浅析EDA技术应用于电子设计竞赛的可行性

1 EDA在电子课程中的意义

通过实践的研究，在竞赛培训教学中引入EDA软件（包含EWB虚拟电子工作台——Electronics Workbench和PROTEL 99se等），能够充分利用各学校的计算机资源，有效解决学校在竞赛中经费紧张和实验实习仪器、设备不足的问题；能够使教师教学变得更加直观，学生学习变得更加容易；能够使学生更系统地学习电子技术，学生由被动学习变为主动学习。

2 EDA应用于电子设计竞赛的可行性

2.1 学生具备了一定的计算机操作基础。

现在的学生从小学、初中开始就学习电脑知识，他们拥有一定的计算机操作能力。在进入高校后还要再进一步学习计算机相应操作类知识，这些都为开设EWB和PROTEL软件学习提供了条件。

2.2 三种EDA软件直观易学，使用方便。

EDA软件很多，但考虑到电子设计竞赛的理论性和实用性很强，主要选取了EWB、PROTEL 99se和KEIL三种软件。EWB具有功能强大、界面直观、学习容易和使用方便等优点，因此选择EWB可以验证模拟电路和数字电路。PROTEL 99se操作方便，用于设计电路板性能完善，速度快，质量高，能与EWB配合，将EWB设计的电路导入到PROTEL 99se中，进而设计出相应的印刷电路板，便于将理论转化成实践。KEIL提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等，能方便调试C语言或者汇编语言程序。

3 EDA应用于电子设计竞赛的教学思路

电子设计竞赛主要培养学生实践素质，提高学生针对实际问题进行电子设计制作的能力。电子协会是学校主要电子竞赛的主力军，而电子协会的学生是由大一到大三的学生组成，个人的理论知识进度不同，使得培训电子协会的学生有一定困难性。经过一定实践积累和不断调整制定了培训计划，制定计划遵循理沦与实践相结合的原则，遵循传统实验、EDA模拟仿真实验相结合的原则。培训计划分成四部分：

3.1 将EWB引入电路教学

培训主要是实践为主，在引入EWB软件之前学生应该具有基本的电路知识，这样在将EWB引入到电路实验培训之后，有利于学生将实验与EWB设计相结合，用EWB设计、演示、仿真去探索规律，然后再用实际电路去验证。这样就摆脱了很多学校因为资金、设备等方面缺乏原因造成的实验实习无法开设，确保培训中应该学习的相关知识。

例如：已知电阻R1、R2、R3与恒定电压源V1串联，其中R1=3K，R2=5K，R3=2K，VI=10V；请利用EWB验证基尔霍夫电压定律。

解：设R1、R2、R3两端电压分别为U1、U2、U3，回路电流为I；根据题目可知R1，R2，R3是串联关系，I=l0V/（3K+5K+2k）=1mA；根据欧姆定理U1=lmA*3K=3V，U2=1mA*5K=5V，U3=lmA*2K=2V；根据KVL定律UI+U2+U3-V1=0；从上面理论值可知：3V+5V+2V-10V=0。

再通过EWB软件仿真，根据EWB仿真出来的电压可知同样满足KVL定律，而且Ul、U2、U3的值与理论计算出来的值是相等的。在理论计算和EWB仿真之后，再将学生安排到实验室，自己焊接一个相同电路，然后用实际的万用表的测量各电阻的电压和电阻，记下实际测量得到的结果。将理论值、EWB中的虚拟仪表测量值进行比较，可发现结果非常相似，特别是EWB中的虚拟仪表测量的值更接近准确值。这样不仅可以帮助学生将理论知识、EWB软件虚拟测量、具体实验测量结合起来，而且培养学生实际实验操作能力，便于学生将实验室的实际仪器仪表和EWB虚拟仪器仪表对应，有利于培养学生在使用EWB信心。

3.2 将EWB和PROTEL 99se引入电子技术教学

以电子技术验证性和训练性实验为主、以综合性实验和设计性实验为辅，着重奠定基础，电路设计、仿真、调整和加工成作品贯穿始终，在老师指导下由学生分组协作完成，增强学生协作意识与应用所学知识的能力。

在这一阶段开始引入PRORTEL教学，以便将经过EWB仿真后的电路，加工成PCB板，做成实际电路，让学生学以致用，制造出由自己加工完成的电路。增加学生的自信心和自豪感，促进学生更好的探索电路的规律，牢固地掌握电路知识，并主动探索小制作。

在EWB仿真、设计无误之后，再利用PROTEL把电路的PCB板设计图画出，然后安排学生自己焊接这个电路，用实际的仪器仪表测量数据，通过这个过程学生掌握了理论到仿真到实际的总过程。

3.3 将KEIL引入单片机原理和接口技术教学

这一阶段以单片机训练性实验为主，单片机技术课程是一门实践性很强的课程，由于课堂教学的局限性，都是以硬件原理和汇编编程为主。为弥补这方面的缺陷，在教学中以通用性更好的C语言为主，加以大量的实例为辅，使知识更容易理解和接受。

例如设计一个流水灯，效果为8个发光管间隔200ms由上至下，再由下至上，再重复一次，然后全部熄灭。再以300ms间隔全部闪烁5次，重复此过程。

在KEIL中我们可以看到C语言编程移植性非常好，在KEIL的仿真界面下，我们能看到变量、寄存器、I/O口等状态，方便我们调试。在KEIL的仿真之后过程没错误，那么可以让学生自己焊接硬件图，然后下载看流水灯效果。

3.4 将EDA软件引入综合性实践教学

这一阶段以综合性实验为主，以设计性实验为辅，侧重于理论知识的综合应用。将所学知识应用到电子设计竞赛课题中去，不断将学过的知识应用到具体的课程实践中去，增强分析问题、 解决问题的能力，用理论指导实践，再用实践帮助强化理论，提高全面素质，强化职业意识，提高职业能力。

4 结束语

通过几年来的教学实验，基于EDA软件的电子竞赛培训取得了满意的效果，学生无论是在理论还是实际操作都有很大的提高，学生的自主学习能力也提高了，从中也可以看出EDA软件在电子实践课程中的应用效果非常好。
       责任编辑：tzh

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