◆王 波

(重慶市機電工業(yè)學校)

談EDA仿真軟件在電子實驗教學中的應用

◆王 波

(重慶市機電工業(yè)學校)

EDA仿真技術在教育領域的應用，帶來一場深刻的教學改革，這一技術的產(chǎn)生必將沖擊著傳統(tǒng)的實驗教學模式。本文闡述了EDA技術、MultiSim軟件，及其在電子技術實驗教學的應用。

EDA 電子技術 MultiSim 實驗教學應用

一、概述

EDA(Electronic Design Automation)是指以計算機為工作平臺，融合應用電子技術、計算機技術、智能化技術最新成果而研制成功的電子CAD通用軟件包。主要能輔助進行三方面的設計工作，既IC設計、電子電路設計和PCB設計。EDA技術經(jīng)過了三個階段的發(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)設計自動化(EDA)階段。EDA技術代表了當今電子設計技術的最新發(fā)展方向。它不僅為電子技術設計人員提供了“自頂向下”的設計理念，同時也為教學提供了一個極為便捷的、科學的實驗教學平臺。電工電子類專業(yè)課程中的電工基礎、模擬電子技術、數(shù)字電子技術都可以通過EDA仿真軟件，進行電路圖的繪制、設計、仿真試驗和分析。應該說將EDA仿真軟件應用到電工、電子類專業(yè)的教學中是一種教學手段的創(chuàng)新，也是提高教學質(zhì)量的優(yōu)選方法。

隨著電子設計自動化(EDA)技術的發(fā)展，開創(chuàng)了利用“虛擬儀器”“虛擬器件”在計算機上進行電子電路設計和實驗的新方法。目前，在這類仿真軟件中，“虛擬電子實驗臺”——MultiSim較為優(yōu)秀，其應用逐步得到推廣。這種新型的虛擬電子實驗技術，在創(chuàng)建實驗電路時，元器件和測試儀器均可以直接從屏幕圖形中選取，而且軟件中的測試儀器的圖形與實物外形基本相似。利用MultiSim仿真軟件進行電工電子技術實驗教學，不僅可以彌補實驗儀器、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，幫助學生更快、更好地掌握教學內(nèi)容，加深對概念、原理的理解，并能熟悉常用的電工電子儀器的測量方法，進一步培養(yǎng)學生的綜合能力和創(chuàng)新能力。

二、EDA仿真軟件

電工、電子類專業(yè)的教學目的就是要求學生掌握各類電工、電子器件的類型、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、電子類專業(yè)的教學環(huán)節(jié)和目的。其功能如下:

1.EDA仿真軟件建立了各類元件設計數(shù)據(jù)庫模塊。它包括:電源庫、基本元器件庫、二極管庫、晶體管庫、模擬集成器件庫、TTL數(shù)字器件庫、CMOS器件庫、其它數(shù)字器件庫，混合器件庫、指示器件庫、混雜器件庫、射頻器件庫、機電類器件庫等。豐富的元器件庫為學生了解各類電工、電子元器件鋪墊了堅實的基礎，也可以通過元器件庫了解到各種器件的性能及參數(shù)，并能為創(chuàng)新設計提供了用之不盡且無任何經(jīng)濟負擔的試驗元件。

2.EDA仿真軟件能夠進行元器件創(chuàng)建和編輯?？梢詫ψ灾餮邪l(fā)的新器件編輯、修改和創(chuàng)建新的元器件。這一功能為學生的獨立創(chuàng)新提供了較好的技術平臺。因此充分利用EDA技術教學，是提高學生創(chuàng)新思維教學的好手段。

3.EDA仿真軟件具有電路原理圖的設計輸入子模塊。通過這一功能可以完成各類元器件構成的電路原理圖。通過原理圖的設計可以幫助學生理解原理圖的結構及各級電路之間的關系，對學生讀圖和識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用表、電流表、電壓表、函數(shù)信號發(fā)生器、示波器、功率表、掃頻儀、字信號發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉換儀、失真分析儀、頻譜分析儀等儀器儀表。它們?yōu)楦黝惸M電路提供仿真的動態(tài)電壓、電流參數(shù)及波形分析圖。對數(shù)字邏輯電路可以測試門電路的真值表及分析門電路的時間波形圖。

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資料，不僅有利于提高電子專業(yè)的教學效果，更有利于學生對電子專業(yè)技能的掌握。充分利用MultiSIM等軟件平臺豐富的現(xiàn)有資源，直接在計算機上構建電路，是進行仿真實驗最方便快捷和富有成效的路徑。大大提高了課堂教學的效率，使課堂教學內(nèi)容變得更加充實，把課堂教學以教師講授為主的模式，改為了師生互動，使學生從被動接受轉變成了主動學習。

Multisim可以進行直流工作點分析、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—零點分析等。分析結果以數(shù)值或波形直觀地顯示出來，為學生對電路的分析提供了豐富直觀的逼真數(shù)據(jù)，使其得出的結論更加滿足理論值論證和接近實踐性。

三、EDA仿真軟件在實驗教學中的應用舉例

1.RLC串聯(lián)電路的響應與狀態(tài)軌跡觀測(電工電路仿真實驗)

二階RLC串聯(lián)電路在電工電路中較為常見，但用傳統(tǒng)的方法講授、觀測該電路的響應過程是比較抽象、復雜的，而使用Multisim對其過渡過程進行仿真分析，就可以很方便地研究其過阻尼、臨界阻尼和欠阻尼三種狀態(tài)下的響應曲線和狀態(tài)軌跡。

2.晶體管輸出特性曲線測試(電子電路仿真實驗)

晶體管輸出特性曲線是描述晶體管各極電流與各極電壓關系的曲線，對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測試實驗，比較繁瑣，現(xiàn)利用MultiSim強大的仿真分析、數(shù)據(jù)后期處理功能，則可以方便、快捷地測繪出晶體管輸出特性曲線。

四、總結

EDA技術是將計算機技術應用于電子電路設計過程的一門嶄新技術，它在教學領域的應用必將給電子專業(yè)課程的教學帶來革命性的變化。無論從教學還是從實用的角度去考慮，它都是一個最體現(xiàn)以人為本、體現(xiàn)能力本位的新型的教學技術。無論從課堂教學還是從實驗教學去應用，它都將更好地激發(fā)學生的創(chuàng)新意識和探索精神。通過EDA仿真軟件的應用，可以幫助學生了解電子儀器的作用，深入理解電子測量的方法，掌握測量的技術要領。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置參數(shù)，軟件本身也不提供設置參數(shù)功能，屬于理想的模型。這樣的設計降低了作為一個高級仿真軟件的部分功能，同時帶來了使用方便，使得實驗教學更加形象和豐富。

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

［2］鄭步生，吳渭.Multisim2001電路設計及仿真入門與應用［M］.電子工業(yè)出版社.

［3］康光華.電子技術基礎(模擬部分).高等教育出版社.

［4］崔建明.電工電子EDA仿真技術.高等教育出版社.

［5］鄒其洪，黃智偉，高嵩.電工電子實驗與計算機仿真.電子工業(yè)出版社.