基于Tina Pro的地方高校電子設(shè)計教學(xué)研究

楊 莎，李良榮

（1.遵義師范學(xué)院物理系,貴州遵義563002；2.貴州大學(xué)電子科學(xué)系,貴州貴陽550025）

基于Tina Pro的地方高校電子設(shè)計教學(xué)研究

楊 莎1，2，李良榮2

（1.遵義師范學(xué)院物理系,貴州遵義563002；2.貴州大學(xué)電子科學(xué)系,貴州貴陽550025）

隨著電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，EDA技術(shù)在通信、國防、航天等領(lǐng)域發(fā)揮了巨大的作用。將EDA技術(shù)引入地方高校的電子設(shè)計教學(xué)中，可以緩解實(shí)驗(yàn)室建設(shè)壓力，提高教學(xué)效率，讓有限的教學(xué)資源發(fā)揮更好的作用。

EDA技術(shù)；地方高校；電子設(shè)計

1 引言

EDA（Electronic Design Automation，電子設(shè)計自動化）是指以計算機(jī)為工作平臺,融合應(yīng)用電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、智能化技術(shù)的最新成果研制而成的電子CAD通用軟件包。利用EDA工具,電子工程師可以從概念、算法、協(xié)議等開始,引導(dǎo)計算機(jī)進(jìn)行電路設(shè)計、性能分析等，最后完成IC版圖或PCB版圖的電子設(shè)計全過程[1]。EDA技術(shù)的應(yīng)用縮短了產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期，降低了成本，提高產(chǎn)品生產(chǎn)效益的同時增強(qiáng)了產(chǎn)品市場競爭力。EDA技術(shù)已成為21世紀(jì)進(jìn)行電路與系統(tǒng)設(shè)計的基本手段。將EDA技術(shù)引入地方高校電子設(shè)計教學(xué)中，可以有效減少實(shí)驗(yàn)投資，緩解地方高校因擴(kuò)招帶來的實(shí)驗(yàn)器材短缺等壓力。利用EDA仿真技術(shù)完成電路課程的演示實(shí)驗(yàn)及驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)論直觀、生動，在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情的同時提高了教學(xué)質(zhì)量。在電子設(shè)計教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生在計算機(jī)上利用EDA工具進(jìn)行設(shè)計、仿真后，再到實(shí)驗(yàn)室做硬件搭試，可以少走彎路，提高設(shè)計的成功率，還可以增強(qiáng)學(xué)生參與“電子設(shè)計競賽”的信心[2]。

2 EDA技術(shù)引入地方高校教學(xué)的必要性

《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》和《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》是電子類教學(xué)的基礎(chǔ)課程，在電路理論教學(xué)中，概念、原理、定理難于理解，電路復(fù)雜、抽象，讓學(xué)生學(xué)習(xí)吃力。例如電子電路中的電流大小、電壓高低、放大率、通頻帶等，通過推理、計算知道它們存在，可是學(xué)生難于理解。由于地方高校教學(xué)資源短缺，學(xué)校的實(shí)驗(yàn)設(shè)備不能完全滿足教學(xué)需求，以至于學(xué)生對此類課程的學(xué)習(xí)只能靠死記硬背，很難達(dá)到對理論概念理解、消化的目的，更不用提對電子技術(shù)的深入學(xué)習(xí)了。EDA工具的引入不僅提供了電路與系統(tǒng)理論學(xué)習(xí)的平臺，而且也給師生提供了便利、高效的工程實(shí)踐訓(xùn)練環(huán)境。

自1998年全國普通高校擴(kuò)招以來，大學(xué)新生已從擴(kuò)招前1998年的108.4萬人，激升至2007年的565.9萬人，平均年增長率為20%。然而，1998年以前,財政撥款占我國地方普通高校經(jīng)費(fèi)的比例在60%以上，2002年后則下降到40%，財政撥款增長速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于學(xué)生數(shù)的增長速度，2006年的實(shí)際生均財政撥款與1998年相比下降了25%以上，邊遠(yuǎn)地方院校經(jīng)費(fèi)情況就更加嚴(yán)峻了[3]。將EDA技術(shù)引入地方高校電子設(shè)計教學(xué)中，可以有效減少實(shí)驗(yàn)投資，緩解地方高校因擴(kuò)招帶來的實(shí)驗(yàn)器材短缺等壓力。

2.1 EDA技術(shù)引入教學(xué)有助于教學(xué)質(zhì)量的提高。

邊遠(yuǎn)地區(qū)高校的電子類課程教學(xué)模式，老師基本只能通過板書的形式將知識傳授給學(xué)生，學(xué)生總覺得抽象、虛無，在輔以演示實(shí)驗(yàn)后，情況就截然不同了。

用EDA工具的電子設(shè)計環(huán)境來仿真電學(xué)參數(shù)，仿真時以模型的方式反映真實(shí)系統(tǒng)的結(jié)論或效果，老師可以依照教學(xué)需求調(diào)用元器件、實(shí)驗(yàn)設(shè)備，方便、直觀地得出結(jié)論，通過仿真結(jié)果(數(shù)據(jù)、圖表、波形等)的分析、講解，讓學(xué)生深刻理解電路理論。EDA技術(shù)引入教學(xué)中使教學(xué)內(nèi)容更加生動，便于理解，增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)熱情，從而提高了教學(xué)質(zhì)量。

2.2 EDA技術(shù)引入教學(xué)有助于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

在地方高校教學(xué)中，EDA技術(shù)的引入使學(xué)生的創(chuàng)新能力得到培養(yǎng)。EDA技術(shù)仿真中的元器件是虛擬的，實(shí)驗(yàn)設(shè)備也是虛擬的，在實(shí)驗(yàn)過程中不怕邏輯混亂、電路連接錯誤、器件或設(shè)備損壞等，有些發(fā)明創(chuàng)造源于瞬間的想法，在這種奇想產(chǎn)生后如不及時實(shí)施驗(yàn)證，就有可能夭折[2]。利用EDA技術(shù)仿真平臺，學(xué)生對自己的奇思妙想進(jìn)行認(rèn)證，仿真通過后，再到實(shí)驗(yàn)室做硬件搭試，可以少走彎路，提高設(shè)計的成功率，這樣不僅讓學(xué)生深刻地理解理論概念，提高其學(xué)習(xí)效率，而且在滿足學(xué)生自身好奇心的同時盡情地發(fā)揮了他們的想象力，從而提高了學(xué)生的創(chuàng)作熱情，創(chuàng)新能力也得到很大提高，增強(qiáng)了學(xué)生參與電子設(shè)計競賽的信心。

3 關(guān)于Tina Pro

Tina Pro是重要的現(xiàn)代化EDA軟件之一，它用于模擬及數(shù)字電路的仿真分析。在模擬電路分析方面，它除了具有一般仿真軟件通常所具備的直流分析、瞬態(tài)分析、正弦穩(wěn)態(tài)分析、傅立葉分析、溫度掃描、參數(shù)掃描、最壞情況及蒙特卡羅統(tǒng)計等仿真分析功能外，還能先對輸出電量進(jìn)行指標(biāo)設(shè)計，然后對電路元件的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化計算。此外，它具有符號分析功能，即能給出時域過渡過程表達(dá)式或頻域傳遞函數(shù)表達(dá)式；具有RF仿真分析功能，繪制零、極點(diǎn)圖，相量圖，Nyquist圖等重要的仿真分析功能[4]。

在數(shù)字電路分析方面，Tina Pro支持VHDL語言，具有BUS總線及虛擬連線等功能。Tina Pro還具有八種虛擬測量儀器，各儀器與元件之間采用虛擬連線，其虛擬測試儀器(如多蹤示波器)的動態(tài)演示功能，是極好的電子類教學(xué)輔助工具。Tina Pro可以與實(shí)時信號發(fā)生器數(shù)據(jù)采集器相連接，故能將實(shí)時測量與虛擬仿真結(jié)果相比對，這是目前能實(shí)現(xiàn)該項(xiàng)功能的少數(shù)實(shí)用技術(shù)產(chǎn)品之一。[4]此外，Tina Pro還是目前為數(shù)不多的具有簡體中文界面的成熟軟件。它不僅在工程實(shí)踐中，對于電子產(chǎn)品的開發(fā)與研制能夠發(fā)揮高效率、高精度的作用，而且將其引入各類學(xué)校電子類課程的教學(xué)，也會帶來意想不到的教學(xué)效果。

4 仿真實(shí)例

Tina Pro是一個功能較為完善的虛擬工作平臺，大約含有兩萬多個分立或集成電路元器件。現(xiàn)借助Tina Pro工作平臺對教學(xué)仿真實(shí)例進(jìn)行分析，以拋磚引玉。

如圖1所示是一個組合邏輯電路，由兩個或非門和一個信號源組成，在教學(xué)中，用以講解時差會引起競爭而導(dǎo)致“毛刺”現(xiàn)象，但學(xué)生對此難于理解。如果在備課時將這一電路先做好，課堂上演示之不會超過1分鐘，仿真結(jié)果如圖2所示，學(xué)生就可以直接、清楚地觀察到產(chǎn)生“毛刺”的現(xiàn)象，這樣，老師可以用最簡單的言語、較短時間完成教學(xué)內(nèi)容，且學(xué)生記憶深刻。同時，學(xué)生也可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)情況和想象在Tina Pro虛擬平臺上做實(shí)驗(yàn)，這個環(huán)境有豐富的元器件和實(shí)驗(yàn)設(shè)備，實(shí)驗(yàn)過程中沒有元器件和設(shè)備損壞的現(xiàn)象，無論原理正確與否總有分析結(jié)果提示，能夠最大限度滿足學(xué)生的好奇心和求知欲。

經(jīng)過仿真驗(yàn)證后再做硬件電路搭試，可以少走彎路，提高電路設(shè)計的成功率，從而提高他們的動手能力和創(chuàng)新能力，讓有限的資源發(fā)揮更好的作用。

圖1 實(shí)驗(yàn)電路

圖2 電路波形分析

5 結(jié)束語

EDA技術(shù)是電子設(shè)計領(lǐng)域的一場革命，正處于高速發(fā)展階段，它資源豐富，將其應(yīng)用于地方高校的教學(xué)中，解決了很多實(shí)際問題，在彌補(bǔ)教學(xué)資源短缺的不足，提高學(xué)生學(xué)習(xí)電子設(shè)計的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力等方面意義重大。

[1]顧平，李良榮.EDA之價值[J].貴州大學(xué)學(xué)報；自然科學(xué)版，2004，21（1）：86-89.

[2]李良榮.EDA技術(shù)教學(xué)與實(shí)踐探討[J].中國教育導(dǎo)刊，2008,（8）：72-73.

[3]孫志軍.擴(kuò)招十年來中國普通高校經(jīng)費(fèi)收入的變化及解釋[J].清華大學(xué)教育研究，2009，30（4）：72-80.

[4]谷良.電路仿真軟件 Tina Pro導(dǎo)讀[M].北京：中央廣播電視大學(xué)出版社，2003.2.

（責(zé)任編輯：徐國紅）

The Teaching Research of Electronic Design in Local College Based on Tina Pro

YANG Sha1,LI Liang-rong2
(1. Department of Physics,Zunyi Normal College,Zunyi 563002；2.Department of Electronic Science,Guizhou University,Guiyang 550025,China)

With the development of the electronic technology and computer technology,EDA plays an important role in communication,national defense,and space flight.To relieve the pressure of laboratory construction and to improve teaching efficiency，EDA is introduced to electronic design education in local college.This technology has a better effect on limited teaching resources.

EDA(Electronic Design Automation),local college,electronic design

TW99，TP319

A

1009-3583（2010）-04－0106-03

2009-12-11

貴州省2008年教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程項(xiàng)目“EDA教學(xué)電子資源的建設(shè)”。

楊莎，女（土家族），貴州江口人，貴州大學(xué)微電子學(xué)與固體電子學(xué)2009級高師碩士，遵義師范學(xué)院物理系助教。研究方向：EDA技術(shù)

李良榮，男，貴州遵義人，貴州大學(xué)理學(xué)院電子科學(xué)系副教授。研究方向：電路與系統(tǒng)、EDA技術(shù)。