ＥＤＡ技術在職業技術教育中的實踐與探索

張繼濤　趙德申

【摘 要】 EDA即電子設計自動化技術，是最近十幾年剛推出的新技術，在CAA和CAD（電子線路計算機輔助分析和輔助設計）技術基礎上發展起來的計算機設計軟件系統，它集計算機、電子、信息和CAM（計算機復制制造）、CAT（計算機復制測試）等技術于一體，不僅具有強大的設計能力，還具有測試、分析及管理的功能，可完整實現電子產品從電學觀念設計到生成物理生產數據的全過程。它改變了以往采用定量計算和搭電路實驗為基礎的傳統設計方式，使電子電路的分析與設計方法發生了重大變革。目前公認的優秀的EDA軟件有Multisim和Protel等，職業技術教育開展EDA教學，培養學生掌握最前沿的應用技術，是時代發展和教育改革的需要。

【關鍵詞】 EDA技術 職業教育 實踐探索

EDA（Electronic Design Automation）技術，即電子設計自動化技術，是在CAA和CAD（電子線路計算機輔助分析和輔助設計）技術基礎上發展起來的計算機設計軟件系統，它集計算機、電子、信息和CAM（計算機輔助制造）、CAT（計算機輔助測試）等技術于一體，不僅具有強大的設計能力，還具有測試、分析及管理的功能，可完整實現電子產品從電學觀念設計到生成物理生產數據的全過程。它改變了以往采用定量計算和搭電路實驗為基礎的傳統設計方式，使電子電路的分析與設計方法發生了重大變革。微電子技術的迅猛發展和微型計算機的快速普及，給EDA技術的廣泛應用創造了良好條件。EDA技術已成為當代電子系統及專用集成電路設計中不可缺少的重要手段。

一、常用的EDA技術軟件

目前引入我國EDA軟件有多種，其中影響比較在的有：Pspice、Multisim(MULTISIM)、Protel、Orcad等。

Pspice（Simulation Program With Integrated Circuit Emphasis）是美國MicroSim公司于20世紀80年代開發的電路仿真分析軟件，可以進行模擬/數字電路混合分析、參數優化等。

Multisim的前身是在我國具有一定知名度的EWB（Electronic Workbench）軟件，是加拿大Interactive Image Technologies Ltd公司20世紀90年代初推出的專用于電工電子線路仿真的軟件，可以實現對模擬數字電路的混合仿真。

Protel的前身版本是Tango，由澳大利亞Protel Technolog公司研制開發。該軟件功能十分強大，可以完成電路原理圖的設計、電路仿真分析、印制電路板設計及自動布線、信號完整性分析、可編程邏輯器件（PLD）設計等。

Orcad軟件包是20世紀90年代初由美國Orcad公司研制開發的EDA軟件包，包括原理圖設計、PCB設計、VST、PLD Tools等軟件。

EDA軟件很多，其功能各有所長，但也有相似之處。因此對于在校的大中專學生來說，沒有必要也不可能通曉所有軟件，重點學習一到兩種即可，因為每學習一種軟件都需要時間。就目前了解的國際國內EDA軟件的推廣應用情況來看，Multisim和Protel是兩款優秀的EDA軟件。

二、Multisim軟件

Multisim軟件被譽為“計算機里的實驗室”。具有界面交互友好、畫面形象直觀、易學、易用、快捷、方便、真實、準確的特點，可實現大部分硬件電路實驗和分析的功能。

Multisim的設計實驗工作區好象一塊面包板，在上面可建立各種電路進行仿真實驗及分析，工具欄中存放著數字電壓表、數字電流表、數字萬用表、功率表、具有存貯功能的示波器、能產生正弦波三角波和方波的函數發生器、可直接顯示電路頻率響應的掃頻儀、數字信號邏輯分析儀、數字信號發生器，還有可進行邏輯表達式和邏輯電路圖相互轉換的邏輯轉換儀等。

Multisim的器件庫為用戶提供數萬種以上的常用模擬和數字元器件，設計和實驗時可通過工具欄任意取用，每種元器件使用數量不受限制。元器件之間的連線操作也非常方便，當你將電路所用元件放置到工作區后，只要將鼠標箭頭指向元器件的引腳，立即就會出現一個黑色圓點，這時按下鼠標左鍵，移動光標到另一個元器件的引腳，一條連線自動形成。實驗時，發光二極管可以發出紅綠藍各色光，邏輯探頭可直接顯示電路節點的高低電平，繼電器和開關的觸點可以分合動作，熔斷器可以被燒斷，燈泡可以發光或燒毀，蜂鳴器可以發出不同音調的聲音，電位器的觸點可以按比例移動改變阻值，儀器儀表可以顯示相應的數據和波形。Multisim為用戶造就了一個一體化的設計實驗環境，建立電路、實驗分析和結果輸出在系統菜單系統中可以全部完成。如果是電子電路設計，Multisim還可進行直流工作點分析、瞬態分析、傅里葉變換分析、噪聲和失真度分析、溫度掃描分析、參數掃描分析、靈敏度分析、零極點分析、最壞情況分析和蒙特卡羅分析等，分析結果以數值或波形直觀地顯示出來。圖1所示為用Multisim建立的單管放大電路及仿真實驗測試的輸入輸出電壓波形。

三、Protel軟件

Protel軟件功能十分強大，尤其是印制電路板的設計與制作方面具有獨到之處。目前應用的最新版本ProtelDXP是一個32位的EDA設計系統，可以完成電路原理圖的設計、錯誤檢查、仿真分析、印制電路板設計、信號完整性分析、可編程邏輯器件（PLD）設計等。該軟件集強大的設計能力、復雜工藝的可生產性、設計過程管理于一體，具有電子產品從設計到生產的完善的技術保證。Protel還具有網絡功能，對復雜的電子系統可通過網絡實現多個成員分工合作設計，設計成員通過設置密碼規定訪問權限。Protel采用數據庫文檔管理方式，對多個相互關聯的設計文檔實現同步設計和統一管理。

Protel仿真器，可以進行模擬信號和數字信號電路的混合仿真，給出各測試點輸出信號的數據和波形。同時它還能夠進行直流工作點、瞬態、交流小信號、失真、噪聲、溫度、蒙特卡羅等多種分析，通過分析可以發現電路的性能缺陷，及時地加以修正。Protel所帶的信號完整性分析工具能夠精確地模擬和分析印制電路板的性能，從而使得用戶可以了解網絡阻抗、傳輸特性、傳播延遲、信號質量、信號反射、串音以及電磁兼容性等問題以及它們帶來的影響。確保了電子產品的設計質量。圖2所示為用Protel設計的“振蕩器和積分器”電路原理圖、仿真波形和印制電路板。

四、與時俱進開展EDA教學

教育要面向現代化，面向未來。教學內容要跟隨時代變化及時更新。EDA是最近十多年剛發展起來的新技術，其卓越的功能，不僅縮短了產品開發的周期，降低了設計和制作成本，而且大大提高了產品的質量，使電子科技界發生了重大變革。許多大中專校已經開設了相關的課程，現在市面上已有多種版本的EDA教材出版， EDA技術方面的參考書也很多。教育部組織制訂的新的電子類電氣類各專業教學大綱也已將EDA技術列為學生必學的內容之一。

目前電子產品已進入微電子技術應用階段，超大規模集成電路、復雜的電路結構和精密的制作工藝設計，是手工設計難以完成的，EDA技術成為電子產品設計的重要工具。微電子技術、計算機使電力電氣設備的自動化智能化程度越來越高，以弱控強是現代電氣設備的特征。

EDA軟件教學為電工電子課程教學改革打開了一個窗口。學生一旦掌握了EDA軟件的基本操作，便可在教師的指導下在計算機上自學，對有關課程內容進行分析和計算，做開放型實驗和設計型實驗，完成課外作業，加深對課堂內容的分析和理解。教師可用EDA軟件搞科研設計和幫助備課，研究電路中的疑難問題，精減課堂教學內容，取代部分硬件電路實驗，可取得事半功倍的效果。教師教得輕松，學生學得主動，省錢省時又省工。同時使電工電子技術實驗和進行電路設計成為一件輕松愉快的事情。

隨著計算機應用的普及，各種應用軟件應運而生，為各項工程設計和制造采用計算機輔助設計技術提供了便利條件。現在大多數學校備有充足的學生上機的機房，甚至有的學生宿舍也配備了計算機，為學生進行計算機操作創造了良好的條件。開設EDA技術課程，讓學生學會使用EDA軟件，相當于給每個學生創建了一個電工電子技術實驗室和設計室，可有效地促進學生綜合技能的培養。

五、我院開展EDA教學的探索

1993年我院首次對“加強實踐教學試點班”學生開設電子線路CAD課程，當時使用的軟件為Tango，學生表現出極大的學習興趣，取得了較好的教學效果。試點班學生在教師的指導下，在畢業設計時，用Tango軟件設計制作了電力電子、自動控制實驗設備58臺套。

EDA是一門新技術，多數學生學習興趣濃厚，積極主動，但也發現個別學生學習情緒不夠穩定，往往需要教師對學生的學習熱情加以正確引導。

例如EDA仿真實驗是一種虛擬的操作，學習時會感到有些抽象，因此，我們讓學生將電工、電子技術EDA仿真實驗與硬件實驗所測試的數據、波形進行對比，證明二者的一致性，使學生確信EDA仿真實驗的正確，從而明白虛擬并非虛構，而是真實地模仿，提高學生進行EDA實驗的信心和興趣，加深對理論知識的分析和理解；再如電子技術實習時，為了讓學生正確地使用EDA軟件設計印制電路板，我們組織學生參觀電子廠和電視機廠，了解電子產品的生產過程。同時我們還收集了多種電子元器件和收音機、電視機、VCD機、計算機等電子產品的印制電路板，讓學生仔細觀察各種元器件的外形，學會識別和測試元件，認真研究印制電路板的結構及布局、布線特征，使學生獲取感性認識后再深入學習EDA技術。

EDA教學是軟件教學，不宜在教室空講授課，適宜計算機演示教學。我們一般采用大屏幕投影教學，即多媒體教室上課。老師一邊在計算機上進行操作，一邊進行講解。若每個學生面前有計算機，可讓他們跟隨老師一起操作。若上課時學生沒有配備計算機，下課后可安排學生上機操作，授課和上機操作學時比為1∶1，也可使操作學時多一些，交叉進行。每次上機操作前，老師對學生提出具體的練習內容要求，加強操作考核，學一部分，考核一部分。一般在EDA課程結束后，還安排有電子技術課程設計和電子技術實習、畢業設計等，這些環節都要求用EDA軟件繪圖及進行實際制作，使學生在反復練習EDA軟件操作過程中，不斷提高熟練程度。

實踐證明，EDA教學還可以促進計算機、英語和其他專業課程的學習。由于不同計算機軟件的窗口界面、菜單命令操作具有一定的相似性，學好用好EDA軟件，對學習其他計算機軟件有諸類旁通的作用；再如英語，因為多數EDA軟件都是國外原版，其菜單命令、對話框文字及幫助信息都是英文，學習EDA軟件時，學生也就聯系專業實際學習了英語，記憶深刻；另外通過EDA軟件所做的各種仿真實驗與測試分析，可大大加深對電路原理的理解，利用EDA軟件功能還可以自行創建各種強電系統使用的元器件符號，進而設計出電類專業其他課程如電力電子技術、機床電氣控制設備、供配電線路等電路原理圖和裝配圖。

由于EDA軟件是電工電子技術仿真實驗和設計的工具，因此讓學生在進校的第二學期就可以開出，這樣在學習電工基礎和電子技術時就可以應用。

六、總結

目前全球性的EDA技術開發推廣應用方興未艾，我們應不失時機地在職業技術教育中開展EDA教學，培養學生掌握最前沿的應用技術，以滿足時代發展和教育改革的需要。

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