EDA與電子技術實踐課程的融合研究

摘 要： 文章針對電子技術實踐課程傳統教學模式的不足，提出將EDA技術融入實踐課程中，以仿真實例探討EDA與電子技術實踐課程的融合方法，借助EDA技術提供的廣闊平臺，輔助實驗教學和開展課程設計。研究表明，融入EDA技術后，學生先仿真后實驗，設計更靈活，理實結合，使得傳統教學與EDA技術相輔相成，同時鼓勵學生自主創新設計，激發學生的學習興趣，提高學生的自主學習能力和工程實踐能力。

關鍵詞： EDA 電子技術 電路仿真

一、引言

EDA，即電子設計自動化，是運用EDA軟件實現電路設計、仿真和測試等功能以實現電子器件或電子系統設計的技術^[1]。常用的EDA軟件有Multisim、Proteus和Pspice等。目前，EDA技術發展迅速，不斷深入電子技術的各個領域，發展前景非常廣闊。國內各大院校的電子類專業都相繼開設EDA技術相關課程作為其專業的必修課程，其地位和作用不言而喻。

模擬電子技術、數字電子技術等是電子類專業非常重要的專業基礎課，這兩門課程的特點是理論教學比較抽象，學生難以理解，而實踐性非常強，因此要配合一定學時的實驗和課程設計等實踐教學配合理論教學。而在傳統教學中，這些實驗課程的開設學時有限，且受到實驗儀器、設備的影響，學生實際操作時有時無法達到期望的學習效果。

EDA技術的發展對電子技術實踐課程教學方法和教學模式帶來了新的變化和契機。將EDA技術融入這些實踐課程教學中，學生不僅可以鞏固理論課上的學習內容，而且可以理論聯系實際，學以致用，不需要實驗儀器和特定的實驗環境，只需要在電腦上安裝仿真軟件，就可以隨時進行驗證性實驗的仿真和測試，解決實驗具體操作過程中遇到的難題、疑問和想法，更可以自己動手設計電路方案、調試電路，仿真成功之后再具體實施購買元件、搭建電路，大大降低成本。將EDA技術融合這些實踐課程教學中，可以充分發揮EDA技術的優勢，促進實踐教學，同時更好地發揮學生的主觀能動性，激發學生的學習興趣，提高學生的工程實踐能力，更好地促進電子技術實踐課程教學改革的發展。

二、EDA技術與實驗課程的融合

1.與模擬電子技術實驗的融合

將EDA技術融入實驗教學中，輔助開展實驗，完成電子電路和系統的設計。具體實施時，可以引導學生課下預習時對電路進行仿真，進行參數測試和數值計算。課上實際動手操作，既利用了軟件模擬的優勢，又體現了實際動手操作的必要性，更讓學生體會理論模擬和實際操作的具體差異。

例如，在模擬電子技術實驗中，比較重要的一個實驗內容是利用集成運放構成波形產生電路的研究^[2]。學生在實驗具體操作過程中，由于所用元器件和接線較多，進行電路調試時很容易出現問題。學生進實驗室之前可預先利用EDA技術進行電路仿真，更好地了解電路原理及各個參數的變化對產生波形的影響。波形產生電路一種常見的方案是利用滯回比較器和積分器首尾相接構成正反饋閉環系統^[5]。利用Multisim軟件仿真電路如圖1所示，電路前半部分構成了滯回比較器，后半部分電路構成了RC積分電路。滯回比較器輸出端口得到的方波經RC積分電路積分得到三角波，三角波觸發滯回比較器自動翻轉得到方波。利用仿真軟件的虛擬雙蹤示波器可以觀測方波、三角波的輸出波形，不僅可以清晰地觀察方波和三角波之間的對應關系，還可以靈活調節R1、R2參數，改變三角波的幅值大小。仿真實驗成功后，學生對實驗現象有了感性認識，對實驗涉及的相關理論知識也會有自己的理解，在實際動手操作實驗時，搭建電路會有目的性，出現問題也能嘗試解決。

2.與數字電子技術實驗的融合

在數字電子技術實驗中，由于重點在于常用的一些組合邏輯電路和時序邏輯電路集成電路片的應用，包括與非門74LS20、數據選擇器74LS153、譯碼器74LS138、觸發器、計數器、移位寄存器等^[3]。一些比較簡單的芯片功能和參數測試的實驗都可以讓學生仿真實現，熟悉好常用芯片后，就可以分配更多的時間讓學生在實驗室進行設計性、綜合性實驗^[4]，給學生更多發揮空間，并學以致用。

例如，Multisim軟件中的字發生器是一個可以產生32位同步邏輯信號的儀器，用于對數字邏輯電路進行測試，產生的信號經常用做數字電路的輸入信號，其外形如圖2所示，其中R為備用信號端，T為外觸發輸入端。模擬實驗中，利用字發生器產生一個十六進制循環脈沖從00000000到00000009，經74LS47顯示譯碼器譯碼后，可使數碼管顯示0～9相應的字形。圖2為字發生器產生序列為00000005，即輸入DCBA=0101時，譯碼器譯碼后使得數碼管顯示“5”字形。仿真結果一目了然，并且學生可查看關鍵節點的高低電平，分析輸入輸出之間的邏輯關系。借助EDA技術，不僅鞏固所學內容，還提高學生的學習興趣。

三、EDA技術與電子技術課程設計的融合

電子技術課程設計的流程，一般是學生選定題目后，進行具體的方案設計。實現方案可以有多種，通過比較選擇最優方案。而進行方案驗證的時候如果融入EDA技術會大大節約時間和成本。Multisim軟件里面含有豐富的元件庫和虛擬儀器，學生可以根據仿真結果隨時修改電路、替換元件和改變元件參數，直到滿足設計要求，大大增強使用的靈活性，節約耗材。

圖3為一個簡單的電子秒表的設計仿真圖。該電路包括波形產生、清零、計數、顯示模塊。利用555定時器構成一個多諧振蕩器，調節電位器RW使其輸出端產生頻率為50Hz的脈沖信號，該信號通過74LS90構成的五進制計數器進行五分頻后得到0.1s的計數脈沖，為計數器提供脈沖信號。另外兩個計數器構成十進制計數器，其輸出端口分別接譯碼顯示單元^[5]。數碼管可以直接顯示計時時間，仿真結果生動形象。

將電子技術課程設計融入EDA技術后，先進行電路仿真選定實驗方案，仿真成功滿足設計要求后，再由學生購買元器件、焊接電路和進行電路調試，這樣的一個流程使學生更加得心應手，還節約了耗材和成本。融入EDA技術后，學生還可以進行自主創新設計，隨時隨地將自己的設想在EDA實驗室加以實現，大大提高學生分析問題、解決問題的能力，工程設計能力都會有明顯提高。

四、結語

將EDA技術融入電子技術實踐課程中，輔助實驗教學和開展課程設計，一方面充分發揮了EDA技術的優勢，學生不再單純依賴實驗設備和環境，可以自主完成實驗仿真和電路方案驗證等，設計更加靈活。同時先仿真后實驗，理實結合，使得傳統教學與EDA技術相輔相成，促進電子技術實踐教學的發展。另一方面，改進教學模式，借助EDA技術提供的廣闊平臺，激發學生的學習興趣，鼓勵學生進行自主創新設計，提高學生的自主學習能力和工程實踐能力。

參考文獻：

[1]楊亞讓.EDA技術在電子信息類專業教學中的應用研究[J].長沙鐵道學院學報（社會科學版），2010，11（3）：101-102.

[2]華成英，童詩白.模擬電子技術基礎[M].第四版，北京：高等教育出版社，2006.

[3]閻石.數字電子技術[M].第四版，北京：高等教育出版社.

[4]葉佳卓，盧斌，程棟.基于EDA技術的數字電路實踐教學探討[J].實驗技術與管理，2010，27（11）：249-252.

[5]呂承啟.林其斌.電子技術基礎實驗[M].合肥：中國科學技術大學出版社，2010.