EDA软件在电路实验教学中的应用

刘彦飞，代永红，张 荣 （武汉大学电子信息学院，湖北 武汉430079）

EDA是电子设计自动化 （Electronic Design Automation）的缩写，在20世纪90年代初从计算机辅助设计 （CAD）、计算机辅助制造 （CAM）、计算机辅助测试 （CAT）和计算机辅助工程 （CAE）的概念发展而来。EDA技术就是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言HDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作［1］。EDA技术的出现，极大地提高了电路设计的效率和可靠性，减轻了设计者的劳动强度。其中与电路设计与仿真有关的EDA软件包括multisim、SystemView、Edison等，与印刷电路板设计有关的EDA软件包括OrCAD、Protel、Viewlogic等。由于相关EDA软件可以很好地仿真电路模型，因而在电路实验教学中使用EDA仿真软件是一个不可缺少的环节，这样不仅可以强化学生的理论知识，还可以提高学生的动手实践能力，所以在电路实验教学中应用相关EDA软件对提高教学质量具有重要作用。为此，笔者结合教学实践，对EDA软件在电路实验教学中的应用进行阐述。

1 在数字电路实验中的应用

SystemView是美国ELANIX公司推出的系统仿真分析软件，它使用功能模块描述程序。利用SystemView可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合系统和各种多速率系统，因此，它可用于各种线性或非线性控制系统的设计和仿真，如信号分析与处理、滤波器的设计、DSP系统设计与仿真、通信与控制系统的设计与仿真等。该软件具有强大的分析功能，如示波器功能、频谱分析功能、功率谱分析功能、离散系统Z域分析功能等［2］。上述功能给用户设计提供了方便，同时也使用户的设计更加可靠。

在电路实验教学中可以利用SystemView进行数字电路设计仿真，下面以SystemView构造计数器为例进行说明。

首先利用SystemView进行三进制计数器设计仿真。三进制计数器计数状态分别为00，01，10，00……，其实现方式有多种，如可以通过D触发器构成，也可以通过JK触发器构成，笔者选择通过D触发器构成。电路图如图1所示，仿真结果如图2所示。

再利用SystemView进行24进制计数器设计仿真。SystemView提供4位二进制计数器，4位二进制可以显示16种状态，再加1位二进制就可以显示32种状态，因而可以通过SystemView中4位二进制计数器再加上D触发器构成的二进制计数器来实现其功能。具体实现方法见图3。

图1 通过D触发器构成的三进制计数器

图2 三进制计数器仿真时序

图3 用4位二进制计数器与D触发器构成的24进制计数器

在4位二进制计数器 中有4个数据输入端D3、D2、D1、D0，在计数器置数时可用于定义Q3、Q2、Q1、Q0。4位二进制计数器是上升沿触发。D触发器也是上升沿触发。24进制计数器在System View中的实现如图4所示。

用SystemView做数字电路仿真的优点是器件使用简便，仿真操作灵活，非常适于学生进行数字电路初级阶段的设计。

图4 24进制计数器在SystemView中的实现

2 在模拟电路实验中的应用

在模拟电路实验教学中有很多可以利用的软件，如美国Cadence公司的OrCAD、澳大利亚Altium公司的Protel等。1991年由澳大利亚的Protel公司最早推出Protel for Windows 1．0版本，后来相继推出2．0、3．0版本。1999年初推出Protel 99，是一个基于 Windows平台的32位EDA设计系统。后来又推出Protel 99SE，是Protel 99的改良加强版。2001年Protel公司更名为Altium公司。2002年推出基于 Windows XP操作系统的Protel DXP，2006年5月推出 Altium Designer6．0的高端设计软件。2008年推出的 Altium Designer Summer 08加入了对OrCAD和PowerPCB的支持功能。2009年推出的Altium Designer Winter 09具有全三维PCB设计环境，能够使设计者避免出现错误和不准确的模型设计［3］。下面用Protel 99SE软件仿真模拟RC串联电路的正弦稳态响应 （见图5）。另外，用Protel99se软件进行三极管共射接法的放大电路仿真 （见图6）。

图5 利用Protel99SE行RC电路仿真

图6 利用Protel99SE行三极管放大电路仿真

3 结 语

在学生学习电路知识时，只有通过实验操作训练才能更好掌握相关学习内容，电路仿真EDA软件的出现为学生提供了一种简便实用的实验操作途径。伴随着电路仿真EDA软件的不断发展，其功能也越来越完善，可以完成电路图的绘制、电路仿真以及系统的设计与制作。因此，熟练利用电路仿真EDA软件是当前学习电子技术的学生必须掌握的内容。相信通过师生共同努力，一定能够不断完善教学案例，使电路仿真EDA软件在电路实验教学中发挥更大作用。

［1］康华光 ．电子技术基础——数字部分 ［M］．北京：高等教育出版社，2006．

［2］潘永雄，沙河 ．电子线路CAD实用教程 ［M］．西安：西安电子科技大学出版社，2007．

［3］孙世鹏，佟大鹏，毕卫红 ．电子电路仿真软件在理论教学中的应用探讨 ［J］．中国科技博览，2009（11）：172-173．