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伴随时代的不断发展和科学技术的不断进步,人们越来越关注社会生产力的提升。采取科学的方式进行电子电路的设计与工作流程的部署和管理,能够满足当下社会生产力发展的基本需求,也能够促进行业的生产进步。当下我国电子行业发展的过程当中都越来越重视相关的技术升级,采取高效率的生产和设计模式才能够实现对理论的进一步应用,也能够满足实际的生产工作需求。模拟的设计构想在实践工作的验证体系下常常显示出各种问题,需要以更加科学、安全、有效的方式实现对相关工作体系的完善,并在具体的工作当中以实践经验论证设计理念,保证电子行业发展的前景要求。
1电子电路设计的原理
电子电路的设计工作具有相关的工作原理和原则,需要遵循一定的制度和规律进行相关工作的设计,以此实现对工作体系的完善性需求。首先,电子电路的设计工作原理要求,设计的相关内容需要符合整体性要求,在实际的设计工作当中要针对电路工作的各个节点进行监督与功能实践。其次,设计的工作要保证具体功能的落实,针对每个电路的工作职能进行细致的划分。再者,应当进行电路设计的最优化选择,保证电路设计的稳定性和完善性,在实际的工作应用中具备可靠的特征。最后,应当实际的考量到市场经济的价值和效益需求,进行性价比的研究分析并最终完成设计。
2电子电路设计的流程
电子电路的设计工作流程比较复杂,具体的工作内容也具有较高的严谨性和准确性。在实际工作进行的过程当中,应当重视对设计目标的确认,在具体工作中明确电子功能的设计。针对电子产品的核心功能应用进行整体的考量,设计的电路能够符合单一操作的要求,进行优化的职能选择。在设计形成初期进行整体研究,包含对电子电路的测试实践。重视对电子电路的调试和功能定位,保证未来工作进行的顺利要求。重视电子电路功能的设计才是保证产品能够高效率工作和服务的基础,也是确认核心功能和辅助功效的重要工作内容。实现设计初期的检查和测试,能够保证设备未来使用的优越性。
3调试仪器概述
具体的电子电路设计功能测试与调节工作要求的比较准确和细致,在实际的工作过程当汇总需要进行相关仪器的使用和完善,避免当中一些环节出现问题。在调试仪器使用的过程中涉及到众多的零部件,包含万能用的工具表,显示波动幅度的器械,以及信号发出的设备等。针对具体的调试工作进行观察,玩能用的工具表主要是为了测量设备使用期间的电流量和电压力,以及存在的电阻等元素。显示波动幅度的器械主要是为了更准确的测量信号,关注波动变化。信号的发出设备是为了在监测过程中收集信息,确定监测工作准确性和保证基本交流。
4电子电路调试具体流程
电子电路的调试工作可以划分为诸多细致的流程,在具体工作开展的过程中还需要进行整体工作的完善和优化。调试的工作需要进行电路的线路监测,在实际的工作验收中观察通电的效果。调试的工作还需要确保对电子设备的功能监测,保证实际的工作过程能够正常的运作,充分实现对信息传播的要求。在实际工作开展的过程当中要进行电源的调试,减少工作阻碍,进行指标的规范和数据的验收。除此之外,调试工作还可以划分为两种方式,分别是整体和分区域的调试工作。细致的划分主要是为了给保证验收工作的严谨性要求。最后需要针对环境进行监测,考量实际工作需求进行优化处理。
5调试工作需要重视问题
在调试工作进行过程当中还需要重视对工作细节的优化处理,保证人员施工的科学性安排,在实际的操作过程当中需要进行设备功能的优化,确保功能的准确性要求。重视对细节工作的监督和管理,在调试的信息记录中掌握数据中存在的差异,为维护系统工作提供良好的基础,也有助于及时的解决系统工作出现的问题。除此之外,还需要认识到系统调试工作反复执行的重要性,针对测量工作进行反复的操作才能够保证电子电路的设计符合实际生产需求。
6结论
综上所述,本次研究针对电子电路设计的相关工作展开分析和研究,希望在实际的工作过程当中掌握实践的工作经验,在未来的电子电路设计工作当中采取先进的科学手段,实现对相关工作内容的整合,满足时展的进步要求。在传统电子电力设计的相关工作基础上实施切实有效的完善策略,保证基本工作的流畅性原则,在实施科学有效的方式和方法进行相关设计工作的管理,满足实际工作的需要,进行不同线路的测试和验收,保证电子电线设计工作的优越功能。重视对电子电路工作的设计工作,在实际工作开展的过程中进行调试工作的监督与管理,进一步促进我国现代化生产效率的提升。
参考文献
[1]许小飞,方桦.电子电路设计的原则、方法以及步骤探讨[J].电子制作,2016(10):45.
[2]丘嵘,涂用军.基于工作过程的学习情境设计的关键要素及途径与方法——以“电子电路调试与应用”课程为例[J].职教通讯,2013(12):5-8.
1.电子技术课程设计的重点与要求
本课程的重点是电路设计,内容侧重综合应用所学知识,设计制作较为复杂的功能电路或小型电子系统。一般给出实验任务和设计要求,通过电路方案设计、电路设计、电路安装调试和指标测试、撰写实验报告等过程,培养学生综合运用所学知识解决实际问题的能力,提高电路设计水平和实验技能。在实践中着重培养学生系统设计的综合分析问题和解决问题的能力,培养学生创新实践的能力。电子技术课程设计一般要求学生根据题目要求,通过查阅资料、调查研究等,独立完成方案设计、元器件选择、电路设计、仿真分析、电路的安装调试及指标测试,并独立写出严谨的、文理通顺的实验报告。
具体地说,学生通过课程设计教学实践,应达到以下基本要求:建立电子系统的概念,综合运用电子技术课程中所学习到的理论知识完成一个电子系统的设计;掌握电子系统设计的基本方法,了解电子系统设计中的关键技术;进一步熟悉常用电子器件的类型和特性,掌握合理选用器件的原则;掌握查阅有关资料和使用器件手册的基本方法;掌握用电子设计自动化软件设计与仿真电路系统的基本方法;进一步熟悉电子仪器的正确使用方法;学会撰写课程设计总结报告;培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。
2.电子技术课程设计的教学过程
电子技术课程设计是在教师指导下,学生独立完成课题,达到对学生理论与实践相结合的综合性训练,要求本课程设计涵盖模拟电路知识和数字电路知识,因此课程设计的选题要求包含数字电子技术和模拟电子技术。教学环节可以分为以下四个部分。
2.1课堂讲授。
课程设计开始前,需要确定指导老师。由指导老师通过两学时的教学,明确课程设计的要求,主要内容包括课程介绍、教学安排、成绩评定方法等。在课堂教学环节中,指导老师介绍课题的基本情况与要求,要求学生从多个课题中选择一个。
2.2设计与调试环节。
2.2.1前期准备、方案及电路设计。
前期准备包括选择题目、查找资料、确定方案、电路设计、电路仿真等。在确定方案时要求学生认真阅读教材,根据技术指标,进行方案分析、论证和计算,独立完成设计。设计工作内容如下:题目分析、系统结构设计、具体电路设计。学生根据所选课题的任务、要求和条件进行总体方案的设计,通过论证与选择,确定总体方案。此后是对方案中单元电路进行选择和设计计算,称为预设计阶段,包括元器件的选用和电路参数的计算。最后画出总体电路图(原理图和布线图),此阶段约占课程设计总学时的30%。
2.2.2在实验室进行电路安装、调试,指标测试等。
在安装与调试这个阶段,要求学生运用所学的知识进行安装和调试,达到任务书的各项技术指标。预设计经指导教师审查通过后,学生即可购买所需元器件等材料,并在实验箱上或试验板上组装电路。运用测试仪表调试电路、排除电路故障、调整元器件、修改电路(并制作相应电路板),使之达到设计指标要求。此阶段往往是课程设计的重点与难点,所需时间约占总学时的50%。
2.3撰写总结报告,总结交流与讨论。
撰写课程设计的总结报告是对学生写科学论文和科研总结报告能力的训练。学生写报告,不仅要对设计、组装、调试的内容进行全面总结,而且要把实践内容上升到理论高度。总结报告应包括以下方面:系统任务与分析、方案选择与可行性论证、单元电路的设计、参数计算及元器件选择、元件清单和参考资料目录。除此之外,还应对以下几部分进行说明:设计进程记录,设计方案说明、比较,实际电路图,功能与指标测试结果,存在的问题及改进意见,等等。总结报告具体内容如下:课题名称、内容摘要、设计内容及要求、比较和选择设计的系统方案、画出系统框图、单元电路设计、参数计算和器件选择。画出完整的电路图,并说明电路的工作原理。组装调试的内容,包括使用的主要仪器和仪表;调试电路的方法和技巧;测试的数据和波形并与计算结果比较分析;调试中出现的故障、原因及排除方法。总结设计电路的特点和方案的优缺点,指出课题的核心及实用价值,列出系统需要的元器件清单,列出参考文献,收获、体会,并对本次设计提出建议。
2.4成绩评定。
课程的实践性不仅体现实际操作能力,而且体现独立完成设计和分析的能力。因此,课程设计的考核分为以下部分:设计方案的正确性与合理性。设计成品:观察实验现象,是否达到技术要求。(安装工艺水平、调试中分析解决问题的能力)实验报告:实验报告应具有设计题目、技术指标、实现方案、测试数据、出现的问题与解决方法、收获体会等。课程设计答辩:考查学生实际掌握的能力和表达能力,设计过程中的学习态度、工作作风和科学精神及创新精神,等等。
3.电子技术课程设计的步骤
在“电子技术基础”理论课程教学中,通常只介绍单元电路的设计。然而,一个实用的电子电路通常是由若干个单元电路组成的。通常将规模较小、功能单一的电子电路称为单元电路。因此,一个电子系统的设计不仅包括单元电路的设计,还包括总体电路的系统设计(总体电路由哪些单元电路构成,以及单元电路之间如何连接,等等)。随着微电子技术的发展,各种通用和专用的模拟和数字集成电路大量涌现,电子系统的设计除了单元电路的设计外,还包括集成电路的合理选用。电子电路的系统设计越来越重要,不过从教学训练角度出发,课程设计仍应保留一定的单元电路内容。电子系统分为模拟型、数字型及两者兼而有之的混合型三种。虽然模拟电路和数字电路设计的方法有所不同(尤其单元电路的设计),但总体电路的设计步骤是基本相同的。电子电路的一般设计方法与步骤包括:总体方案的设计与方案论证、单元电路的设计、单元电路间的连接方法、绘制总体电路草图、关键电路试验、EDA仿真、绘制正式的总体电路图等。
关键词 电子技术综合设计;实践能力;创新思维
中图分类号:G642.3 文献标识码:B
文章编号:1671-489X(2017)02-0113-02
Reform and Practice of Integrated Design of Electronic Techno-logy//ZHOU Tao, ZHANG Ruimin, LIU Qiao, LI Shuanming, ZHONG Furu
Abstract This article introduces the curriculum reform and practice from the aspects of teaching goal, teaching content, teaching imple-mentation, teaching method, examination method and teaching effect. The reform of the integrated design course of electronic tech-nology will be beneficial to the improvement of students’ practical ability, and to cultivate the students’ innovative thinking.
Key words integrated design of electronic technology; practical ability; innovative thinking
1 引言
随着石河子大学人才培养模式的不断改革,以及社会对高等教育培养具备实践能力、创新思维人才目标要求的提出,实践教学环节作为工科专业人才培养体系中的重要组成部分[1],成为当下大学生创新思维和创新能力培养的重要环节。电子技术综合设计是一门实践性非常强的实训类课程,是电子技术人才培养成长的必由之路。由学生自行设计、自行制作和自行调试电子电路,旨在培养学生掌握综合模拟、数字、高频电路知识,解决电子信息方面常见实际问题的能力,培养学生电子电路设计与EDA(Electronic Design Automation)调试工具的使用方法,以及开展项目管理的基本方法。
2 现状
以往的教学安排中主要侧重电子电路的设计和仿真,留给学生自己用于思考和设计的时间有限,设计基本停留在纸上和计算机上。因此,教学效果很难达到预期的教学目的。虽然W生在参加接下来的相关课程的课程设计、大学生训练计划、全国大学生电子设计大赛、毕业设计时理论分析能力得到提高,但实际设计和调试时却出现大量问题很难得到快速解决的现象。所以,这种教学模式不再适应目前新的人才培养方案对于电子信息工程专业提出的要求以及创新人才的培养。
3 课程改革探索与实践
电子技术综合设计课程的改革与探索主要从课程教学目标、课程教学内容、课程教学实施、教学方法、考核方法和教学效果等几个方面进行。
课程目标 电子技术综合设计将学生已学过的电路基础、模拟电路、数字电路以及高频电路等课程的知识综合运用在该课程中[2],从而培养学生具备电子元器件的识别和选择,电子电路仿真和电路设计软件的使用,电子电路的分析和设计以及实际应用电路项目的开发、管理等综合能力,使学生切实经历从原来课本上的电路到EDA软件的仿真电路再到实际看得到、摸得着的电路的实现过程。该课程是对现有课程体系的完善和补充[3],帮助学生拓展视野,提升学生参加课外科技活动、校级SRP(Student Research Project)活动、国家大学生创新计划以及全国电子设计竞赛等专业竞赛的兴趣和毕业设计的质量与水平。
教学内容 课程的主要内容按照基本知识验证、专业知识综合、创新设计能力培养的原则进行安排,主要包括:常用电子元器件基础知识;常用电子测量仪表的使用;电路仿真软件的使用;印刷电路板的设计与实现;电子电路系统设计方案提出、论证、设计、元件焊接、系统调试;撰写总结报告、答辩等。
1)常用电子元器件基础知识:主要讲解电阻、电容、电感、电位器、变压器等常用元件的区分,还包括一些电子常用术语,比如单面板、双面板、焊盘、焊接面、虚焊、桥接等。
2)常用电子测量仪表的使用:包括万用表、示波器、函数发生器、直流稳压电源的基本使用方法。
3)电路仿真软件的使用:主要讲解电路仿真软件Multisim的使用。
4)印刷电路板的设计与实现:Altium Designer软件中电路原理图的绘制和PCB图的绘制方法。
5)电子电路系统设计方案提出、论证、设计、元件焊接、系统调试:对全班学生进行分组,四个人一组,每组一个设计题目,每组经过方案的提出、讨论、修改、教师审核、论证后设计出电路仿真图,仿真没有问题后设计PCB图,然后制成单面板进行元件焊接、调试。
6)撰写总结报告、答辩:系统设计完成后,每组撰写总结报告,提出系统的优点和设计不足,以及设计过程中自己的心得体会,最后制作幻灯片进行课程汇报答辩。
教学实施 在完成各个教学内容时,课程采用项目驱动的方式使学生在掌握理论知识的同时,实践能力也得到不同程度的提高。整个教学过程分为4个项目进行,通过项目的完成,学生逐步完成课程的学习,综合能力也在不知不觉中得到锻炼。
1)基本元件及电路测试项目。教学内容的前两部分讲解完成后,要求每个学生进行基本元件参数的测试、电路虚焊、双面板线路测试等。通过该项目,学生掌握电子元件与电路测试的基本方法和常用测量仪器的使用方法。
2)电子电路设计和仿真项目。在该项目中,教师首先讲解电路仿真软件Multisim的使用方法,然后以实例设计一个两级晶体管放大电路。在此过程中,教师从元件参数的选取、放大倍数的计算、系统测试和修改等方面给学生进行讲解。讲解完成后,学生参考实例设计一个放大倍数不同的晶体管放大电路作为练习。练习完成后,全体学生设计一个波形发生电路用来产生方波、三角波信号。学生设计过程中可相互交流,碰到问题可询问教师,最终完成项目预期目标。该项目完成后,学生可以掌握电路仿真软件的使用方法和电路设计的基本原则。
3)电子电路制板与焊接调试项目。前两阶段的项目完成后,教师讲解电路制板软件Altium Designer的使用方法和手工腐蚀法制作单面电路的流程,讲解和制作过程以上一个项目中的两级晶体管放大电路为例,讲解的过程中学生如果有问题可随时提出,教师进行解答。最终要求学生自己实现一个两级晶体管放大电路的印刷电路板的绘制,以及电路的腐蚀、焊接、通电调试。通过该项目,学生掌握了电子电路从书本的理论知识到实物实现的过程。
4)C合设计与总结项目。学生按学号进行随机选题,题目内容涵盖模拟电路(如连续可调直流稳压电源)、数字电路(如循环彩灯控制器)、高频电路(如小信号阻容耦合放大电路设计)。题目选定后,题目相同的学生分成一组,组建项目小组。项目组成员提出设计方案,经过理论论证,设计完成仿真电路和PCB电路,然后采用手工腐蚀法实现电路系统的板面布线,最后进行元件焊接和调试。系统完成后,整个课程基本接近尾声,每组学生要对自己的设计方案进行汇报答辩。通过该项目,学生掌握了复杂电路的设计与实现,以及团队合作完成项目设计、管理、总结的过程。
教学方法 课程的教学方法,打破传统理论课程完全靠教师讲授以及实验课程以学生动手为主的模式,采用教师讲授、项目训练、学生参与设计和讨论、分析讲解和答辩的形式。学生有机会表达自己的观点和设计思路,充分调动积极参与的兴趣。
考核方法 课程的总评成绩由5个部分组成:考勤10%+课程表现10%+项目完成情况30%+课程答辩情况20%+课程报告30%。新的考核标准打破原来课程总评成绩主要由平时成绩、设计成绩两部分组成的模式,主要以学生在教学实践活动中的参与度和完成度作为考量,注重学生实践能力和综合能力的培养。
教学效果 经过两周的项目驱动训练和实践环节的总结,学生对于测量仪器的使用更加熟练,对常用电子元器件的选用和封装了解得更为清楚,对电子电路的设计和实现更加有信心,分析问题、解决问题的能力得到了很大的提高。
4 结论
课程改革和实践在石河子大学电子信息工程2012级、2013级和2014级为期两周的电子技术综合设计课程中进行,学生对于课程内容安排和各个环节的设计比较欢迎,加大了学生创新思维和创新能力的培养。课程实施的整个过程侧重基础能力培养,将项目管理理念贯穿整个课程的始终,加大创新能力的培养。学生在后续的毕业设计和课外科技活动中凸显了较强的实践和创新能力。■
参考文献
[1]吴大鹏,黄沛昱.“电子系统综合设计”课程建设探索[J].电气电子教学学报,2014,36(6):41-43.
关键词:多媒体;仿真;电路
中图分类号:G434 文献标识码:A 文章编号:1674-7712 (2013) 06-0172-02
随着半导体集成和微电子技术的迅速发展,集成电路的品种和数量与日俱增,应用也越来越广泛,集成电路变得无处不在。集成电路的使用大大简化了电路的设计,并且使系统及设备的性能指标得到了很大提高。《集成电路原理与应用》课程作为电子测量技术与仪器专业的一门职业技术基础课程,其内容涵盖电路基础、模拟电子技术和数字电子技术等多门课程[1]。在本课程的教学中,我们充分利用了多媒体教学方式,以动画形式展现集成电路的相关知识,大大激发了学生学习的积极性,大大丰富了教学内容,同时,我们充分利用了计算机软件仿真技术,将集成电路的典型应用电路通过ProtelDXP进行仿真实验,摆脱了有限的实验环境的限制,让学生在学习集成电路相关知识的同时掌握了先进的计算机辅助工具,最后,我们给予了学生在万能板上实现电子电路的机会,学生通过亲身体验制作和调试电子电路的过程,让学生具备了一定的分析问题和解决问题的能力,同时收获了通过自己努力实现目标之后的成就感。经过教学实践表明,本课程的教学内容容易实现,安排合理,学生参与的积极性高,取得了很好的教学效果。
一、教学内容的安排
本课程的内容繁杂,讲授时间有限,因此结合我院电子测量技术与仪器专业人才培养方案的要求,将本课程的教学目标定位于应用,教学的重点在于典型集成电路芯片及其典型应用电路的分析讲解、仿真和制作。首先应用线性集成稳压器制作出5~15V可调稳压电源,以供后续的集成电路应用电路使用。接着应用运放集成电路、定时集成电路、功放集成电路、非门集成电路和与非门集成电路制作出贴近生活的电子电路。具体教学内容如表1所示。
二、教学实施的特色
(一)充分利用多媒体教学方式
随着现代科技的发展,我们已经进入了一个信息化的时代,多媒体已经广泛的用于教学领域。多媒体教学以声音、图片、动画等丰富的媒体形式最大程度地调动了学生的视听感官系统,充分展示了教学手段的多样化,改变了传统的“一张嘴一支粉笔一块黑板”的教学模式,为现代教育改革注入了新的生机和活力,从而为本课程改善教学效果带来了福音。
本课程所涉及的集成电路芯片众多,受到经费的限制,不可能一一购买给学生展示,但是采用多媒体教学方式后,就可以将典型芯片的图片一一展示给学生,大大降低了教学成本,同时也丰富了学生的视野。另外,有些集成电路的典型应用电路很多,如果采用板书的方式,受到课时的限制,不可能一一给学生讲解,但是多媒体教学可以迅速地把课程资源显现在学生面前,可以大大节省教师板书的时间,使教师可以传授更多的知识,从而提高教学效率。同时,在电路的展示中配以动画,丰富了电路的生命力,从而大大激发了学生的学习积极性。
(二)充分利用计算机软件仿真技术
随着电子技术和计算机技术的快速发展,电子产品的设计与计算机的联系越来越紧密。作为以社会需求为第一要务的高职教育,在《集成电路原理与应用》课程的教学中,我们充分利用现有硬件条件,充分利用计算机软件仿真技术,培养学生应用集成电路设计和分析电子电路的能力。
我们在教学中使用的软件是ProtelDXP,学生已经在前续《电子CAD》课程中学习了如何使用该软件设计和仿真电子电路。使用ProtelDXP作电路仿真的基本流程[2]如图1所示。
在本课程的学习中,学生在ProtelDXP中通过选择元器件、连接电路、确定元器件参数实现集成电路的应用电路,还可以方便地对电路进行测试和修改,有助于增强学生对学习内容的感性认识,培养学生主动思考的能力,而且可以将本专业所开设的课程联系起来,实现几门课程之间的融会贯通,促使学生学好相关专业课程,并且做到学以致用。
(三)动手制作电子电路
电子产品的设计与制作要求学生有较强的实际动手能力,因此,在本课程的教学中,全班学生以小组(一般4-5人一组)为单位,要求学生在已经绘制好的电路原理图基础上设计出单面PCB图,然后在万能板上制作出相应的电子电路。
学生在电路原理图和单面PCB图的指导下焊接并调试电路。在整个制作和调试过程中,教师主要起指导作用,在必要时帮学生分析故障产生的原因,而学生才是主体,一切问题得由学生自己动手解决,从而大大提高了学生学习的主观能动性。
制作和调试电路在整个教学过程中占用时间是最多的,无论多么简单的电路,总是会有个别小组出现问题。但是,学生正是在不断发现问题、解决问题的过程中加深了对所学知识的理解。另外,电路的调试离不开常用电子仪器仪表如万用表、示波器等的辅助,这也让学生实际体会到了在《电子测量技术》课程所学习知识的实用价值。
三、结束语
在本课程的教学中,通过任务引领,结合先进的计算机技术,学生在学中做,做中学[3],学做结合,充分调动了学生的学习兴趣和积极性,学生的出勤率很高,而且参与率很高。学生通过动手制作和调试电路,学习能力和动手能力有了较大提高,从一开始遇到问题不知如何是好,到最后能够查找电路中的简单故障,可见学生解决问题的能力有了一定的提高。但是,也存在一些问题。首先,本课程的教学对教师的要求较高,教师不仅要具备深厚的理论知识水平,还要了解集成电路在实际应用中的情况,这就需要加强与企业间的联系,在这方面需要进一步加强。其次,在当前的教学中,受到成本和课时的限制,集成电路芯片多采用引脚数量少的插针式元件,避免使用引脚数量多或贴片封装形式的元件,这与当前集成电路在实际使用中情况有点相悖,在今后的教学中需要改进。
参考文献:
[1]向继文,刘昕.“集成电路原理及应用”教学改革[J].中国电力教育,2011,193(6):179-180
1通信电子电路教学改革的必要性
通信电子电路是通信、电子、测控等专业的一门重要的专业基础课程。它的主要内容包括:小信号调谐放大器,高频调谐功率放大器,正弦波振荡器,振幅调制及其解调,振幅调制及其解调,角度调制及其解调,混频器,变频器,锁相环路等。课程涉及的知识面广,与许多课程联系紧密,理论性强,内容较为抽象,实验难度大,授课时间少;它不仅要求学习者掌握好低频电子线路理论和电子器特性的相关知识,而且要求学习者具有较好的非线性数学分析能力[2~3]。本文结合学校自身的情况和要求,对通信电子电路实践教学遇到的部分问题提出改革的建议。
2加强教学内容和其它相关课程的联系,提高教师教学水平
首先,通信电子电路作为高校中讲授通信电路基本组成和工作原理的课程,与高等数学、低频电子线路、信号与系统、通信原理等多门课程的知识体系都存在一定的交叉。在理论教学中兼顾必要的理论知识讲解,重视实际应用的同时不拘泥教材内容,适当引入新知识,摒弃目前不常用的知识,授课过程中避免进行繁琐数学公式的推导,重点突出对通信电子电路概念的物理含义的理解和电路工作基本原理的理解以及通信电路实际应用的学习,从而达到授课事半功倍的良好效果。对于通信电子电路课程存在:课时少、课程涉及内容广、理论较复杂、概念抽象、内容理解困难等问题,教师不仅需要对通信电子电路的课程教学内容进行相应的更新和优化,而且需要提高教师的教学理论水平和加强教师实践环节教学能力。本着“理论和实践相结合”的理念,强调理论教学的同时注重教学过程中的实践环节,不仅能提高学生的学习积极性,而且能促进和强化学生对理论知识的掌握。
3重视电子辅助设计的创新教学,提高学生动手能力
通常在实验教学过程中,验证型实验为主,缺少创新实验。通常学生根据实验目的,实验电路,仪器设备和较详细的实验步骤,通过实验来验证通信电子电路的有关理论知识,最终达到巩固基本知识和基本理论目的。由于实验通常在实验箱中完成,受到元件和实验箱电路的限制,一般给学生提供的创新实验空间很小,通常学生实验的积极性不是很高。根据多年的教学经验和目前通信的快速发展趋势,我们编写了实用的通信电路仿真软件实验教材。通过EDA软件工具,学生可以在计算机上搭建实验平台,对通信电路进行设计、仿真、调试和性能评估,实验内容形象、生动、易懂,学生学习兴趣得到提高,学生的思维得到开拓。通过软件的使用,学生不仅在有限的时间内轻松巩固通信电子电路的理论知识,而且培养了实际的动手能力。同时我们可以将仿真实验与传统实验结合起来,在传统实验前,让学生根据传统实验的具体要求,先使用软件工具对实验电路进行仿真,初步了解本次实验的原理和基本内容,然后在本次实验做的过程中,比较仿真与本次实验中的现象和数据的差别,积极分析产生差别的原因,通过传统实验与仿真实验相结合,充分利用各自的优势,相互弥补各自的不足,学生解决通信电路问题的能力和实际制作通信电路的能力得到了提高,同时理论知识得到了巩固和升华。
4侧重教学和实训紧密结合,加强教学相长
学生完成了整个课程理论课程和实验课程后,我们安排了通信电子电路课程设计的教学内容对学生进行的综合性实践训练,目的是为了提高学生实践能力。在为期两周的综合性实践训练的课程中,我们要求学生在所学的通信电路的基本原理和基本单元电路基础上,紧密联系实际,自己动手搭建通信电路系统。在课程设计过程中,我们坚持以学生为本,主张学生自拟题目,指导老师审核,或者指导老师提供一些难度适中的参考题目由学生选择。在整个课程中,学生首先通过系统的功能框图画出相应的电路原理图,其次运用EDA仿真软件进行电路设计和电路性能的分析与仿真,最后使用元器件搭建相应的硬件电路,实现系统功能。通过通信电子电路课程设计,学生能够掌握所学各环节知识,同时具备了对通信电路的较高的分析能力、设计能力和评估能力。同时学生的分析问题、解决问题、设计电路的能力有质的飞跃,从由元件到电路,最终达到了系统级的认识。通过对通信电路的设计、搭建和调试,学生会遇到理论教学中,甚至实验环节中一些意想不到的许多实际问题,通过和教师共同积极的解决这些实际问题,不仅提高学生的电路设计能力及工程应用能力,而且加强了教师的指导能力,实现了教学相长。
5参加全国大学生电子设计竞赛,培养学生创新能力
全国大学生电子设计竞赛与高等学校相关专业的课程体系和课程内容改革密切结合,推动其课程教学、教学改革和实验室建设工作。竞赛的特色是与理论联系实际学风建设紧密结合,竞赛内容既有理论设计,又有实际制作,以全面检验和加强参赛学生的理论基础和实践创新能力。我校通过参加了4届全国大学生电子设计竞赛,取得了傲人的成绩,培养了一大批既有扎实的理论知识,又有较高实践创新能力的大学生,同时促进了学校的教学改革和实验室建设工作。
1方案
我们的方案是:利用Proteus构建虚拟实验室,教师给出设计任务书,学生在PC机上根据任务书在Proteus上设计电路,并利用系统提供的功能完成电气检查及仿真调试,当仿真结果满足任务书要求后,再在面包板上进行实物的安装调试。下面以数字钟的设计为例加以说明。
1.1进行Proteus软件的讲授
Proteus软件与学生之前学过的Protel99se具有相似之处,其电路原理图的设计流程是一致的,都包含新建设计文档、设置编辑环境、放置元器件、原理图布线、建立网络表、电气检查、仿真、存盘输出的基本过程。在教学中应充分利用知识的迁移作用,把Proteus与Protell99联系起来,使新旧知识建立联系,从而降低学习的难度。在这里主要要求学生掌握Proteus的界面组成、菜单、工具栏的使用方法以及电路原理图的设计流程。
1.2布置任务书
数字钟的设计可以用多种元件来实现,但为了便于组织教学,在任务书中可对元件进行统一规定。任务书如下:设计要求:1)用Proteus画出原理图并进行仿真调试2)在面包板上用6只LED数码管输出显示时、分、秒3)写出详细的设计报告所用元器件:1)集成电路:74LS1606片,CD45116片,与非门74LS005片,CC7555定时器1片,2)电阻:10K电阻2个3)电容:47μF1个,0.01μF1个4)其他:共阴极显示器6片
1.3原理图的设计与仿真
1)教师给出电路框图,并分析各单元电路的功能。电路框图是整个课程设计的总体框架,教师直接给出电路框图,可以避免学生设计的盲目性,提高针对性,数字钟的电路框图如图1所示2)电路原理图的设计这项工作是整个课程设计的核心工作。第一步,教师可对学生学过的555定时器构成的多谐振荡器、计数器、译码器及数码管的知识进行针对性的复习,指导学生查阅74LS160、CD4511、74LS00及CC7555定时器的功能及引脚图。第二步,学生根据教师给定的元件在Proteus平台上行各单元电路原理图的设计。可采用设计与仿真调试交叉进行的方法。按照由易到难的原则,可采用如下的设计顺序:①振荡器的设计与仿真调试;②显示器、译码器的设计与仿真调试;③计数器的设计与仿真调试。设计的基本操作步骤是:①选择、放置元件;②设置元件的属性;③连线。仿真调试的基本操作步骤是:①单击仿真工具栏中的“开始”按钮,即可进行仿真;②系统自动检测电路,如有错误,会有出错提示。或者运行结果不符合任务书要求时,可单击仿真工具栏上的停止按钮;③修改电路;④再仿真,直至运行结果符合要求为止。3)总电路的设计把上述已设计好的各单元电路按照电路框图连接起来,即可得到总电路原理图。4)总电路的仿真单击仿真工具栏中的“开始”按钮,即可进行仿真,如有错误,则对电路进行修改,再进行仿真,直至6只数码管均能正常显示时间为止。
1.4在面包板上完成搭建并调试
经过前期在Proteus上的设计及仿真成功,已经证明电路图的正确性。在面包板上的搭建及调试,主要是锻炼学生的实践动手能力,培养认真细致的工作态度,熟练掌握常用仪器的使用方法。
2注意事项
题目的选取既要符合教学大纲的要求,能充分体现本课程所学的主要内容,使学生在设计过程中能综合应用所学的知识,发挥基本技能,又要尽可能反映科学技术的先进水平,并且具有一定的实用性。就电子技术课程中有关数字逻辑方面的选题示例如下:①简易交通灯控制逻辑电路设计;②波形发生器;③数字温控仪;④抢答器电路设计;⑤音乐彩灯控制器;⑥逻辑电路控制的公共汽车语音报站器。以上选题,除注意使学生的理论知识,技能技巧得以巩固加深,综合和发展外,还考虑了设计的难易程度,工作量大小,元器件造价的高低等等因素。
随着科学技术的发展,大规模集成电路越来越普及,专用集成电路大量涌现,各种新的电子器件不断问世,给课程设计带来了勃勃的生机,不仅大大减少了单元电路设计的工作量,也会把课程设计的质量推上新的水平。各种各样的集成一体化电源的出现,使设计人员减免了电源电路设计计算,器件组装、电路调试诸项工作,只是适当选型即可。数字显示部件中的五合一电路CL413和LCL331等新产品,将计数、锁存、译码、驱动、显示五种功能集于一体,也大大减少计者的工作量,并且这些新产品具有功耗低,高可靠性、寿命长等优点,会大幅度提高设计电路的性能指标。在设计中新产品新技术的应用会大大缩短设计周期。所以,设计内容也要不断更新,难度、工作量、成本核算也要作相应变更,与科学技术发展的步调一致。
简言之,设计选题的原则是,从生产和科研需要出发,选择既能全面考核学生掌握本课程所学知识的程度,能够使学生加深并拓宽综合理论知识,又利于锻炼学生分析问题和解决问题的能力的课题,同时还要考虑学校的课程设计资金情况和教学安排的时间。有些学生在电子技术方面起步较早,对实际电子电路比较熟悉,可鼓励他们自选课题,由指导老师按教学要求进行审定后实施。
保证课程设计质量的关键是充分发挥学生主体性
首先要明确课程设计的重要性。在指导课程设计的动员会上,笔者就向大家讲明,我院工业电气自动化专业,只设置了“电子技术课程设计”,这是学生在校期间进行的唯一由自己设计、实施、完成实际电路的实战训练;大家应该十分珍视这一理论用于实践、指导实践的极好机会;成功的课程设计,对学生一生工作都具有十分重要的指导意义。
其次,在向学生下达设计任务书的同时,要强调课题在生产实践中的实用性,并结合任务书中列出的技术参数与目前生产现场使用的仪器设备进行比较,指出设计课题的先进性和科学性。
最后,要鼓励学生认识自己的价值,肯定自己的能力,树立做好课程设计的信心。例如,揭示学生某些电路在实验课中已经做过,并且做得不错;提示学生某些设计在习题课上或作业中已进行过单元电路参数的计算,逻辑电路的连接:使学生有一种似曾相识的感觉。
全面地评价学生的课程设计质量
北京工商大学计算机与信息工程学院 付 扬
【摘要】设计一种多路输出的直流稳压电源。通过对220V电网电压进行降压、整流、滤波,并以三端可调和固定输出的集成稳压器稳压,得到多路电压输出。设计中依据Multisim仿真,通过不断调试修改电路参数,取得了理想的设计效果。该电源可以满足多种工作电压系统的需求,并在实际中得到很好地使用,具有很强的实用价值。
【关键词】Multisim仿真;稳压电源;多路输出
1.引言
在电子电路和电子设备中常常需要各种不同电压的直流电源,但有些电源只有某一固定电压输出,或有些电源体积偏大,给一些便携式电子产品及小型的电子系统使用带来不变,基于此本设计研究一种多输出便于携带的直流稳压电源,它将电网交流电变为各种需要的直流稳压电源。
为保证设计实现,电路基于Multisim仿真进行设计。Multisim是美国国家仪器公司推出的原理电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件,它具有较为详细的电路分析功能,可以设计、测试和演示各种电子电路。
2.设计任务及方案
设计多路输出直流稳压电源,即输出±(1.25V~20V)任意可调电压;输出±12V电压;输出±5V电压。
设计的直流稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成,如图1所示。其各部分主要完成的作用是:电源变压器将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2;整流电路将交流电压u2变为脉动的直流电压u3;滤波电路将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压u4;稳压电路清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压uo的稳定。
图1 直流稳压电源框图
3.单元电路设计
3.1 变压器降压和整流电路
220V交流电首先要降压,以得到合适的电压值,其降压和整流电路如图2所示。根据设计任务,需要降压电路具有2路输出,电源变压器可选一次输入220VAC,二次输出2个绕组均为20V,其A点仿真波形如图3所示,图中两条曲线分别为输入交流电压波形和降压后的波形,A点相位与输入相同,B点相位与输入相反。
图2 降压和桥式全波整流电路
图3 输入波形和A点降压波形
利用整流二极管的单向导电性,将降压后双向变化的交流电变成单向脉动的直流电,常用的整流电路有单相半波整流电路与单相桥式整流电路两种,本设计采用单相桥式整流电路,其仿真结果如图4所示,图中上面曲线为C点整流波形,下面曲线为D点整流波形。
图4 整流电路仿真波形
设变压器副边电压为:
(1)
整流输出电压平均值Uo:
(2)
由于每个周期内,D1、D4串联与D2、D3串联各轮流导通半周,所以每个二极管中流过的平均电流只有负载电流的一半,二极管截止时,每个二极管承受的最高反向电压就是变压器次级交流电压u2的最大值。
3.2 滤波
整流输出的直流电压脉动分量比较大,为减小脉动,在整流电路之后加上滤波电路。本设计采用电容滤波,电容在高频时容抗小,和负载并联,从而达到减小纹波的目的,电容滤波电路如图5所示。
图5 整流滤波电路
若滤波电路负载开路,则输出电压为。接入负载后,其输出电压取决于时间常数RLC,RLC 越大,Uo越高,脉动越小,同时负载电流的平均值越大,整流管导电时间越短,二极管 iD的峰值电流越大,当时,工程上常取:
(3)
仿真波形如图6所示,滤波后输出电压的脉动程度大大减少,而且输出电压平均值U0提高了,上面曲线是C点波形,此时C为10μF电容,下面近乎直线是D点波形,C为4700μF电容滤波波形。
图6 10μF和4700μF电容滤波波形
3.3 稳压电路
稳压电路采用三端集成稳压器,三端集成稳压器只有三个引脚,即输入端、输出端、公共端。输出电压固定的三端集成稳压器有正输出(LM78××)和负输出(LM79××)两个系列,以上各型号中的××表示输出固定电压值,一般有5V、6V、8V、12V、15V、18V、20V、24V等8种。输出电压可调的三端集成稳压器有LM317、LM117(输出正电压),LM337、LM137(输出负电压),其最大输入电压40V,输出电压范围为⒈25~37V。
4.整体电路设计实现
整体电路设计如图7所示,输出±可调电压由LM317和LM337的E、F输出,其通过调节滑动变阻器RW,输出电压可调,其输出电压计算公式:
(4)
LM7812和LM7912输出G、H分别为±12V,LM7805和LM7905输出M、N分别为±5V,其正电压E、G、M点输出仿真如图8所示,负正电压F、H、N点输出仿真如图9所示,由仿真可见,实现了预期的设计。
图7 多路输出稳压电源电路
图8 分别为E、G、M点输出电压
图9 分别为F、H、N点输出电压
5.结论
基于multisim的实现了直流稳压电源的降压、整流、滤波和稳压设计,实现了多种稳压输出,其设计调试方便,达到理想设计。该设计已经使用到我们电子技能实训的各种电子系统中,使用方便,效果很好。
参考文献
[1]卞文献,何秋阳.Multisim10仿真软件在《模拟电子技术》理论课教学中的应用[J].电子世界,2012.13:162-163.
[2]雷跃,谭永红.用Multisim10提升电子技术实验教学水平[J].实验室研究与探索,2009(4):24-27.
关键词:兴趣导向;项目教学法;教学实践
中图分类号:G642.4 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2013)43-0226-02
兴趣是最好的老师。大学生的综合素质培养及专业技能的提高,若以兴趣对之加以引导,无疑可以达到事半功倍的效果[1]。但是对于学习目标不够明确的学生,单凭一时的兴趣难以在漫长的学习过程中坚持下去。特别是面对比较难学的课程,或者是需要反复训练才能掌握的技能时,学习过程中难免会有学生感觉到枯燥和困难,甚至会中途放弃。因此,单凭初入门时的兴趣和热情是远远不够的。如何在比较复杂的课程学习中保持学生的学习兴趣并逐步引导其深入钻研?这是教师在教学中值得重视的关键问题。甚者,引导学生对某一课程、某一学习任务产生兴趣并自觉深入学习是获得良好教学成果的充分条件。本文拟分别以电子电路设计课程的教学实践进行比较研究,试图找到并总结出相关教学的成功经验及教训,以改良教学软环境,充分发挥学生学习的积极主动性,提高学习效率,进一步改善教学效果。
一、课程设置及教学任务简介
电子技术课程是在授课对象学习了电路原理的基础上,进一步教授其电子学的原理以及电子电路分析及设计方法的课程。电子电路设计课程是电子技术课程应用的延伸,以实践教学为目标,要求教会学生运用所学的电子电路的理论知识,自己选择电子元器件进行系统设计、绘制并制作出某种特定功能的电路以解决实际问题。在学生进行电子电路的设计之前,首先要帮助其明确设计任务[2,3],也就是设计目标电路所要完成或者实现的功能。并且根据这一设计任务及其相应的关键影响因素,进行电路方案的比较选择。其中包括方案中的各个部分,如单元模块电路以及各个模块的接口的设计,电路中元器件的选择和参数计算等。结合现有的实验条件,根据设计作品将来的应用环境及适用范围等设计要求,综合考虑选择出最佳电路方案。然后画出完整的系统电路图,并制作电路板、完成调试应用等系列工作。
二、相关教学活动的组织
面对从未接触过该学科的学生,教师的系统的知识传授和学习指导必不可少。需要学生自己扩充阅读、查找文献;学生之间也需要相互学习、共同合作[4]。本文侧重讲解学生自主参与的有关教学组织情况及其教学效果。在下发设计任务之前,以教师讲解为主。系统地传授电路原理知识、基本的电子元器件及其特性,电子电路的特性及基本的设计技巧等。此后,以教师指导为辅,学生合作学习为主,利用兴趣和项目作为导向,组织开展电子电路的设计教学活动:
1.下发设计任务时,首先要明确设定所要做的电子电路系统的设计要求。以项目任务为引导。
2.根据学生兴趣假定设计题目供选择,并完成分组。其中,小组分配中注意人员学习基础或性别的搭配及人数的均衡。
3.分组进行讨论、设计,并分工合作,开展设计,其中方案的选择包括单元电路的设计和参数的计算以及元器件的选择。
4.根据尽可能发挥小组成员中各自所长的原则,分工合作进行电路的设计图纸绘制、仿真、电子器件的采购、焊接制板、编程控制、作品操作演示等各项工作。
5.进行小组评比,其中引入竞争合作机制,增强学生的学习兴趣和热情。通过作品展示、讲解、设计说明、答辩等一系列环节,最终评定优秀作品设计。
三、教学组织策略的分析及成果对比
传统的教学安排主要以课堂讲授系为主。学生自主参与的意识不强。学生理论知识的掌握比较好,学生对电子电路的设计往往只停留在仿真的阶段。对于实际问题的体会和解决等锻炼远远不足。甚至由于学生的自觉性差,电路图纸的绘制可能不完整,电子元器件的选择、电子电路的制作和调试等环节往往容易被忽略。通过对先后2009及2010两个年级相同专业的班级(两个班级人数、性别比例、生源、基础成绩相差不大,具有可比性)采用不同的教学方式,将其各项能力的培养和教学效果的调研反馈结果进行对比。2009级学生掌握的程度反馈(按百分比)如下:理论85%;绘图70%;仿真90%;制板10%;调试8%。10级学生掌握的程度反馈(按百分比)如下:理论89%;绘图90%;仿真85%;制板95%;调试75%。明显发现,以兴趣和项目导向的教学方式,无论是对学生的图纸绘制、电路板的制作、电路故障查找及调试等实践能力都有更大的提高。即使是对于理论知识的理解,后者由于通过实践环节的锻炼和相关讨论,促进学生加强了对理论知识的进一步理解。特别是通过引入竞争合作机制,加强小组成员之间的合作交流,以及小组与小组之间的比较和相互学习,使各环节的学习效果明显增强。值得一提的是,由于所设计的电路比较简单,部分学生不够自觉,没有严格按照要求去做,仿真环节的锻炼不够。教学时间和设计题目的局限性,需要敦促学生加强对于仿真的学习和进一步提高。
四、经验教训总结
1.以学生为中心的兴趣驱动大大提高了学生学习的积极性和主动性。虽然教师的讲授在前,在之后整个设计过程中任意环节里,教师的引导必不可少。尤其在学生遇到困难时,如何帮助学生,通过问题的解决和进步来巩固学习的热情,进一步提高学习的积极性,是教学全过程教师都需要重点监控的问题。
2.以项目式的任务驱动促使学生加强实践,帮助学生巩固了所学的理论知识,大大提高了解决问题的能力。
3.引入的竞争机制和团队合作相结合,一方面,可以促使组员之间相互沟通和共同协作,有助于培养学生的团队合作精神和责任心。这也是职业人才的必备素养之一。另一方面,小组之间的竞争和相互比照,可以进一步加强学生之间的相互学习,并能客观地看到自身的不足,有利于设计的改进和提高。另外,这种相互学习的方式,也有利于弥补师生比例存在较大差异时,教师精力有限,指导不足的缺陷。
4.以兴趣与项目导向的教学有利于激发学生学习的积极主动性,对于学生持续地钻研探索也有一定的帮助,可以明显提高其学习效率,改良教学软环境,改善教学效果。
参考文献:
[1]季艳.电子专业课教学激趣策略探析[J].无线互联科技,2013,(1):229.
[2]于源.项目教学法在电子技术课程设计中的应用与研究[J].辽宁教育行政学院学报,2010,27(5):84-86.