淺析EDA技術(shù)在中職電子電路課程的實(shí)訓(xùn)

姜碩

（吉林財(cái)經(jīng)學(xué)校，吉林 吉林 132013）

0 引言

電子電路課程的學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生學(xué)好基礎(chǔ)知識(shí)只是課程的入門(mén)和基礎(chǔ)，課程重點(diǎn)在于理論知識(shí)在實(shí)際生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，也是電類專業(yè)對(duì)口行業(yè)對(duì)畢業(yè)生最基礎(chǔ)的要求，因此學(xué)好電子電路課程實(shí)際操作必不可少，EDA技術(shù)就是一門(mén)能夠幫助學(xué)生學(xué)好電子電路課程的重要技術(shù)和輔助工具。在傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程中，教師只能帶領(lǐng)學(xué)生通過(guò)導(dǎo)線連接電子電路實(shí)驗(yàn)器材，并在實(shí)際動(dòng)手操作過(guò)程中得到實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，完成課程教學(xué)的目的，傳統(tǒng)教學(xué)方式教學(xué)效率低、教學(xué)實(shí)訓(xùn)效果較差，且電類實(shí)驗(yàn)容易出現(xiàn)學(xué)生觸電事故；多媒體教學(xué)和信息教學(xué)改變了當(dāng)代教學(xué)的方式，通過(guò)EDA技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合，電類專業(yè)教學(xué)實(shí)訓(xùn)可以通過(guò)虛擬操作來(lái)進(jìn)行，極大提高教學(xué)效率和實(shí)訓(xùn)效果，還為學(xué)校省卻大筆實(shí)驗(yàn)器材和材料的投入成本，是當(dāng)代中職教育電類專業(yè)必備的教學(xué)技術(shù)。

1 EDA技術(shù)

EDA是Electronic Design Automation的縮寫(xiě)，中文名稱為電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化[1]，從CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）、CAM（計(jì)算機(jī)輔助制造）、CAT（計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試）、CAE（計(jì)算機(jī)輔助工程）的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)。EDA軟件平臺(tái)可以輔助使用者用硬件計(jì)算機(jī)語(yǔ)言完成對(duì)文件的設(shè)計(jì)，由計(jì)算機(jī)軟件完成對(duì)設(shè)計(jì)語(yǔ)言的翻譯、分析、處理、優(yōu)化、布局及布線、仿真映射[2]，是軟件與硬件之間的突破技術(shù)，是當(dāng)代電子設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用的最新方向，有效提高了電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率，縮短設(shè)計(jì)完成的周期，是適應(yīng)當(dāng)前電子領(lǐng)域發(fā)展的設(shè)計(jì)技術(shù)。

EDA技術(shù)具有高集成度和低功耗的特點(diǎn)，可以幫助使用者通過(guò)仿真調(diào)試在設(shè)計(jì)初期發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤和問(wèn)題，有效降低電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)對(duì)資源的浪費(fèi)，提高電子設(shè)計(jì)作業(yè)的工作效率；EDA技術(shù)避免了設(shè)計(jì)完成后期所需的大量邏輯仿真工作，不僅可以使電子產(chǎn)品一次成型[3]，還可以支持大規(guī)模和超大規(guī)模的電子芯片設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，對(duì)當(dāng)代我國(guó)電子電路領(lǐng)域發(fā)展具有重要意義。

2 電子電路

電子電路是一種由電子元件和無(wú)線電元件組成的電路，與常規(guī)電路區(qū)別較大，電子電路能夠?qū)﹄娮赢a(chǎn)品內(nèi)部的連接關(guān)系、控制關(guān)系、從屬關(guān)系以最直觀的方式展現(xiàn)，是電路設(shè)計(jì)師思路的最集中體現(xiàn)，能夠?yàn)殡娮赢a(chǎn)品安裝、調(diào)試、運(yùn)維、檢修人員提供充分的電子產(chǎn)品原理和結(jié)構(gòu)說(shuō)明，是電子技術(shù)人員隔空對(duì)話的載體。電子電路根據(jù)接收和處理信號(hào)的形式可以分為模擬信號(hào)電子電路與數(shù)字信號(hào)電子電路，生活中常見(jiàn)的模擬信號(hào)電子電路主要集中在電視機(jī)、電話機(jī)、變壓器、收音機(jī)等方向，通過(guò)對(duì)模擬信號(hào)的放大、調(diào)頻、降噪實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目的；數(shù)字信號(hào)電子電路主要集中在計(jì)算機(jī)、儀表、控制器、通信器方向，通過(guò)對(duì)數(shù)字信號(hào)的傳輸、轉(zhuǎn)換、邏輯運(yùn)算、顯示來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目的。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，交叉融合成為科學(xué)發(fā)展的主流趨勢(shì)，模擬信號(hào)電子電路與數(shù)字信號(hào)電子電路融合的趨勢(shì)逐漸明顯，市場(chǎng)上數(shù)碼相機(jī)等電子產(chǎn)物數(shù)量越來(lái)越多，從趨勢(shì)上看模擬信號(hào)在不斷數(shù)字化，數(shù)字信號(hào)電子電路逐漸成為主流。

中職教育過(guò)程中，學(xué)生學(xué)習(xí)電子電路課程后需要經(jīng)過(guò)實(shí)訓(xùn)將理論與實(shí)際進(jìn)行結(jié)合，其中根據(jù)需求設(shè)計(jì)電子電路屬于綜合性、復(fù)雜性較高的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，一般適用于年級(jí)較高、學(xué)習(xí)深度適宜的學(xué)生進(jìn)行實(shí)訓(xùn)。電子電路設(shè)計(jì)第一步要充分理解設(shè)計(jì)需求，根據(jù)需求對(duì)電子電路需要呈現(xiàn)的功能進(jìn)行整合分類，明確其中的輸入、中間、輸出變量；第二步要根據(jù)設(shè)計(jì)需求將功能間的連接關(guān)系、控制關(guān)系、從屬關(guān)系明確，進(jìn)行初步設(shè)計(jì)；第三步要確定電子電路中的電子元件和無(wú)線電元件，設(shè)計(jì)出功能單元基本電路圖；第四步要設(shè)計(jì)詳盡的電子電路全圖，將電源、電子元件、無(wú)線電元件進(jìn)行歸位；第五步對(duì)于較為復(fù)雜的部分、工藝要求較為特殊的電子電路部分，需要出具工藝設(shè)計(jì)詳細(xì)報(bào)告和工藝要求詳細(xì)說(shuō)明；第六步對(duì)電子電路間調(diào)試，確定設(shè)計(jì)出的電子電路能夠滿足設(shè)計(jì)需求。

3 EDA技術(shù)在中職電子電路課程的實(shí)訓(xùn)

3.1 中職教育電子電路課程實(shí)訓(xùn)現(xiàn)狀

3.1.1 理論知識(shí)與實(shí)際操作脫節(jié)

學(xué)生在課堂教學(xué)中學(xué)到的理論知識(shí)并不能完全轉(zhuǎn)化為實(shí)際操作，理論知識(shí)中大部分是抽象性的知識(shí)，而實(shí)際操作是直觀的、具體的，這中間需要學(xué)生進(jìn)行抽象到具體的轉(zhuǎn)化，甚至需要舉一反三的能力，教師只能為學(xué)生提供引導(dǎo)和指導(dǎo)，卻無(wú)法將自己的經(jīng)驗(yàn)和思想完全灌輸給學(xué)生，否則不僅會(huì)影響學(xué)生在電子電路課程實(shí)訓(xùn)上的效果降低，還有可能影響學(xué)生獨(dú)立思考的能力。

3.1.2 實(shí)驗(yàn)室設(shè)備簡(jiǎn)陋

中職院校因?qū)儆诼殬I(yè)培養(yǎng)領(lǐng)域，而非地方政府大力支持的重點(diǎn)高中，甚至教學(xué)條件較普通高中還要簡(jiǎn)陋，中職院校教學(xué)環(huán)境通常直接反映在教學(xué)設(shè)備上，一方面是教學(xué)設(shè)備數(shù)量上的缺少，無(wú)法支持學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行一對(duì)一實(shí)踐，另一方面是對(duì)教學(xué)設(shè)備的吝嗇，害怕學(xué)生在理論知識(shí)和動(dòng)手能力較弱的階段損壞設(shè)備，這種思想是中職教育實(shí)訓(xùn)發(fā)展困難的主要原因之一，也是限制中職院校長(zhǎng)期發(fā)展的重要因素。

3.1.3 學(xué)生主動(dòng)性差

中職院校實(shí)訓(xùn)條件較差，教師在課堂進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)，學(xué)生只能看到結(jié)果而非實(shí)驗(yàn)的具體操作過(guò)程，即使是靠近教師的學(xué)生看懂了全程也未必能夠完全轉(zhuǎn)化為自身理解，更難以支持其獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)。課堂學(xué)習(xí)的似懂非懂直接影響到學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，且通常會(huì)造成學(xué)生在獨(dú)自面對(duì)實(shí)訓(xùn)時(shí)手足無(wú)措，遇到突發(fā)情況不知如何解決，這種情況嚴(yán)重打擊了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性[4]。教學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，即使教師的經(jīng)驗(yàn)豐富也無(wú)法阻止實(shí)驗(yàn)失敗的情況，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)本身具有一定的探索性和偶然性，一個(gè)參數(shù)控制不到位都有可能導(dǎo)致整個(gè)實(shí)驗(yàn)演示失敗，若學(xué)生不能參與進(jìn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，在遇到實(shí)驗(yàn)演示失敗的情況就會(huì)對(duì)教師產(chǎn)生不信任、對(duì)理論知識(shí)出現(xiàn)質(zhì)疑。

3.2 EDA技術(shù)在中職電子電路課程中參與實(shí)訓(xùn)的可行性

筆者前文提到傳統(tǒng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)的不易之處和教學(xué)現(xiàn)實(shí)存在的問(wèn)題，這說(shuō)明傳統(tǒng)教學(xué)方式并不適合電子電路課程的教學(xué)需求，而EDA技術(shù)中儲(chǔ)存大量的虛擬電子元件和無(wú)線電元件，保存大量的電子電路設(shè)計(jì)原理和知識(shí)，對(duì)電量、電壓、信號(hào)等電子電路問(wèn)題具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和展示性，EDA軟件中強(qiáng)大的虛擬功能能夠有效輔助教師對(duì)電子元件、無(wú)線電元件、電子電路設(shè)計(jì)原理進(jìn)行講解，分析和顯示功能有助于教師通過(guò)EDA軟件平臺(tái)完成實(shí)驗(yàn)演示，有助于學(xué)生通過(guò)實(shí)際操作和現(xiàn)象反應(yīng)驗(yàn)證理論知識(shí)，有助于從側(cè)面增加學(xué)生對(duì)電子電路課程的學(xué)習(xí)熱情，因此EDA技術(shù)及其軟件平臺(tái)在中職電子電路課程中參與實(shí)訓(xùn)具有相當(dāng)?shù)目尚行浴?/p>

3.3 EDA技術(shù)在中職電子電路課程中的實(shí)訓(xùn)應(yīng)用

傳統(tǒng)電子電路教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生在有限課堂時(shí)間內(nèi)需要完成對(duì)設(shè)計(jì)需求的分析和明確、對(duì)電路圖的設(shè)計(jì)、對(duì)實(shí)驗(yàn)器材的操作、對(duì)電子電路設(shè)計(jì)成品的連接、最終檢測(cè)，通常情況下學(xué)生們需要在電子元件的搭建、連接中消耗較多時(shí)間，這使得學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)需求的分析、對(duì)電路圖的設(shè)計(jì)時(shí)間相對(duì)減少，不僅實(shí)驗(yàn)效果不盡如人意，學(xué)生通過(guò)實(shí)訓(xùn)獲取的實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)也少得可憐，實(shí)訓(xùn)課程對(duì)學(xué)生獨(dú)立思考、動(dòng)手能力的培養(yǎng)無(wú)法發(fā)揮充分的作用。中職院校在電子電路課程中添加入EDA技術(shù)后，可以有效降低學(xué)生實(shí)訓(xùn)過(guò)程中消耗在電路連接階段的時(shí)間，將節(jié)省的時(shí)間更多分配在對(duì)設(shè)計(jì)需求的分析理解和對(duì)電路圖的設(shè)計(jì)上，可以有效提高實(shí)訓(xùn)教學(xué)效果，對(duì)學(xué)生獨(dú)立思考和動(dòng)手能力的培養(yǎng)也可得到有效提高。

3.3.1 EDA軟件選擇

EDA技術(shù)領(lǐng)域中可選擇的軟件有很多，大致可以區(qū)分為PCB、IC、電路設(shè)計(jì)及仿真數(shù)個(gè)方向。在PCB方向上，我國(guó)最常見(jiàn)的軟件是Protel，Protel出自澳大利亞一家研發(fā)公司，是一款電路板設(shè)計(jì)軟件，我國(guó)設(shè)置電子電路課程的職業(yè)學(xué)院、高校都在使用這款軟件，市場(chǎng)上從事電子電路研發(fā)、生產(chǎn)、制造的企業(yè)也大多使用這款軟件，是一款在電路板設(shè)計(jì)方面標(biāo)準(zhǔn)程度高、功能強(qiáng)大的軟件。在電路設(shè)計(jì)及仿真方向常見(jiàn)的是EWB（Electronics Workbench EDA，用于模擬電路、信號(hào)電路的混合仿真）、SPICE（Simulation program with integrated circuit emphasis，用于通用模擬電路仿真）、Multisim等軟件，其中EWB出自加拿大研發(fā)公司，是一款包含多種實(shí)驗(yàn)儀器虛擬態(tài)的電子電路仿真軟件，支持用戶如使用現(xiàn)實(shí)電子元件、無(wú)線電元件、電源一樣使用虛擬儀器，屬于操作功能較全、分析能力較弱的一款EDA軟件；SPICE出自美國(guó)加州大學(xué)，是一款功能強(qiáng)大、應(yīng)用廣泛的電路分析軟件，支持電路圖形輸入和文本輸入兩種輸入功能；Multisim出自美國(guó)國(guó)家一起有限公司NI，是一款以微軟系統(tǒng)為基礎(chǔ)的、更適用于電路板設(shè)計(jì)、提煉了SPICE內(nèi)容的仿真工具[5]，從軟件使用門(mén)檻的角度來(lái)看，更適合學(xué)生進(jìn)行電子電路學(xué)習(xí)時(shí)使用。

3.3.2 EDA技術(shù)在中職電子電路課程實(shí)訓(xùn)中的使用方式

中職院校電子電路課程實(shí)訓(xùn)中，通常采用提出設(shè)計(jì)需求要求學(xué)生完成電子電路設(shè)計(jì)，使其滿足設(shè)計(jì)需求的方式進(jìn)行實(shí)訓(xùn)。學(xué)生在面對(duì)電子電路課程實(shí)訓(xùn)時(shí)，首先需要根據(jù)設(shè)計(jì)需求設(shè)計(jì)電子電路原理圖，當(dāng)原理圖通過(guò)驗(yàn)證后才可以進(jìn)行電路板的設(shè)計(jì)，最后對(duì)設(shè)計(jì)完成的電子電路進(jìn)行組裝形成實(shí)物，最后進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)最終實(shí)物檢測(cè)結(jié)果與仿真結(jié)果一致時(shí)，則該組實(shí)訓(xùn)正式完成。

在電子電路原理圖設(shè)計(jì)階段，學(xué)生可以通過(guò)EWB軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，EWB軟件中包含多種實(shí)驗(yàn)儀器的虛擬態(tài)，可以幫助學(xué)生在最短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)需求的分析，將學(xué)生的設(shè)計(jì)想法付諸實(shí)踐，并且通過(guò)不同參數(shù)的電子元件和無(wú)線電元件搭配不同功率的放大器，用分析圖表和曲線的方式展現(xiàn)該電子電路原理圖的正確性，將設(shè)計(jì)、功能錯(cuò)誤直觀展示在學(xué)生面前，為學(xué)生提高電子電路設(shè)計(jì)成功率；在電路板設(shè)計(jì)階段，學(xué)生可以通過(guò)Protel軟件進(jìn)行電路板設(shè)計(jì)，借助Protel軟件在設(shè)計(jì)方面標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確、功能強(qiáng)大的優(yōu)秀，將學(xué)生對(duì)電子電路的設(shè)計(jì)付諸于電路板；在電路實(shí)物組裝環(huán)節(jié)，學(xué)生可以根據(jù)前兩個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行電子元件、無(wú)線電元件、電源元件、線路進(jìn)行排布和連接，可以有效避免連線錯(cuò)誤、焊接失誤帶來(lái)的線路結(jié)構(gòu)、從屬故障，最大程度上避免了元件損壞的情況，極大提高了學(xué)生完成實(shí)訓(xùn)的速度和質(zhì)量，連接完成后學(xué)生需要對(duì)組裝后的實(shí)物進(jìn)行檢測(cè)后與仿真工具軟件的結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，當(dāng)兩方對(duì)比結(jié)果一致時(shí)，電子電路課程實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目完成。

學(xué)生在電子電路課程實(shí)訓(xùn)過(guò)程中，可以通過(guò)整個(gè)設(shè)計(jì)、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題、滿足設(shè)計(jì)需求的過(guò)程，使學(xué)生深度掌握電阻器、電容器、電感器、二極管、晶體管、放大器、邏輯門(mén)等元件的理論知識(shí)和應(yīng)用方法，還可以有效提高學(xué)生的理論聯(lián)系實(shí)踐能力、獨(dú)立思考能力、動(dòng)手能力，由此可見(jiàn)EDA技術(shù)在中職電子電路課程實(shí)訓(xùn)中可以發(fā)揮巨大的推動(dòng)作用。

4 結(jié)論

中職教育領(lǐng)域中，EDA技術(shù)以計(jì)算機(jī)硬件和軟件為基本平臺(tái)，有效結(jié)合了電子電路的理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用雙方，從設(shè)計(jì)、仿真的角度為課程實(shí)訓(xùn)提供實(shí)時(shí)反饋，這種高效的教學(xué)反饋機(jī)制會(huì)直接影響到電子電路課程教學(xué)實(shí)訓(xùn)效果，電子電路課程教學(xué)實(shí)訓(xùn)效果關(guān)系到學(xué)生校外實(shí)習(xí)效果，甚至由于大多數(shù)電子產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)企業(yè)都應(yīng)用EDA技術(shù)進(jìn)行作業(yè)，也會(huì)影響到學(xué)生畢業(yè)后求職的難度，因此EDA技術(shù)是推動(dòng)中職院校電類專業(yè)加速平穩(wěn)發(fā)展的重要技術(shù)手段，是中職院校重要的發(fā)展方向。伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷成熟和發(fā)展，EDA技術(shù)會(huì)不斷得到發(fā)展和完善，我國(guó)職業(yè)教育中電類專業(yè)應(yīng)用EDA技術(shù)同樣會(huì)呈現(xiàn)高速發(fā)展態(tài)勢(shì)，推動(dòng)我國(guó)電子電路產(chǎn)業(yè)飛速前進(jìn)。