淺析EDA技術(shù)應(yīng)用于電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的可行性

1 EDA在電子課程中的意義

通過實(shí)踐的研究，在競(jìng)賽培訓(xùn)教學(xué)中引入EDA軟件（包含EWB虛擬電子工作臺(tái)——Electronics Workbench和PROTEL 99se等），能夠充分利用各學(xué)校的計(jì)算機(jī)資源，有效解決學(xué)校在競(jìng)賽中經(jīng)費(fèi)緊張和實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)儀器、設(shè)備不足的問題；能夠使教師教學(xué)變得更加直觀，學(xué)生學(xué)習(xí)變得更加容易；能夠使學(xué)生更系統(tǒng)地學(xué)習(xí)電子技術(shù)，學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)。

2 EDA應(yīng)用于電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的可行性

2.1 學(xué)生具備了一定的計(jì)算機(jī)操作基礎(chǔ)。

現(xiàn)在的學(xué)生從小學(xué)、初中開始就學(xué)習(xí)電腦知識(shí)，他們擁有一定的計(jì)算機(jī)操作能力。在進(jìn)入高校后還要再進(jìn)一步學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)相應(yīng)操作類知識(shí)，這些都為開設(shè)EWB和PROTEL軟件學(xué)習(xí)提供了條件。

2.2 三種EDA軟件直觀易學(xué)，使用方便。

EDA軟件很多，但考慮到電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的理論性和實(shí)用性很強(qiáng)，主要選取了EWB、PROTEL 99se和KEIL三種軟件。EWB具有功能強(qiáng)大、界面直觀、學(xué)習(xí)容易和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，因此選擇EWB可以驗(yàn)證模擬電路和數(shù)字電路。PROTEL 99se操作方便，用于設(shè)計(jì)電路板性能完善，速度快，質(zhì)量高，能與EWB配合，將EWB設(shè)計(jì)的電路導(dǎo)入到PROTEL 99se中，進(jìn)而設(shè)計(jì)出相應(yīng)的印刷電路板，便于將理論轉(zhuǎn)化成實(shí)踐。KEIL提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等，能方便調(diào)試C語(yǔ)言或者匯編語(yǔ)言程序。

3 EDA應(yīng)用于電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的教學(xué)思路

電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽主要培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐素質(zhì)，提高學(xué)生針對(duì)實(shí)際問題進(jìn)行電子設(shè)計(jì)制作的能力。電子協(xié)會(huì)是學(xué)校主要電子競(jìng)賽的主力軍，而電子協(xié)會(huì)的學(xué)生是由大一到大三的學(xué)生組成，個(gè)人的理論知識(shí)進(jìn)度不同，使得培訓(xùn)電子協(xié)會(huì)的學(xué)生有一定困難性。經(jīng)過一定實(shí)踐積累和不斷調(diào)整制定了培訓(xùn)計(jì)劃，制定計(jì)劃遵循理淪與實(shí)踐相結(jié)合的原則，遵循傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、EDA模擬仿真實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的原則。培訓(xùn)計(jì)劃分成四部分：

3.1 將EWB引入電路教學(xué)

培訓(xùn)主要是實(shí)踐為主，在引入EWB軟件之前學(xué)生應(yīng)該具有基本的電路知識(shí)，這樣在將EWB引入到電路實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)之后，有利于學(xué)生將實(shí)驗(yàn)與EWB設(shè)計(jì)相結(jié)合，用EWB設(shè)計(jì)、演示、仿真去探索規(guī)律，然后再用實(shí)際電路去驗(yàn)證。這樣就擺脫了很多學(xué)校因?yàn)橘Y金、設(shè)備等方面缺乏原因造成的實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)無法開設(shè)，確保培訓(xùn)中應(yīng)該學(xué)習(xí)的相關(guān)知識(shí)。

例如：已知電阻R1、R2、R3與恒定電壓源V1串聯(lián)，其中R1=3K，R2=5K，R3=2K，VI=10V；請(qǐng)利用EWB驗(yàn)證基爾霍夫電壓定律。

解：設(shè)R1、R2、R3兩端電壓分別為U1、U2、U3，回路電流為I；根據(jù)題目可知R1，R2，R3是串聯(lián)關(guān)系，I=l0V/（3K+5K+2k）=1mA；根據(jù)歐姆定理U1=lmA*3K=3V，U2=1mA*5K=5V，U3=lmA*2K=2V；根據(jù)KVL定律UI+U2+U3-V1=0；從上面理論值可知：3V+5V+2V-10V=0。

再通過EWB軟件仿真，根據(jù)EWB仿真出來的電壓可知同樣滿足KVL定律，而且Ul、U2、U3的值與理論計(jì)算出來的值是相等的。在理論計(jì)算和EWB仿真之后，再將學(xué)生安排到實(shí)驗(yàn)室，自己焊接一個(gè)相同電路，然后用實(shí)際的萬(wàn)用表的測(cè)量各電阻的電壓和電阻，記下實(shí)際測(cè)量得到的結(jié)果。將理論值、EWB中的虛擬儀表測(cè)量值進(jìn)行比較，可發(fā)現(xiàn)結(jié)果非常相似，特別是EWB中的虛擬儀表測(cè)量的值更接近準(zhǔn)確值。這樣不僅可以幫助學(xué)生將理論知識(shí)、EWB軟件虛擬測(cè)量、具體實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)合起來，而且培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作能力，便于學(xué)生將實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際儀器儀表和EWB虛擬儀器儀表對(duì)應(yīng)，有利于培養(yǎng)學(xué)生在使用EWB信心。

3.2 將EWB和PROTEL 99se引入電子技術(shù)教學(xué)

以電子技術(shù)驗(yàn)證性和訓(xùn)練性實(shí)驗(yàn)為主、以綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)為輔，著重奠定基礎(chǔ)，電路設(shè)計(jì)、仿真、調(diào)整和加工成作品貫穿始終，在老師指導(dǎo)下由學(xué)生分組協(xié)作完成，增強(qiáng)學(xué)生協(xié)作意識(shí)與應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的能力。

在這一階段開始引入PRORTEL教學(xué)，以便將經(jīng)過EWB仿真后的電路，加工成PCB板，做成實(shí)際電路，讓學(xué)生學(xué)以致用，制造出由自己加工完成的電路。增加學(xué)生的自信心和自豪感，促進(jìn)學(xué)生更好的探索電路的規(guī)律，牢固地掌握電路知識(shí)，并主動(dòng)探索小制作。

在EWB仿真、設(shè)計(jì)無誤之后，再利用PROTEL把電路的PCB板設(shè)計(jì)圖畫出，然后安排學(xué)生自己焊接這個(gè)電路，用實(shí)際的儀器儀表測(cè)量數(shù)據(jù)，通過這個(gè)過程學(xué)生掌握了理論到仿真到實(shí)際的總過程。

3.3 將KEIL引入單片機(jī)原理和接口技術(shù)教學(xué)

這一階段以單片機(jī)訓(xùn)練性實(shí)驗(yàn)為主，單片機(jī)技術(shù)課程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，由于課堂教學(xué)的局限性，都是以硬件原理和匯編編程為主。為彌補(bǔ)這方面的缺陷，在教學(xué)中以通用性更好的C語(yǔ)言為主，加以大量的實(shí)例為輔，使知識(shí)更容易理解和接受。

例如設(shè)計(jì)一個(gè)流水燈，效果為8個(gè)發(fā)光管間隔200ms由上至下，再由下至上，再重復(fù)一次，然后全部熄滅。再以300ms間隔全部閃爍5次，重復(fù)此過程。

在KEIL中我們可以看到C語(yǔ)言編程移植性非常好，在KEIL的仿真界面下，我們能看到變量、寄存器、I/O口等狀態(tài)，方便我們調(diào)試。在KEIL的仿真之后過程沒錯(cuò)誤，那么可以讓學(xué)生自己焊接硬件圖，然后下載看流水燈效果。

3.4 將EDA軟件引入綜合性實(shí)踐教學(xué)

這一階段以綜合性實(shí)驗(yàn)為主，以設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)為輔，側(cè)重于理論知識(shí)的綜合應(yīng)用。將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽課題中去，不斷將學(xué)過的知識(shí)應(yīng)用到具體的課程實(shí)踐中去，增強(qiáng)分析問題、 解決問題的能力，用理論指導(dǎo)實(shí)踐，再用實(shí)踐幫助強(qiáng)化理論，提高全面素質(zhì)，強(qiáng)化職業(yè)意識(shí)，提高職業(yè)能力。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過幾年來的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，基于EDA軟件的電子競(jìng)賽培訓(xùn)取得了滿意的效果，學(xué)生無論是在理論還是實(shí)際操作都有很大的提高，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力也提高了，從中也可以看出EDA軟件在電子實(shí)踐課程中的應(yīng)用效果非常好。
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