【摘 要】

針對(duì)《電子技術(shù)》課程中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出改革方案，引入設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)、綜合型實(shí)驗(yàn)、仿真型實(shí)驗(yàn)，EDA技術(shù)及虛擬儀器設(shè)計(jì)，使學(xué)生的理論知識(shí)和設(shè)計(jì)實(shí)踐密切結(jié)合，提高專業(yè)基礎(chǔ)課的教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】

電子技術(shù) 教學(xué)改革 EDA 虛擬儀器

Abstract： With respect to the course of electronic technology experimental teaching reform， Introduction of designing experiment ，comprehensive experiment， simulation experiment ， EDA technology and the design of virtual instrument， Make the students' theoretical knowledge and design practice closely combine and improve the effect of teaching of Professional basic course.

Keywords： Electronic technology， Teaching reform， EDA， Virtual？instrument

【中圖分類號(hào)】 TP 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A 【文章編號(hào)】 2095—6517（2014）01— 0036—02

電子技術(shù)包含模擬電路和數(shù)字電路兩門專業(yè)基礎(chǔ)課，具有理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的特點(diǎn)，是電氣、自動(dòng)化、測(cè)控技術(shù)、通信工程、計(jì)算機(jī)等工科電類專業(yè)的必修課程。為了使學(xué)生能夠更好的掌握課程的基本理論、基本電路及其基本的分析方法，提高學(xué)生的動(dòng)手能力和實(shí)踐創(chuàng)新能力，我們除了在基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)上進(jìn)行改革之外，還在電子課程設(shè)計(jì)過(guò)程中做了一些新的嘗試和探索，其教學(xué)目標(biāo)是通過(guò)指導(dǎo)學(xué)生能夠獨(dú)立完成電路的設(shè)計(jì)工作，提高學(xué)生在電路應(yīng)用方面的能力，使學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用綜合理論知識(shí)解決實(shí)際問題。

一、實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)改革

實(shí)驗(yàn)課程對(duì)鞏固和加深課堂教學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)生實(shí)際工作技能，培養(yǎng)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)以及從事實(shí)踐技術(shù)工作奠定基礎(chǔ)發(fā)揮重要作用。除了基本驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)外，還增設(shè)了設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)、綜合型實(shí)驗(yàn)和仿真型實(shí)驗(yàn)，利用省電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的資源，全天開放實(shí)驗(yàn)室，讓有興趣的同學(xué)在課余時(shí)間自己搭電路，調(diào)試、測(cè)量、驗(yàn)證，在實(shí)踐中體會(huì)、學(xué)習(xí)、提高。

基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能，掌握常用電子儀器的使用方法和基本電路的測(cè)試方法，培養(yǎng)學(xué)生從大量數(shù)據(jù)中總結(jié)規(guī)律、發(fā)現(xiàn)問題的能力。設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)提高學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)理論知識(shí)和基本實(shí)驗(yàn)技能運(yùn)用的能力，掌握電路的基本設(shè)計(jì)方法；綜合型實(shí)驗(yàn)可提高學(xué)生對(duì)單元功能電路的理解和靈活運(yùn)用能力、綜合利用知識(shí)的能力和創(chuàng)新能力；仿真型實(shí)驗(yàn)教學(xué)使學(xué)生掌握各種仿真軟件的應(yīng)用，學(xué)會(huì)電子電路現(xiàn)代化設(shè)計(jì)方法。在實(shí)驗(yàn)中軟件的使用以自學(xué)為主，再結(jié)合具體的題目，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)新知識(shí)的掌握和應(yīng)用能力，為課程設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)所涉及的內(nèi)容與課堂內(nèi)容緊密相關(guān)，充分體現(xiàn)課程的實(shí)踐性。學(xué)生在課堂上獲得了基本知識(shí)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)課進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和仿真，使學(xué)生初步掌握現(xiàn)代化電子電路的設(shè)計(jì)方法。

二、課程設(shè)計(jì)的教學(xué)改革

（一）制定科學(xué)合理的設(shè)計(jì)步驟

1.明確設(shè)計(jì)要求，講解技術(shù)指標(biāo)

根據(jù)每個(gè)題目的設(shè)計(jì)任務(wù)書，指導(dǎo)教師應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)要求和技術(shù)指標(biāo)逐條加以解釋，并說(shuō)明為什么要這樣規(guī)定。同時(shí)向?qū)W生介紹題目設(shè)計(jì)大概思路，基本步驟和方法。

2.雙向選擇題目，確定設(shè)計(jì)目標(biāo)

設(shè)計(jì)題目可由學(xué)生自己選擇，在實(shí)驗(yàn)室可能提供的元器件的范圍內(nèi)，還可以選擇老師規(guī)定題目之外的題目。給學(xué)生更多的時(shí)間和空間，有利于對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

3.組建電子電路，進(jìn)行功能調(diào)試

學(xué)生先將設(shè)計(jì)好的電路進(jìn)行仿真，編譯通過(guò)后，老師再把器件和面包板或PCB發(fā)給學(xué)生，電路搭好后要進(jìn)行在線測(cè)試和功能測(cè)試，一般需要經(jīng)過(guò)反復(fù)檢查調(diào)試才能通過(guò)測(cè)試。有時(shí)仿真通過(guò)了，電路連接也正確，還是不能實(shí)現(xiàn)電路的某些功能，這還需要更換器件甚至修改設(shè)計(jì)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生頑強(qiáng)的工作作風(fēng)和鍥而不舍學(xué)習(xí)態(tài)度都有很大幫助。

4.分析測(cè)試結(jié)果，撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告

設(shè)計(jì)報(bào)告應(yīng)包括設(shè)計(jì)要求、技術(shù)指標(biāo)、方案設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算、元器件的選擇，流程圖、框圖、原理圖和裝調(diào)測(cè)試遇到的問題分析，解決方法及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，收獲及心得體會(huì)等內(nèi)容。同時(shí)要求設(shè)計(jì)的報(bào)告的行文排版要符合規(guī)范要求，這樣可以提高學(xué)生的科技寫作能力及技術(shù)表達(dá)能力。

5.總結(jié)心得體會(huì)，迎接答辯驗(yàn)收

每個(gè)學(xué)生必須做好驗(yàn)收答辯的準(zhǔn)備。在驗(yàn)收的環(huán)節(jié)上我們采取答辯的形式取得了良好的效果，使學(xué)生加深了對(duì)課程設(shè)計(jì)的理解，同時(shí)提高了表達(dá)能力，為今后的畢業(yè)設(shè)計(jì)及找工作的面試提供了一次難得的鍛煉機(jī)會(huì)。

（二）采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法

在課程設(shè)計(jì)中引入了EDA技術(shù)，EDA技術(shù)是將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于電子設(shè)計(jì)過(guò)程而形成的一門新技術(shù)，比較常用的有Multisim7和QuartusⅡ這兩種軟件，它們以高性能的計(jì)算機(jī)為工具，在EDA輔助軟件的平臺(tái)上，QuartusⅡ?qū)D形輸入，硬件描述語(yǔ)言HDL語(yǔ)言輸入為系統(tǒng)邏輯描述手段形成的設(shè)計(jì)文件自動(dòng)完成邏輯編譯，邏輯化簡(jiǎn)，邏輯綜合及優(yōu)化，邏輯仿真，支持對(duì)特定目標(biāo)芯片的適配編譯，邏輯映射和編譯下載等工作，而且能提供比較全面的仿真分析功能，Multisim7還提供了一個(gè)龐大的元，器件庫(kù)和一整套虛擬儀表，可以滿足對(duì)一般的數(shù)字邏輯電路，模擬電路以及數(shù)字-模擬混合電路進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)的需要。

（三）開展創(chuàng)新思維，引入虛擬儀器設(shè)計(jì)

虛擬儀器包括最典型的電子電路，又能輕而易舉地設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)室常用儀器。那么，什么是虛擬儀器呢？通俗地說(shuō)，虛擬儀器就是盡量用通用計(jì)算機(jī)及其軟件來(lái)替代儀器基本功能的一種儀器形式。當(dāng)然，“通用計(jì)算機(jī)及其軟件”就不是儀器內(nèi)部的微處理器及其固件，后者早已是儀器本身的組成部分?，F(xiàn)代儀器功能可以概括地包括兩大部分：一是采集輸入、激勵(lì)輸出及其相應(yīng)的信號(hào)調(diào)理功能；二是對(duì)采集來(lái)的信息進(jìn)行分析處理和人機(jī)交互。前者主要是不同技術(shù)指標(biāo)的A/D、D/A及其信號(hào)調(diào)理器，通常是計(jì)算機(jī)所不具備的功能；后者則是通用計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢(shì)所在，不僅可以借助PC機(jī)Windows操作系統(tǒng)強(qiáng)大圖形功能隨心所欲地構(gòu)造儀器面板，包括用于顯示的指示燈、數(shù)碼管、發(fā)光二極管、顯示儀表、字符及圖形顯示器等，用于操作的按鍵、按鈕、旋鈕、開關(guān)、多路轉(zhuǎn)換器等，利用鼠標(biāo)進(jìn)行人機(jī)交互。而且可以憑借其容量巨大的內(nèi)存、豐富的軟件、多媒體、數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)通信等功能以及友好的開發(fā)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)諸如脈沖、方波、三角波、隨機(jī)波等激勵(lì)波形的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)諸如微分、積分、插值、擬合、分解等數(shù)值計(jì)算，實(shí)現(xiàn)諸如頻譜分析、相關(guān)分析、方差分析、數(shù)字濾波等數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)諸如聲音報(bào)警、語(yǔ)言報(bào)數(shù)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存、網(wǎng)絡(luò)通信等附加測(cè)試功能。這些都是內(nèi)裝微處理器的儀器所無(wú)法完成的。總之，虛擬儀器具有面向用戶、開發(fā)迅速、功能豐富、使用方便、升級(jí)容易、性價(jià)比高等一系列優(yōu)點(diǎn)，是儀器與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的理想形式。

當(dāng)前，實(shí)現(xiàn)虛擬儀器的方案繁多，鑒于當(dāng)代通用計(jì)算機(jī)上普遍采用的通用串行總線USB（Universal Serial Bus）的可帶電操作，即插即用，速度高，其集線器本身能為每個(gè)連接到它的設(shè)備提供500MA電流的5V電源等諸多優(yōu)點(diǎn)，實(shí)為組建虛擬儀器的最理想方案。具體做法就是把一個(gè)筆記本電腦與一個(gè)帶有USB接口的數(shù)據(jù)采集器相連。因此，問題的核心就是設(shè)計(jì)一個(gè)具有USB接口的數(shù)據(jù)采集器。數(shù)據(jù)采集器中主要包含的A/D、D/A和多路開關(guān)信號(hào)調(diào)理等都已是學(xué)生熟知的，關(guān)鍵的設(shè)計(jì)就是USB接口。這一創(chuàng)新設(shè)計(jì)建議采用一塊專用的USB接口芯片USBN9604和一個(gè)高集成的低功耗單片機(jī)Cygnal8051-F007來(lái)實(shí)現(xiàn)，需在教師的指導(dǎo)和參與下完成。

有了以上的基礎(chǔ)工作，就可實(shí)現(xiàn)各種虛擬儀器功能，即賦予筆記本電腦什么軟件，就能隨心所欲地設(shè)計(jì)諸如示波器、信號(hào)源等實(shí)驗(yàn)室常用儀器，獲得“軟件就是儀器”的效果，具有廣闊發(fā)展前景。

結(jié)束語(yǔ)

實(shí)踐教學(xué)改革使學(xué)生的個(gè)性得到更充分的發(fā)揮，挖掘了學(xué)生的潛能，培養(yǎng)了學(xué)生的獨(dú)立思考能力和創(chuàng)新精神。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室的學(xué)習(xí)時(shí)間明顯增多了，很多學(xué)生自由組合找來(lái)一些自己感興趣的題目在開放實(shí)驗(yàn)室中調(diào)試。同時(shí)，學(xué)校也設(shè)立了一些創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，為學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)資金。目前，已有很多學(xué)生在全國(guó)的大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽中獲獎(jiǎng)。

【參考文獻(xiàn)】

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