电路与电子设计基础范文

教育

论文摘要：本文从高职教育的特点出发，阐述了传统的电子专业基础课教学和EDA技术教学存在的缺陷，引出如何让高职院校的学生能够通过实践的方法掌握电子专业基础课中必备的一些抽象的理论知识的问题。列举了几种常用的EDA软件（protel、NIMultisim10、MAXplusII等）的功能、特点、适用范围，最后，通过具体的应用实例提出高职教育中EDA教学与电子专业基础课的相互渗透的方法，使得二者有机结合，达到更好的教学效果。

教育

引言

职业技术学院以培养适应社会各层面需求的、与时代相适应的、具有综合能力和全面素质的、直接在生产第一线服务的应用型人才为根本任务。一贯以来培养目标是以专业技术知识为基础，以实践为核心，注重理论联系实际，培养学生创新能力。让学生掌握一门扎实的专业基础知识和技能，使学生有较强的知识转化能力。

教育

1.传统的专业基础课教学存在的主要问题

电子类职业学校的专业课都开设了专业基础课，这些专业基础课涉及的知识面广，基本概念、基本原理、分析方法多，因此学生在学习中，总是觉得很吃力，学完之后，又不知道如何运用知识。问题的症结是学生刚刚接触专业的知识，没有基础，而且传统的教学用单一的方法从理论上阐述，学生学起来感到抽象，难以理解和掌握，所以学生难以学好专业课。但专业基础课学好后，对学生的后续专业课的学习起着至关重要的作用。高等职业院校的电子专业基础理论课具有入门难、逻辑思维能力要求高的特点，比如《电工技术基础》的公式多、定理多、计算量大，《电子技术基础》概念多，单元电路分析计算难，电子专业基础课理论性，实践性强，与学生在高中学习的基础知识联系不多，每次课的新知识多，信息量大，抽象且枯燥无味，往往学生进入专业基础课的学习都会感到难以适应，久而久之导致恶性循环，以至于失去学习专业课的兴趣和信心。

2.传统的EDA课程教学存在的主要问题

随着EDA技术的普及，职业技术学院也相继开设了相关的课程比如《EDA电子设计自动化》，《Protel电路设计》，《可编程控制技术》等，涉及的主要软件有NIMultisim10、protel99se、MAXplusII等等。NIMultisim10用软件的方法虚拟电子与电工元器件，虚拟电子与电工仪器和仪表，实现了“软件即元器件”、“软件即仪器”。NIMultisim10是一个原理电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件。

NIMultisim10的元器件库提供数千种电路元器件供实验选用，同时也可以新建或扩充已有的元器件库，而且建库所需的元器件参数可以从生产厂商的产品使用手册中查到，因此也很方便的在工程设计中使用。PROTEL是PORTEL公司（后更名为Altium）推出的EDA软件，是电子设计者的首选软件，在电子行业的CAD软件中，它当之无愧地排在众多EDA软件的前面，是个完整的板级全方位电子设计系统，它包含了电路原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计（包含印制电路板自动布线）、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server（客户/服务器）体系结构，同时还兼容一些其它设计软件的文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL等，其多层印制线路板的自动布线可实现高密度PCB的100%布通率，它较早就在国内开始使用，在国内的普及率也最高，几乎所有的电子公司都要用到它，许多大公司在招聘电子设计人才时在其条件栏上常会写着要求会使用PROTEL。Max+plusⅡ是Altera公司提供的FPGA/CPLD开发集成环境，Max+plusⅡ界面友好，使用便捷，在Max+plusⅡ上可以完成设计输入、元件适配、时序仿真和功能仿真、编程下载整个流程，它提供了一种与结构无关的设计环境，是设计者能方便地进行设计输入、快速处理和器件编程。但是，一般这些课程会被安排在专业基础课学习完毕以后，在第三或第四学期，学生在学习到这些仿真软件时往往已经忘却了许多重要的基本知识。除此以外，传统的教学方法在EDA应用软件的教学中只注重命令的介绍，或者说强调命令的操作步骤，而不重视命令以外的东西。由于教师本身的学业水平及其素质问题，功能性教学方法被广泛采用。采用这种方法学生不可能在教学规定的时间内宏观地、整体地去把握事物的内涵，所学的知识缺乏连贯性，独立操作软件的水平不高，只能简单模仿和死记硬背。同时该方法往往是以教师为中心，课堂上教师讲得多，学生参与少，不能适应培养高技能人才的需要。

3.改革的主要思路

传统的电子专业基础课教学和EDA技术教学存在明显的缺陷。在具体实施过程中教师应积极参加教研教改项目，以教改促进课程教学整体质量的提高。比如，在专业基础课的教学中不能照搬传统的一套教学方法，从数学推导或理论分析来得到相关的结论。一方面，应该借助电子仿真软件EDA开展教学，直观的形象显示有助于培养学生的观察能力和分析问题的能力，有助于教学重点和难点的讲解，可培养学生的学习兴趣，激发学习动机。另一方面结合其它课程设计的方法来提高EDA软件的使用，如《电路基础》、《数字电路》、《模拟电路》、《高频电子线路》等课程的设计以前都是手工完成设计部分的工作，现在都安排在EDA技术中心利用EDA软件来完成。通过大量实际训练，使学生掌握EDA在本专业各项设计与电路制作中的应用。在接触各种实际的和模拟的设计电路课题的过程中，提高分析、解决问题的能力。最后，推广职业认证考试高职教育应该依照国家职业分类标准及对学生就业有实际帮助的相关职业证书的要求，

调整教学内容和课程体系，把职业资格证书涉及的相关课程纳入教学计划之中，将证书考试大纲与专业教学大纲相衔接，创新人才培养模式，强化学生技能训练，使学生在获得学历证书的同时，顺利获得相应的职业资格证书，增强学生就业竞争能力。通过比赛提高学生的学习积极性，促进课程改革建设的深入。

结束语

实践证明，职业技术学院的专业基础课程和EDA教学方式的改革是势在必行的，只有通过改革才能把这两门课程教学实施得更好，才能达到高职高专院校培养适应社会各层面需求的、与时代相适应的、具有综合能力和全面素质的、直接在生产第一线服务的应用型人才的目标。当然，笔者提出的把两种课程糅合在一起贯穿执行的教学方式还不够细致和完善，这当中还存在很多方面的问题需要在以后的教学环节去检验和解决。

参考文献：

[1]俞文英.关于电子专业基础课的教学探讨[J].洛阳师范学院学报,2003(5).

[2]李曙峰,冀云.EDA课程教学改革实践探索[J].科技致富向导,2011(23).

[3]孙怀东.EDA技术在电子技术课程教学中的应用[J].三明学院学报,2007(04).

电路与电子设计基础范文篇2

关键词：CAD；电子线路；Pspice；虚拟仿真

电子技术基础是一门电类的专业基础课，它包括模拟电路和数字电路，其理论知识繁琐、难懂，通过实践教学可以加深对理论的理解，提高学生学习的兴趣，但是由于实验室条件的限制，有些实验内容无法测量和验证，这样就束缚了学生对一些知识难点的理解。为了让学生更好地掌握理论，增强其主动性、积极性，在教学中教师可以引入电子线路CAD来完成对电路的测试、精确分析、直观显示。电子线路CAD的基本含义是使用计算机来完成电子线路设计过程，包括电路原理图的编辑、电路功能的仿真、工作环境的模拟、印制板设计（包括自动布局、自动布线）与检测等。目前，电子线路CAD软件种类很多，但其功能大同小异。Pspice是电子线路计算机辅助分析和设计中常用的一种通用电路分析软件。它以图形方式输入，自动进行电路检查，生成网表，能模拟和计算电路的性能。目前，高版本的Pspice不仅可以对模拟电子线路进行直流分析、瞬态分析及交流分析等，还可以分析数字电子电路和数模混合电路。而且现在随着科学技术的发展，电子线路的规模越来越大，必须借助于计算机进行仿真、分析和设计，另外它还是电子产品从设计、实验到定型过程中一种不可缺少的设计工具。大部分高职院校已专门开设了电子技术基础计算机辅助分析和设计，即CAA和CAD课程。针对以上情况，在电子技术基础教学中，我们采用了Pspice仿真软件进行计算机辅助教学，要求学生自己对电子线路进行分析与仿真。下面就具体来谈谈我们的一些做法和体会。

一、应用Pspice软件加深对理论知识的理解

题目：分析差分放大电路的差模电压增益、共模电压增益

绘制差分放大电路原理图，其中vs+和vs-为正弦源。另存为chadong1.sch

1.分析双端输入时的差模电压增益

（1）设置信号源的属性

vs+，vs-为差分放大电路的信号源。vs+的属性设置如下：

vs+的“AC”项设为10mv，vs-的“AC”项设为-10mv。这样才能起到差模输入的作用。

（2）设置分析类型

（3）AnalysisSimulate，调用PspiceA/D对电路进行仿真计算。

（4）测得恒流源给出的静态电流为1.849mA，晶体管Q1和Q2的发射极电流相等，都为0.9246mA。

（5）在probe下，单击TraceAdd，在TraceExpression中输入要显示的变量。

若要观察单端输出时的差模电压增益，编辑表达式为：

V（out1）/（V〈Vs+：+〉-V〈Vs-：+〉）；

若要观察双端输出时的差模电压增益，编辑表达式为：

（V〈out1〉-V〈out2〉）/（V〈Vs+：+〉-V〈Vs-：+〉）。

得到结果如下：

（6）用游标测量，双端输出时的差模电压增益为100.68，单端输出时的差模电压增益为50.34，是双端输出时的一半（为什么）。两条曲线的上限截止频率点都是3.3843Mhz。

2.分析双端输入时的共模电压增益

将原理图chadong1.sch打开，另存为chadong2.sch

（1）设置信号源的属性

vs+的属性设置不变。

Vs-的“AC”属性设置为10mv，使其和信号源vs+一样，这样就相当于在两个输入端加上了相同的信号，起到共模输入的作用。

（2）设置分析类型

（3）AnalysisSimulate，调用PspiceA/D对电路进行仿真计算。

（4）在probe下，单击TraceAdd，在TraceExpression中输入要显示的变量。

若要观察单端输出时的共模电压增益，编辑表达式为：V（out1）/V（Vs+：+）；

若要观察双端输出时的共模电压增益，编辑表达式为：

（V〈out1〉-V〈out2〉）/V（Vs+：+）。

（5）用游标测量

双端输出时的共模电压增益为1.000E-30，（Pspice中用1.000E-30表示0），所以双端时的共模电压增益为0。在中低频段的单端输出共模电压增益为0.000733，也已经非常小，说明单端输出情况下也具有良好的抑制共模信号的特性。但随着频率的进一步增大，共模电压增益将会急剧增大，增加到一定程度后，将不会再有剧烈的增减，但是共模电压增益总是小于1。

从上述的仿真过程中对分析差分放大电路的差模电压增益、共模电压增益这一问题的解释就更具直观性，学生也会更容易理解这些难懂的理论知识点。

二、应用Pspice软件进行电子技术基础课程设计的辅助教学

电子技术基础的课程设计是教学的重要环节。选定一个电子产品就要按它的设计生产，从选题、方案论证、性能指标确定、装调电路、修改、定型参数直到批量生产是一个复杂而又费时的过程。该过程的任一环节，都对产品性能和经济效益有着直接影响。

传统的电路装配、调试过程，一般均采用面包板或专门的焊接板，通过手工连线装配，检查无误后，进行电路测量，最后评估电路性能。若性能与设计值不符时，需调换参数并重新调试测量，直至符合设计要求为止。但是，当电路非常复杂时，采用插接板或焊接板组装电路时所产生的连线错误、器件损坏等人为错误，常会造成人力、财力、时间的浪费及错误的性能评估。尤其是集成电路的设计，器件在插接板上就无法组合成像集成电路内部那样紧密复杂的电子电路，装配板上的寄生参数与集成环境中的完全不同。因此，在装配板测试的特性将无法准确地描述集成电路的真实特性。所以，电子技术基础的传统设计方法已经不适应当前电子技术发展的要求，这就要借助计算机完成电子电路的辅助设计，即电子线路CAD技术。因为它包括电子工程设计的全过程，如系统结构模拟、电路特性分析、绘电路图和制作PCB等。Pspice软件本身除含有强大的元件库外，还可以自行建立器件模型构成所需的元件库，从而不受经费和数量品种的限制，在任何时候都可调入任何所需器件来随时改变电路元件参数从而调整电路，使之更好地逼近设计要求。所以，我们在要求学生自己设计好电路后，都必须先调用Pspice软件进行电路仿真分析，以得出最理想的电路设计方案，然后再在实验室进行搭线和电路调试，最终做出一个合格的电子产品。

所以，采用Pspice仿真软件进行电子技术基础课程的教学，拓宽了学生的思维空间，有效地激发了学生的学习兴趣，提高了学生的自学能力和解决问题能力，对提高电子线路课程教学效果和效率及对学生创新精神和能力的培养都起到了较好的促进作用，也提高了学生对电子线路的分析与仿真能力和计算机的实际应用能力，为学生以后走向工作岗位打下了一个良好的基础。

参考文献：

[1]康华光.电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2008.

[2]朱正伟.EDA技术及应用[M].北京：清华大学出版社，2005.

电路与电子设计基础范文

关键词：实习教学设计；工程教育；CDIO；项目驱动法

中图分类号：G642.0文献标识码：A文章编号：1007-0079（2014）36-0195-02

电工电子实习，亦称电子工艺实习，是高校开设的公共基础实训课程，涉及专业较多，在工科专业人才培养中占有重要地位。随着国家的发展转型，业界对人才的需求，已从学术型人才转向工程型人才，[1-3]传统的技能培训模式已不能适应新形势下人才培养的需要，教学改革势在必行。现代工程教育模式为集中性实践教学环节的改革带来了先进理念，[4-6]根据CDIO理念改革电工电子实习平台，模块化的方案设计和教学设计非常关键，围绕能力的培养，从科研成果转化为教学内容入手，结合项目驱动法和最新的虚拟仿真技术，进行实习内容的组织和教学设计，采用模块化设计，将工程案例与实习课程具体特点结合，在保障技能训练的基础上，强化系统性的工程能力培养，重点提升了学生的自主学习能力、设计开发能力和应用创新水平。

一、教学设计

智能车作为创意机器人设计的参考原型，是高校进行跨学科创新的典型工程案例，也是实现课赛结合的理想主题，在各类赛事和学科创新活动中获得了较多成果。CDIO理念下的电工电子实习教学改革，将智能车成果转化为教学内容，依据教学需要进行模块化设计，完成教学适配，[7]以智能车主题贯通实习教学的各个环节，增加了课外自学内容，结合虚拟仿真开发技术，使学生在实践中循序渐进，具备安全用电、电子制作、电子设计与应用创新的各项能力，实现了系统性的工程能力培养目标。教学设计方案见表1，下面从安全用电、电子制作、电子设计、进阶引导四个方面进行介绍。

表1CDIO理念下的电工电子实习教学设计

实习模块主要内容智能车工程案例能力目标适用范围

安全用电用电常识、用电规范

照明电路、室内配电电源模块安全用电技能

看图接线能力必做

动力线路、PLC自动化驱动模块信息获取利用能力选做

电子制作焊接、调试、装配循迹模块电子制作技能

分析解决问题能力必做

电子设计PCB设计、制板、焊接、调试车灯模块设计开发能力选做

电路仿真、整车调试显示模块、整车工程系统能力电类

进阶引导实结、扩展应用、编程MCU模块及扩展自主学习能力

应用创新能力电类

1.安全用电

学生具备安全用电常识和解决日常用电问题的能力，是电工电子实习的最低要求。安全用电是工程实践的基础，须克服心理障碍，熟悉用电常识与操作规范，防患于未然，主要内容有安全用电常识、常用工具的使用、单相电路、三相电路。需要注意强弱电、交直流的结合对照，做好与后续实习内容的关联，融会贯通，培养学生的信息获取与利用能力。

单相电路侧重培养安全用电技能和看图接线能力，主要内容是照明用电和室内配电实训，了解交流市电的使用，在此基础上加入智能车直流电源课外自学内容。电源作为电子产品系统的供配电部分，是系统调试和故障多发的重点区域，也是安全用电和电路检修的关键环节，智能车电源模块使用了7.2V电池，对外供电采用双电源，7.2V直接为显示模块、循迹模块和驱动模块供电，变换为5V电压后为MCU模块供电，初学者容易接错电源，造成元器件烧坏或者人体烧伤，须提示安全用电。

三相电路侧重培养看图接线能力和信息获取与利用能力，有动力用电和PLC自动化两个实训项目，主要内容是电机的继电控制和PLC电气自动化，在此基础上通过智能车的驱动模块了解直流继电器及直流电机的控制，了解H桥驱动原理，智能车的驱动模块用于运动控制，通过两路控制信号分别对开关管和继电器进行控制，以实现电机的速度、转向等动作。达林顿管驱动电机进而控制速度、晶体管驱动继电器进而控制行进方向。因为该部分属选作内容，内容较多，比较实用，有助于培养学生的信息获取与利用能力。

2.电子制作

学生具备课外科技制作的能力，是电工电子实习的最低培养目标。电子制作包含仪器的使用、元器件的识读检测、焊接工艺、电路调试和整机装配五个部分。其中仪器的使用和元器件的识读要结合焊接具体电路来教学，尊重学生在实训中的主体地位，边讲边操作，考虑学生信息的获取与利用能力和效率，有的放矢避免泛泛而谈。

焊接工艺是电子制作的基本功，主要内容有立方体的焊接、万用板的焊接、印刷电路板的焊接和拆焊练习，其中立方体的焊接是焊接基础，采用“准备-加热-加锡-去锡-去烙铁”五步训练法教学，要求学生握持烙铁要稳，养成焊前对烙铁头和引脚进行预处理的习惯，避免虚焊；万用板的焊接推荐引脚直连法或者用单支线，训练实例为智能车电源模块，要求学生养成“先检测，再焊接，焊前预布局”的习惯；印刷电路板的焊接训练实例为智能车循迹模块，学生通过印刷电路板的焊接对PCB结构和标识有一个初步的了解，为后续设计PCB奠定基础。

通电调试前，使用万用表对照原理图检测电路，发现元件焊反或焊错的，须进入拆焊环节，拆焊可用热风机或加锡拆焊法，均匀预热避免长时间加热某个焊点，以免焊盘脱落；调试时沿电流方向依次检测，查找虚焊或问题元件，掌握离线检测电路的方法。通过智能车循迹模块掌握运放的典型应用和运放电路在线调试的方法，初步具备依据电路原理进行调试分析与解决问题的能力。电子制作教学环节，学生多为初学者，要求指导老师“多演示、多巡视、多指导、严验收”，拆焊练习属于选作内容，方便学有余力的同学自我提升。

3.电子设计

电子设计是是工程型人才培养的关键，是电工电子实习的重点内容，直接关系到培养学生的自主学习能力、设计开发能力和工程系统能力培养质量，主要内容包含电路仿真、原理图绘制、电路板设计、电路板制作和整车调试。电路仿真是进行电子设计与验证的便捷途径，学生通过Multisim电子电路设计与仿真软件，仿真智能车车灯模块或显示模块，分析电路原理，了解集成运放电路典型应用与调试技巧，掌握电路设计的可行性仿真分析和虚拟仪器在电路验证中的应用，为后续电路板设计奠定基础。

使用AltiumDesigner绘制电路原理图，或进行原理图修改，是进行电路板设计的前提，应注意易读性和效率，学生在绘制智能车车灯模块原理图的过程中，要提前发放元器件，自然而然地了解软件界面、元件与封装。AltiumDesigner进行PCB电路板设计之前，利用前面焊接的循迹模块PCB成品，使学生对PCB电路板有个感性认识，然后通过刚绘制的车灯模块原理图快速上手，初步掌握PCB设计流程和使用技巧，布置一些课外内容，例如布局原则、布线技巧、批量修改和机电匹配、帮助学生迅速掌握软件[8]，提高自主学习能力。

通过热转印工艺，了解印刷电路板制作流程，每个环节建议设置简短提醒，完成车灯模块PCB的制作，在读懂电路原理的基础上独立完成焊接与调试。

最后是整车调试环节。利用已制作并调试成功的五个模块，配上智能车底座和单片机最小系统板成品，要求学生分组完成整车调试，通过检测跑道（或地图）的黑线来自动调整小车前进的方向，使小车不脱离黑线跑完全程，从而实现小车的自动循迹，提高学生的工程系统能力和团队合作能力，通过对电子设计因果的反思总结，提高学生的设计开发能力。

4.进阶引导

进阶指导是实习课程的课外拓展，是课外创新的新起点。实习课程结束后，进行一次完整的梳理总结，便于知识结构的系统化，利于后续的课外创新实践。围绕智能车工程案例，总结单片机电路，梳理电子技术知识的典型应用；科普单片机编程和控制算法，引导学生以智能车为原型，进行创意智能车/机器人的扩展设计与创新，组织学生参加相关赛事，提升学生的应用创新能力。

二、成效

电工电子实习是校级公共实践平台，教研组根据现代工程教育理念，采用“分批次多层次多模块”的方式，逐步推进教学改革，满足了各个专业的需要。通过模块化设计的智能车，实现了已学电子技术与后续单片机课程的对接；以单片机电路梳理电子技术典型应用，打通了实习教学各模块和环节，从传统的技能培养成功过渡到系统性的能力培养，提高了人才培养水平。制作的“电工电子实习课件（CDIO版）_跟我学做智能车”系列课件，在2014校多媒体教育课件大赛中获奖，根据5个专业的教学测试，以及教学问卷反馈，完善了教学设计，取得了阶段成果。

在此基础上，探索了课赛结合教学模式（图2）。智能车项目的模块化设计，考虑了与后续赛事的对接与关联，预留了MCU编程、创意设计和硬件扩展等内容，把智能车成功打造为学生未来工程实践的创新起点和参考范例，打通了实习与课外创新环节，引导学生提前进入了课外创新阶段，通过组织学生参加智能车、机器人和飞行器等赛事，以竞赛带动学生参加课外创新活动，提高了学生的工程能力和就业竞争力。

三、结论

CDIO理念下的电工电子实习，通过模块化设计的智能车项目，实现了以能力培养为目标的教学设计，适配了各专业人才培养课程体系，提升了工程人才培养水平；通过虚拟仿真技术的应用和成果的转化，进一步提高了学生的设计开发能力和工程系统能力；课赛结合的探索，打通了实习与课外创新实践，取得了阶段成就，但开支也相应加大，如何取得规模与经费之间的平衡，例如通过虚拟仿真技术进行人才选拔降低耗材消耗等措施，还需要进一步探索。

参考文献：

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[3]高林.以工程应用能力为主导提高工程教育人才培养质量[J].中国大学教学，2013，（1）：27-29.

[4]曹海平，管图华.基于CDIO理念的电工电子实训教学改革与实践[J].实验室研究与探索，2013，（1）：140-142.

[5]刘琳，苏寒松，李昌禄.电子工艺实习工程教学改革的探索[J].实验室科学，2011，14（2）：63-65.

[6]汪敬华，赵春锋，王佳，等.引入CDIO工程教育理念的电子实习教学改革与实践[J].中国教育技术装备，2012，（10）：132-134.