基于EDA软件的电子信息工程专业综合实践新思路

曹立杰 李松松 李响 宋维波 姜凤娇

[摘 要] 通过分析电子信息工程专业学生实践能力的重要性以及传统实践课程存在的问题，本文提出将多种EDA软件结合，引入综合实践环节，通过学生自行设计电路、分析电路功能、制作印刷电路板、焊接元器件、调试等环节，提高学生综合运用所学知识的能力、实践动手能力和创新能力。

[关键词] 实践能力； 综合实践； Multisim； Protel

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 05. 073

[中图分类号] G64 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2014）05- 0124- 03

1 实践课程的重要性

电子信息工程专业是一个实践性很强的专业，毕业生的工程实践能力， 是本科院校培养方案中毕业生所要具备的基本能力之一，也是用人单位最为关注的能力之一， 因此，如何加强学生实践能力和创新精神的培养，一直是高等教育教学改革的重要课题。

电子信息工程专业传统的实践课程基本都是针对单一技能进行实践训练，学生对所学的知识难以形成知识体系，知识孤岛相对较多。因此，为了加强对学生实践能力的培养，大连海洋大学在制订人才培养方案时特别增加了电子专业综合实践环节，旨在结合本专业所学习的理论课程，探索应用Multisim和Protel等EDA技术进行综合实践的方法，使学生能够将所学理论知识融合在一起，进而熟悉电子产品的开发和制作流程。

2 综合实践实施思路

在综合实践过程中，首先，根据设计的具体要求和其工作原理设计原理图；其次，在Multisim软件中取用正确的元器件，创建仿真电路图，并按要求连线，设置电路参数；最后，调出虚拟示波器、万用表及频谱分析仪等仪表对电路关键点进行检测。以上步骤准备完毕可进行电路仿真，根据电路的要求分析结果是否正确，如果仿真结果不正确，检查原理图设计，直至输出结果符合设计要求。

经过上述步骤，学生已经设计出正确的原理图，并通过仿真验证其正确性。为了让学生将理论知识转化为实践能力，要求学生利用Protel软件进行印刷电路板设计。Protel提供了丰富的元件封装库、元件封装编辑器及各种电子线路布局布线工具，使电路布线方便并能提供线路的智能检查。正确布局布线之后，可以通过Protel生成三维效果图，可观察所设计的产品经过布局布线后是否美观，若有不满意的地方，再进行调整，直到满意为止。

如果制作的印刷电路板工艺比较复杂，可以请专门的印刷电路板制造厂商制作，但是，在实践环节为了让学生对整个工作流程有所了解，所以采用学生自己制板的方法。首先，学生将印刷电路板图打印，通过热转印设备将印刷电路板图转印到印刷电路板上；然后，通过化学制剂对印刷电路板进行腐蚀工艺处理，腐蚀结束，学生要观察有没有被破坏的导线，如有，应修缮完好；最后，焊接元器件，进行功能调试。

具体实施流程如图1所示。

下面以数字电子钟为例，主要介绍在综合实践环节中Multisim和Protel软件如何运用。

2.1 数字电子钟的Multisim仿真设计

数字电子钟是对时间进行计时，可以采用一天24小时或者一天12小时两种计时标准，本设计中采用24小时计时标准。包括如下模块：

2.1.1 秒脉冲发生器

秒脉冲发生器的功能为产生周期为1 s的脉冲信号。由555定时器构成，通过在555定时器外围连接简单的阻容元件，构成多谐振荡器，通过合理设定参数，使得多谐振荡器的周期T = 1 s，占空比q = ■。

2.1.2 秒计时电路

使用74LS160和74LS161设计一个60进制计数器，每个计数周期为1秒，即每经过一个脉冲，秒计时电路计1个数，当计数60秒时，达到1分钟，此时秒计时电路归零、分钟计时电路加1。为了验证电路准确性，在Multisim中先对本部分设计进行仿真，仿真时用信号发生器代替秒脉冲，在数码管上可直观地观察到时间显示，仿真结果如图2所示。

2.1.3 分钟计时电路

分钟计时电路与秒计时电路原理非常相似，使用74LS160设计一个60进制计数器，但它的计数周期为1分钟，当计数60分钟时，分钟计时电路归零，同时控制小时计时电路加1。

2.1.4 小时计时电路

为了设计方便，小时计时电路也取用74LS160，当分钟计时电路和秒计时电路达到59分59秒时，小时记1，依此类推。

2.1.5 显示电路

秒计时电路、分钟计时电路和小时计时电路输出均为8421BCD码，而显示器件我们一般都选用7段数码管，若想使数码管显示正确的8421BCD码，需要在计数器和数码管之间连接显示译码器。

在Multisim软件中，将上述每一个环节都进行仿真验证，最后将整机图进行仿真。经过上述过程，已经设计出数字电子钟的原理图。接下来，设计数字电子钟的印刷电路板图。

2.2 数字电子钟的印刷电路板设计

Protel是一款非常简单、易用的制作印刷电路板工具。在验证了原理图设计正确之后，学生可以应用Protel软件进行印刷电路板设计。在实践过程中发现，通过使用Protel，能充分调动学生的学习自主性，例如有些元件学生需要建立自己的元件封装库、元件引脚间距必须与实际元件一致、放置元器件时要考虑布线安全等问题，这一系列的过程使学生掌握了元件库的建立、布局布线的基本规则与技巧，同时也锻炼了学生理论联系实际的能力和自我创新的能力。

以上设计的数字电子钟印刷电路板图如图3所示，其3D效果图如图4所示。

3 结 论

电子信息工程专业综合实践是课程教学体系中的一个重要环节， 它不仅对学生理论联系实际、加深对理论的感性认识有着非常重要的作用， 同时也是培养学生实践能力和创新精神的主要途径。学生按照老师的设计要求，可以自行设计电路，可以对比不同的输入情况下的输出结果，自主选择元器件，设计性能优良的电路，摆脱了传统实践课程中电路固定、元器件固定等方面的限制。在电子综合实践实施过程中，学生的学习热情被激发，大幅度提高了学生发现问题、分析问题、解决问题的能力，以及学生综合运用所学知识的能力、实践动手能力和创新能力，取得了较好的教学效果。

主要参考文献

[1] 洪澜，蔡修奋，陈敏. 开放式电子实验与 EDA 技术结合的探索[J]. 实验室研究与探索，2010，30（8）：307-308.

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