EDA仿真技术在电子技术教学中的应用

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  EDA(Electronic Design Automation)电子设计自动化是指以计算机为工作平台、融和计算机技术、信息技术、CAM(计算机辅助制造)、CAT(计算机辅助测试)、智能化等技术的产物。利用EDA工具,电子设计师从设想、建模、电路设计、性能分析到设计出印制版的整个过程,在计算机上自动处理完成。EDA工具还广泛应用于电子领域的教学,这种现代教学方法能提高学生的学习兴趣和教学的效果,是教学手段的创新,也是提高教学质量的优选方法。
  一、常用EDA软件简介
  计算机技术的进步推动了EDA技术的普及和发展,EDA工具层出不穷,目前进入电子领域的具有广泛影响、使用简便的软件有:Electronic Workbench5.0c(简称EWB)、Multisim 7.0和Protel等。
  EWB是专用于电子线路仿真的“虚拟电子工作室”软件,EWB5.0c是使用最多的一种仿真软件。可以将模拟电路和数字电路混合进行电路仿真。它不仅可以完成电路的瞬态分析、稳态分析、时域分析和频域分析、器件的线性和非线性分析、电路的噪声分析和失真分析等常规分析,而且还提供了离散傅立叶分析、电路零极点分析、交直流分析、灵敏度分析和电路容差分析等14种分析方法,并且有电路故障模拟和数据的存储等功能。
  Multisim 2001软件提供庞大的元、器件设计数据库模块和仪器、仪表库,以更为强大的阵容构建电气电路、电子电路,并进行元、器件参数的设定和电路参数的分析。
  Multisim 2001可提供各种信号源、基本元、器件库。此外,该软件还提供数学控制模型库,可实现电路的运算和电路特性分析。而射频元器件库提供了7种能工作在超高频(GHz)区域的元器件,分别称为射频电容、射频电感、射频NPN、射频PNP、场效应晶体管,肖特基二极管和射频耦合电感。这些元器件的设置已考虑到集中参数和分布参数。
  Multisim 2001还提供了多种仪器、仪表库,如数字万用表、信号发生器、功率表、双综示波器、逻辑分析仪、逻辑转换仪、失真度分析仪、频谱分析仪、网络分析仪等众多品种和数量的仪器、仪表库,供操作者选用。
  Protel 99SE是众人熟悉的电子CAD软件,而Protel 99SE提供了模拟电子线路和数字电路的电路仿真功能,仿真的结果和数据精确。
  以上介绍的三种EDA软件各有特点。EWB5.0c容易掌握,界面简洁,但元器件库较少。Multisim 2001由于有众多的元器件库、数学模型和仪器、仪表库,因此,电路的仿真功能强大。Protel 99SE不但能构建电原理图、仿真,而且能直接进行PCB电路的设计。
  二、EDA仿真技术在电子教学中的应用
  在传统的实验性教学中,一般是在“面包板”或在电路板上搭接实验电路,然后选用相关的设备、仪器、仪表来检测,直至完成电路功能和规定的性能指标。这种实验方法存在费时长、耗能大、耗材多、电路可靠性差,废料环保处理困难等问题。而采用EDA仿真技术以后,从确定实验课题、实验目的、实验课题建模、电路构建、选择测试仪器、仪表、电路元器件参数的修正和电路性能指标分析等,都可在计算机上自动、准确、快速地处理完成。
  三、EDA在电子教学中的作用
  随着电子技术的发展,EDA技术的应用已经渗透到各个领域,特别是在电气、电子、通信类的教学演示和实验性教学方面。这种直观性和实验性教学,能培养更多的高技能人才,尤其是笔者在无线电调试工技师和高级技师的培训中,充分运用多种EDA组合,取得很好的教学效果。EDA在电子教学中的作用可以归纳如下。
  (一)有利于教学质量的提高
  利用EDA软件仿真可迅速实现课堂教学目标过程的完成。由于EDA软件仿真电路制作、分析、结果输出准确、迅速、直观,容易引起学员的学习兴趣并产生师生互动。通过教师的演示,当场验证电子技术中的定律、公式和方案,改变了教师在课堂上只讲理论、到实验室去做实验这一传统的教学方法。EDA软件仿真教学方法有效地将理论教学和实验紧密结合起来,加深学生对理论的认识,提高了教学效果。
  (二)有利于强化实验性教学手段和途径
  在电子理论教学中,理论课的实验课程往往远滞后于课堂理论教学内容,并且由于受到经费、人力资源的限制,实验课程要么被忽略,要么被淡化,这都不利于教学目的过程的完成。通过课堂实验的演示,学生有了一定的认识,凭借计算机操作平台,学生可在课后随时、随地进行反复训练,有利于培养学生不断进行实验的良好习惯,提高实验水平。学生在实验中,容易产生新的理念、新的思路和新的方法,有利于培养创新型高技能人才。
  (三)有利于培养学生良好的职业习惯、职业道德和心理素质
  具有良好的职业习惯、职业道德和心理素质也是毕业生在未来工作中具有竟争能力的重要条件之一。而良好职业习惯,职业道德及稳定的心理素质是靠平时养成的。实验教学的环节是培养这种素质的重要途径。因为实验过程的合理性、严谨性、科学性,容不得半点虚伪。实验的成功和失败也能逐步提高学生面对失败的心理素质。
  (四)有利于充分利用资源,走可持续发展道路
  利用EDA软件仿真将充分利用计算机和网络的资源,运用计算机网络系统实现网络教学、远程教学,开辟电子教学创新的教学模式,让更多的学生通过计算机技术、信息技术,共享系统资源,为社会服务。同时,EDA技术在电子教学中的运用,可节约大量的财力、物力和人力,在提倡环境保护和生态平衡的社会中,为国家可持续发展作出重要的努力。
  四、结论
  综上所述,由于EDA仿真技术的先进性、实用性、通用性,以及考虑到教学的可持续发展性。因此,它在电子教学中的运用,必将引起教学理念、教学方法和教学效果的改革和发展。
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