基于EDA軟件的電子信息工程專業綜合實踐新思路

曹立杰 李松松 李響 宋維波 姜鳳嬌

[摘 要] 通過分析電子信息工程專業學生實踐能力的重要性以及傳統實踐課程存在的問題，本文提出將多種EDA軟件結合，引入綜合實踐環節，通過學生自行設計電路、分析電路功能、制作印刷電路板、焊接元器件、調試等環節，提高學生綜合運用所學知識的能力、實踐動手能力和創新能力。

[關鍵詞] 實踐能力； 綜合實踐； Multisim； Protel

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 05. 073

[中圖分類號] G64 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2014）05- 0124- 03

1 實踐課程的重要性

電子信息工程專業是一個實踐性很強的專業，畢業生的工程實踐能力， 是本科院校培養方案中畢業生所要具備的基本能力之一，也是用人單位最為關注的能力之一， 因此，如何加強學生實踐能力和創新精神的培養，一直是高等教育教學改革的重要課題。

電子信息工程專業傳統的實踐課程基本都是針對單一技能進行實踐訓練，學生對所學的知識難以形成知識體系，知識孤島相對較多。因此，為了加強對學生實踐能力的培養，大連海洋大學在制訂人才培養方案時特別增加了電子專業綜合實踐環節，旨在結合本專業所學習的理論課程，探索應用Multisim和Protel等EDA技術進行綜合實踐的方法，使學生能夠將所學理論知識融合在一起，進而熟悉電子產品的開發和制作流程。

2 綜合實踐實施思路

在綜合實踐過程中，首先，根據設計的具體要求和其工作原理設計原理圖；其次，在Multisim軟件中取用正確的元器件，創建仿真電路圖，并按要求連線，設置電路參數；最后，調出虛擬示波器、萬用表及頻譜分析儀等儀表對電路關鍵點進行檢測。以上步驟準備完畢可進行電路仿真，根據電路的要求分析結果是否正確，如果仿真結果不正確，檢查原理圖設計，直至輸出結果符合設計要求。

經過上述步驟，學生已經設計出正確的原理圖，并通過仿真驗證其正確性。為了讓學生將理論知識轉化為實踐能力，要求學生利用Protel軟件進行印刷電路板設計。Protel提供了豐富的元件封裝庫、元件封裝編輯器及各種電子線路布局布線工具，使電路布線方便并能提供線路的智能檢查。正確布局布線之后，可以通過Protel生成三維效果圖，可觀察所設計的產品經過布局布線后是否美觀，若有不滿意的地方，再進行調整，直到滿意為止。

如果制作的印刷電路板工藝比較復雜，可以請專門的印刷電路板制造廠商制作，但是，在實踐環節為了讓學生對整個工作流程有所了解，所以采用學生自己制板的方法。首先，學生將印刷電路板圖打印，通過熱轉印設備將印刷電路板圖轉印到印刷電路板上；然后，通過化學制劑對印刷電路板進行腐蝕工藝處理，腐蝕結束，學生要觀察有沒有被破壞的導線，如有，應修繕完好；最后，焊接元器件，進行功能調試。

具體實施流程如圖1所示。

下面以數字電子鐘為例，主要介紹在綜合實踐環節中Multisim和Protel軟件如何運用。

2.1 數字電子鐘的Multisim仿真設計

數字電子鐘是對時間進行計時，可以采用一天24小時或者一天12小時兩種計時標準，本設計中采用24小時計時標準。包括如下模塊：

2.1.1 秒脈沖發生器

秒脈沖發生器的功能為產生周期為1 s的脈沖信號。由555定時器構成，通過在555定時器外圍連接簡單的阻容元件，構成多諧振蕩器，通過合理設定參數，使得多諧振蕩器的周期T = 1 s，占空比q = ■。

2.1.2 秒計時電路

使用74LS160和74LS161設計一個60進制計數器，每個計數周期為1秒，即每經過一個脈沖，秒計時電路計1個數，當計數60秒時，達到1分鐘，此時秒計時電路歸零、分鐘計時電路加1。為了驗證電路準確性，在Multisim中先對本部分設計進行仿真，仿真時用信號發生器代替秒脈沖，在數碼管上可直觀地觀察到時間顯示，仿真結果如圖2所示。

2.1.3 分鐘計時電路

分鐘計時電路與秒計時電路原理非常相似，使用74LS160設計一個60進制計數器，但它的計數周期為1分鐘，當計數60分鐘時，分鐘計時電路歸零，同時控制小時計時電路加1。

2.1.4 小時計時電路

為了設計方便，小時計時電路也取用74LS160，當分鐘計時電路和秒計時電路達到59分59秒時，小時記1，依此類推。

2.1.5 顯示電路

秒計時電路、分鐘計時電路和小時計時電路輸出均為8421BCD碼，而顯示器件我們一般都選用7段數碼管，若想使數碼管顯示正確的8421BCD碼，需要在計數器和數碼管之間連接顯示譯碼器。

在Multisim軟件中，將上述每一個環節都進行仿真驗證，最后將整機圖進行仿真。經過上述過程，已經設計出數字電子鐘的原理圖。接下來，設計數字電子鐘的印刷電路板圖。

2.2 數字電子鐘的印刷電路板設計

Protel是一款非常簡單、易用的制作印刷電路板工具。在驗證了原理圖設計正確之后，學生可以應用Protel軟件進行印刷電路板設計。在實踐過程中發現，通過使用Protel，能充分調動學生的學習自主性，例如有些元件學生需要建立自己的元件封裝庫、元件引腳間距必須與實際元件一致、放置元器件時要考慮布線安全等問題，這一系列的過程使學生掌握了元件庫的建立、布局布線的基本規則與技巧，同時也鍛煉了學生理論聯系實際的能力和自我創新的能力。

以上設計的數字電子鐘印刷電路板圖如圖3所示，其3D效果圖如圖4所示。

3 結 論

電子信息工程專業綜合實踐是課程教學體系中的一個重要環節， 它不僅對學生理論聯系實際、加深對理論的感性認識有著非常重要的作用， 同時也是培養學生實踐能力和創新精神的主要途徑。學生按照老師的設計要求，可以自行設計電路，可以對比不同的輸入情況下的輸出結果，自主選擇元器件，設計性能優良的電路，擺脫了傳統實踐課程中電路固定、元器件固定等方面的限制。在電子綜合實踐實施過程中，學生的學習熱情被激發，大幅度提高了學生發現問題、分析問題、解決問題的能力，以及學生綜合運用所學知識的能力、實踐動手能力和創新能力，取得了較好的教學效果。

主要參考文獻

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