數(shù)字電路教學(xué)EDA技術(shù)研究

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摘要：隨著電子產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，運(yùn)用EDA技術(shù)進(jìn)行數(shù)字電子設(shè)計(jì)已經(jīng)成為當(dāng)代的趨勢，如何將EDA技術(shù)融入數(shù)字電路實(shí)踐教學(xué)也成為高校不斷研究的課題。本文主要通過介紹數(shù)字電路實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀和eda技術(shù)發(fā)展前景，來展現(xiàn)EDA工具融入數(shù)字電路實(shí)踐教學(xué)的良好教學(xué)效果，適應(yīng)當(dāng)代應(yīng)用型人才培養(yǎng)規(guī)律。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電路；EDA技術(shù)；實(shí)踐教學(xué)；教學(xué)改革

引言

隨著高校教學(xué)改革不斷推進(jìn)，各高校也在不斷的探索符合當(dāng)下學(xué)生職業(yè)需求的教學(xué)模式?，F(xiàn)階段，作為電子類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)必修課——數(shù)字電路，其教學(xué)已經(jīng)不僅僅滿足于傳統(tǒng)意義上理論知識(shí)的簡單傳授，實(shí)踐教學(xué)也成為數(shù)字電路教學(xué)過程中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。如何在數(shù)字電路的實(shí)踐教學(xué)中融入新技術(shù)，讓實(shí)踐教學(xué)更加符合數(shù)字電路項(xiàng)目實(shí)踐的實(shí)際過程，適應(yīng)當(dāng)代應(yīng)用型人才培養(yǎng)規(guī)律，成為數(shù)字電路教學(xué)模式改革的重要課題。EDA（ElectronicsDesignAutomation）技術(shù)是指以計(jì)算機(jī)為工作平臺(tái)，融合了應(yīng)用電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理及智能化技術(shù)等最新成果，對(duì)電子產(chǎn)品進(jìn)行自動(dòng)設(shè)計(jì)的技術(shù)。EDA技術(shù)現(xiàn)已廣泛的應(yīng)用于電子設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)工具趨于完美，EDA市場也日趨成熟。將EDA技術(shù)融入數(shù)字電路實(shí)踐教學(xué)有利于全方面培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力和動(dòng)手操作能力，讓學(xué)生對(duì)數(shù)字電路設(shè)計(jì)有了更加深刻的理解。

1數(shù)字電路實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀

1.1依托試驗(yàn)箱開展的實(shí)踐教學(xué)難以培養(yǎng)學(xué)生搭建復(fù)雜電路的能力

現(xiàn)階段各個(gè)高校的數(shù)字電路教學(xué)均采用理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)模式模式。理論課程由于經(jīng)過長時(shí)間的教學(xué)積累，無論從教學(xué)內(nèi)容上還是教學(xué)方法上已經(jīng)趨于成熟。相比于理論教學(xué)，實(shí)踐教學(xué)應(yīng)更加重視培養(yǎng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的應(yīng)用能力。而當(dāng)下普遍采用的數(shù)字電路實(shí)踐教學(xué)方法，即在試驗(yàn)箱上進(jìn)行數(shù)字電路連線操作，只適用于搭建簡單的電路。對(duì)于較復(fù)雜電路的實(shí)現(xiàn)，試驗(yàn)箱內(nèi)端口不足、電路連線過于密集、連線時(shí)間過長及電路排故困難等問題時(shí)常出現(xiàn)，從而提高了學(xué)生對(duì)復(fù)雜電路搭建的難度，難以培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)復(fù)雜電路的能力。

1.2依托試驗(yàn)箱開展的實(shí)踐教學(xué)加大了數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)室管理的難度

實(shí)踐教學(xué)是各個(gè)理工類高校教學(xué)體系中非常重要的一環(huán)，而成熟的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和管理則是讓實(shí)踐教學(xué)得以順利開展的保證?，F(xiàn)階段，依托試驗(yàn)箱開展的數(shù)字電路實(shí)踐教學(xué)大大提高了實(shí)驗(yàn)室管理的難度。試驗(yàn)箱的故障維護(hù)、電子線路的整理和各類元器件的回收利用無疑占據(jù)了實(shí)驗(yàn)室管理的絕大部分時(shí)間，并且每年對(duì)元器件的采購也會(huì)大大增加實(shí)驗(yàn)室經(jīng)費(fèi)的開支。如何更加有效的建設(shè)和管理數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)室成為各個(gè)理工院校實(shí)踐教學(xué)開展過程當(dāng)中亟待改進(jìn)的問題之一。

1.3依托試驗(yàn)箱開展的實(shí)踐教學(xué)與電路設(shè)計(jì)職業(yè)發(fā)展要求脫軌

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，我國對(duì)電子專業(yè)人才的需求急劇增大，所以培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才成為各個(gè)高校的人才培養(yǎng)目標(biāo)之一。現(xiàn)階段依托試驗(yàn)箱開展的數(shù)字電路實(shí)踐教學(xué)存在與數(shù)字電路設(shè)計(jì)項(xiàng)目實(shí)施脫軌的問題，對(duì)已學(xué)電路的簡單驗(yàn)證并不能完全滿足當(dāng)前社會(huì)對(duì)電子類人才的職業(yè)要求，所以如何應(yīng)用新技術(shù)更加貼合項(xiàng)目實(shí)施的實(shí)際過程成為當(dāng)下數(shù)字電路實(shí)踐教學(xué)要解決問題。

2EDA技術(shù)介紹

EDA（電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）軟件是利用計(jì)算機(jī)輔助電子設(shè)計(jì)的軟件的總稱，它在完成超大規(guī)模集成電路芯片的功能設(shè)計(jì)、綜合、驗(yàn)證、物理設(shè)計(jì)等一系列流程的設(shè)計(jì)上都發(fā)揮著舉足輕重的作用。由于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，EDA軟件也不斷更新?lián)Q代，EDA常用軟件也層出不窮。所以，如何選擇合適的EDA工具輔助數(shù)字電路教學(xué)也是需要研究的課題之一。

2.1在電子電路設(shè)計(jì)與仿真

Multisim7相對(duì)于其他的EDA軟件更易于上手，擁有直觀易懂的人機(jī)交互界面，可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計(jì)和測試這樣一個(gè)完整的綜合設(shè)計(jì)流程，十分適合數(shù)字電路的教學(xué)。與此同時(shí)，在Multisim7的儀器儀表庫中，萬用表、信號(hào)發(fā)生器、瓦特表、四蹤示波器、邏輯分析儀、頻譜分析儀和電壓電流表一應(yīng)俱全。在Multisim7的電子元件庫中，電阻、電容、電感、三極管、二極管、數(shù)碼管、74系列集成電路、CD系列集成電路等等均有提供。學(xué)生們可以在學(xué)習(xí)儀器儀表之前在軟件上熟悉其操作原理，不僅能夠提高實(shí)際操作時(shí)的效率，也能夠減少儀器儀表設(shè)備及電子元件因?yàn)椴僮鞑划?dāng)而損壞的現(xiàn)象。

2.2在PCD（PrintedCircuitBoard）設(shè)計(jì)

Protel99SE在國內(nèi)電子行業(yè)的普及率較高，是PCB設(shè)計(jì)者的首選軟件。他擁有完整的電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)，包含了電原理圖繪制、數(shù)字電路信號(hào)仿真及多層印刷電路板設(shè)計(jì)等功能，界面友好、使用方便，適合教學(xué)。在傳統(tǒng)的數(shù)字電路實(shí)踐教學(xué)中，多習(xí)慣將設(shè)計(jì)出來的電路直接將電子元件進(jìn)行互聯(lián)從而進(jìn)行驗(yàn)證。如果能夠在數(shù)字電路的教學(xué)中合理運(yùn)用Protel99SE，可以更加有效對(duì)電路效果進(jìn)行驗(yàn)證。并且通過印刷電路板自動(dòng)布局布線，輔之以人工布線調(diào)整，能夠得到更加美觀、簡潔的電路板面，從而增加學(xué)生對(duì)電路設(shè)計(jì)的興趣。

3EDA技術(shù)融入數(shù)字電路教學(xué)中的優(yōu)勢

3.1運(yùn)用EDA技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)“虛實(shí)”結(jié)合的教學(xué)模式

在數(shù)字電路的實(shí)踐教學(xué)中，每一個(gè)實(shí)踐項(xiàng)目，特別是電路相對(duì)簡單的實(shí)踐項(xiàng)目，都可以通過虛擬實(shí)驗(yàn)和實(shí)際實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。讓學(xué)生結(jié)合理論知識(shí)充分發(fā)揮創(chuàng)造力自行利用EDA軟件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)、進(jìn)行虛擬仿真驗(yàn)證，利用仿真成功的設(shè)計(jì)再進(jìn)行電子實(shí)驗(yàn)箱的硬件連線。應(yīng)用這樣的教學(xué)模式一方面能夠培養(yǎng)學(xué)生理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合的能力，另一方面能夠發(fā)揮學(xué)生在理論知識(shí)體系內(nèi)的創(chuàng)新能力，能夠盡量減少避免設(shè)計(jì)錯(cuò)誤而套用書本上現(xiàn)有設(shè)計(jì)方式的情況。從教師的角度來看，將EDA技術(shù)融入教學(xué)也能夠突破原有數(shù)字電路教學(xué)內(nèi)容的局限，隨著EDA軟件的更新不斷充實(shí)教學(xué)內(nèi)容，使得教學(xué)內(nèi)容更加貼合電子行業(yè)的發(fā)展規(guī)律，有利于培養(yǎng)當(dāng)代應(yīng)用型人才。

3.2運(yùn)用EDA技術(shù)可以讓學(xué)生更靈活的掌握學(xué)習(xí)時(shí)間

將EDA技術(shù)融入數(shù)字電路實(shí)踐教學(xué)能夠讓學(xué)生更加靈活把握學(xué)習(xí)時(shí)間。在以往的數(shù)字電路實(shí)踐教學(xué)中，學(xué)生僅僅能夠運(yùn)用上課的時(shí)間進(jìn)行電路搭建。而電路中一旦出現(xiàn)搭建錯(cuò)誤的情況往往需要一節(jié)課甚至更多的時(shí)間進(jìn)行電路修改，這不僅會(huì)影響實(shí)踐課的教學(xué)進(jìn)度，還會(huì)影響學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。運(yùn)用EDA軟件進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)，能夠最大程度上減少電路實(shí)現(xiàn)的難度，電路布線也更加合理。最重要的是，學(xué)生可以自行下載教師指定的EDA軟件進(jìn)行課下設(shè)計(jì)，突破了只能課堂上進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的時(shí)間局限，讓學(xué)生更加靈活的把控學(xué)習(xí)時(shí)間。

3.3運(yùn)用EDA技術(shù)能夠減少實(shí)踐場所的管理難度

將EDA技術(shù)融入數(shù)字電路實(shí)踐教學(xué)能夠減少實(shí)驗(yàn)室建設(shè)及管理難度。EDA軟件是利用計(jì)算機(jī)輔助電子設(shè)計(jì)的軟件，只需要在電腦上安裝軟件就能夠進(jìn)行相應(yīng)的電路設(shè)計(jì)。原有的試驗(yàn)箱故障及電子元件燒毀問題很大程度上是因?yàn)殡娐窙]有進(jìn)行合理驗(yàn)證，現(xiàn)將虛實(shí)實(shí)踐方式結(jié)合，能夠大大避免此類情況發(fā)生，有利于提高實(shí)驗(yàn)室管理效率。并且，EDA軟件維護(hù)簡單，更新方便，也減少了數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)室管理難度。

3.4運(yùn)用EDA技術(shù)符合數(shù)字電路設(shè)計(jì)職業(yè)發(fā)展要求

將EDA技術(shù)融入數(shù)字電路實(shí)踐教學(xué)能夠讓學(xué)生了解具體電子項(xiàng)目實(shí)施的完整過程。當(dāng)代電子產(chǎn)業(yè)不斷擴(kuò)大，電子設(shè)計(jì)復(fù)雜度越來越高，EDA技術(shù)已經(jīng)融入電子設(shè)計(jì)全過程的方方面面。以往的理論與實(shí)踐的教學(xué)模式更加適用簡單的設(shè)計(jì)，但是很容易將課堂上的所學(xué)與現(xiàn)實(shí)中的所用分割開來，使得教學(xué)學(xué)生步入職業(yè)之后難以融會(huì)貫通。而在數(shù)字電路教學(xué)的全過程中運(yùn)用EDA軟件則既可以將知識(shí)串連起來構(gòu)成一個(gè)完整的知識(shí)體系又可以做更加復(fù)雜的電路搭建，了解電子項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的全過程，符合電路設(shè)計(jì)職業(yè)發(fā)展要求。

4結(jié)語

在數(shù)字電路教學(xué)中引入EDA技術(shù)，能夠有效的將理論知識(shí)與實(shí)際操作融合起來，豐富了數(shù)字電路實(shí)踐教學(xué)的教學(xué)模式，讓學(xué)生在充分發(fā)揮創(chuàng)造力的基礎(chǔ)上更加了解具體項(xiàng)目實(shí)施的完整過程。隨著電子產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，EDA技術(shù)也會(huì)隨之不斷更新，如何讓EDA技術(shù)在數(shù)字電路的教學(xué)實(shí)踐中充分發(fā)揮其作用其價(jià)值，還需要我們不斷的實(shí)踐與探索。

參考文獻(xiàn)

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作者：彭恰源 單位：航天工程大學(xué)士官學(xué)校