◆王 波

(重慶市機(jī)電工業(yè)學(xué)校)

談EDA仿真軟件在電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

◆王 波

(重慶市機(jī)電工業(yè)學(xué)校)

EDA仿真技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用，帶來(lái)一場(chǎng)深刻的教學(xué)改革，這一技術(shù)的產(chǎn)生必將沖擊著傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。本文闡述了EDA技術(shù)、MultiSim軟件，及其在電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)用。

EDA 電子技術(shù) MultiSim 實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)用

一、概述

EDA(Electronic Design Automation)是指以計(jì)算機(jī)為工作平臺(tái)，融合應(yīng)用電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、智能化技術(shù)最新成果而研制成功的電子CAD通用軟件包。主要能輔助進(jìn)行三方面的設(shè)計(jì)工作，既IC設(shè)計(jì)、電子電路設(shè)計(jì)和PCB設(shè)計(jì)。EDA技術(shù)經(jīng)過(guò)了三個(gè)階段的發(fā)展。從70年代的(CAD)階段和80年代的(CAE)階段，到90年代的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)階段。EDA技術(shù)代表了當(dāng)今電子設(shè)計(jì)技術(shù)的最新發(fā)展方向。它不僅為電子技術(shù)設(shè)計(jì)人員提供了“自頂向下”的設(shè)計(jì)理念，同時(shí)也為教學(xué)提供了一個(gè)極為便捷的、科學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。電工電子類(lèi)專(zhuān)業(yè)課程中的電工基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)都可以通過(guò)EDA仿真軟件，進(jìn)行電路圖的繪制、設(shè)計(jì)、仿真試驗(yàn)和分析。應(yīng)該說(shuō)將EDA仿真軟件應(yīng)用到電工、電子類(lèi)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)中是一種教學(xué)手段的創(chuàng)新，也是提高教學(xué)質(zhì)量的優(yōu)選方法。

隨著電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)創(chuàng)了利用“虛擬儀器”“虛擬器件”在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行電子電路設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)的新方法。目前，在這類(lèi)仿真軟件中，“虛擬電子實(shí)驗(yàn)臺(tái)”——MultiSim較為優(yōu)秀，其應(yīng)用逐步得到推廣。這種新型的虛擬電子實(shí)驗(yàn)技術(shù)，在創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)電路時(shí)，元器件和測(cè)試儀器均可以直接從屏幕圖形中選取，而且軟件中的測(cè)試儀器的圖形與實(shí)物外形基本相似。利用MultiSim仿真軟件進(jìn)行電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不僅可以彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)儀器、元器件短缺以及規(guī)格不符合要求等因素，還能利用軟件中提供的各種分析方法，幫助學(xué)生更快、更好地掌握教學(xué)內(nèi)容，加深對(duì)概念、原理的理解，并能熟悉常用的電工電子儀器的測(cè)量方法，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力和創(chuàng)新能力。

二、EDA仿真軟件

電工、電子類(lèi)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)目的就是要求學(xué)生掌握各類(lèi)電工、電子器件的類(lèi)型、電路圖的讀圖和繪制以及電路的工作原理，并能掌握分析電路的方法。EDA仿真軟件恰到好處的適合電工、電子類(lèi)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)環(huán)節(jié)和目的。其功能如下:

1.EDA仿真軟件建立了各類(lèi)元件設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)模塊。它包括:電源庫(kù)、基本元器件庫(kù)、二極管庫(kù)、晶體管庫(kù)、模擬集成器件庫(kù)、TTL數(shù)字器件庫(kù)、CMOS器件庫(kù)、其它數(shù)字器件庫(kù)，混合器件庫(kù)、指示器件庫(kù)、混雜器件庫(kù)、射頻器件庫(kù)、機(jī)電類(lèi)器件庫(kù)等。豐富的元器件庫(kù)為學(xué)生了解各類(lèi)電工、電子元器件鋪墊了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也可以通過(guò)元器件庫(kù)了解到各種器件的性能及參數(shù)，并能為創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供了用之不盡且無(wú)任何經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)的試驗(yàn)元件。

2.EDA仿真軟件能夠進(jìn)行元器件創(chuàng)建和編輯?？梢詫?duì)自主研發(fā)的新器件編輯、修改和創(chuàng)建新的元器件。這一功能為學(xué)生的獨(dú)立創(chuàng)新提供了較好的技術(shù)平臺(tái)。因此充分利用EDA技術(shù)教學(xué)，是提高學(xué)生創(chuàng)新思維教學(xué)的好手段。

3.EDA仿真軟件具有電路原理圖的設(shè)計(jì)輸入子模塊。通過(guò)這一功能可以完成各類(lèi)元器件構(gòu)成的電路原理圖。通過(guò)原理圖的設(shè)計(jì)可以幫助學(xué)生理解原理圖的結(jié)構(gòu)及各級(jí)電路之間的關(guān)系，對(duì)學(xué)生讀圖和識(shí)圖起到事半功倍的作用。

4.EDA仿真軟件的綜合仿真模塊配置了如萬(wàn)用表、電流表、電壓表、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、示波器、功率表、掃頻儀、字信號(hào)發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換儀、失真分析儀、頻譜分析儀等儀器儀表。它們?yōu)楦黝?lèi)模擬電路提供仿真的動(dòng)態(tài)電壓、電流參數(shù)及波形分析圖。對(duì)數(shù)字邏輯電路可以測(cè)試門(mén)電路的真值表及分析門(mén)電路的時(shí)間波形圖。

MultiSIM是一種形象化的EDA仿真軟件。利用MultiSIM仿真軟件制作的多媒體教學(xué)資料，不僅有利于提高電子專(zhuān)業(yè)的教學(xué)效果，更有利于學(xué)生對(duì)電子專(zhuān)業(yè)技能的掌握。充分利用MultiSIM等軟件平臺(tái)豐富的現(xiàn)有資源，直接在計(jì)算機(jī)上構(gòu)建電路，是進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)最方便快捷和富有成效的路徑。大大提高了課堂教學(xué)的效率，使課堂教學(xué)內(nèi)容變得更加充實(shí)，把課堂教學(xué)以教師講授為主的模式，改為了師生互動(dòng)，使學(xué)生從被動(dòng)接受轉(zhuǎn)變成了主動(dòng)學(xué)習(xí)。

Multisim可以進(jìn)行直流工作點(diǎn)分析、交流分析、瞬態(tài)分析、傅里葉分析、噪聲分析、失真分析、直流掃描分析、溫度掃描分析、參數(shù)掃描分析、靈敏度分析、傳輸函數(shù)分析、極點(diǎn)—零點(diǎn)分析等。分析結(jié)果以數(shù)值或波形直觀(guān)地顯示出來(lái)，為學(xué)生對(duì)電路的分析提供了豐富直觀(guān)的逼真數(shù)據(jù)，使其得出的結(jié)論更加滿(mǎn)足理論值論證和接近實(shí)踐性。

三、EDA仿真軟件在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用舉例

1.RLC串聯(lián)電路的響應(yīng)與狀態(tài)軌跡觀(guān)測(cè)(電工電路仿真實(shí)驗(yàn))

二階RLC串聯(lián)電路在電工電路中較為常見(jiàn)，但用傳統(tǒng)的方法講授、觀(guān)測(cè)該電路的響應(yīng)過(guò)程是比較抽象、復(fù)雜的，而使用Multisim對(duì)其過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行仿真分析，就可以很方便地研究其過(guò)阻尼、臨界阻尼和欠阻尼三種狀態(tài)下的響應(yīng)曲線(xiàn)和狀態(tài)軌跡。

2.晶體管輸出特性曲線(xiàn)測(cè)試(電子電路仿真實(shí)驗(yàn))

晶體管輸出特性曲線(xiàn)是描述晶體管各極電流與各極電壓關(guān)系的曲線(xiàn)，對(duì)于了解晶體管性能和晶體管電路分析是非常有用的。傳統(tǒng)的晶體管輸出特性曲線(xiàn)測(cè)試實(shí)驗(yàn)，比較繁瑣，現(xiàn)利用MultiSim強(qiáng)大的仿真分析、數(shù)據(jù)后期處理功能，則可以方便、快捷地測(cè)繪出晶體管輸出特性曲線(xiàn)。

四、總結(jié)

EDA技術(shù)是將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于電子電路設(shè)計(jì)過(guò)程的一門(mén)嶄新技術(shù)，它在教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用必將給電子專(zhuān)業(yè)課程的教學(xué)帶來(lái)革命性的變化。無(wú)論從教學(xué)還是從實(shí)用的角度去考慮，它都是一個(gè)最體現(xiàn)以人為本、體現(xiàn)能力本位的新型的教學(xué)技術(shù)。無(wú)論從課堂教學(xué)還是從實(shí)驗(yàn)教學(xué)去應(yīng)用，它都將更好地激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和探索精神。通過(guò)EDA仿真軟件的應(yīng)用，可以幫助學(xué)生了解電子儀器的作用，深入理解電子測(cè)量的方法，掌握測(cè)量的技術(shù)要領(lǐng)。MultiSIM仿真軟件不同于其他仿真軟件，儀器和元件基本上不需要設(shè)置參數(shù)，軟件本身也不提供設(shè)置參數(shù)功能，屬于理想的模型。這樣的設(shè)計(jì)降低了作為一個(gè)高級(jí)仿真軟件的部分功能，同時(shí)帶來(lái)了使用方便，使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)更加形象和豐富。

［1］Interactive Image Technology Ltd，Multisim V7 User Guide［M］.Canada.

［2］鄭步生，吳渭.Multisim2001電路設(shè)計(jì)及仿真入門(mén)與應(yīng)用［M］.電子工業(yè)出版社.

［3］康光華.電子技術(shù)基礎(chǔ)(模擬部分).高等教育出版社.

［4］崔建明.電工電子EDA仿真技術(shù).高等教育出版社.

［5］鄒其洪，黃智偉，高嵩.電工電子實(shí)驗(yàn)與計(jì)算機(jī)仿真.電子工業(yè)出版社.