EDA技術在電工電子技術課程教學中的應用

劉陽勇

摘 要：EDA技術旨在通過應用計算機中的EDA軟件系統，按照電路設計的規則與標準，靈活的實現并完成電氣電子電路的基礎分析、模型轉化和最終設計工作。當前，在很多開設有電工電子技術課程的教學中，已經把利用EDA技術進行教學實踐，作為了教學中重要的一環，這種教學應用，可以克服傳統電工電子技術課程教學更新復雜、直觀教學效果差、結果展示不明晰等不足，通過計算機模擬、計算、分析，能夠較為有效的提升相關電工電子電路設計的時效，同時能夠高質量的展現其電路運行效果。因此在降低教學成本的基礎上，提升了教學效率，也讓學生可以更加直觀的學習到電子技術課程的教學重點，受到了廣大教師及學生的歡迎。

關鍵詞：EDA技術;電工電子;教學應用

引言：隨著大規模集成電路技術和電子電路小型化的發展趨勢日益體現，EDA輔助電子設計發揮出越來越大的作用，特別是通過計算機的輔助計算和模擬，可以完美解決早期電路設計無法避免的設計瓶頸問題。現階段，很多學校以EDA技術貫穿電工電子教學，以實際模擬量化數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電路結構，從而用感性的認識促進學生對陌生的理論體系的學習，獲得了較好的授課成果。作為高校電工電子技術課堂改革的成功經驗，本文分析了相關教學的結合點，并通過實際教學案例，展現了采用EDA技術推進電工電子技術課程教授對重要現實效果。

一、EDA技術發展及特點，相關軟件平臺簡介

EDA技術作為計算機輔助運算與電子信息技術高度融合的計算機輔助設計平臺，借助于計算機強大的計算能力，進行電工電子電路原理圖的設計和PCB電路板的輔助描繪，同時也能裝載不同架構處理器模型，實現擬態過程仿真，從而讓電工電子課程講述更為直觀易懂。其相關軟件平臺主要包括以下三種：

Alum Designer是基于Protel軟件的一體化開發環境，可以通過電路設計、模擬/數字電路模擬、PCB規范設計、邏輯聯通、完整分析、最終設計輸出，提供了高效的設計解決方案。其當前的產品迭代，通過拓展電路設計架構，進一步混合了FPGA設計能力和SOPC設計樣例，從而使其對大規模數字電路設計支持更為完善，對嵌入式系統設計更為便捷。

Proteus具備優越的模擬功能，還對元器件甚至SOC都具有良好的仿真模擬能力，從電路設計、構建標準到外圍電路混合仿真，均有良好的適應性。其豐富的元器件庫資源，為電路修改設計提供了更為靈活、高效的解決方案，其構建的功能、性能貼近現實的虛擬儀器、儀表，可以培養學生更好的實踐，并降低了教學成本。

Multisim作為眾所周知的仿真工具，主要用于模/數電子電路設計工作。采用圖形化關聯或描述性輸入方式，更容易在教學中直觀應用。以互動方式構建電氣原理圖，綁定SPICE擬合的關鍵內容，對電路實現仿真，可以讓學生在相關研究課程中掌握相關信號采集、電路仿真和原理研究。其完善的虛擬現實應用技術，更有利于實現原型構型和檢測全流程。

二、解析理論概念，利用EDA關聯相關知識體系

在EDA有關的電工電子教學課程中，是理論與實踐相結合的知識體系結構。其基礎理論包括電子元件、電路構成、電器特性、工作原理等內容。過去的教學過程中，對于這些晦澀抽象的理論內容，很難用語言描述，需要通過實物教學演示，才能加深學生對相關理論的認知，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構、特性等。例如在開展弦波振蕩電路的虛擬仿真對課程教學中，其教學重點是要學生對波的頻率進行觀察和計算，通過Multisim平臺構建正弦波發生器，并擬合正弦波的產生過程。首先，調用軟件中仿真庫中振蕩波形產生庫，按照提示的電路設計要求，對電路的節點連接集元器件布局進行設置;選用相關分析類型，例如用傅立葉分析和瞬態分析的方法對電路進行分析;根據電路中參數的選定，瞬態分析的啟始時間設為0，中止時間設為5ms，step設置為100ns，用傅氏級數分析法分析對基波頻率進行分析。實驗課程過程中，可以引導學生改變電路中元器件件參數或節點布設方式，觀察電路模擬仿真分析的結果，從而讓學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模式，可以穩步提升電工電子的教學質量。

三、推進實踐學習，采用EDA開展教學實驗

電工電子技術課程的實踐教學，是學生最終能否掌握課程知識點點關鍵。相關實踐課程中，原理圖設計和PCB電路布線是很多電工電子課程教學的主要形式。其實踐課程要求，一般是通過EDA軟件，能夠設計實現并滿足相關要求的電工電子電路，采用仿真模擬，確保電路形式、結構和功能的正確性。例如，采用Alum Designer開展具有總線架構的電子電路原理圖教學過程中，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計，首先讓學生建立總線結構對概念，即多條并行導線對集合，之后讓其采用放置總線命令完成總線布設，同時根據總線功能布局網絡標號，定義端口功能，最后完成原理圖構件的設計、連接。這種利用EDA軟件進行電工電子實驗教學，能夠體現出顯著優勢，為學生樹立明確的電工電子電路基礎設計規范，并用最終仿真結果使學生加深設計認識。

結束語：

綜上所述，EDA是給了電工電子技術教學以虛擬化、計算機輔助教學方式，其在教學中的應用操作簡單、界面直觀。同時，通過對大多數的模擬數字電路、高低頻電路的仿真，與實驗結果評估，確保了在實際教學過程中理論與教學實際的緊密結合，增強了教學的趣味性。

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