EDA技術(shù)在電子類課程教學中的應(yīng)用

周琳

（安徽財貿(mào)職業(yè)學院計算機系，安徽合肥230619）

EDA技術(shù)在電子類課程教學中的應(yīng)用

周琳

（安徽財貿(mào)職業(yè)學院計算機系，安徽合肥230619）

EDA即電子設(shè)計自動化,是現(xiàn)代電子工程領(lǐng)域的一門新技術(shù),它為電子設(shè)計工作者提供了電路系統(tǒng)的一種全新的設(shè)計方法。論文以數(shù)字電子鐘電路設(shè)計與分析為例，介紹了EDA仿真軟件MULTISIM在電子類課程教學和設(shè)計中的應(yīng)用。通過實例，展示了MULTISIM的優(yōu)越性、實用性、可靠性；同時，簡單介紹了MULTISIM軟件在其他方面的應(yīng)用，及與相關(guān)軟件的兼容性。最后，強調(diào)了在教學中引入EDA仿真軟件，對學生學習方式改革的深遠意義。

MULTISIM仿真；數(shù)字鐘；74LS161；波形分析；模塊

1 引言

EDA技術(shù)集計算機技術(shù)、電子技術(shù)、信號處理技術(shù)于一體，是近代電子信息領(lǐng)域發(fā)展起來的杰出，而相關(guān)的EDA軟件則代表著電子系統(tǒng)設(shè)計的技術(shù)潮流。在眾多的EDA仿真軟件中，由于MULTISIM軟件界面直觀、操作方便、仿真測試和分析功能強大，因此非常適合電子類課程的課堂教學和實踐教學，是一種相當好的電子技術(shù)實訓工具，同時也是學生和電子設(shè)計開發(fā)人員進行電路仿真分析的重要手段。

2 引入EDA的必要性與可行性

2.1 將EDA引入電子技術(shù)課程教學的必要性

電子類課程既有很強的理論性，也有很強的實踐性，要學好這類課程，不是一件容易的事情。只有有了好的教學方法、教學手段，配合一定數(shù)量的實驗（含課堂教學中的演示實驗）和實踐環(huán)節(jié)，才能使學生領(lǐng)會、理解、掌握課程內(nèi)容，做到融會貫通、學以致用，收到好的教學效果。然而在電子技術(shù)課程的教學中，過去一直存在著教學手段單一、教學方法呆板、實驗資源不足等問題，致使教學效果不盡人意。經(jīng)過幾年的探索與實踐，我們認識到將EDA引入電子技術(shù)課程教學中去，是解決上述問題行之有效的方法。

2.2 將EDA引入電子技術(shù)課程教學的可行性

其一，近年來高等學校教學條件普遍改善，課堂教學中已普遍采用多媒體授課，具備了使用計算機仿真進行演示實驗的硬件條件。在課堂教學中，教師可以應(yīng)用EDA軟件進行仿真實驗演示，解決了過去電子技術(shù)課程演示實驗難的問題。教學過程中涉及具體電路時，都可以使用軟件中的虛擬儀器（如萬用表、示波器、波特圖儀、數(shù)碼顯示器），利用多媒體同步演示、方便直觀、可大大提高課堂教學質(zhì)量。

其二，隨著計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，電子類專業(yè)多種實驗室已配備了微機，具備了開設(shè)EDA仿真實驗的硬件條件。就我校而言，電子信息類專業(yè)中已有微機原理、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、EDA技術(shù)、數(shù)字信號處理、單片機等眾多實驗室配備了微機。只要在這些微機上裝上EWB、Multisim、Protel等EDA軟件，就可以進行電子線路的設(shè)計與仿真了。

其三，隨著微機的普及，較多學生已擁有了個人電腦。如果裝上EWB、Multisim、Protel等軟件，就相當于擁有了個人的“多功能電子實驗室”。學生課后可通過虛擬實驗方便地驗證課堂上所學的理論知識，還可以隨時進行其他設(shè)計性實驗。

3 EDA技術(shù)在教學中的應(yīng)用舉例

EDA仿真軟件MULTISIM在電路分析課程、模擬電路課程、數(shù)字電路課程中，都得到了廣泛應(yīng)用，并取得良好教學效果。它即克服了實驗室物資的缺乏，又具備足夠的分析能力，使得學生在實物不具備的條件下也能夠模擬實驗、分析結(jié)果，從理論過渡到實踐，有效鞏固理論知識。更為重要的是，為學生進行探究型學習提供了平臺和手段，也有利于學習興趣的培養(yǎng)。

例如，在數(shù)字電子技術(shù)課程中，在學習了時序邏輯電路后，要求學生采用集成芯片74LS161兩片設(shè)計六十進制的計數(shù)器[1]。學生很快給出了實驗電路，如圖1所示。

為了驗證所設(shè)計的電路是否能夠完成60進制，我們利用MULTISIM仿真軟件，搭建了仿真實驗電路，如圖2所示。

圖3

這樣，通過仿真實驗手段，確認了設(shè)計的正確性之后，再用實物搭建電路，完成了60進制電路的設(shè)計。

為了進一步鞏固教學效果，我們要求學生設(shè)計數(shù)字時鐘的分鐘和秒鐘電路。因為分鐘、秒鐘電路都是60進制的電路，很多學生自然而然想到了以此為模塊，進行級聯(lián)設(shè)計。設(shè)計電路圖如圖4所示。

圖4

將兩個六十進制的模塊電路放置到圖紙上，唯一改變的是如箭頭所指示部分，即綠色連線部分。它將第一個六十進制模塊的清零信號，作為第二個模塊的觸發(fā)時鐘，即秒鐘計數(shù)器計數(shù)到60時，自動清零的同時向分鐘計數(shù)器發(fā)送計數(shù)時鐘信號，分鐘計數(shù)器收到信號自動計數(shù)。

為了查找原因，我們在電路中增加示波器，運用示波器信號進行波形觀察與分析。示波器的連接方式如圖5所示。

圖5

通過示波器觀察，我們發(fā)現(xiàn)，級聯(lián)信號的波形，如圖6所示。秒鐘計數(shù)到50時有一個瞬時低電平出現(xiàn)在輸出波形中，計數(shù)到60時有一個正常的低脈沖產(chǎn)生。瞬時低脈沖觸發(fā)了分鐘電路的CP信號，產(chǎn)生了誤計數(shù)。

圖6

通過分析，我們進一步發(fā)現(xiàn)，這是由電路的競爭與冒險現(xiàn)象[2]所導致的結(jié)果，即計數(shù)到49時，由于9（1001）的傳送先經(jīng)過與門，再送到三輸入與非門，有個延時，恰好與下一位50信號同步到達，使得進入三輸入與非門的信號同時為1，從而使輸出產(chǎn)生了瞬時低電平，這個瞬時低電平輸出信號又被作為時鐘信號，送入分鐘計數(shù)器的CLK端，由此產(chǎn)生錯誤計數(shù)。

利用仿真軟件平臺，很容易就將問題原因分析出來了，是設(shè)計上先天不足。既然是設(shè)計上的不足，就應(yīng)該從設(shè)計上下手去解決問題。綜合考慮后，我們對電路進行改進。改進電路如圖7所示。

圖7

注意箭頭指示部位，即將模塊內(nèi)部的高位74LS161的ENT信號直接接高電平，將高位74LS161的CLK信號接與門74LS08的輸出端，這樣，就將原先采用的同步工作方式改進為異步工作方式。再次使用仿真平臺進行觀察，波形如圖8所示，不再有瞬時低脈沖出現(xiàn)，有效地克服了競爭與冒險現(xiàn)象。

圖8

如果在此基礎(chǔ)上，再設(shè)計24進制的計數(shù)器級聯(lián)，就完成了整個數(shù)字鐘電路核心部分的設(shè)計工作。24進制設(shè)計電路如圖9所示。

圖9

數(shù)字鐘核心部分的設(shè)計電路如圖10所示。

圖10

在本例中采用MULTISIM仿真軟件，極為方便地設(shè)計并測試了電路。MULTISIM仿真軟件，為教學和研究提供了直觀清晰的平臺，極大地豐富和完善了教學手段。

4 應(yīng)用擴展

MULTISIM仿真軟件的作用強大，除了在基礎(chǔ)教學和設(shè)計中可以采用它作為輔助實驗手段外，它還具備制版功能，可以將原理圖直接轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)表并完成布線制版任務(wù)，也可以和AUTOCAD、PROTEL等軟件進行交互。其MCU控件還可以將單片機程序和硬件電路結(jié)合起來進行仿真實驗。除此之外，它還具備著強大的數(shù)據(jù)處理和分析能力，擁有許多仿真儀表，可以和LABVIEW虛擬儀器結(jié)合應(yīng)用，進行數(shù)據(jù)的交互處理分析[3]。

5 結(jié)語

電子類課程是一門實踐性很強的課程，理論學習必須緊密地與實踐結(jié)合起來[4]。使用MULTISIM電路設(shè)計與仿真軟件，在電子技術(shù)實驗課中，選取有代表性的課題，開設(shè)一定比例的虛擬實驗，發(fā)揮了虛擬實驗省時、高效、安全、經(jīng)濟的長處；解決了過去實驗課完全依賴實驗儀器，且電子元器件損耗大和實驗儀器損壞后維修不及時的問題。而且虛擬實驗因其不受硬件條件的限制，學生可提出各種設(shè)計方案，實驗時可以隨時改變電路參數(shù)，研究電路性能指標與參數(shù)之間的關(guān)系，并能很快獲得仿真結(jié)果，及時發(fā)現(xiàn)問題加以解決，從而大大提高了學生分析問題、解決問題的能力，激發(fā)了他們的求知欲和創(chuàng)新意識。這是一種研究性學習，它是傳統(tǒng)的實物實驗無法做到的。從這個意義上說，仿真實驗具有研究性學習的特點，對提高學生的電子線路設(shè)計水平，培養(yǎng)創(chuàng)新能力有很大幫助。對于實物實驗，學生還可以進行EDA仿真預習，實驗前通過仿真，在理解實驗原理的基礎(chǔ)上再做實物實驗，這樣將虛/實兩種實驗結(jié)合起來，從而極大地提高了實驗教學質(zhì)量。仿真實驗教學模式的引入與發(fā)展，勢在必行。

[1]蘇麗萍.電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].西安:西安電子科技大學出版社，2006.

[2]郭鎖利.基于MULTISIM 9的電子系統(tǒng)設(shè)計、仿真與綜合應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，2008.

[3]郭勇.EDA技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2001.

[4]孫津平.數(shù)字電子技術(shù)[M].西安:西安電子科技大學出版社，2005.

Abstract：Eda—the electronic design automation and modern electronic engineering is a new technology.It is provide a new design method of.This article introduces the eda simulation software multisim in the class teaching and curriculum design,by the example of improvement of electrical circuit of dgital clock.The application shows the superiority and practicality, reliability of multisim software,simply introduces the other multisim software applications.Finally,emphasized the reform of learning method of the electrical system while leading into EDA software.

Key words：multisim simulation；dgital clock；74LS161；wave form analysis；module

責任編輯：陳鳳

APPLICATION OF EDA IN THE IMPLEMENT OF E-TEACHING PLANS IN MECHANICS COURSES

ZHOU Lin
（Department of Computer Science,Anhui Finance&Trade Vocational College,Hefei Anhui 230619）

G642

A

1672－2868（2010）03－0139－06

2009-10-13。

周琳（1971-），女，安徽合肥人。安徽財貿(mào)職業(yè)學院講師，研究方向：計算機通信、應(yīng)用電子學。