EDA技術在教學實踐中的應用

石楊

（北京廣播電視大學密云分校，北京101500）

EDA技術在教學實踐中的應用

石楊

（北京廣播電視大學密云分校，北京101500）

自主學習是現代開放教育的主要學習方法，但工科類課程實踐性環節的自主學習比較困難。以EDA技術為代表的計算機仿真軟件在開放教育中的使用，為學生提供了一個功能齊全的實驗平臺，既可以使學生了解儀器設備的性能、設計實驗電路，解決實踐性環節自主學習中的問題，又可以為辦學單位解決硬件設備偏少和因誤操作而損壞儀器等問題，從而彌補開放教育中實踐性環節的不足，保證開放教育的順利進行。

EDA技術；開放教育；自主學習；實踐性環節

一、引言

實驗是多數工程類課程和應用類課程教學中的重要一環。在傳統的實驗教學過程中，一臺實驗儀器分配給一位學生使用，這往往會造成準備實驗的時間多，而真正使用實驗儀器的時間相對短，這從某種程度上來說是實驗資源的浪費；再加上招生規模的不斷擴大，實驗設備、場地、人員相對來說已處于緊缺狀態，基層辦學單位也難以擁有設備齊全的實驗室，因此傳統的實驗教學方式已不能適應當前高校的發展步伐。EDA技術的出現，很好地解決了這一問題。本文對基于EDA技術的實驗教學系統的可行性進行了探討。

二、EDA技術的特點

電子設計自動化EDA技術，是將先進的計算機技術應用于電子設計過程的一門新技術，EDA技術能在計算機上完成電子電路與系統的功能設計、邏輯設計、性能分析、時序測試、印刷電路板的自動設計，極大地提高了電子電路與系統的設計質量與效率。

1.EDA類軟件運行環境簡單、易學、使用方便

目前流行的EDA軟件運行環境大都為Windows 95或Windows NT、Windows XP，而且許多操作與Windows一樣，對于一些特殊的操作也可借助軟件提供的幫助文件來完成，學生完全可以在家里完成電類課程的實驗。整個軟件采用菜單操作，使用簡單方便。該軟件幾乎完全取代了電子電路實驗中的真實元件、面包板、信號源、示波器和萬用表、信號發生器、掃頻儀、邏輯分析儀、數字信號發生器、邏輯轉換器等，非常適合電子類課程的教學和實驗。[1]學校有了該軟件就相當于有了電路和電子學實驗室，而學生學會了使用該軟件，相當于家里也擁有一個電學實驗室。

2.EDA類軟件仿真功能十分強大

使用EDA類軟件進行電子電路設計、畫圖、分析和輸出分析結果可在一個集成菜單系統中完成。學生可以輕松地用鼠標抓取元器件并將它放入原理圖中，個體元器件屬性的設置方便易學。EDA類軟件具有界面形象、操作方便、能采用圖形方式創建電路等特點，它對元器件既提供了理想模型也可以自己創建所需的實際模型，又可設置故障。同時該軟件具有模擬和數字電路分析的能力，它所使用的圖形輸入原理易學易懂，計算仿真快速準確，虛擬儀器可以像實際儀器一樣測量出電路中所有的節點電壓和支路電流，而且可以以圖形方式顯示各種分析結果，完全仿真出真實電路的結果。教師可以利用EDA類軟件進行電路分析、模擬電子技術和數字電子技術等電子類課程的演示教學，也可用于電子類的實驗、課程設計和畢業設計。[2][3]

3.使用EDA類軟件可以節約資源

EDA軟件擁有龐大的元器件模型庫，包含了許多國內外大公司的晶體管元器件、集成電路和數字門電路芯片、器件庫沒有的元器件，還可以由外部模塊導入。EDA采用軟件仿真的方法，在計算機上虛擬出一個現代化的電子實驗室，它既克服了實驗室經費不足的問題，避免了使用中儀器、器件易壞等不利因素，填補了學校實驗設備不足，還可減少設備和實驗材料的消耗，排除原材料消耗和儀器損壞等故障的出現，幫助學生更快、更好地掌握課堂講授的知識內容，加深對概念和原理的理解，彌補課堂理論教學的不足。

三、EDA類軟件在電子類課程中的應用

電子類課程教學由理論課教學、課程實驗和課程設計等教學環節構成，電子類課程知識的掌握需要這三方面的共同作用。電子類課程理論知識較為抽象，通過大量驗證性和綜合性實驗，可以幫助學生掌握基本理論，課程設計則讓學生將理論用于實際，以培養學生的實際動手能力。

在驗證性實驗中，學生可以根據電路的原理圖，用基于EDA技術的Multisim7軟件模擬連接電路，用Multisim7的虛擬儀器進行在線測量。將理論計算與仿真結果進行對照、比較，提高學生分析問題、解決問題的能力。例如組合邏輯電路的設計是學習數字電路的基礎，其設計過程如圖1所示。

圖1 組合邏輯電路設計過程

以“四人表決電路”的設計為例說明Multisim7軟件在數字電路教學中的應用。我們可以通過Multisim7軟件的邏輯轉換儀模擬完成整個電路設計過程。

1．分析問題

設計“四人表決電路”，半數以上同意為通過。

2．真值表

根據電路要求需要首先設計出真值表，而真值表無需手寫，利用Multisim7軟件可以直接設計。方法是：在邏輯轉換儀的頂部選擇您想用的輸入端A、B、C、D。此時真值表區會自動出現輸入信號的所有組合，而右邊輸出列的初始值全部為零。根據設計的要求，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．最簡表達式

由真值表寫出電路表達式，可以用Multisim7軟件直接生成。方法是：按下“真值表→簡化表達式”按鈕，相應的最簡邏輯表達式會出現在邏輯轉換儀底部的邏輯表達式欄中，如圖2所示。由于可以直接得到電路的最簡表達式，因此省略了卡諾圖化簡這一步驟。

4．邏輯電路

根據電路表達式畫出邏輯電路圖，方法是：按下“表達式→與非電路”按鈕，可得到由與非門構成的電路。最后，分別在輸入端接上轉換開關，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2人以上同意時，X1紅燈被點亮。

圖3 四人表決器電路

可見，利用電子工作臺Multisim7將實驗與理論結合，進行自主學習，可以幫助學生充分理解教材上的理論分析過程，驗證自主學習的過程是否正確，提高動手能力、分析問題、解決問題的能力。同時，由于在虛擬實驗室里實現了“軟件即儀器”、“軟件即元器件”，學生手中有了豐富的虛擬電子元器件和虛擬儀器儀表，從根本上克服了實驗室的儀器儀表在品種、規格、數量上的限制，可以在虛擬實驗室實現驗證型、測試型、設計型、糾錯型、創新型等多種實驗。最后，EDA類軟件還可以幫助學生完成課后作業，在網絡環境的前提下，教師可以利用EDA類軟件對學生進行必要的輔導。

四、結論

綜上所述，以EDA技術為代表的計算機仿真軟件的使用，為電子類專業的學生接受開放教育提供了一個功能齊全的實驗平臺。既可以使學生了解儀器設備的性能，設計實驗電路，解決自主學習中的問題，又可以為辦學單位解決硬件設備偏少和因誤操作而損壞儀器等問題。同時，還可以做各種類型、難度的電子線路實驗，并利用它對電路、信號與系統進行輔助分析和設計，便于修改和優化電路和設計電子產品，彌補了開放教育中實踐性環節的不足，保證了開放教育的順利進行。☉

[1]路而紅.虛擬電子實驗室——Multisim7&Ultiboard7[M].北京:人民郵電出版社,2005:15.

[2]夏鍇.EDA技術在模擬電子技術理論課程教學中的應用[J].涪陵師范學院學報,2005.

[3]曹立杰,李松松.數字電子技術與EDA技術相結合的探討[J].現代電子技術,2009.

（編輯：隗爽）

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1673-8454（2010）15-0084-02