(shè)計(jì)自動化的“EDA時代”，作為計(jì)算機(jī)專業(yè)的課程，更有必要對傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容有所取舍，做到“有所為，有所不為”。一方面，在保證為后續(xù)課程提供必要基礎(chǔ)知識的同時，對于陳舊過時的理論加以揚(yáng)棄；另一方面，必須對于近年來出現(xiàn)的，改變行業(yè)面貌的新技術(shù)有所涉及。

在傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容的選取上，應(yīng)秉承“必須”和“夠用”的原則，[4，5]對后續(xù)課程較難理解的“組合、時序邏輯電路分析、設(shè)計(jì)方法”、“半導(dǎo)體存儲器”等內(nèi)容應(yīng)保留較多的課堂教學(xué)時間，而對于“門電路的實(shí)現(xiàn)方法”、“競爭與冒險”等內(nèi)容，則應(yīng)大幅度地降低課堂教學(xué)時數(shù)?？傮w來講，基本取消了74系列中小規(guī)模器件的課堂教學(xué)時間，而將時間用于進(jìn)行“原則性”和“說理性”的教學(xué)，旨在幫助學(xué)生建立“計(jì)算機(jī)是由什么東西構(gòu)成的”、“設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)時采用了什么原理”等系統(tǒng)性的基本概念。

在EDA新技術(shù)的擴(kuò)展方面，教學(xué)團(tuán)隊(duì)根據(jù)計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生喜歡編程的特點(diǎn)，在教學(xué)中引入了硬件描述語言和可編程邏輯器件（PLD）兩方面的內(nèi)容。硬件描述語言Verilog HDL在語法上接近C語言，而C語言是計(jì)算機(jī)專業(yè)先修課程，學(xué)生掌握起來較容易。課堂教學(xué)采用了傳統(tǒng)內(nèi)容和描述語言穿行的方式，既保證了教學(xué)進(jìn)度，又能防止學(xué)生出現(xiàn)“硬件描述語言和實(shí)際電路脫鉤”的通病。可編程邏輯器件的教學(xué)，則安排在傳統(tǒng)教學(xué)方案中進(jìn)行“門電路實(shí)現(xiàn)”的學(xué)時進(jìn)行，并將可編程邏輯器件的教學(xué)重點(diǎn)放在介紹CPLD和FPGA的原理及其常見問題。根據(jù)學(xué)生實(shí)際情況，還引入數(shù)字電路在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)例，以提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如：加法器、乘法器的實(shí)現(xiàn)，點(diǎn)陣LED顯示屏的顯示與控制，PS/2鼠標(biāo)鍵盤控制等內(nèi)容，不但能幫助學(xué)生建立學(xué)以致用的學(xué)風(fēng)，而且能夠很好地回答學(xué)生“‘?dāng)?shù)字邏輯設(shè)計(jì)’課程有什么用”這樣的問題，提高了學(xué)習(xí)積極性。

2.根據(jù)計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)學(xué)生實(shí)際情況，改革實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容和手段

基于實(shí)驗(yàn)箱的實(shí)驗(yàn)存在諸多問題：首先，不利于學(xué)生建立系統(tǒng)觀念，而將思路束縛于微小且具體的局部問題。其次，將“培養(yǎng)動手能力”這一廣義的命題，狹隘地局限為“能夠正確地完成連線”，不符合能力培養(yǎng)的要求。且在實(shí)際實(shí)驗(yàn)過程中，由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備長期使用，往往由于接觸不良等非關(guān)鍵因素造成實(shí)驗(yàn)失敗，使學(xué)生失去學(xué)習(xí)興趣。針對實(shí)踐教學(xué)中凸顯的問題，教研組采取了以下措施。

首先，將ModelSim和Multisim等EDA仿真軟件引入實(shí)踐教學(xué)。由于數(shù)字電路的仿真技術(shù)已經(jīng)非常成熟，仿真結(jié)果和實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本相同。采用軟件仿真工具能夠?qū)W(xué)生從大量的連線工作中解脫出來，把精力集中在“數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)”本身，提高了實(shí)踐教學(xué)的效率，且方便學(xué)生實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的邏輯設(shè)計(jì)。

其次，采用FPGA作為實(shí)際動手的實(shí)驗(yàn)平臺，開發(fā)了一種符合計(jì)算機(jī)專業(yè)“數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)”教學(xué)需要的低成本FPGA實(shí)驗(yàn)板——Innovator_FPGA。在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中，首先指導(dǎo)學(xué)生利用該實(shí)驗(yàn)平臺，在Quartus II環(huán)境中首先采用原理圖輸入方式完成基本的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，以熟悉開發(fā)工具；然后采用硬件描述語言分別實(shí)現(xiàn)加法器、減法器、邏輯移位器等CPU必須的邏輯功能；最后指導(dǎo)學(xué)有余力的學(xué)生將上述模塊綜合為一個ALU（算術(shù)邏輯單元）。通過訓(xùn)練，學(xué)生們發(fā)現(xiàn)“數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)”與自己天天打交道的計(jì)算機(jī)有著如此密切的聯(lián)系，為將來的“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”課程打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.引導(dǎo)學(xué)生通過多種途徑學(xué)習(xí)，改革課程考核方式，培養(yǎng)自學(xué)能力和創(chuàng)新能力

電子信息技術(shù)發(fā)展迅速，任何人都無法在大學(xué)階段獲取一生所需的所有知識，學(xué)生必須培養(yǎng)自己的自學(xué)的能力。教師引導(dǎo)學(xué)生采取以下方式自學(xué)：

（1）通過網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)交流，推薦以下網(wǎng)站：可編程邏輯器件網(wǎng)（.cn）、周立功公司網(wǎng)站（）、水木清華（＼學(xué)術(shù)交流＼電路設(shè)計(jì)）以及Altera公司官網(wǎng)論壇等。

（2）參與各種競賽和學(xué)生課外科技活動，包括：全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽、挑戰(zhàn)杯和Atlera大學(xué)生論文競賽等。

（3）鼓勵學(xué)生參與國家級、省級和校級的學(xué)生科技立項(xiàng)活動。

另外，課程考核是引導(dǎo)學(xué)生培養(yǎng)創(chuàng)新能力的指揮棒，也是幫助教師糾正教學(xué)方法的重要手段。在參考兄弟院校經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，[4-6]教學(xué)團(tuán)隊(duì)逐漸形成了自己的考核方式：成績分為課程設(shè)計(jì)（占30%）、機(jī)考（占30%）、筆試（占40%）三個部分。其中課程設(shè)計(jì)部分要求學(xué)生在Innovator_FPGA實(shí)驗(yàn)板上設(shè)計(jì)具有一定功能的數(shù)字電路模塊，最后根據(jù)設(shè)計(jì)理念的創(chuàng)新性、功能的實(shí)現(xiàn)程度和書面報告三者綜合，給出課程設(shè)計(jì)成績。機(jī)考部分要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場完成一個簡單模塊的設(shè)計(jì)，以檢驗(yàn)其軟件仿真和調(diào)試能力。筆試部分則在減少客觀題型的基礎(chǔ)上，增加電路設(shè)計(jì)、HDL程序設(shè)計(jì)等主觀性題型的比例。

三、結(jié)論

在進(jìn)行課程改革的數(shù)年間，在上述一系列綜合措施的促進(jìn)下，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和創(chuàng)造激情得到了釋放。同學(xué)們紛紛在實(shí)驗(yàn)室和宿舍利用廉價的實(shí)驗(yàn)套件開展學(xué)習(xí)、競賽和科研活動，取得了一定的成績，獲得全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽國家級和省級獎項(xiàng)數(shù)十項(xiàng)，另外還獲得國家級大學(xué)生科研立項(xiàng)三項(xiàng)，挑戰(zhàn)杯科技作品競賽獲獎多項(xiàng)。越來越多的同學(xué)通過“數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)”課程的學(xué)習(xí)建立了現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)的概念，提高了自己的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)。

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