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EDA课程教学问答
作者:丁杰    发布时间:2007/5/27 14:04:02    最后修改时间:2007/5/27 14:04:02    来源:  


1、    问:《现代电子系统设计》这门课为何选用《EDA技术实用教程》这本教材?这门课程主要涉及哪些方面的内容?
        答:现代电子系统设计涉及很多方面的知识,正如教材中所指出的,现代电子设计技术的核心是EDA技术。本课程的教学大纲中已经指出本课程主要内容介绍:有关EDA的概念;目标芯片FPGA/CPCD的硬件结构、原理、分类及供货厂商;通过典型实例引出VHDL语言的语法现象和语句规则;EDA集成开发环境及基本流程介绍;进行综合电子系统设计训练。
EDA技术可以说是电子系统设计的一场革命,复杂可编程逻辑器件(CPLD)和现场可编程门阵列(FPGA)的出现是超大规模集成电路和现代微电子技术发展的成果,结合计算机辅助工程技术成就了现代电子系统设计的核心技术-EDA技术。近年来EDA技术和市场发展十分迅速,广泛应用于计算机、通信、自动控制、信息处理等诸多领域,熟练掌握EDA技术已经是对电子设计工程师的基本要求。
 本课程是一门特别强调实验的课程,总课时48学时,实验课时为30学时。我们规划了以下多个实验(其中部分为选修):1BCD码加/减法器设计(静态数码管显示)、串行序列检测器设计、模可变计数器设计(动态扫描数码管显示)、可预置数字钟设计、十字路口交通灯控制器设计、乐曲播放器设计、出租车计价器设计、自动换档频率计设计、多层电梯运行控制器设计、步进电机控制系统设计(四相八拍)、信号采集控制系统设计(ADC0809DAC0832)、液晶驱动系统设计、二进制频移键控(FSK)调制解调器设计、直接数字式频率合成器设计(DDS)、FIR滤波器(IP Core)设计。

2、  问:学习EDA技术应注意的问题?可以阅读的参考书目有哪些?

答:本课程是一门特别强调实际设计能力培养的课程,所以同学们应该把独立完成相关设计性实验作为重点,而不必拘泥于一般理论和知识点。可以阅读的参考书目相当丰富,主要有这么几个方面:教材类的、中等难度的设计实例类的、算法级的FPGA/CPCD实现类的,同学们可以选择使用。

3、 问:如何来评价EDA技术的学习效果和水平?
    答:首先我们要求同学们清楚基本概念、熟悉设计的基本流程、熟悉VHDL的基本语句、熟悉如何使用实验装置、能仿照例子进行基本的组合/时序电路设计和仿真、下载、硬件测试;第二步我们要求同学们能用EDA工具完成数字电路中较难的设计性实验,如交通灯控制、数码译码显示、逻辑表决、可预置数字钟等(本次教学活动只要求达到这个层次);第三层次是控制与通信的实现,如A/D高速采样、工业自动化控制、接口与通信模块的设计等;而将算法的实现作为最高层次,如FIR、FFT、CPU的设计等。因为这样能使教学效果更好地反映EDA技术最本质的内容。

4、    问:HDL代码和一般计算机的程序代码有什么异同点?

  答:计算机程序是按CPU的时钟节拍顺序工作的,而HDL是硬件描述语言的简称,它与计算机程序代码有本质的区别,它是硬件的描述,而硬件是并行工作的,不过VHDL语言也借鉴了计算机程序语言的部分功能。可以说这是EDA技术学习的难点,同学们要注意体会。

5、    问:VHDL语言的重点和难点?

  答:从初期的角度来看,VHDL语言的语句并不重要,它和一般计算机语句类似,但VHDL语言的重点和难点都在于VHDL针对硬件的特点设置了并行语句和顺序语句,在数据对象上除常量外还有变量和信号,上述问题的焦点都可以体现在对进程的设计和理解上。

6、    问:EDA技术有哪些网络资源可供参考?

 答:EDA的网络资源极其丰富,从网络上可以很方便地得到。从研发的角度来说,学会从网络上搜集资源是达到较高水平的必由之路,站在别人的肩膀上,肯定能达到更高的水平。

7、    问:为什么有些同学编写的VHDL代码编译总是通不过?

  答:首先任何的VHDL综合器都不承诺能综合所有的VHDL语句;另外编写的VHDL语句逻辑上不能非常复杂,就像一个秘书不能理解老板所有的意图一样,这就要求我们对复杂设计要进行合理的模块化分割;最后同学们要学习教材上的经典语句,并多加实践;

8、    问:请简单介绍实验装置和如何使用实验装置进行实验。
    答:我们使用的实验装置是由华中科技大学电信系国家工科电工电子教学基地研制开发的PH-1V型“现代EDA技术综合实验系统”,它由 综合实验系统主板、高性能大功率输出直流电源、下载实验电路板、通用下载电缆、高性能接插件等几部分组成。本课程所涉及的实验基本上都是设计性实验,这些设计完成后我们要把它下载到该系统的CPLD/FPGA中去,下载完成后可以通过上述实验装置上的各种资源(如数码管、键盘、LED液晶屏、A/D、D/A等)来验证和调试我们的设计。比如“模可变计数器设计”实验,设计完成以后我们可通过管脚绑定再下载使得:信号源作为我们的时钟输入,按电平键1来改变模值,计数的结果在动态扫描LED的最后两个数码管上显示出来,如果硬件测试正确,毫无疑问我们的设计也是正确的。前期简单的设计我们只需用到数码管、按键、发光二极管等,后面复杂的实验你可以根据实验装置提供的资源,使用ADC0809、DAC0832、液晶屏、步进电机、单片机、RS232接口等部分。9、    问:EDA对于初学者较难,能给出一个设计思路的例子吗?
    答:我们以一个经典的“可预置数字钟设计”为例来介绍如何展开设计:
(1) 我们要设计一个什么东西?设计成功后应该是什么样子?是一个钟,有数码的时、分、秒的显示,可以通过按键来校准时间。也许还有其它功能、以后再说;
(2) 从实体的角度来讲,它有哪些输入、输出端口?有时、分、秒的个位、十位BCD码共24位输出;计时、时校准、分校准、秒校准四种状态的2位输出;切换四种状态的电平按键输入、加1电平按键输入(校准时钟脉冲)、1Hz时钟脉冲;
(3) 怎么开始设计?先做必须要做的事:模60和模24的计数器。
(4) 总体设计思想是什么?设计一个用按键来切换的有计时、时校准、分校准、秒校准四种状态的状态机,在不同的状态给秒(60)计数、分(60)计数、时(24)计数以不同的触发脉冲;
(5) 再把动态扫描数码管模块、管脚绑定搞定一下就可以了。具体代码应该不是太难;(6) 有兴趣再做准点报时、闹钟、跑表等功能就有感觉了。
10、问:我看了EDA书上的实验,我发现自己不能够很好的进行分析,不能马上进行功能模块的分解从而定出设计的大体框架,所以下手比较难,但是如果一旦看了书上的参考代码就明白了其中的含义。请问老师如何解决该问题?
    答:作EDA的时候要始终认识到是作硬件设计,具体来说硬件是并发执行的,尽量避免用计算机语言的编程思路。从一般教学来讲老师只能教基本知识和技能,达到很高的水平主要靠自己的思维习惯、悟性、经验、还有兴趣。能很快理解别人的设计毫无疑问是一个重要并且优秀的素质,我想你在这方面的能力已经足够了,只是拓展知识面的问题。对于复杂系统来说,它肯定要涉及到一些专门知识,这需要积累,但我个人认为复杂的设计先要形成一个基本的、毫无疑问是正确的、但不一定包含高明技巧的方案,这种考虑一般和具体代码是不相干的,然后再逐步细化。从潮流来讲质量高的代码不一定是包含很多技巧的,现在硬件相对便宜。建议你进行一个有一定难度的实际开发,我可提供题目。个人观点,仅供参考。
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