Microcomputer Applications V ol.27,No.2,2011
技术交流微型电脑应用2011年第27卷第2期
53
文章编号：1007-757X(2011)02-0053-03基于EDA 的数字电子技术教学改革与实践
杨德明
摘要：以就业为导向，培养职业化行为规范为主线，以最新EDA 技术为基础，从教学内容和教学方法与手段两个方面对《数字电子技术》课程进行由浅入深、循序渐进的模块化改革实践，提出了一种具体的可操作性比较强的方法，从而有利于培养学生解决实际问题的能力，提高综合职业能力和创新能力。
关键词：数字电子技术；模块化；项目教学法；EDA 辅助教学
中图分类号：G42文献标志码：A
0引言
《数字电子技术》是自动控制、机械电子、通信、计算
机应用等工科类专业的专业基础课，不仅与工程分析、设计
及计算紧密相关，而且具有很强的技术性和实践性，是许多
后续课程的基础。传统的教学内容按照课程学科体系进行，
对如何构建数字系统方面却没有涉及。学生学完课程后，只知道有各种逻辑功能的器件，却不知道它们在数字系统中有什么用，更不懂职业化的行为规范；在教学方法上一般是注重知识的积累和教师在课堂上的授课：先理论后实践（甚至课堂理论讲授与实验室做实验各自独立却同时进行），理论与实践教学相分离，使学生处于被动接收状态，这至少有以下缺点：①内容枯燥，特别是在基础知识入门阶段，概念繁多。由于没有成就感，学生在潜意识中容易产生读书无用的认识，进而失去耐心；教学受困于传统的课堂授课和指定的教
材，对教师的“教”依赖性严重，常常处于被动应付考试状
态，忙于复习教材和应付练习题海战；
②由于没有充分发挥学生主动学习能力，造成优秀人
力资源的浪费。
③即使一些自律能力强的学生坚持学完后，分析电路
可能头头是道，但要他真的设计制作一个数字电路系统往往
是不会查手册、不会选择器件、不会连接电路、不会调试系
统。
如今，知识更新的速度不断加快，社会各行业对人才的
竞争尤为激烈，对人才质量的要求也越来越高，这都给现代
高等教育的教学内容，教学方法提出了更高了要求，传统方
式已不能适应新形势的需要，必须要改革和创新。1教学模式的改变
在保持《数字电子技术》课程技术理论完整的指导思想
下，采用由浅入深、循序渐进的任务驱动方式，即在明确各
个学习目标的前提下，通过“从实际工作和生活中引出的一
个个具体的逐步推进的应用案例→工作任务分析→相关知
识学习→任务实施、完成”4个环环相扣的步骤达到学以致用、理论与实践的有机结合。在操作上：注重任务导入点的实用性，经过层层分析后引入相关的知识点。在介绍数字电路知识的同时，重点说明基本知识与实际应用的内在联系。讨论了解决问题的关键知识点之后，仍然回到设计具有挑战性的解决问题上，并尽可能地拓展它，创造机会让使学生拥有更多的自主权，进入后续独立探究或小组探究，力求使学生在学习知识的过程中，体验职业化的乐趣。
具体地讲：针对每一堂课确定的要达到的能力目标，采
用实例剖析→电路分析→出自己的知识盲区→通过各种
技术手段把自己不明白的知识点消化→所解决提出的问题
→发现不足，提出改进措施。
根据数字电路的学科体系与教学内容的实际，把整个内
容划分为数字电路基础知识→组合逻辑电路→时序逻辑电
路三个循序渐进的核心项目展开。考虑对授课课时进度的把
握，每个项目分为既有内在联系又在形式上相互独立的两个
任务来完成，参见图1
。图1数字电子技术模块化划分及模块之间的关系授课内容和方式对学生具有很大的影响，由于采用了任务驱动模式组织教学，所以在教学内容和教学方式方法上进行了配套改革。
2教学内容的调整按照以实际工作流程方式为主线，进而引导学生进入职业化工作状态的思路：①考虑实际工程需要，舍去复杂的理论分析，注重理论分析结果的应用；把握“理论知识以够用为度、注重技能培养”的教学原———————————
作者简介：杨德明（1968-），太原理工大学阳泉学院机电系，山西阳泉，045001
Microcomputer Applica tions V ol.27,No.2,2011技术交流微型电脑应用2011年第27卷第2期5则，教学内容中减少了有关器件内部结构的分析过程，着重
介绍器件(或集成元器件)的作用、主要参数、使用方法。适
时增加“特别提示”小模块，提请学生注意使用中的注意事
项，注重理论联系实际。
②从人性化出发，使用通俗易懂的语言解说重点内容；
教学内容突出工程技术应用性，让学生感觉到学有所
用。使用富有亲和力的语言可以降低学生的畏难情绪，引发
学生的学习兴趣，充分调动学生的主动性和参与意识。
③采用大量清晰的最新的电子元器件实物照片，努力
减小与现实实际工程应用差距并争取同步，增加学生感性认
识和进一步提高学生学习兴趣；
考虑到硬件限制，大多情况下，毕竟不可能把课堂转移
到实验实训场所进行。如果把教学全部现场化的话：一是投
资巨大，因为电子技术发展迅猛，更新换代太快，不断增加
multisim怎么改成中文
硬件投入会加大办学成本；二是学生一般活泼好动、自持能
力较差，现场授课不容易把学生注意力集中到授课焦点上，
而且还有可能由于专注于教学而对学生监管出现纰漏，意外
损坏设备，反而使授课效率降低、效果变差。
④为培养学生求真务实精神，案例数据、参数从电子
器件厂家网站或配套手册中引用，避免闭门造车。
这样做不仅更加贴合实际，同时还可传授、数
据检索方法与手段。现在有许多学生，上网时间不少，但简
单重复动作居多，获取真正有价值资料的方法太单一，不能
适应如今信息爆炸化增长时代的需要。
⑤电路符号采用国际通行ANSI 标准形式；
目前国内高校普遍存在知识更新快和教学内容更新相
对缓慢的矛盾。电路符号采用国际通行ANSI 标准形式的好
处是可以方便学生查阅美、日、台湾等同行的文献资料，降
低和国际接轨的难度，能尽快消化吸收先进技术。在日益提
倡教育要走向国际化，培养面向世界、能在国际环境中与同
行交流及合作、开展专业工作与科研人才的今天，也可以当
作是双语教学的一个突破口。
⑥本着宁缺毋滥的原则，精选习题。
习题不仅仅是用来检验学生对基本知识的掌握情况，还
要担负起举一反三、拓宽知识面的作用。过多过滥的题海战
术与素质教育是背道而驰的。
⑦适当补充“拓展阅读”材料，培养学生自学能力，
适应将来多变工作环境。
通过对“拓展阅读”材料的消化吸收，不仅拓宽了学生
知识面，加深对基础知识的认识，更好地实现理论与实践结
合，更重要的是可以逐步培养学生自学能力。只有学生自己
学会走路，才可能翻山越岭。3教学方法与手段的改进①适当采用多媒体辅助教学。板书授课的传统方
式有一定的缺点，如：占用课时稍多，知识面相对窄，很多内容无法展开(特别是数字电路中有许多大型的电路图和波形图，传统的板书不能很好的表达)，不如采用多媒体灵活、方便。但板书这种传统经典方式在逻辑性、示范性以及和学生的互动性要好，特别有利于教师实
时动态地把握学生现场接收情况，从而灵活机动地控制教学进度，因材施教，这是多媒体教学所无法替代的。因此，在多媒体使用上要注意度的把握。②以专业EDA 技术为支撑，根据教学内容灵活选择。社会进步的标志是看用什么样的工具生产而不是看生产什么，数字电路的教学课改也不例外。在用于辅助教学的多媒体课件制作过程中，要尽量控制像PowerPoint 、Flash 这种纯展示软件的使用，少做些华而不实的工作，特别是要把握好用于现场效果音视频资料的使用尺度。搞不好的话很容易分散学生的注意力，反而会降低学习效率，毕竟学习数字电路的主体对象是大学生，是有一定自制能力的。目前在我国具有广泛影响的EDA 软件有PSpice 、OrCad 、Electrical Workbench 、Protel 、Edison 等，各有特。图2是根据自己和借鉴同行多年教学使用经验基础上综合
考虑各模块内容与各软件特后的选择。图2数字电子技术各核心模块与支撑软件关系图3.1项目一的选择——Edison 在数字电路基础项目中，学生刚接触数字电路，首先应当给其一个很好的感性入门。Edison 是匈牙利Designsoft Inc 公司设计推出的电子电路仿真分析、设计软件。其实体的零件造型如同置身于真实电路实验室的感觉，交互性非常强。加上相应的声、光效果，让学生在不知不觉中学习知识，同时，还可以弥补实验仪器、元件少的不足以及避免仪器、元器件的损坏。特别是Edison 提供了仿
真度非常高的数字面包板，用之一步步动态配合课堂教学和做虚拟数字电路实验，就如同在实验实训环境中安装调试一样(完全没有那种纯展示性课件带给学生满堂贯和应接不暇的感觉)：每个元件都形象逼真，甚至电阻值一变，其上边的环都做相应改变；如果仪器仪表的量程设置不当时，会模拟现实那样导致器件损坏；维修更换损坏零件和设备时，也同真实物理操作相近，对学生非常有吸引力。更难能可贵的是，随着实验的进行，会同步生成相应的电路原理图，自然而然地把学生的认识从感性引向了理性，实现认识上质的飞越。3.2项目二的选择——Multisim 在组合逻辑电路项目中，Multisim 有着非常大的优势，使用之可以大大提高组合逻辑电路分析与设计的效率。Multisim 的前身是Electrical Workbench ，简称EWB 。Electronic Workbench 是加拿大Interactive Image
Technologies 公司于20世纪80年代末、90年代初推出的专
门用于电子线路仿真的“虚拟电子工作台”软件，可以将不同
类型的电路组合成混合电路进行仿真。升级为Multisim 后，
更提供种类齐全更符合实际的虚拟电子设备与众多著名电
子设备厂商的电子产品数据库仿真，如同操作真实设备一
样；还可直接打印输出实验数据、曲线、原理图和元件清单
等。特别的，Multisim 提供了Word Generator,Logic Coverter
和Logic Analyzer 3个强大的数字电路工具：使用Word
Generator 可以产生各种变化的数字信号；使用Logic
Coverter 可以在逻辑电路、真值表和逻辑表达式之间进行转
4
Microcomputer Applications V ol.27,No.2,2011技术交流微型电脑应用2011年第27卷第2期55
换。有了Logic Coverter 后，就可以大大减少公式推导与逻
辑图绘制时间，传统的逻辑函数化简方法像代数法、卡诺图
法只需要简单分析介绍一下，授课效率大大提高；Logic
Analyzer 是一个16路的逻辑分析仪，可以用来实现数字信
号的高速采集和时序分析。
3.3项目三的补充——Quartus Ⅱ(前身是Max+plus Ⅱ)。
数字技术的发展日新月异，必须让学生了解其发展方向
和跟上时代前进的步伐。授人以鱼不如授人以渔，让学生掌
握最新的EDA 技术势在必行。
如今，EDA 的内涵发生着两个方面的变化：一是电路
元器件之间，即芯片外部设计自劝化；二是以FPGA/CPLD
为标志的可编程逻辑器件技术使得芯片内部设计自动化。
Lattice ，Xilinx 和Actel 公司推出的FPGA/CPLD 芯片和开
发软件都是非常有代表性的。
Quartus II 是Altera 公司推出的FPGA/CPLD 开发工具，
提供了完全集成且与电路结构无关的开发包环境，具有数字
逻辑设计的全部特性。使用Quartus 不需精通器件内部的复
杂结构，可以用自己熟悉的设计工具（如原理图输入或硬件
描述语言）建立设计，Quartus 会自动转换成最终所需的格
式。其设计速度非常快，对于一般几千门的电路设计，使用
Quartus ，从设计输入到器件编程完毕，用户拿到设计好的
逻辑电路，大约只需几小时。设计处理一般在数分钟内内完
成。特别是在原理图输入等方面，Quartus 被公认为是最易
使用，人机界面最友善的开发软件，特别适合初学者使用。4补充、完善与提高
根据学生的学力和考虑将来宽口径就业需要。在上述基
础上，通过“完成一个完整的数字电子产品”这条主线，把
学生的知识面加以扩充和完善。
①补充电路板印制（PCB ）知识
电路原理图完成以后，还必须设计印制电路板图，最后
由制板厂家依据用户所设计的印制电路板图制作出印制电
路板。所以要了解印制电路板结构、元器件封装等印制电路
板图的基本元素知识等，介绍像Protel 、Ultiboard 这种常用
电路板制作软件的使用流程及其优缺点。
National Instruments 提供的Circuit Design Suite 电路设
计综合解决方案中与Multisim 配套的Ultiboard 软件包除提供强大的自动布线(Autoroute/Start/Resume Autorouter)、自动优化(Autoroute/Start Optimization)与布板(Autoroute/Start Autoplacement)技术外，更拥有独特的三维虚拟显示技术，不仅在元件放置时就可同步查看封装外形，还可以在三维中动态(使用鼠标拖动实现3600全方位)观察电路板组装和完成后的外形情况，更可使用Internal View （内部视图）观察多层PCB 的层与层之间的视图。②产品外形设计知识一个完整的电子产品只有内部电路板是不够的，还需要外壳作机械支撑。根据课时和学生兴趣，可向学生推荐介绍像Pro/E(Pro/Engineer)这样的从
设计至生产的机械自动化软件。此外，还应适时对各种辅助软件的最新版本和主流使用版本进行比较，像EWB 和Multisim ；Maxplus 和Quartus 等，使学生既能快速进入工作状态，又能把握发展方向。5结论以尽快适应职业环境为导向，以循序渐进的任务驱动式教学为主体的《数字电子技术》的教学改革，特别是借助于专业的、强大的计算机EDA 辅助设计技术，激发了学生学习的积极性，使学生由被动接受变为主动的学习，是一种投入少、收效大、适应性强的教学方法。不仅使学生掌握了实实在在的工作方法，增加了分析解决问题的能力，更重要的
是培养了他们的创新能力与职业岗位适应能力。
参考文献
[1]付兰芳，李长安，李良洪，赵慧敏，沈虹.国内外电工电子课程教学方法和内容对比研究[J].南京：电气电子教学学报,2009,10.[2]江捷.从“数字电子技术”课程看中英两国本科教学差异[J].南京：电气电子教学学报,2007,6.[3]朱红卫.现代数字电路设计学习与指导与题解[M].武汉：华中科技大学出版社.2008,3.[4]陆滢.高职高专《数字电子技术》课程改革设想[J].无锡：无锡南洋学院学报,2006,6.
（收稿日期：2010-04-10）
（上接第50页）
5结论
本文提出并设计完成了一种基于Zigbee 技术和GPRS
技术的智能家居远程监控系统。将两种技术结合起来应用在
智能家居系统中，实现了快速率，低成本，低耗能，远距离
无线通信网络。利用Linux 支持多线程及实时性等特点设计
出的远程监控系统具有性能可靠、采集速度快、软件可扩展
等优点。我们可以在此基础上构建更复杂的方案以用于其它
领域。参考文献
[1]侯俊，吴成东.基于ZigBee 的智能家居安全监控系统研究[J].安防科技,2009,3.[2]李文仲，段朝玉.ARM9微控制器与嵌入式无线网络实战[M].北京：北京航空航天大学出版社,2008.5.[3]韦东山.嵌入式Linux 应用开发完全手册[M].北京：人民邮电出版社,2008.8.[4]孙爽妍，戴学丰.基于ARM 的CDMA 无线数据传输系统的设计与实现[J].通信技术,2009,2(42):33-35.
（收稿日期：2010-04-02）

版权声明：本站内容均来自互联网，仅供演示用，请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系QQ:729038198，我们将在24小时内删除。