金艷梅

摘要：該文主要分析基于EDA仿真軟件，運(yùn)用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法講授《數(shù)字電子技術(shù)》課程的基本過程。實(shí)踐證明，在教學(xué)過程中通過multisim12軟件對(duì)電路進(jìn)行演示，學(xué)生就能隨即消化理論知識(shí)，掌握設(shè)計(jì)原理；實(shí)驗(yàn)運(yùn)用multisim12進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和仿真測(cè)試，方便學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)，從而客服實(shí)驗(yàn)恐懼心理，取得較好的實(shí)驗(yàn)效果。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電子技術(shù)；EDA；課程教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）20-0103-02

《數(shù)字電子技術(shù)》 是計(jì)算機(jī)及其相關(guān)專業(yè)以及機(jī)電類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，其特點(diǎn)是理論性、邏輯性、實(shí)踐性強(qiáng)，其課程周學(xué)時(shí)一般為4（3+1型）學(xué)時(shí)，課程開設(shè)目標(biāo)通過學(xué)習(xí)數(shù)字電路分析與設(shè)計(jì)的理論知識(shí)和設(shè)計(jì)原理，能夠自己設(shè)計(jì)實(shí)用的數(shù)字電路并進(jìn)行調(diào)試出來。在總學(xué)時(shí)64的教學(xué)過程中要達(dá)到既要讓學(xué)生理解理論知識(shí)和設(shè)計(jì)原理，也要讓學(xué)生自己能設(shè)計(jì)數(shù)字電路的教學(xué)目標(biāo)，這是一個(gè)教學(xué)有效性的挑戰(zhàn)。如何使學(xué)生對(duì)理論教學(xué)感興趣、如何使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目充滿好奇和自信并積極動(dòng)手參與實(shí)驗(yàn)是任課教師必須思考的問題。

借助EDA軟件進(jìn)行輔助教學(xué)是本門課程教學(xué)的最好選擇，在理論教學(xué)過程中，教師對(duì)電路的原理或工作過程進(jìn)行透徹的分析講解后，借助EDA仿真軟件進(jìn)行數(shù)字電路的模擬和演示，可以幫助學(xué)生深刻理解和掌握理論知識(shí)，或者在上課前對(duì)即將講解的知識(shí)進(jìn)行項(xiàng)目的演示，使學(xué)生充滿好奇和期望，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，采用EDA軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生提供靈活方便的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，免除學(xué)生的實(shí)驗(yàn)耗材損壞的恐懼心理，充分發(fā)揮想象力，按照自己的想法設(shè)計(jì)各種電路，擺脫實(shí)驗(yàn)箱的束縛。同時(shí)，學(xué)生也擺脫了實(shí)驗(yàn)時(shí)間和空間的束縛，方便學(xué)生學(xué)習(xí)，只要有電腦，學(xué)生就可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、電路連接和仿真測(cè)試。EDA軟件輔助教學(xué)使得《數(shù)字電子技術(shù)》理論課的教學(xué)更加直觀生動(dòng)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)操作更加靈活方便，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效率，同時(shí)也能夠更好地培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力。因此，學(xué)生在課程教學(xué)的前期，必須學(xué)習(xí)EDA仿真軟件的使用。

1 EDA仿真軟件介紹

EDA（Electronic Design Automation）是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化的縮寫，其起源于20世紀(jì)60年代中期的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試（CAT）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）和計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）的概念。EDA的技術(shù)是以計(jì)算機(jī)為工具，設(shè)計(jì)者基于EDA軟件平臺(tái)，用硬件描述語言（VHDL）描述設(shè)計(jì)文件，計(jì)算機(jī)自動(dòng)的完成邏輯編譯→化簡(jiǎn)→分割→綜合→優(yōu)化→布局→布線→仿真，直至到對(duì)特定芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等。

EDA工具很多，目前進(jìn)入我國(guó)并具有廣泛影響的EDA軟件有： Protel、Altium PSPICE、Designer、multisim12（原EWB的最新版本）、PCAD、OrCAD、LSIIogic、MicroSim、modelsim、ISE、Matlab等。

Multisim是Interactive Image Technologies Ltd在二十世紀(jì)末期推出的電路仿真軟件，multisim13是最新版本，但目前普遍使用的還是multisim2001，和其它軟件比較，EDA具有更加形象、直觀的人機(jī)交互的界面，尤其是其儀器儀表庫中各儀器儀表與操作真實(shí)實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)儀器儀表是完全一樣的，并且它對(duì)模擬電路、數(shù)字電路的混合仿真功能也毫不遜色，仿真真實(shí)電路的結(jié)果幾乎能夠100%準(zhǔn)確[1]。它提供了常用的各種精確建模的元器件：電阻、電感、電容、二極管、三極管、可控硅、繼電器、數(shù)碼管等等；模擬集成電路方面器件有各種運(yùn)算放大器和其他常用集成電路；數(shù)字電路方面有4000系列集成電路、74系列集成電路等；它的儀器儀表庫中有電流表電壓表、萬用表、網(wǎng)絡(luò)分析儀、頻譜分析儀、失真度分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換儀、邏輯分析儀、字信號(hào)發(fā)生器、波特儀（相當(dāng)實(shí)際中的掃頻儀）、信號(hào)發(fā)生器、瓦特表、雙蹤示波器等儀器儀表。同時(shí)它還能進(jìn)行VHDL仿真和Verilog HDL仿真。

2 任務(wù)驅(qū)動(dòng)法

“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”是建立在建構(gòu)主義教學(xué)理論基礎(chǔ)上的教學(xué)方法。所謂“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”就是在教學(xué)的過程中，學(xué)生在教師的幫助下，緊緊圍繞一個(gè)共同的任務(wù)活動(dòng)中心，在強(qiáng)烈的問題動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，通過對(duì)學(xué)習(xí)資源的積極主動(dòng)應(yīng)用，進(jìn)行自主探索和互動(dòng)協(xié)作的學(xué)習(xí)，并在完成既定任務(wù)的同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生一種學(xué)習(xí)實(shí)踐活動(dòng)[2]。它要求“任務(wù)”具有目標(biāo)性和教學(xué)情境具有創(chuàng)建性，讓學(xué)生帶上真實(shí)的任務(wù)進(jìn)行探索和學(xué)習(xí)。“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”教學(xué)法改變了以往“教師講，學(xué)生聽” 以教定學(xué)的被動(dòng)教學(xué)方式，其以“任務(wù)為主線、教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體”為根本的特點(diǎn)。創(chuàng)造了以學(xué)定教、學(xué)生積極參與、探索創(chuàng)新的新型教學(xué)模式。通過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)此“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”方法有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題的素質(zhì)和提高學(xué)生的協(xié)作能力。

3 基于EDA仿真軟件的任務(wù)驅(qū)動(dòng)法用于理論教學(xué)

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，新型教育理念認(rèn)為教育不再是以往“填鴨式”教學(xué)模式，教師與學(xué)生的關(guān)系不再是“桶”與“碗”的關(guān)系，教師在教學(xué)過程中應(yīng)該采用引導(dǎo)方式進(jìn)行教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，通過書籍，媒體、網(wǎng)絡(luò)等媒體進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能。

《數(shù)字電子技術(shù)》是一門邏輯性很強(qiáng)的課程，數(shù)字電路分析與設(shè)計(jì)原理的理論知識(shí)教學(xué)學(xué)生會(huì)覺得難以理解，在理論教學(xué)前或過程中借助EDA仿真軟件進(jìn)行元器件功能的測(cè)試及其在數(shù)字電路的應(yīng)用的模擬和演示，直觀地顯示電路的波形和功能，這樣把理論知識(shí)直觀、形象地展示給學(xué)生，使學(xué)生消化了理論知識(shí)的堆積，可以提高課堂教學(xué)效率。

例如，在講解計(jì)數(shù)器部分時(shí)，可以先講解一個(gè)低進(jìn)制數(shù)計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)方法和原理，并通過EDA的一種軟件multisim12進(jìn)行演示線路布局和結(jié)果仿真，這樣，學(xué)生通過對(duì)時(shí)鐘脈沖波形和數(shù)碼管所顯示數(shù)字的觀察和對(duì)比，就能更好地理解計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)原理是對(duì)時(shí)鐘脈沖的個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)量，為以后的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。在講解任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)時(shí)，可以選擇利用集成十進(jìn)制器構(gòu)建任意進(jìn)制數(shù)，集成十進(jìn)制器有同步清零計(jì)數(shù)器和異步清零計(jì)數(shù)器，如果我們只抽象的同步與異步的設(shè)置方式，那學(xué)生可能很難理解對(duì)于同一個(gè)進(jìn)制數(shù)的設(shè)計(jì)，異步清零計(jì)數(shù)器返回到清零端的信號(hào)為什么要比同步清零計(jì)數(shù)器返回到清零端的信號(hào)要晚一個(gè)時(shí)鐘脈沖。

4 基于EDA仿真軟件的任務(wù)驅(qū)動(dòng)法用于實(shí)驗(yàn)操作

實(shí)踐性強(qiáng)是《數(shù)字電子技術(shù)》課程的特點(diǎn)之一，實(shí)驗(yàn)是理論的驗(yàn)證，也是設(shè)計(jì)的測(cè)試。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目一般利用實(shí)驗(yàn)箱面包板及中小規(guī)模芯片完成電路設(shè)計(jì)， 這種模式只適合于一些中小規(guī)模電路得構(gòu)建和驗(yàn)證， 對(duì)于一些比較復(fù)雜的綜合性比較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)則比較費(fèi)時(shí)，如搶答器、交通燈控制器、數(shù)字鐘等。學(xué)生離開實(shí)驗(yàn)室就不能動(dòng)手進(jìn)行設(shè)計(jì)，而且在接線時(shí)會(huì)因一根導(dǎo)線連接錯(cuò)誤、 甚至一個(gè)連接點(diǎn)接觸不好， 致使實(shí)驗(yàn)受阻而無法完成， 影響學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣。 運(yùn)用Multisim12于課程實(shí)驗(yàn)，教師在實(shí)驗(yàn)課前布置實(shí)驗(yàn)任務(wù)，學(xué)生在課余時(shí)間可隨時(shí)在裝有該軟件的電腦上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和測(cè)試，解除了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)在時(shí)間和空間的限制，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的設(shè)計(jì)積極性和主動(dòng)性，為實(shí)驗(yàn)做好充分的準(zhǔn)備，客服實(shí)驗(yàn)損壞耗材的恐懼心理，在課堂實(shí)驗(yàn)中學(xué)生能及時(shí)發(fā)現(xiàn)自己存在的問題并和教師進(jìn)行有效交流，得到有效的解決，從而取得較好的實(shí)驗(yàn)效果，達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。

5 總結(jié)

《數(shù)字電子技術(shù)》一門理論邏輯性、實(shí)踐性強(qiáng)的課程，要想在有限的教學(xué)學(xué)時(shí)內(nèi)達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)，這就要求要有有效地課堂教學(xué)方法和學(xué)生的積極、主動(dòng)地學(xué)習(xí)態(tài)度。實(shí)踐證明，利用EDA仿真軟件，將任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法引入課堂教學(xué)，能更好地激發(fā)學(xué)生的好奇心和學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生帶著的分析設(shè)計(jì)思維聽課，從而進(jìn)行有效地師生交流，提高教學(xué)效果；利用EDA仿真軟件，將任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法引入實(shí)驗(yàn)課程，方便學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)，從而達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐瑫r(shí)也提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。

參考文獻(xiàn)：

[1] 黃智偉. 基于NI Multisim的電子電路計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)與分析[M]. 北京：電子工業(yè)出版社， 2011.

[2] 徐肇杰. 任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法與項(xiàng)目教學(xué)法之比較[J]. 教育與職業(yè)，2008（11）.