本站原创摘 要 ：实验课、课程设计和毕业设计是大学阶段既相互联系又相互区别的三大实践性教育环节,课程设计是其中承上启下的关键教学环节.针对目前工程实际需求,本文将CPLD应用于本科学生的电子技术课程设计中,在指导学生掌握MAX+PLUS II基本设计方法的基础上,要求学生查阅资料并运用电子技术基本理论完成了简易电子琴设计和仿真.通过实践表明将CPLD应用于课程设计,有助于培养学生将理论知识与实践相结合的能力,提高独特思考问题、解决问题的素质,为毕业设计和今后的工作打下坚实的基础.
关 键 词 ：复杂可编程逻辑器件（CPLD）；电子技术；课程设计
中图分类号：G642.4 文献标识码：A 文章编号：1674-9324（2012）07-0200-02
一、引言
数字电路已广泛的应用于工业和生活中,数字电路的设计方法也发生了改变.因此对数字电路课程的基本要求、教学的组织方式等有必要进行研究与探讨.基于复杂可编程逻辑器件（CPLD）的设计已经成为现代数字电子系统设计的主流.复杂可编程逻辑器件数字系统的设计是一种以计算机为工作平台,在EDA软件开发环境下,用硬件描述语言和数字电路图形对系统功能进行编程设计、仿真分析并下载到可编程逻辑器件中的高效电子设计方法.该方法实现的数字系统具有高集成度、高速度、高可靠性、设计周期短、成本低、容易升级和移植等显著优点,从而在工程中得到广泛应用.对电气信息类本科生,有的学校开设了有关CPLD设计方法的选修课程,有些学校还没有在本科阶段开设相关课程,对于没有开设这门课程的学生,如果在数字电路课程设计中给学生简单介绍相关EDA软件的使用方法,并指导学生查阅资料完成基于CPLD的课程设计任务,将是对培养学生自学能力、实践能力和创新能力的有力探索.因此本文通过将CPLD应用于学生的电子技术课程设计,在指导学生掌握MAX+PLUS II基本设计方法的基础上,要求学生查阅资料并应用数字电子技术基本理论完成了简易电子琴设计和仿真.
二、CPLD在本科课程设计中的应用
在数字电子技术课程设计中,选择难度适中的设计任务——简易电子琴的设计,要求学生在对音阶发生的原理、音调及节拍控制方法等研究的基础上,完成了基于CPLD的简易电子琴设计,达到本科毕业设计的目的.课程设计开始时,由于学生不了解CPLD的设计方法,先给学生讲解MAX+PLUS II的安装及使用方法,然后如何应用MAX+PLUS II来进行简单的数字电路设计、仿真分析.基于CPLD数字系统的设计实质是编写一系列描述系统行为或结构的设计文件.设计文件常用两种格式：图形（xxx.gdf）和文本（xxx.vhd）格式.特殊单元功能模块一般用文本描述（VHDL语言）.单元模块设计并调试后可打包生成图形模块供系统设计调用.而系统总体电路设计采用图形描述,向下调用生成特殊图形模块或设计库中图形模块,这样电路结构清晰直观,利于仿真调试.在整个课程设计的过程中要求学生以自学为主,通过查阅资料熟练掌握CPLD的设计方法并完成课程设计任务.设计原理图如图1所显示,即通过键盘的弹奏,将输入键盘信号转换成含有音符信号的代码以及产生分频预置数,采用数控分频的方法输出不同音符的频率,最后通过扬声器发出声音,同时用LED显示正在演奏的音符.原理图中的各功能模块均采用文本输入方式,CLK-GEN,KEYSCN,KEYDECODER-DEB三个功能模块采用VHDL语言设计,分别对这三个功能模块编辑、仿真后生成特殊的功能模块,三个功能模块一起实现按键扫描电路功能,体现CPLD中自底向上的设计思想.TONE_ROM为音符查表以及对应简谱频率产生电路,完成音符查表和简谱码产生,SPEER为扬声器驱动电路,DISPLAY显示控制及驱动电路,这三个模块也采用文本输入方式进行设计、编辑并进行仿真.而在整体电路设计中采用图形描述,向下调用生成的功能模块,体现了自顶向下的设计思想.
三、经验与体会
通过一个具体的设计课题,指导学生在学习的过程中掌握了CPLD的设计方法以及进行课题研究的一般方法,调动学生的积极主动性,加深了学生对设计方法的理解.有以下几点体会：（1）通过结合实际设计任务的学习方式有利于学生对知识的理解和掌握,比如自底向上和自顶向下的设计方法,如果采用课堂授课方式,学生一般很难理解,即使理解了也不会有太深的印象,而通过这样一个简单的例子,指导学生在设计的过程中分别应用这两种设计方法来完成任务,学生接受起来不仅自然而且有体会,这是课堂教学无法收到的效果.（2）通过查阅手册和参考书籍、文献等资料,培养了学生自学能力独立分析和解决实际问题的能力.（3）在指导学生撰写规范设计报告过程中,培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度.（4）整个设计课题虽然简单,但设计过程涉及到了工程课题研究的各个方面,通过完成设计任务为今后毕业设计和从事产品的开发研制奠定了基础.
CPLD是一门实践性很强的课程,已经应用到各种电类产品中,电气信息类学生应通过不同的渠道掌握这门技术.而高校要培养出高素质的工程应用型人才,应在学生课程设计、工程实践等方面进行改革与尝试.采用灵活多变的教学方式,培养学生的学习兴趣、激发学生的求知欲,从而达到启迪思维、拓展视野的目的,培养学生自学能力、独立解决问题的能力、严肃认真的工作作风和严谨的科学态度,为社会培养出具有工程创新能力的卓越工程师.