發(fā)布時間：2022-02-08所屬分類：電工職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要:為提高電子電路綜合設(shè)計教學效果,對傳統(tǒng)電子電路綜合設(shè)計教學進行了改革.將 Multisim 技術(shù)引入電子電路綜合設(shè)計,研究 Multisim 電子電路綜合設(shè)計方法,結(jié)合數(shù)字式日歷牌設(shè)計實例,給出 Multisim 技術(shù)在電子電路綜合設(shè)計中的應(yīng)用,分析了基于 Multisim 電子電路綜合
摘 要:為提高電子電路綜合設(shè)計教學效果,對傳統(tǒng)電子電路綜合設(shè)計教學進行了改革.將 Multisim 技術(shù)引入電子電路綜合設(shè)計,研究 Multisim 電子電路綜合設(shè)計方法,結(jié)合數(shù)字式日歷牌設(shè)計實例,給出 Multisim 技術(shù)在電子電路綜合設(shè)計中的應(yīng)用,分析了基于 Multisim 電子電路綜合設(shè)計的優(yōu)勢.實踐表明,Multisim 技術(shù)在電子電路綜合設(shè)計中優(yōu)勢明顯,切實提升了學生實踐創(chuàng)新能力.
關(guān)鍵詞:電子電路;綜合設(shè)計;Multisim;實踐教學改革
電子電路綜合設(shè)計是電工電子類課程的重要實踐環(huán)節(jié),為高校自動化、電氣工程及自動化、信息工程、電子科學與技術(shù)等專業(yè)的學生開設(shè).該課程內(nèi)容綜合性強,對工科學生綜合素質(zhì)的提高以及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)至關(guān)重要.但是,由于實驗室儀器和條件限制等原因, 該課程的實踐環(huán)節(jié)遠沒有達到對學生能力培養(yǎng)的期許.如何激發(fā)學生對該課程綜合設(shè)計實踐環(huán)節(jié)的興趣,有效提升實踐教學效果和學生實踐能力,是需要教師積極探索的問題[1].
現(xiàn)代計算機技術(shù)的發(fā)展和虛擬軟件的出現(xiàn),使得復雜的學習簡單化、興趣化和自動化.Multisim 就是計算機的虛擬軟件技術(shù),它可以使傳統(tǒng)的電子電路綜合設(shè)計實現(xiàn)根本性改革.Multisim 是美國國家儀器公司推出的原理電路設(shè)計、電路功能測試的虛擬仿真軟件.Mu1tisim 提供了全面集成化的設(shè)計環(huán)境,能完成原理圖設(shè)計、電路仿真分析和電路功能測試等項工作.它提供了眾多虛擬元器件,包括數(shù)千個器件模型; 提供了齊全的虛擬電子儀器設(shè)備,操作這些儀器設(shè)備如同操作真實儀器設(shè)備一樣;還提供了全面的分析工具,可以進行電路仿真設(shè)計分析[2].
1 電子電路綜合設(shè)計實踐中的問題分析
電子電路綜合設(shè)計實踐是對電子技術(shù)基礎(chǔ)課程知識的拓寬和提高,是對各知識點的綜合運用.在該實踐環(huán)節(jié),教師要布置有一定難度的實踐題目.在給學生布置的綜合設(shè)計性實踐題目中,要充分考慮知識的綜合性與設(shè)計的開創(chuàng)性,使學生在掌握電子電路理論知識的同時,提升實踐創(chuàng)新能力,要求學生自行設(shè)計電子電路 并 實 際 焊 接 印 制 電 路 板 (PCB),實 現(xiàn) 電 路功能[3].
在 Multisim 使用之前,按照傳統(tǒng)的電子電路綜合設(shè)計實踐要求,學生設(shè)計的電子電路圖要在 PCB板上進行焊接和上電測試.這種做法的主要問題[4]是:
(1)學生感覺難度較大,信心不足.由于電子電路綜合設(shè)計實踐要求以實物實現(xiàn)功能,如果電子電路設(shè)計有缺陷或焊接有問題,查找錯誤需要花大量的時間和精力,還要損耗材料;如果設(shè)計錯誤則要重新開始,花費大量時間還不一定能夠成功,很容易挫傷學生的學習積極性.
(2)實踐平臺單一,學生只能在實驗室完成設(shè)計; 而由于課程安排等原因,學生來實驗室不方便,完成綜合設(shè)計的時間顯得不足.
(3)實驗用元器件損耗大、實驗儀器損壞多、實驗經(jīng)費花費多,增加了實驗室教師的工作量.由于學生設(shè)計的電子電路的正確性無法保證,各種元器件焊接上電后易損壞.還由于實驗室實驗儀器有限,使得設(shè)計功能不容易實現(xiàn).
基于上述問題,基于 Multisim 技術(shù)進行電子電路綜合設(shè)計改革勢在必行.要通過課程改革使電子電路綜合設(shè)計“虛實結(jié)合、軟硬兼施”,以達到培養(yǎng)和提升學生實踐能力和創(chuàng)新精神的目的[5].
2 基于 Multisim 的電子電路綜合設(shè)計方法
基于 Multisim 的電子電路綜合設(shè)計流程如圖 1所示.
首先,學生根據(jù)教師布置的綜合設(shè)計任務(wù)查找資料,研究和確定設(shè)計方案,并進行原理圖設(shè)計.
然后,進入 Multisim 軟件環(huán)境,在 Multisim 下構(gòu)建虛擬電路模型.建立模型后仿真,研究仿真結(jié)果,通過虛擬儀器檢驗技術(shù)指標.如果檢驗結(jié)果不合適,則修改參數(shù)、模型、原理圖等.
最后,在該環(huán)境下反復地設(shè)計、調(diào)試、修改和完善, 直到滿足設(shè)計要求[6G7]. 3 一例綜合設(shè)計實踐———數(shù)字式日歷牌設(shè)計對于綜合系統(tǒng)設(shè)計,Multisim 采用自上而下的設(shè)計方法,即先在頂層進行功能劃分、行為描述和結(jié)構(gòu)設(shè)計,然后 在 底 層 進 行 方 案 設(shè) 計 與 驗 證、電 路 設(shè) 計 與 PCB設(shè)計等.除系統(tǒng)設(shè)計、功能劃分和行為描述外, 其余工作由計算機完成.顯然,該設(shè)計方法成本低、效率高、周期短、功能強、應(yīng)用范圍廣.一個綜合設(shè)計實踐的實例———數(shù)字式日歷牌就采用了自上而下的設(shè)計方法[8].
3.1 設(shè)計任務(wù)和要求
用中小規(guī)模集成電路設(shè)計數(shù)字式日歷牌,并實現(xiàn)以下功能: (1)產(chǎn)生定時脈沖信號; (2)自動顯示“年、月、日、星期、時、分”; (3)根據(jù)大月和小月、平年和閏年顯示各月天數(shù); (4)可手動校正,即手動進行年、月、日、星期、時的脈沖輸入或連續(xù)脈沖輸入校正.
3.2 數(shù)字式日歷牌設(shè)計方案
數(shù)字式日歷牌設(shè)計方案框圖2所示,分計數(shù)采用六十進制計數(shù),小時計數(shù)采用二十四進制計數(shù),日計數(shù)采用二十八、二十九、三十、三十一等進制計數(shù).日計數(shù)受年計數(shù)(判斷平年或閏年)、月計數(shù)(判斷大或小月)控制,年計數(shù)為萬進制計數(shù).
3.3 基于 Multisim 的數(shù)字式日歷牌設(shè)計實現(xiàn)
根據(jù)設(shè)計方案,采用 Multisim 自上向下的模塊化設(shè)計.數(shù)字式日歷牌由 X0—X6共7個子單元模塊和各單元模塊校準開關(guān)構(gòu)成,子單元模塊分別為定時脈沖、分、星期、小時、日、月、年模塊.數(shù)字式日歷牌電路原理如圖3所示.
每個子單元模塊電路采用中規(guī)模芯片和一些門電路設(shè)計而成.X0由555定時器構(gòu)成多諧振蕩器; X1由2片 十 進 制 計 數(shù) 器 74LS160 構(gòu) 成 六 十 進 制 分計數(shù)器;X2由2片十進制計數(shù)器74LS160構(gòu)成二十四進制計數(shù)器;X3由1片十進制計數(shù)器74LS160構(gòu)成 七 進 制 星 期 計 數(shù) 器;X4 由 2 片 十 進 制 計 數(shù) 器74LS160構(gòu)成二十八、二十九、三十、三十一進制日計數(shù)器;X5由2片十進制計數(shù)器74LS160構(gòu)成十二進制計數(shù)器和 控 制 電 路,控 制 日 子 電 路;X6 由 4 片 十進制計 數(shù) 器 74LS160 構(gòu) 成 萬 進 制 計 數(shù) 器 和 控 制 電路,控制閏年或平年2月的日期.
以 X1分計數(shù)器為例(見圖4),六十進制分計數(shù)器由2個 74LS160N 計數(shù)器 和 與 非 門 構(gòu) 成,當 計 到 59時,非門輸出的進位顯示燈亮,其余計數(shù)時該燈不亮.
該數(shù)字式日歷牌設(shè)計盡管使用了13個中規(guī)模芯片,若干門電路、電阻、電容和13個數(shù)碼顯示器,連線也比較多,但是 Multisim 能隨時糾正電路原理圖設(shè)計、芯片使用、連線中的錯誤,元器件調(diào)換、修改設(shè)計和測試也很方便,使學生在實際設(shè)計中信心大大增加[9].
4 應(yīng)用 Multisim 進行電子電路設(shè)計的優(yōu)勢
利用 Multisim 進行電子電路設(shè)計的實踐可以看出,Multisim 在電子電路實驗教學中的應(yīng)用具有很大的優(yōu)勢.
(1)可以提升學生對電子電路綜合設(shè)計的興趣和積極性,增加學習的自信心,更好地發(fā)揮學生的創(chuàng)造性.由于學生愿意使用電腦,使用電腦軟件上手快,利用 Multisim 可以方便地修改電路、調(diào)換元器件、修改參數(shù),不用擔心設(shè)計實驗失敗,使每一步設(shè)計的實現(xiàn)都帶來了成就感和自信心[10].
(2)時間和空間的利用靈活和方便,提高了學生綜合設(shè)計的效率.實驗平臺不再局限于實驗室,學生利用空余時間在教室、宿舍都可以利用電腦進行電路設(shè)計與仿真[11].
(3)Multisim 軟件提供了失真分析儀等一般實驗室配置較少的儀器,同時提供了各種分析功能,如失真度分析和傅里葉分析等,它非常直觀地加強了學生對設(shè)計電子電路的全面理解,可大大提升學生分析問題和解決問題的能力[12].
(4)能明顯減少實驗器件和儀器的損壞,減少實驗室的經(jīng)費開支.由于電子電路設(shè)計是在 Multisim 中進行的,最終給出的是一個能實現(xiàn)且較優(yōu)的設(shè)計方案,因此有效避免了直接焊接電路板可能導致的元器件燒壞,避免了儀器設(shè)備的損壞.
(5)Multisim 軟件可以提高實踐環(huán)節(jié)的安全性. 對于有一定危險的實驗,通過仿真虛擬實驗設(shè)計、調(diào)試并仿真成功后,再搭建實際電路,使學生和設(shè)備的安全更有保障.
5 結(jié)語
使 用 Multisim 軟 件 進 行 電 子 電 路 綜 合 設(shè) 計,有效地提升了學生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力.由于它彌補了傳統(tǒng)電 子 電 路 綜 合 設(shè) 計 實 踐 的 不 足,學 生 的 積極主動性和自信心明顯增強.學生不再懼怕電子電路設(shè)計,積極參加校內(nèi)外電子設(shè)計大賽.Multisim 已經(jīng)成為學生 進 行 電 路 設(shè) 計 的 首 選 工 具,并 幫 助 學 生在設(shè)計競 賽 中 取 得 了 很 好 的 成 績.在 2016 年 北 京市大學生電子設(shè)計競賽中,北京工商大學組建了45個隊參加比賽,其中有12個隊獲一等獎,13個隊獲得二等獎,12個隊獲得三等獎,獲獎人數(shù)在參賽學校中名列前茅,取 得 了 本 校 參 加 該 項 競 賽 以 來 的 最 好成績. ——論文作者：付 揚
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