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电路CAD技术课程引入项目式教学模式研究

时间:2022-03-19 09:18:43 浏览次数:

自评互评、案例分析。

(三)具体过程

1 策划方案。多名学生组成项目小组,针对下达的项目进行讨论,制定和论证可行方案。根据最终确定的最佳方案分解项目任务,分配工作内容。

2 上机设计。教师指导学生了解和熟悉电路CAD软件中常用元器件以及如何使用各种软件功能,学生在教师指导下绘制项目的原理图和PCB板图。

3 电路制作。原理图与PCB图设计完成后,将PCB板图复制在PCB板上。通过光刻、腐蚀、漂洗等工序之后进行元件的焊接、组装。最后进行调试。

4 项目检查。教师在项目进行过程中对项目跟踪检查,并给出评分。既应重视项目中间过程的评价,也应重视对实践操作能力的检验。

5 自评互评。项目完成后,各项目组内成员之间和各项目组之间应开展自评和互评活动,进行自我评价和相互探讨。注重对学生的工作态度、团队协作及沟通能力的检验。

6 案例分析。在项目最终完成后,教师组织学生就一个完成较好的项目进行案例分析,让学生了解此项目的优点和不足,从中吸取经验。

二、教学要求

电路CAD技术课程的中心思想是让学生综合利用自己学到的知识进行创新性设计,以此来培养他们的科研动手能力、基本试验能力以及发现问题和解决问题的能力,并且在设计中得到提高。以这一指导思想为基础,为保证实验教学方法符合现代教学要求,提出关于课程的各项要求。

(一)关于教学项目的要求(以单片机测试系统的项目为例)

1 项目涉及的芯片必须包含MCS-51系列单片机最小系统。

2 带有一路传感器及相应的调理电路,可以涉及位移、温度、压力等。

3 带有AD转换芯片,实现检测物理量的模数转换功能。

4 能在4位LED中显示测试的物理量。

5 要带设置按钮,能根据实际情况做出相应的调整(例如温度的上、下限设置,压力的报警值等)。

6 系统要包含声光报警电路。即检测量超过设定值后,具有自动报警功能。

根据上述要求,项目基本构成如图1所示。

(二)关于学生实践内容的要求

1 要求学生设计多种方案,从中选择最佳方案绘制原理图。

2 原理图要求原理正确要有根有据。元器件的选择要合理,达到使用目的的同时考虑实际的经济效益,力争达到最优。

3 传感器工作稳定、能满足精度等要求。如果传感器存在温度漂移等情况,要采用软件或者硬件补偿,并且给出补偿的原理,使得传感器工作可靠、稳定。

4 由于PCB的设计规则非常丰富,几乎覆盖设计任务的全过程,这些规则涉及间距、对象几何形状、布局、并行问题、阻抗控制、信号完整性、布线优先级、布线拓扑等。规则共分为电子规则、布线规则、元件规则、阻焊规则、内部电源层规则、测试点规则、制造规则、高速电路规则和布局规则这几大类。这里要求学生绘制PCB之前,要从实际制造的角度,对上述各项规则进行正确的设置,力争所设计的PCB板既能正确地实现原理图中的功能,又要布局合理美观,便于装配调试。

5 提供一份完整的设计说明书,详细说明电路图的工作原理、元件选择依据、PCB设计规则以及加工PCB所需的文件等。

(三)关于仿真分析和校验的要求

在PCB设计之前,需要对设计的原理图进行仿真分析和校验。在设计软件PROTEL99SE中,可以直接进行模拟电路、数字电路和数模混合电路的仿真。项目设计要求对传感器调理电路部分进行仿真。电路仿真的步骤通常为绘制仿真电路、加电源、定义观察的节点、设置希望收集、显示、存储的仿真数据、设置仿真分析参数、运行仿真分析和观察仿真结果。根据仿真的结果来校验传感器调理是否正确。因此在原理图设计和仿真分析之间存在一个反复的过程。电路的放大倍数是否合理,工作能否正常,都需要加以分析,从而对选择的参数进行调整,使绘制的原理图符合要求。

(四)关于项目实现的要求

各元件的参数以及原理图,不仅要求学生回顾以往所学过的理论知识,还要查阅相关参考资料,如元件的技术参数、元件的引脚说明等,明确自己的设计方向,并且从大量的理论知识中提炼出自己需要的部分。学生需要充分发挥开阔的思维,设计分析不同方案的优劣,然后预测不同方案的经济效益以及实用情况,最后得出一个最佳方案。这个阶段需要教师给予学生适当的启发性指导,既不限制他们的思维,又要有利于他们的创新。

(五)关于教学开展的要求

为保证教学效果,项目式教学应保持长期进行。试验性教学应开展至少三期以上教学活动并统计相关数据,以便就各阶段教学成果进行对比分析。

三、总结

电路CAD技术课程设计采用了以学生为主、教师为辅、培养创新精神和创造能力的实验教学方式,同过去的验证性、纯教学性的实验教学方式相比,取得了良好的效果。在试验性教学中,为一批学生设计了三个课程项目,开展了连续三期实践课程,课程成果统计数据见表1。

项目式教学方式使学生学到了课本中无法学到的东西,增强了学生的综合设计能力,使学生学会综合运用计算机技术、传感器技术、模拟电路、数字电路等课程中的知识来解决实际中的问题,是从理论到实践的提高。学生对以前学得一知半解的知识有了更深刻的理解,特别是对测控电路的应用,同时掌握了设计软件PROTEL99SE的常用工具,为今后的设计以及工作打下了良好的基础

(责编 苏洋)

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