使用EDA軟件優(yōu)化電氣信息類專業(yè)課程教學(xué)的研究

1、山東師范大學(xué)畢業(yè)論文使用EDA軟件優(yōu)化電氣信息類專業(yè)課程教學(xué)的研究【摘 要】 對(duì)電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)軟件進(jìn)行了介紹，并介紹了電氣信息類專業(yè)課程教學(xué)中存在的問題。在高校進(jìn)一步加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)建設(shè)、數(shù)字化建設(shè)以及信息化教學(xué)的背景下, 借助EDA軟件輔助電氣信息理論教學(xué)，有利于教師提高課程設(shè)計(jì)質(zhì)量，不斷完善教學(xué)內(nèi)容, 補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足，提高教學(xué)效果, 開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造潛力。同時(shí)用實(shí)例論證了EDA軟件對(duì)了電氣信息類專業(yè)課程教學(xué)的優(yōu)化。【關(guān)鍵詞】EDA軟件 電氣信息 優(yōu)化教學(xué)目錄第一章 EDA軟件介紹4（一）EDA概念簡(jiǎn)介4（二）常用EDA軟件有哪些4（三）EDA軟件具體分類4（四）幾種EDA軟件的比較4

2、 第二章 電氣信息類專業(yè)課程目前授課現(xiàn)狀和不足6（一）電氣信息類專業(yè)課程簡(jiǎn)介6（二）電氣信息類專業(yè)課程授課現(xiàn)狀6（三）電氣信息類專業(yè)課實(shí)驗(yàn)現(xiàn)狀7第三章 EDA如何優(yōu)化了電氣信息類專業(yè)課程教學(xué)8（一）將EDA軟件引入電氣信息類專業(yè)課程教學(xué)的可行性8（二）EDA優(yōu)化電氣信息類專業(yè)課程教學(xué)的實(shí)例8（三）研究EDA軟件對(duì)電氣信息專業(yè)教學(xué)優(yōu)化的意義15第四章 總結(jié)17（一）設(shè)計(jì)不知之處17（二）對(duì)EDA軟件及電氣信息專業(yè)教學(xué)展望17致謝18參考文獻(xiàn)1917第一章 EDA軟件現(xiàn)狀(一)、 EDA概念簡(jiǎn)介EDA 是“Electronic Design Automation” 的縮寫（電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化），是 2

3、0 世紀(jì) 90 年代初從 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer Aided Design),，簡(jiǎn)稱CA D ）、計(jì)算機(jī)輔助制造（Computer Aided Manufacturing，簡(jiǎn)稱CA M ）、 計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試（Computer Aided Test，簡(jiǎn)稱CA T）和計(jì)算機(jī)輔助工程（Computer Aided Engineering，簡(jiǎn)稱CA E）的 概念發(fā)展而來的。(二)、 常用EDA軟件有哪些EDA軟件層出不窮，目前進(jìn)入我國(guó)并具有廣泛影響的EDA軟件有Protel、OrCad、Matlab、Pspice、Multisim、PCAD、Viewlogic、LSIIogic、Mentor

4、 Graphics、Synopsys、Cadence(收購(gòu)了OrCAD、MicroSim、PSPICE)等等。這些工具都有較強(qiáng)的功能，一般可用于幾個(gè)方面，例如很多軟件都可以進(jìn)行電路設(shè)計(jì)與仿真，同進(jìn)還可以進(jìn)行PCB自動(dòng)布局布線，可輸出多種網(wǎng)表文件與第三方軟件接口。(三)、 EDA軟件具體分類按主要功能或主要應(yīng)用場(chǎng)合，分為電路設(shè)計(jì)與仿真工具、PCB設(shè)計(jì)軟件、IC設(shè)計(jì)軟件、PLD設(shè)計(jì)工具及其它EDA軟件。電子電路設(shè)計(jì)與仿真工具包括SPICE/PSPICE；multiSIM7；Matlab；SystemView；MMICAD LiveWire、Edison、Tina Pro Bright Spark等

5、。PCB（Printed-Circuit Board）設(shè)計(jì)軟件種類很多，如Protel、OrCAD、Viewlogic、PowerPCB、Cadence PSD、MentorGraphices的Expedition PCB、Zuken CadStart、Winboard/Windraft/Ivex-SPICE、PCB Studio、TANGO、PCBWizard（與LiveWire配套的PCB制作軟件包）、ultiBOARD7（與multiSIM2001配套的PCB制作軟件包）等等。IC設(shè)計(jì)工具很多，其中按市場(chǎng)所占份額排行為Cadence、Mentor Graphics和Synopsys。PL

6、D（Programmable Logic Device）是一種由用戶根據(jù)需要而自行構(gòu)造邏輯功能的數(shù)字集成電路。目前主要有兩大類型：CPLD（Complex PLD）和FPGA(Field Programmable Gate Array)。其它EDA軟件：VHDL語(yǔ)言：超高速集成電路硬件描述語(yǔ)言（VHSIC Hardware Deseription Languagt，簡(jiǎn)稱VHDL），是IEEE的一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)語(yǔ)言。它源于美國(guó)國(guó)防部提出的超高速集成電路（Very High Speed Integrated Circuit，簡(jiǎn)稱VHSIC）計(jì)劃，是ASIC設(shè)計(jì)和PLD設(shè)計(jì)的一種主要輸入工具。 Veri

7、olg HDL：是Verilog公司推出的硬件描述語(yǔ)言，在ASIC設(shè)計(jì)方面與VHDL語(yǔ)言平分秋色。 其它EDA軟件如專門用于微波電路設(shè)計(jì)和電力載波工具、PCB制作和工藝流程控制等領(lǐng)域的工具，在此就不作介紹了。(四)、幾種EDA軟件的比較§1、protelprotel在eda軟件家族中最低端的軟件之一， Protel 99 SE 提供了20 多個(gè)模擬和數(shù)字器件仿真元件庫(kù)，共包含6000 多個(gè)常用元器件。這些器件庫(kù)包括了常用的二極管、三極管、MOS 管、單結(jié)晶體管、晶振和變壓器等分立元器件，同時(shí)還有大量的數(shù)字器件和其他集成電路器件，如74 系列、CMOS 系列、運(yùn)算放大器、比較器和數(shù)模轉(zhuǎn)

8、換器等。這些常用器件一般可以滿足用戶的需求。同時(shí)Protel 99 SE提供了一個(gè)開放的庫(kù)維護(hù)環(huán)境，用戶可以方便地修改原有器件模型，也可以創(chuàng)建新器件模型。§2、MultisimMultisim使用簡(jiǎn)單，功能強(qiáng)大。主要用于電子電路的仿真和設(shè)計(jì)。因而在電力電子教學(xué)過程中的選用此軟件作為電路構(gòu)建及仿真可以為教學(xué)現(xiàn)場(chǎng)營(yíng)造一種真實(shí)的電路工作場(chǎng)景。3、orcad orcad的原理圖設(shè)計(jì)部分capture CIS被業(yè)界視為最優(yōu)秀的原理圖工具之一，界面好看，操作方便，仿真等功能強(qiáng)大。4、對(duì)于目前來說,很多大型公司都用Allegro和Mentor WG.可以定死了這兩種軟件。除以上三大類EDA 軟件之

9、外，在電子設(shè)計(jì)的其他領(lǐng)域還使用著大量的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件。這些軟件專為不同的應(yīng)用而設(shè)計(jì)，功能單一專業(yè)，一般應(yīng)用較少，但為專業(yè)人士的工作提供了極大的方便。例如，單片機(jī)仿真系統(tǒng)就是為單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)專門設(shè)計(jì)的軟件，它是單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員的好幫手。第二章電氣信息類專業(yè)課程目前教學(xué)現(xiàn)狀和不足（一）、電氣信息類專業(yè)課程簡(jiǎn)介電氣信息類專業(yè)是一個(gè)電子和信息工程方面的較寬口徑專業(yè)，主要學(xué)習(xí)信號(hào)的獲取與處理、電子設(shè)備與信息系統(tǒng)等方面的專業(yè)知識(shí)。要求學(xué)生具備設(shè)計(jì)、開發(fā)、應(yīng)用和集成電子設(shè)備和信息系統(tǒng)的基本能力。我國(guó)電子信息與電氣信息類專業(yè)種類繁多，其基礎(chǔ)課程可以分為4類：電路類、電子線路（含電子技術(shù)）類、信號(hào)與系統(tǒng)類

10、和電磁場(chǎng)類。涉及到電路分析、模擬電路、數(shù)字電路、信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理、通信原理、電磁場(chǎng)理論、自動(dòng)控制原理、感測(cè)技術(shù)等課程。（二）、電氣信息類專業(yè)課程授課現(xiàn)狀電氣信息類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)和專業(yè)課程都是一些工程性、實(shí)踐性非常強(qiáng)的課程。如何培養(yǎng)學(xué)生具備獨(dú)立分析、設(shè)計(jì)電路的能力，如何培養(yǎng)學(xué)生工程應(yīng)用和創(chuàng)新能力，它涉及到教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等諸多方面，然而，目前電氣信息類專業(yè)教學(xué)方法中存在著許多問題，主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：目前電氣信息類專業(yè)的教學(xué)方法大多以理論講授為主，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為輔的教學(xué)模式，教學(xué)內(nèi)容基本與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)。下面重點(diǎn)以單片機(jī)為例，講述一下其教學(xué)過程中存在的一些問題： 單片機(jī)的傳統(tǒng)教學(xué)

11、方式多以課堂原理講解為主，結(jié)合少量硬件實(shí)驗(yàn)。單片機(jī)理論知識(shí)眾多，主要以匯編語(yǔ)言為主，就自身經(jīng)驗(yàn)而言，我發(fā)現(xiàn)匯編語(yǔ)言有如下局限性： 語(yǔ)句抽象，可讀性差，學(xué)生難理解；編程效率低，學(xué)生學(xué)習(xí)難度大；代碼結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以更新；對(duì)硬件結(jié)構(gòu)依賴較大，難以實(shí)現(xiàn)在不同種類和系列單片機(jī)之間移植。學(xué)生大部分時(shí)間可能都在接受枯燥的理論知識(shí)，每節(jié)課都是在糊里糊涂、半知半解中度過。這些現(xiàn)實(shí)的問題造成教學(xué)效果不理想，不能充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使其處于被動(dòng)接受知識(shí)而不是主動(dòng)求知，學(xué)生學(xué)習(xí)效率特別低,甚至有的同學(xué)在完成整個(gè)學(xué)期課程內(nèi)容后都不曉得單片機(jī)到底講的什么內(nèi)容。學(xué)生缺少高水平的思維活動(dòng)，而在需要學(xué)生提出問題、分析問題、解

12、決問題時(shí)，他們常常會(huì)表現(xiàn)出思維能力的薄弱。目采用傳統(tǒng)的先基礎(chǔ)后應(yīng)用的教學(xué)模式，理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)單純割裂開，即：?jiǎn)纹瑱C(jī)硬件結(jié)構(gòu)匯編指令系統(tǒng)系統(tǒng)擴(kuò)展接口技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)一般在“匯編指令系統(tǒng)”講完之后才開始的，理論學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的時(shí)間不對(duì)應(yīng)，很少進(jìn)行開放性和設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)，這種粗糙的教學(xué)過程直接導(dǎo)致學(xué)生對(duì)單片機(jī)學(xué)習(xí)提不起興趣、知識(shí)脫節(jié)。由于教學(xué)環(huán)節(jié)的軟硬件分離使學(xué)生不能從系統(tǒng)的角度來理解單片機(jī)，傳統(tǒng)教學(xué)過程中未引入工程實(shí)踐設(shè)計(jì)，導(dǎo)致學(xué)生缺乏整體設(shè)計(jì)能力，動(dòng)手能力普遍較差。在單片機(jī)原理及應(yīng)用教學(xué)手段上，有些高?；蛲Ａ粼凇昂诎?粉筆”階段，或全部采用計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)教學(xué)。在教學(xué)改革不斷深入、課

13、內(nèi)教學(xué)學(xué)時(shí)不斷減少的今天，教學(xué)手段仍采用“粉筆+黑板”，勢(shì)必講課效率不高，有些疑難點(diǎn)表述不清；而一味采用計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)教學(xué)，勢(shì)必加大每節(jié)課的信息量，學(xué)生需精力高度集中，久而久之，感到身心疲憊，應(yīng)接不暇，影響學(xué)習(xí)效果，而且直接大量拷貝的多媒體教學(xué)，學(xué)生很反感。在單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)過程中，更重要更基礎(chǔ)的是硬件設(shè)計(jì)。而單片機(jī)教學(xué)過程中，由于硬件條件或時(shí)間不允許，教師在課堂上很難向?qū)W生直接展示硬件設(shè)計(jì)過程。因此，單片機(jī)的教學(xué)迫切需要一種軟件工具實(shí)現(xiàn)教學(xué)過程中軟硬件結(jié)合，滿足對(duì)單片機(jī)進(jìn)行隨堂編程和電路仿真的需求。再以信號(hào)與系統(tǒng)為例：教師通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)運(yùn)算出來的結(jié)果都是一些抽象的數(shù)學(xué)表達(dá)式，是單純的數(shù)學(xué)符號(hào)，

14、往往不容易理解為了便于學(xué)生理解，在講授過程中需要大量的波形圖來說明但是，在有限的課時(shí)內(nèi)不可能把個(gè)結(jié)論都畫出波形圖，更何況有些圖像(如拉普拉斯變換后的三維圖)很難在黑板上畫出來在教學(xué)過程中缺乏直觀的波形描述，也是影響學(xué)習(xí)效果的一個(gè)原因因此，教師迫切需要一種工具軟件來演示。這門課程的特點(diǎn)是數(shù)學(xué)要求較高，很多理論都是經(jīng)過復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)得來即使學(xué)生具備了較好的數(shù)學(xué)功底，如果他們?cè)趯W(xué)習(xí)的過程中，將過多的時(shí)問、精力花費(fèi)在繁瑣的數(shù)學(xué)運(yùn)算上面，就不利于他們有效地理解該結(jié)果在信號(hào)處理中的實(shí)際運(yùn)用，致使課堂理論教學(xué)過于抽象、枯燥，教學(xué)模式顯得死板，因此學(xué)生迫切需要一種工具軟件來完成課程中的數(shù)值計(jì)算與分析。其他電氣

15、信息類課程教學(xué)都存在類似問題，當(dāng)前教育的主要任務(wù)就是培養(yǎng)技能型人才，要求學(xué)生具有良好的職業(yè)素養(yǎng)，如較強(qiáng)的實(shí)踐能力、一定的理論基礎(chǔ)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。傳統(tǒng)教學(xué)模式下，學(xué)生學(xué)習(xí)目的性不強(qiáng)，始終處于被動(dòng)學(xué)習(xí)狀態(tài)，難以激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，很難滿足社會(huì)需求。（三）、電氣信息類專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)現(xiàn)狀目前高校配備的實(shí)驗(yàn)設(shè)備一般綜合十幾項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生可以通過實(shí)驗(yàn)加深對(duì)理論知識(shí)的理解。但是實(shí)驗(yàn)內(nèi)容往往陳舊，學(xué)生按指導(dǎo)書的步驟實(shí)驗(yàn)，很難提高分析和解決問題的能力。在購(gòu)買實(shí)驗(yàn)設(shè)備時(shí)，生產(chǎn)商很少配備相應(yīng)的完整電路原理圖，學(xué)生在理解、消化實(shí)驗(yàn)原理時(shí)存在很大困難。實(shí)驗(yàn)課完全依賴實(shí)驗(yàn)儀器，使用頻率次數(shù)太高，電子元器件損耗大，實(shí)驗(yàn)儀器損壞后

16、維修不及時(shí)，不利于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的順利進(jìn)行，而且設(shè)備維護(hù)需較多的時(shí)間和經(jīng)費(fèi)。實(shí)驗(yàn)設(shè)備受元器件品種、規(guī)格、數(shù)量不足的限制，無法提供高質(zhì)量的動(dòng)手環(huán)境，學(xué)生動(dòng)腦和動(dòng)手的機(jī)會(huì)太少。電路固定在實(shí)驗(yàn)板上，學(xué)生只能通過改變實(shí)驗(yàn)程序而起到靈活變通的效果，具有一定的局限性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也不直觀。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目又多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，而無設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，無法充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，更不用說鍛煉其綜合運(yùn)用能力。再以單片機(jī)實(shí)驗(yàn)為例： 實(shí)驗(yàn)教學(xué)一般是使用教學(xué)用實(shí)驗(yàn)箱，學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書給出的接線圖、實(shí)驗(yàn)方法和步驟連線，并輸入指導(dǎo)書給出的程序代碼，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的特定環(huán)境下進(jìn)行匯編、連接，然后運(yùn)行程序，在pc機(jī)上觀察結(jié)果。實(shí)驗(yàn)以演示、驗(yàn)證項(xiàng)目為

17、主，即使是設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)，它與社會(huì)要求的單片機(jī)硬件、程序設(shè)計(jì)過程也相差甚遠(yuǎn)。課程結(jié)束后，學(xué)生雖然對(duì)單片機(jī)的原理、概念有所了解，但對(duì)單片機(jī)技術(shù)還是缺乏整體的掌握，絕大多數(shù)學(xué)生沒有掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試技術(shù)，與社會(huì)需求的差距較大。第三章EDA如何優(yōu)化了電氣信息類專業(yè)課程教學(xué)（一）、 將EDA軟件引入電氣信息類專業(yè)課程教學(xué)的可行性EDA 軟件是電子專業(yè)使用的最為普遍的先進(jìn)仿真技術(shù), 作為課程仿真教學(xué)和實(shí)驗(yàn)的一種輔助手段，在教學(xué)中引入電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件EDA，能夠充分利用各學(xué)校的計(jì)算機(jī)資源，有效解決學(xué)校在實(shí)踐教學(xué)中經(jīng)費(fèi)緊張和實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)儀器、設(shè)備不足的問題；減少了板書時(shí)間，能夠使教師教學(xué)效果變得更加

18、理想；EDA 軟件顯示直觀，修改參數(shù)方便，學(xué)生學(xué)習(xí)變得更加容易；可以讓學(xué)生了解新技術(shù)新方法的運(yùn)用,拓展思維,培養(yǎng)創(chuàng)新能力；能夠使學(xué)生更系統(tǒng)地學(xué)習(xí)電子技術(shù)，提高學(xué)生的電子線路設(shè)計(jì)水平。（二）、 EDA優(yōu)化電氣信息類專業(yè)課程教學(xué)的實(shí)例在電氣信息類專業(yè)課程教學(xué)中，會(huì)用到不同的EDA軟件，下面針對(duì)不同EDA軟件在不同課程中應(yīng)用實(shí)例，具體分析EDA是如何優(yōu)化電氣信息專業(yè)課程教學(xué)的。1、 基于Multismi 的模擬電路教學(xué)研究Multismi軟件直觀的電路圖和仿真分析結(jié)果的顯示形式非常適合于電子類課程課堂和實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié), 適宜作為模擬電路實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)形象化的教學(xué)手段。如圖為Multismi3D效果電路圖，

19、Multismi能提供20種常用器件的3D視圖，可以讓設(shè)計(jì)者體會(huì)到真實(shí)的設(shè)計(jì)效果。 圖1 Multismi3D效果電路圖將Multisim與模電課堂教學(xué)有機(jī)的結(jié)合起來將具有以下的優(yōu)點(diǎn)：（1）利用Multisim軟件工具，可以在計(jì)算機(jī)上模擬出實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境、儀器設(shè)備和元器件，可以將各種電路和虛擬測(cè)試儀器顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上，再投影到大屏幕上，這樣可以使學(xué)生清楚地看到電路、虛擬測(cè)試儀表以及仿真實(shí)驗(yàn)中的每一個(gè)細(xì)節(jié)，取得良好的課堂教學(xué)效果。(2)模擬電路教學(xué)中有許多概念、知識(shí)點(diǎn)比較抽象，學(xué)生很難理解與掌握。利用Multisim軟件可以幫助學(xué)生正確理解概念，掌握知識(shí)點(diǎn)，使抽象的模電學(xué)習(xí)變得生動(dòng)形象。(3)通

20、過軟件仿真，學(xué)生可以方便地改變電路參數(shù)，研究電路參數(shù)與性能指標(biāo)之間的關(guān)系。將靜態(tài)學(xué)習(xí)變?yōu)閯?dòng)態(tài)學(xué)習(xí)，更能引起學(xué)生的注意，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的興趣。 (4)傳統(tǒng)的教學(xué)模式由老師書寫、畫圖、講解，在碰到電路較復(fù)雜時(shí)，學(xué)生難于理解，往往會(huì)分散注意力，聽課效果不佳。利用Multisim軟件工具，可以讓學(xué)生在計(jì)算機(jī)上先做仿真實(shí)驗(yàn)，觀察“實(shí)驗(yàn)結(jié)果”，再聽老師講解電路原理，這樣，學(xué)生由被動(dòng)聽講轉(zhuǎn)為主動(dòng)求知，教學(xué)效果明顯提高。(5) Multisim軟件提供的虛擬電子實(shí)驗(yàn)室，使學(xué)生在掌握了一定的基礎(chǔ)知識(shí)后，可以根據(jù)自己的需要自主地學(xué)習(xí)。學(xué)生在Multisim軟件提供的虛擬電子實(shí)驗(yàn)室可以不受時(shí)間、地點(diǎn)、人數(shù)的限制,不受

21、元器件品種、規(guī)格、數(shù)量不足的限制。在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。通過實(shí)驗(yàn)，提高了學(xué)生綜合分析、開發(fā)設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力。反饋是電子技術(shù)和自動(dòng)調(diào)節(jié)原理中的一個(gè)基本概念，是改善放大電路性能的重要手段，下面借助Multism仿真軟件對(duì)負(fù)反饋放大器仿真實(shí)例，論證Multismi對(duì)模擬電路教學(xué)的優(yōu)化。圖2 負(fù)反饋放大器電路1）電路負(fù)反饋對(duì)增益的影響閉合開關(guān)J1，這時(shí)負(fù)反饋通路正常工作，測(cè)量R5兩端電壓，測(cè)量結(jié)果為61.417 mV.電路的總增益為：Au=61.417/3.53617.4斷開開關(guān)J1，這時(shí)負(fù)反饋通路不工作，測(cè)量R5兩端電壓，測(cè)量結(jié)果為334 mV。電路的總增益為：Au=334/3.53694.5由

22、此可見，當(dāng)負(fù)反饋工作時(shí)，電壓的增益下降。2）負(fù)反饋深度對(duì)增益的影響使用參數(shù)掃描，觀察R5分別為5 k、10 k和15 k這3種情況時(shí)，節(jié)點(diǎn)8的輸出瞬態(tài)波形。圖3 負(fù)反饋深度對(duì)輸出幅度的影響3）負(fù)反饋深度對(duì)幅頻特性曲線的影響使用參數(shù)掃描，觀察R5分別為5 k、10 k和15 k這3種情況時(shí)，交流分析的波形。圖4 負(fù)反饋深度對(duì)幅頻特性曲線的影響從上述負(fù)反饋放大器電路的仿真可以看出，整個(gè)結(jié)果與理論教學(xué)完全一致，而且非常直觀。記得我在學(xué)習(xí)負(fù)反饋電路這一章節(jié)時(shí)，一直搞不懂究竟什么是負(fù)反饋，也搞不清楚整個(gè)電路反饋機(jī)制，做題都是馬馬虎虎，通過Multismi軟件仿真過程，可以加深學(xué)生對(duì)負(fù)反饋概念及負(fù)反饋調(diào)節(jié)

23、原理的理解,使原先枯燥的學(xué)習(xí)變得生動(dòng)形象，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)模電學(xué)習(xí)的信心?？傊?，在模電教學(xué)實(shí)驗(yàn)中采用EDA類虛擬仿真軟件Multismi，有著無可比擬的優(yōu)越性，它可操作性強(qiáng), 組織方便。利用其高效率、高精度、無損耗和靈活、真實(shí)的模擬效果等特點(diǎn), 為學(xué)生搭建仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái), 提高學(xué)生對(duì)模擬電路實(shí)驗(yàn)的興趣, 幫助學(xué)生更好地掌握課堂教學(xué)內(nèi)容, 提高了學(xué)生解決問題的能力。2、基于multisim 的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)數(shù)字電子技術(shù)教學(xué)的優(yōu)化 數(shù)字電子技術(shù)是一門實(shí)踐性較強(qiáng)的課程, 在教學(xué)中要?jiǎng)?chuàng)設(shè)“情景”一般只是采用課堂演示實(shí)驗(yàn), 但通常課堂上會(huì)遇到實(shí)驗(yàn)儀器不足、儀器精度不夠準(zhǔn)確、電路受環(huán)境影響等困擾而造成失真，直接

24、影響了教學(xué)效果。multisim 軟件功能強(qiáng)大, 幾乎能夠仿真所有的數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn),利用multisim實(shí)際電路作為一種真實(shí)表現(xiàn)電路工作狀態(tài)的開放靈活的展示教手段, 把實(shí)驗(yàn)室和課堂有機(jī)地融為一體, 創(chuàng)建了一個(gè)形象逼真、生動(dòng)活潑的學(xué)習(xí)環(huán)境，豐富了學(xué)習(xí)情景，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)提高了教學(xué)效率，并大大提高了實(shí)驗(yàn)效率。JK觸發(fā)器是數(shù)字電路觸發(fā)器中的一種電路單元。在實(shí)際應(yīng)用中，它不僅有很強(qiáng)的通用性，而且能靈活地轉(zhuǎn)換其他類型的觸發(fā)器。以JK觸發(fā)器教學(xué)為例，對(duì)multisim仿真軟件在數(shù)電教學(xué)中應(yīng)用及作用作具體討論：JK觸發(fā)器的電路如圖5所示 圖5 JK觸發(fā)器觀測(cè)輸出通過三個(gè)開關(guān)改變輸入數(shù)據(jù)，按對(duì)應(yīng)開

25、關(guān)的開關(guān)鍵符號(hào)，即可改變開關(guān)位置，從而改變輸入數(shù)據(jù)，電源V1和地分別表示數(shù)據(jù)1和0。(1) 改變開關(guān)J3，使1CLR=0，觀測(cè)清零，輸出波形如圖6所示?？梢娸敵鯭清零。 (2) 清零端1CLR=1，改變開關(guān)J1、J2，使J=K=0，輸出波形如圖6所示?？梢娸敵鯭保持原態(tài)。(3) 清零端ICLR=1，改變開關(guān)J1、J2，使J=0，K=1，輸出波形如圖6所示?？梢娸敵鯭置0。圖6 輸出波形 (4) 清零端1CLR=1，改變開關(guān)J1、J2，使J=1，K=0，輸出波形如圖7所示?？梢娸敵鯭置1。 圖7 J=1，K=0時(shí)的輸出波形 (5) 清零端1CLR=1，改變開關(guān)J1、J2，使J=K=1，輸出波形如

26、圖8所示?？梢娸敵鯭翻轉(zhuǎn)。 圖8 J=K=1時(shí)的輸出波形 在講JK觸發(fā)器這一節(jié)課內(nèi)容時(shí), 首先由老師引入“JK觸發(fā)器”概念, 并利用multisim虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng), 讓學(xué)生觀察JK觸發(fā)器的邏輯功能, 該電路的功能是通過改變開關(guān)J1、J2、J3，改變輸入數(shù)據(jù)，從而觀察輸出波形, 并提出問題: JK觸發(fā)器的工作原理是什么？功能是什么?學(xué)生帶著問題聽老師講解電路原理, 使其認(rèn)識(shí)到掌握相關(guān)知識(shí)和技能是較好地完成本節(jié)課學(xué)習(xí)的本身需求, 而非教師對(duì)學(xué)生的刻意要求, 讓學(xué)生在潛意識(shí)里把被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)求知。在給學(xué)生時(shí)間自己練習(xí)的過程中, 為了更好的完成JK觸發(fā)器學(xué)習(xí)，學(xué)生必須先去查資料, 了解JK觸發(fā)器功能及

27、應(yīng)用, 雖然他們此時(shí)還不能很好得應(yīng)用JK觸發(fā)器, 通過multisim仿真實(shí)驗(yàn), 學(xué)生就能很容易地弄清楚JK觸發(fā)器工作過程。與此同時(shí)還學(xué)會(huì)如何通過查資料獲得數(shù)字電路器件的使用方法, 這對(duì)數(shù)字電路設(shè)計(jì)制作者來說是十分有用的技能。另外, 在教學(xué)內(nèi)容上和習(xí)題中安排在固定觸發(fā)脈沖作用下并設(shè)觸發(fā)器初態(tài)為0，試計(jì)算J、K和Qn+1，從而總結(jié)出JK觸發(fā)器的狀態(tài)方程。再拓展學(xué)生視野，使其了解JK觸發(fā)器應(yīng)用，例如如何用JK觸發(fā)器設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)器等。在整個(gè)教學(xué)過程中, 實(shí)現(xiàn)了學(xué)生與學(xué)生之間, 學(xué)生與老師之間的語(yǔ)言溝通渠道。讓學(xué)生很好地避免盲目操作, 拓展了學(xué)生的思維發(fā)展空間。更為重要的是仿真實(shí)驗(yàn)的引入突破了時(shí)間和空間的

28、限制, 在整堂課中“講學(xué)練”相結(jié)合, 取得了較好的教學(xué)效果。3、MATLAB如何優(yōu)化信號(hào)與系統(tǒng)的教學(xué)通過對(duì)信號(hào)與系統(tǒng)分析學(xué)習(xí)的切身體會(huì)，我最大的感觸就是數(shù)學(xué)推導(dǎo)復(fù)雜，符號(hào)、公式難記。將MATLAB用于信號(hào)與系統(tǒng)的教學(xué)，利用MATLAB強(qiáng)大的計(jì)算功能，可以用來解線性代數(shù)問題、微積分問題、非線性方程、常微分方程以及進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析等。只需幾個(gè)簡(jiǎn)單的語(yǔ)句就能完成原本復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，不僅可以輕松求出系統(tǒng)響應(yīng)的數(shù)值解，而且可以繪制系統(tǒng)響應(yīng)的時(shí)域波形，對(duì)理解較復(fù)雜的內(nèi)容、概念以及公式記憶大有幫助，可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深對(duì)信號(hào)與系統(tǒng)中相關(guān)概念的理解，大大提高學(xué)習(xí)效率。例如: 為了加深學(xué)生對(duì)抽樣定理的理解與掌

29、握, 利用仿真工具對(duì)這一抽樣過程進(jìn)行仿真, 建立抽樣系統(tǒng)模型, 給出信號(hào)源通過低通濾波后經(jīng)設(shè)置理想脈沖信號(hào)帶寬、抽樣頻率及濾波器的截止頻率等參數(shù), 使學(xué)生在輕松操作計(jì)算機(jī)的過程中, 直觀深刻理解抽樣的頻率、信號(hào)的帶寬以及截止頻率三者之間的關(guān)系及相應(yīng)的約束關(guān)系，更快更好地掌握課程所要講授的主要內(nèi)容。一些難于用實(shí)驗(yàn)觀察的現(xiàn)象和規(guī)律用MATLAB仿真效果較好。如上文中提到的拉普拉斯變換后的三維圖很難在黑板上畫出來這個(gè)問題，利用MATLAB則可輕松實(shí)現(xiàn)。例：已知連續(xù)時(shí)間信號(hào)f (t) = sin( t)u(t)，求出該信號(hào)的拉普拉斯變換，并利用MATLAB繪制拉普拉斯變換的曲面圖。解：該信號(hào)的拉普拉斯

30、變換為：F( s)=利用MATLAB繪制的單邊正弦信號(hào)拉普拉斯變換的曲面圖如下圖所示，圖9 單邊正弦信號(hào)拉氏變換曲面圖綜合上述實(shí)例，可以發(fā)現(xiàn)通過MATLAB仿真系統(tǒng)，使得過去很難實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和性能分析在微機(jī)上很快完成, 使得學(xué)生的學(xué)習(xí)不局限于某個(gè)問題上, 可以系統(tǒng)地、綜合地學(xué)習(xí)整個(gè)內(nèi)容。通過MATLAB編程實(shí)踐，可以使學(xué)生脫離繁雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，從而讓學(xué)生將重點(diǎn)放在對(duì)概念、原理的理解和實(shí)際應(yīng)用上，同時(shí)也有利于提高學(xué)生利用計(jì)算機(jī)編程解決實(shí)際問題的能力。四、Proteus如何優(yōu)化單片機(jī)的教學(xué)  由于單片機(jī)課難懂，難學(xué)，實(shí)踐性強(qiáng)，教學(xué)的過程中必須軟硬件結(jié)合，即將單片機(jī)程序和外圍電路相結(jié)合。傳

31、統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室教學(xué), 效果不理想，還費(fèi)時(shí)費(fèi)力。為此，在單片機(jī)的教學(xué)中我們采用了單片機(jī)系統(tǒng)的虛擬仿真軟件Proteus，充分仿真單片機(jī)系統(tǒng)的工作情況，用虛擬單片機(jī)系統(tǒng)代替實(shí)際硬件電路。使軟件調(diào)試不再依賴實(shí)物硬件電路，仿真結(jié)果達(dá)到系統(tǒng)預(yù)期效果后，再進(jìn)行硬件實(shí)物制作，這樣既達(dá)到了實(shí)驗(yàn)效果，又經(jīng)濟(jì)方便。將Proteus與單片機(jī)課堂教學(xué)有機(jī)的結(jié)合起來將具有以下的優(yōu)點(diǎn)：（1）教學(xué)質(zhì)量明顯提高。Proteus仿真演示極為接近實(shí)際的動(dòng)態(tài)演示，激發(fā)了學(xué)生興趣，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。Proteus使抽象變形象，使重點(diǎn)易懂、難點(diǎn)化解。例如，中斷是單片機(jī)教學(xué)的重點(diǎn)、難點(diǎn)，以往學(xué)生在課堂上聽不懂，課后也搞不清?，F(xiàn)在

32、用Proteus在多媒體教室進(jìn)行仿真，學(xué)生也親自參加，效果很好。學(xué)生不僅學(xué)懂了，學(xué)習(xí)的主動(dòng)性也明顯提高。圖10為INT0中斷計(jì)數(shù)Proteus仿真演示界面，每次按下計(jì)數(shù)鍵時(shí)觸發(fā)INT0中斷，中斷程序累加計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值顯示在3只數(shù)碼管上，按下清零鍵時(shí)數(shù)碼管清零。學(xué)生參與操作，演示直觀清晰。 圖10 INT0中斷計(jì)數(shù)仿真效果圖（2）學(xué)生學(xué)用結(jié)合、動(dòng)手能力明顯提高。以往，學(xué)生用單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱做該實(shí)驗(yàn)，因?qū)嶒?yàn)箱封閉性、顯示信號(hào)不佳等缺點(diǎn)而使效果不好。學(xué)生難做、難懂、效果差。將Proteus引入單片機(jī)原理實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生先進(jìn)行Proteus設(shè)計(jì)與仿真，仿真成功后，再進(jìn)行實(shí)際實(shí)驗(yàn)。很多重點(diǎn)、難點(diǎn)在學(xué)生的Prote

33、us實(shí)踐中得到解決。實(shí)踐證明：Proteus是學(xué)生學(xué)用結(jié)合、理論與實(shí)踐相結(jié)合的優(yōu)秀平臺(tái)。（3）學(xué)生的獨(dú)立操作和創(chuàng)造能力明顯提高。單片機(jī)“課程設(shè)計(jì)”是以學(xué)生為主的實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)。以往學(xué)生主動(dòng)性差、信心不足、成功率低、器件損壞多。學(xué)生使用Proteus軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)與仿真，可以大膽進(jìn)行電路設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)、測(cè)量、調(diào)試、修改。不僅不會(huì)損壞元器件和儀器，且在進(jìn)行實(shí)物作品連接前就可看到結(jié)果。例如，Proteus的使用-跑馬燈實(shí)例，用Proteus畫出LED跑馬燈的電路圖后再與Keil聯(lián)調(diào)實(shí)現(xiàn)跑馬燈仿真，利用循環(huán)移位函數(shù)_crol_和_cror_形成來回滾動(dòng)的效果。圖11為用Proteus的仿真的跑馬燈效果圖。

34、Proteus仿真動(dòng)態(tài)、直觀，形象地顯示了電路的正確性和結(jié)果。過程與結(jié)果統(tǒng)一，測(cè)量與調(diào)試統(tǒng)一，使學(xué)生增強(qiáng)了學(xué)習(xí)單片機(jī)的信心。學(xué)生有了信心，獨(dú)立操作能力、主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)造力都得到發(fā)揮。學(xué)生在此基礎(chǔ)上再通過拓展學(xué)習(xí)，完成LED花樣循環(huán)顯示，圖12為16只LED分兩組按預(yù)設(shè)的多種花樣變換顯示的花樣流水燈仿真效果圖。仿真成功后，再進(jìn)行實(shí)際電路安裝，實(shí)際電路運(yùn)行結(jié)果與仿真結(jié)果一致。經(jīng)學(xué)生實(shí)踐證明：仿真結(jié)果成功后，只要安裝無誤，焊接可靠，布線合理，實(shí)際作品都會(huì)得到與Proteus設(shè)計(jì)與仿真一致的結(jié)果。所以，仿真促進(jìn)了單片機(jī)課程設(shè)計(jì)的成功率，從而提高了學(xué)生的實(shí)際單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作能力。圖11 跑馬燈仿

35、真效果圖圖12 花樣流水燈仿真效果圖（三）、 研究EDA軟件對(duì)電氣信息專業(yè)教學(xué)優(yōu)化的意義電氣信息類專業(yè)要求培養(yǎng)具備電子技術(shù)和信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)，能從事各類電子設(shè)備和信息系統(tǒng)的研究、設(shè)計(jì)、制造、應(yīng)用和開發(fā)的高等工程技術(shù)人才。課程教學(xué)是確定人才培養(yǎng)模式，體現(xiàn)人才培養(yǎng)質(zhì)量的基本要素，是實(shí)現(xiàn)教育目標(biāo)的主要手段，同時(shí)也是向?qū)W生傳授知識(shí)、提高學(xué)生素質(zhì)、培養(yǎng)學(xué)生能力的主要途徑。提高教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵就是優(yōu)化課程教學(xué)，在電氣信息類專業(yè)課程教學(xué)過程中，以EDA軟件為工具，探究如何優(yōu)化現(xiàn)有的教學(xué)模式，將學(xué)習(xí)活動(dòng)情境化、趣味化，使學(xué)生在輕松愉快的環(huán)境中不斷探究、自主搜尋、不斷發(fā)現(xiàn)問題、思考分析，獲得問題的答案。給電氣信息類專業(yè)課程教學(xué)和學(xué)習(xí)帶來了革命性的變化，無論從教師的教，還是學(xué)生的學(xué)，都是一個(gè)最能體現(xiàn)以人為本，能力為本的新型的教學(xué)模式，它能更好地激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和探索精神，