談電子線路教學(xué)中EDA技術(shù)的應(yīng)用

1、談電子線路教學(xué)中EDA技術(shù)的應(yīng)用張偉寧河中等專業(yè)學(xué)校談電子線路教學(xué)中EDA技術(shù)的應(yīng)用電子線路是電子專業(yè)的重要課程，也是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，如何在教學(xué)中融入先進(jìn)的教育技術(shù)，突破傳統(tǒng)教學(xué)方式，體現(xiàn)它的實(shí)踐性特點(diǎn)是十分重要的教學(xué)課題。隨著EDA技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用，必然帶來一場深刻的教學(xué)改革。在電子線路教學(xué)中應(yīng)用EDA技術(shù)將是一個(gè)必然的趨勢。一EDA技術(shù)基本功能介紹EDA（Electronic Design Automation ）是指以計(jì)算機(jī)為工作平臺，融合應(yīng)用電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、智能化技術(shù)最新成果而研制成功的電子CAD通用軟件包。主要能輔助進(jìn)行三方面的設(shè)計(jì)工作，既IC設(shè)計(jì)、電子電路設(shè)計(jì)和PC

2、B設(shè)計(jì)。EDA技術(shù)經(jīng)過了三個(gè)階段的發(fā)展。從70年代的（CAD）階段和80年代的（CAE）階段，到90年代的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)自動化（EDA）階段。EDA技術(shù)代表了當(dāng)今電子設(shè)計(jì)技術(shù)的最新發(fā)展方向。它不僅為電子技術(shù)設(shè)計(jì)人員提供了“自頂向下”的設(shè)計(jì)理念，同時(shí)也為教學(xué)提供了一個(gè)極為便捷的、科學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺。電工電子類專業(yè)課程中的電工基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)都可以通過EDA仿真軟件，進(jìn)行電路圖的繪制、設(shè)計(jì)、仿真試驗(yàn)和分析。應(yīng)該說將EDA仿真軟件應(yīng)用到電工、電子類專業(yè)的教學(xué)中是一種教學(xué)手段的創(chuàng)新，也是提高教學(xué)質(zhì)量的優(yōu)選方法。 電子線路課程是電子類專業(yè)的支柱性課程，它要求學(xué)生熟悉各種電子器件，掌握電路圖

3、的識讀、繪制以及電路工作原理，還要學(xué)會掌握和合理運(yùn)用分析方法。EDA軟件正是提供了各種支持，恰到好處地符合這樣的教學(xué)要求。同樣，電子線路課程又是一個(gè)緊密聯(lián)系實(shí)踐的課程，EDA軟件的強(qiáng)大的仿真功能更是能把實(shí)踐帶入課堂，帶入教學(xué)的每一個(gè)環(huán)節(jié)中去。下面就以Multisim2001為例，介紹EDA軟件的基本功能。Multisim2001 用軟件的方法虛擬電工與電子元器件，虛擬電工與電子儀器和儀表。實(shí)現(xiàn)了“軟件即元器件”、“軟件即儀器”。Multisim2001是一個(gè)電路圖設(shè)計(jì)、電路功能分析測試的虛擬仿真軟件，是一個(gè)虛擬的電子實(shí)驗(yàn)室。1Multisim2001軟件的元器件庫提供了數(shù)千種電子元器件，包括：

4、電源庫、基本元器件庫、二極管庫、晶體管庫、模擬集成器件庫、混合集成器件庫、TTL數(shù)字器件庫、 CMOS器件庫、其它數(shù)字器件庫、混合器件庫、指示器件庫、射頻器件庫、機(jī)電類器件庫等。豐富的元器件為學(xué)生了解各類電工、電子元器件打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也可以了解各類元器件的參數(shù)和性能，并能為教學(xué)提供用之不盡且無任何經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)的實(shí)驗(yàn)元件。2Multisim2001軟件提供了齊全的虛擬測試儀器儀表，有一般實(shí)驗(yàn)用的通用儀器，如萬用表、功率表、函數(shù)信號發(fā)生器、雙蹤示波器、直流電源，還用一般實(shí)驗(yàn)室少有的儀器，如波特圖儀、字信號發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換儀、失真儀、頻譜分析儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀。它不但彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)室儀器的不足，

5、更能使仿真分析易于理解，仿真結(jié)果一目了然。3Multisim2001軟件具有較為詳細(xì)的電路分析功能?？梢酝瓿呻娐返乃矐B(tài)分析和穩(wěn)態(tài)分析、時(shí)域分析和頻域分析、器件的線性分析和非線性分析、電路的噪聲分析和失真分析、離散傅立葉分析、電路零極點(diǎn)分析、交直流靈敏度分析等電路分析方法。分析結(jié)果以數(shù)值或波形直觀顯示，這些經(jīng)典的分析方法是引導(dǎo)學(xué)生剖析電路的手術(shù)刀。4Multisim2001軟件可以設(shè)計(jì)、測試和演示包括電工電路、模擬電子電路、數(shù)字電路、射頻電路及微機(jī)接口電路等各種電子電路，還可以對被仿真元器件設(shè)置各種故障，如開路、短路和不同程度的漏電，從而可是在教學(xué)中模擬各種故障，以提高學(xué)生對實(shí)際電路分析和排故能

6、力，也為對學(xué)生的實(shí)踐能力考察提供了方便。二EDA技術(shù)在電子線路教學(xué)中的應(yīng)用1應(yīng)用于課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，開展探究式教學(xué)，是師生高效交流的平臺。電子線路是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，一支粉筆，一塊黑板的課堂教學(xué)存在太大的弊病，為了加強(qiáng)教學(xué)的直觀性、形象性、生動性，做到理論與實(shí)踐相結(jié)合，提高教學(xué)效率和質(zhì)量，在課堂教學(xué)中采用過實(shí)物演示、幻燈、投影、錄像、VCD及CAI課件等多種教學(xué)技術(shù)，但都存在著不足。實(shí)物演示的準(zhǔn)備工作量大，不便觀察，靈活性差?；脽?、投影、錄像、VCD的內(nèi)容封閉，程式固定，缺少交互。CAI課件也同樣擺脫不了教師固定程式教，學(xué)生固定程式學(xué)。然而，基于Multisim2001的電子線路課堂教學(xué)，是在

7、虛擬的電子環(huán)境（在計(jì)算機(jī)上的電子實(shí)驗(yàn)室）中，師生借助計(jì)算機(jī)自然地、高效地與電子元器件、電子儀器、分析工具等進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，相互影響，為開展探究式教學(xué)提供了必要的支持。探究式教學(xué)能充分調(diào)動學(xué)生的積極性，挖掘?qū)W生的學(xué)習(xí)潛力，使學(xué)生變被動的接受為主動的探求，也充分體現(xiàn)了教師主導(dǎo)和學(xué)生主體，他是一種科學(xué)的、民主的教學(xué)方法。以前由于課堂上師生之間沒有實(shí)時(shí)交互的平臺，教師是單向地教，學(xué)生是被動地學(xué)，而Multisim2001的出現(xiàn)，恰到好處地為師生搭建了一個(gè)良好地交互平臺。因?yàn)?，首先，在Multisim2001創(chuàng)建的電子線路課堂教學(xué)情境中，電子元器件、儀器儀表、仿真分析方法同等地提供給教師和學(xué)生，使學(xué)生產(chǎn)生

8、親臨電子電路實(shí)際環(huán)境之中的感覺，學(xué)生是從虛擬環(huán)境的內(nèi)部向外觀察，不再是旁觀者，而變成了電路知識的探究者；其次， Multisim2001對電路參數(shù)的設(shè)置、電子分析和仿真、數(shù)據(jù)圖形的處理以及結(jié)果的輸出都只需簡單的操作即可完成，這樣就使師生的交互能在輕擊幾下鼠標(biāo)之下完成。因而在課堂上師生間能通過簡捷、輕松的方式完成充分的交流，學(xué)生的疑問、新奇的想法等都可以及時(shí)驗(yàn)證和嘗試。真正為師生搭建了一個(gè)開放性的“所想即所得”的高效交流平臺。在這個(gè)平臺上，才能使探究式教學(xué)發(fā)現(xiàn)它的作用。探究式教學(xué)一般遵循“問題情境搭建模型解決問題”三個(gè)步驟。創(chuàng)設(shè)問題情境是引發(fā)學(xué)生探究心理學(xué)習(xí)新知識的切入點(diǎn)。例如在單管共射放大電路

9、的教學(xué)中，第一步，教師先創(chuàng)設(shè)問題情境，要把幅值為10mV ,頻率為1KHz的正弦信號放大50倍，負(fù)載電阻是2K。第二步，學(xué)生調(diào)用已有知識（三極管放大特性、三極管放大狀態(tài)的外部條件、三極管輸入、輸出特性），在Multisim2001環(huán)境中，調(diào)用虛擬元器件和虛擬和儀器儀表，搭建電路模型，最后在教師的提問、啟發(fā)、引導(dǎo)下，對電路不斷地分析、測試、調(diào)整，完成放大電路，即解決了問題。這樣，在大量的動腦、動手的實(shí)踐中，學(xué)生學(xué)到了新知識（共射放大電路的基本結(jié)構(gòu)、靜態(tài)工作點(diǎn)、截止失真、飽和失真、頻響特性等）?？傊珽DA技術(shù)為探究式教學(xué)提供了優(yōu)質(zhì)的平臺，也必將為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供優(yōu)質(zhì)的保證。2應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，開

10、展虛擬實(shí)驗(yàn)，是實(shí)際硬件實(shí)驗(yàn)的有力補(bǔ)充和拓展。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是電子線路教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，通過實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜢柟屉娮泳€路基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐技能、動手能力和分析問題及解決問題的能力，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維潛力。Multisim2001這款優(yōu)秀的EDA軟件提供了上千種電子元器件和十?dāng)?shù)種儀器儀表，完全能夠虛擬各種電子實(shí)驗(yàn)，區(qū)別于應(yīng)用實(shí)體的實(shí)際硬件實(shí)驗(yàn)，它叫虛擬實(shí)驗(yàn)。虛擬實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：（1）學(xué)校缺少某項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備時(shí)，虛擬實(shí)驗(yàn)可以代替硬件實(shí)驗(yàn)。有些學(xué)校由于缺少實(shí)驗(yàn)設(shè)備，部分硬件實(shí)驗(yàn)無法展開，就完全可以用虛擬實(shí)驗(yàn)代替。虛擬實(shí)驗(yàn)的一大特點(diǎn)就是不受實(shí)驗(yàn)設(shè)備、場地的條件限制，只要有

11、計(jì)算機(jī)，有EDA軟件（如Multisim2001），幾乎所有的實(shí)驗(yàn)都難不住它。（它的元器件庫無所不包，而且具有網(wǎng)上更新的功能，它的虛擬儀器也是應(yīng)有盡有，而且直觀性強(qiáng)）。（2）同一實(shí)驗(yàn)課題，在開展硬件實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，可以輔以虛擬實(shí)驗(yàn)。硬件實(shí)驗(yàn)和虛擬實(shí)驗(yàn)在教學(xué)效果上各有所長，硬件實(shí)驗(yàn)的主導(dǎo)地位是勿庸置疑的，它使學(xué)生直接面對真實(shí)對象，進(jìn)行真實(shí)操作，獲得直接經(jīng)驗(yàn)，這是虛擬實(shí)驗(yàn)所無法作到的。而虛擬實(shí)驗(yàn)有更為優(yōu)秀的分析技術(shù)，例如在很多儀器儀表中引入指針，使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更易獲得，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更為明顯，EDA軟件中又具有經(jīng)典的仿真分析方法，能輕而易舉地實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)現(xiàn)象的捕捉，也能把很長時(shí)間的現(xiàn)象展現(xiàn)于一秒，這也是實(shí)際儀器不能

12、敵的。所以，同一個(gè)課題，開展實(shí)際硬件實(shí)驗(yàn)可使學(xué)生鍛煉動手能力，獲得直接經(jīng)驗(yàn)。開展虛擬實(shí)驗(yàn)，有助于對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲得，最終有利于分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)論的獲得。（3）開展具有創(chuàng)造性的開放式實(shí)驗(yàn)以前在作實(shí)驗(yàn)前，教師處于對實(shí)驗(yàn)器材和學(xué)生安全的保護(hù)必先囑咐學(xué)生不準(zhǔn)動這，不準(zhǔn)動那，使學(xué)生做起實(shí)驗(yàn)來束手束腳，學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力得不到發(fā)揮。其實(shí)很多時(shí)候，學(xué)生對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是有自己的獨(dú)到的想法的。如果能夠利用虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)，拿出有意義的課題，進(jìn)行開放式的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中，可以發(fā)揮自己的創(chuàng)造力，對電路進(jìn)行別出心裁的修改，對電路的分析和測試做不同的嘗試，使學(xué)生完全成為實(shí)驗(yàn)電路的剖析者和探索者，又不必?fù)?dān)心會損壞任何器件或儀器。這樣既拓展了實(shí)驗(yàn)范圍，又培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識。長久以來，電類實(shí)驗(yàn)課普遍采用傳統(tǒng)的硬件驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，隨著EDA技術(shù)的發(fā)展， 系統(tǒng)仿真技術(shù)日越完善，它將越來越多地應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)，實(shí)驗(yàn)課程也必然采取硬件實(shí)驗(yàn)和軟件仿真相結(jié)合的方式。三結(jié)語EDA技術(shù)是將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于電子電路設(shè)計(jì)過程的一門嶄新技術(shù)，給電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)帶來了革命性的變化。它在教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用也必將給電子專業(yè)課程的教學(xué)帶來革命性的變化。無論從教學(xué)還是從實(shí)用的角度去考