曹立杰 李松松 李響 宋維波 姜鳳嬌

[摘 要] 通過分析電子信息工程專業(yè)學(xué)生實(shí)踐能力的重要性以及傳統(tǒng)實(shí)踐課程存在的問題，本文提出將多種EDA軟件結(jié)合，引入綜合實(shí)踐環(huán)節(jié)，通過學(xué)生自行設(shè)計電路、分析電路功能、制作印刷電路板、焊接元器件、調(diào)試等環(huán)節(jié)，提高學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識的能力、實(shí)踐動手能力和創(chuàng)新能力。

[關(guān)鍵詞] 實(shí)踐能力； 綜合實(shí)踐； Multisim； Protel

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 05. 073

[中圖分類號] G64 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2014）05- 0124- 03

1 實(shí)踐課程的重要性

電子信息工程專業(yè)是一個實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)，畢業(yè)生的工程實(shí)踐能力， 是本科院校培養(yǎng)方案中畢業(yè)生所要具備的基本能力之一，也是用人單位最為關(guān)注的能力之一， 因此，如何加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)，一直是高等教育教學(xué)改革的重要課題。

電子信息工程專業(yè)傳統(tǒng)的實(shí)踐課程基本都是針對單一技能進(jìn)行實(shí)踐訓(xùn)練，學(xué)生對所學(xué)的知識難以形成知識體系，知識孤島相對較多。因此，為了加強(qiáng)對學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，大連海洋大學(xué)在制訂人才培養(yǎng)方案時特別增加了電子專業(yè)綜合實(shí)踐環(huán)節(jié)，旨在結(jié)合本專業(yè)所學(xué)習(xí)的理論課程，探索應(yīng)用Multisim和Protel等EDA技術(shù)進(jìn)行綜合實(shí)踐的方法，使學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)理論知識融合在一起，進(jìn)而熟悉電子產(chǎn)品的開發(fā)和制作流程。

2 綜合實(shí)踐實(shí)施思路

在綜合實(shí)踐過程中，首先，根據(jù)設(shè)計的具體要求和其工作原理設(shè)計原理圖；其次，在Multisim軟件中取用正確的元器件，創(chuàng)建仿真電路圖，并按要求連線，設(shè)置電路參數(shù)；最后，調(diào)出虛擬示波器、萬用表及頻譜分析儀等儀表對電路關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行檢測。以上步驟準(zhǔn)備完畢可進(jìn)行電路仿真，根據(jù)電路的要求分析結(jié)果是否正確，如果仿真結(jié)果不正確，檢查原理圖設(shè)計，直至輸出結(jié)果符合設(shè)計要求。

經(jīng)過上述步驟，學(xué)生已經(jīng)設(shè)計出正確的原理圖，并通過仿真驗(yàn)證其正確性。為了讓學(xué)生將理論知識轉(zhuǎn)化為實(shí)踐能力，要求學(xué)生利用Protel軟件進(jìn)行印刷電路板設(shè)計。Protel提供了豐富的元件封裝庫、元件封裝編輯器及各種電子線路布局布線工具，使電路布線方便并能提供線路的智能檢查。正確布局布線之后，可以通過Protel生成三維效果圖，可觀察所設(shè)計的產(chǎn)品經(jīng)過布局布線后是否美觀，若有不滿意的地方，再進(jìn)行調(diào)整，直到滿意為止。

如果制作的印刷電路板工藝比較復(fù)雜，可以請專門的印刷電路板制造廠商制作，但是，在實(shí)踐環(huán)節(jié)為了讓學(xué)生對整個工作流程有所了解，所以采用學(xué)生自己制板的方法。首先，學(xué)生將印刷電路板圖打印，通過熱轉(zhuǎn)印設(shè)備將印刷電路板圖轉(zhuǎn)印到印刷電路板上；然后，通過化學(xué)制劑對印刷電路板進(jìn)行腐蝕工藝處理，腐蝕結(jié)束，學(xué)生要觀察有沒有被破壞的導(dǎo)線，如有，應(yīng)修繕完好；最后，焊接元器件，進(jìn)行功能調(diào)試。

具體實(shí)施流程如圖1所示。

下面以數(shù)字電子鐘為例，主要介紹在綜合實(shí)踐環(huán)節(jié)中Multisim和Protel軟件如何運(yùn)用。

2.1 數(shù)字電子鐘的Multisim仿真設(shè)計

數(shù)字電子鐘是對時間進(jìn)行計時，可以采用一天24小時或者一天12小時兩種計時標(biāo)準(zhǔn)，本設(shè)計中采用24小時計時標(biāo)準(zhǔn)。包括如下模塊：

2.1.1 秒脈沖發(fā)生器

秒脈沖發(fā)生器的功能為產(chǎn)生周期為1 s的脈沖信號。由555定時器構(gòu)成，通過在555定時器外圍連接簡單的阻容元件，構(gòu)成多諧振蕩器，通過合理設(shè)定參數(shù)，使得多諧振蕩器的周期T = 1 s，占空比q = ■。

2.1.2 秒計時電路

使用74LS160和74LS161設(shè)計一個60進(jìn)制計數(shù)器，每個計數(shù)周期為1秒，即每經(jīng)過一個脈沖，秒計時電路計1個數(shù)，當(dāng)計數(shù)60秒時，達(dá)到1分鐘，此時秒計時電路歸零、分鐘計時電路加1。為了驗(yàn)證電路準(zhǔn)確性，在Multisim中先對本部分設(shè)計進(jìn)行仿真，仿真時用信號發(fā)生器代替秒脈沖，在數(shù)碼管上可直觀地觀察到時間顯示，仿真結(jié)果如圖2所示。

2.1.3 分鐘計時電路

分鐘計時電路與秒計時電路原理非常相似，使用74LS160設(shè)計一個60進(jìn)制計數(shù)器，但它的計數(shù)周期為1分鐘，當(dāng)計數(shù)60分鐘時，分鐘計時電路歸零，同時控制小時計時電路加1。

2.1.4 小時計時電路

為了設(shè)計方便，小時計時電路也取用74LS160，當(dāng)分鐘計時電路和秒計時電路達(dá)到59分59秒時，小時記1，依此類推。

2.1.5 顯示電路

秒計時電路、分鐘計時電路和小時計時電路輸出均為8421BCD碼，而顯示器件我們一般都選用7段數(shù)碼管，若想使數(shù)碼管顯示正確的8421BCD碼，需要在計數(shù)器和數(shù)碼管之間連接顯示譯碼器。

在Multisim軟件中，將上述每一個環(huán)節(jié)都進(jìn)行仿真驗(yàn)證，最后將整機(jī)圖進(jìn)行仿真。經(jīng)過上述過程，已經(jīng)設(shè)計出數(shù)字電子鐘的原理圖。接下來，設(shè)計數(shù)字電子鐘的印刷電路板圖。

2.2 數(shù)字電子鐘的印刷電路板設(shè)計

Protel是一款非常簡單、易用的制作印刷電路板工具。在驗(yàn)證了原理圖設(shè)計正確之后，學(xué)生可以應(yīng)用Protel軟件進(jìn)行印刷電路板設(shè)計。在實(shí)踐過程中發(fā)現(xiàn)，通過使用Protel，能充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性，例如有些元件學(xué)生需要建立自己的元件封裝庫、元件引腳間距必須與實(shí)際元件一致、放置元器件時要考慮布線安全等問題，這一系列的過程使學(xué)生掌握了元件庫的建立、布局布線的基本規(guī)則與技巧，同時也鍛煉了學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力和自我創(chuàng)新的能力。

以上設(shè)計的數(shù)字電子鐘印刷電路板圖如圖3所示，其3D效果圖如圖4所示。

3 結(jié) 論

電子信息工程專業(yè)綜合實(shí)踐是課程教學(xué)體系中的一個重要環(huán)節(jié)， 它不僅對學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、加深對理論的感性認(rèn)識有著非常重要的作用， 同時也是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神的主要途徑。學(xué)生按照老師的設(shè)計要求，可以自行設(shè)計電路，可以對比不同的輸入情況下的輸出結(jié)果，自主選擇元器件，設(shè)計性能優(yōu)良的電路，擺脫了傳統(tǒng)實(shí)踐課程中電路固定、元器件固定等方面的限制。在電子綜合實(shí)踐實(shí)施過程中，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情被激發(fā)，大幅度提高了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，以及學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識的能力、實(shí)踐動手能力和創(chuàng)新能力，取得了較好的教學(xué)效果。

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