EDA在电子技术教学中的应用探索与实践

2022-10-05

《电子技术》是一门理论性、实践性很强的专业基础课, 其教学方法与教学效果直接关系到专业课程的教学, 如何改善这一门课程的教学方法, 提高教学效果是一个值得探讨的问题, 随着计算机辅助教学 (CAI) 技术的不断发展, EDA即电子设计自动化 (Electronic Design Automation) 已进入了电子技术, 并占有重要的地位。我们对此也进行了积极的探索, 它是一种利用计算机技术对电子技术进行仿真和模拟的应用软件系统, 具有较高的推广和运用价值。我们认为, 改革电子技术传统教学应立足于现有资源, 融入计算机新技术, 将传统的教学与新型的计算机仿真教学相互结合, 探索建立综合性、仿真性、开放性的教学新模式。

1 EDA仿真软件与电子技术课程相适应的特点

1.1 EDA软件的元器件库提供了数千种电子元器件

丰富的元器件为学生了解各类元器件和元器件的参数和性能提供了条件, 并能为教学提供用之不尽且无任何经济负担的实验元件。

1.2 EDA软件提供了齐全的虚拟测试仪器、仪表

有一般实验用的通用仪器, 如万用表、功率表、函数信号发生器、双踪示波器、直流电源。还有一般实验室少有的仪器, 如波特图仪、数字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换仪、频谱分析仪和网络分析仪。它们不但弥补了实验室仪器的不足, 更能使仿真分析易于理解, 仿真结果一目了然。

1.3 EDA软件具有较为详细的电路分析功能

可以完成电路瞬态分析、时域分析和频域分析、器件的线性分析和非线性分析、电路的噪声分析和失真分析、离散傅立中分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析等电路分析方法。分析结果以数值或波形直观显示, 这些经典的分析方法是引导学生剖析电路的手术刀。

2 EDA在电子线路教学中的应用

2.1 EDA在电子技术课堂教学中的应用

课堂教学是一种新的尝试。使用EDA软件可以随时以图形、表格及曲线的形式来显示电子技术中那些语言和文字表达或难以理解的现象和复杂的变化过程, 并且可以不断修改电路形式及其参数, 通过测江苏、验证、纠错设计电路, 加深学生对电子电路本质的理解, 扩展讲课内容, 大大提高了课堂教学效果。同时还可以精减课堂教学内容, 因为有些内容课堂上可以只讲基本概念和方法, 而具体电路可以上实践仿真。

由于课堂时间有限, 所以课堂演示内容的选择非常重要。我们的经验是选择各章节中比较抽象、难讲的教学内容以及教学重点作为演示内容, 并且要与教学内容同步, 既可以放在理论讲授之后, 也可以放在理论讲授之前, 但重要的是在演示过程中, 教师应该不断向学生提出问题, 并与之共同分析讨论电路中出现的各种现象, 找出解决问题的方案, 引导学生积极地进行定向思维, 这样不仅能够活跃课堂气氛, 更重要的是能够激发和调动学生学习的主动性和创造性。也就是说课堂上使EDA软件进行演示的过程应该是一个与学生相互讨论的过程, 在讨论中使学生加深了对基本要领的理解。另外, 由于课堂时间有限, 所以每次软件演示的时间最多在十分钟左右, 同时教师应该事先画好电路图, 并且连接测量仪表, 以节约课堂时间。

2.2 在实验教学环节中的应用

实验教学是电子技术教学的重要环节, 通过实验能够巩固技术基础知识, 培养学生的实践技能、动手能力和分析问题及解决问题的能力, 启发学生的创新意识和创新思维潜力。EDA软件完全能够虚拟各种电子实验, 有别于应用实体的实际硬件实验, 是实际硬件实验的有力补充和拓展。

虚拟实验在实验教学中的应用主要表现在以下二个方面:

2.2.1 缺少实验设备时, 虚拟实验可以代替硬件实验

有些学校由于缺少实验设备, 部分硬件实验无法开展, 就完全可以用虚拟实验代替。虚拟实验的一大特点就是不受实验设备、场地的条件限制, 只要有计算机和E D A软件 (EWB) , 几乎所有的实验都难不住它。

2.2.2 在开展硬件实验的同时, 可以辅以虚拟实验

硬件实验和虚拟实验在教学效果上各有优缺, 硬件实验的主导地位是毋疑的, 它使学生直接面对真实对象, 进行真实操作, 获得直接经验, 这是虚拟实验无法做到的。虚拟实验有更为优秀的分析技术, 例如, 在很多仪器仪表中收入指针, 使实验数据更易获得, 实验现象更为明显, EDA软件中又具有经典的仿真分析方法, 能轻而易举地实现瞬时的捕捉, 也能把很长时间的现展现于1秒, 这也是实际仪器不能匹配的。所以, 同一个课题, 开展实际硬件实验可使学生锻炼动手能力, 获得直接经验。开展虚拟实验, 有助于对实验现象的观察和实验数据的获得, 最终有利于分析和实验结论的获得。

开展具有创造性的开放式实验。以往在做实验前, 教师处于对实验器材和学生安全的保护必先嘱咐学生不准动这, 不准动那, 使学生做起实验来束手束脚, 学生的想像力和创造力得不到发挥。其实很多时候, 学生对实验内容有自己独到的想法.如果能够利用虚拟实验技术, 拿出有意义的课题, 进行开放式的实验, 学生在实验中, 可以发挥自己的创造力, 对电路进行别出心裁的修改, 对电路的分析和测试作不同的尝试, 使学生完全成为实验电路的剖析者和探索者, 又不必担心会损坏任何器件或仪器, 既拓展了实验范围, 又培养了学生的创新意识。

3 EDA在电子技术课程设计中的应用

电子技术课程设计的目的是让学生综合运用在电子技术课程中学到的基础知识, 通过设计一个具有一定功能的比较实际的电子电路, 了解设计电子电路的全过程, 掌握其基本的设计方法, 具有初步的设计能力, 为电子产品的研发奠定基础。在电路设计中, 设计者是根据给定的功能和技术指标, 确定设计方案时, 检验设计是否满足预定要求, 传统方法一般是用人工对电路进行估算, 并在实验板上组装电路进行实际测试。这一过程不仅需要大量的元器件和测试仪器, 而且需要反复多次才有可能得到最佳方案。随着电路规模的增大, 这种方法无论在分析精度、花费的人力、物力, 还是在时间等方面均难以与实际要求相适应。而利用EDA防真技术它可将不同电路设计方案中的电路原理图直接绘制到计算机中进行模拟、分析、验证, 设计者可以直接在计算机屏幕上方便地修改电路结构及参数, 反复测试、观察输出波形, 直至满足设计要求为止。

在电子技术课程设计中引入EDA, 不仅可以拓宽课程设计题目的选择范围, 提高每个题目的复杂程度, 加大设计浓度, 还可以简化和加快设计过程, 提高设计效率。

摘要：《电子技术》是一门理论性、实践性很强的专业基础课, 其教学方法与教学效果直接关系到专业课程的教学, 为了提高本专业教学与学习效率, 培养能够应用EDA技术设计和分析现代电子系统的应用性人才, 本文将电子设计自动化 (EDA) 技术引入电子技术教学中, 并使二者有机结合。

关键词：EDA,电子技术,教学应用