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模擬電路課程設計范文1
關鍵詞:電子技術;課程設計;職業技能;創新能力
1.引言
模擬電子技術課程設計(模電設計)是電子類專業學生的第一門課程設計,它是模擬電子技術課程的重要和必要的補充。模擬電子技術課程設計的有效開展對加深模擬電子技術基本理論的理解,提高學生的設計能力、動手能力、軟件仿真能力、總結報告能力及學生之間的協作協調人際交往能力都有一定的作用。總之,通過模擬電子技術課程設計課可以提高學生的綜合能力。反之,模電課程設計流于形式,學生找一個簡單電路焊接上應付了事,甚至電路都是別的學生代勞的。這不僅浪費時間,而且為以后的設計課程產生消極的影響,學生認為凡是設計類課程都可以混過去。并且課程設計導致消極學風,對學生專業課程的學習、職業技能的培養及未來的職業生涯都非常不利[1]-[3]。所以,研究如何搞好模電的課程設計是非常必要和重要的。根據我院多年的課程設計經驗和自己的教學實踐,我從思想上重視、加強過程管理、貫穿職業技能培養這三方面加強模電課程設計的教學。
2.思想上重視
課程設計是工程實踐課,其目的不僅僅是鞏固、深化補充和擴展理論課的教學效果,課程設計在提高學生的職業技能、工程素質和創新能力上起到關鍵的作用[4]。工程課程設計人數多上課分散,真正負責的教師的實際工作量比較大,如果教師責任感不強,學生不認真對待,課程設計就比較容易流于形式。首先教學管理部門應給予特殊的重視。教務處實踐管理科應該親自過問督促,親自檢查抽查學生的上課情況,并把意見和建議及時反饋給學院,以便及時糾正。建議督學對設計課程給予關注,及時提出寶貴意見。教學院長或系主任應全程跟蹤管理。其次,課程設計之前要給學生開一次動員會,讓學生明確課程設計的目的和意義,提出相應的要求。讓學生在思想深處真正認識到課程設計的重要性和必要性,讓學生積極主動地以極大的熱情投入模電課程設計學習中。給學生開動員會,要求指導教師必須參加,讓教師對課程設計給予足夠的重視。
3.加強過程管理
(1)把好用人關(選擇好指導教師)教師的良好的工作態度和工作作風具有很大的表率作用,這對學生的素質有正面的影響,教師應該表現出認真、負責、嚴謹、周密的態度,在指導課程設計時在設計前的準備、設計中的管理及設計后的總結中都進行精心的準備、組織和安排。選擇好指導教師是非常重要的,它直接決定模電課程設計的成效。應選擇對模電理論比較熟悉、實踐技能比較好、責任心比較強的教師參加,不能因為要平衡工作量,而選用一些對模電理論不太熟悉、實踐技能比較差的教師,這樣做對學校、學生和教師都是不負責任的。這樣的指導教師往往處于很尷尬的狀態,學生也很茫然。學生作品出現實際問題教師不知怎么調,學生問的理論問題教師解決不了,只好硬挺或躲著學生。但這并不是說,年輕沒經驗的老師就不能上設計課。他們可以把模電理論好好復習,然后選擇一些設計題目反復做一下,積累一些經驗,經考核達到要求后再參加課程設計的指導。(2)把好選題關首先是審查指導教師所出的選題報告,選題報告應有明確的設計要求、設計目的和注意事項及所需的基本理論和主要參考書。題目應該是學生綜合利用所學的模電知識,再利用參考資料能設計出來的,最好是有聲光指示,可以提高學生的興趣。但要力戒花哨,禁止超范圍的設計題目,如利用數字電路做出的或者在網上等查處的高難度的電路。這樣的電路學生只是照圖焊接并未得到實益,教師和學生都不要有電路越復雜越好的攀比心理,要看學生是否得到實際利益,即要以有利于培養學生的職業技能和創新能能力為宗旨。選題的難度要有ABC等級,以適合不同水平的學生選做。選題也不宜過于簡單,比如有的題目是設計輸出電壓為12伏的集成穩壓電源,這樣的題目仿真、焊接及報告兩三個學時就完事,其他時間學生就浪費掉,學生在課程設計中也沒學到什么東西,最多就相當于一次模擬電路實驗。題目最好能綜合放大、振蕩、濾波、電源等模擬電子技術的基本內容,讓學生有抓手,即所謂“跳一跳夠得著”的內容,嚴禁過難和過于簡單的題目。一個指導教師(或兩位),所帶的學生是一大組,一大組中的所有題目盡量涉及模電所有內容,以便學生互相交流,全面復習和提升對模電知識的理解。其次是學生選題,原則上學生要在教師出的題目中根據自己的學習狀況選擇適和自己的題目,但學生可根據自己的能力和愛好自選題目,自選題目的難度要適中,經過指導教師的允許。同時也要注意的是以往課程設計只允許每個同學選一個題目即“單選”,但對于能力較強的學生應支持和鼓勵他“多選”。同時要求一般學生不單單熟悉自己題目的設計方法,更要在課程設計期間熟悉其他學生的設計方法(至少熟悉同組的其他題目),可以不焊接電路只做軟件仿真??傊x題要切合實際、分量適當、理論性要求高、技術性要求適當。(3)把好時間關課程設計時間選擇很重要,它關系到課程設計的質量。摸電課程設計可以選擇集中時間停課進行,也可以選擇不停課分散進行。集中停課進行可以安排在學期初,前三周進行。這樣在上學期的期末就應該把題目布置下去,學生在假期可以對模擬電子技術進行復習、查資料、簡單的設計等準備工作,開學就可直接進入正題。分散時間進行效果相對較好,缺點是戰線拉得較長,教師投入的工作量較大。但如果真正把課程設計搞好,還是應該選擇分散時間進行,如每周兩個晚上連續12周。學生可以有充足的時間對自己的設計進行完善。(4)把好驗收關和成績評定關建立三級驗收制度,即組內驗收,年級統一驗收,學院對各組抽查驗收。驗收時先由各組教師組織學生進行組內驗收,然后由基礎電子教研室組織年級驗收,最后由學院組織抽查驗收。這樣可引起學生和教師的充分重視,使應付了事的學生大大減少。驗收時可從選題的難度、設計的情況、焊接的質量、布局的好壞及原理的敘述和回答問題等方面進行。實行兩級成績評定,即教師打分和學生打分。成績評定工作很重要,它不僅能反映出學生設計的好壞,而且影響學生的積極性,對以后的設計課程會產生積極或消極的影響。要讓設計好的學生得到好成績,讓不認真的學生不能蒙混下去。為此學生成績可以由教師打分學生打分兩部分組成,教師打分可占70%,主要有出勤成績、報告成績、作品質量成績和學生對設計原理的敘述及回答教師提的問題。學生打分占30%,主要反映作品是否是自己做的及該學生在組內協作的能力。
4.貫穿職業技能培養
在模擬電路課程設計中要始終強調培養學生的基本技能的訓練,如:原件識別與測試、常用儀器的使用、資料的查詢和電路的仿真、焊接技術、基本設計能力、設計報告基本寫作的訓練及設計可行性論證的語言表達能力等。(1)設計能力培養選完題目后,學生可以根據題目的要求,選擇合理的設計方案。方案確立后分組對方案進行討論,每位學生都要對自己的設計方案進行論證,這樣也鍛煉學生的邏輯思維和語言表達能力,同時也可以是學生之間互相借鑒,取長補短,也對其他學生的題目的設計有所了解。教師要對學生的設計方案細致的研究,提出改進措施。(2)創新能力培養模擬電子技術課程設計要有真正的設計內容,哪管是其中的一部分,絕不能變成電路組裝。如果學生只是按照教師給的電路或在網上找的電路進行組裝,調試成功后上交一個作品,那就意義不大。作品必須是學生自己利用模擬電路的相關知識設計出來的,當然教師要給予相應的指導,而不能布置完題目就撒手不管。退一步說,即使個別學生按照現成的電路組裝的,其中一定要再加一些自己設計的附加功能。否則就不能稱得上設計,也不能培養學生的職業技能和創新能力。(3)動手能力培養焊接技術是實踐技能的一項重要指標,指導教師首先要指導學生進行拆件練習,可用利用以往課程設計的廢板。拆集成電路元件時可首先讓學生練習使用傳統的吸錫線,熟練后再練習使用吸錫烙鐵進行拆卸。在正式焊接作品前,先指導學生利用舊板和拆下的舊件進行焊接練習,焊接出兩個作品后再進行正式作品的焊接。焊接前應該指導學生如何進行元件布局。(4)解決問題能力的培養設計好電路,經仿真成功后就可以焊接調試。學生在焊接時往往有虛焊、漏焊、錯焊等現象。學生沒有經驗,只能逐個元件地找,實在找不出來就只有重焊。重新焊接再不好使,學生就沒有辦法了,只有求助指導教師,這時指導教師往往代勞,幫助學生查出故障。這種做法是錯誤的,正確的方法是調試前就教會學生調試方法,教會學生如何診斷判斷故障和排除故障,讓學生自己調試,出現問題時教師給予及時的指導,這樣可以使學生少走彎路,并且鍛煉學生分析和解決實際問題的能力。調試完成之后,學生要及時總結分析問題的經驗,提高對模擬電子技術課程設計的認識,為解決其他設計課中出現的問題奠定基礎。
5.結語
課程設計是學生完成學習—構思—設計—實現的工程訓練過,是培養工程師的最初步的訓練內容。要做好模擬電路課程設計,需要先做好思想工作,讓教師和學生充分重視,要制定一套嚴格的管理運行程序,選好教師選好題目,選擇好時間,抓好三級驗收、兩極成績評定和總結工作,這樣才能保證模擬電路課程設計的質量,為學生后學設計課程起個好頭,為學生創新能力和職業技能的培養奠定基礎。
參考文獻:
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模擬電路課程設計范文2
1.課程設計:培養動手能力課程設計是課堂教學和課程實驗結束后的綜合應用實踐環節。本項教學改革將模電課程設計分為兩部分,一是為彌補實驗設備不足而進行的仿真設計。仿真設計包括三個環節,首先進行常用單元模塊電路仿真;然后結合課本知識,給定電路參數和設計要求,進行仿真電路設計;最后拓展內容,對一些實際應用廣泛的應用電路仿真進行學習。三個環節對學生的要求層層遞進,前兩個環節為“必做”,第三個環節為“選做”。二是從設計、制版、焊接直至調試全過程的綜合設計制作選題。有兩個題目供學生選擇:MAX038函數發生器的設計和音頻功率放大器的設計與調試。題目要求盡可能實用有趣。
2.綜合實訓:提升綜合素質模擬電子技術實踐教學改革的最后一個環節是綜合實訓。這其中已經不只是模擬電子技術一門課程,它將與數字電子技術、單片機技術應用等課程綜合開發設計題目,訓練學生的系統設計的能力。在訓練方法上通過主動學習、自主設計和創新設計三個步驟激發學生的求知欲望和創新意識。(1)主動學習:根據實驗系統需要實現的基本功能和達到的指標要求,學生通過查閱文獻,確定自己的設計方案;利用軟件仿真電路,并通過調試確定適合的參數;寫出預習報告。(2)自主設計:根據軟件仿真電路搭建實際系統的硬件組件;完成系統程序設計;進行軟硬件調試,通過查找錯誤、解決問題,達到鍛煉提高的作用;測試系統的基本參數和功能。(3)創新設計:完成實驗系統的進階指標:如增加功能或提高指標;對系統進行最終測試,給出誤差分析;寫出實驗報告,提交實驗作品。綜合實訓使學生較系統地掌握電子系統設計過程的選題、立項、方案論證、電路設計、裝配調試、系統測試、總結報告、文檔整理等全過程,培養學生理論知識的綜合運用能力。
二、進一步完善實踐教學體系
1.嚴格考核制度
要想使模擬電子技術實踐教學順利地進行下去,必須進行嚴格的考核制度,以保證實踐教學的良好效果。(1)基礎實驗。根據學生每次做實驗前的預習報告和實驗中的操作表現、實驗后的結果分析,給出實驗成績,占模擬電子技術課程總成績的20%。模擬電子技術課程總成績=70%的期末考試卷面成績+20%的實驗成績+10%的平時成績。(2)課程設計。完成課程設計中常用單元模塊電路仿真,成績為“及格”;完成課程設計中常用單元模塊電路和規定電路的仿真設計,成績為“中等”;完成課程設計中全部軟件仿真設計,成績為“良好”;完成課程設計中全部軟件仿真設計和一個綜合設計制作選題,成績為“優秀”。
2.完善實踐教學體系的配套工作
除上述改革措施外,為進一步完善實踐教學體系,實驗室硬件設備和運行經費的投入是必要條件;編寫相應教材,加強較適合學生之間的交流也十分重要。已經完成或正在進行的工作如下:(1)吸取經典教材的寶貴經驗和新的教學理念,結合獨立學院的人才培養目標以及本院課程設置和課程大綱的要求,編寫適用于應用型本科的教材——《模擬電子技術基礎》以及配套的實驗及課程設計指導書。(2)開設電子設計工程師認證考試(EDP),為學生就業增加砝碼;指導優秀學生參加全國大學生電子競賽、全國大學生專業競賽等,促進“因材施教的個性化培養”。(3)建立了模擬電子技術課程與實驗的網站,實現了指導教師與學生、學生與學生之間的互動,拓寬了主動學習的空間。
三、結論
模擬電路課程設計范文3
關鍵詞:PROTEL;電路課程;CAD課程設計;教學方法
中圖分類號:TM13 文獻標識碼:A 文章編號:1674-7712 (2013) 14-0000-01
實驗教學的標準隨著教育的改革不斷提升,學生的創新精神和靈活運用所學知識的能力都是實驗教學涵蓋的內容,學生在實驗過程中能夠鍛煉綜合設計、實際應用、創新思維等方面的能力,學會自主思考分析和解決問題。
一、電路CAD課程設計的現狀
電路CAD課程設計是電子信息工程專業課階段理論知識的綜合應用,教師在教學中,往往將其當作一門理論課來教學,通常會先給出一個具有某種功能的電路設計圖,對設計圖電路的主要部分工作原理和達到這一原理的主要功能進行講解,最后要求學生在PROTEL軟件中繪制電路系統的原理圖和印制板圖。這樣的教學方法不僅制約了學生的自主學習能力,學生處于被動學習狀態,學習能力和對知識的掌握能力下降,這樣的課程設計完全失去了教學的意義。
因此應當對這樣的教學方式進行改革,把教學目標設定為提升學生的動手操作能力,以學生為教學主體自主學習,教師輔以指導,啟迪學生的創造性思維,學會運用不同的方法解決問題。
二、基于PROTEL的電路CAD課程設計
讓學生通過所學的理論知識,設計一個實際應用的單片機測試系統,輔以電路設計工具軟件PROTEL,繪制出電路原理圖和PCB圖。
(一)PROTEL軟件的設計流程
PROTEL軟件是一個完整的全方位電路設計系統,包含有電路原理圖設計、PCB設計、PCB自動布線、可編程邏輯器件設計、模擬/數字信號仿真等功能模塊,并具有Client/Server(客戶/服務器)體系結構。其中PCB設計和電路原理圖設計是其最具代表性的功能,提供了完備的電路仿真器,使從原理圖的繪制到最終電路板設計的所有工作都能輕松完成。
該軟件設計流程為是:首先是工作環境設置和頁面設置,裝入元件庫,然后,將元件、電源符號、接地符號、連接線、網絡標號和說明信息分別依次放置在圖紙上合適的位置,再就是對電路圖進行檢查和調整,最后保存并輸出。
(二)課程設計的內容
對于學生想要設計什么系統,教師不應限制,檢測和設計系統時允許學生任意選擇物理量,另外,教師要對設計系統中所包含的內容進行規定,以保證課程設計能達到最終目標。
第一,MCS-51系列單片機必須包含在設計的系統的芯片中;第二,測試的物理量必須要顯示在4位LED中;第三,在檢測量超過設定值后,系統能夠自動發出警報;第四,要設置能夠讓測試系統根據實際情況作出相應調整的按鈕;第五,要配有一路傳感器和相應的調理電路;第六,要配備AD轉換芯片使檢測物理量的模數能夠轉換。
(三)測試系統的要求
為達到啟迪學生創造性思維的教學目的,測試系統的設計有以下幾點要求:
第一,學生必須制定多套測試系統繪制的方案,從中選擇最終方案并闡述理由;第二,測試系統必須達到方案最優化和實際的效益最大化的要求;第三,傳感器能夠穩定工作,精度要準確,若出現問題,則要給出彌補方案;第四,在繪制PCB之前,學生必須弄清其設計規則,既要完成任務,又要保證所設計的測試系統原理圖的功能的正確性和布局的美觀性以便實際裝配調試;第五,為設計提供完整詳細的說明書,例如工作原理、選擇元件的原因、PCB的設計規則等。
(四)測試系統的仿真分析和驗證
很多學生在以前并沒有接觸過設計,缺乏經驗,所以為了讓學生順利完成設計,需要仿真分析和校驗設計的原理圖,可以直接在PROTEL中對模擬電路、數字電路和數?;旌想娐愤M行仿真校驗。電路仿真的流程一般是首先將仿真電路、電源等繪制出來,然后將仿真分析的參數進行設置,繼而運行仿真分析,最后對結果進行觀察。以仿真的結果為依據,校驗傳感器調理正確與否。因而,在原理圖的設計和仿真分析之間需要反復校驗電路放大倍數的合理性以及能否正常工作,再調整選擇的參數,繪制出符合要求的原理圖。
三、總結
基于PROTEL的電路CAD課程設計的教學方法是教育革新的具體表現,其不僅能讓學生完全掌握理論知識,還鍛煉了學生的實際操作能力,同時也讓學生的創造性思維得到了發揮,提高了學生的綜合素質,這一教學方法應該被廣泛推廣應用。
參考文獻:
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模擬電路課程設計范文4
關鍵詞:Multisim仿真 課程設計 創新能力
中圖分類號:G642 文獻標識碼:A 文章編號:1007-9416(2013)09-0106-02
電子技術課程設計是電類專業一門實踐性很強的必修課程。隨著電子技術的快速發展,新器件、新電路不斷涌現,現有實驗室的條件已無法滿足各種電路的設計和調試要求,在一定程度上影響了電子技術課程設計的教學效果,也影響了學生的創新能力[1][2]。在電子技術課程設計中引入Multisim仿真軟件可以很好的解決這一問題。
1 Multisim仿真軟件的功能及特點
Multisim仿真軟件是加拿大圖像交互技術公司(Interactive Image Technoligics)推出的電子線路仿真工具,適用于板級的模擬/數字電路板的設計工作。它包含了電路原理圖的繪制和仿真,具有很強的仿真分析能力。
利用Multisim仿真軟件可以對二極管、三極管、功率管等模擬器件進行仿真、也可以對74系列、COMS系列、PLD、CPLD等數字器件進行仿真[3]。Multisim適用于模擬電子技術、數字電子技術、電力電子技術、單片機技術、PLC等電類課程。
2 Multisim在電子技術課程設計中的作用
在理論課的教學中為了讓學生便于理解,一般多采用工程近似的方法對電路進行分析、計算,但對于較復雜的電路,學生很難在短時間內根據元件參數的變化計算出電路的各種性能指標。如果利用,在教學過程中我們能夠隨時進行實驗演示和電路分析。也可以在利用Multisim仿真軟件分析各種電路的特性,在講解各種原件參數改變對電路的影響時,可將各種數據和波形在虛擬儀表上直觀的顯示出來,并且接近實際效果。通過Multisim仿真軟件進行計算機模擬仿真,把電子技術的理論教學和實驗教學有機地結合了起來,為課程設計中實物的制作打下一個良好的基礎[4]。
3 Multisim在電子技術課程設計中的仿真應用實例
下面以數字搶答器電路為例闡述采用Multisim仿真軟件進行課程設計的過程。設計要求如下:
(1)設計一個搶答器,可同時供8名選手參加比賽,他們的編號分別是1、2、3、4、5、6、7、8,各用一個搶答按鈕,按鈕的編號與選手的編號相對應,分別是S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。
(2)給節目主持人設置一個控制開關,用來控制系統的清零和搶答的開始。
(3)搶答器具有數據鎖存和顯示的功能。搶答開始后,若有選手按動搶答按鈕,編號立即鎖存,相應選手的燈亮。封鎖輸入電路,禁止其他選手搶答。優先搶答選手的信號燈一直亮到主持人將系統清零為止。
(4)搶答器具有定時搶答的功能,且一次搶答的時間可以由主持人設定。當節目主持人啟動“開始”鍵后,要求定時器立即減計時,并用顯示器顯示。
(5)參賽選手在設定的時間內搶答,搶答有效,定時器停止工作,相應選手的燈亮,顯示器上顯示搶答時刻的時間,并保持到主持人將系統清零為止。
(6)如果定時搶答的時間已到,沒有選手搶答時,本次搶答無效,系統短暫報警,并封鎖輸入電路,禁止選手超時后搶答。
3.1 實驗方案的確立
搶答器系統原理框圖如圖1所示。它由主電路和擴展電路兩部分組成。主電路完成基本的搶答功能,開始搶答后,當選手按動搶答鍵時,代表這一組的燈亮,同時別組成員按下按鈕時不會使自己這一組的燈亮[5][6]。這一功能可以用鎖存器或者觸發器來實現。主持人按下開始鍵時,才會使搶答器正常工作;當這個鍵彈起時,無論8個選手如何按按鈕,他們各自所對的指示燈都不會亮。這一功能可以將開始鍵接到芯片上的清零端或者使能端來實現。
設計電路時可分模塊進行,將每一個模塊設計仿真成功后,再進行模塊間的連接,從而實現整個搶答器系統。
3.2 電路設計與仿真
搶答器包括搶答電路、指示燈電路、主持人開關電路、控制電路、報警電路、脈沖電路、定時電路、顯示電路。電路圖如圖2所示。
3.2.1 搶答電路
搶答電路的功能有兩個:(1)能分辨出選手按按鈕的先后,并鎖存優先搶答者的編號,供顯示電路使用;(2)使其他選手的按鈕操作無效。搶答電路包括集成D觸發器74LS374和8個開關。74LS374為具有三態輸出的八D邊沿觸發器,且是上跳沿觸發的。當一個脈沖的上升沿到來時,輸出Q端的值為相應D端的值。OC端為使能端,低電平有效,當OC接高電平時,處于高阻狀態,OC端接低電平時,芯片能夠正常工作。8個D端接8個開關,開關另一端接高電平[7]。
3.2.2 指示燈電路
由于在仿真時要觀察燈的亮與熄滅,8個燈的一端分別接在74LS374的8個Q端,另一端分別接地。當Q端輸出為高電平時,燈就會被點亮,否則就會熄滅。
3.2.3 主持人開關電路
主持人開關有很多作用,當這個開關彈起時,74LS374將不工作,并且可以控制譯碼顯示電路的清零和置數功能[8]。計數器74LS192的CR端為清零端,當CR端為高電平時,輸出為低電平;CR端為低電平時,芯片可以進行別的功能。在CR端為低電平的情況下,LD端為低電平時,輸出為4個D端上的值,這就是我們所說的置數功能。在CR為低電平,LD為高電平的情況下,CPU接脈沖信號,CPD接高電平,此時芯片處于加計數狀態;CPU接高電平,CPD接脈沖信號,此時芯片處于減計數狀態;CPU和CPD均接高電平,芯片處于保持的狀態。因此可以將清零端和置數端作為主持人控制開關電路的一部分,將CR端和LD端分別接兩個單刀雙擲開關,開關一端接高電平,一端接低電平。
3.2.4 控制電路、報警電路、脈沖電路
控制電路是由8個或門組成的。74LS374的8個輸出端分別接在4個兩輸入或門的輸入端上,每兩組的輸出有分別接在另一個或門的輸出端,最后輸出端和脈沖信號接在一個或門的輸入端,輸出端接在74LS374的脈沖輸入端和74LS192的CPD端。當有一人按下了搶答開關后,所對應的Q端輸出為高電平,經過幾個或門后,最后輸入74LS374和74LS192的脈沖輸入端的信號固定為高電平,則我們將脈沖信號鎖住了,無論別的搶答開關按下與否,都不會影響結果。這就起到了控制電路的作用。報警電路中,使用燈來表示,當無人搶答時,指示燈亮。本設計中,秒脈沖電路用信號源模擬產生,在制作實物時也可以用555芯片產生。
3.2.5 定時、顯示電路
定時、譯碼、顯示電路是由74LS48譯碼器,74LS192計數器和七段數碼管構成的。將74LS192的四個輸入端DCBA端分別接上高電平,低電平,低電平,高電平,則通過譯碼器在七段數碼管上顯示9,然后通過減計數,依次減一,當搶答按鈕按下時,控制電路將會鎖住脈沖信號,因此數碼管應該顯示當前數字不變。直至下一次搶答時,主持人通過置數重新將其置為9。
4 結語
利用可以Multisim軟件可以方便地進行各種電路的搭建,并對電路進行仿真與調試,彌補了傳統實驗教學中存在的設備老化、元器件損耗等不足,激發了學生的學習興趣。如學生在進行復雜電路設計時,可以先采用Multisim軟件進行設計,驗證設計方案的可行性,再搭建硬件電路進行調試,可達到事半功倍的效果。實踐證明Multisim仿真軟件在電子技術課程教學和實驗教學中發揮著重要的作用,對于提高實驗教學質量、培養學生創新能力和動手能力等方面發揮著非常重要的作用。
參考文獻
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模擬電路課程設計范文5
關鍵詞:專業課程設計;實踐能力培養;教學方法和手段
作者簡介:許少娟(1981-),女,山東萊陽人,大連理工大學城市學院電子與自動化學院,講師;于海霞(1975-),女,黑龍江哈爾濱人,大連理工大學城市學院電子技術基礎教研室主任,副教授。(遼寧 大連 116600)
基金項目:本文系大連理工大學城市學院2012年度教育教學研究基金項目(項目編號:JXYJ2012006)的研究成果。
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2013)08-0043-02
對于電子及自動化類專業,一些理論性和實踐性都較強、對專業課程設置比較重要的專業基礎課一般都配套有課程設計。課程設計是對理論課程學習成果的實踐和檢驗,也是把理論運用到實踐中進行再體會、再提高的必要環節,是訓練和提高學生綜合能力的極好機會。以模擬電子電路課程為例,在歷年的教學實踐中,大多學生感到模擬電路課入門很難,學習起來非常吃力,而后續的課程設計中很多學生拿到題目后往往感覺無從下手,缺乏工程估算的概念,找不到與相關理論知識之間的聯系,也就是理論知識和工程實踐能力存在脫節的現象。
出現這種現象,究其原因主要是由于模擬電子電路課程知識點多,內容覆蓋面大,基本電路單元多樣[1],在有限的理論課程教學課時內往往只能集中精力用來講授理論知識,而實踐能力的培養則只能依靠實驗課和后續的課程設計;然而理論教學、實驗和課程設計等環節之間缺乏有機的銜接和過渡,教師往往在理論授課時與實際應用聯系不夠緊密、引導不足,導致學生感覺所學知識與工程應用有差距,在實踐環節欠缺實用的知識和技能。在這種情況下,怎樣設計模擬電子電路課程設計的教學模式、怎樣與理論課相互配合才能充分發揮其作用,成為非常關鍵的問題。
在對2010級電子及自動化專業學生的教學實踐中,筆者力求通過合理設計教學內容和教學模式,將課程設計作為訓練和提高學生綜合能力的機會,借助設計過程幫助學生驗證抽象、難于理解的理論知識,將理論課中分散的知識有效地串聯起來,加深對理論知識的理解和掌握,并進一步升華到利用理論知識靈活設計電路的能力。下面通過自身教學實踐經歷談一下筆者的經驗和體會。
一、教學設計指導思想
1.理論知識與實踐能力同步增長
如果純粹學理論知識而缺少直接的親身實踐體會,學生會發懵,不知所學知識有何用。因此要把實踐中遇到的問題拿到理論課上,使抽象的概念和理論計算具體化、實用化,訓練工程實踐思維方法,提高實踐能力。
2.理論知識引領實踐教學
實踐訓練需要依托于一定的理論支撐。理論課上應把實踐相關的知識點和實踐案例充分引導、鋪墊到位,使理論對實踐起指導作用。
3.實踐訓練激發學習熱情
通過實踐經歷使學生明確理論知識的作用和意義,從而提高學習興趣,提高自信心,增強對所學專業的歸屬感。[2]
二、教學環節設計
1.設計題目多元化,盡可能滿足不同學生個性化差異的需求
由于學生在模擬電子電路理論課及相應實驗課的學習中對各單元知識掌握的程度不相同,對各類單元電路的興趣點也不相同,為了能在最大程度激發學生的設計積極性,建立對課程學習的自信心,課程設計為學生安排了豐富的設計題目,共包括12個基本題目和36個提高設計題目,學生可以根據個人的意愿按照規則進行選題。設計題目綜合考慮就業和考研等不同學生群體的需求,有原理相對簡單的實用電路,注重訓練工程實踐常用的近似計算加參數測量修正等方法,如空調控制電路、壓控濾波器;也有偏重分析能力以及對理論知識進行整合提高的題目,如靜態電流可調的甲乙類功放、電壓(電流)負反饋放大電路;也有很多綜合性訓練的題目,如開關穩壓電源、基于三極管的LC振蕩電路等。每個設計題目除基本要求之外,還設有擴展性和創新性的內容,以多樣的設計要求解決學生個性化差異的問題,盡量滿足每個學生的設計愿望,從而實現在教學細節上的多元化教學培養需求。
2.嚴把考核關,充分調動學生創造設計的積極性
課程設計采取任務驅動式教學方法,整個過程教師只提供少許建議,具體設計過程完全由學生獨立完成。學生以團隊的形式,查閱資料、選擇設計方案、畫電路圖、仿真論證,并完成相應的調試和測量。通過這個過程讓學生充分了解工程設計工作的過程和步驟,訓練工程實踐能力,學會相互溝通協調,增強責任感和團隊合作能力,為進一步學習專業課和踏上工作崗位奠定基礎。
課程考核主要由預答辯、實物成果、答辯和總結報告四部分構成。課程開展的具體流程如圖1所示。各課題的具體任務、參數要求等內容在理論課結束后即以課程設計任務書的形式下發,學生可以結合自身興趣和能力自由選題,確定題目后開始查閱資料進行方案設計,并輔以Multisim仿真工具進行功能驗證。以上準備工作都寫入預習報告,作為預答辯提問的主要內容。其中預答辯和答辯是筆者首次嘗試增加的考核環節,目的是為了使學生真正地“動”起來,動手做、動腦想,充分發揮課程對提高實踐能力的作用。
預答辯在第一堂課進行,主要檢查和提問課題的基本原理、基本方案設計、電路圖等相關內容及學生的準備情況。如果學生初次預答辯未通過,說明對相關原理的理解不夠或者方案設計不合格,因此扣掉一定分數,并修改方案重新進行預答辯。該環節一方面是為了督促檢查學生的前期準備情況,要求學生對相關原理有充分的了解,對設計方案有初步的規劃,從而“逼迫”學生認真思考,積極與同學、老師探討,深入到自己所選的課題中,更重要的是為了給學生把把關,指指路,防止他們的設計方案在大方向上跑偏。答辯以一組為單位,采取搶答的形式。答辯題目按難易程度區分3~4個層次,搶答的題目難度越大則得分越高。
剛開始進行課程設計時,學生迫于考核的壓力不得不去研究,但當他們開始深入到課題中時便會激發起解決問題的欲望,從而積極主動地查閱資料、進行仿真實驗。通過這種綜合的考核方式,無形中形成了一種相互競賽的積極氛圍,學生在設計過程中相互對比設計進度和所設計電路的功能,相互討論交流,共同完善提高。
3.收集實踐實例和素材,反哺理論教學
教師在實踐指導及其他教學活動中會遇到很多電路現象和故障問題,把這些實例拿到課堂上作為理論課的教學素材能使抽象的概念和理論計算形象化、實用化,增強課程的實用性,并且給出問題尋找原因的這種任務驅動式的教學方式更容易激發學生的求知欲[3],教學效果更好。因此教師在實踐中應當細心觀察,尋找聯系,多收集積累實踐素材。
例如一個故障排查實例:某分壓偏置放大電路如圖2所示,在調試過程中發現電路的放大能力不足。實際上出現這個現象可能是多方面的原因引起:可能是旁路電容連接錯誤或電容值不夠大,沒有起到旁路作用;可能是三極管集電極最大靜態電流超出工作范圍,等等。這個實例聯系了至少兩個知識點:放大電路中旁路電容的作用(為交流信號提供一條通路,提高電壓增益)以及三極管集電極最大靜態電流參數(靜態電流超過最大值,管子的電流放大系數會下降),有助于將各章分散、孤立的知識點綜合聯系起來,融會貫通,并且把知識點以實例電路故障排查這種方式呈現出來,與單純空洞地強調知識點相比更易于激發起學生的求知欲,教學效果更好。
4.相關理論課聯系實踐、引導實踐,為實踐做好鋪墊
在課程設計指導過程中,筆者發現學生對于理論考試經常出現的分析計算比較擅長,而從工程實踐出發設計電路、估算參數的能力比較欠缺,工程估算的概念不清晰,很多學生拿到題目后無從下手。這也反映出以往理論授課與實際應用聯系不夠緊密。理論授課要以工程實踐的需求為導向,凸現工程實踐思維和能力的培養,建立工程估算的概念,訓練分析和設計實際電路的能力,因此,理論課一定不能脫離實踐,要打破傳統教育面向考試、把公式死搬硬套來分析計算的教育模式。實踐相關的內容在理論課上應進行引導、鋪墊到位,學生接觸到相關問題時的思路會更清晰。
舉一個例子,設計LC振蕩電路這一課題中用到耦合電感,學生搭建電路時首先面臨一個問題——耦合電感的同名端怎么測量?這個問題在電路原理課講耦合電感時若鋪墊好,學生操作時更容易理解,設計過程會順暢很多,并且切身體會到理論方法對實踐的指導作用,這對增強學生的自信心也非常有益。
除此之外,對學生學習具有風向標意義的考試、測驗在出題時盡量多聯系實踐,將其實戰化,這也不失為引導和訓練學生工程思維的有效途徑。例如各種放大電路組態有什么性能特點、在實際工程中應如何選用,這些知識點在測驗或練習時可以用具體的電路實例來引導和訓練,而不是僅僅停留于“用一個高內阻的信號源去驅動阻抗較小的負載,輸入級和輸出級分別應該采用相應組態”這樣理論化、模式化的形式。
三、教學收效
上述教學實踐極大地激發了學生的學習熱情,大多數學生在不同方面都有很大收獲,總結如下:
1.激發積極性
學生感受到利用所學知識可以實實在在地做出點東西來,拿出個作品來,從而提高了對所學專業的信心,增強了對專業的歸屬感,同時也認識到成功的實踐活動必須有扎實的理論基礎來支撐,激發了學習理論課的熱情。
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2.掌握開展實踐活動的科學方法
學生深切體會到EDA輔助設計的強大作用,對工程實踐中常用的Multisim 仿真工具運用更加熟練,對開展工程實踐活動的科學方法和步驟有了切身體會,為進一步學習其他專業課和踏上一線工作崗位奠定了基礎。
3.增強團隊合作能力
學生一般兩到三人一組,以團隊合作的形式完成設計任務,項目負責任人負責任務分工、進度安排等工作,其余成員各自負責自己的任務(如查找資料、模塊設計、調試等),從而使學生在設計過程中學會相互溝通協調、相互支持配合,增強了責任感和團隊合作能力。
通過課程設計,大多數學生的學習積極性被調動起來,尤其是比較喜歡動手操作的學生,在設計過程中很有興趣,愿意主動鉆研、討論,能夠主動借助仿真工具或進入實驗室進行自主實驗,使仿真工具和實驗室作為第二課堂的功能得到充分發揮。教學實踐表明,該課程的教學模式激發了學生的學習熱情,有效地提高了學生的設計能力和動手實踐能力,取得了很好的教學效果。
參考文獻:
[1]張輝,王魯云.模擬電路分析與設計[M].大連:大連理工大學出版社,2010.
模擬電路課程設計范文6
關鍵詞:課程設計;彩燈循環顯示電路;學生學習
數字電子技術是我校電子信息工程專業的基礎課,其目標是培養學生具備一定的電子技術理論基礎、一定的創新意識、一定的解決實際問題的能力,促使學生了解本專業的應用發展方向,并為學習后續課程和從事電子信息工程工作打下一定的基礎。
福建江夏學院是2010年由福建省政府組建的一所旨在培養復合性創新陛應用型各類高素質專門人才的應用型本科大學。數字電子技術課程應滿足學校、學科建設的高要求,充分地激發學生對于這門課程的學習興趣,提高學生學習的主動性和積極性。
課程設計作為學生學習的一個重要的實踐環節,要求學生自己設計和搭建一個實用電子產品雛形。常言說得好,“說一百遍,不如做一遍”,學生通過思考、查閱資料、討論等方式尋求解決問題的方案,對相關知識點有更加深入的理解,提升學生的成就感,增強自信心,提高學習主動性,從而形成良性循環。本文以“彩燈循環顯示電路”中“數字電子技術”的課程設計為例,從幾個方面淺析了課程設計對于激發學生學習熱情、促進學生學習所起到的良性作用。下面,筆者將從設計的相關環節來具體闡述。
一、分析設計任務和性能指標
本課程設計的題目是“彩燈循環顯示電路”,學生在拿到設計題目后,首先要根據相關材料分析設計任務,掌握相關原理圖,解析其基本構造和功能,將總電路原理圖拆分成以下三個單元電路:矩形方波產生的頻率、10個彩燈的循環點亮和七段數碼管上顯示彩燈的循環次數。
學生要做到對設計功能的完美解析、原理圖清楚識讀,要掌握“數字電子技術”課程中所學的相關基本理論和基本方法,清楚所涉及的各個芯片的功能、參數,及其涉及典型功能模塊的搭建,進而要了解單元電路功能模塊的構建,了解單元電路中各個部件元件的作用,清楚整體設計所要達到的性能指標,乃至有效擴展至一些特定微型數字系統。
在這部分,學生既要鞏固課堂理論知識,又要加強對實際電路的認識、解析能力。
二、元器件的選擇
對課程設計題目完美解析之后,接下來就涉及合適的元器件的選取。在搭建單元電路時,對于特定功能單元需要選擇主要的集成塊。比如時鐘電路選555,計數/譯碼器4017,計數器4518,譯碼4511及顯示驅動電路也都相對固定,但存在電路特定功能要求不同,需要適當元件參數匹配集成塊,例如,10個彩燈循環點亮的完美顯現,對方波頻率的選擇就有所要求,學生在利用555觸發器構成脈沖方波時,必須考慮到影響時間常數的RC元件參數的選擇。
同樣構建單元電路時,選擇器件的電平標準和電流特性等參數很重要。普通的門電路、時序邏輯電路、組合邏輯電路、脈沖產生電路、數模和模數轉換電路、采樣和存儲電路等,參數選擇恰當可以發揮其性能并節約設計成本。
在這部分,學生在進行元件的選擇的同時,不僅要掌握所用儀器設備的使用介紹,了解實驗過程中的注意事項,還要掌握從電路的整體布局到一個個小的元件的清楚認識。
三、設計總體電路圖
任何一種邏輯功能都可以設計出一種相應的邏輯電路。根據需要設計出符合要求的邏輯電路,合適的計算機輔助軟件給我們的電路設計提供了極大的便利。
1.仿真軟件
該設計要求學生掌握兩種仿真軟件Multisium和Proteus,并結合所給的設計題目,繪制電路原理圖,進行模擬仿真測試。學生在操作過程中掌握以下三個方面知識點:
(1)熟悉Multisium和Proteus軟件操作界面,了解選取元器件時所需要注意的一些注意事項。
(2)調整電路圖中元器件布局,調試電路板,故障排查。數字電路設計以邏輯關系為主體,因此各單元電路的輸入輸出邏輯關系與它們之間的正確傳遞決定了設計內容的成敗,結合整體實現功能,要求每一個單元電路都須經過調整,確保各單元之間滿足驅動電平匹配和電流匹配,合理布局。
仿真是整個設計成功關鍵的一步,學生做好仿真電路的連接,之后的焊接電路就會顯得相對輕松、駕輕就熟。電路仿真軟件為學生之后從事電路設計、模擬仿真等打下基礎。
對于仿真軟件,老師只是起到簡單領進門的作用,需要學生自身去拓展學習,這里有個需要重視的地方,相較于私下自學,集中學習、互幫互助成效非常明顯。
2.電路原理圖印制板設計功能
課程設計要求學生掌握Protel 99SE軟件的原理圖設計、PCB設計、自動布線器這幾個功能,學生通過該軟件的學習,可以強化計算機模擬和具體元器件的封裝工藝,統籌各個單元電路的布局。
學生弄好印制板,在其上焊接電路,這在很大程度上接近實際的電路板的制作工藝,學生在此可以得到理論和實際明顯的結合,貼近工藝、貼近工廠,提高了興趣,極大調動了學生的主動性。
四、焊接、搭建電子產品雛形
完成了前面三步之后,學生就進入電子產品的搭建環節,而要進行完美的電路搭建,首先要求學生掌握一些基本的知識、動手能力:了解萬用表、示波器、穩壓電源等常用電工電子儀器、儀表的使用;熟悉電阻、電容、電感、二極管、三極管、變壓器、集成電路等的外形結構;熟悉機械開關、繼電器、接插件、熔斷器、電聲器件的外形和標志方法;熟悉各種常用線材的外形與結構;電烙鐵的使用方法和使用技巧、焊接注意事項等。
學生有了如上所示的準備就可以開始在萬用板上焊接電路,按照前面電路圖仿真,將電路圖復制到萬用板上,而這也是本設計最鍛煉學生的時候,不僅要具備過硬的焊接技術,還需具有較強解決實際問題的能力,前者直接影響了最后電子產品的工藝水平、美觀程度,而后者則會關系到焊接的電子產品能否實現我們所要的設計結果。
五、書寫綜合設計實驗報告
學生在完成全部仿真、電路模型搭建之后所作的綜合書面報告,是學生對整個課題設計的思考和總結,是對課題設計的再認識、知識升華的過程。