EDA技术在电子类课程教学中的应用

周琳

（安徽财贸职业学院计算机系，安徽合肥230619）

EDA技术在电子类课程教学中的应用

周琳

（安徽财贸职业学院计算机系，安徽合肥230619）

EDA即电子设计自动化,是现代电子工程领域的一门新技术,它为电子设计工作者提供了电路系统的一种全新的设计方法。论文以数字电子钟电路设计与分析为例，介绍了EDA仿真软件MULTISIM在电子类课程教学和设计中的应用。通过实例，展示了MULTISIM的优越性、实用性、可靠性；同时，简单介绍了MULTISIM软件在其他方面的应用，及与相关软件的兼容性。最后，强调了在教学中引入EDA仿真软件，对学生学习方式改革的深远意义。

MULTISIM仿真；数字钟；74LS161；波形分析；模块

1 引言

EDA技术集计算机技术、电子技术、信号处理技术于一体，是近代电子信息领域发展起来的杰出，而相关的EDA软件则代表着电子系统设计的技术潮流。在众多的EDA仿真软件中，由于MULTISIM软件界面直观、操作方便、仿真测试和分析功能强大，因此非常适合电子类课程的课堂教学和实践教学，是一种相当好的电子技术实训工具，同时也是学生和电子设计开发人员进行电路仿真分析的重要手段。

2 引入EDA的必要性与可行性

2.1 将EDA引入电子技术课程教学的必要性

电子类课程既有很强的理论性，也有很强的实践性，要学好这类课程，不是一件容易的事情。只有有了好的教学方法、教学手段，配合一定数量的实验（含课堂教学中的演示实验）和实践环节，才能使学生领会、理解、掌握课程内容，做到融会贯通、学以致用，收到好的教学效果。然而在电子技术课程的教学中，过去一直存在着教学手段单一、教学方法呆板、实验资源不足等问题，致使教学效果不尽人意。经过几年的探索与实践，我们认识到将EDA引入电子技术课程教学中去，是解决上述问题行之有效的方法。

2.2 将EDA引入电子技术课程教学的可行性

其一，近年来高等学校教学条件普遍改善，课堂教学中已普遍采用多媒体授课，具备了使用计算机仿真进行演示实验的硬件条件。在课堂教学中，教师可以应用EDA软件进行仿真实验演示，解决了过去电子技术课程演示实验难的问题。教学过程中涉及具体电路时，都可以使用软件中的虚拟仪器（如万用表、示波器、波特图仪、数码显示器），利用多媒体同步演示、方便直观、可大大提高课堂教学质量。

其二，随着计算机技术的迅猛发展，电子类专业多种实验室已配备了微机，具备了开设EDA仿真实验的硬件条件。就我校而言，电子信息类专业中已有微机原理、网络技术、EDA技术、数字信号处理、单片机等众多实验室配备了微机。只要在这些微机上装上EWB、Multisim、Protel等EDA软件，就可以进行电子线路的设计与仿真了。

其三，随着微机的普及，较多学生已拥有了个人电脑。如果装上EWB、Multisim、Protel等软件，就相当于拥有了个人的“多功能电子实验室”。学生课后可通过虚拟实验方便地验证课堂上所学的理论知识，还可以随时进行其他设计性实验。

3 EDA技术在教学中的应用举例

EDA仿真软件MULTISIM在电路分析课程、模拟电路课程、数字电路课程中，都得到了广泛应用，并取得良好教学效果。它即克服了实验室物资的缺乏，又具备足够的分析能力，使得学生在实物不具备的条件下也能够模拟实验、分析结果，从理论过渡到实践，有效巩固理论知识。更为重要的是，为学生进行探究型学习提供了平台和手段，也有利于学习兴趣的培养。

例如，在数字电子技术课程中，在学习了时序逻辑电路后，要求学生采用集成芯片74LS161两片设计六十进制的计数器[1]。学生很快给出了实验电路，如图1所示。

为了验证所设计的电路是否能够完成60进制，我们利用MULTISIM仿真软件，搭建了仿真实验电路，如图2所示。

图3

这样，通过仿真实验手段，确认了设计的正确性之后，再用实物搭建电路，完成了60进制电路的设计。

为了进一步巩固教学效果，我们要求学生设计数字时钟的分钟和秒钟电路。因为分钟、秒钟电路都是60进制的电路，很多学生自然而然想到了以此为模块，进行级联设计。设计电路图如图4所示。

图4

将两个六十进制的模块电路放置到图纸上，唯一改变的是如箭头所指示部分，即绿色连线部分。它将第一个六十进制模块的清零信号，作为第二个模块的触发时钟，即秒钟计数器计数到60时，自动清零的同时向分钟计数器发送计数时钟信号，分钟计数器收到信号自动计数。

为了查找原因，我们在电路中增加示波器，运用示波器信号进行波形观察与分析。示波器的连接方式如图5所示。

图5

通过示波器观察，我们发现，级联信号的波形，如图6所示。秒钟计数到50时有一个瞬时低电平出现在输出波形中，计数到60时有一个正常的低脉冲产生。瞬时低脉冲触发了分钟电路的CP信号，产生了误计数。

图6

通过分析，我们进一步发现，这是由电路的竞争与冒险现象[2]所导致的结果，即计数到49时，由于9（1001）的传送先经过与门，再送到三输入与非门，有个延时，恰好与下一位50信号同步到达，使得进入三输入与非门的信号同时为1，从而使输出产生了瞬时低电平，这个瞬时低电平输出信号又被作为时钟信号，送入分钟计数器的CLK端，由此产生错误计数。

利用仿真软件平台，很容易就将问题原因分析出来了，是设计上先天不足。既然是设计上的不足，就应该从设计上下手去解决问题。综合考虑后，我们对电路进行改进。改进电路如图7所示。

图7

注意箭头指示部位，即将模块内部的高位74LS161的ENT信号直接接高电平，将高位74LS161的CLK信号接与门74LS08的输出端，这样，就将原先采用的同步工作方式改进为异步工作方式。再次使用仿真平台进行观察，波形如图8所示，不再有瞬时低脉冲出现，有效地克服了竞争与冒险现象。

图8

如果在此基础上，再设计24进制的计数器级联，就完成了整个数字钟电路核心部分的设计工作。24进制设计电路如图9所示。

图9

数字钟核心部分的设计电路如图10所示。

图10

在本例中采用MULTISIM仿真软件，极为方便地设计并测试了电路。MULTISIM仿真软件，为教学和研究提供了直观清晰的平台，极大地丰富和完善了教学手段。

4 应用扩展

MULTISIM仿真软件的作用强大，除了在基础教学和设计中可以采用它作为辅助实验手段外，它还具备制版功能，可以将原理图直接转换成网络表并完成布线制版任务，也可以和AUTOCAD、PROTEL等软件进行交互。其MCU控件还可以将单片机程序和硬件电路结合起来进行仿真实验。除此之外，它还具备着强大的数据处理和分析能力，拥有许多仿真仪表，可以和LABVIEW虚拟仪器结合应用，进行数据的交互处理分析[3]。

5 结语

电子类课程是一门实践性很强的课程，理论学习必须紧密地与实践结合起来[4]。使用MULTISIM电路设计与仿真软件，在电子技术实验课中，选取有代表性的课题，开设一定比例的虚拟实验，发挥了虚拟实验省时、高效、安全、经济的长处；解决了过去实验课完全依赖实验仪器，且电子元器件损耗大和实验仪器损坏后维修不及时的问题。而且虚拟实验因其不受硬件条件的限制，学生可提出各种设计方案，实验时可以随时改变电路参数，研究电路性能指标与参数之间的关系，并能很快获得仿真结果，及时发现问题加以解决，从而大大提高了学生分析问题、解决问题的能力，激发了他们的求知欲和创新意识。这是一种研究性学习，它是传统的实物实验无法做到的。从这个意义上说，仿真实验具有研究性学习的特点，对提高学生的电子线路设计水平，培养创新能力有很大帮助。对于实物实验，学生还可以进行EDA仿真预习，实验前通过仿真，在理解实验原理的基础上再做实物实验，这样将虚/实两种实验结合起来，从而极大地提高了实验教学质量。仿真实验教学模式的引入与发展，势在必行。

[1]苏丽萍.电子技术基础[M].西安:西安电子科技大学出版社，2006.

[2]郭锁利.基于MULTISIM 9的电子系统设计、仿真与综合应用[M].北京：人民邮电出版社，2008.

[3]郭勇.EDA技术基础[M].北京：机械工业出版社，2001.

[4]孙津平.数字电子技术[M].西安:西安电子科技大学出版社，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

责任编辑：陈凤

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。安徽财贸职业学院讲师，研究方向：计算机通信、应用电子学。