eda技术在数字电子技术教学中的探索

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1、EDA技术在数字电子技术教学中的探索　　[摘要]Multisim提供了强大的学习功能和实验室硬件集成，可帮助学生在整个工程和理论课程中轻松学习电子电路的基本概念和应用知识。FPGA技术更新快，从芯片、软件到各类参考书籍都层出不穷。因此在教学中强调形成电子自动化设计的思路，在教学中要求熟悉FPGA器件的开发环境Quartus软件、硬件编程语言（VHDL或VerilogHDL）基本语法和图形化编辑方式，在FPGA开发板上完成基本运算逻辑、组合逻辑设计、时序逻辑设计和状态机等。所完成的设计内容贴近教学

2、内容且循序渐进，使初学FPGA技术的学生能快速上手，激发学生的学习兴趣并提高科创能力。　　[关键词]EDA技术;数字电子技术;案例　　[中图分类号]G642.0[文献标识码]A[文章编号]2095-3437（2016）11-0167-04　　一、引言　　“数字电子技术”课程是自动化、电气、电子信息等相关电类专业的核心专业基础课之一，该课程由理论教学和实践教学两部分有机组合。其中实践教学对学生掌握电子技术基础知识，培养学生的实践操作、团队合作精神、分析并解决问题、创新等能力起到关键作用。因此，如何

3、加强数字电子技术实验课程教学，以更好地巩固理论知识并提高实践能力，是理工科大学生培养的重要环节之一。　　随着电子技术的快速发展，EDA（ElectronicDesign9Automation电子设计自动化）技术在现代电子设计领域的地位使其成为电子技术课程中必不可少的教学内容。在许多优秀教材中都增加可编程逻辑器件和硬件描述语言等EDA内容。传统的电子技术实验虽然能让学生更好地理解掌握器件性能及具体应用，但受实验箱端口、芯片数量及连线限制，传统实验只能完成验证性实验和较简单的电路设计及实现。引入ED

4、A技术能很好地补充传统实验的不足，同时也为后续的数字系统设计提供很好的基础。因此如何利用EDA技术更好地辅助教学是顺应发展趋势。众多学者给出了许多教改方案，如实验内容与实验体系、实验教学方法、EDA设计仿真技术、项目教学法等，这些教学方案也取得一定的效果。而本文主要是从案例的方面探讨EDA技术在数字电子技术教学中的应用，既有利于学生理解理论知识，又培养学生一定的综合分析能力、开发和创新能力。　　知识的膨胀与学时有限的矛盾也是日益突出，因此如何在不额外增加学生学习压力的前提下，尽可能地提高教学有效

5、性也是需要进行探索的方面。　　二、总体方案　　利用NI的Multisim软件虚拟电子元件和电路辅助理论教学。该软件的可视化仿真实现“软件即元件”、“软件即仪器”，能形象、生动、快速地设计、测试和演示各种数字电路。在掌握数字电路分析和设计的基础上，再结合可编程逻辑器件FPGA开发板推进综合数字系统设计。通过这也是本文主要阐述的内容。9　　因为教学课时有限，因此可将Multisim仿真和可编程器件的知识通过短视频讲解的方式放在教学群共享里。引导学生利用零碎的时间学习并完成相应的任务，将理论分析设计知

6、识应用到具体的仿真和系统设计中。在课堂教学中挑选几个典型案例进行分析、讲评，以便学生更好地理解合理设计、修改错误、避免同类错误等，最终达到有效教学的目的。　　（一）Multisim在教学中的辅助应用　　Multisim广泛地用于模拟电路和分析、数字逻辑电路、微控制器、电力电子与系统、学生设计和科研项目中，它已受到国内外教师、科研人员和工程师的广泛认可，称为先进SPICE仿真标准环境。　　为了让学生能更好地理解器件功能及电路分析设计的能力，引入Multisim能有效促进学生的知识理解，提高创新思维

7、能力和学习主动性。以常见的中规模器件译码器设计为例。　　设计一个交通灯故障检测电路，要求红、黄、绿三个灯有且只有一个灯亮，则正常;无灯亮或有两灯以上亮均为故障，则输出故障信号。要求使用译码器和少量门电路设计。　　1.将文字的设计要求转换为数字逻辑表达形式，即逻辑抽象和列真值表，如表1所示。　　输入变量：红（R）、黄（Y）、绿（G）;亮为1，灭为0。　　输出变量：故障信号（Z）;故障为1，正常为0。　　2.列出符合目标器件的逻辑表达式。　　根据真值表写出表达式：Z=R′Y′G′+R′YG+RY′G

8、+RYG′+RYG。由于译码器的输出是m的形式，所以需要转换表达式。转换后的结果为：　　Z=Σm（03567）-Σ（m′m′m′m′m′）′。9　　如果直接按该式则译码器输出端的连线会比较多，因此采用圈0取反的形式则更简洁。　　3.画出逻辑电路图，如图1所示。　　在许多理论书上，到这一步可能就结束了。学生对器件的认识和逻辑电路应该怎么实现设计要求可能还是觉得比较抽象。而实验操作课的课时又有限，不能每个器件或电路都进行搭建并观察现象。因此利用Mulitisim的可视化功能能有效地提高学习效率。