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序論:在您撰寫電子技術課程設計時,參考他人的優秀作品可以開闊視野,小編為您整理的7篇范文,希望這些建議能夠激發您的創作熱情,引導您走向新的創作高度。
課題內容設計合理與否,將直接影響到課程設計的綜合訓練效果。在具體課題內容設計時,應注意以下幾點:
選擇具有實用性和趣味性的課題從學生的實際水平出發,幫助學生選擇適合自己的題目,使題目與理論知識密切相關,又具有較強的趣味性和實用性,與生產實際相結合。例如,要求學生組裝一整的收音機、家居生活中能用到的聲光控開關、門窗防盜報警器等。又如我們選用的《音樂彩燈控制器設計》、《多功能數字鐘的電路設計》、《交通燈控制邏輯電路設計》等課題,學生做起來積極性很高。更重要的是通過這一過程,學生運用專業技能解決實際問題的綜合能力得到了提高。
選擇能綜合應用理論知識的課題要求學生綜合運用本課程的基本理論和知識,獨立完成一項實際課題。通過查閱資料、線路設計、選擇元器件、電路安裝調試,使學生所學的基本理論和知識充分運用于解決實際問題。例如電子脈搏計這一課題,要應用到傳感器、放大電路、有源濾波電路、整形電路以及數字電路中的各種門電路、觸發器、計數器及譯碼、驅動顯示電路。又如數字鐘電路設計這一課題,數字鐘是一個典型的數字電路系統,選此作為設計題目,可使學生將學過的比較零散的數字電路知識有機地、系統地聯系起來用于實際,培養綜合分析、設計電路的能力。還可選用有源濾波器的設計題目,使學生進一步加深領會運算放大器在信號處理電路中的應用,選用交流寬帶放大器的設計,使學生對放大電路的三種不同組態的特點、應用場合以及電路的設計方法得到練習,并通過這個對基本放大電路的放大倍數、輸入電阻、輸出電阻、頻帶寬度以及引入負反饋對放大器性能的改善得到進一步的理解,同時提高學生理論聯系實際的能力。
課題內容要注重集成電路和新技術、新產品的應用當今時代電子技術飛躍發展,新技術、新產品層出不窮,課程設計可以彌補教材的滯后性。在電路設計中,應盡量采用集成電路,特別是集成運算放大器和某些專用芯片(如模擬乘法器、鎖相環)作為電路的重要構件,體現出現代電子電路的設計是各種集成電路構件的組合的先進設計理念,尤其是將模擬電路、數字電路與微處理器相結合,以數字電路為主,軟硬件結合,以硬件電路設計為主,符合現代電子電路結構的發展方向。例如我們原來經常選定分立元件OTL和OCL功放電路設計課題,隨著目前大量的集成功放芯片的上市,我們就把這些課題內容并入《集成電路音響放大器》、《音頻信號發生器》等課題中。又如在數字脈搏計課題中,介紹了鎖相倍頻的新概念,同時介紹了集成電路CC4046和C14526構成的鎖相倍頻電路。通過這些課題設計將一些集成電路的工作原理以及使用方法介紹給學生,并在實踐中得到練習,使所學的理論知識更加豐富。
選擇適應專業需要,結合專業特點的課題為了拓寬學生的知識領域,使學生對專業有所認識和了解,提高學生對專業的興趣和學習的積極性,在課程設計中引入了一些結合專業特點的課題。例如數字轉速測試系統與頻率計設計,由于轉速測量在工業控制領域和人們的日常生活中經常遇到,在工廠里測電機每分鐘的轉速,自行車里程測速計,心率計以及汽車時速的測量等都屬于這一范疇。又如PWM(電動機調速系統),由于該系統在工業控制的調速系統中得到廣泛地應用,同時,又由于該系統由脈寬調制器和脈沖放大器兩大部分組成,而脈寬調制器又包括鋸齒波發生器和電壓比較器,密切地聯系了電子技術課程的基本內容。這些課題對掌握基礎知識,開闊學生的視野,增強對專業課的認識,提高學習的積極性都能起到較大的作用。
注意選擇和后續專業課有關的課題為對電子技術課程的進一步提高和為后續課程打下一定基礎,可考慮選擇一些模擬電路和數字電路綜合性的課題,以使學生對電子技術有一個全面的、綜合的認識,對后續專業課有一定了解,為后面的學習打好基礎。例如《調速系統的給定積分器》課題。
課程設計的組織實施
以人為本,因材施教教師只在大思路上作一定的引導,對具體方案不做過多干預,只起組織、引導、檢查、把關和解決一些疑難問題的作用,放手讓學生大膽實踐,以充分發揮學生的主動性和創造性。我們的改進做法是:在注重結論正確的同時,強調整個設計方案實施的全過程,即使得出的結論不盡如人意,甚至是錯的,只要學生能找出其中的原因并提出相應的改進措施,仍然可獲得較好的成績;相反,如果結論是抄襲得來的,即便是正確的,設計成績也按不及格處理。如電子脈搏計的設計課題,只給出設計方案的原理框圖,講明基本原理、總體構思和適當的設計提要,在設計任務書中給出原始數據及主要技術要求,而具體的原理圖及元件的參數,集成電路的選擇,電路的安裝調試等工作則要求學生獨立完成,這樣做可培養學生的自學和獨立解決問題的能力,學生的收獲更大。
虛實結合,重在“真品”(1)采用機輔分析。電子設計自動化(EDA)技術是以計算機為工作平臺,對電子電路或系統進行自動分析和設計的計算機輔助技術,它的應用使得電路功能、參數的分析和設計都可以脫離具體對象,在構筑于計算機平臺上的虛擬環境中通過仿真處理而自動實現。EDA技術已成為現代電子工程開發與應用領域的支撐技術,在電子行業,Miltisim、Protel等電子仿真軟件,已成為電子工程設計的必備工具。學習和掌握應用計算機對電子電路的分析是目前和今后發展的必然趨勢,將其應用到課程設計領域也是教學改革的方向。一是應用Miltisim設計電路仿真。在學生根據設計課題擬定初步方案后,要求他們先在電路仿真與分析軟件Milltisim平臺上對于所設計的電路進行仿真,觀察電路功能是否滿足設計要求,分析主要元器件參數對電路指標的影響,初步了解電路靜態和動態的工作情況,在Milltisim平臺上調試電路使之達到技術指標,為電路的實調做準備。二是應用ProtelForWindows設計印刷電路板。在Milltisim仿真后,給學生介紹印刷電路板的自動化設計軟件ProtelForWindows和設計印刷電路板的基本工程知識,要求學生應用ProtelForWindows設計軟件繪制本組設計的電路原理圖并設計出印刷電路板圖。通過幾年課程設計的實踐,對有源濾波器、交流寬帶放大器、數字溫度計、數字鐘、交通燈控制器等設計課題采用MilltisimEDA軟件與虛擬樣機,指導學生進行電子技術課程設計,取得了較好的教學效果。(2)結合傳統設計。近年來,全國各高校都開設了EDA技術的教學和實踐課程。對機電類專業的學生而言,電子技術課程設計是學生在學完電子技術理論課程后進行的一次綜合性訓練,其目的是培養學生綜合運用所學理論知識的能力、獨立設計電子產品的能力和對電子產品實際安裝、調試的能力。如果學生沒有從原理圖設計開始一直做到樣機調試成功,經歷整個電子產品的設計、開發過程,又如何能提高電子技術課程設計的作用?所以要將傳統課程設計與EDA技術的訓練相結合,比較電路實測的性能和計算機的仿真結果,以認識計算機仿真在電路設計中所起的作用,使學生對EDA技術的了解不只是停留在軟件系統的操作上,而是對該技術在電子設計中所起的作用有一個整體的認識,能對學生綜合能力的培養有所幫助。
形成組合,團結協作在組隊方面,采取電子設計競賽的組織方式,2~3人為一組,要求學生不僅要共同討論設計課題和選擇設計方案,還必須落實自己具體的設計任務,如計算機輔助分析、硬件電路的制作、調試、資料的查閱、整理和總結等,有分工有合作,以培養學生的團隊精神。
1.1電子技術理論課程的現狀
電子技術理論課程包括“模擬電子技術”和“數字電字技術”兩部分內容,涉及到的知識點比較多,內容更新慢,課程難度大,學時少。同時,理論和實踐聯系不緊密?,F在教學的矛盾點在于,如何能把理論知識與當前的實際應用結合起來,既能克服理論教學與實踐教學的脫節問題,又能解決創新型人才培養與社會需求的脫節問題?,F在我校正在向應用型本科人才培養的方向轉型,這種情況下,首先對電子技術理論課程的內容進行整合,使整合后的教學內容既要保證模擬電子技術和數字電子技術這兩部分內容的連貫性,又要為后續的“單片機”等相關課程打好基礎。其次還要考慮電子技術的實踐環節,因為實踐教學是培養應用型創新人才的重要途徑。在理論與實踐的銜接上,重點強化理論指導實踐的作用,并把實踐環節與新技術、新材料結合起來,使電子技術這門課程能夠立足于理論基礎,但是可以展望新技術發展的未來。
1.2電子技術實踐課程的現狀
目前,我校機電一體化專業的電子技術課程設計時間是一周,教師指定題目,學生3~4人為一組,每個題目僅限2組選擇,每組要求設計一個典型的電子電路應用系統。由于學時有限,設計的最終作品要求系統的原理電路仿真通過,并撰寫說明書,沒有要求必須進行硬件電路的焊接和調試。課程設計的這種教學模式雖然也在一定程度上鍛煉了學生對電子電路的綜合設計能力和仿真分析能力,但是沒有達到培養創新精神和實踐能力的目的。實踐環節首先面臨的就是學時不足的問題,對于沒有接觸過電子器件的學生來說,一周的時間要認識元器件、設計電路、仿真分析、制作PCB,最后要焊接調試實物,難度非常大,大部分同學基本無法完成。其次就是缺乏電子技術課程設計的平臺,沒有實物,比如二極管、晶體管和場效應管以及集成芯片等;沒有實訓場地,學生缺乏動手訓練的機會。因此,學生的理論知識還停留在書本上,沒有從抽象走到實物,從理論轉化為實踐。
2.電子技術課程設計的改革策略
我們國家是在2014年提出要加強應用型人才的培養,并且要引導一批本科高校向應用技術類高校轉型。我校機械電子工程專業實踐環節在現有的教學條件下,為保證應用型創新人才的培養,把課程設計分為選題構思、方案設計、仿真分析、硬件調試四個階段。1)選題構思:每年提供給學生的題目會根據學生人數有所變化,但是會保證3~4人一組,每個設計題目僅限2組選擇。同時還要考慮學生自選的題目,要求每個電路系統的選題都與我們生活或社會需求密切相關,比如設計一種在教學樓和宿舍樓道內使用聲或光控制的節能電路、智能交通燈控制系統、洗衣機控制系統、手機充電器等。然后對設計任務進行分解,使每名同學都有自己的設計任務。這種類型的選題很容易引起學生的興趣,使學生積極主動的參與到課程設計中來。2)方案設計:在完成同一個設計題目時要求設計方案要多樣化。不同的小組可以采用不同的設計方案,或者采用同一個設計方案但是不同元器件的參數值完成同一個設計題目。要求學生借助圖書館和網絡等資源查閱相關文獻,明確設計思路,提出設計方案,并且需要反復論證電路方案的可行性。這個階段既鍛煉了學生查閱和分析文獻的能力,又鍛煉了學生對一般電子電路的綜合設計能力。3)仿真分析:電子電路的仿真軟有MulTIsim、ELECTRONICSWORKBENCH(EWB)、ProteusProfessional等,學生可以任選一款仿真軟件,對本組設計的電路系統進行分析,通過修改元器件參數或者更換元器件,進一步完善電路設計方案,從理論上驗證了電路方案的可行性。這個階段通過電路系統仿真分析,既能達到理論結合實踐,又能培養學生以仿真實驗驗證理論的習慣。4)硬件調試:仿真分析后,由指導老師對電路方案進行審核,審核通過,學生會自行列出硬件電路所需要的元器件清單,統一進行購買。然后由學生在電路板上進行焊接、調試等。這個階段主要是培養學生的工程實踐能力和創新能力??傊?,電子技術課程設計的改革解決了各個實踐環節如何合理分工、緊密銜接又相互支持等問題。實踐過程中充分調動了學生的學習積極性,在很大程度上提高了學生的工程實踐能力和團隊協作能力,為應用型創新人才的培養打下了良好的基礎。
3.電子技術課程設計實施方式
盡管課程設計的理論學時是一周,但是安排課程設計的時候一般會提前兩周到三周的時間把設計任務書發給到學生,并對課程設計的內容做詳細講解。預留一定的時間讓學生對相關資料進行查詢;定時和學生溝通,可以選取學生感興趣的題目,或者建議學生把課程設計的題目和生活聯系起來,去分析、觀察,提出自己的思路和想法,引導學生最終確定自己的方案;通過學習電路仿真軟件,對方案進行仿真分析,并進一步完善;統一購買硬件,進行焊接和調試。
4.電子課程設計實例分析
脈搏信號攜帶了人體健康方面的綜合信息,目前中醫診脈常用的方式還是人工診脈的方法,大夫一般會測量病人10秒內腕部的筋脈搏動情況進行大致計算,記錄病人1分鐘的脈搏次數。這種測量方法一方面比較耗費時間,另一方面測量精度也不高。因此,市面上產生了各種脈搏測量儀,雖然在醫療實踐方面獲得了一定的應用,但是并沒有一款脈搏測量儀獲得普及。針對目前的這種情況,我們讓學生設計了一款基于手機APP的脈搏測量儀,該款測量儀測量精度高,同時體積小,便于攜帶?,F有的脈搏儀主要是往無創便攜式的方向發展,無創脈搏儀檢測的方式中主要是光電式居多,可采用紅光或綠光作為檢測光源,而現在大多數光電式脈搏儀都使用紅光作為脈搏檢測的光源。由于人體皮膚中含有的黑色素和血液中血紅蛋白對綠光的吸收率要比紅光好,所以本設計采用綠光作為脈搏檢測的光源。包括主控芯片模塊、液晶屏顯示模塊、脈搏傳感器模塊、通訊模塊及一些輔助功能模塊等。主控芯片模塊選用的是STC12C5A60S2單片機,在晶振頻率相同的情況下,該單片機的速度是普通51單片機的8~12倍,完全能滿足設計要求。液晶顯示模塊選用2.8寸TFT嵌入的ILI9341控制芯片,字庫芯片是GT30L32S4W標準點陣漢字庫芯片。脈搏傳感器模塊主要由一個綠光的LED燈、光檢測傳感器、單級放大電路和濾波電路組成。通訊模塊選擇了HC-05藍牙模塊,該藍牙模塊功率消耗低,方便開發使用。同時還有時鐘電路、穩壓電路、復位電路、按鍵電路和報警提示電路等輔助電路模塊。脈搏儀的測量原理是單片機內部設置一個定時器,進行2毫秒定時功能,當按下測量按鍵時,進入中斷子程序,每2毫秒進行脈搏信號的采集并進行A/D轉換,通過轉換后的數值比較確定脈搏的波峰和波谷,當信號為波峰時開始計時,等待下一次的波峰到來后結束上一次的計時,計算出這兩次脈搏間的時間差值,并存放于一個數組中,當數組記錄到10個數值時,對數組進行求平均值運算即得出兩次脈搏的時間差值,最后用一分鐘來除以得出的平均值即為一分鐘人體的脈搏次數。如果手機或者是帶藍牙功能的智能終端設備與本設計的藍牙連接了,測得的脈搏次數會通過本設計的藍牙模塊發送到手機的APP上。設計制作的脈搏測量儀硬件電路,由主控芯片、液晶屏、測量電路、藍牙模塊、按鍵電路、時鐘電路、復位電路等組成。經過不斷的調試的和完善,本設計實現了脈搏次數的測量、液晶屏顯示測得的脈搏次數、能與手機的藍牙APP進行通訊和復位、報警等功能。
關鍵詞: 數字電子技術課程設計 存在問題 改革建議
1.引言
數字電子技術課程設計是配合數字電子技術基礎課程與實驗教學的一個非常重要的教學環節。它能幫助學生鞏固數字電子技術的理論知識,提高學生電子電路的設計水平,增強學生綜合分析問題和解決問題的能力,培養學生的實驗技能和動手能力,強化學生的創新意識,發展學生的創新思維。
如今越來越注重學生的實踐動手能力,我們有必要對數字電子技術課程設計的教學進行改革,適應市場對人才的需求。
2.數字電子技術課程設計的現狀及存在問題
2.1重理論,輕實踐。
數字電子技術課程設計一般為期一周,學生在一周內很難完成查閱資料、選擇方案、設計電路、安裝調試及撰寫報告的任務。由于時間緊迫,所選課題受到限制,因此大多數學生只重視理論設計,而忽視實踐制作及調試,整個設計變得枯燥乏味,使得課程設計有名無實,不能真正提高學生的動手能力。
2.2選題盲目。
數字電子技術課程設計一般由指導教師擬定若干課題,學生從中選擇,由于選題時間有限,學生選題帶有一定的盲目性。另外,指導教師擬定的課題往往難度太大,內容太偏,使學生失去設計興趣,過于依賴教師,加重輔導教師的負擔。
2.3綜合職業能力認知度較低,積極性不高。
數字電子技術一般在大二第一學期開設,學生參與的實習實訓較少,大多數學生的工作崗位職業意識淡薄,綜合職業能力認知度較低,在學習過程中只注重數字電子技術理論知識的學習,理論學習與實踐脫節,使學生學習興趣降低,自我懷疑,造成在數字電子技術課程設計過程中積極性不高、動手能力較差。
2.4仿真軟件利用率較低。
目前,應用EDA軟件進行電子線路輔助設計已經成為一種潮流。Prote1具有功能強大、操作方便等諸多優點,是目前最為流行、使用最多的EDA軟件之一,在課程設計中學生完全可以利用EDA仿真軟件進行電路仿真,利用Prote1軟件設計印刷電路板,彌補自行設計電路的不足。由于很多學生對這些軟件了解不多,現代化的軟件利用率較低,與現代企業實際脫節。
3.關于數字電子技術課程設計改革的幾點建議
3.1合理制訂計劃。
合理的課程設計計劃對課程設計教學的實際效果起著很重要的作用。將數字電子技術課程設計的時間改為兩周,課程設計的內容在原來的基礎上增加設計制作印刷電路板及組裝調試。這樣,學生就有充裕的時間完成任務,充分發揮主動性,使課程設計的成果多種多樣。課程設計的計劃制訂擬定如下:
數字電子技術課程設計計劃表
3.2靈活選題,教師把關,貼近實際。
合理選題對課程設計完成的質量及學生的能力培養有很大的影響,選用實用性較強的課題能激發學生的興趣,提高課程設計質量,增強學生的成就感。目前,隨著電子技術的不斷發展,各種成熟的電子電路數不勝數,為適應這一發展趨勢,在平時的授課過程中,教師要為學生灌輸課程設計的必要性及要求,有意識地多介紹一些常見芯片的典型應用,多提一些趣味性較強、實用性較高的題目(如電子密碼鎖、循環流水燈等),激發學生的學習熱情,鼓勵學生自由選題,指導學生合理選題,選出感興趣的課題,這樣既可進一步調動學生設計的積極性,又可減輕輔導教師的負擔,還可避免以往課程設計中學生抄襲的現象。
3.3營造職業氛圍,樹立職業意識。
講解現代企業的運行模式、管理理念,產品的開發、生產流程,設計時按課題對學生進行分組、分工,權責明確,將一個個設計課題當成產品去做,努力培養學生的實驗技能和動手能力,啟發學生的創造意識及創新思維能力,積極營造職業氛圍,樹立學生的職業意識,幫助學生形成社會人的基本品格。
3.4充分利用現有的仿真軟件。
在授課過程中,介紹電子線路設計中的常用軟件,讓學生提前了解,在平時實驗時就學習使用,在課程設計時鼓勵學生用仿真軟件進行電路仿真,用繪圖軟件進行繪圖。
3.5合理制定評定體系。
合理的評定指標是激發學生的學習動力,對于數字電子技術課程設計可采用以下方案評定:
3.5.1審閱課程設計報告,報告占總評成績的40%,報告要求條理清楚,格式規范,圖表完備,技術用語正確等。
3.5.2現場實物測試并提問,其中指標完成占30%,外觀占5%,焊點質量及布線占5%,該項占總評成績的40%。
3.5.3集體答辯,根據組員分工情況集體答辯,該項占總評成績的20%。
3.5.4總結分析設計、調試中出現的問題,就課題中出現的問題進行綜合分析,評選出優秀作品,予以獎勵。
4.結語
課程設計是數字電子技術課的一個重要實踐環節,如何提高學生的創新能力、切實加強學生動手能力的培養是各高校普遍重視的問題。制訂合理的設計計劃、合理選題及應用先進的軟件進行輔助設計等,可以激發學生對課程設計的濃厚興趣,使學生的創造力和綜合技能得到提高,為將來的畢業設計及工作打好基礎。
參考文獻:
[1]夏茂忠.電子技術綜合與應用[M].西安:西安電子科技大學出版社,2008.
關鍵詞:電子技術;課程設計;教學實踐
在科技高速發展的今天,電子技術在人們的生活、學習、科學研究等各個領域都得到了廣泛的應用。因此在大學電子技術課程設計的教學過程中,教師如何教好,學生如何學好這門課程也成為值得我們探究的問題。
1電子技術課程設計介紹
電子技術課程設計是繼“模擬電子技術”和“數字電子技術”課程的理論學習和實驗教學之后進行的一個非常重要的實踐性教學環節。課程設計的目的旨在學生掌握和具備電子技術基礎知識與單元電路的設計能力的基礎之上,能夠綜合運用所學知識進一步學習和掌握電子電路系統的分析、設計和實現方法[1-3]。我院電子技術課程設計是針對物聯網工程專業開設的,該課程開設在第四學期,也就是大二的最后一個學期,而學生在第三學期剛學完模擬電子技術和數字電子技術基礎課程。有了這兩門課程做基石,給電子技術課程設計的順利完成打下了良好的基礎。接下來,以我院物聯網工程13本1班的電子技術課程設計的教學實施為例,對該課程的實施情況進行分析和總結。電子技術課程設計的時間安排表。
2電子技術課程設計的實施過程
2.1確定題目
在教師的指導下,學生可以自主選擇課題,并對課題的基本要求和擴展要求加深理解。然后,學生就要通過圖書館、網絡等多種途徑查閱與課題設計相關的資料,積累與課題相關的知識。物聯網13本1班共有44人,教師組總共給出30個題目,每個題目都有擴展要求,雖然有一部分同學選做了同樣的題目,但是同學們都對自己做了較高的要求,同樣的題目采用了不同的芯片,最后制作的實物也不盡相同,比較圓滿的完成了課程設計。全部課程設計題目如表2所示。前16個題目主要是采用模擬電子技術的知識來完成的,其余14個題目主要依靠數字電子技術的知識來完成。
2.2仿真電路設計
隨著電子技術的不斷發展,電子設計自動化技術(EDA,ElectronicsDesignAutomation)已經成為實用電路設計過程中不可忽視的重要手段[4]?,F在流行的EDA軟件有很多,比較常用的有Proteus、Multisim和EWB。EWB是其中相對簡單好用的一種仿真軟件,也是這次課程設計中學生們較為常用的一種軟件。通過仿真軟件的應用,學生可以對自己的設計思路進行驗證,還不用擔心損壞元器件。當設計好的電路能在仿真軟件中達到預期的效果后,再進行實物的搭建就會事倍功半了。但是仿真軟件也存在一定的問題,例如,在電路仿真時,二極管、數碼管等器件即使不接限流電阻也不會燒毀,但是在實物搭建中如果也不接限流電阻,往往就會燒壞這些器件。這也是實物搭建過程中需要注意的事項。
2.3實物搭建
實物搭建是和仿真電路設計幾乎同樣費時甚至更為費時的過程。電路越復雜,實物搭建的過程就越長。因為條件所限,一部分同學設計的電路在面包板上搭建完成,一部分同學設計的電路通過實物焊接來完成。而在面包板上搭建的電路因為接觸不良,導線連接錯誤等問題,常常會出現電路搭建好后卻不能得到預期效果的情況。事后尋找錯誤原因時卻并不那么容易找到問題所在。有時候尋找問題花費的時間往往比重新搭建一遍電路還要長。所以電路的搭建最好在一開始就細心認真,爭取一次成功。
2.4課程設計評分
課程設計歷經表1所示6個環節,評分時針對其中的4個主要環節,也即仿真電路設計、實物搭建情況、設計報告完成情況、答辯情況,分別進行評分,從而得到最終成績。課程設計各環節占總成績百分比情況如表3所示。最后要求學生提交仿真電路、設計報告和答辯PPT的電子版,以及打印好的紙質設計報告。
3總結
通過電子技術課程設計,學生們在2周的時間之內完成了一個實用電路的設計和實現,培養了學生正確的設計思想,嚴肅認真、實事求是的科學態度和勇于探索的創新精神;促使學生綜合運用所學的電子技術知識對工程實際問題進行分析和解決。通過課程設計,使學生對于仿真軟件的使用和電子產品實物的搭建、焊接能力得到訓練和提高[5-6]。然而,在整個課程設計過程中也發現了一些值得思考的問題,希望在以后的課程設計過程中能夠進行改進。
(1)題目難易程度不盡相同。
盡管題目組老師盡力使得每個題目都難易相當,但是還是存在有些題目容易些,有些題目難一些的情況。導致學生們完成的進度不一致,最后成績評定不能完全公平。建議在以后的課程設計中,對于難易程度不同的題目設置不同的難度系數,這樣在學生自由擇題的時候就會慎重選擇題目了。
(2)實物搭建方法最好統一。
采用面包板搭建簡單的電路是非常方便快捷的,電路改錯也很方便。然而當電路變得復雜時,面包板就不是最好的選擇了。因此以后的課程設計可以考慮采用萬能板來進行實物搭建,既鍛煉了學生在萬能板上進行實物電路搭建的能力,還能鍛煉學生的實物焊接能力。雖然存在一些不足,但是學生們的收獲依然很大。有的學生甚至表示:兩周的課程設計做完,感覺自己收獲的知識比一學期的理論學習還要多。雖然不排除有夸張的成分,但是也間接體現了學生在電子技術課程設計中確實獲益匪淺,這也是設立這門課程設計的初衷和希望達到的目的。
參考文獻:
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電子技術課程設計是在數字電路和模擬電路基礎型實驗的基礎上所形成的綜合性實踐課程,是電子技術教學的重要環節之一。通過電子技術課程設計的實踐過程,學生可以更好的了解如何開展電子系統的設計和調試,有助于提高學生的實驗技能和電路設計水平。因此,充分發揮學生在電子設計課程設計中的主導地位,最大限度的激發學生的創造潛能,是電子技術課程設計改革的首要目標。
1電子技術課程設計內容改革的必要性
1.1學生發展的需要
就傳統的電子技術課程設計而言,課程設計的時間為兩周,設計題目的內容比較固定,一般為教師制定的,學生從中選取一個電路來進行焊接和調試。這些課題一直重復著使用了好些年,已經喪失了新意與創造力,因而很難激發學生的興趣與積極性,很難調動學生的參與熱情,使學生喪失學習的激情,進而特別容易產生抄襲現象,無法達到課程設計的教學目的。另外,由于這種按部就班、單一的教學模式的限制,電子技術課程設計的內容多為驗證性的,這很大程度上抹殺了學生的創造性、設計性以及綜合性,無法達到提高學生設計開發能力的目的,難以實現因材施教,培養創造性人才的目標。
1.2時展的需要
隨著電子技術和計算機技術的迅猛發展,新器件、新技術不斷的推陳出新,這電子技術課程設計內容改革研究畢坤新鄉職業技術學院453002也對電子技術課程設計提出了更多、更高的要求。在新的電子時代,只有將電子技術的新發展與實踐教學相結合,同時配合教學內容適度的對實驗內容體系進行更新與完善,才能真正實現與時代的同步發展。因此,為了適應科學技術的發展以及時代的需要,培育出更多具有競爭意識和創新能力的新一代大學生,革新電子技術課程設計的教學內容是一個必然選擇。對此,我們應該深化教學改革,對設計的內容進行一些新的嘗試,以此來調動學生學習的積極性,點燃學生努力探索的欲望,力圖實現電子技術課程設計的實驗性、科學性和可行性。
2電子技術課程設計內容改革的實踐
目前,電子技術課程設計的內容趨于多樣化,不僅包含了模擬和數字電子技術相關的內容,增加了電路設計的相關專題,還涉及了可編程邏輯器件、Protues仿真等先進技術。豐富的設計內容給予了學生選擇的主動權,但是在其他方面,電子技術課程設計內容還有待革新。
2.1選擇具有實用性和趣味性的課題
課題的選擇是課程內容設計的基礎,因此選擇合適的課題尤為關鍵。課題的選擇首先應該貼近學生的實際水平,另外還要考慮到課題與理論知識的結合性、課題的實用性以及趣味性,使設計的內容既能反映電子技術課程設計的教學要求,又能符合生產實際需要。例如,要求學生組裝家居生活中比較實用的聲、光控開關,用電安全的空氣開關,門窗的防盜報警器等;又或者挑選諸如交通燈控制邏輯電路設計、音樂彩燈控制器設計等課題。這些課題比較新穎、有趣,同時也廣泛運用于日常生活,具有較高的實用性,這樣能充分調動學生的積極性,激發學生的創造熱情,同時有助于提高學生運用專業技能解決實際問題的綜合能力。
2.2注重對綜合理論知識的靈活運用
電子技術設計本身就是一個與生活息息相關的專業,是以解決實際問題為為最終目的的。但是,要想達到服務生活的目的,內容設計就要十分注重對綜合理論知識的靈活運用。在電子技術課程設計的過程中,學生要鍛煉自己綜合運用本課程的基礎理論和知識的能力,來進行獨立自主的內容設計。為此,學生可以充分利用資料的查閱、線路的設計、元件的選擇以及電路的安裝調試等多個環節的資源,來達到鞏固、運用理論知識的目的,實現理論與實際的有機結合。以數字鐘電路設計這一課題為例。數字鐘是一個典型的數字電路系統,選擇該設計課題,有助于學生將所學的零散的數字電路知識系統地聯系起來,并在實踐中得到反復的練習,這有助于培養學生綜合設計、系統分析電路的能力,提高學生理論聯系實際的能力。
2.3充分考慮專業特點與需要
另外,為了拓寬學生的知識領域,提高學生對自身專業的興趣,課程設計內容也要充分考慮到專業的特點及需要。例如電動機測速系統的設計,該設計不僅廣泛運用于工業控制的調速系統,同時該設計中設計的鋸齒波發生器和電壓比較器也密切聯系了電子技術課程的基礎內容,符合專業特點。與此類似的課題對掌握專業中的基礎知識,增強對專業課的認知程度,開拓學生的視野,提高學生的積極性具有重大作用。另外,選擇一些適合專業發展特點的設計,也為電子技術課程的進一步提高和后續的就業打下了一定的基礎。讓學生盡可能的展開與專業相關的內容設計,不僅有利于學生對后續專業課產生綜合的、全面的認識,更能幫助學生更快的了解后期就業需求,使學生在今后的工作中表現得游刃有余。
3結語
關鍵詞:EDA 電子技術 課程設計 改革實踐
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2016)03(a)-0101-02
電子技術課程設計是該校電氣、計算機、信息類等相關專業重要的理論和實踐綜合設計環節,其教學效果直接影響著學生動手實踐的積極性和創新性。該校傳統的電子技術課程設計都是買成套產品讓學生按圖組裝,焊接、調試,根據作品和報告給定成績。這種傳統方式的課程設計,學生的創新意識缺乏鍛煉,學習興趣降低,不利于培養學生實踐動手能力和主動探索精神。為了提高我校實踐教學效果,加強學生綜合素質,又恰逢我院新進PCB板制作設備,電子技術課程設計引進了Proteus仿真,Protel原理圖繪制和PBC制作,進行了基于“實際工程項目”教學改革,下面就以1 000 s秒表電路設計為例,介紹電子技術課程設計的實施過程。
1 課程設計選題
要想挑起學生動手興趣,提高設計熱情,學生親自參與課程設計全過程,可以自擬感興趣的題目,增強學生的自我意識和參與感。當然,教師給定的題目必須貼近生活實際,有較強的應用背景,與實驗條件匹配,且不要限制太死板,要給學生發揮的空間。一般讓學生提前一個月的時間選題,可以留充足的時間在網上購買元器件。秒表在電子產品中用到非常廣泛,又較全面的覆蓋了電子技術的主要知識點,現以1 000 s秒表為例,對該校電子技術課程設計進行了全面改革。
2 建立模塊化設計思想
根據題目,上網查找資料,確定1 000 s秒表這個項目分4個模塊。他們分別是基本RS觸發器、單穩態觸發器、時鐘發生器和計數譯碼顯示部分。確定基本RS觸發器的職能是啟動和停止秒表工作;單穩態觸發器為計數器提供清零信號;時鐘發生器用555定時器構成,為計數器提供時鐘信號;計數及譯碼顯示是對時鐘進行計數,并用數碼管顯示出來。確定好各模塊基本功能后,通過查閱資料,熟悉相關理論知識,對各模塊電路進行設計。
3 Proteus仿真
為了高效設計,對各模塊電路分別進行仿真,即分別測試基本RS觸發器,單穩態觸發器、時鐘發生器和計數器邏輯功能,待各模塊電路仿真工作正常后,在將有關電路逐級連接起來進行測試,直到測試整個1 000 s秒表整個電路的功能,,最終的仿真設計電路圖為圖1所示。模塊1為用集成與非門構成的基本RS觸發器,它的一路輸出為模塊3的單穩態觸發器的輸入,另一路輸出為與非門C(U1)的輸入控制信號,按動按鈕開關K2,則門A(U1)輸出,門B(U1)輸出,K2復位,和狀態保持不變;再按動K1,則由0變為1,門C(U1)開啟,為計數器啟動做好準備,由1變為0,送出負脈沖,啟動單穩態觸發器工作。模塊3的輸入觸發脈沖由模塊1的提供,輸出負脈沖通過非門B(U3)加到計數器的清零端,為計數器提供清零信號。模塊2為用555定時器構成的多諧振蕩器,是一種性能較好的時鐘源。當基本RS觸發器時,門C(U1)開啟,555產生的脈沖信號通過門C(U1)作為計數脈沖加于計數器的計數輸入端。模塊4是計數顯示部分。采用異步二-五-十進制加法計數器74LS90芯片,該芯片,先通過不同的連接方式,測試74LS90的四種不同的邏輯功能,然后把它工作于十進制計數的8421碼狀態。經過仿真,電路設計合理,仿真結果好。這種設計和仿真方法有利于檢查和排除故障,保證設計高效、圓滿完成。
4 繪制電路原理圖和PCB板建立
為了更接近于工程實踐,電路設計仿真好后,學生還需根據PROTEL軟件進行原理圖的繪制和PCB板的制作,設計PCB板時盡量自動布線后,再加上人工修改,這樣使布線更合理。根據每個學生上交的PCB板文件,教師根據該院新引進的PCB板生產設備印制出學生獨一無二的PCB板。接下來的工作就是焊接元器件和調試硬件電路,因為有仿真基礎,大大減少了硬件調試時間,產品的合格率得到了很大提高。
5 全面的考核系統
建立完善的成績考核系統是保證電子技術課程設計教學質量的關鍵。結合工程實際產品設計的一般流程,根據各個環節在設計電子技術課程設計的所占比重,課程設計成績由設計方案成績(占20%)、軟件仿真成績(25%)、硬件調試成績(占35%)和總結報告成績(占20%)四部分組成。設計方案成績重點考察學生是否認真查閱資料,獨立完成設計方案與器件選型,按課題要求完成電路圖設計,所涉及的方案是佛偶偶有創新性。在軟件仿真成績和硬件調試成績的評定過程中,不僅要重視結果,而且要重視過程,通過提問等方式來進一步考核學生對于設計電路原理的理解和掌握程度,分析問題和解決問題的能力??偨Y報告成績考察學生實驗報告的規范程度,內容完整性,電路原理圖和印制電路板圖繪制的規范情況。
通過近幾年的電子技術課程設計教學改革,激發了學生濃厚的學習興趣,提高了學生的實踐動手能力,培養了學生的創新精神、協作和配合能力,鍛煉了學生的科技總結報告撰寫能力,提高了我校電氣專業學生的整體素質。為他們參加校內和全國電子設計大賽奠定了基礎。
參考文獻
電子技術課程設計是電類專業學生學習完數字電子技術和模擬電子技術理論課及實驗課之后的重要的理論和實踐綜合設計環節,是學生掌握和具備電子技術基礎知識和單元電路的設計能力之后,進一步學習電子電路系統的設計方法和實驗方法,是把理論運用到實踐中進行再體會,著重提高學生分析問題和解決問題的能力,培養學生的創新精神,為以后從事電子系統設計和開發應用打好基礎。如何在這一環節啟發學生人創新意識和實踐能力,并掌握電子設計的新技術新方法是一個值得不斷探索的課題[1,2,3]。近年來,隨著EDA技術的普及與應用,將EDA技術引入到電子技術課程設計中,在培養學生綜合能力和工程設計能力方面作了一些探索和嘗試,經過幾個學期的實踐取得了較好的效果。
1傳統電子技術課程設計教學的弊端
傳統的電子技術課程設計的教學過程中有一些弊端,主要表現在以下幾個方面。第一受到教學經費及實驗場地和實驗時間的制約,輔導教師缺少;第二,課程設計題目狹隘,缺少個性,有的課程設計題目向乎是紙上談兵,設計過程枯燥乏味;第三,學生綜合能力培養受到限制,阻礙了學生創新能力的發展和發揮,導致學生對課程設計興趣降低,不利于學生主動探索精神的培養。
2電子技術課程設計的教學改革
2.1教學方法的改革
電子設計自動化(EDA)技術是當前工程設計的新技術,它的應用使得電子系統的設計手段產生了深刻的變革[4,5,6,7]。在教學中采用虛實結合法,“虛”是指學生在完成電子系統的初步設計方案以后,用應用軟件對整體電路進行仿真,驗證設計方案的或能,修改方案設計中的原理性錯誤?!皩崱笔侵笇W生對所設計的電路在實驗室進行實物制作。虛實結合法中“虛”是手段,“實”是目的,虛擬仿真不受實物實驗條件的限制,能夠拓寬學生的設計思路,實物制件與調試是最終實現的結果。虛實結合法進行電子課程設計的流程如圖1所示:1)選題及方案設計:根據課程設計的預期目標,提出幾個不同的、難度大體相當的、具有實用性的電子電路設計題目及性能指標,由小組成員集體討論選擇設計題目,組織小組成員查找相關資料,并要求小組成員每人都提出自己的初步設計方案。然后小組成員討論各自的方案,相互提出修改意見,發揮團體精神,集思廣益,最后確定設計方案。2)電路虛擬仿真:電子設計自動化是當前工程設計的新技術,它的應用使得電子系統的分析設計手段產生了深刻的變革,是電類學生從事工程技術工作必須掌握的技能。在學生根據設計課題初步確定方案后,要求先在虛擬仿真臺上對設計方案進行仿真,觀察電路功能是否滿足設計要求,分析主要元器件參數對電路指標的影響,初步了解電路的工作情況,適當更改元件參數使之達到技術指標的要求,為電路的實際調試做準備。3)實物制作及調試:對實物電路進行安裝,可以培養學生嚴謹、求真的科學態度和認真踏實的工作作風。從實物的制作及連接可以讓學生接觸實際中使用的元器件及識別,觀察實際元件的外形及標稱方法,可以在實物制作中提高焊接的技能以及集成芯片和面包板的使用。調試技術是工程技術人員必須熟練掌握的基本技能,在加信號的情況下進行單元電路的調試,單元電路能正常工作后再逐步擴大調試范圍,直到完全符合設計要求。調試完畢后,比較電路實測的性能與計算機的虛擬仿真結果,認識虛擬仿真在電子技術設計中所起的作用,培養學生軟硬件的綜合應用能力。4)答辯及設計報告:答辯主要檢查的提問課程設計課題的基本原理、基本設計方案、電路圖等相關內容及學生的理解和掌握情況。答辯以小組為單位,采取搶答的形式,答辯題目按難易區分2-3個層次,搶答的題目難度越大則得分越高??偨Y報告是學生對課程設計全過程的系統總結,按規定的格式進行書寫,作圖要規范,通過撰寫總結提高學生的方案表達能力、工程制圖能力和科技寫作能力等基本綜合素質。
2.2設計課題內容的改進
電子技術課程設計所選的課題來源于工程實際,能夠反映現實生活中的應用,并且能盡量覆蓋電子技術理論的主要知識點。比如,振蕩電路、組合邏輯電路、計數器、譯碼器、寄存器、循環脈沖發生器等,既要使大多數學生能夠在規定時間順利完成,又要使課題有一定的自由空間,以開闊學生思路,發揮學生的創造性和主動性。結合幾個學期的工程實踐經歷,目前電子技術課程設計已經開設的題目有數字鐘、數字頻率計、交通燈控制、籃球比賽計時器、救護車報警器、搶答器、循環彩燈等。在選題時,學生自由選擇提供的課程設計題目,也可以自擬題目。
3教學的收效
上述教學實踐極大地激發了學生的設計熱情,從學生所寫的課程設計總結來看,大多數學生在不同方面都有很大收獲。3.1激發了學生的積極性學生感覺到利用所學的電子技術知識可以實實在在的做出電路來,提高了學生對所學專業知識的信心,激發了學習理論課的熱情。3.2掌握開展實踐活動的科學方法學生對開展工程實踐活動的科學方法和步驟有了切身體會,為進一步學習其它專業課的設計和以后的專業工作奠定了基礎。3.3增強了團隊合作能力以團隊合作的形式完成任務,分別查找資料、模塊設計、電路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。
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