不同數字電路設計方法教學研究范文

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摘要：借助“數字邏輯及數字系統綜合實驗實訓平臺”，結合“LED點陣顯示漢字”設計案例，用FPGA實現數字電路綜合設計教學改革。在目標任務的達成過程中，學生會漸漸意識到不同設計方法的優劣，從而迫切想要改變自己的設計方法，提高自己的設計水平。為更高效率地完成設計，學生能夠自覺主動地探索新的知識領域，如饑似渴地學習新的設計方法，從而不斷激發學習興趣，拓寬和延伸設計思路，加強實踐動手能力，提升成長型學習思維能力，提高應用型人才的培養質量。

關鍵字：教學改革；數字電路設計；教學平臺；設計方法；應用型人才培養

引言

FPGA(FieldProgrammableGatesArray)，既能夠實現74系列芯片的功能，也能夠實現大規模集成電路CPU系列的功能，即它的功能是可以通過編程實現的。目前，很多學校把使用FPGA實現數字電路功能的設計思路引入到數字電路的教學中[1-8]，使得數字電路設計風格更靈活、設計效率更高。我校為實現《數字邏輯及應用》和EDA技術兩門課程融合，嘗試了很多方法，比如搭建共同的實驗平臺“數字邏輯及數字系統綜合實驗實訓平臺”，使用共同的設計軟件QuartusII，《數字邏輯設計及應用》立足于原理圖輸入法設計數字電路，EDA技術立足于硬件描述語言設計數字電路，這些措施提高了學生對于數字電路設計的歷史和發展的認知，但對兩種方法彼此之間的借鑒和融合還比較陌生。論文借助“LED點陣顯示”案例，探索用原理圖輸入法設計數字電路的某些弊端，而這些弊端促使學生學習新的設計方法，比如借助HDL描述數字電路，從而更好地促進兩門課程的融合。

1實驗平臺

2015年我校組織研發了“數字邏輯及數字系統綜合實驗實訓平臺”，如圖1所示。該平臺以FPGA（FieldProgrammableGatesArray，現場可編程門陣列）為核心，以綜合性、創新性實驗為導向，具有豐富的外設接口、豐富的設計資源，借助該平臺，學生可以使用EDA（ElectronicDesignAutomatic）技術實現復雜的數字電路設計，不僅能強化實踐應用能力[1]，且能使設計風格更靈活、設計效率更高。借助該平臺，我們開發了一系列的數字電路綜合實驗設計，提高學生的設計創新和實踐應用能力。借助該平臺，用原理圖實現數字電路設計和用硬件描述語言實現數字電路設計的融合程度越來越高。

2“LED點陣顯示”顯示字的原理圖實現方法

圖2為平臺中各外設片選信號控制電路，由圖2可知，要讓LED點陣顯示正常工作，需MATRIX-PWR_CS=0，即CS_74HC138=1，ADDR_SEL2～ADDR_SEL0=110。圖3為外設“LED點陣顯示”電路。由圖3可知，在LED點陣顯示中，要使LED點陣中LED燈亮，需使其陽極接高電平，陰極接低電平。LED陽極由MATRIX_CS0～MATRIX_CS15控制，若MATRIX_CS*=0，則相應的PNP管導通，3.3V電壓加在LED陽極；MATRIX_CS*由U2674154控制，當DISP_CS=1時，NPN管導通，G1=0，74154正常工作；此時控制DISP_SEL0～DISP_SEL3，則可控制相應的MATRIX_CS*=0。LED陰極由A0～A15控制，若A*=0，則低電平加在LED陰極。圖4為LED點陣顯示“亮”“宇”二字的電路圖，其中令buzz=1的目的是讓蜂鳴器不響。用兩個8count對49.152MHz的晶振進行4096分頻，同時disp_sel[3:0]得到0000～1111，意味著MATRIX_CS0～MATRIX_CS15控制的LED點陣顯示中32～17行陽極依次為1。用PCtoLCD2002分別生成“亮”“宇”的字模，共32個16位二進制數，其中點陣格式為“陽碼”，取模走向為“順向”，取模方式為“逐行式”。其中“亮”的字模為：“宇”的字模為：將“亮”的字模逆序放在rom_word_word的前16個存儲單元，將“宇”的字模逆序放在rom_word_word的后16個存儲單元，rom_word_word的地址由74163來實現。由key1控制顯示哪個字，當key1=1時，顯示“亮”字，當key1=0時，顯示“宇”字。

3“LED點陣顯示”顯示字的硬件描述語言實現方法

在用原理圖實現漢字顯示時，需要用PCtoLCD2002生成字模，而字模需要一個個手動輸入到ROM中去，當需要改變顯示的漢字或者當需要顯示的字數數目比較多時，設計過程就會顯得繁瑣、低效，學生渴望改變這種設計方法，提高自己的設計水平。為了能夠快速置換不同的字，我們可以借助硬件描述語言對硬件電路進行描述，用語言設計允許我們直接將字模復制粘貼在程序中，設計方法簡單、高效。如果在學生學習數字電路課程時，推薦學生用原理圖的方法實現數字系統的設計，同時在學生碰到設計過程繁瑣低效時，推薦學生使用新的設計方法，可以讓學生更高效的學習，學生就會理解成長型學習思維，會明白其實對同一件事情，既可以繁瑣低效地完成，也可以簡單高效地完成，關鍵在于我們手中握著什么樣的工具，關鍵在于自己的努力程度。用VerilogHDL顯示漢字的源代碼如下所示：在dot_word源代碼中，ROM的設計使用case語句實現，字的選擇顯示使用2選1的數據選擇器實現，從而將設計者從16位二進制數逐個填入ROM，變成了軟件自動選擇填入，簡單省力。分頻器是用兩個計數器級聯實現，其中一個計數器將系統時鐘49.152MHZ進行1000分頻，另一個計數器將時鐘系統進行16分頻，分頻系數可以隨心所欲的設定，而不必受限于計數器必須是2n的分頻系數。點陣LED顯示正常工作的設置均用assign語句來實現。

4總結

論文借助自制的“數字邏輯及數字系統綜合實驗實訓平臺”，結合“LED點陣顯示漢字”設計案例，實現數字電路綜合實驗設計教學改革。在用原理圖實現字模數據填充ROM時，學生會意識到手動填充字模數據的耗時費力，此時教師恰當引導，學生就能夠更加簡單高效地完成自己的設計，從而意識到只要多努力，多掌握設計工具，就有更多的機會拿到數字電路設計大門的鑰匙。這樣的教學改革能夠促進學生學習思維能力的提升，提高應用型人才培養質量。

參考文獻

[1]王紅航,劉凱,鄧春健，等.提高綜合應用能力的實驗教學方法探討[J].實驗科學與技術,2016（6）：121-124.

[2]杜世民,楊相生,楊潤萍,等.基于EDA技術的數字電路綜合實驗研究[J].實驗科學與技術,2012（10）：93-96.

[3]王玫,王桂珍,田麗鴻.基于EDA改革數電課程設計,培養學生創新能力[J].電氣電子教學學報,2006（8）：18-21.

[4]呂燚,鄧春健,黃杰勇.利用EDA技術全面改進數字電路課程教學[J].福建電腦,2008（6）：208-209.

[5]倪德克,師亞莉,朱旭花.EDA技術在數字電路課程設計教學改革中的探索與實踐[J].大學教育,2016（4）：118-119.

[6]林智慧,唐亮,何穎.EDA技術與數字電路的融合研究[J].電子測試,2016（23）：32-33.

[7]高艷.淺談數字電路和EDA技術的教學整合[J].內蒙古教育,2016（9）:73.

[8]王紅航,劉凱,鄧春健,等.數字電路和EDA課程融合實踐與探討[J].實驗科學與技術,2018（4）：165-168.

作者：劉凱 王紅航 鄧春健 鐘遠平 陳李勝 路月月 單位：電子科技大學中山學院