胡蓉

（江西工業(yè)職業(yè)技術學院 江西 南昌 330095）

基于EDA技術基礎的數(shù)字電路課程設計

胡蓉

（江西工業(yè)職業(yè)技術學院 江西 南昌 330095）

結(jié)合EDA在數(shù)字電路課程設計中的運用實例，提出了EDA技術應用于數(shù)字電路課程設計的方法，論述了EDA技術對培養(yǎng)和提高應用電子技術專業(yè)學生綜合設計能力的重要性。

EDA技術；數(shù)字電路課程設計；搶答器

電子設計自動化（EDA）技術是以計算機為工作平臺，對電子電路或系統(tǒng)進行自動分析和設計的計算機輔助技術，它的應用使得電路功能、參數(shù)的分析和設計都可以脫離具體對象，在構(gòu)筑于計算機平臺上的虛擬環(huán)境中通過仿真處理而自動實現(xiàn)。目前，EDA技術已成為現(xiàn)代電子工程開發(fā)與應用領域的支撐技術，在電子行業(yè)，Multisim、Protel等電子仿真設計軟件，已成為電子工程設計的必備工具。學習和掌握應用計算機對電子電路進行分析是目前和今后發(fā)展的必然趨勢，將其應用到課程設計領域也是教學改革的方向。

近年來，全國各高校都開設了EDA技術的教學和實踐課程。對高職電子專業(yè)的學生而言，數(shù)字電子技術課程設計是學生在學習數(shù)字電子技術理論課程后進行的一次綜合性訓練，其目的是培養(yǎng)學生綜合運用所學理論知識的能力、獨立設計電子產(chǎn)品的能力及對電子產(chǎn)品實際安裝調(diào)試的能力。學生從原理圖設計開始，一直做到樣機調(diào)試成功，經(jīng)歷整個電子產(chǎn)品的設計、開發(fā)過程，所以，將傳統(tǒng)課程設計與EDA技術訓練相結(jié)合，使學生對該技術在電子設計中所起的作用建立整體的認識，能對學生綜合能力的培養(yǎng)有所幫助。

圖1 設計過程流程圖

課程設計的總體思路

課程設計過程 數(shù)字電路課程設計的過程主要分為兩個階段：一是應用Multisim仿真設計電路。在學生根據(jù)設計課題擬定初步方案后，要求他們先在電路仿真與分析軟件Multisim平臺上對所設計的電路進行仿真，觀察電路功能是否滿足設計要求，主要元器件參數(shù)對分析電路指標的影響，在Multisim平臺上調(diào)試電路使之達到技術指標，為實踐做準備。二是應用Protel設計印刷電路板。在Multisim仿真后，要求學生應用Protel設計軟件設計出PCB印刷電路板圖。PCB版圖必須布局合理，符合電氣布線規(guī)則?？傮w過程可用流程圖（見圖1）表示。

課程設計時間安排 課程設計安排兩周時間。第一周，安排學生自行查閱資料，進行基本電路設計，計算相關電路參數(shù)。對于學生設計所用的元件，出于成本的考慮，在設計過程中要求學生盡可能地采用實驗室的器件，教師應盡量增加器件的種類供學生挑選，其他的特殊器件均由學生在給定的經(jīng)費額度內(nèi)自行采購。學生完成電路的理論設計以后，畫出理論設計的電路圖，給出有關設計依據(jù)，并由Multism 9.0軟件仿真通過后交指導教師審核，再利用Protel DXP軟件進行印刷板設計，由于是自行加工制作，所以工藝上要求設計成單面板。這樣，一方面，培養(yǎng)了學生工程設計的成本控制意識；另一方面，也給學生熟悉市場的機會。第二周，學生在完成以上工作后，進入實驗室制作電路板，對腐蝕后的電路板進行打孔，最后完成元器件的焊接、電路調(diào)試等工作。最后安排兩天的時間進行課程設計報告的編寫和答辯。

課程設計評分 課程設計評分分為設計報告和設計功能實現(xiàn)兩部分。評分指標如下：（1）設計報告30分；（2）作品功能70分，分成以下幾個評分點：印刷版布線10分；焊接技術10分；電路功能50分（實現(xiàn)功能20分，其余基本功能每完成一部分給10分）。發(fā)揮部分考慮到能完成的學生不多，只把此部分功能的實現(xiàn)作為額外計分的因素。以上的評分指標明確了評分的要點，從而引導學生在設計過程中不僅要注意理論設計，而且要注意追求科學合理的電路工藝和良好的電路性能指標，促使學生在電子技術基本技能和電路設計能力方面得到全面和系統(tǒng)的訓練，以達到提高學生綜合能力的目的。

課程設計的教學實踐

以下是我院應用電子技術專業(yè)一次“六路智力競賽搶答器”課程設計的全過程。

設計要求：可同時供6名選手進行比賽，各用一個搶答按鈕，按鈕的編號分別與選手的編號相對應；給節(jié)目主持人設置一個控制開關S，用來控制系統(tǒng)清零和搶答開始；搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示功能，搶答開始以后，若有選手按動搶答按鈕，編號便立即鎖存，并在LED數(shù)碼管上顯示選手的編號，同時，揚聲器發(fā)出音響提示。此時，輸入回路封鎖，禁止其他選手搶答。優(yōu)先搶答的選手編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清零時為止。

發(fā)揮部分：參賽選手在設定的時間內(nèi)搶答有效，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零時為止。根據(jù)設計意圖可以確定設計框圖（如圖2所示）。

圖2 6路搶答電路設計框圖

1.在多媒體機房中，根據(jù)設計要求利用Multism 9.0設計電路原理圖，并通過Multism 9.0自帶的仿真儀器對所設計電路進行仿真分析，逐步改進電路，直至達到設計要求。在這里搶答部分采用的是一個74ls148編碼器對選手搶答信號編碼，并通過74ls175D功能數(shù)據(jù)鎖存器鎖存，最后經(jīng)4511譯碼后驅(qū)動7段LED共陰數(shù)碼管顯示。同時74ls30形成鎖存脈沖控制D功能數(shù)據(jù)鎖存器鎖存信號；音響報警部分由555振蕩器完成。（如圖3所示）

圖3 六路搶答電路設計仿真電路圖

2.利用在Multism 9.0中生成的網(wǎng)絡表，導入到Protel Dxp軟件中設計PCB電路板（如圖4所示）。在生成網(wǎng)絡表時，要注意自制元件封裝與原理圖中的名稱一致，在此自制了按鈕和數(shù)顯的封裝，方法是拿實物在萬能板上進行尺寸比對，由于萬能板的兩個孔距為標準的100mil，所以，無需特殊的測量工具就可完成元件的封裝測量。我們設計的走線線寬為20mil，焊盤的直徑為60mil。事實證明，該尺寸是手工制板的最低數(shù)據(jù)，若低于該數(shù)據(jù)，在腐蝕的時候很容易斷裂。當然，在滿足安全間距的條件下，可以盡可能地加大線寬和焊盤直徑。由于設計的是單面板，不可避免會出現(xiàn)無法布通的線路（紅線），可以在最后裝配的時候在元件面用跳線來連接。

3.在電子制作實驗室中，學生將打印出來的電路板圖通過電路板制作設備制作成實際電路板（如圖5所示）。打孔完畢后，再用流動的自來水清洗，然后刷上酒精松香溶液并用吹風機吹干，對于一些腐蝕過度斷裂的線路，可采用拖錫的方法補好。

圖4 六路搶答器PCB電路板設計圖

4.在電子制作實驗室中，學生學習各種元器件的選擇、常用工具與儀器儀表的使用以及練習焊接技術，最后完成整機組裝，并通電測試是否達到設計標準（如圖6所示）。

5.在課程設計實驗室中，學生組裝調(diào)試所設計的電路，使用自己所學的方法分析和排除電路故障，并撰寫課程設計報告。

課程設計的教學效果和啟示

通過幾年課程設計的實踐，對搶答器、數(shù)字溫度計、數(shù)字鐘、交通燈控制器等設計課題，采用EDA軟件指導學生進行電子技術課程設計，取得了較好的教學效果。課程設計過程培養(yǎng)了學生的競爭意識、創(chuàng)新意識，提高了學生的計算機應用水平，學生在學習方法、遵守紀律、團結(jié)協(xié)作、創(chuàng)新能力、獨立分析問題與解決問題的能力、寫作和語言表達能力、吃苦耐勞和踏實嚴謹?shù)淖黠L、言行舉止和文明禮貌等方面都受到很好的鍛煉和培養(yǎng)。同時，我們也從中獲得了一些啟示。

圖5 六路搶答器PCB電路板實物圖

圖6 六路搶答器整機電路實物圖

教學內(nèi)容要先進、新穎、實用 課題內(nèi)容應涉及理論課中學到的各種規(guī)模集成器件，這樣可以調(diào)動學生的學習熱情，提高學生的學習興趣，發(fā)揮學生的主觀能動性和積極性，而且可以促進教師不斷學習，更新知識結(jié)構(gòu)，真正做到教學相長。

設計過程的優(yōu)化 數(shù)字電子技術課程設計是一個循序漸進的過程。在這一過程中，每一個階段的成功與否，對下一階段乃至整個課程設計是否達到預期效果都起著非常重要的作用。在整個設計過程中，教師主要應側(cè)重于三個方面:方案設計、安裝調(diào)試、撰寫報告。這樣，可使整個設計過程起點高、要求嚴、效果好。同時，要遵循“教師主導，學生主體，訓練為主”的教學思路，以便在整體上形成最佳的教學組合。

自主學習能力的培養(yǎng) 數(shù)字電路課程設計從查閱資料、提出初步方案到完善方案，從原理圖的仿真、實施以及設計的完成到寫出設計報告，整個過程都要求學生自己動手。教師可定期組織學生進行討論，指導學生在自主學習過程中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，進一步培養(yǎng)學生分析、解決問題的能力，培養(yǎng)學生的團結(jié)協(xié)作精神，充分激發(fā)學生的學習主動性。

重視課程設計報告的撰寫 培養(yǎng)學生科技論文寫作能力，重視課程設計后期的總結(jié)工作，不僅可以培養(yǎng)學生良好的科學態(tài)度和素質(zhì)，同時，還能使學生在總結(jié)中獲得知識和經(jīng)驗，培養(yǎng)學生科技論文撰寫能力。課程設計報告的撰寫包括如下的內(nèi)容：設計任務、設計方案的論證與比較、具體電路的設計、元器件的選擇和調(diào)試、設計工作總結(jié)等，基本上是按畢業(yè)設計的要求完成的。設計報告總結(jié)的過程就是一個對知識深入理解和提高的過程，可以使學生對工程設計的方法更加明確、對知識的理解更加深刻。

讓答辯過程成為再學習、再提高的過程 答辯時，每個學生都要先概述自己的設計過程，重點講述設計過程中遇到的問題以及分析問題和解決問題的方法。然后教師提問，學生回答。最后教師結(jié)合各組的設計情況進行點評、講解，同時發(fā)起討論，引導學生對不同的設計方案進行比較，訓練學生的綜合分析問題的能力，每個學生都可以提問、參與討論，提出自己的看法。通過答辯、講評，學生可以體會別人的設計思路，開闊眼界，也能從別人的設計中吸取經(jīng)驗教訓。這樣，答辯過程就成了再學習、再提高的過程。

經(jīng)過這幾年的探索與實踐，筆者深刻體會到在課程設計中引入EDA技術，設置適合的教學內(nèi)容是十分必要的，對理論教學和傳統(tǒng)實驗教學都是有益的補充。有的學生在總結(jié)時寫道:“通過兩周的課程設計，不僅考查了我們對組合和時序邏輯電路的掌握情況，同時，也鍛煉了我們使用儀器和計算機輔助設計的技能，使學過的知識得到了復習與鞏固。更重要的是把原來所學的理論知識與實際生活聯(lián)系在了一起，使學習變成了一種樂趣，使知識形象具體地被掌握！”

通過課程設計的鍛煉，學生可以增強綜合分析問題和解決問題的能力，激發(fā)了學習興趣和潛在能力。所以，在教學中應當注意做到少講多練，使理論教學與實踐緊密結(jié)合，在實踐過程中，讓學生了解和體會EDA技術在電子技術設計領域的重要作用。

[1]徐麗香.數(shù)字電子技術[M].北京:電子工業(yè)出版社，2006.

[2]崔建明.電工電子EDA仿真技術[M].北京:高等教育出版社，2004.

[3]許利霞，等.電子技術課程設計教學探索與實踐 [J].中國現(xiàn)代教育裝備，2008，（9）.

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1672-5727（2010）06-0082-03

胡蓉（1974—)，女，江西樟樹人，碩士，江西工業(yè)職業(yè)技術學院電子教研室主任，副教授，研究方向為電子信息技術。