电子设计自动化教学的探讨

王志坚

[摘要]介绍EDA技术的主要特点和功能，并对将EDA技术引入到数字电路设计的教学方法进行探讨。

[关键词]电子设计自动化教学实验

中图分类号：G43文献标识码：A文章编号：1671－7597(2009)0210180－01

随着计算机技术的发展，计算机软件在电路设计中的应用越来越广泛，使得越来越多的工作由手工操作变为计算机来完成。因此，电子设计自动化成为设计制作电路板的必然趋势。电子设计自动化是运行在Windows环境下的EDA设计系统，它具有强大便捷的编辑功能，卓有成效的检测手段和完善灵活的设计管理方式，已成为众多电子线路设计人员首选的计算机辅助设计软件。目前，全国从事电子线路设计人员中约有80％正在使用，可见从事电子线路行业相关的学生掌握此软件是将来就业成功与否的重要因素。因此，如何在有限的课堂时间里，让学生在电子线路设计中灵活运用电子设计自动化，是我们在教学中应深入探讨的问题。笔者根据近几年的教学经历，积累了一些电子设计自动化的教学经验以及电路设计应注意的常见错误，现归纳如下。

一、如何引导学生的学习兴趣

学习计算机的目标就是用。老式的教学中都是利用黑板教学，由于计算机辅助设计(运用计算机来辅助工程或产品的设计开发及设计评估)方面知识薄弱，所以教学效果非常不好。从解决实际问题出发，利用EDA技术以提高学生素质、培养创新精神为目标，改变传统的验证性教学课程和教学方法起到了非常好的效果。

再者，介绍电子设计自动化使用在全国普查情况，阐明从事电子类的学生学习对电子设计自动化对今后在专业上的重要性。理论联系实际，让学生明白本课程在专业中地位并激发起学生的学习兴趣，这比单纯的理论讲课更重要。

二、什么是EDA

EDA是电子设计自动化的缩写，在20世纪90年代初从计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助测试(CAT)和计算机辅助工程(CRE)的概念发展而来的。EDA技术就是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言HDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。

EDA技术的出现，极大地提高了电路设计的效率，减轻了设计者的劳动强度。

三、EDA技术的主要内容

EDA技术涉及面广，内容丰富，从教学和实用的角度看，究竟应掌握些什么内容呢?据实际教学经济，我想应该主要应掌握如下四个方面的内容：1．大规模可编程逻辑器件；2．硬件描述语言；3．软件开发工具；4．开发系统。其中，大规模可编程逻辑器件是利用EDA技术进行电子系统设计的载体，硬件描述语言是利用EDA技术进行电子系统设计的主要表达手段，软件开发工具是利用EDA技术进行电子系统设计的智能化的自动化设计工具，实验开发系统则是利用EDAS术进行电子系统设计的下载工具及硬件验证工具。

EDA技术应用于高校电子类专业的实践教学工作中。如各种数字集成电路芯片，用VHDL语言可以进行方便的描述，经过生成元件后可作为一个标准元件进行调用。同时，借助于VHDL开发设计平台，可以进行系统的功能仿真和时序仿真，借助于实验开发系统可以进行硬件功能验证等，因而可大大地简化数字电子技术的实验，并可根据学生的设计不受限制地开展各种实验。对于电子技术课程设计，特别是数字系统性的课题，在EDA实验室不需添加任何新的东西，即可设计出各种比较复杂的数字系统，并且借助于实验开发系统可以方便地进行硬件验证，如设计频率计、交通控制灯、秒表等。

四、EDA技术实验

由于所使用的软件不同，具体的实验操作步骤有差异，但其基本步骤如下：(1)源程序的编辑、编译以及逻辑综合：(2)进行实验芯片的选择、管脚的锁定，再进行逻辑适配；(3)进行行为仿真、功能仿真、时序仿真等有关仿真和仿真结果分析；(4)进行硬件验证；(5)进行性能指标测试。教师要在实验前讲述该实验的实验目的，程序设计思路，程序调试和硬件验证的注意事项。每个实验要求学生熟练地掌握各个模块及整个系统的设计思想，完成系统所有程序的设计，上机独立的将各个程序调试成功，将各个程序进行仿真及结果分析，最后应在自己所拥有的EDA实验开发系统上直接或稍作修改后进行硬件验证。

五、问题的发现及纠正

1．Node not found。装载网络表时，出现节点找不到的错误常以“Error：Node not found”表示。产生节点找不到的原因：(1)原理图元件存在标号重复；(2)原理图元件与指定的封装二者之间引脚编号不一致，如二极管在原理图中的编号为A、K而在PCB编辑器中编号为1、2。这两种产生错误的原因可分别采用以下方法排除：①在原理图环境下，利用Tool/Annotate选择对All parts进行重新编号，存盘、重新生成网络表；②修改原理图库元件的引脚编号：在原理图库编辑器中，调出需修改的元件，双击元件的引脚，将引脚的编号修改成与PCB库封装的焊盘编号相同，然后单击浏览器的Update Schematics。

2．omponet not found。在原理图上放置元件，必须先装入元件库，有些学生经常忘记这一点。所以在放置元件的过程中经常碰到“componet notfound”这问题；电子设计自动化99 SE系统默认加载的库是“Miscellaneous Devices．lib”，默认放置元件的范围为原理图浏览器所加载的库文件；由于电子设计自动化是专业电路设计软件，所提供的元件库包含了相当全面的元件，所以元件库数量很多，元件的数量更多，使初学者茫茫然不知该到哪个元件库中去寻找所需的元件。根据笔者经验，初学者一般只需装入“Miscellaneous Devices．lib”、“电子设计自动化Dos schematiclibraries．lib”两个元件库，就基本上够用了。如果没有找到元件，我们可以利用Tool/Find Component(搜索)功能，把“Search”中“Scope”选项更改为“Specified path”后再搜索。如果利用这种方法还找不到，我们只好自制一个原理图元件了。为了提高学生画原理图的速度，我们还应教学生记住常用的元器件在库中的名称。例如，常用电阻名称为RES2，无极性电容为CAP，有极性电容为ELECTR01，一般二极管为DIODE，发光二极管为LED等。另外，我们还可教学生建立自己的个性库，将一些常用的元件放置在自己建立的元件库里，这样加载、查找元件会更方便。