石楊

（北京廣播電視大學(xué)密云分校，北京101500）

EDA技術(shù)在教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用

石楊

（北京廣播電視大學(xué)密云分校，北京101500）

自主學(xué)習(xí)是現(xiàn)代開(kāi)放教育的主要學(xué)習(xí)方法，但工科類(lèi)課程實(shí)踐性環(huán)節(jié)的自主學(xué)習(xí)比較困難。以EDA技術(shù)為代表的計(jì)算機(jī)仿真軟件在開(kāi)放教育中的使用，為學(xué)生提供了一個(gè)功能齊全的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，既可以使學(xué)生了解儀器設(shè)備的性能、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路，解決實(shí)踐性環(huán)節(jié)自主學(xué)習(xí)中的問(wèn)題，又可以為辦學(xué)單位解決硬件設(shè)備偏少和因誤操作而損壞儀器等問(wèn)題，從而彌補(bǔ)開(kāi)放教育中實(shí)踐性環(huán)節(jié)的不足，保證開(kāi)放教育的順利進(jìn)行。

EDA技術(shù)；開(kāi)放教育；自主學(xué)習(xí)；實(shí)踐性環(huán)節(jié)

一、引言

實(shí)驗(yàn)是多數(shù)工程類(lèi)課程和應(yīng)用類(lèi)課程教學(xué)中的重要一環(huán)。在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，一臺(tái)實(shí)驗(yàn)儀器分配給一位學(xué)生使用，這往往會(huì)造成準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)的時(shí)間多，而真正使用實(shí)驗(yàn)儀器的時(shí)間相對(duì)短，這從某種程度上來(lái)說(shuō)是實(shí)驗(yàn)資源的浪費(fèi)；再加上招生規(guī)模的不斷擴(kuò)大，實(shí)驗(yàn)設(shè)備、場(chǎng)地、人員相對(duì)來(lái)說(shuō)已處于緊缺狀態(tài)，基層辦學(xué)單位也難以擁有設(shè)備齊全的實(shí)驗(yàn)室，因此傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式已不能適應(yīng)當(dāng)前高校的發(fā)展步伐。EDA技術(shù)的出現(xiàn)，很好地解決了這一問(wèn)題。本文對(duì)基于EDA技術(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的可行性進(jìn)行了探討。

二、EDA技術(shù)的特點(diǎn)

電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化EDA技術(shù)，是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于電子設(shè)計(jì)過(guò)程的一門(mén)新技術(shù)，EDA技術(shù)能在計(jì)算機(jī)上完成電子電路與系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)、性能分析、時(shí)序測(cè)試、印刷電路板的自動(dòng)設(shè)計(jì)，極大地提高了電子電路與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)質(zhì)量與效率。

1.EDA類(lèi)軟件運(yùn)行環(huán)境簡(jiǎn)單、易學(xué)、使用方便

目前流行的EDA軟件運(yùn)行環(huán)境大都為Windows 95或Windows NT、Windows XP，而且許多操作與Windows一樣，對(duì)于一些特殊的操作也可借助軟件提供的幫助文件來(lái)完成，學(xué)生完全可以在家里完成電類(lèi)課程的實(shí)驗(yàn)。整個(gè)軟件采用菜單操作，使用簡(jiǎn)單方便。該軟件幾乎完全取代了電子電路實(shí)驗(yàn)中的真實(shí)元件、面包板、信號(hào)源、示波器和萬(wàn)用表、信號(hào)發(fā)生器、掃頻儀、邏輯分析儀、數(shù)字信號(hào)發(fā)生器、邏輯轉(zhuǎn)換器等，非常適合電子類(lèi)課程的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)。[1]學(xué)校有了該軟件就相當(dāng)于有了電路和電子學(xué)實(shí)驗(yàn)室，而學(xué)生學(xué)會(huì)了使用該軟件，相當(dāng)于家里也擁有一個(gè)電學(xué)實(shí)驗(yàn)室。

2.EDA類(lèi)軟件仿真功能十分強(qiáng)大

使用EDA類(lèi)軟件進(jìn)行電子電路設(shè)計(jì)、畫(huà)圖、分析和輸出分析結(jié)果可在一個(gè)集成菜單系統(tǒng)中完成。學(xué)生可以輕松地用鼠標(biāo)抓取元器件并將它放入原理圖中，個(gè)體元器件屬性的設(shè)置方便易學(xué)。EDA類(lèi)軟件具有界面形象、操作方便、能采用圖形方式創(chuàng)建電路等特點(diǎn)，它對(duì)元器件既提供了理想模型也可以自己創(chuàng)建所需的實(shí)際模型，又可設(shè)置故障。同時(shí)該軟件具有模擬和數(shù)字電路分析的能力，它所使用的圖形輸入原理易學(xué)易懂，計(jì)算仿真快速準(zhǔn)確，虛擬儀器可以像實(shí)際儀器一樣測(cè)量出電路中所有的節(jié)點(diǎn)電壓和支路電流，而且可以以圖形方式顯示各種分析結(jié)果，完全仿真出真實(shí)電路的結(jié)果。教師可以利用EDA類(lèi)軟件進(jìn)行電路分析、模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)等電子類(lèi)課程的演示教學(xué)，也可用于電子類(lèi)的實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)。[2][3]

3.使用EDA類(lèi)軟件可以節(jié)約資源

EDA軟件擁有龐大的元器件模型庫(kù)，包含了許多國(guó)內(nèi)外大公司的晶體管元器件、集成電路和數(shù)字門(mén)電路芯片、器件庫(kù)沒(méi)有的元器件，還可以由外部模塊導(dǎo)入。EDA采用軟件仿真的方法，在計(jì)算機(jī)上虛擬出一個(gè)現(xiàn)代化的電子實(shí)驗(yàn)室，它既克服了實(shí)驗(yàn)室經(jīng)費(fèi)不足的問(wèn)題，避免了使用中儀器、器件易壞等不利因素，填補(bǔ)了學(xué)校實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足，還可減少設(shè)備和實(shí)驗(yàn)材料的消耗，排除原材料消耗和儀器損壞等故障的出現(xiàn)，幫助學(xué)生更快、更好地掌握課堂講授的知識(shí)內(nèi)容，加深對(duì)概念和原理的理解，彌補(bǔ)課堂理論教學(xué)的不足。

三、EDA類(lèi)軟件在電子類(lèi)課程中的應(yīng)用

電子類(lèi)課程教學(xué)由理論課教學(xué)、課程實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)等教學(xué)環(huán)節(jié)構(gòu)成，電子類(lèi)課程知識(shí)的掌握需要這三方面的共同作用。電子類(lèi)課程理論知識(shí)較為抽象，通過(guò)大量驗(yàn)證性和綜合性實(shí)驗(yàn)，可以幫助學(xué)生掌握基本理論，課程設(shè)計(jì)則讓學(xué)生將理論用于實(shí)際，以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力。

在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可以根據(jù)電路的原理圖，用基于EDA技術(shù)的Multisim7軟件模擬連接電路，用Multisim7的虛擬儀器進(jìn)行在線測(cè)量。將理論計(jì)算與仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)照、比較，提高學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。例如組合邏輯電路的設(shè)計(jì)是學(xué)習(xí)數(shù)字電路的基礎(chǔ)，其設(shè)計(jì)過(guò)程如圖1所示。

圖1 組合邏輯電路設(shè)計(jì)過(guò)程

以“四人表決電路”的設(shè)計(jì)為例說(shuō)明Multisim7軟件在數(shù)字電路教學(xué)中的應(yīng)用。我們可以通過(guò)Multisim7軟件的邏輯轉(zhuǎn)換儀模擬完成整個(gè)電路設(shè)計(jì)過(guò)程。

1．分析問(wèn)題

設(shè)計(jì)“四人表決電路”，半數(shù)以上同意為通過(guò)。

2．真值表

根據(jù)電路要求需要首先設(shè)計(jì)出真值表，而真值表無(wú)需手寫(xiě)，利用Multisim7軟件可以直接設(shè)計(jì)。方法是：在邏輯轉(zhuǎn)換儀的頂部選擇您想用的輸入端A、B、C、D。此時(shí)真值表區(qū)會(huì)自動(dòng)出現(xiàn)輸入信號(hào)的所有組合，而右邊輸出列的初始值全部為零。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，改變真值表的輸出值1、0或X，電路真值表如圖2所示。

圖2 四人表決器真值表

3．最簡(jiǎn)表達(dá)式

由真值表寫(xiě)出電路表達(dá)式，可以用Multisim7軟件直接生成。方法是：按下“真值表→簡(jiǎn)化表達(dá)式”按鈕，相應(yīng)的最簡(jiǎn)邏輯表達(dá)式會(huì)出現(xiàn)在邏輯轉(zhuǎn)換儀底部的邏輯表達(dá)式欄中，如圖2所示。由于可以直接得到電路的最簡(jiǎn)表達(dá)式，因此省略了卡諾圖化簡(jiǎn)這一步驟。

4．邏輯電路

根據(jù)電路表達(dá)式畫(huà)出邏輯電路圖，方法是：按下“表達(dá)式→與非電路”按鈕，可得到由與非門(mén)構(gòu)成的電路。最后，分別在輸入端接上轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，在輸出端接一只指示燈，得到最終的四人表決器電路，如圖3所示。當(dāng)2人以上同意時(shí)，X1紅燈被點(diǎn)亮。

圖3 四人表決器電路

可見(jiàn)，利用電子工作臺(tái)Multisim7將實(shí)驗(yàn)與理論結(jié)合，進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，可以幫助學(xué)生充分理解教材上的理論分析過(guò)程，驗(yàn)證自主學(xué)習(xí)的過(guò)程是否正確，提高動(dòng)手能力、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。同時(shí)，由于在虛擬實(shí)驗(yàn)室里實(shí)現(xiàn)了“軟件即儀器”、“軟件即元器件”，學(xué)生手中有了豐富的虛擬電子元器件和虛擬儀器儀表，從根本上克服了實(shí)驗(yàn)室的儀器儀表在品種、規(guī)格、數(shù)量上的限制，可以在虛擬實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證型、測(cè)試型、設(shè)計(jì)型、糾錯(cuò)型、創(chuàng)新型等多種實(shí)驗(yàn)。最后，EDA類(lèi)軟件還可以幫助學(xué)生完成課后作業(yè)，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的前提下，教師可以利用EDA類(lèi)軟件對(duì)學(xué)生進(jìn)行必要的輔導(dǎo)。

四、結(jié)論

綜上所述，以EDA技術(shù)為代表的計(jì)算機(jī)仿真軟件的使用，為電子類(lèi)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生接受開(kāi)放教育提供了一個(gè)功能齊全的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。既可以使學(xué)生了解儀器設(shè)備的性能，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路，解決自主學(xué)習(xí)中的問(wèn)題，又可以為辦學(xué)單位解決硬件設(shè)備偏少和因誤操作而損壞儀器等問(wèn)題。同時(shí)，還可以做各種類(lèi)型、難度的電子線路實(shí)驗(yàn)，并利用它對(duì)電路、信號(hào)與系統(tǒng)進(jìn)行輔助分析和設(shè)計(jì)，便于修改和優(yōu)化電路和設(shè)計(jì)電子產(chǎn)品，彌補(bǔ)了開(kāi)放教育中實(shí)踐性環(huán)節(jié)的不足，保證了開(kāi)放教育的順利進(jìn)行。☉

[1]路而紅.虛擬電子實(shí)驗(yàn)室——Multisim7&Ultiboard7[M].北京:人民郵電出版社,2005:15.

[2]夏鍇.EDA技術(shù)在模擬電子技術(shù)理論課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].涪陵師范學(xué)院學(xué)報(bào),2005.

[3]曹立杰,李松松.數(shù)字電子技術(shù)與EDA技術(shù)相結(jié)合的探討[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2009.

（編輯：隗爽）

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1673-8454（2010）15-0084-02