劉陽勇

摘 要：EDA技術(shù)旨在通過應(yīng)用計算機(jī)中的EDA軟件系統(tǒng)，按照電路設(shè)計的規(guī)則與標(biāo)準(zhǔn)，靈活的實現(xiàn)并完成電氣電子電路的基礎(chǔ)分析、模型轉(zhuǎn)化和最終設(shè)計工作。當(dāng)前，在很多開設(shè)有電工電子技術(shù)課程的教學(xué)中，已經(jīng)把利用EDA技術(shù)進(jìn)行教學(xué)實踐，作為了教學(xué)中重要的一環(huán)，這種教學(xué)應(yīng)用，可以克服傳統(tǒng)電工電子技術(shù)課程教學(xué)更新復(fù)雜、直觀教學(xué)效果差、結(jié)果展示不明晰等不足，通過計算機(jī)模擬、計算、分析，能夠較為有效的提升相關(guān)電工電子電路設(shè)計的時效，同時能夠高質(zhì)量的展現(xiàn)其電路運行效果。因此在降低教學(xué)成本的基礎(chǔ)上，提升了教學(xué)效率，也讓學(xué)生可以更加直觀的學(xué)習(xí)到電子技術(shù)課程的教學(xué)重點，受到了廣大教師及學(xué)生的歡迎。

關(guān)鍵詞：EDA技術(shù);電工電子;教學(xué)應(yīng)用

引言：隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)和電子電路小型化的發(fā)展趨勢日益體現(xiàn)，EDA輔助電子設(shè)計發(fā)揮出越來越大的作用，特別是通過計算機(jī)的輔助計算和模擬，可以完美解決早期電路設(shè)計無法避免的設(shè)計瓶頸問題?，F(xiàn)階段，很多學(xué)校以EDA技術(shù)貫穿電工電子教學(xué)，以實際模擬量化數(shù)字模擬電路及高低頻電路的運作流程，可以更為直觀地展現(xiàn)電路結(jié)構(gòu)，從而用感性的認(rèn)識促進(jìn)學(xué)生對陌生的理論體系的學(xué)習(xí)，獲得了較好的授課成果。作為高校電工電子技術(shù)課堂改革的成功經(jīng)驗，本文分析了相關(guān)教學(xué)的結(jié)合點，并通過實際教學(xué)案例，展現(xiàn)了采用EDA技術(shù)推進(jìn)電工電子技術(shù)課程教授對重要現(xiàn)實效果。

一、EDA技術(shù)發(fā)展及特點，相關(guān)軟件平臺簡介

EDA技術(shù)作為計算機(jī)輔助運算與電子信息技術(shù)高度融合的計算機(jī)輔助設(shè)計平臺，借助于計算機(jī)強(qiáng)大的計算能力，進(jìn)行電工電子電路原理圖的設(shè)計和PCB電路板的輔助描繪，同時也能裝載不同架構(gòu)處理器模型，實現(xiàn)擬態(tài)過程仿真，從而讓電工電子課程講述更為直觀易懂。其相關(guān)軟件平臺主要包括以下三種：

Alum Designer是基于Protel軟件的一體化開發(fā)環(huán)境，可以通過電路設(shè)計、模擬/數(shù)字電路模擬、PCB規(guī)范設(shè)計、邏輯聯(lián)通、完整分析、最終設(shè)計輸出，提供了高效的設(shè)計解決方案。其當(dāng)前的產(chǎn)品迭代，通過拓展電路設(shè)計架構(gòu)，進(jìn)一步混合了FPGA設(shè)計能力和SOPC設(shè)計樣例，從而使其對大規(guī)模數(shù)字電路設(shè)計支持更為完善，對嵌入式系統(tǒng)設(shè)計更為便捷。

Proteus具備優(yōu)越的模擬功能，還對元器件甚至SOC都具有良好的仿真模擬能力，從電路設(shè)計、構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)到外圍電路混合仿真，均有良好的適應(yīng)性。其豐富的元器件庫資源，為電路修改設(shè)計提供了更為靈活、高效的解決方案，其構(gòu)建的功能、性能貼近現(xiàn)實的虛擬儀器、儀表，可以培養(yǎng)學(xué)生更好的實踐，并降低了教學(xué)成本。

Multisim作為眾所周知的仿真工具，主要用于模/數(shù)電子電路設(shè)計工作。采用圖形化關(guān)聯(lián)或描述性輸入方式，更容易在教學(xué)中直觀應(yīng)用。以互動方式構(gòu)建電氣原理圖，綁定SPICE擬合的關(guān)鍵內(nèi)容，對電路實現(xiàn)仿真，可以讓學(xué)生在相關(guān)研究課程中掌握相關(guān)信號采集、電路仿真和原理研究。其完善的虛擬現(xiàn)實應(yīng)用技術(shù)，更有利于實現(xiàn)原型構(gòu)型和檢測全流程。

二、解析理論概念，利用EDA關(guān)聯(lián)相關(guān)知識體系

在EDA有關(guān)的電工電子教學(xué)課程中，是理論與實踐相結(jié)合的知識體系結(jié)構(gòu)。其基礎(chǔ)理論包括電子元件、電路構(gòu)成、電器特性、工作原理等內(nèi)容。過去的教學(xué)過程中，對于這些晦澀抽象的理論內(nèi)容，很難用語言描述，需要通過實物教學(xué)演示，才能加深學(xué)生對相關(guān)理論的認(rèn)知，但是實物教具的成本較高，且更新較慢。而教師運用Alum Designer 、Multisim開展課程講解，可以大大提升授課效率。通過軟件內(nèi)含的儀器、3D圖例，可以充分展示理論課程涉及的電子元器件及其結(jié)構(gòu)、特性等。例如在開展弦波振蕩電路的虛擬仿真對課程教學(xué)中，其教學(xué)重點是要學(xué)生對波的頻率進(jìn)行觀察和計算，通過Multisim平臺構(gòu)建正弦波發(fā)生器，并擬合正弦波的產(chǎn)生過程。首先，調(diào)用軟件中仿真庫中振蕩波形產(chǎn)生庫，按照提示的電路設(shè)計要求，對電路的節(jié)點連接集元器件布局進(jìn)行設(shè)置;選用相關(guān)分析類型，例如用傅立葉分析和瞬態(tài)分析的方法對電路進(jìn)行分析;根據(jù)電路中參數(shù)的選定，瞬態(tài)分析的啟始時間設(shè)為0，中止時間設(shè)為5ms，step設(shè)置為100ns，用傅氏級數(shù)分析法分析對基波頻率進(jìn)行分析。實驗課程過程中，可以引導(dǎo)學(xué)生改變電路中元器件件參數(shù)或節(jié)點布設(shè)方式，觀察電路模擬仿真分析的結(jié)果，從而讓學(xué)生對于振蕩器的理論有更為深刻的理解。這種直觀具體的教學(xué)模式，可以穩(wěn)步提升電工電子的教學(xué)質(zhì)量。

三、推進(jìn)實踐學(xué)習(xí)，采用EDA開展教學(xué)實驗

電工電子技術(shù)課程的實踐教學(xué)，是學(xué)生最終能否掌握課程知識點點關(guān)鍵。相關(guān)實踐課程中，原理圖設(shè)計和PCB電路布線是很多電工電子課程教學(xué)的主要形式。其實踐課程要求，一般是通過EDA軟件，能夠設(shè)計實現(xiàn)并滿足相關(guān)要求的電工電子電路，采用仿真模擬，確保電路形式、結(jié)構(gòu)和功能的正確性。例如，采用Alum Designer開展具有總線架構(gòu)的電子電路原理圖教學(xué)過程中，教師可以利用之前繪制的分立元件的電工電路，完成初步周邊器件布局原理圖設(shè)計，首先讓學(xué)生建立總線結(jié)構(gòu)對概念，即多條并行導(dǎo)線對集合，之后讓其采用放置總線命令完成總線布設(shè)，同時根據(jù)總線功能布局網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號，定義端口功能，最后完成原理圖構(gòu)件的設(shè)計、連接。這種利用EDA軟件進(jìn)行電工電子實驗教學(xué)，能夠體現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，為學(xué)生樹立明確的電工電子電路基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范，并用最終仿真結(jié)果使學(xué)生加深設(shè)計認(rèn)識。

結(jié)束語：

綜上所述，EDA是給了電工電子技術(shù)教學(xué)以虛擬化、計算機(jī)輔助教學(xué)方式，其在教學(xué)中的應(yīng)用操作簡單、界面直觀。同時，通過對大多數(shù)的模擬數(shù)字電路、高低頻電路的仿真，與實驗結(jié)果評估，確保了在實際教學(xué)過程中理論與教學(xué)實際的緊密結(jié)合，增強(qiáng)了教學(xué)的趣味性。

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