使用EDA軟件優(yōu)化電氣信息類專業(yè)課程教學(xué)的研究

1、山東師范大學(xué)畢業(yè)論文使用EDA軟件優(yōu)化電氣信息類專業(yè)課程教學(xué)的研究【摘 要】 對電子設(shè)計自動化(EDA)軟件進行了介紹，并介紹了電氣信息類專業(yè)課程教學(xué)中存在的問題。在高校進一步加強網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)建設(shè)、數(shù)字化建設(shè)以及信息化教學(xué)的背景下, 借助EDA軟件輔助電氣信息理論教學(xué)，有利于教師提高課程設(shè)計質(zhì)量，不斷完善教學(xué)內(nèi)容, 補充實驗設(shè)備不足，提高教學(xué)效果, 開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造潛力。同時用實例論證了EDA軟件對了電氣信息類專業(yè)課程教學(xué)的優(yōu)化。【關(guān)鍵詞】EDA軟件 電氣信息 優(yōu)化教學(xué)目錄第一章 EDA軟件介紹4（一）EDA概念簡介4（二）常用EDA軟件有哪些4（三）EDA軟件具體分類4（四）幾種EDA軟件的比較4

2、 第二章 電氣信息類專業(yè)課程目前授課現(xiàn)狀和不足6（一）電氣信息類專業(yè)課程簡介6（二）電氣信息類專業(yè)課程授課現(xiàn)狀6（三）電氣信息類專業(yè)課實驗現(xiàn)狀7第三章 EDA如何優(yōu)化了電氣信息類專業(yè)課程教學(xué)8（一）將EDA軟件引入電氣信息類專業(yè)課程教學(xué)的可行性8（二）EDA優(yōu)化電氣信息類專業(yè)課程教學(xué)的實例8（三）研究EDA軟件對電氣信息專業(yè)教學(xué)優(yōu)化的意義15第四章 總結(jié)17（一）設(shè)計不知之處17（二）對EDA軟件及電氣信息專業(yè)教學(xué)展望17致謝18參考文獻1917第一章 EDA軟件現(xiàn)狀(一)、 EDA概念簡介EDA 是“Electronic Design Automation” 的縮寫（電子設(shè)計自動化），是 2

3、0 世紀 90 年代初從 計算機輔助設(shè)計（Computer Aided Design),，簡稱CA D ）、計算機輔助制造（Computer Aided Manufacturing，簡稱CA M ）、 計算機輔助測試（Computer Aided Test，簡稱CA T）和計算機輔助工程（Computer Aided Engineering，簡稱CA E）的 概念發(fā)展而來的。(二)、 常用EDA軟件有哪些EDA軟件層出不窮，目前進入我國并具有廣泛影響的EDA軟件有Protel、OrCad、Matlab、Pspice、Multisim、PCAD、Viewlogic、LSIIogic、Mentor

4、 Graphics、Synopsys、Cadence(收購了OrCAD、MicroSim、PSPICE)等等。這些工具都有較強的功能，一般可用于幾個方面，例如很多軟件都可以進行電路設(shè)計與仿真，同進還可以進行PCB自動布局布線，可輸出多種網(wǎng)表文件與第三方軟件接口。(三)、 EDA軟件具體分類按主要功能或主要應(yīng)用場合，分為電路設(shè)計與仿真工具、PCB設(shè)計軟件、IC設(shè)計軟件、PLD設(shè)計工具及其它EDA軟件。電子電路設(shè)計與仿真工具包括SPICE/PSPICE；multiSIM7；Matlab；SystemView；MMICAD LiveWire、Edison、Tina Pro Bright Spark等

5、。PCB（Printed-Circuit Board）設(shè)計軟件種類很多，如Protel、OrCAD、Viewlogic、PowerPCB、Cadence PSD、MentorGraphices的Expedition PCB、Zuken CadStart、Winboard/Windraft/Ivex-SPICE、PCB Studio、TANGO、PCBWizard（與LiveWire配套的PCB制作軟件包）、ultiBOARD7（與multiSIM2001配套的PCB制作軟件包）等等。IC設(shè)計工具很多，其中按市場所占份額排行為Cadence、Mentor Graphics和Synopsys。PL

6、D（Programmable Logic Device）是一種由用戶根據(jù)需要而自行構(gòu)造邏輯功能的數(shù)字集成電路。目前主要有兩大類型：CPLD（Complex PLD）和FPGA(Field Programmable Gate Array)。其它EDA軟件：VHDL語言：超高速集成電路硬件描述語言（VHSIC Hardware Deseription Languagt，簡稱VHDL），是IEEE的一項標準設(shè)計語言。它源于美國國防部提出的超高速集成電路（Very High Speed Integrated Circuit，簡稱VHSIC）計劃，是ASIC設(shè)計和PLD設(shè)計的一種主要輸入工具。 Veri

7、olg HDL：是Verilog公司推出的硬件描述語言，在ASIC設(shè)計方面與VHDL語言平分秋色。 其它EDA軟件如專門用于微波電路設(shè)計和電力載波工具、PCB制作和工藝流程控制等領(lǐng)域的工具，在此就不作介紹了。(四)、幾種EDA軟件的比較§1、protelprotel在eda軟件家族中最低端的軟件之一， Protel 99 SE 提供了20 多個模擬和數(shù)字器件仿真元件庫，共包含6000 多個常用元器件。這些器件庫包括了常用的二極管、三極管、MOS 管、單結(jié)晶體管、晶振和變壓器等分立元器件，同時還有大量的數(shù)字器件和其他集成電路器件，如74 系列、CMOS 系列、運算放大器、比較器和數(shù)模轉(zhuǎn)

8、換器等。這些常用器件一般可以滿足用戶的需求。同時Protel 99 SE提供了一個開放的庫維護環(huán)境，用戶可以方便地修改原有器件模型，也可以創(chuàng)建新器件模型。§2、MultisimMultisim使用簡單，功能強大。主要用于電子電路的仿真和設(shè)計。因而在電力電子教學(xué)過程中的選用此軟件作為電路構(gòu)建及仿真可以為教學(xué)現(xiàn)場營造一種真實的電路工作場景。3、orcad orcad的原理圖設(shè)計部分capture CIS被業(yè)界視為最優(yōu)秀的原理圖工具之一，界面好看，操作方便，仿真等功能強大。4、對于目前來說,很多大型公司都用Allegro和Mentor WG.可以定死了這兩種軟件。除以上三大類EDA 軟件之

9、外，在電子設(shè)計的其他領(lǐng)域還使用著大量的計算機輔助設(shè)計軟件。這些軟件專為不同的應(yīng)用而設(shè)計，功能單一專業(yè)，一般應(yīng)用較少，但為專業(yè)人士的工作提供了極大的方便。例如，單片機仿真系統(tǒng)就是為單片機系統(tǒng)開發(fā)專門設(shè)計的軟件，它是單片機系統(tǒng)設(shè)計人員的好幫手。第二章電氣信息類專業(yè)課程目前教學(xué)現(xiàn)狀和不足（一）、電氣信息類專業(yè)課程簡介電氣信息類專業(yè)是一個電子和信息工程方面的較寬口徑專業(yè)，主要學(xué)習(xí)信號的獲取與處理、電子設(shè)備與信息系統(tǒng)等方面的專業(yè)知識。要求學(xué)生具備設(shè)計、開發(fā)、應(yīng)用和集成電子設(shè)備和信息系統(tǒng)的基本能力。我國電子信息與電氣信息類專業(yè)種類繁多，其基礎(chǔ)課程可以分為4類：電路類、電子線路（含電子技術(shù)）類、信號與系統(tǒng)類

10、和電磁場類。涉及到電路分析、模擬電路、數(shù)字電路、信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、通信原理、電磁場理論、自動控制原理、感測技術(shù)等課程。（二）、電氣信息類專業(yè)課程授課現(xiàn)狀電氣信息類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)和專業(yè)課程都是一些工程性、實踐性非常強的課程。如何培養(yǎng)學(xué)生具備獨立分析、設(shè)計電路的能力，如何培養(yǎng)學(xué)生工程應(yīng)用和創(chuàng)新能力，它涉及到教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等諸多方面，然而，目前電氣信息類專業(yè)教學(xué)方法中存在著許多問題，主要表現(xiàn)在以下幾點：目前電氣信息類專業(yè)的教學(xué)方法大多以理論講授為主，驗證性實驗為輔的教學(xué)模式，教學(xué)內(nèi)容基本與實際應(yīng)用脫節(jié)。下面重點以單片機為例，講述一下其教學(xué)過程中存在的一些問題： 單片機的傳統(tǒng)教學(xué)

11、方式多以課堂原理講解為主，結(jié)合少量硬件實驗。單片機理論知識眾多，主要以匯編語言為主，就自身經(jīng)驗而言，我發(fā)現(xiàn)匯編語言有如下局限性： 語句抽象，可讀性差，學(xué)生難理解；編程效率低，學(xué)生學(xué)習(xí)難度大；代碼結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以更新；對硬件結(jié)構(gòu)依賴較大，難以實現(xiàn)在不同種類和系列單片機之間移植。學(xué)生大部分時間可能都在接受枯燥的理論知識，每節(jié)課都是在糊里糊涂、半知半解中度過。這些現(xiàn)實的問題造成教學(xué)效果不理想，不能充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使其處于被動接受知識而不是主動求知，學(xué)生學(xué)習(xí)效率特別低,甚至有的同學(xué)在完成整個學(xué)期課程內(nèi)容后都不曉得單片機到底講的什么內(nèi)容。學(xué)生缺少高水平的思維活動，而在需要學(xué)生提出問題、分析問題、解

12、決問題時，他們常常會表現(xiàn)出思維能力的薄弱。目采用傳統(tǒng)的先基礎(chǔ)后應(yīng)用的教學(xué)模式，理論教學(xué)與實驗教學(xué)單純割裂開，即：單片機硬件結(jié)構(gòu)匯編指令系統(tǒng)系統(tǒng)擴展接口技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計。實驗教學(xué)一般在“匯編指令系統(tǒng)”講完之后才開始的，理論學(xué)習(xí)和實驗進行的時間不對應(yīng)，很少進行開放性和設(shè)計性的實驗，這種粗糙的教學(xué)過程直接導(dǎo)致學(xué)生對單片機學(xué)習(xí)提不起興趣、知識脫節(jié)。由于教學(xué)環(huán)節(jié)的軟硬件分離使學(xué)生不能從系統(tǒng)的角度來理解單片機，傳統(tǒng)教學(xué)過程中未引入工程實踐設(shè)計，導(dǎo)致學(xué)生缺乏整體設(shè)計能力，動手能力普遍較差。在單片機原理及應(yīng)用教學(xué)手段上，有些高?；蛲Ａ粼凇昂诎?粉筆”階段，或全部采用計算機多媒體技術(shù)教學(xué)。在教學(xué)改革不斷深入、課

13、內(nèi)教學(xué)學(xué)時不斷減少的今天，教學(xué)手段仍采用“粉筆+黑板”，勢必講課效率不高，有些疑難點表述不清；而一味采用計算機多媒體技術(shù)教學(xué)，勢必加大每節(jié)課的信息量，學(xué)生需精力高度集中，久而久之，感到身心疲憊，應(yīng)接不暇，影響學(xué)習(xí)效果，而且直接大量拷貝的多媒體教學(xué)，學(xué)生很反感。在單片機應(yīng)用開發(fā)過程中，更重要更基礎(chǔ)的是硬件設(shè)計。而單片機教學(xué)過程中，由于硬件條件或時間不允許，教師在課堂上很難向?qū)W生直接展示硬件設(shè)計過程。因此，單片機的教學(xué)迫切需要一種軟件工具實現(xiàn)教學(xué)過程中軟硬件結(jié)合，滿足對單片機進行隨堂編程和電路仿真的需求。再以信號與系統(tǒng)為例：教師通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)運算出來的結(jié)果都是一些抽象的數(shù)學(xué)表達式，是單純的數(shù)學(xué)符號，

14、往往不容易理解為了便于學(xué)生理解，在講授過程中需要大量的波形圖來說明但是，在有限的課時內(nèi)不可能把個結(jié)論都畫出波形圖，更何況有些圖像(如拉普拉斯變換后的三維圖)很難在黑板上畫出來在教學(xué)過程中缺乏直觀的波形描述，也是影響學(xué)習(xí)效果的一個原因因此，教師迫切需要一種工具軟件來演示。這門課程的特點是數(shù)學(xué)要求較高，很多理論都是經(jīng)過復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)得來即使學(xué)生具備了較好的數(shù)學(xué)功底，如果他們在學(xué)習(xí)的過程中，將過多的時問、精力花費在繁瑣的數(shù)學(xué)運算上面，就不利于他們有效地理解該結(jié)果在信號處理中的實際運用，致使課堂理論教學(xué)過于抽象、枯燥，教學(xué)模式顯得死板，因此學(xué)生迫切需要一種工具軟件來完成課程中的數(shù)值計算與分析。其他電氣

15、信息類課程教學(xué)都存在類似問題，當(dāng)前教育的主要任務(wù)就是培養(yǎng)技能型人才，要求學(xué)生具有良好的職業(yè)素養(yǎng)，如較強的實踐能力、一定的理論基礎(chǔ)和團隊協(xié)作精神。傳統(tǒng)教學(xué)模式下，學(xué)生學(xué)習(xí)目的性不強，始終處于被動學(xué)習(xí)狀態(tài)，難以激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，很難滿足社會需求。（三）、電氣信息類專業(yè)課程實驗現(xiàn)狀目前高校配備的實驗設(shè)備一般綜合十幾項實驗內(nèi)容，學(xué)生可以通過實驗加深對理論知識的理解。但是實驗內(nèi)容往往陳舊，學(xué)生按指導(dǎo)書的步驟實驗，很難提高分析和解決問題的能力。在購買實驗設(shè)備時，生產(chǎn)商很少配備相應(yīng)的完整電路原理圖，學(xué)生在理解、消化實驗原理時存在很大困難。實驗課完全依賴實驗儀器，使用頻率次數(shù)太高，電子元器件損耗大，實驗儀器損壞后

16、維修不及時，不利于實驗教學(xué)的順利進行，而且設(shè)備維護需較多的時間和經(jīng)費。實驗設(shè)備受元器件品種、規(guī)格、數(shù)量不足的限制，無法提供高質(zhì)量的動手環(huán)境，學(xué)生動腦和動手的機會太少。電路固定在實驗板上，學(xué)生只能通過改變實驗程序而起到靈活變通的效果，具有一定的局限性，實驗結(jié)果也不直觀。實驗項目又多為驗證性實驗，而無設(shè)計性實驗，無法充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，更不用說鍛煉其綜合運用能力。再以單片機實驗為例： 實驗教學(xué)一般是使用教學(xué)用實驗箱，學(xué)生按照實驗指導(dǎo)書給出的接線圖、實驗方法和步驟連線，并輸入指導(dǎo)書給出的程序代碼，在實驗教學(xué)系統(tǒng)的特定環(huán)境下進行匯編、連接，然后運行程序，在pc機上觀察結(jié)果。實驗以演示、驗證項目為

17、主，即使是設(shè)計性的實驗，它與社會要求的單片機硬件、程序設(shè)計過程也相差甚遠。課程結(jié)束后，學(xué)生雖然對單片機的原理、概念有所了解，但對單片機技術(shù)還是缺乏整體的掌握，絕大多數(shù)學(xué)生沒有掌握單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與調(diào)試技術(shù)，與社會需求的差距較大。第三章EDA如何優(yōu)化了電氣信息類專業(yè)課程教學(xué)（一）、 將EDA軟件引入電氣信息類專業(yè)課程教學(xué)的可行性EDA 軟件是電子專業(yè)使用的最為普遍的先進仿真技術(shù), 作為課程仿真教學(xué)和實驗的一種輔助手段，在教學(xué)中引入電子設(shè)計自動化軟件EDA，能夠充分利用各學(xué)校的計算機資源，有效解決學(xué)校在實踐教學(xué)中經(jīng)費緊張和實驗實習(xí)儀器、設(shè)備不足的問題；減少了板書時間，能夠使教師教學(xué)效果變得更加

18、理想；EDA 軟件顯示直觀，修改參數(shù)方便，學(xué)生學(xué)習(xí)變得更加容易；可以讓學(xué)生了解新技術(shù)新方法的運用,拓展思維,培養(yǎng)創(chuàng)新能力；能夠使學(xué)生更系統(tǒng)地學(xué)習(xí)電子技術(shù)，提高學(xué)生的電子線路設(shè)計水平。（二）、 EDA優(yōu)化電氣信息類專業(yè)課程教學(xué)的實例在電氣信息類專業(yè)課程教學(xué)中，會用到不同的EDA軟件，下面針對不同EDA軟件在不同課程中應(yīng)用實例，具體分析EDA是如何優(yōu)化電氣信息專業(yè)課程教學(xué)的。1、 基于Multismi 的模擬電路教學(xué)研究Multismi軟件直觀的電路圖和仿真分析結(jié)果的顯示形式非常適合于電子類課程課堂和實驗教學(xué)環(huán)節(jié), 適宜作為模擬電路實驗室實現(xiàn)形象化的教學(xué)手段。如圖為Multismi3D效果電路圖，

19、Multismi能提供20種常用器件的3D視圖，可以讓設(shè)計者體會到真實的設(shè)計效果。 圖1 Multismi3D效果電路圖將Multisim與模電課堂教學(xué)有機的結(jié)合起來將具有以下的優(yōu)點：（1）利用Multisim軟件工具，可以在計算機上模擬出實驗室的環(huán)境、儀器設(shè)備和元器件，可以將各種電路和虛擬測試儀器顯示在計算機屏幕上，再投影到大屏幕上，這樣可以使學(xué)生清楚地看到電路、虛擬測試儀表以及仿真實驗中的每一個細節(jié)，取得良好的課堂教學(xué)效果。(2)模擬電路教學(xué)中有許多概念、知識點比較抽象，學(xué)生很難理解與掌握。利用Multisim軟件可以幫助學(xué)生正確理解概念，掌握知識點，使抽象的模電學(xué)習(xí)變得生動形象。(3)通

20、過軟件仿真，學(xué)生可以方便地改變電路參數(shù)，研究電路參數(shù)與性能指標之間的關(guān)系。將靜態(tài)學(xué)習(xí)變?yōu)閯討B(tài)學(xué)習(xí)，更能引起學(xué)生的注意，充分調(diào)動學(xué)生的興趣。 (4)傳統(tǒng)的教學(xué)模式由老師書寫、畫圖、講解，在碰到電路較復(fù)雜時，學(xué)生難于理解，往往會分散注意力，聽課效果不佳。利用Multisim軟件工具，可以讓學(xué)生在計算機上先做仿真實驗，觀察“實驗結(jié)果”，再聽老師講解電路原理，這樣，學(xué)生由被動聽講轉(zhuǎn)為主動求知，教學(xué)效果明顯提高。(5) Multisim軟件提供的虛擬電子實驗室，使學(xué)生在掌握了一定的基礎(chǔ)知識后，可以根據(jù)自己的需要自主地學(xué)習(xí)。學(xué)生在Multisim軟件提供的虛擬電子實驗室可以不受時間、地點、人數(shù)的限制,不受

21、元器件品種、規(guī)格、數(shù)量不足的限制。在實驗中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。通過實驗，提高了學(xué)生綜合分析、開發(fā)設(shè)計和創(chuàng)新能力。反饋是電子技術(shù)和自動調(diào)節(jié)原理中的一個基本概念，是改善放大電路性能的重要手段，下面借助Multism仿真軟件對負反饋放大器仿真實例，論證Multismi對模擬電路教學(xué)的優(yōu)化。圖2 負反饋放大器電路1）電路負反饋對增益的影響閉合開關(guān)J1，這時負反饋通路正常工作，測量R5兩端電壓，測量結(jié)果為61.417 mV.電路的總增益為：Au=61.417/3.53617.4斷開開關(guān)J1，這時負反饋通路不工作，測量R5兩端電壓，測量結(jié)果為334 mV。電路的總增益為：Au=334/3.53694.5由

22、此可見，當(dāng)負反饋工作時，電壓的增益下降。2）負反饋深度對增益的影響使用參數(shù)掃描，觀察R5分別為5 k、10 k和15 k這3種情況時，節(jié)點8的輸出瞬態(tài)波形。圖3 負反饋深度對輸出幅度的影響3）負反饋深度對幅頻特性曲線的影響使用參數(shù)掃描，觀察R5分別為5 k、10 k和15 k這3種情況時，交流分析的波形。圖4 負反饋深度對幅頻特性曲線的影響從上述負反饋放大器電路的仿真可以看出，整個結(jié)果與理論教學(xué)完全一致，而且非常直觀。記得我在學(xué)習(xí)負反饋電路這一章節(jié)時，一直搞不懂究竟什么是負反饋，也搞不清楚整個電路反饋機制，做題都是馬馬虎虎，通過Multismi軟件仿真過程，可以加深學(xué)生對負反饋概念及負反饋調(diào)節(jié)

23、原理的理解,使原先枯燥的學(xué)習(xí)變得生動形象，增強了學(xué)生對模電學(xué)習(xí)的信心?？傊谀ｋ娊虒W(xué)實驗中采用EDA類虛擬仿真軟件Multismi，有著無可比擬的優(yōu)越性，它可操作性強, 組織方便。利用其高效率、高精度、無損耗和靈活、真實的模擬效果等特點, 為學(xué)生搭建仿真實驗平臺, 提高學(xué)生對模擬電路實驗的興趣, 幫助學(xué)生更好地掌握課堂教學(xué)內(nèi)容, 提高了學(xué)生解決問題的能力。2、基于multisim 的虛擬實驗系統(tǒng)對數(shù)字電子技術(shù)教學(xué)的優(yōu)化 數(shù)字電子技術(shù)是一門實踐性較強的課程, 在教學(xué)中要創(chuàng)設(shè)“情景”一般只是采用課堂演示實驗, 但通常課堂上會遇到實驗儀器不足、儀器精度不夠準確、電路受環(huán)境影響等困擾而造成失真，直接

24、影響了教學(xué)效果。multisim 軟件功能強大, 幾乎能夠仿真所有的數(shù)字電子技術(shù)實驗,利用multisim實際電路作為一種真實表現(xiàn)電路工作狀態(tài)的開放靈活的展示教手段, 把實驗室和課堂有機地融為一體, 創(chuàng)建了一個形象逼真、生動活潑的學(xué)習(xí)環(huán)境，豐富了學(xué)習(xí)情景，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，同時提高了教學(xué)效率，并大大提高了實驗效率。JK觸發(fā)器是數(shù)字電路觸發(fā)器中的一種電路單元。在實際應(yīng)用中，它不僅有很強的通用性，而且能靈活地轉(zhuǎn)換其他類型的觸發(fā)器。以JK觸發(fā)器教學(xué)為例，對multisim仿真軟件在數(shù)電教學(xué)中應(yīng)用及作用作具體討論：JK觸發(fā)器的電路如圖5所示 圖5 JK觸發(fā)器觀測輸出通過三個開關(guān)改變輸入數(shù)據(jù)，按對應(yīng)開

25、關(guān)的開關(guān)鍵符號，即可改變開關(guān)位置，從而改變輸入數(shù)據(jù)，電源V1和地分別表示數(shù)據(jù)1和0。(1) 改變開關(guān)J3，使1CLR=0，觀測清零，輸出波形如圖6所示?？梢娸敵鯭清零。 (2) 清零端1CLR=1，改變開關(guān)J1、J2，使J=K=0，輸出波形如圖6所示?？梢娸敵鯭保持原態(tài)。(3) 清零端ICLR=1，改變開關(guān)J1、J2，使J=0，K=1，輸出波形如圖6所示?？梢娸敵鯭置0。圖6 輸出波形 (4) 清零端1CLR=1，改變開關(guān)J1、J2，使J=1，K=0，輸出波形如圖7所示?？梢娸敵鯭置1。 圖7 J=1，K=0時的輸出波形 (5) 清零端1CLR=1，改變開關(guān)J1、J2，使J=K=1，輸出波形如

26、圖8所示?？梢娸敵鯭翻轉(zhuǎn)。 圖8 J=K=1時的輸出波形 在講JK觸發(fā)器這一節(jié)課內(nèi)容時, 首先由老師引入“JK觸發(fā)器”概念, 并利用multisim虛擬實驗系統(tǒng), 讓學(xué)生觀察JK觸發(fā)器的邏輯功能, 該電路的功能是通過改變開關(guān)J1、J2、J3，改變輸入數(shù)據(jù)，從而觀察輸出波形, 并提出問題: JK觸發(fā)器的工作原理是什么？功能是什么?學(xué)生帶著問題聽老師講解電路原理, 使其認識到掌握相關(guān)知識和技能是較好地完成本節(jié)課學(xué)習(xí)的本身需求, 而非教師對學(xué)生的刻意要求, 讓學(xué)生在潛意識里把被動學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃忧笾?。在給學(xué)生時間自己練習(xí)的過程中, 為了更好的完成JK觸發(fā)器學(xué)習(xí)，學(xué)生必須先去查資料, 了解JK觸發(fā)器功能及

27、應(yīng)用, 雖然他們此時還不能很好得應(yīng)用JK觸發(fā)器, 通過multisim仿真實驗, 學(xué)生就能很容易地弄清楚JK觸發(fā)器工作過程。與此同時還學(xué)會如何通過查資料獲得數(shù)字電路器件的使用方法, 這對數(shù)字電路設(shè)計制作者來說是十分有用的技能。另外, 在教學(xué)內(nèi)容上和習(xí)題中安排在固定觸發(fā)脈沖作用下并設(shè)觸發(fā)器初態(tài)為0，試計算J、K和Qn+1，從而總結(jié)出JK觸發(fā)器的狀態(tài)方程。再拓展學(xué)生視野，使其了解JK觸發(fā)器應(yīng)用，例如如何用JK觸發(fā)器設(shè)計計數(shù)器等。在整個教學(xué)過程中, 實現(xiàn)了學(xué)生與學(xué)生之間, 學(xué)生與老師之間的語言溝通渠道。讓學(xué)生很好地避免盲目操作, 拓展了學(xué)生的思維發(fā)展空間。更為重要的是仿真實驗的引入突破了時間和空間的

28、限制, 在整堂課中“講學(xué)練”相結(jié)合, 取得了較好的教學(xué)效果。3、MATLAB如何優(yōu)化信號與系統(tǒng)的教學(xué)通過對信號與系統(tǒng)分析學(xué)習(xí)的切身體會，我最大的感觸就是數(shù)學(xué)推導(dǎo)復(fù)雜，符號、公式難記。將MATLAB用于信號與系統(tǒng)的教學(xué)，利用MATLAB強大的計算功能，可以用來解線性代數(shù)問題、微積分問題、非線性方程、常微分方程以及進行統(tǒng)計分析等。只需幾個簡單的語句就能完成原本復(fù)雜的數(shù)學(xué)運算，不僅可以輕松求出系統(tǒng)響應(yīng)的數(shù)值解，而且可以繪制系統(tǒng)響應(yīng)的時域波形，對理解較復(fù)雜的內(nèi)容、概念以及公式記憶大有幫助，可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深對信號與系統(tǒng)中相關(guān)概念的理解，大大提高學(xué)習(xí)效率。例如: 為了加深學(xué)生對抽樣定理的理解與掌

29、握, 利用仿真工具對這一抽樣過程進行仿真, 建立抽樣系統(tǒng)模型, 給出信號源通過低通濾波后經(jīng)設(shè)置理想脈沖信號帶寬、抽樣頻率及濾波器的截止頻率等參數(shù), 使學(xué)生在輕松操作計算機的過程中, 直觀深刻理解抽樣的頻率、信號的帶寬以及截止頻率三者之間的關(guān)系及相應(yīng)的約束關(guān)系，更快更好地掌握課程所要講授的主要內(nèi)容。一些難于用實驗觀察的現(xiàn)象和規(guī)律用MATLAB仿真效果較好。如上文中提到的拉普拉斯變換后的三維圖很難在黑板上畫出來這個問題，利用MATLAB則可輕松實現(xiàn)。例：已知連續(xù)時間信號f (t) = sin( t)u(t)，求出該信號的拉普拉斯變換，并利用MATLAB繪制拉普拉斯變換的曲面圖。解：該信號的拉普拉斯

30、變換為：F( s)=利用MATLAB繪制的單邊正弦信號拉普拉斯變換的曲面圖如下圖所示，圖9 單邊正弦信號拉氏變換曲面圖綜合上述實例，可以發(fā)現(xiàn)通過MATLAB仿真系統(tǒng)，使得過去很難實現(xiàn)的系統(tǒng)設(shè)計和性能分析在微機上很快完成, 使得學(xué)生的學(xué)習(xí)不局限于某個問題上, 可以系統(tǒng)地、綜合地學(xué)習(xí)整個內(nèi)容。通過MATLAB編程實踐，可以使學(xué)生脫離繁雜的數(shù)學(xué)運算，從而讓學(xué)生將重點放在對概念、原理的理解和實際應(yīng)用上，同時也有利于提高學(xué)生利用計算機編程解決實際問題的能力。四、Proteus如何優(yōu)化單片機的教學(xué)  由于單片機課難懂，難學(xué)，實踐性強，教學(xué)的過程中必須軟硬件結(jié)合，即將單片機程序和外圍電路相結(jié)合。傳

31、統(tǒng)的單片機實驗室教學(xué), 效果不理想，還費時費力。為此，在單片機的教學(xué)中我們采用了單片機系統(tǒng)的虛擬仿真軟件Proteus，充分仿真單片機系統(tǒng)的工作情況，用虛擬單片機系統(tǒng)代替實際硬件電路。使軟件調(diào)試不再依賴實物硬件電路，仿真結(jié)果達到系統(tǒng)預(yù)期效果后，再進行硬件實物制作，這樣既達到了實驗效果，又經(jīng)濟方便。將Proteus與單片機課堂教學(xué)有機的結(jié)合起來將具有以下的優(yōu)點：（1）教學(xué)質(zhì)量明顯提高。Proteus仿真演示極為接近實際的動態(tài)演示，激發(fā)了學(xué)生興趣，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。Proteus使抽象變形象，使重點易懂、難點化解。例如，中斷是單片機教學(xué)的重點、難點，以往學(xué)生在課堂上聽不懂，課后也搞不清?，F(xiàn)在

32、用Proteus在多媒體教室進行仿真，學(xué)生也親自參加，效果很好。學(xué)生不僅學(xué)懂了，學(xué)習(xí)的主動性也明顯提高。圖10為INT0中斷計數(shù)Proteus仿真演示界面，每次按下計數(shù)鍵時觸發(fā)INT0中斷，中斷程序累加計數(shù)，計數(shù)值顯示在3只數(shù)碼管上，按下清零鍵時數(shù)碼管清零。學(xué)生參與操作，演示直觀清晰。 圖10 INT0中斷計數(shù)仿真效果圖（2）學(xué)生學(xué)用結(jié)合、動手能力明顯提高。以往，學(xué)生用單片機實驗箱做該實驗，因?qū)嶒炏浞忾]性、顯示信號不佳等缺點而使效果不好。學(xué)生難做、難懂、效果差。將Proteus引入單片機原理實驗室，學(xué)生先進行Proteus設(shè)計與仿真，仿真成功后，再進行實際實驗。很多重點、難點在學(xué)生的Prote

33、us實踐中得到解決。實踐證明：Proteus是學(xué)生學(xué)用結(jié)合、理論與實踐相結(jié)合的優(yōu)秀平臺。（3）學(xué)生的獨立操作和創(chuàng)造能力明顯提高。單片機“課程設(shè)計”是以學(xué)生為主的實踐教學(xué)活動。以往學(xué)生主動性差、信心不足、成功率低、器件損壞多。學(xué)生使用Proteus軟件進行設(shè)計與仿真，可以大膽進行電路設(shè)計、程序設(shè)計、測量、調(diào)試、修改。不僅不會損壞元器件和儀器，且在進行實物作品連接前就可看到結(jié)果。例如，Proteus的使用-跑馬燈實例，用Proteus畫出LED跑馬燈的電路圖后再與Keil聯(lián)調(diào)實現(xiàn)跑馬燈仿真，利用循環(huán)移位函數(shù)_crol_和_cror_形成來回滾動的效果。圖11為用Proteus的仿真的跑馬燈效果圖。

34、Proteus仿真動態(tài)、直觀，形象地顯示了電路的正確性和結(jié)果。過程與結(jié)果統(tǒng)一，測量與調(diào)試統(tǒng)一，使學(xué)生增強了學(xué)習(xí)單片機的信心。學(xué)生有了信心，獨立操作能力、主動性、積極性和創(chuàng)造力都得到發(fā)揮。學(xué)生在此基礎(chǔ)上再通過拓展學(xué)習(xí)，完成LED花樣循環(huán)顯示，圖12為16只LED分兩組按預(yù)設(shè)的多種花樣變換顯示的花樣流水燈仿真效果圖。仿真成功后，再進行實際電路安裝，實際電路運行結(jié)果與仿真結(jié)果一致。經(jīng)學(xué)生實踐證明：仿真結(jié)果成功后，只要安裝無誤，焊接可靠，布線合理，實際作品都會得到與Proteus設(shè)計與仿真一致的結(jié)果。所以，仿真促進了單片機課程設(shè)計的成功率，從而提高了學(xué)生的實際單片機系統(tǒng)設(shè)計與制作能力。圖11 跑馬燈仿

35、真效果圖圖12 花樣流水燈仿真效果圖（三）、 研究EDA軟件對電氣信息專業(yè)教學(xué)優(yōu)化的意義電氣信息類專業(yè)要求培養(yǎng)具備電子技術(shù)和信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識，能從事各類電子設(shè)備和信息系統(tǒng)的研究、設(shè)計、制造、應(yīng)用和開發(fā)的高等工程技術(shù)人才。課程教學(xué)是確定人才培養(yǎng)模式，體現(xiàn)人才培養(yǎng)質(zhì)量的基本要素，是實現(xiàn)教育目標的主要手段，同時也是向?qū)W生傳授知識、提高學(xué)生素質(zhì)、培養(yǎng)學(xué)生能力的主要途徑。提高教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵就是優(yōu)化課程教學(xué)，在電氣信息類專業(yè)課程教學(xué)過程中，以EDA軟件為工具，探究如何優(yōu)化現(xiàn)有的教學(xué)模式，將學(xué)習(xí)活動情境化、趣味化，使學(xué)生在輕松愉快的環(huán)境中不斷探究、自主搜尋、不斷發(fā)現(xiàn)問題、思考分析，獲得問題的答案。給電氣信息類專業(yè)課程教學(xué)和學(xué)習(xí)帶來了革命性的變化，無論從教師的教，還是學(xué)生的學(xué)，都是一個最能體現(xiàn)以人為本，能力為本的新型的教學(xué)模式，它能更好地激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識和探索精神，