关于FPGA技术教学下的电子技术试验系统研究

李彩琴

摘  要：FPGA技术全称为Field-Programmable Gate Array，即现场可编程门阵列。FPGA技术目前被广泛的应用在系统编程当中，而且其发展前景非常广阔。目前FPGA技术教学在电子类专业教学中有些非常重要的地位，该门课程的教学成果对学生的未来职业发展也有着些举足轻重的影响。另外FPGA技术教学是一门应用性比较强的学科，所以需要学生进行多次电子技术试验研究才能够真正掌握。该文探讨了FPGA技术教学的相关内容，并总结了目前的教学现状和有效教学策略以供参考。

关键词：FPGA技术教学  电子技术试验系统  有效策略

中图分类号：G652    文献标识码：A            文章编号：1672-3791（2019）04（c）-0212-02

FPGA技术是目前电子技术专业学生必须要掌握的一门技术，其在电子技术试验系统的研究中有着不可替代的作用。而且FPGA技术也能够在各个领域发挥其作用，经过多年的发展，我国的FPGA技术已经有了飞速的进展，技术手段几乎达到了成熟的阶段。但是在现阶段的FPGA技术课堂教学当中，还存在很多问题制约着课程的效果提升。鉴于此种情况，相关人员需要探讨有效解决策略，促进课程效果的提升。

1  FPGA技术教学的相关内容

1.1 FPGA技术教学的基本概述

FPGA技术在我国出现的时间已经达到了二十几年，在这二十几年的发展过程中，FPGA技术逐渐发展成熟，被电子科学技术界重视起来。现在这种技术已经成为电子系统设计的主流技术，而且FPGA技术的使用方法更加便捷，相关人员在任何地方都可以进行编程，能够有效的减少系统的生成时间节约系统开发的成本。因为FPGA技术的重要性，相关专业的学生也需要充分的掌握这项技术的使用方法，从而在未来的工作中良好运用。因为FPGA技术教学的应用性很强，所以在教学当中不能纯粹地进行理论教学，而是应该带领学生进行实践操作，自由的运用FPGA技术进行编程，最终让学生在实践当中积累经验，获得更好的未来职业发展。

1.2 FPGA技术教学内容

FPGA技术教学内容可以分成三个部分。首先是FPGA芯片结构，FPGA芯片结构是非常复杂的，一般由六部分组成。芯片的每一个组成部分都承担着不同的功能，例如可编程输入输出单元承担着芯片与外界电路交通，造成信号输入和输出的工作，他能够高速的传输数据和信号，提升编程工作效率。可配置逻辑块是FPGA技术的基本逻辑单元，可以实现逻辑组合和时序逻辑。第二部分是硬件语言，学生通过硬件语言的学习可以描述电路的功能，并根据所需要的功能进行语言设计，目前比较常用的硬件语言是VHDL和Verilog VHDL。最后一部分是SOPC，即可编程片上系统。SOPC可以完成整个系统上的逻辑功能，也可以使用灵活的设计形式进行系统的编程。FPGA技术教学内容的理论性非常强，也要求相关专业的学生具有很强的动手能力才能够掌握这门课程的内容。

1.3 FPGA技术教学顺序

要想进行实用的FPGA技术教学，并且获得很好的教学效果。首先应该让学生了解到这项技术的发展历程，明白每个阶段的具体技术和手段，通过前人的思路了解更多相关的知识，并且养成很好的逻辑思维。其次还应该向学生介绍这项技术的发展趋势，向学生描绘其宽阔的发展前景，吸引学生认真的对这门课程进行学习。随后就可以进行些简单的FPGA技术教学，并且结合一些小的实践操作提升学生的信心，并对这一课程产生兴趣。当为学生打好基础之后，就可以开展较高难度的教学，例如芯片和硬件语言教学这些重要的知识内容。经过一段时间的学习之后，学生对FPGA技术已经比较熟悉了，就可以结合这项技术的发展趋势为学生介绍一些最先进的技术内容，促使学生能够接受到最先进的内容，从而更好的在实践当中应用。

2  FPGA教学现状及问题

2.1 FPGA教学难度大，学生基础薄弱

在FPGA技术教学中，因为这门课程的内容比较困难，学生的基础相对比较薄弱，所以很难达到理想的效果。而且很多授课教师经常急于求成，在学生没有对FPGA技术进行深入的了解的时候，就向学生传授较高难度的内容，学生的基础还很薄弱，对于这些高层次的内容并不能很好的吸收和理解，这样不仅会打擊学生的学习信心，学生的学习也是一知半解，并不能达到很好的教学效果。

2.2 FPGA教学缺少实践，学生对理论性内容理解不够

FPGA技术虽然理论性很强，但是同样也需要大量的实践和实操来积累经验。但是很多学校的教育经费比较有限，难以为学生提供很好地实验场地和实验器材，这就导致学生的学习缺少时间，难以理解比较抽象的内容。而且现在很多授课教师的思想意识还不先进，受到传统教学思想的影响，教师只注重学生的考试成绩，却并不关心学生的技术掌握程度，这样就会忽视对学生的操作能力培养，让学生难以从实践当中积累经验，达到很好的实践效果。

2.3 FPGA教学手段落后，学生兴趣不高

FPGA技术是目前系统编程当中比较先进的技术，内容形式多样。但是很多学校的教学手段落后，不能为学生提供最佳的教学设施，教学的手段也很落后，主要就是讲授为主，难以为学生提供实践机会，几乎将理论和实践完全分离。这样学生难以体验到FPGA技术带来的便捷和先进，从而对这门课程失去兴趣。

3  FPGA技术教学下的电子技术试验系统教学有效策略

3.1 理论实践完美结合，提升学生动手能力

FPGA技术教学的主要目的是为了学生在未来工作当中能够充分地发挥该项技术的优势，设计出更好的电子技术试验系统。为了让学生更好的应用这项技术，授课教师必须要将这门课程的理论和实践完美结合。在进行过理论知识讲授之后，找到合适的时间带领学生进行实际的编程操作，让学生在实际的演练当中不断的积累经验，提升学生的动手能力。

3.2 活用教材和教学系统，转变课程教学手段

FPGA技术教学中教师不可以完全照搬教材进行课程讲授，但是也不能完全的脱离教材胡编滥造。所以教师应该活用教材，在课前进行认真的备课，并且转变传统的教学手段，采用创新的教学方法吸引学生的学习兴趣。教师可以在课堂上进行编程的操作，并且利用设计出的软件进行相关知识的讲解和演示，加深学生的印象。

3.3 进行考试改革，多方位检测学生学习成果

在现代化的FPGA技术教学当中，试卷化的考试内容并不能真正的判断学生的学习成果。所以需要对这门课程进行考试改革，从多方面检测学生的学习成果。首先可以将学生的平时表现纳入到考核标准当中，根据学生的平时表现进行打分。

4  结语

综上所述，FPGA技术在电子技术试验系统研究中的作用不可替代。而且电子相关专业学生也需要对这项技术有着较深的了解才能够获得更好的职业发展。目前高校的FPGA技术教学遇到了一些瓶颈，教学的效果并不理想。这主要是因为FPGA技术教学理论性过强和学生缺少实践经验导致的。所以在今后FPGA技术课程教学当中，教师需要对课程进行全方位的创新设计，通过更多的实践活动让学生充分的了解这项技术，并且在讲解当中避免过于理论性的讲授，创新教学手段，活跃课堂气氛，最终获得更好的课程教学效果。

参考文献

[1] 潘松.VHDL实用教程[M].成都：电子科技大学出版社，2000.

[2] 江国强.新编字逻辑电路[M].北京：北京邮电大学出版社，2006.

[3] 张志刚.FPGA与SOPC设计教程—DE2实践[M].西安：西安电子科技大学出社，2007.