分層次引入EDA技術(shù),提高電子信息類專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新能力

1、分層次引入EDA技術(shù)，提高電子信息類專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新能力摘要：本文分析了當(dāng)前EDA技術(shù)的特點(diǎn)和信息時(shí)代對(duì)電子工程師的要求，提出了分層次引入EDA技術(shù)改革電子信息類專業(yè)電子技術(shù)類課程的設(shè)想和思路，具體內(nèi)容包括電子技術(shù)類課程的課程體系的設(shè)置以及課程內(nèi)容的改革以及EDA實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，最后總結(jié)了改革的初步成效。關(guān)鍵詞：EDA技術(shù) 電子技術(shù) 課程體系 教學(xué)內(nèi)容一 引言隨著人類的步伐跨入21世紀(jì)，信息經(jīng)濟(jì)時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨。在信息經(jīng)濟(jì)時(shí)代，只有掌握最先進(jìn)的信息技術(shù)才能把握時(shí)代經(jīng)濟(jì)命脈，國(guó)家才能繁榮富強(qiáng)。而要掌握先進(jìn)的信息技術(shù)，人才是最關(guān)鍵的因素。高等院校電子信息類專業(yè)擔(dān)負(fù)著為國(guó)家培養(yǎng)高素質(zhì)信息技術(shù)人才的重任1。近幾

2、年來(lái)我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，但我們必須正視這樣的事實(shí)：由于缺乏對(duì)核心技術(shù)的掌握，我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展一直受制于國(guó)外掌握核心技術(shù)的IT公司。我們的處境非常尷尬：幾乎是世界PC最大市場(chǎng)的我國(guó)卻沒(méi)有自己的CPU；擁有核心技術(shù)的Motorola、Nokia、Samsung等國(guó)外公司占據(jù)了我國(guó)移動(dòng)通信終端的大部分市場(chǎng)，在我國(guó)移動(dòng)通信市場(chǎng)賺取了高額利潤(rùn)；彩電、DVD等家電行業(yè)也必須向掌握核心芯片技術(shù)的國(guó)外公司支付昂貴的專利使用費(fèi)。缺乏高素質(zhì)信息技術(shù)人才成為制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展的重要因素之一，如何迅速改變目前的被動(dòng)局面，培養(yǎng)大批適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需求的高素質(zhì)信息技術(shù)人才，成為高等院校電子信息類專業(yè)改革迫在眉睫的問(wèn)題。

3、以微電子技術(shù)為基礎(chǔ)、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為載體、以軟件技術(shù)為核心的EDA技術(shù)飛速發(fā)展改變了傳統(tǒng)電子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)方法，對(duì)21世紀(jì)新一代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員提出了新的要求。他們必須既具備堅(jiān)實(shí)的電子技術(shù)理論基礎(chǔ)，也必須掌握先進(jìn)的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)和方法EDA技術(shù)，具備開(kāi)發(fā)電子系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力2,3。電子技術(shù)類課程是電類工科專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，涵括模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)。其教學(xué)目標(biāo)是讓本科學(xué)生掌握電子技術(shù)基本理論和電子系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)方法和技術(shù)，具備分析和維護(hù)電子系統(tǒng)與設(shè)備的能力和設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)電子系統(tǒng)的創(chuàng)新能力4。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電子技術(shù)類課程的內(nèi)容不斷增長(zhǎng)膨脹，新知識(shí)的飛速增長(zhǎng)與教學(xué)時(shí)數(shù)

4、減少的矛盾日漸尖銳，改革是唯一的出路?？墒歉母锏降自撊绾芜M(jìn)行？在20世紀(jì)九十年代后期，國(guó)內(nèi)許多知名高校尤其是工科電類專業(yè)進(jìn)行了許多有益的探索與實(shí)踐，總結(jié)了許多經(jīng)驗(yàn)5,6。近幾年來(lái)，我們?cè)诮梃b兄弟院校的成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合我校的實(shí)際情況，通過(guò)采用EDA技術(shù)軟實(shí)驗(yàn)輔助電子技術(shù)理論課程，以便加強(qiáng)學(xué)生對(duì)電路理論基礎(chǔ)知識(shí)的掌握，通過(guò)采用EDA技術(shù)完成電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高學(xué)生理論與實(shí)際相結(jié)合的綜合設(shè)計(jì)能力，通過(guò)完成綜合電路設(shè)計(jì)調(diào)試的硬實(shí)驗(yàn)來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力。實(shí)踐證明這種理論與實(shí)踐相結(jié)合、軟實(shí)驗(yàn)與硬實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的培養(yǎng)方式對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和提高學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力是非常有益的。二 分層次引進(jìn)EDA技術(shù)

5、，改革電子技術(shù)類課程的課程體系和教學(xué)內(nèi)容目前EDA技術(shù)可分為三個(gè)層次，以PSPICE、EWB、MATLAB、System View為軟件平臺(tái)的仿真分析類輔助設(shè)計(jì)技術(shù)為第一層次，以MaxPlus II、Express、Foundation、NC Simulator等為軟件平臺(tái)、以FPGA/CPLD為硬件系統(tǒng)目標(biāo)芯片的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)EDA技術(shù)為第二層次，以NC Simulator、Virtuso、Diva等為軟件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)平臺(tái)、以集成電路芯片版圖設(shè)計(jì)并最終流片為目標(biāo)的ASIC芯片設(shè)計(jì)第三層次。在我們的教學(xué)改革實(shí)施過(guò)程中，EDA技術(shù)在電子技術(shù)類課程設(shè)置中也是分三個(gè)層次引入的：1 第一層次是在“電路分析基

6、礎(chǔ)”、“電子電路基礎(chǔ)”課程中分別增加18學(xué)時(shí)的EDA技術(shù)軟實(shí)驗(yàn)，采用的EDA軟件平臺(tái)為我系教師自主研發(fā)的“電子電路仿真平臺(tái)”。目的是讓學(xué)生能利用計(jì)算機(jī)和EDA軟件深入學(xué)習(xí)和理解電子技術(shù)基礎(chǔ)理論知識(shí)，建立電子電路基礎(chǔ)知識(shí)體系，掌握電路系統(tǒng)的分析方法，通過(guò)電路特性曲線和數(shù)據(jù)來(lái)分析電路功能和特性，并完成傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程中的原理性的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。利用“電子電路仿真平臺(tái)”可以方便地進(jìn)行電路的交直流分析、頻率響應(yīng)分析、瞬態(tài)分析、溫度掃描分析以及噪聲分析等。采用EDA軟件的優(yōu)點(diǎn)是能將教學(xué)中的難點(diǎn)用直觀的圖形、曲線說(shuō)明，降低了數(shù)學(xué)難度，但卻形象地說(shuō)明了電路系統(tǒng)的基本理論和概念。再開(kāi)設(shè)18學(xué)時(shí)的“EDA技術(shù)基礎(chǔ)”的軟實(shí)

7、驗(yàn)課程，采用EWB、PROTEL等EDA軟件，使學(xué)生能利用EWB軟件提供的豐富的虛擬電子元器件和儀器進(jìn)行復(fù)雜電路的設(shè)計(jì)分析，設(shè)計(jì)的電路不受實(shí)驗(yàn)室元器件資源的限制。同時(shí)這些軟件在教育資源網(wǎng)上非常容易下載和升級(jí)，在PC機(jī)上就可以運(yùn)行，學(xué)生可以在課余時(shí)間根據(jù)自己的興趣學(xué)習(xí)和完成設(shè)計(jì)，既可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，也可以減少實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)和教師準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)室的時(shí)間，在目前高校實(shí)驗(yàn)室經(jīng)費(fèi)緊張和缺少的現(xiàn)實(shí)情況下，不失為一種好的權(quán)宜之計(jì)。然后利用PROTEL將用EWB設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行PCB的設(shè)計(jì)，對(duì)于優(yōu)秀作品鼓勵(lì)學(xué)生制作成電路板，可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)制作的積極性，達(dá)到良好的學(xué)習(xí)激勵(lì)作用。這一層次的EDA技術(shù)的學(xué)

8、習(xí)將與電子技術(shù)類硬件實(shí)驗(yàn)課程起到互補(bǔ)的作用。在我系電子信息工程和通信工程本科專業(yè)教學(xué)計(jì)劃中，我們開(kāi)設(shè)了“電工與電子工藝實(shí)驗(yàn)”、“模擬電路實(shí)驗(yàn)”、“數(shù)字邏輯與系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)”、“高頻電路實(shí)驗(yàn)”、“電子電路綜合”等硬件電路實(shí)驗(yàn)。通過(guò)這些硬件實(shí)驗(yàn)課程，學(xué)生學(xué)習(xí)常用電子儀器設(shè)備的操作使用，學(xué)習(xí)硬件電路系統(tǒng)的參數(shù)測(cè)量與調(diào)試，培養(yǎng)分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力。同時(shí)結(jié)合前面掌握的EDA技術(shù)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)訓(xùn)練，大大減少簡(jiǎn)單原理性的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，將綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的比例提高到了70以上。2第二層次是專門(mén)開(kāi)設(shè)“可編程邏輯器件”、“VHDL語(yǔ)言與數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)”和“EDA提高型實(shí)驗(yàn)”等EDA技術(shù)課程，學(xué)習(xí)VHDL語(yǔ)言、Verilog

9、語(yǔ)言以及MaxPlus II、Xilinx Express、Foundation等EDA開(kāi)發(fā)工具的使用，學(xué)習(xí)用硬件描述語(yǔ)言、狀態(tài)機(jī)和電路原理圖等多種方式在FPGA/CPLD芯片上設(shè)計(jì)綜合電子系統(tǒng)。這些課程一般安排在第四六學(xué)期，學(xué)生已修讀包括模擬電路和數(shù)字電路在內(nèi)的電子技術(shù)基礎(chǔ)課程和通信原理以及信號(hào)處理的專業(yè)課程，已具備電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需的電子技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)和電子與通信系統(tǒng)及信號(hào)處理的專業(yè)知識(shí)，通過(guò)學(xué)習(xí)掌握先進(jìn)的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和技術(shù)EDA技術(shù)，可以培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)綜合電子系統(tǒng)的能力。如設(shè)計(jì)I2C總線控制電路、CRC循環(huán)冗余編解碼電路、FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)等，并鼓勵(lì)學(xué)生自選設(shè)計(jì)課題。這些課程非常有效地

10、提高了學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)與開(kāi)發(fā)電子系統(tǒng)的能力。3 第三層次是在“集成電路器件電子學(xué)”、“VLSI技術(shù)基礎(chǔ)”、“專用集成電路設(shè)計(jì)”等課程的基礎(chǔ)上開(kāi)設(shè)相應(yīng)的ASIC設(shè)計(jì)專題，采用的EDA軟件有Cadence公司的NC Simulator、Virtuso、Diva等。目前這些課程只對(duì)研究生開(kāi)設(shè)，等條件成熟后才向本科生開(kāi)出。通過(guò)這一系列理論知識(shí)的學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)技能和EDA技術(shù)的訓(xùn)練，學(xué)生得到了從理論到實(shí)踐、從理解到應(yīng)用、從小系統(tǒng)到大系統(tǒng)設(shè)計(jì)制作的全方位的培養(yǎng)，既扎實(shí)掌握了電路基本理論，又掌握了先進(jìn)高效的設(shè)計(jì)方法和技術(shù)，達(dá)到了培養(yǎng)學(xué)生電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新意識(shí)、提高綜合素質(zhì)的目的。三 改革的實(shí)施引進(jìn)EDA

11、技術(shù)對(duì)電子技術(shù)類課程的改革涉及的面非常廣，從基礎(chǔ)理論課程到實(shí)驗(yàn)課程、專業(yè)選修課程，以及實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和改造，所以改革并不是一步到位的，而是經(jīng)過(guò)多年時(shí)間逐步推進(jìn)實(shí)施完成的。具體實(shí)施過(guò)程可以歸結(jié)為以下三個(gè)方面：1 改變傳統(tǒng)觀念，樹(shù)立EDA意識(shí)，著力培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和設(shè)計(jì)能力改革實(shí)施，觀念要先行。傳統(tǒng)觀念中，對(duì)于學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)片面地理解為學(xué)生自己焊接、調(diào)試電路。在這樣的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生將大部分的時(shí)間用于處理連線、焊接操作這些瑣碎的問(wèn)題中，而真正用于設(shè)計(jì)和思考的時(shí)間卻很少，因此在有限的實(shí)驗(yàn)課時(shí)里不能真正完成綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，學(xué)生的設(shè)計(jì)能力沒(méi)有得到真正的培養(yǎng)。殊不知現(xiàn)在一些發(fā)達(dá)國(guó)家的IT公司正在將他們的

12、生產(chǎn)工廠從他們自己的國(guó)家搬到亞洲等一些經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)的國(guó)家，而他們?cè)趪?guó)內(nèi)只保留設(shè)計(jì)中心。他們利用最新的設(shè)計(jì)方法和技術(shù)，設(shè)計(jì)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的科技含量高的SOC或ASIC芯片，引領(lǐng)IT潮流，獲取最高額利潤(rùn)，而將屬于勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)、利潤(rùn)低且對(duì)環(huán)境污染大的電子產(chǎn)品整機(jī)生產(chǎn)制造逐步轉(zhuǎn)移到發(fā)展中國(guó)家來(lái)。要縮小我國(guó)IT行業(yè)與其他先進(jìn)國(guó)家的差距，培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)和開(kāi)發(fā)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的ASIC和SOC的設(shè)計(jì)能力的電子工程師，是我國(guó)高等院校電類工科專業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。2 培養(yǎng)高素質(zhì)教師隊(duì)伍，深入推進(jìn)電子技術(shù)類課程改革隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，一方面社會(huì)對(duì)電子技術(shù)類人才的要求提高了，另一方面，教師原有的知識(shí)已不能適應(yīng)社會(huì)發(fā)展

13、的需求。我們通過(guò)選送相關(guān)教師到國(guó)內(nèi)高校，如東南大學(xué)、西安交通大學(xué)等進(jìn)行參觀學(xué)習(xí)，通過(guò)舉辦EDA技術(shù)講座、短訓(xùn)班等來(lái)達(dá)到更新教師觀念，擴(kuò)大視野和更新知識(shí)的目的，促使教師積極投入到教學(xué)改革中，改革教學(xué)內(nèi)容、參與編寫(xiě)新教材，將創(chuàng)新意識(shí)融于課程建設(shè)中。只有教師隊(duì)伍的觀念改變了，知識(shí)更新了，教學(xué)改革才能落到實(shí)處。3 建設(shè)EDA實(shí)驗(yàn)室，搭建EDA技術(shù)軟硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)針對(duì)EDA技術(shù)以計(jì)算機(jī)為平臺(tái)、以EDA軟件為核心、以硬件電路實(shí)現(xiàn)為目標(biāo)的特點(diǎn)，我們建設(shè)了專門(mén)的EDA實(shí)驗(yàn)室，引入EWB、PROTEL、Max plus II、Xilinx ISE、Synplify等EDA軟件開(kāi)發(fā)工具和EDA硬件實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，對(duì)電

14、子信息工程和通信工程本科學(xué)生開(kāi)設(shè)第一、第二層次EDA技術(shù)軟硬件實(shí)驗(yàn)課程。同時(shí)我們也建設(shè)成立了“固體電子學(xué)與專用集成電路研究室”，引進(jìn)Cadence公司的NC Simulator、Virtuso、Diva等ASIC設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，對(duì)研究生開(kāi)設(shè)第三層次的EDA技術(shù)課程，進(jìn)行ASIC、SOC等專題設(shè)計(jì)。但這些專題設(shè)計(jì)也吸引了一批優(yōu)秀的高年級(jí)本科學(xué)生的參與，對(duì)他們來(lái)說(shuō)既是一個(gè)學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，同時(shí)也給了他們以及其他本科同學(xué)一個(gè)努力的方向，引領(lǐng)他們到一個(gè)更高層次的學(xué)習(xí)中來(lái)經(jīng)過(guò)近三年的改革探索與實(shí)踐，我們?cè)诮虒W(xué)的各層次引入先進(jìn)的EDA技術(shù)，在提高電子工程類學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力方面進(jìn)行了有意義的嘗試，取得了顯著的成效。教師的改革意識(shí)增強(qiáng)了，學(xué)生的創(chuàng)造性思維激活了。學(xué)生的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力顯著提高，他們勇于參與挑戰(zhàn)杯、電子設(shè)計(jì)大賽等各種競(jìng)賽活動(dòng)，并取得了很好的成績(jī)。參考文獻(xiàn)：1 黃正瑾.對(duì)全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的思考，電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)J，2002年,24(2)2 竇衡，加強(qiáng)EDA教學(xué)培養(yǎng)電子系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)人才，電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)（社科版）J, , 2005年, 7(Sl) 3 景為平，孫海燕，楊云霞，薛同蓮. 用九天EDA軟件培養(yǎng)集成電路設(shè)計(jì)人才的探索與實(shí)踐，電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)J，2002年,24(2)4 易清明，沈明發(fā)等，引進(jìn)EDA技術(shù)改革電子技術(shù)類