电子技术教学面临的巨大变革

　电子技术和以电子技术为平台的计算机、通信等技术的迅猛变化发展，使得从事电子技术教学的人员不能不想：我们现行的电子技术教学跟上了这种变化发展吗？

　　1、电子技术的巨大变化和迅猛发展

　　没有电子技术的迅猛发展，就没有信息技术如今这样的蓬勃局面。计算机、通信类电子产品性能的更新速度和完善程度，常常是惊人的，而其依托的基础和平台，正是电子技术的不断进步。

　　自从1958年Jack Bill 博士发明了集成电路（IC）以来，集成电路技术的发展验证了Intel 公司创史人之一Gordon E Moore 1965年预言的摩尔定律：IC特征尺寸缩小√2 (1.41)倍。现今，IC特征长度为0.25μm的CMOS工艺芯片已大规模生产，0.1μm至0.04μm技术的芯片已在实验室制备成功。也就是说，超大规模集成电路（VLSI）芯片的集成度更大地提高了，电路复杂程度也更大地提高了。

　　由于集成电路技术的进步和方便设计、降低成本的需要，出现了可编程逻辑器件（PLD）。20世纪80年代中期出现了复杂可编程逻辑器（CPLD）和现场可编程门阵列（FPGA）。使得电子电路设计师可以在实验室或办公室通过计算机，使用相应的编程器和编程软件设计出专用集成电路（ASIC）。可编程器件已出现3种类型：数字型、模拟型和数、模混合型。当前，可编程逻辑器件（指FPGA和CPLD）其性能向着3个方向发展：向密度更高、速度更快、频带更宽的百万门系统级方向发展,嵌入标准或通用功能方向发展,低电压、低功耗的环保元件方向发展。

　　20世纪90年代初，Lattice公司首先推出了在系统可编程逻辑器件（ISP－PLD），把原来设置在编程器内部的写入/擦除控制电路及高压脉冲发生电路集成制作在PLD芯片中，省去了编程器，对器件可实现在系统编程，可进行电路逻辑重构及反复修改。

　　上述设计之所以能够实现，是因为设计方法发生了革命性的变化。电子电路设计从过去的手工设计经过计算机辅助设计CAD阶段，发展到现在的电子设计自动化（EDA）。EDA采用的是“自顶向下”（Top-Down）的设计方法，即采用完全独立于目标器件芯片物理结构的硬件描述语言，如VHDL，在电子系统的基本功能或行为级上对设计的产品进行描述和定义，结合多层次的仿真技术，在确保设计的可行性与正确性的前提下，完成功能确认。利用EDA工具的逻辑综合功能，把功能描述转换成某一具体目标芯片网表文件，输出给该器件厂商的布局布线适配器，进行逻辑映射及布局布线，再利用产生的仿真文件进行包括功能和时序的验证，以确保实际系统的性能。

　　以往，IC芯片是通过印刷电路板（PCB）等技术实现整机系统的。尽管IC的速度可以很高，功耗可以很小，但由于PCB板中IC芯片之间的连线延时，PCB板可靠性及重量等因素的制约，大大限制了整机系统的性能。由于电子系统不断向高速度、低功能、低电压和多媒体、网络化、移动化发展，又由于IC设计和工艺水平不断提高，已经可以将整个复杂系统集成为一个芯片。这就是系统芯片或片上系统（System On a Chip,简称SOC）。从IC迈向SOC是电子技术的又一重大进步和巨大变化。

　　2、电子技术教学内容急待更新

　　电子技术已经发展到超大规模集成（VLSI）、在系统编程(ISP)、经网络遥控升级、在线动态重构，硬件设计软件化的新时期。急需大量掌握新技术的新型人才。如果，我们高校的教学内容重点还停留在小、中规模集成电路上，那么我们培养的“人才”将是废才。

　　电子技术的重心已经从模拟电子技术转移到了数字电子技术，这是不争的共识。然而，在相当一些高校的教学计划中，数字电子技术课的学时数至今仍然少于模拟电子技术课的学时数，这需要立即调整。

　　从不可编程电子器件向可编程电子器件的技术转移，是电子技术的重大技术变革。高校电子技术课理论教学和实验教学都应及时地跟上这个技术转移，增加可编程逻辑器件(指FPGA和CPLD)的教学内容，精简传统教学内容，去除陈旧知识。例如，小规模集成电路的工作原理叙述应大幅度削减，让出学时，增加可编程新知识的讲授。

　　今天的电子系统设计师、工程师必须掌握EDA技术。然而，在相当一部分高校电类学科的教学计划中，至今还没有EDA的内容。

3、调适电子技术教学的知识体系

　　电子技术发生了巨大变革，电子技术教学的知识体系必须作相应的变革。对传统的知识模块，应从大规模、可编程的角度，进行重新整合，理顺出一条新的知识体系。

　　如，运用EDA技术设计大规模专用集成电路，常用到逻辑门、触发器、运算放大器等基本单元电路和一些成熟的典型功能电路，它们作为知识点、知识核被存放在相应的软件库中听喉调用。因而，现代电子技术教学应该从这样崭新的角度进行教学设计，把它们作为组成复杂电子系统的知识点、知识核去教授，把它们作为一个大规模集成电路中的一个小单元去教授。

　　讲授电路小单元应重功能、轻原理。着重让学生掌握电路小单元的功能和性能，准确理解和记忆相应小单元符号的标识含义、信号工作特征。讲授工作原理，只是为了让学生对电路小单元怎样实现相应的功能有一个基本的理解。

　　由于电子技术是运用电子器件构成具有一定功能的电子系统的技术，不同于微电子技术要准确、详细地研究集成电路芯片内部电路物理细节的制作过程。所以，小、中规模IC器件的电气外特性随着其器件被淘汰自然失去了意义。其必要的电气特性如功耗等，应结合超大规模集成电路的特点去讲授。

　　20世纪90年代中期就已经进入了电子设计自动化（EDA）时代，EDA的观念应贯穿电子技术教学的始终。EDA工程的重要组成――可编程逻辑器件（指FPGA和CPLD）自然成为数字电子技术课的重点内容，并且应跟踪其技术动向，不断保持其先进性。

　　在可编程器件教学中，实验教学更为重要，学生通过操作计算机使用EDA软件工具设计具体电路，下载到FPGA或CPLD芯片中并验证所设计电路功能的正确性。从而可从建立起EDA的概念，掌握EDA的初步技能。

　　传统分析电路的方法和设计电路的方法，现在已经不重要了，有的甚至不必要了。目前急需纳入研究生教学和本科生教学的是自顶向下的设计方法，是用硬件描述语言编程设计的方法。

　　4、硬件描述语言VHDL应尽早纳入电子技术教学

　　硬件描述语言（Hardware Description Language, HDL）是电子系统硬件行为描述、结构描述、数据流描述的语言。在EDA工程中，使用HDL进行数字电子系统的设计。目前，也可以使用HDL进行模拟电子系统设计及混合电子系统的设计。

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