使用EDA软件优化电气信息类专业课程教学的研究

I使用EDA软件优化电气信息类专业课程教学的研究【摘要】对电子设计自动化(EDA)软件进行了介绍，并介绍了电气信息类专业课程教学中存在的问题。在高校进一步加强网络基础建设、数字化建设以及信息化教学的背景下,借助EDA软件辅助电气信息理论教学，有利于教师提高课程设计质量，不断完善教学内容,补充实验设备不足，提高教学效果,开发学生的创造潜力。同时用实例论证了EDA软件对了电气信息类专业课程教学的优化。【关键词】EDA软件电气信息优化教学山东师范大学毕业论文II目录第一章EDA软件介绍.................................................4（一）EDA概念简介.............................................4（二）常用EDA软件有哪些......................................4（三）EDA软件具体分类.........................................4（四）几种EDA软件的比较......................................4第二章电气信息类专业课程目前授课现状和不足.........................6（一）电气信息类专业课程简介..................................6（二）电气信息类专业课程授课现状..............................6（三）电气信息类专业课实验现状................................7第三章EDA如何优化了电气信息类专业课程教学.........................8（一）将EDA软件引入电气信息类专业课程教学的可行性...........8（二）EDA优化电气信息类专业课程教学的实例....................8（三）研究EDA软件对电气信息专业教学优化的意义.............15第四章总结........................................................17（一）设计不知之处.............................................17（二）对EDA软件及电气信息专业教学展望.........................17致谢...............................................................18参考文献...........................................................19山东师范大学毕业论文3第一章EDA软件现状(一)、EDA概念简介EDA是“ElectronicDesignAutomation”的缩写（电子设计自动化），是20世纪90年代初从计算机辅助设计（ComputerAidedDesign),，简称CAD）、计算机辅助制造（ComputerAidedManufacturing，简称CAM）、计算机辅助测试（ComputerAidedTest，简称CAT）和计算机辅助工程（ComputerAidedEngineering，简称CAE）的概念发展而来的。(二)、常用EDA软件有哪些EDA软件层出不穷，目前进入我国并具有广泛影响的EDA软件有Protel、OrCad、Matlab、Pspice、Multisim、PCAD、Viewlogic、LSIIogic、MentorGraphics、Synopsys、Cadence(收购了OrCAD、MicroSim、PSPICE)等等。这些工具都有较强的功能，一般可用于几个方面，例如很多软件都可以进行电路设计与仿真，同进还可以进行PCB自动布局布线，可输出多种网表文件与第三方软件接口。(三)、EDA软件具体分类按主要功能或主要应用场合，分为电路设计与仿真工具、PCB设计软件、IC设计软件、PLD设计工具及其它EDA软件。电子电路设计与仿真工具包括SPICE/PSPICE；multiSIM7；Matlab；SystemView；MMICADLiveWire、Edison、TinaProBrightSpark等。PCB（Printed-CircuitBoard）设计软件种类很多，如Protel、OrCAD、Viewlogic、PowerPCB、CadencePSD、MentorGraphices的ExpeditionPCB、ZukenCadStart、Winboard/Windraft/Ivex-SPICE、PCBStudio、TANGO、PCBWizard（与LiveWire配套的PCB制作软件包）、ultiBOARD7（与multiSIM2001配套的PCB制作软件包）等等。IC设计工具很多，其中按市场所占份额排行为Cadence、MentorGraphics和Synopsys。PLD（ProgrammableLogicDevice）是一种由用户根据需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。目前主要有两大类型：CPLD（ComplexPLD）和FPGA(FieldProgrammableGateArray)。其它EDA软件：①VHDL语言：超高速集成电路硬件描述语言（VHSICHardwareDeseriptionLanguagt，简称VHDL），是IEEE的一项标准设计语言。它源于美国国防部提出的超高速集成电路（VeryHighSpeedIntegratedCircuit，简称VHSIC）计划，是ASIC设计和PLD设计的一种主要输入工具。②VeriolgHDL：是Verilog公司推出的硬件描述语言，在ASIC设计方面与VHDL语言平分秋色。③其它EDA软件如专门用于微波电路设计和电力载波工具、PCB制作和工艺流程控制等领域的工具，在此就不作介绍了。(四)、几种EDA软件的比较1、protelprotel在eda软件家族中最低端的软件之一，Protel99SE提供了20多个模拟和数字器件仿真元件库，共包含6000多个常用元器件。这些器件库包括了常用的二极管、三极管、MOS管、单结晶体管、晶振和变压器等分立元器件，同时还有大量的数字器件和其他集成电路器件，如74系列、CMOS系列、运算放大器、比较器和数模转换器等。这些常用器件一般可以满足用户的需求。同山东师范大学毕业论文4时Protel99SE提供了一个开放的库维护环境，用户可以方便地修改原有器件模型，也可以创建新器件模型。2、MultisimMultisim使用简单，功能强大。主要用于电子电路的仿真和设计。因而在电力电子教学过程中的选用此软件作为电路构建及仿真可以为教学现场营造一种真实的电路工作场景。3、orcadorcad的原理图设计部分captureCIS被业界视为最优秀的原理图工具之一，界面好看，操作方便，仿真等功能强大。4、对于目前来说,很多大型公司都用Allegro和MentorWG.可以定死了这两种软件。除以上三大类EDA软件之外，在电子设计的其他领域还使用着大量的计算机辅助设计软件。这些软件专为不同的应用而设计，功能单一专业，一般应用较少，但为专业人士的工作提供了极大的方便。例如，单片机仿真系统就是为单片机系统开发专门设计的软件，它是单片机系统设计人员的好帮手。山东师范大学毕业论文5第二章电气信息类专业课程目前教学现状和不足（一）、电气信息类专业课程简介电气信息类专业是一个电子和信息工程方面的较宽口径专业，主要学习信号的获取与处理、电子设备与信息系统等方面的专业知识。要求学生具备设计、开发、应用和集成电子设备和信息系统的基本能力。我国电子信息与电气信息类专业种类繁多，其基础课程可以分为4类：电路类、电子线路（含电子技术）类、信号与系统类和电磁场类。涉及到《电路分析》、《模拟电路》、《数字电路》、《信号与系统》、《数字信号处理》、《通信原理》、《电磁场理论》、《自动控制原理》、《感测技术》等课程。（二）、电气信息类专业课程授课现状电气信息类专业的专业基础和专业课程都是一些工程性、实践性非常强的课程。如何培养学生具备独立分析、设计电路的能力，如何培养学生工程应用和创新能力，它涉及到教学内容、教学方法等诸多方面，然而，目前电气信息类专业教学方法中存在着许多问题，主要表现在以下几点：目前电气信息类专业的教学方法大多以理论讲授为主，验证性实验为辅的教学模式，教学内容基本与实际应用脱节。下面重点以单片机为例，讲述一下其教学过程中存在的一些问题：单片机的传统教学方式多以课堂原理讲解为主，结合少量硬件实验。单片机理论知识众多，主要以汇编语言为主，就自身经验而言，我发现汇编语言有如下局限性：语句抽象，可读性差，学生难理解；编程效率低，学生学习难度大；代码结构复杂，难以更新；对硬件结构依赖较大，难以实现在不同种类和系列单片机之间移植。学生大部分时间可能都在接受枯燥的理论知识，每节课都是在糊里糊涂、半知半解中度过。这些现实的问题造成教学效果不理想，不能充分激发学生的学习兴趣，使其处于被动接受知识而不是主动求知，学生学习效率特别低,甚至有的同学在完成整个学期课程内容后都不晓得单片机到底讲的什么内容。学生缺少高水平的思维活动，而在需要学生提出问题、分析问题、解决问题时，他们常常会表现出思维能力的薄弱。目采用传统的先基础后应用的教学模式，理论教学与实验教学单纯割裂开，即：单片机硬件结构→汇编指令系统→系统扩展→接口技术→应用系统设计。实验教学一般在“汇编指令系统”讲完之后才开始的，理论学习和实验进行的时间不对应，很少进行开放性和设计性的实验，这种粗糙的教学过程直接导致学生对单片机学习提不起兴趣、知识脱节。由于教学环节的软硬件分离使学生不能从系统的角度来理解单片机，传统教学过程中未引入工程实践设计，导致学生缺乏整体设计能力，动手能力普遍较差。在单片机原理及应用教学手段上，有些高校或停留在“黑板+粉笔”阶段，或全部采用计算机多媒体技术教学。在教学改革不断深入、课内教学学时不断减少的今天，教学手段仍采用“粉笔+黑板”，势必讲课效率不高，有些疑难点表述不清；而一味采用计算机多媒体技术教学，势必加大每节课的信息量，学生需精力高度集中，久而久之，感到身心疲惫，应接不暇，影响学习效果，而且直接大量拷贝的多媒体教学，学生很反感。在单片机应用开发过程中，更重要更基础的是硬件设计。而单片机教学过程中，由于硬件条件或时间不允许，教师在课堂上很难向学生直接展示硬件设计过程。因此，单片机的教学迫切需要一种软件工具实现教学过程中软硬件结合，满足对山东师范大学毕业论文6单片机进行随堂编程和电路仿真的需求。再以《信号与系统》为例：教师通过数学推导运算出来的结果都是一些抽象的数学表达式，是单纯的数学符号，往往不容易理解．为了便于学生理解，在讲授过程中需要大量的波形图来说明．但是，在有限的课时内不可能把个结论都画出波形图，更何况有些图像(如拉普拉斯变换后的三维图)很难在黑板上画出来．在教学过程中缺乏直观的波形描述，也是影响学习效果的一个原因．因此，教师迫切需要一种工具软件来演示。这门课程的特点是数学要求较高，很多理论都是经过复杂的数学推导得来．即使学生具备了较好的数学功底，如果他们在学习的过程中，将过多的时问、精力花费在繁琐的数学运算上面，就不利于他们有效地理解该结果在信号处理中的实际运用，致使课堂理论教学过于抽象、枯燥，教学模式显得死板，因此学生迫切需要一种工具软件来完成课程中的数值计算与分析。其他电气信息类课程教学都存在类似问题，当前教育的主要任务就是培养技能型人才，要求学生具有良好的职业素养，如较强的实践能力、一定的理论基础和团队协作精神。传统教学模式下，学生学习目的性不强，始终处于被动学习状态，难以激发学习兴趣，很难满足社会需求。（三）、电气信息类专业课程实验现状目前高校配备的实验设备一般综合十几项实验内容，学生可以通过实验加深对理论知识的理