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摘要:本文分析了傳統的數字電子技術課程設計的不足,闡述了在課程設計中引入eda技術的必要性和優越性。
關鍵詞:課程設計;EDA;實驗平臺
進入21世紀以來,隨著微電子技術、電子技術和計算機技術的飛速發展,數字電子技術及其應用向著更為深入、更為廣泛的層次擴展。電子產品的設計周期和上市時間日益縮短,電子產品的功能更加豐富,性能更加優良,由此推動了電子系統設計技術向電子設計自動化EDA方向發展,并且對EDA技術及其應用提出了更高的要求。
1.課程設計的背景
中國石油大學(華東)的“電工電子學”課程是“國家級精品課程”,以著重培養學生的系統觀念、工程觀念、科技創新等基本素質為教學方針。多年來在教學和科研中緊跟電子技術發展的每一個關鍵時刻,教學組的教師都適時地對內容體系和教材進行更新和完善,堅持不斷進行課程改革,取得了豐碩的成果。“數字電子技術課程設計”是為大二學生暑期開設的一門必修課程,它是“數字電子技術基礎”和“電子技術實驗”等課程的后續課程,主要以培養學生的實踐能力和創新精神為目標,加深學生對理論知識的理解,切實提高動手和解決問題的能力。
2.課程設計的選題
針對電子專業的特點,我們在數字電子技術課程設計部分采用了“基于復雜可編程邏輯器件(CPLD)實現電阻、電感、電容的測量”這一題目。測量工作原理是將被測量轉換成頻率,由CPLD實現頻率的計算,并轉換成被測量信號后輸出顯示。電阻、電感、電容經過轉化電路,完成電阻/頻率(R/F)轉換,電容/頻率(C/F)轉換,電感/頻率(L/F)轉換。用CPLD測量其頻率,具體功能分塊包括:多路選擇開關、分頻器、時間閘門計數器、測量計數器等。頻率測量的主要部件是一個帶門控計數端的計數器(測量計數器),被測信號(被測頻率)由此計數器計數。如果門控計數器的開門計數時間恰好為1秒,則測量計數器的計數值就是輸入信號的頻率。若改變開門計數時間,即可改變頻率測量的量程。如開門時間為0.1秒,則量程為×10,開門時間為0.01秒,量程為×100,開門時間為0.001秒,量程為×1000。由計數器的數值即可換算電阻、電感、電容的大小。本課題要求設計一個測量電阻、電感、電容的4位十進制數字顯示的數顯儀表,根據頻率計的測頻原理,由測頻量程需要,選擇合適的時基信號即閘門時間,對輸入被測信號進行計數,實現測量的目的。其數顯測量范圍為0-99990Hz,滿刻度量程分為9999、99990兩檔,手動轉換量程,當輸入計數值大于實際量程時有溢出指示。
3.課程設計的實現
(1)按照現代數字系統的Top-Down模塊化設計方法,提出數字頻率計的整體設計方案,并進行正確的功能劃分,分別提出并實現控制器、受控器模塊化子系統的設計方案。(2)針對ispLEVER的EDA設計環境,采用VerilogHDL語言,完成受控器模塊(測量計數器)的設計,并采用Abel語言編程進行仿真。(3)在ispLEVER的EDA設計環境中,完成基于Verilog語言實現的控制器模塊(閘門計數器,量程開關,選擇開關)的設計,并采用Abel語言進行仿真。(4)基于ispLEVER的EDA設計環境,采用VerilogHDL語言或原理圖,完成頂層模塊的設計并采用Abel語言編寫測試向量文件進行仿真。
4.結束語
通過課程設計的鍛煉,學生可以增強綜合分析問題及解決問題的能力,激發學習興趣和潛在的能動性。有學生在總結報告中寫道:“通過這次課程設計,我切身體會到給出一個命題,利用Verilog語言編程實現這個命題,并利用軟件模擬仿真,看功能是否得以實現的全過程。一方面學到了許多新知識,另一方面使我們對數字電子設計的全過程有了一個全面的了解,同時也深刻感受到利用EDA軟件實現電子設計的強大優勢。這樣的課程設計很適合我們,使我們受益匪淺”。
作者:張勇 張冬至 單位:中國石油大學信息與控制工程學院
參考文獻:
[1]王君紅,劉復玉,任旭虎.“電工電子學”實驗教學模式改革[J].實驗科學與技術,2012,10(5):76-78.
[2]于云華.數字電子技術基礎[M].東營:中國石油大學出版社,2008:392-399.