EDA技术与电子技术教学的整合

刚刚发展起来的新技术，涉及面广，内容丰富。ＥＤＡ技术是以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式，以计算机、大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计工具，通过有关的开发软件，自动完成用软件的方式设计电子系统到硬件系统的一门新技术。可以实现逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化，逻辑布局布线、逻辑仿真。完成对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射、编程下载等工作，最终形成集成电子系统或专用集成芯片。ＥＤＡ是在计算机辅助设计（ＣＡＤ）技术的基础上发展起来的计算机设计软件系统。它使得电子线路的设计人员能在计算机上完成电路的功能设计，逻辑设计，性能分析，时序测试甚至印制电路板的自动设计。与早期的ＣＡＤ软件相比，ＥＤＡ软件的自动化程度更高，功能更完善，运行速度更快，而且操作界面友善，有良好的数据开放性和互换性。目前ＥＤＡ软件很多，其中常用的电子电路设计与仿真软件有：ＳＰＩＣＥ／ＰＳＰＩＣＥ、ＥＷＢ、ＭＡＴＬＡＢ、ＳｙｓｔｅｍＶｉｅｗ和ＭＭＩＣＡＤ等。其中ＰＳＰＩＣＥ软件和ＥＷＢ软件在教学中应用较多。

一、ＰＳＰＩＣＥ与电子技术教学的整合

ＰＳＰＩＣＥ是“Ｐｅｒｓｏｎａｌ　ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＰｒｏｇｒａｍ　ｗｉｔｈ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ＣｉｒｃｕｉｔＥｍｐｈａｓｉｓ”的缩写，它是由Ｍｉｃｒｏｓｉｍ公司开发的，用于个人计算机的ＳＰＬＣＥ软件。ＰＳＰＩＣＥ软件是工程上使用的电子电路ＣＡＤ软件，用它可以进行静态工作点的计算、小信号直流传输函数计算、直流扫描分析、交流扫描分析、瞬态分析、傅里叶分析、蒙特卡罗分析、灵敏度分析及最坏情况分析等，用它还可以观察到变量的各种波形数据列表，功能强大。在Ｗｉｎｄｏｗｓ操作系统平台下的ＰＳＰＩＣＥ主要包括：１、电路图编辑程序Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｓ．它

EDA 技术与

电子技术教学的整合

孔龙 重庆工贸职业技术学院 ４０８０００

随着科学技术的发展，我们的社会跨入了一个崭新的经济时代，新领域不断增多，计算机的普及以及Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网的崛起，极大发展了现代教育技术。随着计算机技术的不断进步与更新，借助于计算机技术的ＥＤＡ技术在教学过程中所占的比例越来越大，作用越来越重要。ＥＤＡ技术已经成为２１世纪教育教学改革的一个重要的突破口。其正在改变教学模式、教学内容、教学手段、教学方法，它克服了传统教学中许多缺陷和不足，得到广泛应用。

电子技术是一门实践性较强的专业基础性课程，直观和可操作性比较强。在教学中如能提高学生学习的动机、兴趣、情感毅力、方法等非智力因素，他们就会对专业中所涉及的实用技术产生浓厚的观察和动手兴趣，会被客观实际中千变万化的电子线路新奇性所吸引，从而激发起他们的学习兴趣。由于教学学时的限制和实验设备的局限性，我们无法全都采用边讲理论，边做实验的办法上课，因此，在电子技术教学中如何利用ＥＤＡ技术使学生动起来，拓展教学的空间显得十分重要。与传统的教学方法、手段相比较，用ＥＤＡ技术教学有许多优点：形象直观，生动有趣，课堂信息量大……在电子技术教学中应用ＥＤＡ技术，可以起到将客观事物宏观表现，抽象概念形象表现的目的。帮助学生在理论教学过程中，及时用实验的方法印证所学的内容，理解电路的复杂变化过程，达到理论与实践的完全结合。

ＥＤＡ是电子设计自动化（Ｅ１ｅｃｈｏｎｉｃｓＤｅｓ５ｐ　ＡＭ・ｔｏＭ６０ｎ）的缩写。它是一门

的主要功能有：绘制电路图，确定修改元器件模型参数，分析类型设计，调用ＰＳＰＩＣＥ程序分析电路，调用Ｐｒｏｂｅ程序显示或打印分析结果。２、分析程序Ｐｓｐｉｃｅ，它对电路进行仿真分析，以文本方式或扫描波形方式输出结果并存入磁盘中。３、图形后处理程序Ｐｒｏｂｅ，它是输出波形的后处理程序，用于处理、显示、打印电路各接点和各支路的多种波形。４、激励编辑程序Ｓｔｍｅｄ，它是信号源编辑器，用于编辑和修改各种信号源。５、模型参数提取程序Ｐａｒｔｓ，它是等效电路模型的参数提取程序。ＰＳＰＩＣＥ配有种类丰富的元器件库，仿真计算精度高，结果准确，分析结果可输出到文件上或以图形方式显示，直接明了。将ＰＳＰＩＣＥ技术引入到电子技术实验教学中，结果表明在教学生使用ＰＳＰＩＣＥ软件进行实验电路仿真的同时将某些典型电路进行硬件实现。采用“软硬兼施”的方式，不仅能够使学生更加形象地理解，掌握所学的理论知识，还能够培养学生的实际动手能力，取得较好的教学效果。

在电子技术实验教学中，除了要求学生掌握一些常用仪器的使用方法和参数测量方法外，一般要求学生通过所做实验进一步掌握有关元器件及电路的各种性能，使学生通过直观的实验巩固所学的理论知识。然而对于较复杂电路，学生在短时间内很难把握电路输出及各种性能指标。由于ＰＳＰＩＣＥ的仿真计算精确，有文本和图形两种输出方式，有利于学生对电路的全面理解，所以ＰＳＰＩＣＥ和工程计算相辅相承，可有效地提高电子技术实验教学的质量。ＰＳＰＩＣＥ能方便快速地获得电路指标，这对于巩固加深学生对电路原理，元件参数作用及其频率特性的理解，有着及其重要的作用。

二、ＥＷＢ与电子技术教学的整合

ＥＷＢ是Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ（电子工作平台）的简称。是由加拿大Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ　Ｉｍａｇｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ公司开发的。它的软件菜单完整，仿真手段非常切和实物。即它所提供的电子元器件及仪器仪表与实物完全相象；元器件选用和仪器仪表操作使用非常方便自如，同时具有数模混合仿真和波形分析能力，用户可根据需要随便连接数字器件和模拟器件，ＥＷＢ会自动完成其中信号转换，故电路仿真效果好。运行环境逼真，真实性非常强，ＥＷＢ软件具有如下一些特点：

（１）、采用直观的图形界面创建电路：

在计算机屏幕上模仿真实的实验室工作台，

绘制电路图需要的元器件，电路仿真需要

的测试仪器均可直接从屏幕上选取；（２

）、软件仪器的控制面板外形和操作方式都

与实物相似，可以实时显示测量结果。（３）、

ＥＷＢ软件带有丰富的电路元器件库，提供

多种电路分析方法。（４）、作为设计工具，它

可以同其他流行的电路分析，设计和制板

软件交换数据。（５）、ＥＷＢ还是一个优秀的

电子技术训练工具，利用它提供的虚拟仪

器可以用比实验室中更灵活的方式进行电

路实验，仿真电路的实际运行情况，熟悉常

用电子仪器测量方法。我们如将它应用于

教学改革中，就能赋予传统的教学方式以

新的生命力。

用ＥＷＢ理论联系实际，实施交互式

教学。传统教学基本上是以教师为主体，

只有单指令性教学方式，学生始终处于被

动接受知识的地位，而学生接受知识的意

愿被忽略；在大力推进素质教育的今天，

现代教学要求教师真正使学生的主体作用

得到发挥，不但要传授给学生知识，更重

要的是使学生学会学习，引导学生积极思

考，善于发现问题，多动脑，多动手，

培养思维能力和创新精神。教学中如何使

学生积极参与到教学过程中来，从被动的

要我学转变为我要学。实践中我认为首先

教师要充分备好课，设置好课堂师生交互

形式和生动直观的教学环境及氛围，利用

ＥＷＢ软件直观，逼真，适用性极强等特

点，可达到上述教学目的。例如，在电子技

术教学中，我们可以：（１）、用ＥＷＢ分析

电路，如：用ＥＷＢ分析共射极放大电路、

共集电极放大电路、差分式放大电路、反相

比例运算放大电路等。（２）、用ＥＷＢ观察

运行过程中输出波形。（３）、用ＥＷＢ观察

元件参数变化时输出结果。（４）、用ＥＷＢ

软件验证电路定理，测量计算电路参数等。

如：电压放大器的设计：　以下介绍单管

共发射极放大器的设计方法。

１．电路形式和要求

分压式共发射极电路如图１所示。为

维持ＵＲ基本恒定和发射极电阻（Ｒｅ

ｌ

＋Ｒｅ

２

）

的直流电流负反馈作用，应满足：

此外，电阻Ｒｂｌ、Ｒｂ２、Ｒｃ和Ｒｅ２

的选择要兼顾对电压放大倍数Ａｕ、输入

电阻Ｒｉ以及输出电阻Ｒ。的设计指标要

求；耦合电容Ｃ１、Ｃ２和旁路电容Ｃ。的

取值要满足对下限频率的要求；三极管的

选择要满足电路对其Ｐｃｍ、Ｕ（ＢＲ）ＣＥＯ、

ＩＣＭ的要求以及对特征频率的要求。

　２．设计方法

放大电路的传统设计计算方法比较繁

杂，电路参数计算完以后，还需要搭接实

际电路反复地调试。利用计算机的辅助设

计则简化了这一过程。图２是利用ＥＷＢ进

行电路元件参数设计的分压式共发射极放

大电路连接图，它满足电压放大倍数Ａｕ

≥３０，输人电阻Ｒｉ≥５　ｋｄｌ的设计要求。

实现过程为：

（１）按图２画出电路，接入仪器、仪

表；依照对电流和电压的要求大致给出元

件参数，然后根据电压表、电流表的指示

对静态工作点进行调整，使之满足前述对

Ｉ１、ＩＢ和ＵＢ的要求。

（２）按Ｒｉ＝Ｒｓｕｉ／（ｕｏ－ｕｉ）计算输入电

阻。如果输入电阻小于要求指标，则需要重

新调节Ｒ

ｂｌ

、Ｒ

ｂ２

。

图３示波器面板所显示的为输入、输出

信号和Ｒｅｌ。当然，提高Ｒｉ的最有效办法

是增大Ｒｅｌ，但必定减小Ａｕ，所以上述的

步骤需要反复进行，才能兼顾各项指标要

求。

在利用ＥＷＢ调试电路元件参数时，

三极管的电流放大系数ｐ可以根据实际情

况加以设置。具体做法是，用鼠标左键点

击三极管，弹出其元件属性对话框，在

Ｍｏｄｅｌｓ栏中点击Ｅｄｉｔ按钮，弹出三极管

参数对话框，ｓｈｅｅｔｌ中的Ｆｏｒｗａｒｄ　ｃｕｒｒｅｎｔ

ｇａｉｎ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ即Ｊ６｝值。当ｐ值被修改

后，在关闭文件时，要看清楚提示，选

择只修改本电路中ＮＰＮ管的Ｊ６｝值，注意

不要把库参数也修改了。

由此可见，通过ＥＷＢ的使用，能够很

方便地进行电路的基本性能分析，而且分

析形象、直观，有利于加深对电路的基本概

念及电路特性的理解，有助于解决教学过

程中的难点和疑点。

三、ＥＤＡ技术在电子技术教学中的

作用

在电子技术教学过程中引入ＥＤＡ技

术，对课程教学起到了很好的推动作用，

这种推动作用主要表现在三个方面：一方

面对学生来说，ＥＤＡ技术将他们带入了

一个崭新的世界，开拓了他们的视野，丰

富了他们的想象力，有效地激发了他们的

学习兴趣和求知欲，提高了他们认识事物

图３

图２

图１ 分压式共发射极电路