在信息社會中，數(shù)字化是電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢，因此在電子信息及相關(guān)專業(yè)的教學中也越來越看重數(shù)字技術(shù)，數(shù)字電子技術(shù)作為數(shù)字技術(shù)中一門極其重要的學科基礎課在本科教學中很受重視。EDA（Electronic Design Automation）技術(shù)作為數(shù)字電子技術(shù)的延伸，已經(jīng)引入到電子信息類本科教學中。目前，單獨針對數(shù)字電子技術(shù)課程和EDA課程的教學改革比較多，但是對于將兩門課程結(jié)合起來有何優(yōu)勢的研究還有待教師探索。因此，通過使用常用的EDA工具軟件，結(jié)合實例，就數(shù)字電子技術(shù)與EDA技術(shù)相結(jié)合做一探討。

1 常用EDA工具軟件簡介

常用的EDA軟件有加拿大IlT公司推出的EWB（Electronics WorkBench），在EWB基礎上形成的Multisim以及美國Altera公司開發(fā)的Max+PlusⅡ。

目前，我校EDA實驗室所使用的軟件是美國Altera公司開發(fā)的Max+PlusⅡ，所以本文中的例子都是基于此平臺進行的。

Max+PlusⅡ（Multiple Array and Programming Logic User System）具有Windows操作系統(tǒng)的程序界面，采用全菜單操作和鼠標操作方式，是一個方便、易學易用、功能全面的EDA工具。Max+PlusⅡ支持原理圖、VHDL語言和Verilog語言文本文件，以及波形EDIF等格式化的文件作為設計輸入。使用Max+PlusⅡ進行電路設計的流程簡單，經(jīng)過設計輸入、設計編譯、設計仿真、下載即可完成。

2 數(shù)字電子技術(shù)與EDA技術(shù)相結(jié)合的幾點益處

2.1 將數(shù)字電子技術(shù)中難以實現(xiàn)的硬件設計轉(zhuǎn)換為軟件設計

在傳統(tǒng)的數(shù)字電子技術(shù)教學中，講授組合邏輯電路設計時，首先分析設計要求，按照要求列出真值表；然后進行邏輯函數(shù)表達式的化簡。得出表達形式最簡的輸出函數(shù)表達式，最后畫出邏輯圖。當輸入變量比較少時，這種方法無疑是簡單有效的，但是，當輸入變量比較多時，這種方法就顯得很吃力。下面以設計8位奇校驗電路為例進行說明。

若采用傳統(tǒng)的設計方案，首先需要畫出8變量真值表，8變量真值表需要28行（即256行），這就非常麻煩，而邏輯函數(shù)的化簡更是難上加難。如果借助Max+PlusⅡ軟件，使用VHDL語句，按照8位奇校驗邏輯功能，用軟件方法來實現(xiàn)硬件設計。

通過觀察可以看出，該仿真波形完全符合奇校驗邏輯功能。在Max+PlusⅡ軟件下進行綜合，可以得到8位奇校驗電路的邏輯符號，當其他的設計工作中需要用到8位奇校驗功能時，可以直接調(diào)用此元器件，不必重新設計，簡化了設計工作。

通過EDA技術(shù)實現(xiàn)數(shù)字電路設計，可以讓學生嘗試用軟件代替硬件，實現(xiàn)硬件電路軟件化。學生應用EDA技術(shù)除了可以實現(xiàn)小規(guī)模的電子電路設計，還可以通過對CPLD，FPGA編程，設計復雜的電路系統(tǒng)。

2.2 應用Max+PlusⅡ分析電路現(xiàn)象

在日常生活中，數(shù)字電路隨處可見，這就要求理論教學必須與實踐教學相結(jié)合，達到理論聯(lián)系實際的目的。但是通過總結(jié)學生的學習情況發(fā)現(xiàn)，學生并不能很好地將理論與實際聯(lián)系起來，特別是當學生設計好電路進行實驗時，經(jīng)常出現(xiàn)與他們自己分析的理論結(jié)果不一致的現(xiàn)象。如果單純的進行理論講解，難以讓學生理解清楚。如何把電路的工作過程形象地展示給學生，對于學生對電路現(xiàn)象的理解至關(guān)重要。

例如，在實驗課中使用集成電路74160設計一個模4計數(shù)器，模為4即說明計數(shù)器中應有4個狀態(tài)，共占有4個時鐘周期。在實驗過程中，采用異步清零法設計的學生發(fā)現(xiàn)，他們所設計的電路輸出狀態(tài)為000，001，010，011，100，其中，前4個狀態(tài)中每個狀態(tài)占用一個時鐘周期，第五個狀態(tài)中100的持續(xù)時間非常短，而后計數(shù)器的輸出狀態(tài)為000。面對這種實驗現(xiàn)象，單純從理論的角度出發(fā)講解，學生接受起來很困難。下面，以此為例，通過在Max+PiusⅡ平臺下進行原理圖設計和仿真分析，幫助學生進行電路現(xiàn)象的觀察。

可以看出，當ENT和ENP接高電平時，第一個計數(shù)脈沖到來時計數(shù)器從000開始計數(shù)，此后每來一個計數(shù)脈沖，計數(shù)器的輸出狀態(tài)加1，當?shù)谖鍌€計數(shù)脈沖（例如在170ns時）到來時，計數(shù)器的輸出為100。由于通過非門將QC信號反饋給CLRN，CLRN此時得到低電平，74160的異步清零端有效，則計數(shù)器立即被清零，計數(shù)器的輸出狀態(tài)為000，回到計數(shù)器的初始狀態(tài)。在此工作過程中，100狀態(tài)持續(xù)的時間非常短，與隨后出現(xiàn)的000狀態(tài)共同占有一個時鐘周期。通過對仿真波形的分析，學生能夠比較形象地理解“異步清零”的工作過程，也能夠解釋在實驗過程中所觀察到的實驗現(xiàn)象。

2.3 “開放的”數(shù)字電子技術(shù)實驗室

目前，我校數(shù)字電子技術(shù)課程的實踐環(huán)節(jié)主要是由實驗課、課程設計構(gòu)成的。由于課時固定，學生的實際動手機會有限，而數(shù)字電子技術(shù)課程是一門實踐性很強的課程，它主要是為學生今后從事電子設計打好基礎。如果學生沒有機會進行實際操作，就無法進行電子設計，更談不上“設計好電路”。

將EDA技術(shù)與數(shù)字電子技術(shù)結(jié)合起來，相當于將數(shù)字電子技術(shù)實驗箱“搬移”到電腦上，學生可以根自身的情況，依托Max+PlusⅡ軟件平臺，結(jié)合所學習的內(nèi)容，及時地進行接近于實際電路的設計、仿真、分析，加深對理論的理解，若仿真結(jié)果不正確，學生可以在電腦上修改電路，不會造成硬件資源的浪費。當仿真結(jié)果完全正確時，學生就可以非常放心地進行實際電路的搭接、使用，這一過程可以將理論與實際真正聯(lián)系起來。通過這個“開放的”數(shù)字電子技術(shù)實驗室，可以激發(fā)學生的電子設計創(chuàng)作靈感，提高學生的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)。

3 結(jié)語

將數(shù)字電子技術(shù)與EDA技術(shù)結(jié)合，可以使學生不拘泥于只有靠“芯片+連線”才能設計數(shù)字電路的想法，開闊了學生的設計思路。通過EDA工具對電路進行仿真，教師可以對學生難以理解的電路現(xiàn)象進行直觀的講解，加深學生對理論知識的掌握。同時，引入EDA技術(shù)，可以使學生有更多的機會動手設計電路，驗證自己的想法，激發(fā)了學生的熱情，為設計復雜的數(shù)字系統(tǒng)打下基礎。充分發(fā)揮數(shù)字電子技術(shù)與EDA技術(shù)相輔相成的特點，對“教”與“學”都有積極作用。
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