eda技术在生活中的应用

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eda技术在生活中的应用

　　EDA(Electronic Design Automation)技术，即电子设计自动化技术，是在CAA和CAD(电子线路计算机辅助分析和辅助设计)技术基础上发展起来的计算机设计软件系统，它集计算机、电子、信息和CAM(计算机辅助制造)、CAT(计算机辅助测试)等技术于一体，不仅具有强大的设计能力，还具有测试、分析及管理的功能，可完整实现电子产品从电学观念设计到生成物理生产数据的全过程。它改变了以往采用定量计算和搭电路实验为基础的传统设计方式，使电子电路的分析与设计方法发生了重大变革。微电子技术的迅猛发展和微型计算机的快速普及，给EDA技术的广泛应用创造了良好条件。EDA技术已成为当代电子系统及专用集成电路设计中不可缺少的重要手段。

　　一、常用的EDA技术软件

　　目前引入我国EDA软件有多种，其中影响比较在的有：Pspice、Multisim(MULTISIM)、Protel、Orcad等。

　　Pspice(Simulation Program With Integrated Circuit Emphasis)是美国MicroSim公司于20世纪80年代开发的电路仿真分析软件，可以进行模拟/数字电路混合分析、参数优化等。

　　Multisim的前身是在我国具有一定知名度的EWB(Electronic Workbench)软件，是加拿大Interactive Image Technologies Ltd公司20世纪90年代初推出的专用于电工电子线路仿真的软件，可以实现对模拟数字电路的混合仿真。

　　Protel的前身版本是Tango，由澳大利亚Protel Technolog公司研制开发。该软件功能十分强大，可以完成电路原理图的设计、电路仿真分析、印制电路板设计及自动布线、信号完整性分析、可编程逻辑器件(PLD)设计等。

　　Orcad软件包是20世纪90年代初由美国Orcad公司研制开发的EDA软件包，包括原理图设计、PCB设计、VST、PLD Tools等软件。

　　EDA软件很多，其功能各有所长，但也有相似之处。因此对于在校的大中专学生来说，没有必要也不可能通晓所有软件，重点学习一到两种即可，因为每学习一种软件都需要时间。就目前了解的国际国内EDA软件的推广应用情况来看，Multisim和Protel是两款优秀的EDA软件。

　　二、Multisim软件

　　Multisim软件被誉为“计算机里的实验室”。具有界面交互友好、画面形象直观、易学、易用、快捷、方便、真实、准确的特点，可实现大部分硬件电路实验和分析的功能。

　　Multisim的设计实验工作区好象一块面包板，在上面可建立各种电路进行仿真实验及分析，工具栏中存放着数字电压表、数字电流表、数字万用表、功率表、具有存贮功能的示波器、能产生正弦波三角波和方波的函数发生器、可直接显示电路频率响应的扫频仪、数字信号逻辑分析仪、数字信号发生器，还有可进行逻辑表达式和逻辑电路图相互转换的逻辑转换仪等。

　　Multisim的器件库为用户提供数万种以上的常用模拟和数字元器件，设计和实验时可通过工具栏任意取用，每种元器件使用数量不受限制。元器件之间的连线操作也非常方便，当你将电路所用元件放置到工作区后，只要将鼠标箭头指向元器件的引脚，立即就会出现一个黑色圆点，这时按下鼠标左键，移动光标到另一个元器件的引脚，一条连线自动形成。实验时，发光二极管可以发出红绿蓝各色光，逻辑探头可直接显示电路节点的高低电平，继电器和开关的触点可以分合动作，熔断器可以被烧断，灯泡可以发光或烧毁，蜂鸣器可以发出不同音调的声音，电位器的触点可以按比例移动改变阻值，仪器仪表可以显示相应的数据和波形。Multisim为用户造就了一个一体化的设计实验环境，建立电路、实验分析和结果输出在系统菜单系统中可以全部完成。如果是电子电路设计，Multisim还可进行直流工作点分析、瞬态分析、傅里叶变换分析、噪声和失真度分析、温度扫描分析、参数扫描分析、灵敏度分析、零极点分析、最坏情况分析和蒙特卡罗分析等，分析结果以数值或波形直观地显示出来。图1所示为用Multisim建立的单管放大电路及仿真实验测试的输入输出电压波形。

　　三、Protel软件

　　Protel软件功能十分强大，尤其是印制电路板的设计与制作方面具有独到之处。目前应用的最新版本ProtelDXP是一个32位的EDA设计系统，可以完成电路原理图的设计、错误检查、仿真分析、印制电路板设计、信号完整性分析、可编程逻辑器件(PLD)设计等。该软件集强大的设计能力、复杂工艺的可生产性、设计过程管理于一体，具有电子产品从设计到生产的完善的技术保证。Protel还具有网络功能，对复杂的电子系统可通过网络实现多个成员分工合作设计，设计成员通过设置密码规定访问权限。Protel采用数据库文档管理方式，对多个相互关联的设计文档实现同步设计和统一管理。

　　Protel仿真器，可以进行模拟信号和数字信号电路的混合仿真，给出各测试点输出信号的数据和波形。同时它还能够进行直流工作点、瞬态、交流小信号、失真、噪声、温度、蒙特卡罗等多种分析，通过分析可以发现电路的性能缺陷，及时地加以修正。Protel所带的信号完整性分析工具能够精确地模拟和分析印制电路板的性能，从而使得用户可以了解网络阻抗、传输特性、传播延迟、信号质量、信号反射、串音以及电磁兼容性等问题以及它们带来的影响。确保了电子产品的设计质量。图2所示为用Protel设计的“振荡器和积分器”电路原理图、仿真波形和印制电路板。

　　四、与时俱进开展EDA教学

　　教育要面向现代化，面向未来。教学内容要跟随时代变化及时更新。EDA是最近十多年刚发展起来的新技术，其卓越的功能，不仅缩短了产品开发的周期，降低了设计和制作成本，而且大大提高了产品的质量，使电子科技界发生了重大变革。许多大中专校已经开设了相关的课程，现在市面上已有多种版本的EDA教材出版， EDA技术方面的参考书也很多。教育部组织制订的新的电子类电气类各专业教学大纲也已将EDA技术列为学生必学的内容之一。

　　目前电子产品已进入微电子技术应用阶段，超大规模集成电路、复杂的电路结构和精密的制作工艺设计，是手工设计难以完成的，EDA技术成为电子产品设计的重要工具。微电子技术、计算机使电力电气设备的自动化智能化程度越来越高，以弱控强是现代电气设备的特征。

　　EDA软件教学为电工电子课程教学改革打开了一个窗口。学生一旦掌握了EDA软件的基本操作，便可在教师的指导下在计算机上自学，对有关课程内容进行分析和计算，做开放型实验和设计型实验，完成课外作业，加深对课堂内容的分析和理解。教师可用EDA软件搞科研设计和帮助备课，研究电路中的疑难问题，精减课堂教学内容，取代部分硬件电路实验，可取得事半功倍的效果。教师教得轻松，学生学得主动，省钱省时又省工。同时使电工电子技术实验和进行电路设计成为一件轻松愉快的事情。

　　随着计算机应用的普及，各种应用软件应运而生，为各项工程设计和制造采用计算机辅助设计技术提供了便利条件。现在大多数学校备有充足的学生上机的机房，甚至有的学生宿舍也配备了计算机，为学生进行计算机操作创造了良好的条件。开设EDA技术课程，让学生学会使用EDA软件，相当于给每个学生创建了一个电工电子技术实验室和设计室，可有效地促进学生综合技能的培养。

　　五、我院开展EDA教学的探索

　　1993年我院首次对“加强实践教学试点班”学生开设电子线路CAD课程，当时使用的软件为Tango，学生表现出极大的学习兴趣，取得了较好的教学效果。试点班学生在教师的指导下，在毕业设计时，用Tango软件设计制作了电力电子、自动控制实验设备58台套。

　　EDA是一门新技术，多数学生学习兴趣浓厚，积极主动，但也发现个别学生学习情绪不够稳定，往往需要教师对学生的学习热情加以正确引导。

　　例如EDA仿真实验是一种虚拟的操作，学习时会感到有些抽象，因此，我们让学生将电工、电子技术EDA仿真实验与硬件实验所测试的数据、波形进行对比，证明二者的一致性，使学生确信EDA仿真实验的正确，从而明白虚拟并非虚构，而是真实地模仿，提高学生进行EDA实验的信心和兴趣，加深对理论知识的分析和理解;再如电子技术实习时，为了让学生正确地使用EDA软件设计印制电路板，我们组织学生参观电子厂和电视机厂，了解电子产品的生产过程。同时我们还收集了多种电子元器件和收音机、电视机、VCD机、计算机等电子产品的印制电路板，让学生仔细观察各种元器件的外形，学会识别和测试元件，认真研究印制电路板的结构及布局、布线特征，使学生获取感性认识后再深入学习EDA技术。

　　EDA教学是软件教学，不宜在教室空讲授课，适宜计算机演示教学。我们一般采用大屏幕投影教学，即多媒体教室上课。老师一边在计算机上进行操作，一边进行讲解。若每个学生面前有计算机，可让他们跟随老师一起操作。若上课时学生没有配备计算机，下课后可安排学生上机操作，授课和上机操作学时比为1∶1，也可使操作学时多一些，交叉进行。每次上机操作前，老师对学生提出具体的练习内容要求，加强操作考核，学一部分，考核一部分。一般在EDA课程结束后，还安排有电子技术课程设计和电子技术实习、毕业设计等，这些环节都要求用EDA软件绘图及进行实际制作，使学生在反复练习EDA软件操作过程中，不断提高熟练程度。

　　实践证明，EDA教学还可以促进计算机、英语和其他专业课程的学习。由于不同计算机软件的窗口界面、菜单命令操作具有一定的相似性，学好用好EDA软件，对学习其他计算机软件有诸类旁通的作用;再如英语，因为多数EDA软件都是国外原版，其菜单命令、对话框文字及帮助信息都是英文，学习EDA软件时，学生也就联系专业实际学习了英语，记忆深刻;另外通过EDA软件所做的各种仿真实验与测试分析，可大大加深对电路原理的理解，利用EDA软件功能还可以自行创建各种强电系统使用的元器件符号，进而设计出电类专业其他课程如电力电子技术、机床电气控制设备、供配电线路等电路原理图和装配图。

　　由于EDA软件是电工电子技术仿真实验和设计的工具，因此让学生在进校的第二学期就可以开出，这样在学习电工基础和电子技术时就可以应用。

　　六、总结

　　目前全球性的EDA技术开发推广应用方兴未艾，我们应不失时机地在职业技术教育中开展EDA教学，培养学生掌握最前沿的应用技术，以满足时代发展和教育改革的需要。

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