ＥＤＡ技术发展促进电子专业教学改革探讨 外语教学改革探讨

　　摘 要：EDA技术是现代电子技术的核心技术，现在正处于高速发展的阶段，它给电子技术领域，特别是电子设计带来革命性的变化。本文先介绍了EDA技术的发展概况，然后从教学内容、教学方法、实践教学三个方面对EDA技术的发展促进电子专业的教学改革进行了一些探讨。
　　关键词：EDA技术 教学内容 教学方法 实践教学
　　
　　EDA（Electronic Design Automation，即电子设计自动化）技术的产生和发展是和计算机技术的的发展紧密相连的，是一门综合了现代电子技术与计算机技术最新研究成果、以计算机为工作平台，对电子线路、系统或芯片进行自动化设计与应用的计算机辅助设计技术。
　　在西方发达国家，EDA技术已在电子工业界得到广泛应用，许多大学已将EDA融入教学并占有重要地位。目前在这方面的教学我们国家落后于发达国家十多年，电子课程体系及课程内容设置不够合理，课程的教学内容还未能适应当前电子技术特别是电子设计技术的发展，因此以开展EDA教学为契机、和国际先进水平接轨，深入进行面向21世纪电子类课程体系、课程内容、教学方法和实践教学的改革迫在眉睫。
　　
　　一、EDA技术的发展概况
　　
　　EDA技术随着计算机、集成电路、电子系统设计的发展，经历了一个由浅到深的过程。
　　二十世纪70年代，随着中小规模集成电路的开发应用，传统的手工制图设计印制电路板和集成电路的方法已无法满足设计精度和效率的要求，而计算机作为一种运算工具已在科研领域得到广泛应用，因此这一时期的工程师开始利用计算机取代手工劳动，辅助设计印制电路板，以便解脱繁杂、机械的版图设计工作，这就是EDA技术的雏形。
　　到了80年代，为了适应电子产品在规模和制作上的需要，随着计算机技术的高速发展，应运出现了以计算机仿真和自动布线为核心技术的第二代EDA技术，其特点是以软件工具为核心，通过这些软件完成产品开发的设计、分析、仿真、测试等各项工作。
　　90年代后，EDA技术继续发展，出现了以高级语言描述、系统级仿真和综合技术为特征的第三代EDA技术，通常也称为ESDA(Electronic System Design Automation)阶段。在这个阶段，人们开始追求贯彻整个设计过程的自动化，以从繁重的设计工作中彻底解放出来，把精力集中于创造性的方案与概念构思上，从而提高设计效率，缩短产品的研制周期。可以说这一阶段才真正称得上是EDA时期。
　　进入21世纪后，EDA技术得到了更大的发展，电子技术全方位进入EDA领域，软硬件技术进一步融合，除了日益成熟的数字技术外，模拟电路系统硬件描述语言的表达和设计标准化，可编程模拟器件出现，软件无线电技术正在崛起。
　　
　　二、EDA技术发展促进电子专业教学内容的改革
　　
　　传统的电子专业教学内容是专业基础课程（模拟电子技术、数字电子技术、高频电子技术等课程）加典型整机电路分析（电视机、音响、VCD等）。
　　随着计算机技术在各行各业的应用，电子专业正在经历着从传统的电子技术向现代电子技术的发展，现代电子技术的核心技术就是EDA技术。在电子专业的教学中，将EDA技术涉及的内容引入到教学过程中，改革电子专业的教学，是现代电子技术发展的需要。
　　目前国内外开展EDA教学内容一般有：
　　1．在模拟电子技术、数字电子技术等专业基础课程中，增加EDA仿真方面的内容，让学生掌握用EDA仿真软件，比如流行的Multisim通用电路分析设计软件，进行电路仿真测试、交直流分析、频率响应分析、电路参数扫描分析、电路容差分析等。
　　2．将计算机辅助设计印制电路板板内容加入到教学中，由于EDA技术发展迅速，很多企业都推出了自己优秀的EDA软件，如Protel、PowerPCB、Layout等，在教学中可以选择比较通用的软件开展教学，现在很多学校选择使用Protel软件辅助印制电路板设计。
　　3．增加一门课程讲解EDA技术及应用，使学生熟悉并掌握现代大规模可编程逻辑器件的设计、仿真及开发应用技术，以跟踪现代数字电子技术发展、应用潮流与趋势，为他们毕业后能迅速适应专业工作需求打好扎实的技术基础。世界上有许多公司如Altera公司、Xilinx公司、Lattice公司等致力于这方面的研究，生产出集成度越来越高的可编程逻辑芯片，同时推出了开发这些芯片所需要的EDA工具软件。至于在教学中选择哪家公司开发的EDA工具软件和相应的可编程逻辑器件，则属见仁见智的问题。但Altera公司作为世界上最大的CPLD/FPGA芯片生产厂家，其产品的类别是最多的，市场占有份额最大，一般可以选择Altera公司开发的EDA集成工具软件QuartusⅡ、芯片可采用10000门集成度的FLEX10K可编程芯片进行这门课程的教学。
　　
　　三、EDA技术发展促进电子专业教学方法的改革
　　
　　传统的电子专业教学工具是一块黑板加一支粉笔，教师在黑板上画图分析，往往是教师讲得口干舌燥，学生却是觉得抽象难懂，大大影响了学生对电子专业的兴趣和学习。
　　现在将EDA技术在仿真方面的成就应用到电子专业的教学中，采用多媒体加仿真的方式进行讲解和分析，可以大大提高课堂教学的效果。譬如讲解放大电路部分，教师可以采用EDA仿真软件如Multisim或其他的电路仿真软件连接放大电路，然后运行，可以调用虚拟仪器示波器观测电路的输入输出波形，在讲课的过程中，学生就可以很直观地看到输入信号被放大了，根据输入输出波形还可以直接计算电路的放大倍数，然后再和理论计算的放大倍数进行比较。还可以改变电路的参数如基极电阻的大小，使放大电路工作到饱和或截止状态，利用虚拟仪器观察输出信号的波形失真。再调用虚拟仪器万用表测量三极管的基极、集电极、发射极的电压，总结出电路工作在放大、截止、饱和时电路参数的变化情况。很显然这样的教学方法学生学起来直观，感兴趣，容易理解接受，教师教起来也得心应手。所以借助于多媒体技术运用EDA仿真软件改进电子专业教学方法，可以使课堂教学更加形象生动。
　　
　　四、EDA技术发展促进电子专业实践教学的改革
　　
　　在专业实践教学方面，主要包括实验和实训。EDA技术的发展对这些实践教学更是带来了全面革新和极大冲击。
　　传统的实验教学学生用分立元件在实验板上搭接电路进行测试，后来很多高校采用实验台，学生只需要搭接积木一般将电路搭好进行测试就算完成了实验。根据笔者多年的教学经验，这种实验方式由于元件、试验台本身等等问题，学生实验往往很难做成功，教师疲于解决实验中出现的低级故障如接触不良、元件损坏等。这样的实验教学很难达到提高学生在实验的过程中理解并掌握课堂上学过的理论知识、发现问题并解决问题的能力，很难让学生有一个充分发挥其思维的空间。
　　随着EDA技术的发展，特别是功能强大的EDA仿真软件的推出（如Multisim电子仿真软件），对于实验，特别是验证性实验完全有条件利用计算机来进行以前必须用硬件才能完成的实验，需要用硬件实现的实验也可以先进行计算机仿真、模拟调试后再用硬件来实现。在电子专业的实验教学中引入EDA仿真软件可以提高实验效率，增强实验的趣味性和新颖性，学生在实验过程中不用担心元件被损坏，可以大胆地做实验，充分发挥其思维空间。当然并不是说软件能完全代替硬件，完全离开硬件的软件仿真会让学生的思维停留在软件的阶层，无法和硬件联系起来，软件仿真只是辅助我们分析设计电路，通过仿真理解这个电路的工作原理，最后还要再硬件搭接调试该电路，这样在调试的过程中出现问题，就能自己思考、自己解决，从而提高学生的动手能力、分析问题解决问题的能力。
　　传统的实训都是附属于某门课程的实训，如模拟电子技术实训，数字电子技术实训、单片机实训等。随着EDA技术的发展，对于实训可以打破课程的局限，将EDA的内容用于实训教学中，采用设计―仿真―制版―安装―调试的方式完成电子技术实训，实训的内容根据前面几个学期所学的内容进行整合，从易到难。比如在电子专业第三个学期进行电子技术实训，设计的内容要求融合模拟电子技术、数字电子技术的知识，在设计的过程中学生可以在计算机上利用仿真软件（如Multisim）进行软件调试，一人一机，只有仿真调试成功电路才能进入下一个环节―制版。在这个环节学生可以利用EDA板级设计工具辅助印制电路板设计（如Protel软件），将仿真调试成功的原理图设计成印制电路板（PCB），PCB软件设计成功后，再将其制作成印制电路板。这时教师可以根据学生设计的电路发给元件，学生进行安装调试，由于已经用软件仿真调试过电路，印制电路板也是自己设计制作出来的，在硬件调试中出现的问题，学生可以自己分析直到解决，大大提高他们的实践能力，并且实训的过程中要用到多门课程所学的内容，这样经过实训，学生就能将这些知识融会贯通用于实践。
　　目前EDA技术发展已经能实现电子设计全自动化，设计者只需要采用硬件描述语言表述要设计的电子系统的功能，借助于功能强大的EDA工具（如QutersⅡ），将程序下载到可编程逻辑器件FPGA或CPLD中，就可以完成电子系统的硬件设计，实现用软件的方法设计硬件。单片机技术在电子专业的教学中比较成熟，单片机控制功能更强大一些，但在逻辑功能方面稍欠缺，将单片机和FPGA/CPLD结合起来能完成高性能要求的电子系统。分析历年历届全国电子设计竞赛赛题，基本上都是要求设计具有一定智能化的电子系统，如果不使用现代电子设计手段，不使用单片机技术、EDA技术等现代电子设计技术基本是不可能完成的。所以作为高校的实训要加强单片机、EDA技术的实训，制作调试基于芯片级的电子系统，让实训和现代电子技术接轨，大胆地改革以往实训的内容，这样培养的人才才是社会所需要的。
　　
　　结束语
　　
　　EDA技术是电子设计领域的一场革命，给电子系统的设计带来了革命性的变化，使得电子系统的设计方便高效。目前EDA技术正处于高速发展阶段，每年都有新的EDA工具问世。我国的EDA技术处在发展阶段，将EDA技术引入到高等学校的教学中，改革电子专业的教学，加强EDA的学习，提高学生使用EDA技术的能力，为我国的电子信息产业提供优秀的电子设计人才，是高等教育面临的迫切任务。
　　
　　参考文献：
　　［1］郑步生，蒋旋.EDA技术的发展对电类专业教学的影响及应对策略［J］.南京航空航天大学学报(社会科学版)，2000.9.
　　［2］朱彩莲.EDA技术的发展与应用［J］.萍乡高等专科学校学报，2004.12.
　　［3］潘松，黄继业.EDA技术实用教程(第二版)［M］.科学出版社，2005.2.
　　［4］倪振文，王俊年，刘昆山.电子信息类专业实践教学体系改革的研究［J］.实验室研究与探索，2004.2.
　　
　　本文为2006年江西省高等学校教学改革研究省级立项课题研究成果，课题编号：JXJG-06-35-15