EDA技术在电工电子技术课程教学中的应用

刘阳勇

摘 要：EDA技术旨在通过应用计算机中的EDA软件系统，按照电路设计的规则与标准，灵活的实现并完成电气电子电路的基础分析、模型转化和最终设计工作。当前，在很多开设有电工电子技术课程的教学中，已经把利用EDA技术进行教学实践，作为了教学中重要的一环，这种教学应用，可以克服传统电工电子技术课程教学更新复杂、直观教学效果差、结果展示不明晰等不足，通过计算机模拟、计算、分析，能够较为有效的提升相关电工电子电路设计的时效，同时能够高质量的展现其电路运行效果。因此在降低教学成本的基础上，提升了教学效率，也让学生可以更加直观的学习到电子技术课程的教学重点，受到了广大教师及学生的欢迎。

关键词：EDA技术;电工电子;教学应用

引言：随着大规模集成电路技术和电子电路小型化的发展趋势日益体现，EDA辅助电子设计发挥出越来越大的作用，特别是通过计算机的辅助计算和模拟，可以完美解决早期电路设计无法避免的设计瓶颈问题。现阶段，很多学校以EDA技术贯穿电工电子教学，以实际模拟量化数字模拟电路及高低频电路的运作流程，可以更为直观地展现电路结构，从而用感性的认识促进学生对陌生的理论体系的学习，获得了较好的授课成果。作为高校电工电子技术课堂改革的成功经验，本文分析了相关教学的结合点，并通过实际教学案例，展现了采用EDA技术推进电工电子技术课程教授对重要现实效果。

一、EDA技术发展及特点，相关软件平台简介

EDA技术作为计算机辅助运算与电子信息技术高度融合的计算机辅助设计平台，借助于计算机强大的计算能力，进行电工电子电路原理图的设计和PCB电路板的辅助描绘，同时也能装载不同架构处理器模型，实现拟态过程仿真，从而让电工电子课程讲述更为直观易懂。其相关软件平台主要包括以下三种：

Alum Designer是基于Protel软件的一体化开发环境，可以通过电路设计、模拟/数字电路模拟、PCB规范设计、逻辑联通、完整分析、最终设计输出，提供了高效的设计解决方案。其当前的产品迭代，通过拓展电路设计架构，进一步混合了FPGA设计能力和SOPC设计样例，从而使其对大规模数字电路设计支持更为完善，对嵌入式系统设计更为便捷。

Proteus具备优越的模拟功能，还对元器件甚至SOC都具有良好的仿真模拟能力，从电路设计、构建标准到外围电路混合仿真，均有良好的适应性。其丰富的元器件库资源，为电路修改设计提供了更为灵活、高效的解决方案，其构建的功能、性能贴近现实的虚拟仪器、仪表，可以培养学生更好的实践，并降低了教学成本。

Multisim作为众所周知的仿真工具，主要用于模/数电子电路设计工作。采用图形化关联或描述性输入方式，更容易在教学中直观应用。以互动方式构建电气原理图，绑定SPICE拟合的关键内容，对电路实现仿真，可以让学生在相关研究课程中掌握相关信号采集、电路仿真和原理研究。其完善的虚拟现实应用技术，更有利于实现原型构型和检测全流程。

二、解析理论概念，利用EDA关联相关知识体系

在EDA有关的电工电子教学课程中，是理论与实践相结合的知识体系结构。其基础理论包括电子元件、电路构成、电器特性、工作原理等内容。过去的教学过程中，对于这些晦涩抽象的理论内容，很难用语言描述，需要通过实物教学演示，才能加深学生对相关理论的认知，但是实物教具的成本较高，且更新较慢。而教师运用Alum Designer 、Multisim开展课程讲解，可以大大提升授课效率。通过软件内含的仪器、3D图例，可以充分展示理论课程涉及的电子元器件及其结构、特性等。例如在开展弦波振荡电路的虚拟仿真对课程教学中，其教学重点是要学生对波的频率进行观察和计算，通过Multisim平台构建正弦波发生器，并拟合正弦波的产生过程。首先，调用软件中仿真库中振荡波形产生库，按照提示的电路设计要求，对电路的节点连接集元器件布局进行设置;选用相关分析类型，例如用傅立叶分析和瞬态分析的方法对电路进行分析;根据电路中参数的选定，瞬态分析的启始时间设为0，中止时间设为5ms，step设置为100ns，用傅氏级数分析法分析对基波频率进行分析。实验课程过程中，可以引导学生改变电路中元器件件参数或节点布设方式，观察电路模拟仿真分析的结果，从而让学生对于振荡器的理论有更为深刻的理解。这种直观具体的教学模式，可以稳步提升电工电子的教学质量。

三、推进实践学习，采用EDA开展教学实验

电工电子技术课程的实践教学，是学生最终能否掌握课程知识点点关键。相关实践课程中，原理图设计和PCB电路布线是很多电工电子课程教学的主要形式。其实践课程要求，一般是通过EDA软件，能够设计实现并满足相关要求的电工电子电路，采用仿真模拟，确保电路形式、结构和功能的正确性。例如，采用Alum Designer开展具有总线架构的电子电路原理图教学过程中，教师可以利用之前绘制的分立元件的电工电路，完成初步周边器件布局原理图设计，首先让学生建立总线结构对概念，即多条并行导线对集合，之后让其采用放置总线命令完成总线布设，同时根据总线功能布局网络标号，定义端口功能，最后完成原理图构件的设计、连接。这种利用EDA软件进行电工电子实验教学，能够体现出显著优势，为学生树立明确的电工电子电路基础设计规范，并用最终仿真结果使学生加深设计认识。

结束语：

综上所述，EDA是给了电工电子技术教学以虚拟化、计算机辅助教学方式，其在教学中的应用操作简单、界面直观。同时，通过对大多数的模拟数字电路、高低频电路的仿真，与实验结果评估，确保了在实际教学过程中理论与教学实际的紧密结合，增强了教学的趣味性。

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（重庆交通职业学院  重庆  江津  402247）