电子设计自动化技术及其在电类课程教学中的应用

分子的运动等)难以用实验进行展示。

目前,为了克服上述弊端,利用现代教育媒体,同样可以形象地再现各种事物及其现象、情景、过程,模拟各种自然现象,揭示事物的本质和内在的联系,发展学生智力。

这种教学手段,可以促进学生多种感官的共同运用,提高学习效率,比教师口述,学生看书,凭空想象的效果好很多。

四、实施纪律约束实施纪律约束是指维持有效教学所需的秩序,亦即学生的学习行为符合教学的目的和要求。

它的主要目标是教学的正确规划、实施和指导,激发并保持学生的注意力和动机,以减少不良行为的发生。

例如:教师因为某些学生上课有做小动作、精力易分散的不良听课习惯,就责怪学生的学习态度不端正,这往往是片面的。

要学生集中注意力,教师必须让自己的课有吸引力。

遇到上述情况时,教师一方面要采取适当有效的教学手段加以引导,使其逐渐跟上教师的思路;另一方面,教师自己也要在课后进行反思,这些现象的产生是否与自身的讲课水平低下或者讲授的内容枯燥有关。

教师还要正确区分接话现象!和思维发散现象!,某些学生养成了愿意在课堂上随意接话的习气,这不仅影响了周围同学的听课,也容易降低教师授课的兴致,搅乱课堂气氛。

对于前者应有效地制止,而对于后者要给予一定的激励和表扬,并于适当的时机可以在班级推广。

这样才能使整个课堂有序和高效。

(作者单位:淮安市实验初级中学,原金英中学 223002)电子设计自动化技术及其在电类课程教学中的应用∀ 孙红兵,王 珏EDA(E lectron ic D esi gn A uto m ation即电子设计自动化)技术是一门综合了现代电子与计算机技术最新研究成果、以计算机为工作平台对电子线路、系统或芯片进行自动化设计与应用的计算机辅助设计技术[1,2]。

没有EDA技术,人们将无法有效设计现代复杂电子系统和LS I芯片,也就不会有现代半导体产业的今天。

一、EDA技术对电类课程教学的重要性高等院校电类课程如模拟电子技术基础、数字电子技术基础、电子测量等课程的任务是为培养应用型的电子技术人员提供必要的基础理论和基本技能,大多是重要的专业基础课。

这些课程的教学一般都是由理论课教学、课程实验和课程设计等教学及实践环节构成。

而且实验部分是这些课程教学的重要实践环节之一,目的是培养学生分析、设计和应用电子电路的能力。

为了达到这一目的,条件之一就是实验室必须配备实验所需的各种仪器设备以及各种型号、规格的电子元器件。

而实际上由于许多仪器设备价格昂贵,难以进入学生实验室,而且实验室储备的电子元器件也有限,难以满足各种电子电路的设计和试验要求,使得在教学过程中由于硬件设施的限制,给学生理论联系实际及操作技能的培养带来一些不利影响。

特别是对于一些较复杂的实验(如设计性实验),学生要用大部分的精力进行电路连接和线路的检查,而用于分析、解决实验过程中出现的问题的时间明显不足,这样学生就难以将理论与实践有机结合,给学生进一步掌握知识带来困难,难以达到预期的实验效果。

EDA技术的出现可以有效改变这种现状,特别是在实践性教学环节,利用EDA软件可以方便地对各种电路进行仿真,帮助学生加深对理论的理解,而且这些软件具有直观、简便等优点,可以有效解决学生课后的实践难题,在电类课程教学中有广阔的应用前景,是一种很好的理论联系实际的教学方法,也是一种对学生实际能力培养的有效工具。

采用ED A仿真技术进行电子电路实验,可有效弥补传统的实物实验的不足。

基于上述原因,笔者认为应该在#模拟电子技术基础∃、#数字电子技术基础∃以及#电子测量∃等课程教学及实验教学中引入EDA技术,这样可以使教学内容形象、生动,便于学生理解掌握。

近年来不少学校的教师在电类课程的教学中已经引入了计算机辅助教学,采用的软件有Pow er Poi n,t A uthor w are,Flas h等,制作的课件形象、生动,在一定的程度上提高了教学效果。

但这还难以满足这些课程的实际教学要求。

因为这些课程大多是实践性较强的专业课程,在进行教学时,只有理论与实践相结合,才能更好地让学生领会、理解并掌握所学知识。

而采用上述课件时,一般只能满足理论教学的需求,还难以对实践部分进行验证。

笔者曾尝试利用一些EDA软件来解决这一难题,即借助计算机仿真软件,用Pspice、E W B、M axp l us等对这些课程中难以直观理解的电路单元进行仿真,这些操作既可以在课堂上由教师进行讲解,也可以在课后由学生进行演练,从而增加学生的动手机会,提高教学的效果。

二、EDA技术在课程教学环节的应用目前,在我国流行的EDA软件主要有Pro tel、Ps p ice、ORCAD、E W B(E lectron ics W ork-bench)、M ultisi m2001、Quartus%等多种,各种软件基本上都具有易学、操作简单、人机界面好的优点,特别适合于电路仿真教学[3,4]。

利用EDA相关软件在计算机上对有关电路进行仿真,通过调整相关电路元件参数并进行观察,可以深入了解电路原理,为后来的实际操作打下坚实基础。

下面以M u ltisi m2001为例,介绍EDA软件在电类课程教学环节的应用方法。

M u ltisi m2001是Interactive I mage T echnolo gies(E lectron ics W or kbench)公司推出的以W i ndow s为基础的仿真工具,适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作[5]。

它包含电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式,具有丰富的仿真分析能力。

与其他电路仿真软件相比,该软件具有以下特点:(1)元器件种类丰富。

E W B的元器件库提供了数千种虚拟电路元器件,其中包括:信号源(Sources)、基本器件(B asics)、二极管(D i odes)、晶体管(Tran sistors)、模拟集成电路(A nalog I C s)、数字集成电路(D igital I C s)、混合集成电路(M i xed I C s)、逻辑电路门(Logic G ates)、数字器件(D i gital)、指示器件(Ind icators)、控制器件(C on trols)和其他器件(M iscella-neous)等。

另外,使用者也可根据需要新建或扩充已有的元器件库,新建时所需的参数可从生产厂商的产品使用手册中查到。

(2)M u ltisi m2001还提供了交互式的SPI CE电路模拟,这种方式既可增强SP I CE的功能,也可发挥方便实用的人机图形界面。

(3)具有完整的混合模拟与数字信号模拟的功能,可任意地在系统中集成数字及模拟元件。

M u ltisi m会自动地进行信号转换。

在输出信号的观察上,M u ltisi m具备即时波形显示的功能。

(4)M u ltisi m具有虚拟的仪表设备,包含波形函数产生器、万用电表、示波器及逻辑分析仪等,可更具体的模拟实际的测量情况。

M u ltisi m2001应用于电类课程教学时,可以把多媒体技术和传统教学结合起来,充分发掘教材资源,进行更多更全面的课堂演示,提高课堂效率。

在具体操作上,可以结合具体课程的教学内容,在理论教学过程中穿插进行。

例如在讲到#模拟电子技术基础∃的单级放大器特性研究时,可以根据所学电路的电原理图,先用M u ltisi m2001模拟连接电路,输入电路中的各元器件参数,然后利用M ultisi m2001的虚拟测试仪表,对所研究的单级放大电路进行分步骤测量。

先进行静态工作点的测量,如测量三极管集电极静态工作电流以及各点静态工作电压等,各项指标正常后,设置输入信号,进行电路放大倍数的测量。

也可以接入频率特性测试仪对单管放大电路的幅频特性与相频特性曲线进行测量,从而进一步研究电路的频率特性,如上限频率、下限频率、频带等参数与各元器件间的关系等,也可以改变电路相关元件参数,或设置一些故障点,引导学生进行电路的分析及故障的排除。

通过这些操作,学生对电路就有一88种感性认识,易于理解所学的知识。

三、EDA技术在实践教学环节的应用电类专业的课程实验、课程设计以及毕业设计等实践性教学环节是本科教学的一个非常重要的环节。

但是不少学校由于经费较少,器件、仪器设备不足及其他原因,这些环节的实际结果往往是原理性论证和分析,难以进行实际的调试和验证,学生仍停留在原理分析上,而不能经历实际研究设计的实践过程,难以达到预期效果[6]。

随着EDA技术在高校的推广,各种EDA 软件以及相应的硬件开发系统在许多高校的实验室开始配置。

如何有效利用这些ED A软件及相应的硬件开发系统,来弥补电类课程的实验教学、课程设计以及毕业设计等实践性环节的不足成了电类专业教师的当务之急。

以下介绍我们在这方面的实践心得,以利同行们借鉴。

首先,对于电类课程的实验,可以先由教师布置具体的实验项目,让学生自行设计电路,并利用EDA软件,如E W B、M u ltisi m2001等进行模拟仿真,以达到熟悉电路原理的目的。

然后让学生进实验室进行实物实验,这样可以让学生在清楚实验原理的基础之上对实验进行操作,真正做到心中有数,这样才能达到理论与实际的有机结合。

用E W B、M u ltisi m2001进行仿真模拟实验时,实验过程非常接近实际操作的效果,各元器件选择范围广,参数修改方便,电路调试变得快捷方便。

对#电工基础∃、#模拟电子技术基础∃、#数字电子技术基础∃以及#电子测量∃等课程中的绝大部分电路都能应用。

这样做可以进一步吸引学生,培养学生的创新能力,巩固课堂教学的成果。

其次,对于设计性实验,可以告诉学生总的目标,然后放手让学生查找资料、设计电路并进行电路的模拟仿真,在确保方案可行的前提下,进行PCB板的制作与实际安装调试。

为了提高效率,可以引导学生利用E W B或M u lti si m2001先进行仿真测试,然后将形成的网络表导入Protel或U ti board制作印刷电路板,然后进行设计电路的装配与调试。

对于毕业设计,可以使用上述方法,也可以结合具体的毕业设计选题,利用CPLD或FPGA等器件来进行相应电路模块的设计,这样既能够提高电路设计的效率,又能够让学生掌握现代ED A技术。

在进行答辩时,可以用EDA软件进行演示,也可以用设计的样机进行演示。

这样做既能保证毕业设计质量,又能提高学生的实践动手能力和开发能力,是克服现在毕业设计存在的问题的一种途径。

从前几届毕业生就业的情况分析,掌握了CAD技术和EDA技术,在就业时就能有较强的竞争力。

四、结束语ED A技术是电子设计领域的一场革命,在电类课程的课堂教学与实践教学中也有其强大的生命力。

用EDA技术仿真模拟实验,实验过程非常接近实际操作的效果,对电类课程中的绝大部分电路都能应用,为我们提供了一个很好的实用工具,使我们能够在课堂教学及电路设计过程中随时提供实验、演示和电路分析。