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关键词:电路;教学设计;教学实践;数字化教学
作者简介:喻学锋(1977-),男,湖北黄石人,武汉大学物理科学与技术学院,副教授;李茜(1990-),女,青海民和人,武汉大学物理科学与技术学院硕士研究生。(湖北?武汉?430070)
基金项目:本文系2012年武汉大学教学研究项目的研究成果。
中图分类号:G642?????文献标识码:A?????文章编号:1007-0079(2012)28-0051-02
二十一世纪是数字化的时代。数字技术,是指借助一定的设备将各种信息,包括图、文、声、像等,转化为电子计算机能识别的二进制数字后进行运算、加工、存储、传送、传播、还原的技术。[1]数字技术改变了人们的生活,也正冲击着教育。近年来,一些教育工作者提出了数字化教学理念,相应的教学研究和实践也逐步展开。如何发挥数字技术的优势,开展教学活动,实现课程的数字化教学,成了当今教育工作者所广泛关注的问题。[1]
一、什么是数字化的电路教学
对于一门课程来说,所谓数字化教学,主要包括教学内容的数字化和教学手段的数字化。教学内容的数字化,主要指利用数字技术把电路课程中所具有的电、磁等信号转换成数字信号,或把语音、文字、图像等转变为数字编码,用于传输、处理与分析。教学手段的数字化,主要指利用数字化工具教学,如利用计算机和投影等设备授课,利用计算机网络教学,利用电路仿真软件改造电路实验等。综上所述,数字化电路教学的实施过程就是信息技术全面改造电路课程的教学过程,是数字化技术在电路教学中整合和灵活运用的过程,也是教学改革中技术路线改革的实践过程。[2]
二、数字化电路教学的必要性
如同黑板、粉笔等出现后,班级教学代替了私塾式教学,数字化技术的发展也必然引起新的教学革命。而对于“电路”课程,数字化教学显得更为必要:
1.数字化教学可以极大地增加“电路”课堂教学的信息量
“电路”课程中包含了大量的文字信息和图像信息。传统教学手段以板书为主,过多板书和手工画图会影响学生听课效果,使得学生对老师传授内容缺乏积极思考的过程。利用数字化形式,以其大容量、多样性、高效率等优势,可极大地增加课堂教学的信息量。笔者在教学实践中发现,应用数字技术进行电路课堂教学,其展现的信息量是传统教学模式的1.5~2倍。并且,数字化教学可以将教师从板书中解放出来,节约出的课堂时间可用来补充讲解教学中的重点、难点,从而扩大授课的范围,增加学生的知识面,提高电路教学的效果。
2.数字化技术可以使枯燥的电学知识形象化
“电路”这门课名词术语、概念、特征数值均多且描述繁杂,学习记忆起来比较枯燥。而数字化技术的多样性表现手段可以将教学需要的文字、图像、声音等多媒体素材与应用程序集于一体,使抽象的名词能直接与相应的图像结合,形象生动,让学生在学习过程中通过多种媒体信息源的刺激,使本来单调烦琐的内容变得易于理解和记忆。并且,由于电路器件属于微观形态,往往难以用语言表述清楚其形态、位置、结构,而通过数字技术形象化的展示,会有百闻不如一见之效。
3.培养学科兴趣和开拓专业视野的需要
“电路”是电子科学与技术、电气工程和电子信息类专业的一门重要的技术基础课,也是学生接触的第一门电学课程。因此,使学生在高效率掌握知识的同时,培养学生对电学这个学科知识的兴趣非常重要。而数字化技术可利用多方位的数字化元素,如视频、图像等,给“电路”课程教学带来的趣味性,可大大增强学生对电学相关知识的兴趣和求知欲。并且,通过建设“电路”课程网站,可共享相关多媒体课件,并进行网上答疑,这无疑又能扩大学生的眼界,增强学生的辨识能力,同时也会密切师生关系,产生亲和力,进一步增强学生学习电路课程的热情。
三、数字化“电路”教学的设计
利用数字技术设计“电路”课程的数字化教学模式,是一项十分艰苦而有意义的工作,下面就课堂内外的教学活动讨论数字化“电路”教学的设计方式。
1.设计数字化的课堂讲述模式
关键词:电网企业;电子沙盘;教学
1 引言
电网企业模拟竞争的沙盘是在手工沙盘的基础上设计出来,本套沙盘预计的功能是是使用者可以通过联网对抗的方式实现电网企业沙盘的学习。本套电网企业沙盘模拟训练是通过模拟电网企业整体运营过程,使受训者在分析市场、制定战略、安全生产、服务营销和财务结算等一系列的活动中,领悟科学管理规律,提高电网企业全面运营管理能力。它可以帮助参加培训的学员深刻理解电网企业的战略管理、电网建设、电网运营、安全管理、团队建设、电力营销,并能有效提高企业管理人员的战略意识、安全意识和服务营销意识。
2 电子沙盘的设计思路
该软件主目录包含:主页、决策、结果、电力科普。
2.1 主页
这一部分主要小组成员负责人的信息、小组成员和小组简介。目的是增加各小组之间的联系和了解,增强各小组的团队意识和团队协作的能力。
2.2 决策
包括:市场前景、需求预测、生产与投资、营销、财务、运营管理等六个模块。
2.2.1 市场前景以及需求预测模块
用户根据市场前景作出相应的需求预测。
定性分析电力需求主要因素:(1)电价对需求的影响。(2)电力投资对电力需求的影响。(3)城乡居民生活质量的提高对电力需求的影响。(4)互补商品(煤炭等)替代能源(太阳能等)对电力需求的影响。(5)需求侧管理对电力需求的影响。(6)新经济对电力需求的影响。(7)经济增长、经济结构、居民收入生活水平对需求的影响。(8)消费者的偏好、对价格的预期对于需求的影响。
定量分析电力需求——预测模型包括电力弹性系数法,该方法是一种宏观预测方法,着重研究经济发展与电力发展的关系,对于国民经济规划有一定参考价值;以及自回归法(AR)、移动平均(MR)自回归移动平均法(ARMA)和自回归整体移动平均(ARIMA)和一般指数平滑等一系列方法,至今已经拥有了一些较为成熟的方法及模型,并取得更加精准的结果。
2.2.2 生产与投资模块
主要包括生产安排和购电以及投资三部分。
变电容量是衡量电力公司的业务能力的重要指标。
这一模块用户要预测最高用电负荷利用小时,推测出最高用电负荷。再根据容载比的要求推算出现期和预期变电容量的大小,已决定现期的生产能力分配和未来的投资计划。
在购电环节中,根据在需求预测中预测出的售电量再根据一定的线损率预测出购电量。在根据购电量的大小推算出各电厂的发电设备平均利用小时,以调控水电站和火电产的发电活动。
目前中国主要有火力发电和水利发电为主,两者比例基本为7:3。并且水电具有季节性差异。夏秋发电多,冬春发电少。
2.2.3 营销、财务、运营管理模块
首先要解决一个普遍的认识误区:电力行业不需要市场营销。其实不然,虽然电网公司虽属于自然垄断,它也需要进行市场营销。能源市场主要的竞争者有:自备发电厂的工业企业、天然气、石油等能源。但电网公司的销售电价受政府管制,所以电网公司的营销活动主要表现在扩大售电量方面。在提高售电量方面电网公司努力地方面:服务营销,提高电力产品质量,提高供电可靠性,增加广告费,增加市场营销人员,增加检修维护人员。
资金是企业的血液,是企业任何活动的支撑。财务融资的主要方式有:贴现、短期借款、长期借款。三种方式的融资方式的利息及还款方式各不相同。
运营管理主要的费用支出有:行政管理费用、安全监管费用、运营维护费用、技术研发费用、成本控制费用、风险管理费用等。增加这些费用的投入可以改善企业的形象,提高公司的售电量,并且可以降低不必要的损耗,降低线损率,增加公司的利润,增强公司的盈利能力。
2.3 结果
结果界面主要包含资产负债表、利润表和电网公司主要财务指标。电网公司的指标体系分为财务指标和非财务指标。财务指标根据杜邦分析体系,主要有权益乘数、总资产周转率、销售利润率。非财务指标主要有:线损率、供电可靠率、用电负荷率。
2.4 电力科普
该界面主要用来普及电力知识,加深大家对电力行业以及电力系统的理解把握。通过链接一系列的电力系统知识的网站,使同学们对电力方面的知识有进一步的了解,也加强了沙盘模拟课程的教学意义。网站主要包括:国家电网网站、南方电网网站、电力监督管理委员会网站、国电集团网站、华能集团网站等一系列电力发输配变系统的公司以及行业的网站。
3 电子沙盘在教学中的意义
沙盘模拟通过对企业经营管理的全方位展现,通过模拟体验,可以使学员在以下几方面获益:
学员将学会用战略的眼光看待企业的业务和经营,保证业务与战略的一致,在未来的工作中更多地获取战略性成功而非机会性成功;学员将学会如何分析市场、制订营销战略、定位目标市场,制订并有效实施销售计划,最终达成企业战略目标。学员将充分运用所学知识、积极思考,在不断的成功与失败中获取新知;团队成员将清晰掌握财务报表的结构;掌握资本流转如何影响损益;解读企业经营的全局;以最佳方式筹资,控制融资成本,提高资金使用效率。
4 结论
沙盘模拟作为企业经营管理仿真教学系统还可以用于综合素质训练,使学员在以下方面获益: 1、树立共赢理念;2、全局观念与团队合作;3、保持诚信,是一个企业立足之本,发展之本。4、个性与职业定位,在分组对抗中,有的小组轰轰烈烈,有的小组稳扎稳打,还有的小组则不知所措。通过沙盘的教学可以使学员了解自己的问题,更清楚的认识自己,以便将来做出自己正确的职业选择; 5、感悟人生,在市场的残酷与企业经营风险面前,是“轻言放弃”还是“坚持到底”,这不仅是一个企业可能面临的问题,更是在人生中不断需要抉择的问题,经营自己的人生与经营一个企业具有一定的相通性。
在沙盘模拟中,学员经历了一个从理论到实践再到理论的上升过程,把自己亲身经历的宝贵实践经验转化为全面的理论模型。学员借助沙盘推演自己的企业经营管理思路,每一次基于现场的案例分析及基于数据分析的企业诊断,都会使学员受益非浅,达到磨炼商业决策敏感度,提升决策能力及长期规划能力的目的。
参考文献
[1] 俞义樵. 将ERP沙盘对抗引入高校实验教学的尝试[J]. 实验科学与技术,2006(6):93-95
[2] 陈国霖. 开展ERP沙盘教学,培养应用型人才[J].长沙理工大学学报(高教版),2007,2(3):59-62
【关键词】中职学校;电子电路设计;音响设计;创新教学
中图分类号:G420 文献标识码:A 文章编号:1673-9795(2014)05(c)-0000-00
与中职学校的其他专业相比,电子专业对于学生的动手实践能力要求更高。因此在进行电子电路设计课程的教学中,应当充分将理论与实践结合起来进行教学。但是受教学资源和教学条件的限制,部分中职电子电路设计专业教学仍然以理论教学为主,只注重学生在CAD软件上的操作是否熟练,而忽略了电子电路设计的实际应用。以下笔者就结合自己的教学实践经验,来谈谈电子电路设计实用性项目的创新教学方法。
1、开展实用性项目教学的必要性
一般来讲,电子电路设计工作都是在CAD软件上制作完成的,因此现如今很多中职电子专业在教学中往往只将教学实践的重心放在培养学生的CAD制图能力上,也就是说,中职电子电路设计教学除了进行理论教学以外,就是对学生进行CAD软件应用能力培训,并认为这样就能够培养出优秀的电子电路设计人才。然而事实上却并非如此,很多学生在进入企业进行实际生产时,仍然不能在短期内掌握生产设计要领,实践能力很弱。
基于此,我们应当了解到,电子电路设计课程的教学内容不但要包括理论、CAD软件,还要包括一些实用性项目,也就是要培养学生对于PCB板的设计能力,包括对PCB板的布局和布线进行合理设计,从而使产品设计达到相关质量认证要求。
2、开展实用性项目创新教学实践的方法
通常在中职电子电路设计课程的项目式教学中,包含了绘制单管放大电路原理图、制单片机系统层次原理图、绘制元件原理图、单管放大电路PCB板设计、单片机系统PCB板设计、U盘PCB板设计和PBC封装设计几大项目。在本文中,笔者提出可以在此基础上增设一个新的项目,即音响电路PCB板的设计项目。
之所以要提出在电子电路设计项目中增设音响电路设计,是因为当前的电子产品基本上都会配备语音系统,而电子产品的发展又是趋势于轻巧、单薄的方向。也就是说,现代电子产品对电子电路板的密度要求越来越高,PCB板的密度大小、精度高低都直接决定着其性能好坏。而在PCB板的设计中,若布线过于紧凑,会出现严重的干扰,因此要增大密度,就必须要提高PCB板的抗干扰能力。为此,我们应当将音响电路PCBLAYOUT设计也作为电子电路板设计的一个重要项目内容。
3、基于实用性的音响电路设计项目实践
音响电路的PCBLAYOUT一般由集合数字电路、模拟电路和高频电路组成,在对其进行设计时应当充分考虑到电路板的使用稳定性。而影响其使用稳定性的主要因素有电源、接地和信号线处理等,这些因素对电路板的抗干扰性影响也较大。为此以下我们重点对这三个因素的实践处理方法进行探讨。
3.1电源的处理
在组合音响的使用电源种,运用到很多降压、稳压电路,所以在做线路图时就应当把他们分开。但是在选用降压呵稳压电路时,必须要考虑到承受工作的电流问题,在同一组电压给不同模块时应当将磁珠分开。
3.2地线的处理
在做组合音响的地线处理时,必须要考虑的就是电流问题。
我们都知道一个原理,那就是电源从哪里来,那么底线就要回哪里去。比如一个5v的电源,它给CD部分供电,那么CD部分的地也要回到5v电源的地上,如果这个5v电压是经过12V降下来的,那么它的地也就再回到12V电源的地线上,都是一级一级串起来的,最后到总电源输入的地上。
DA解码芯片的地线、FM音频输出的地、DECK的地、AUX输入的地、LINE IN输入的地都应该直接接入到功放的地线上。很多时候,我们画功放电路都会想到单点接地,都想把所有地都接入到滤波电源的电容上,认为这个地方的地是最干净的,其实还是有局限性。因为AUX输入的是音频信号,电压的幅度起伏不定,功放的电流波动也很大,也就造成功放的地不稳定。
喇叭的地要接到电源地上,不能放在功放的IC地上,众所周知,功放的IC地上是存在一定电压的,如果把喇叭的地接放到这里,不仅输出功率降低了,还相当于是吧喇叭的地与功放IC的地接在了一起,这样使得喇叭的地变得更加不稳定,电压相对也起伏加大了。
3.3信号线的处理
在模拟功放里信号线已经很少,一般只有声道。
在音频输入输中间要用地线隔开,最好音频线的两边要用地线包起来。
LR声道线上的滤波电容要离开得远些(在音频信号幅度很大的时候,这点影响很明显)。相隔太近,容易引起失真,串音。
在电流很大的信号线电源及地线上可增加露铜区,在过波峰焊的时候露铜的地方会沾上锡,从而减少铜铂上的阻抗,一般是在地线上,或者音频输出线上。
3.4音响产品的PCB工艺
贴片元器件基本上和MP3的工艺是一样的。音响产品使用到插件的物料很多,所以在焊接上可能还会使用到波峰焊,因此在一些插件元器件中和贴片是不一样的。
在一些大的焊脚上需要增加SOLDER缺口,以便过波峰焊的时候,不至于出现连锡,但是过波峰焊的方向一定要和缺口方向一致。
3.5认证
我们都知道,音响产品不比MP3和U盘,它还多了一个需要认真的安规UL。所以在选用器件时,一定要选择过了UL认证的物料,还要选择在认证时变压器一定是没有被浸漆的,在做安规测试时要有耐压和过流保护作用的。如果选用好的变压器,那么耐压问题是不会出现的,在电路中增加保险丝,也是为了做过流的保护作用。
FCC,CE认证的处理方法基本上都是适用于音响产品的。此外就音响产品还有一种特殊的处理方法,就是在连接线上增加磁环。
4、结语
综上所述,在中职电子电路设计的课程教学中进行实用性项目教学的创新和改进是非常有必要的,也是未来社会发展对中职学校人才培养提出的新的要求。作为电子专业的学生,不但要能够充分掌握电子电路设计的理论知识和软件设计方法,还要能够与实际生产相结合,掌握生产中需要注意的设计要点。本文中提出在电子电路设计的项目教学中加设音响电路设计正是基于这种理论而提出的,希望能够为广大同行提供一些借鉴和参考,从而促进中职电子专业教学模式的改革和教学水平的提高。
参考文献
[1] 赵永杰,郭英. 项目教学在电子线路CAD教学中的探索与实践[J]. 吉林广播电视大学学报. 2010(05)
关键词:数字电子电路,EDA技术,应用探究
在数字电子电路这门课程学习的过程中,理论知识的学习固然重要,但是相应的实验技能也是必备的。在学好理论知识的基础上,可以从实验方面出发,更透彻的学习这门课程。在实验的过程中,传统的实验就是通过导线把各种实际的实验器材连接在一起,主要在实验的过程中,通过实验的结果,更好的理解实验原理,从而有助于理论知识的学习。随着科学技术的不断发展,有了EDA这项技术。EDA技术就以计算机为载体,承载着各种模拟的软件,然后通过在相应软件的操作界面上进行软件的连接以及操作,这样大大方便了学生的实验,而且还能从一定程度上节省实验器材的经费,总之,这样的做法有很多的好处。本文将重点讨论关于数字电子电路设计之中EDA技术的应用探究。
1关于数字电子电路设计之中EDA技术的应用探究
1.1数字电子电路的概述
在我国职业教育体系中,与电子技术相关的专业中都设置到相关的专业基础课程,比如说模拟电子技术、数字电子技术基础等课程,其中数学电子基础这门课程还是比较重要的。在数字电子技术这门课程中,主要讲述一些逻辑关系,以及以逻辑关系为基础的各种门电路,除此之外就是各种组合而成的逻辑电路,其中包括TTL逻辑门电路,CMOS逻辑门电路等等,这些逻辑电路都是与生活息息相关的。在平时的生活中也会用到很多,比如说家里的开关,现在很多家中都会安装两个开关,当进门的时候在门口开灯,睡觉时在卧室关灯,这个就是是使用了最简单的逻辑电路。逻辑电路的使用方便了人们的生活。
1.2数字电子电路与EDA技术
数字电子电路技术这门课程在学习的过程中,除了要学好基础的理论知识,更重要的是在学好理论知识的基础上,要提高动手实验的能力,因为现在社会需要的是实践性的人才,正如在教育大会中指出,要平衡教育人才的培养,并且要重视实践性人才的培养。要培养实践性的人才,首先要做的就是对他们基础的动手能力进行培养,要如何培养才是要思考的问题。那就是从实验做起,实验技术随着科学的不断发展也在不断进步,如今已经有了比较成熟的EDA实验技术,这项技术就是让学生在虚拟的软件中模仿实物进行一定的实验训练。在数字电子技术中使用EDA这一项技术大大方便了教学,而且同时也能有效的提高学生对理论知识的理解。
1.3数字电子技术未来发展前景
目前我国的电子技术方面还是有一定的欠缺的,而且我国的市场这么大,所以要努力发展属于我国自己的电子信息技术。而且电子信息技术是一个非常核心的力量,只有掌握了这样的核心力量,才能让我国的电子技术发展的更好。通过电子信息技术,可以成为击垮一个国家的秘密武器,所以努力发展自己国家的核心技术力量,并且还要不断的更新,这样才能在未来的世界中变得强大。所以,电子信息技术的发展趋势良好,而且发展空间也足够大。
2数字电子电路设计之中EDA技术应用的作用
2.1有助于更好的学习理论知识
在数字电子电路这门课程的学习过程中,都是一些枯燥无味的理论知识,这样容易造成学生在学习过程中的疲劳,而且会造成课堂效率大大降低的不良影响。数字电子技术是一门纯粹的理论知识,而且都是一些我们不熟悉的电路方面的内容,所以在单单的讲解理论知识的时候,学生们不容易想象到他的具体的实物,这样就对学习造成了很大的困扰。但是通过借助EDA技术在数字电子信息技术的学习过程中,会对学生的学习有很大的帮助。在学习了抽象的理论知识之后,通过在EDA技术上进行模拟,这样就比较容易理解理论知识。这样的做法对学习理论知识都很大的帮助,不仅能提高学生的学习效率,而且还能培养实践性的人才。
2.2通过学习EDA技术,不断创新
在数字电子信息技术的学习过程中,通过借助EDA技术,可以培养学生的动手能力。在实验的时候,学生一般都是通过对课本上已有的知识进行模拟,学习。但是实验就是创造的过程,有很多伟大的发明就是在实验的过程中发现的。在学生进行实验的过程中,不断对实验结果进行调试的过程中,有可能就会发现新的成果。所以可以通过借助EDA技术在数字电子信息技术中,让学生在不断实验的过程中,碰撞出科学的火花,不断的创新,壮大我国的电子科学技术。所以说要大量的运用EDA技术在数字电子电路的学习中,这样可能某个时刻就会对我国的科学作出贡献。
2.3更好的适应于未来的社会
现阶段我国的科学技术不断发展,日新月异,尽管如此我国的科学技术与世界还有一段差距,所以说还是要不断发展科学技术,尤其是电子科学技术,因为现在的社会已经是非常现代化的电子信息社会了,未来的社会更是电子信息的社会,任何事情都离不开电子技术。所以在目前这个阶段要大力发展电子信息技术并且掌握基本的电子信息技术的使用方法,这样才能在将来的社会中立足。所以在目前的学习中不断使用实用性的EDA软件的过程也是在不断适应现代社会的过程。
3结束语
本文中,通过讲述数字电子电路,数字电子电路与EDA技术以及数字电子技术在未来的发展前景这三点来阐述了关于数字电子电路设计之中EDA技术的应用探究。数字电路是一门贴近生活的比较基础的课程理论,它的成果运用于人们的生活中大大方便了人们的生活。相信通过使用EDA技术在数字电子电路设计之中,一定会使数字电子技术发展的更好,同时也会促进EDA技术不断成熟。
参考文献
[1]关于数字电子电路设计之中EDA技术的应用探究;陈惠娟;《电子制作》;2015年23期
[2]CGP函数建模在天线设计中的应用;于章意曾三友;中国地质大学;2013年
关键词:电子应用;电子电路;仿真技术
近年来,人们对电子产品的关注度越来越高,因其能为人们的日常生活提供最大程度的方便,且也能为企业提供经营上的优势,但由于电子产品更新速度较快,技术人员的开发方式受到了一定的影响,将电子电路仿真技术应用在电子应用开发过程中,能够很好的解决这一问题,并且还能为电子应用开发提供更多发展的可能性。
1电子应用开发中电子电路仿真技术的作用
1.1利于发展集成电路
将电子电力仿真技术应用在电子应用开发过程中,有利于集成电路的发展,近年来,社会对于电子产品的关注度越来越高,这也间接地导致电子产品对集成电路的要求也越来越严格,尤其是电路密度更是逐年增加。技术人员在利用芯片级系统思想来开发和设计电子产品时,一般会将所有的电路功能都集中在芯片之上,这也就凸显出了电路仿真技术的重要性,采用电路仿真技术之后,就能在芯片生产和使用之前,通过仿真模型来确定芯片的可实用性,一旦发现无法应用,那么就可以立即对其进行改善,更有利于集成电路的发展。
1.2帮助验证电路功能
通常情况下,电子产品系统开发设计方案完成之后,都需要对其可实用性进行验证,以此来确保电子电路开发设计是符合技术设计标准,将电子仿真技术应用在其中恰好能够帮助验证电子产品的可行性,也就是能够直接验证出电子产品的电路功能是否存在误差,或无法应用等,这样一来,就能减少电路设计人员的出现错误的几率。另外,电子仿真技术的应用还能够保证电路在生产和制造之前,不会出现功能性的问题,这样就能减轻后续开发设计人员的工作量,使电子产品的质量得到一定保障,自然也就减少了电子产品的开发设计时间,为电子产品的发展做好了铺垫工作。
1.3优化电路设计方案所有的电子产品器件都具备一定的温度敏感性,一旦外界温度出现改变,那么电子产品的器件功能也将会受到不同程度的影响,严重的将会对整个电子产品的稳定性产生影响,若将电子电路仿真技术应用在其中,就能有效的改善这一问题。电子电路仿真技术能够直接、有效的分析出不同温度下,不同电路呈现的不同特征,而开发设计人员只需要根据电子电路仿真技术呈现的结果对电路设计方案进行调整即可,这样就能减少温度对电子产品器件的影响。另外,若电子产品器件属于同一种类型,参数设置却十分不同,那么将很有可能会对电子产品生产带来一定影响,但若应用电子电路仿真技术就能够很好的解决这一问题。
1.4提供新的开发方式
电子产品的开发注重的是实践应用,其开发设计过程十分复杂,且设计过程需要经过不止一次的调整和修改,电子产品开发的调整与修改十分关键,因其能够直接影响整个电子产品的性能,以及最终设计方案的完善。将电力电路仿真技术应用在这一环节之中,能够有效地提高电子产品调整和修改的准确性,等于是为电子产品提供了新的开发方式。
1.5电路特性虚拟测试
在计算机上对电子产品的外界环境因素进行模拟和参数设计,能够准确的得到最真实的电子产品电路极限工作状态,譬如通过电子电路仿真技术可以得到高温环境之下、大电流参数之下的电路工作特点,采用仿真技术能够多次模拟电路的极限工作状态,对于开发设计电子产品电路有着极大的帮助,且能间接地为电路设计和生产提供可持续发展可能性。
2电子应用开发中电子电路仿真技术的发展趋势
电子电路仿真技术作为计算机技术的重要组成部分,若不断的对其进行完善和调整,能够直接、有效的促进电子应用开发的发展,虽然电子电路仿真技术目前还只能对电路硬件系统进行仿真,无法对带有CPU的数字系统进行仿真,但是只要不断的完善电子电路仿真技术,就能够尽早开发出CPU程序仿真技术。CPU程序仿真技术是指在电子系统仿真的过程中,可以对电子系统的应用程序进行仿真,以便于测试应用程序运行时各个电路系统的工作情况,更有利于电子应用开发的发展,当然这也是电子系统仿真技术未来的发展趋势之一。若将电路硬件系统与CPU程序仿真技术进行结合,那么就能真正实现软件与硬件之间的设计结合,开发设计人员也能够先应用CPU程序仿真技术对系统软件进行设计,之后再用电子电路仿真技术对整体进行确认,更有利于电子产品的生产和发展。
3结语
综上所述,本文对电子应用开发中电子电路仿真技术进行了详细的分析,得知电子电路仿真技术作为计算机技术的新型技术之一,能够为开发设计人员提供最大的帮助,有利于电子产品的设计和生产,如今只要不断的对电子电路仿真技术进行完善和开发,那么就能在不久的将来,为设计人员提供更加简便、高效的设计手段。
参考文献:
关键词 Multisim仿真;电子电路设计;抢答器
中图分类号:TP319.9 文献标识码:B
文章编号:1671-489X(2015)10-0035-03
Abstract Introduces the function and characteristic of Multisim simu-
lation software, and describes the use of Multisim simulation software for electronic circuit design process with a digital responder
design as an example.
Key words Multisim simulation; electronic circuit design; responder
1 前言
随着电子电路复杂程度越来越高、更新速度越来越快、设计规模越来越大、推向市场时间越来越短,这就迫切需要实现设计工作的自动化。电子设计自动化(EDA)技术的出现,改革了传统的电子电路设计方法。
2 Multisim仿真软件的功能及特点
Multisim是一个原理电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件,可实现原理图捕获、电路分析、电路仿真、仿真仪器测试等功能;具有如下特点:界面设计人性化、操作简洁明了、元件库规模庞大、仪器仪表库种类齐全(包括函数信号发生器、示波器、逻辑分析仪等)、分析功能强大(包括直流工作点分析、交流分析、噪声分析等)。
3 应用实例
以数字抢答器的设计为例,阐述采用Multisim仿真软件进行电子电路设计的过程。
设计任务和要求 用中、小规模集成电路设计一个数字抢答器,设计要求:
1)抢答器可同时供8名选手参加比赛,每个选手拥有一个抢答按键,分别用按键J0~J7表示,按键编号和选手编号相同;
2)主持人扳动控制开关J8,可控制系统的复位和抢答的开始;
3)抢答器具有第一抢答信息的鉴别、锁存和显示功能,抢答开始后,第一抢答者按动抢答按键时,该选手的编号立即被锁存,并显示在LED数码管上,控制电路使扬声器发出报警声音,并对输入电路进行封锁,使其他选手的抢答不起作用;
4)抢答器具有定时抢答功能,主持人通过设定一次抢答时间,控制比赛的开始和结束[1]。
电路组成 抢答器由主体电路和扩展电路两部分组成。主体电路由主持人控制开关、抢答按键、控制电路、优先编码器、锁存器、译码器、编号显示器和报警电路构成,完成基本抢答的功能;扩展电路由秒脉冲产生电路、定时电路、译码器和定时显示器构成,完成定时抢答的功能。
抢答器工作过程:首先,接通抢答器电源,主持人将开关J8置于复位位置,禁止抢答器工作,编号显示器被熄灭,定时显示器显示定时时间;然后,主持人将开关J8置于开始位置,允许抢答器工作,计数器进行减计时;当选手在定时时间内抢答时,计数器停止工作,编号显示器显示抢答选手的编号,定时显示器显示剩余抢答时间,并禁止其他选手随后的抢答;当定时时间到,但无人抢答时,系统报警,并禁止选手超时抢答。
电路设计及仿真
1)抢答器电路。抢答器电路如图1所示。优先编码器74LS148能鉴别第一抢答者的按键操作,并使其他选手的操作无效;RS锁存器74LS279能锁存第一抢答者的编号,并经译码器74LS48译码后显示在LED数码管上。
抢答器电路仿真波形如图2所示。借助于Multisim仿真软件中的逻辑分析仪,可对抢答器电路的多路逻辑信号同步进行高速采集和时序分析。将逻辑分析仪的输入端口相应地连接到电路的如下测试点上:开关J8,74LS279的输出端Q4、Q3、Q2、Q1(EI、BI),按键J7、J6、J5、J4、
J3、J2、J1、J0。被采集的输入信号将显示在屏幕上。
由图2可知,在第一个Clock脉冲的上升沿,主持人将开关J8置于复位位置时,74LS279被复位,禁止锁存器工作,其输出Q4Q3Q2Q1=0000。于是,74LSl48的选通输入端EI=0,允许优先编码器工作;74LS48的消隐输入端BI=0,编号显示器被熄灭。在第一个Clock脉冲的下降沿,当主持人将开关J8置于开始位置时,允许优先编码器和锁存器工作。在第二个Clock脉冲的下降沿,将J6按键按下时,74LSl48的输出A2A1A0=001,GS=0,经RS锁存后,Q4Q3Q2Q1=1101。于是,Q1=1,使BI=1,允许74LS48工作;Q4Q3Q2=110,经译码显示为“6”。此外,Q1=1,使EI=1,禁止74LSl48工作,封锁了其他按键的输入(即在第三个Clock脉冲的上升沿J3按键的输入)。在第四个Clock脉冲的上升沿,当按下的J6键松开后,GS=1,此时由于仍为Q1=1,使EI=1,所以仍禁止74LSl48工作,封锁了其他按键的输入(即第五个Clock脉冲的下降沿J0按键的输入),从而实现了抢答的优先性,保证了电路的准确性。在第六个Clock脉冲的下降沿,主持人将开关J8重新置于复位位置,以便进行下一轮的抢答。
2)定时电路。将两片同步十进制可逆计数器74LSl92级联,以串行进位方式构成百进制计数器;计数器的计数脉冲由555定时器构成的秒脉冲电路提供;通过预置时间电路,主持人对计数器进行一次抢答时间的预置;74LS48译码器和定时显示器构成译码显示电路。当主持人将开关J8置于复位位置时,计数器预置定时时间,并显示在定时显示器上。当主持人将开关J8置于开始位置时,74LS279的输出Q1=0,经非门反相后,使555定时器的时钟输出端CP与74LSl92的时钟输入端CPD相连,计数器进行减计时;在定时时间未到时,74LS192的借位输出端BO2=1,使74LSl48的EI=0,允许74LSl48工作。当选手在定时时间内抢答时,Q1=1,经非门反相后,封锁CP信号,计数器停止工作,定时显示器上显示剩余抢答时间,并保持到主持人将系统复位为止;同时,EI=1,禁止74LSl48工作。当定时时间到无人抢答时,BO2=0,EI=1,禁止74LSl48工作,禁止选手超时抢答;同时,BO2=0,封锁CP信号,计数器停止工作,定时显示器上显示00[2]。
3)报警电路。报警电路由555定时器、三极管推动级和扬声器构成。由若干电阻、电容和555定时器接成多谐振荡器,将时序电路控制信号PR接至555定时器的清零端,以控制多谐振荡器振荡的起停,多谐振荡器输出信号控制三极管的导通、截止,从而推动扬声器发出报警声音。
根据上述设计思路,画出各单元电路的仿真电路图,先对各单元电路逐个进行仿真调试,再将各单元电路连接起来进行系统联调;通过Multisim仿真,观察各部分电路之间的时序配合关系,测量电路各项性能指标,调整部分元器件参数,检查电路各部分功能,使其满足设计要求;最后进行电路焊接与装配,并对实际电路进行测试。
4 结语
Multisim是电子电路计算机仿真设计与分析的基础,在电子电路设计中应用Multisim仿真软件,把虚拟仿真和硬件实现相结合,可以节约设计成本、缩短开发周期和提高设计效率,有利于培养学生工程实践、综合分析和开发创新能力,提高学生运用现代化设计工具的能力。
参考文献
电子技术课程作为电类、计算机类、通信技术等均为十分关键的专业课程,具有较强的实践性,实践教学对高校培养适合的人才实践环节,对培养技术应用型人才具有较大的意义。电子技术已经大量应用于科技当中,包含了国防生产建设,因此为课程教学在新生中的支持性作用提供帮助。我国很多高校在电子技术方面的建设,面对实践教学尚存在许多问题,只有更加关注实验、实训等,有效提升实践教学的操作方式,提供实现教学的内容,提升实际操控能力,为学生进一步了解课程,提升较高的动手能力。
2电子技术课程实践教学的改革之路
2.1实践环节教学体系改革,重新制定教学规划学生在大一下学期可以学习到《电路及磁路》、《电路实验》等课程,将实验教学和理论教学相分离,设置电路实验课程,强化对基础实验环节在学时方面的编排,初步创建通过运用仪器及基本课程内容作为基础实验。到了第二学年上学期,可以学习《模拟电子技术》《、数字电子技术》的课程,在课程中设置的实验主要为基础实验和培养学生能力为主的实验,令学生在课堂上可以意识到电子元器件、数字电子电路和模拟电子线路等,并在第二学年上学期底设置6周电工电子装配训练课程,并将EDA技术引进电子实践教学内,在训练过程里,学生可以通过对EDA软件的掌握,了解电子电路的设计、电子电路的焊接、安装与调试。通过训练,学生透过对软件的学习,了解画图、仿真以及PCB制板方面的内容,并进行使用,透过仿真结论来了解知识的掌握程度,并对硬件的欠缺给予补充。之后通过老师测试或通过学生选择课题,通过学生亲自设计电路,老师从旁指导的形式,积极调动学生的主观能动性,建立学生独立的思考能力及创新能力。设计通过小组方式构成,让学生感受整个制图、设计、焊接、调试、安装的过程,通过理论与实践相结合,提升实践能力。并在与同学的合作过程里学习相互配合的能力,提升团队合作精神。透过长期的实践累积,此种实践方式能够有效提升学生面对实际问题时的电子设计制作能力。
2.2赛课综合,将比赛融入于实践环节,提升学生积极性随着学校的扩招,学生人数持续攀升,而硬件设施却没有及时跟上,实训老师与实训环境欠缺,所以,在实训过程里,许多学生会出现懒惰的心态,希望有人能够代替执行的心理,因此,为了提升实训价值,不仅要提高老师的监督力度,还要极力提升学生的积极性。通过实训,并搭配不同赛事,进行电子电路设计的制作。通过排名,与学生就业相结合,并组织优秀学生参加培训,以备参加不同的省级、国家级赛事,一旦获得较高的成绩,不仅可以荣获学校的表彰,还能够激发学生的参与实践能力。
2.3透过学生社团方式激发学生学习兴趣以电子技术课程特征为主,创建大学生电子社团,收纳大一新生,运用课余时间对新进入的成员进行系统培训,先对新成员进行所学专业介绍,先学习不同电子元器件和焊接练习让新成员能够认知到电工电子,并在进行电路课学习的同时,通过老师的引导、大二学生的带领,令新成员掌握电子电路制作参加电子电路设计制作比赛初赛,让学生浅显的观摩到电工电子的基础知识以及电路焊接方式,尤其是学生完成作品后,因为只能观摩到最终结果,而无法了解到内部原理,所以在遇到问题之后,可以通过主动翻阅资料和询问老师的方式获得答案,因此在后续的课程里才会更加积极学习,从而提升对学习的兴趣。并且在为新生辅导的同时,老生也提升了自身的专业知识,并且在活动当中提升了自身的组织管理能力及协调能力,较大提升学生的学习兴趣与品质。
2.4打造高素质实验型教师老师自身的专业素养成为了实验教学质量的保险,改变理论老师和实验老师的限制,需要理论老师在实验室同实验老师共同进行教学、研发、指导。不仅可以提升老师的理论能力及实验素养,并且实验老师与实验技术人员透过培训,提高综合能力,拓展知识面,较大提升了业务素养,给提升电工电子实验教学能力给予了保障。也可以说,学生培养职业能力要依赖于老师的实践能力,因此指导员素质的高低,能够保障实践教学环节的连续、设计乃至进行整个过程并展现出自身的工作人员。
3结束语
“电力电子技术”课程教学的基本框架还是以所选教材为基础,但在具体内容上应当以让学生认识该课程的用途与重要性为出发点进行设计,紧扣行业应用,提高学生的学习积极性与主动性。首先,注意开好头,要重视绪论课的教学,如在介绍“1.3电力电子技术的应用”时应将重点侧重到交通运输和电子这一领域中,重点介绍电力电子技术在汽车与轨道车辆上的应用。针对新能源汽车专业学生可举例介绍车辆能源系统的“骨架结构”,如油电混合动力汽车等新能源汽车的能量系统的基本结构图与基本工作原理;针对城市轨道车辆专业学生介绍地铁车辆的电源系统结构图等等,紧紧抓住行业应用为起始点引发学生的兴趣。另外针对电子装置用电源可从大家时刻不离身的手机充电器说起,让学生认识到电力电子技术无处不在,实用性很强,提高学生积极性。其次,随着课程内容教学的深入,应继续围绕专业行业应用,将原来的“骨架结构”补充上“血肉”,即实际具体电路,进行内容的丰富。如介绍DC/DC变换时,可以将原先介绍的地铁车辆电源系统中DC/DC的变流电路具体化,在知识认知的体系结构中进一步具体化,加深知识点的理解和印象。最后为提高学生对电力电子技术的关注度,提高学生资料收集与自学能力,一方面对部分内容调整为课后自学内容,要求学生利用网络、图书馆等资源条件完成学习,如器件中IGCT、功率集成电路、脉宽调节电路等的相关内容将由学生进行资料收集并选择部分主题由学生在课堂上给大家进行介绍,提高学习的相关性。另外一方面提供一些已经完成的电源板,让有兴趣的同学进行实际调试,在实践中体会电能的变换与控制,实现“自主行走”。这些同学能在今后相关的实践设计中有较好的基础,且能帮助并带动其他同学提高实践能力。
2“电力电子技术”课程设计改革
“电力电子技术”课程应用性强,因此要求学生有较强的动手实践能力。课程开设了6个学时的实验,对学生来说实践时间较少。因此率先在车辆工程专业新能源汽车专业方向开设了“汽车电力电子技术课程设计”课题,时间为一周,精选了“太阳能电动车SPWM控制逆变电路设计”、“车载逆变电源—推挽式直流变换电路设计”、“车载逆变电源—工频逆变电路设计”等设计课题,要求学生通过课程设计能充分了解电力电子技术在汽车上的应用以及应用设计,要求学生“脚踏实地”进行电路方案论证比较,完成电力电子电路的参数计算、器件的选型、绘制电路原理图等过程,掌握电力电子电路的设计,并能够掌握电力电子器件常用的驱动电路设计,合理设计保护电路。同时对于电路原理图要求采用EDA(电子设计自动化,ElectronicDesignAu-tomation)软件进行绘图,将学生所学的电力电子技术、自动控制技术、EDA技术等几门课程在汽车电力电子技术课程设计中进行融合,提高学生的实际设计能力。对multisim实践能力较强、学有余力的同学进一步指导其采用仿真手段(Matlab或者Multisim)进行仿真实习,论证设计结果。通过紧张而充实的课程设计,大部分的同学对电力电子技术在汽车上的应用有了进一步的认识,并对所学的相关课程进行贯通融合,充分了解所学专业课程之间的相互联系,增强了对自身所学专业知识架构的认识,能够熟练利用相关课程、相关技术手段进行电路设计,实现在专业知识架构中的“自由天地”。
3总结
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