时间：2023-06-07 09:36:06
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇电子电路设计论文，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
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信号发生器论文参考文献：
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信号发生器论文参考文献：
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[3]童诗白华成英主编《电子技术基础－模拟电子技术》P402-461页高等教育出版社出版2004年7月出版（非正弦信号产生电路）
[4]陈晓文主编《电子线路课程设计》P129-P133页（函数发生器的设计）电子工业出版社出版2004年8月出版
[5]张宪、何宇斌主编《电子电路制作指导》P151-161化学工业出版社出版2006年1月第一版（振荡电路）
信号发生器论文参考文献：
[1]《电子技术基础－模拟电子技术》P234-P240页主编：郝波、李川西安电子科技大学出版社出版2004年7月出版（非正弦信号产生电路）
[2]《电子线路课程设计》P129-P133页（函数发生器的设计）主编：陈晓文电子工业出版社出版2004年8月出版
[3]《电子电路制作指导》P151-161主编：张宪、何宇斌化学工业出版社出版2006年1月第一版（振荡电路）
关键词：Multisim 汽车尾灯 仿真软件
中图分类号：TN702 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）04-0000-00
本文设计的汽车尾灯控制电路，使得车辆在进行转弯或者急刹车时能及时对其他车辆发出信号进行预警，可有效减少交通事故的发生。通过Multisim仿真软件对电路进行仿真设计，Multisim是美国国家仪器公司推出的原理电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件，它秉承了其前身虚拟电子工作台软件易学易用、形象直观等优点，扩充了元件库，支持VHDL和Verilog HDL语言及单片机应用电路仿真与设计，增强了软件的仿真测试和分析功能，广泛应用于电子电路的教学与设计中。在电子设计中可以利用该软件实现计算机仿真设计与虚拟实验，验证电路是否达到设计的要求，设计与仿真实验可以同步进行，一边设计一边实验，不符合要求时可以随时进行修改、调试，实验中不需要消耗任何元器件，根据仿真实验的结果再进行实际电路的制作，大大节约了成本，缩短了产品的开发周期，是现代电子设计的有效方法。
1 电路设计要求
要求设计一个控制汽车尾灯的电路，用六个指示灯模拟六个尾灯（汽车尾部左右两侧各三个灯），并用两个开关来控制汽车的运行状态，其中一个开关用于指示右转弯，另一个开关用于指示左转弯，如果两个开关都未接通，表示汽车处于正常行驶状态，如果两个开关都被接通，表示驾驶员遇到紧急情况，此时需要临时刹车，紧急闪烁车灯警示其他车辆和行人。电路的具体设计要求如下：
（1）当汽车正常行驶时，汽车尾灯全部熄灭。（2）当汽车向左转弯时，汽车左侧三个尾灯按顺序循环点亮。（3）当汽车向右转弯时，汽车右侧三个尾灯按顺序循环点亮。（4）当汽车临时刹车时，汽车后面六个尾灯一起明、暗闪烁。
2 电路设计分析
根据以上电路的设计要求可知，汽车尾灯有正常运行、左转弯、右转弯和临时刹车四种运行状态，需要用两个逻辑开关组合构成开关的控制端（此处用K1、K0表示），左侧的三个尾灯用D0、D1、D2表示，右侧的三个尾灯用D3、D4、D5表示，可以列出汽车尾灯运行状态关系表，如表1所示。
3 单元电路仿真设计
3.1 开关控制电路的仿真设计
开关控制电路通过开关K1、K0控制，选取异或门芯片74LS86N和与非门芯片74LS00N组成组合逻辑电路来实现对尾灯电路的整体控制；在电源库中选取100HZ/5V的脉冲作为电路的输入信号，用指示灯G、A表示译码控制和驱动控制两种输出状态。由此可以构建开关控制电路，如图2所示。
图2 开关控制电路
通过对开关K1、K2控制，可以仿真分析得出译码控制端G和驱动控制端A的现象，从图2可以看出：当开关K1低电平，K0高电平时，指示灯G和A均点亮，当开关断开、闭合的情况不同，则G和A的亮暗情况也有所变化，具体关系如表2所示。
3.2 尾灯电路的仿真设计
尾灯电路主要由计数器、译码器和显示驱动电路三部分组成。其中，计数器按三进制计数，用于左转弯、右转弯时控制三个尾灯按周期规律点亮，选取JK触发器74LS112N构成三进制计数器；译码器是对运行的状态进行译码，产生节拍脉冲输出，控制尾灯按循环顺序点亮，选取3线―8线译码器74LS138N构成译码电路；显示驱动电路用于驱动LED，选取与非门74LS00N构成显示驱动电路。尾灯电路中 JK触发器的时钟脉冲信号设定为100HZ/5V。由此可以构建尾灯电路，如图3所示。
根据表3的逻辑功能可以分析得出下面的结论。
（1）当K1=0，G=0，A=1，左侧尾灯和右侧尾灯均不亮，即汽车正常行驶。（2）当K1=0，G=1，A=1，左侧尾灯循环点亮，右侧尾灯不亮。（3）当K1=1，G=1，A=1，右侧尾灯循环点亮，左侧尾灯不亮。（4）当K1=1，G=0，A=CP，指示灯随CP的频率闪烁。
3.3 时钟脉冲信号
时钟脉冲信号源选用的是软件中的时钟电压源，其振荡频率设置在100HZ左右。也可以用555定时器外接电阻、电容元件构成多谐振荡器或用石英晶体多谐振荡器产生所要求的时钟脉冲信号。
3.4 总体电路的仿真设计
将前面设计好的开关控制电路和尾灯电路连接在一起后，就可以构成了完整的汽车尾灯控制电路系统。
4 结语
本文所设计的汽车尾灯电路结构简单、可靠性高、操作方便、成本低。应用Multisim13.0进行电子电路设计和仿真，可利用大量丰富的元器件库和实用的虚拟仪器，可改变电路元器件参数来调整电路，使之更好地接近设计要求，且操作简单、构建电路方便快捷、电路修改比较方便。在电路仿真设计完成后再去构建实际电路，从而大大的降低了使用成本，提高了电路设计的效率。
参考文献
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[4] 张新喜 等.Multisim10电路仿真及应用[M].机械工业出版社，2010.
收稿日期：2016-03-03
关键词：地方；本科院校；开放实验室；管理
中图分类号：TM1-4 文献标识码：B 收稿日期：2016-01-20
1.前言
实验教学是高等学校教学体系的重要组成部分，它对学生科学精神和创新思维的培养以及实际动手能力的提高都起着重要的作用。利用开放实验室的契机，充分整合与创造性地应用实验教学资源，可以提高地方本科院校电子类专业教师的实验教学能力，丰富实验教学内容，拓展实验领域，降低成本和风险。
通过开放实验室，建立新型的实验管理模式，可以充分发挥地方本科学校电子类专业实验室资源，为更多的学生提供可靠、安全和经济的实验项目，为地方本科院校电子类专业“知识、能力、素质”三位一体应用型人才培养提供优质、高效、丰富的实践教学环境。
2.实验室全面开放的具体步骤
（1）开放模式。实验室应该根据其性质不同，在开放时间、空间以及实验内容方面有所侧重：基础实验室采取半开放时间，实验内容、项目相对固定；创新实验室条件允许时在时间、空间以及实验内容上全面开放。
（2）开放的具体内容。①原则上对于电路、模电、数电、高频等基础课教学实验室，全面实现时间上及部分内容上的开放。内容开放主要包括：第一，保留部分必开的实验教学项目，可占该实验课程总学时的20%～50%。第二，增加并改造一批综合性实验项目，每学期开学根据学生人数列出足够的综合性实验项目供学生选择，综合性实验项目占该实验课程总学时的30%～50%。第三，适当增加具有设计新颖性和创新性且由学生自主选题的实验项目，给学生留有一定的时间和学时空间，占该实验课程总学时的20%～30%。②专业实验室定期向学生一定数量的综合性、设计性的项目供学生选择，项目以各级电子设计竞赛题目、分解指导教师的科研课题为主，逐步锻炼学生掌握电子电路设计方法、电路故障检测方法、工程应用方法，以提高学生分析问题和解决问题的能力。③以“挑战杯”“科技文化周”活动为依托，引导、鼓励学生开展创新实验。创新实验项目以团队形式进行，参与学生不限年级，可自由组合；开放实验室时可结合实际条件， 安排实验场地和教师指导，培养学生的创新思维和团结协作精神，并通过高低年级学生的传帮带机制创新技术成果。④开发虚拟实验系统，遇到一些高成本、高消耗、大型或综合训练以及现有实验实训条件不足或学生自主开展实验与创新训练等情况时，采用虚拟实验，可以使学生获得大型和综合训练经验。
（3）开放实验项目课时分配。①电子电路综合实验，开设时间为第三学期。本课程中学生要求修读2项第一级实验项目（必修）；要求修读1项第二级实验项目和1项第二级或第三级实验项目。②电子电路综合实验，开设时间为第四学期。本课程中学生要求修读2项第一级实验项目、1项第二级实验项目和1项第二级或第三级实验项目。③电子电路综合实验，开设时间为第五学期。本课程中学生要求修读1项第二级实验项目、1项第三级实验项目和1项第三级或第四级实验项目。
（4）管理模式及运行机制。①学生管理。在开放实验中重点突出学生的自主性。从方案设计、操作、实验结果的分析处理方面最大限度地发挥学生的作用，扩大学生独立思考、操作、分析的空间，充分调动学生的学习积极性和自主性。 ②成绩管理。第一，对于验证性实验成绩的评定，以学生的预习报告、实验报告和实验操作为评分依据。第二，对于综合性、设计性、创新型实验，以实验成果（包括实物、论文或实验报告）和指导教师评价或通过答辩的形式进行评价，作为学生成绩和学分的评定依据。③实验室人员管理。实验指导教师负责开放实验项目的建设与更新，负责指定开放实验项目的开题、过程指导、实物验收与答辩、成绩评定等全过程，并负责选取开放实验优秀项目，推荐参加各种比赛和申报评奖。
开放实验教学将逐渐成为实验教学的主流， 地方本科院校电子类专业要不断探索开放实验教学模式，深化实验教学内容改革，利用现代技术，探索实验管理方法，结合学校实际，走出一条实验室开放高效运行的新途径。
参考文献：
1993年，由教育部倡导在全国高校中组织开展大学生电子设计竞赛，1994年成功举办了第一届全国大学生电子设计竞赛，紧随其后的1995年至2009年间，由教育部、工业与信息化部联手举办了九届大学生电子设计赛。随着竞赛的知名度及其在我国高校创新型人才培养工作中产生的影响力的不断提升，已逐渐发展成为全国高等教育领域的四大学科竞赛之一，同时也为各高校之间的认识、了解提供了机会，并为各校间从政策措施、人才保有程度、实验设施及实验手段和财力等各个因素的融合后的实力展示，提供了一个综合性的竞技平台[1]。江苏技术师范学院电气信息工程学院在学校领导和相关职能部门的支持下，于2007年首次组队参加了第八届全国大学生电子设计竞赛，并取得了江苏省赛区一等奖1项和二等奖3项的不错成绩。随后又于2009年组队参加第九届全国大学业生电子设计竞赛，取得了国家二等奖2项、江苏省赛区一等奖4项的佳绩。两次参赛都有所斩获，赛事辅导教学团队的教师们结合辅导过程及参赛的实际情况进行总结分析，明确成功的主要亮点和工作过程中的不足之处，力争在以后的辅导过程中有针对性地开展辅导工作，以便在比赛中获得更好的成绩，同时也为在本科教学工作中培养大量的创新型高级技术应用人才奠定基础。
1简析电子设计竞赛，明确其辅导重点和难点
古人云：知己知彼，方能百战不殆。对于组队参加全国大学生电子设计竞赛，也同样需要对这一赛事的难点和重点有所了解。纵观前九届的赛事，全国大学生电子设计竞赛系统而全面地检验了学生的综合素质及协同工作的能力。通过对历届赛题的归纳大致可分为电源类、信号源类、放大器类、数据采集与处理类、无线电技术类、测量仪器仪表类和自动控制类等。既有以完成功能性设计内容为目的，又有以完成指标性设计内容为目的的题目。竞赛中的基本部分、发挥部分、设计与总结报告三部分内容是有机结合的，在注重考察学生的基础理论知识的情况下，大力推广新技术、新器件的应用，同时其涉及的领域越来越广，对学生解决工程实际的应用能力也越来越强，能全面考察学生的理论知识、实践能力及创新能力。竞赛既有一定的普遍性，同时还有其发挥部分的深度，能使最为优秀的学生脱颖而出。根据电子设计竞赛的命题及内容，可以看出电子设计竞赛的特点是任务重、时间短、要求高。根据组委会的规定，竞赛必须在四天三夜内完成从方案设计到电路制作，再到软件编程和最后的设计报告工作。这是对参赛学生能力的检验，要求学生必须熟练掌握计算机编程、电路分析、设计与开发等基础知识，同时还要非常熟悉误差、指标、系统等工程概念，熟练使用测试仪器、仪表，快速找出故障及调试电路的能力。在赛题完成过程中，问题解决的途径并不是单一的，在不断探索过程中激发了学生的思维能力，更提高了他们的创新能力。
2做好参赛选手的选拔工作，发现并引导优秀学生参与
通过对电子设计竞赛内容和比赛要求等的全面剖析，可以了解到竞赛对学生的知识面、动手能力以及个人品质等方面都提出了一定的要求：在能力方面要求学生具备基本的实践操作能力，如快速准确焊接电路、分析问题的能力、能够使用科学系统的方法排查故障的能力及文献及资料查问的能力。在品质方面要求学生要有吃苦耐劳及刻苦钻研的精神、要有团队意识、要勇于创新，敢于采用新方法，新思路，开拓进取，坚韧不拔[2]。
2.1广泛开展竞赛宣传活动，引导学生积极报名参赛
对于高等学校来说，选拔优秀学生组队参加全国大学生电子设计竞赛是获取好成绩的前提。因此，参赛选手的选拔是整个训练与比赛过程中非常重要的一个环节，它是整项活动的基础，参赛选手选拔的成败直接影响到整个训练的质量与竞赛的成绩。江苏技术师范学院对这项工作给予了格外重视，于每年9月份新生入学后，电气信息工程学院通过学工办、分团委发动、组织赛事的宣传工作，让大学生们通过多种形式走进全国大学生设计电子竞赛，了解其性质、了解本校参赛人员以往的获奖情况以及获奖学生的个人发展等情况，明白参加全国大学生电子设计竞赛对提高个人创新意识、强化动手能力、提升就业竞争力等方面的帮助。通过全面的组织和宣传，可以让感兴趣和有潜质的大一新生在入学初始就有了明确的专业方向感及奋斗目标。
2.2选拔有潜质的学生参赛，提升选手的整体水平
通过对全国大学生电子设计竞赛的宣传与动员，在每年的秋季学期开始，就组织大二、大三的学生报名，通过各种形式进行选拔。首先对学生进行基础理论考试（电工、电子技术方面），以实现考查报名学生的电子基础知识、个人学习能力和理解能力，从中确定参加实际操作测试的学生人选。在实践操作测试中给出一个简单的电子产品（如温度测控系统）的线路图和元器件，要求学生在规定时间内完成产品的电路分析、安装与调试，考查学生的元器件识别、电路分析、焊接、安装、调试等方面的动手能力与分析能力。综合前两轮考核的成绩来确定参加面试学生的名单（优先考虑在高中阶段参加过科技竞赛，动手能力强，有创新意识的学生）。挑选出有扎实的电子类及计算机编程等基础知识、身体健康、实践动手能力强、具有团队意识的优秀学生参加赛前集训队，并在集训过程中执行严格的淘汰制度，最后确定参赛选手。经过如此的层层选拔才能使那些真正具有潜质的学生脱颖而出，这样的选手组成集训队可以提升参赛队伍的整体水平，为取得好成绩奠定基础[3]。
3系统科学的赛前辅导，提升学生解决实际问题的能力
有了好的队伍不等于就可以一劳永逸了，系统科学的赛前辅导才是成功的重要保证。赛前系统科学的辅导决定着整个竞赛的最终成败，所以需要组织好竞赛辅导教学团队全身心地投入到赛前的辅导工作中。竞赛辅导教学团队系统科学的赛前辅导注重知识与技能的统合梳理、理论与实践充分整合，实现全面提升参赛选手解决实际问题的能力[4]。在这一过程中可以实现对参赛的队员进行更为严格的甄选，推动选手与带队的辅导教师进行磨合，因材施教，以期在获奖的质量与数量上达到最优化。为使整个的赛前辅导工作有序有效进行，可以将赛前辅导分为春季学期主题式课程辅导和暑期集训两个阶段，同时在人力、财力、场地、设施等各方面都给予相应的支持与配套[5]。成立并开放创新实验室为参赛团队的师生提供良好的实践环境，建立并不断扩充电子元器件库，以解决师生在实践训练过程中元件难以配齐的问题。
3.1春季学期主题式课程辅导
春季学期课程辅导主要是以主题式课程辅导的方式进行，每周安排一个主题，围绕着基础知识培训、设计开发培训、综合系统训练三大类14个主题（见表1）展开辅导，历时十四周。大多在春季学期末结束，并在学期末对参训学生进行综合考核，再次选拔并确定进入暑期集训的参赛队员名单。从表1中可以看出，整个春季电子设计竞赛辅导课程主要分为基础知识与基本能力训练、设计开发能力训练和综合系统设计训练等3大类14个主题式训练课程。其基础知识与基本能力的训练类课程主要作用是培养学生电子电路设计方面的基本知识，让学生掌握常用的电子电路模块、传感器模块等设计与使用。通过7个主题式课程对学生进行训练，使其达到能熟练使用与运用常用的电源模块、键盘显示模块、传感器模块以及信号发生器模块等目的。在对学生进行基础知识与基本能力培训的基础上，为了进一步培养学生自主创新设计能力和动手能力，开设了设计开发能力训练类课程。在该类课程的训练中，教师给学生讲解系统架构与框图原理，学生根据教师讲解的系统组成原理，来进行相应课题的设计与测试。它主要是通过5个设计型开发课题对学生自主创新设计能力与动手能力进行培养与训练，主要培养学生对基本电子电路的设计思维。经过前两类课程12个主题式课程的训练，已培养了学生一定的独立分析问题能力，使其具备按课题任务要求设计电子电路的基本能力。最后在高速信号的采集与处理和高频频率计的设计这2个综合性主题式课程的系统训练中，教师只给出系统设计任务要求，学生根据任务来独立完成系统实现方案分析、完全自主电路硬件设计与焊接、软件程序编写、系统综合调试等训练科目。通过综合式系统设计训练，学生在电子技术电路设计方面形成自主创新设计能力。从整个辅导内容来看，在周期较长的春季学期课程辅导中，由辅导教师负责一个或若干主题的课程，主要是以打基础，进行初步的电路设计开发，以此来拓展学生的知识面和自主创新设计能力的培养。
3.2暑期集训
暑期集训的终极目的是在提升个人技能的同时，训练小组成员之间的相互配合、协作的能力和意识，并对参赛选手进行适当的赛前适应性训练。由于全国大学生电子竞赛要求参赛学生以三人为一组，在四天三夜内，设计、制作、调试出一个电子控制系统，并完成报告书。而成绩也主要是由测试作品的结果和形成的报告式论文两部分组成，比重各占50%。所以针对竞赛时间紧、任务重、设计、开发、调试，文献阅读及撰写并重等特点，暑期集训过程中的辅导教学工作更注重对学生实践动手能力、团结协作等方面进行专门训练。
（1）模拟实际竞赛的进度，使其在规定时间内完成任务。将竞赛训练的任务进行分解；第一天，确定选题、提出至少一种以上解决方案，并对各方案进行论证、最后确定最优方案；第二天，必须完成与硬件相关的一切工作，包括制板、焊接、调试等;第三天要完成软件部分的工作，比如程序的编写与系统调试等；在最后一天，要完成作品的测试、装箱、论文报告的撰写等工作。
（2）在选定题目后，设计方案的提出是最关键的一步，也是起着方向性作用的一步，所以要求选择简洁新颖、正确可行的设计方案，为后续工作的开展奠定基础。
（3）为了确保竞赛的质量，在具体的辅导教学中，对单元电路的制作与调试这一过程给予充分的重视并开展针对性的训练。
（4）训练期间根据每位学生的特长做好分工。硬件、软件和文字三部分的工作各由一位同学主要负责。这就要求参赛选手在竞赛过程中既要完成好自己的工作，又要与小组其它成员相互配合，团结一致，在顺境时要相互提醒保持冷静，逆境时要相互鼓励共度难关以期取得最好的成绩。在学生参赛的辅导过程中，辅导教学团队教师互相配合，紧扣不同阶段训练的主题，进行两阶段系统而科学的赛前辅导，不仅使学生获得了实践创新意识、团队协作的人文精神和理论联系实际的良好学风，还培养了学生工程实践素质、提高学生针对实际问题进行电子系统设计与调试的能力。经过参赛师生的不懈努力，在第九届全国大学生电子设计竞赛中，由笔者所指导的程辉、郑强、陈杰同学团队取得了我校该赛事有史以来首次国家二等奖的好成绩。
【关键词】Proteus 电子 虚拟实验 EDA
一、引言
在电子技术理论和实验教学中，经常需要设计出电路，并连接实物进行原理分析和验证，在电子线路设计过程中，不仅需要考虑各种元器件的参数、性能、功耗、封装等多种因素，而且在电路的实现过程中还需要经过大量多次的电路焊接、调试和实验，费时费力，这种传统的设计方法很难适应现代电子电路设计的规模化、低成本、短周期的设计要求，当然，也不能很好的适应现代化电子技术的教学。随着EDA（电子设计自动化）技术的发展，电子线路设计过程可以通过计算机软件，搭建仿真实验电路，灵活调整元件参数进行动态仿真，进而能显著提高设计效率，降低成本，缩短设计周期。
Proteus是英国Lab Center Electronics公司出版的EDA工具软件，它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及器件。可以从原理图布图、代码调试到单片机与电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。不仅对科研开发，而且对于电子技术课程教学、学生实验、课程设计、毕业论文设计、电子技能竞赛等都提供便捷的辅助功能，对培养电子技术创新型复合人才提供了最便捷的实验条件。
二、Proteus在电子技术虚拟实验教学中的优势
（一）Proteus软件的资源丰富
1.Proteus可提供的仿真元器件资源：仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件，有30多个元件库。
2.Proteus可提供的仿真仪表资源 ：示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、交直流电流表。理论上同一种仪器可以在一个电路中随意的调用。
3.除了现实存在的仪器外，Proteus还提供了一个图形显示功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出来，其作用与示波器相似，但功能更多。这些虚拟仪器仪表具有理想的参数指标，例如极高的输入阻抗、极低的输出阻抗。这些都尽可能减少了仪器对测量结果的影响。
4.Proteus可提供的调试手段 Proteus提供了比较丰富的测试信号用于电路的测试。这些测试信号包括模拟信号和数字信号。
（二）Proteus支持电路仿真
1.Proteus不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程通过多媒体展示，这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能。
2.Proteus提供了实验室无法相比的大量的元器件库，提供了修改电路设计的灵活性、提供了实验室在数量、质量上难以相比的虚拟仪器、仪表，因而也提供了培养学生实践精神、创造精神的平台。
（三）Proteus应用领域广泛
Proteus软件是一个巨大的教学、仿真、开发资源库，不仅可以用于：模拟电路与数字电路、单片机、嵌入系统、微控制器系统的教学、实验与考评，也可以用于真实的项目设计与产品开发过程。
三、Proteus在电子技术虚拟实验教学中的应用案例分析
（一）Proteus在电路分析课程中应用案例
应用Proteus进行电路分析时，通过如下设置：点击system――set Animation options――在对话框的Animation options 区域选择show wire current with Arrows，即可以箭头的方向表示电流的流向，帮助学生理解。同时，可以将电流表、电压表、功率表等连接到电路中，对电路参数进行测试，快速得到仿真结果。
（二）Proteus在数字、模拟电子技术课程中应用案例
应用Proteus还可以进行数字、模拟电路的仿真分析，例如用译码器74LS138搭建的仿真电路，当控制信号E1接电源，E2、E3接地时，通过单刀双掷开关选择ABC三个输入端子的不同组合，即可在八路输出端子产生相对应的译码输出，控制相应的发光二极管点亮。将抽象的高低电平用发光二极管和单刀双掷开关形象的表示出来，从而更好地帮助学生理解数字逻辑器件74LS138的译码功能，同时也使枯燥的理论内容变得生动形象。
（三）Proteus在单片机技术课程中应用案例
单片机技术作为电子专业课程，一直以来都是学生们反映较难理解的课程，因为其内容综合性强、实践性强、且比较抽象。单片机课程的实践教学以往多采用验证性实验，学生按照实验指导书，将所需的器件在单片机实验箱上进行连线，下载程序并调试。但是这种方法必须在实验室内依托硬件完成，对实验室的设备数量要求较高，且对于一些综合性实验，需要较多的元器件支撑。为了提高实践教学效率、改善教学效果、降低教学成本，在单片机理论、实践教学过程中引入Proteus软件。例如在矩阵按键控制实验中，就只需将元器件从元器件库中拖放到图纸上，按照电路图将元件连接，再将keil编译好的程序下载到单片机中，按下play键即可进行仿真。需要修改电路只需在图纸上进行，快捷方便。
四、结语
在电子技术课程教学中，利用仿真软件将理论教学、实验和课程设计有机结合，提高了电子技术课程的教学效果，开发了学生自主学习的潜在能力，激发了学生的学习兴趣和创新意识，开拓了学生的视野，增强了学生综合运用知识的能力和实际动手能力，为后续高频电路、单片机等专业课程的学习以及参加电子设计竞赛等奠定了夯实的基础。
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关键词 大学生电子竞赛；竞赛培训课程体系；实践创新能力
中图分类号：G642.4 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2014）02-0092-02
1 引言
全国大学生电子设计竞赛是教育部倡导的大学生学科竞赛之一，中国石油大学（华东）自1997年参加大学生电子设计竞赛以来，成绩斐然，先后获得国家一等奖、国家二等奖多项，山东省奖励若干。电子设计竞赛的举行丰富了学生的课外科技活动，营造了良好的校园氛围，锻炼了学生的工程实践能力，有助于学生创新意识的培养。以电子竞赛为契机，完善当前竞赛培训课程体系，加强指导教师队伍的建设，积极探索教学模式的改革，切实提高学生的实践创新能力。
2 完善竞赛培训体系
赛前选拔 首先，根据竞赛的时间，由学校教育处拟定竞赛通知，在全校二、三年级的电子类专业及其他相关专业的学生中进行选拔。首轮选拔由学生自行填写个人情况表并参加面试考核。该过程主要考核学生的专业基础、实践能力并是否参与过类似科技活动或工程训练项目等方面。对于此次选拔未能通过的学生，根据个人时间与兴趣，也可参加暑期的课程培训，由此既可激发学生的学习热情，提高专业知识水平，也可为今后的竞赛提供后备力量。二次选拔在暑期课程培训后进行，根据具体情况确定参加竞赛学生名单，并由学生每三人一组，根据个人专业特长自由组队，并上报组委会。
题目讲座培训
1）竞赛题目解析。培训之前要对历年竞赛题目进行解析、归纳。近几年的竞赛题目主要可分为以下四大类：通信类、测量类、控制类、电源类。细分的话则包含运动控制类题目，高精度、高速度的仪器制作类题目，电源制作类题目，射频收发系统类题目，信号采集类题目，信号放大类题目等。对于仪器制作类题目运用到的知识点有振荡器、滤波器、放大器、CPLD、TTL电路、单片机等；电源制作类题目运用到的知识点有A/D、D/A、DDS、稳压电路、单片机等；射频收发类题目包含调制解调电路、射频功放电路、滤波电路等；信号类题目包含运算放大电路、波形产生电路、滤波电路等。
2）完善培训课程。根据对竞赛题目的解析以及归纳所能运用到的知识点，建立竞赛课程培训体系。题目所涉及课程广泛，包含模拟电子技术、数字逻辑设计、单片机原理、信号与系统、自动控制原理、电子测量技术、EDA等课程。根据所涉及课程及知识点开展专题讲座培训，主要包含单片机系统设计与实训、FPGA系统设计与实训、PCB印制电路板设计开发培训、模拟电路设计实训、常用仪器仪表系统设计与实训、小车及运动控制系统设计与实训、电源系统设计与实训，以及射频传输、SOPC、嵌入式及操作系统培训等相关专题。竞赛培训课程内容必须与实际应用相结合，并以最新器件的功能应用为前提，着重培养学生对最新知识、最新器件的获取能力。
实训项目模拟 以3人为一组队进行实训模拟，为竞赛作提前的检验。指导教师以历年竞赛题目为参考，给出实训项目，对学生进行项目模拟。本队成员集中讨论，分工协作。
1）制定方案。首先根据题目和参考器件或芯片，上网查阅相关资料，了解芯片以及器件的功能、使用方法，制定出相关方案。
2）制作PCB印制板电路。在印制电路板的设计中，元器件布局和电路连接的布线是关键的两个环节。布局是否合理不仅影响后面的布线工作，而且对整个电路板的性能也有重要影响。要求元件应均匀、整齐、紧凑地布放在PCB上，尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接。
3）焊接、调试电路。调试电路是关键的环节，通过调试发现和纠正设计方案的不足和安装的不合理，然后采取措施加以改进，使电子电路达到预定的技术指标。调试的方法首先是不通电检查，检查焊接的连线有没有“虚短虚断”，焊接器件的引脚有没有错误；接下来通电观察，观察电路有无异常现象，集成芯片有无发烫现象，如有异常应立即断电；然后进行静态调试，在不加入输入信号的情况下使用万用表测量电路中各点的电位，观察直流工作状态是否正常；最后在此基础上进行动态调试，在输入端加入合适信号，测量动态指标，如果发现不正常现象，分析原因，排除故障再进行调试。
4）撰写论文。论文的撰写应包含方案设计、电路设计、测试方法、测试结果等。方案设计是指对该题目设计的可行性方案，提出选择方案的理由以及方案的优缺点。电路的设计主要指电路原理的叙述和主要参数的计算。测试方法和测试结果包含测试用的的仪器、测试的步骤和结果的记录。
3 注重学生素质教育
培养创新能力与团队精神
1）培养创新能力。当前教育的方式多数是填鸭式教育，忽视了学生的批判性思维训练，人文教育薄弱，学生缺乏积极的思维活动。大学生电子竞赛对培养大学生的创新能力提供了一个良好的平台。在竞赛过程中，面对难题要不断钻研、敢于克服、勇于创新。在这个过程中锻炼了学生分析和解决问题的实践能力，激发了学生的创造潜能，同时也在培养学生严谨的科学态度。实践证明，参加过竞赛的学生在创新思维与动手能力上要明显具有优势，越来越受到用人单位的青睐[1]。
2）培养团队精神。在竞赛过程中注重团队精神的培养，注重与别人讨论和分享成果。优异成绩的取得靠的是队员的协同合作、优势互补，是团队共同努力的结果。电子竞赛是一项团体的比赛，试题往往有一定的难度，各组成员内部必须充分交流、集思广益，才有可能克服种种困难，取得佳绩[2]。
树立正确的参赛观 在竞赛中取得佳绩是件令人欢欣鼓舞的幸事，但参加竞赛的目的不是盲目追求奖项。国家举办电子竞赛旨在推动教学改革，培养学生的实践创新能力以及团队协作的人文精神。有些学校一味追求奖项，以奖项来衡量教学，并以高额奖金作为激励，这与举办电子竞赛的目的是背道而驰的。通过参加电子竞赛来巩固课堂知识，将理论运用于实践，而不以追求奖项为目的。培养学生树立正确的参赛观，参与竞赛拓宽了学生的知识面，提升了知识结构，锻炼了实践动手能力和对新技术、新知识的运用能力。这些能力的培养对学生来讲，将来无论是就业还是考研都是一种优势。
4 竞赛后工作总结
后备力量培养 在国家的大力支持下，面向学生的科技类活动日益增多，“全国大学生电子竞赛”每两年举行一次，此外还有“山东省大学生电子竞赛”“嵌入式电子设计竞赛”“大学生机器人大赛”等多项赛事。每年在各项赛事如火如荼开展期间，学校需更注重后备力量的培养，鼓励学生参加科技创新计划活动，营造浓厚的学习氛围，推进校园科技文化建设。在课堂教学之外，学校的创新实验室、工程训练中心、实验中心等实践教学区为学生开放，为学生提供一个能切实锻炼实践能力和创新能力的训练场所。
加快资源共享 利用虚拟网络平台，建立资源库。将历年来学生参赛作品及项目论文等纳入资源库，实现资源共享。在日常学习、科研与教学中注意相关资料的积累，将科研课题和学生创新实验、创业训练项目进行汇总纳入题库，以备竞赛之前学生使用。将开设的培训课程及相关专题建立网络共享，带动优质课程资源的建设。
加强与兄弟院校的交流，以利于指导队伍建设 竞赛结束后总结分析，与兄弟院校间进行交流，借鉴汲取其他院校在竞赛培训中的经验。组织兄弟院校间的科研活动或专题讲座，了解不同的文化氛围，为科研注入新的活力。加强指导教师队伍建设，注重青年教师的培养，竞赛指导教师要在知识水平、实践经验、科研能力上实现自我提高[3]，了解新技术、新器件的应用及发展，开阔眼界，拓展知识层面。加强教师之间相互学习、相互补充，积累更丰富的经验，为实现多元化、开放性、多层次的人才培养模式提供一支优秀的生力军。
参考文献
[1]韦文详，等.由大学生电子设计竞赛引发对就业能力培养的思考[J].实验室研究与探索，2009，28（10）：11-13，175.
针对硬件课程实践环节在提高学生解决实际问题能力上效果不理想、课程之间衔接不好等问题，基于CDIO工程教育理念，结合“try”教学方法，基于数字电路设计课程的实践环节，提出一种新的教学模式。
关键词：
CDIO；教学模式；实践环节；课程衔接
由麻省理工学院等4所大学创立的CDIO工程教育理念，是继承和发展欧美工程教育改革的一种新的教育理念。该理念包括12条标准，涵盖了具有可操作性的能力培养、全面实施以及检验测评。它以产品研发到运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式来学习工程的理论、技术与经验[1-2]。数字电路设计是计算机组成原理、接口与通信以及嵌入式类课程的先修课程。如果在数字电路设计的教学中没有考虑好与后续课程在理论教学与实践教学内容上的衔接，则容易导致学生在后继课程的学习中遇到困难[3]。
1数字电路设计课程实践环节的教学条件和教学现状
（1）社会对软件人才的需求量远大于对硬件人才的需求量，学生出于就业考虑，容易形成重软件轻硬件的观念。（2）硬件课程入门较难，实践环节大都是验证性的，缺乏探索性，不利于培养学生解决实际问题的能力，从而打击了学生学习硬件课程的积极性，导致学生形成“好软怕硬”的思想。（3）传统教学模式是教师课堂讲授，适当结合验证性实验，不能激发学生的学习积极性。学生学完理论、做完实验后，仍然缺乏解决实际问题的综合能力、工程实践能力及创新能力[4]。传统教学模式的弊端导致在与计算机组成原理等后继课程的衔接中，学生不能从系统的高度认识数字逻辑[3-5]。（4）计算机学院开设的数字电路设计和计算机组成原理等课程，采用同一套实验设备，在一定程度上能让学生的学习具有连续性。（5）自创的“try”教学方法可适用于数字电路设计课程及实践环节的教学[6-8]，但由于算机组成原理和数字电路设计两门课程的内容和要求不同，“try”教学方法在应用于后者时，应有所调整。
2数字电路设计课程实践环节改革方案
2.1实践环节的层次设计为了获得更好的教学效果，教师探索了各种方法，其中有案例法、项目驱动法、任务驱动法等[9-12]。从实验室建设、实验手法、课程整合等不同角度来提高实践环节质量[13-14]也能够有效提高教学效果。比较上述方法后，考虑与后续课程的衔接等因素，根据CDIO标准3、5、7的要求，结合自创的“try”教学方法，我们将数字电路设计课程的实践环节分成两个层次，从最简单的门级电路编程开始，难度由低到高、循序渐进，最终让学生完成源于实际案例的综合实验，初步具备实际工程能力。表1从实验项目设计、教学方法等7方面对基本实验和综合实验进行了对比。在教学中，学生学习的主要障碍不是掌握理论方法，而是缺乏理论知识和实践问题认知的沟通[11]。因此，我们在理论教材中选择15个知识点，设计成相关的任务和实验内容，如全加器、表决器等，采用“try”教学方法并结合任务驱动法，鼓励学生多动手多尝试，通过任务、查资料、仿真、实物验证、教师验收、撰写实验报告和总结这7个步骤完成对15个理论知识点的学习。为了进一步提高学生的实际工程能力，基于科研项目，贴近实际生活，我们编写了自动售货机、出租车计费器、电梯控制器等6个综合实验。实验采用分组方式，每组学生自行选择一个题目，在规定时间内完成该综合实验。综合实验的教学过程一般包括：教师项目及要求、学生分组并认领项目、组内分工、查资料、设计方案、论证可行性、学生在宿舍仿真、学生在实验室的硬件开发板上实物验证、教师验收、提交实验报告、实验答辩、成绩评定等13个环节。教师在项目要求的时候，只给出最基本的要求，学生在设计的过程中可以自行扩充，也就是说，同一个综合实验题目，其设计可繁可简，不同学生设计的电路可能会不一样。
2.2实践环节评价体系的构建根据CDIO标准11，构建了实践环节的评价体系。
2.2.1基本实验评价方法基本实验评价指标是：①时限；②工作量；③完成质量；④验收程序；⑤实验报告。其中①、②、④、⑤考核了学生的个人能力和表达能力，指标③、④、⑤考核了学生的专业知识、建造产品和系统的能力。对这5项指标加权平均得到该基本实验项目分数，如式1所示，其中Sj表示某个基本实验的得分，Ki表示某个考查指标的系数，Mi表示在某个考查指标上的得分。由15个基本实验的得分累加后除以15，得到基本实验项目的总得分，如式2所示，其中BS表示基本实验的总得分，Sj表示某一个基本实验的得分。
2.2.2综合实验评价方法综合实验评价指标是：①时限；②查资料的能力；③实验方案；④创新性；⑤设计说明书；⑥完成质量；⑦团队合作能力；⑧工作量；⑨验收；⑩实验报告；实验答辩。其中①、②、⑤、⑦、⑧、⑨、⑩、项考核了学生的个人自身能力、探究能力、团队合作能力和表达能力，指标③、④、⑤、⑥、⑨、⑩、考核了学生的专业知识、建造产品和系统的能力。修改式1可对这11项指标的得分加权平均，从而得到综合实验的分数。
2.2.3实践环节最终成绩评定办法及选优措施实践环节总评成绩由基本实验成绩和综合实验成绩两部分加权平均得到,从工作量及投入时间方面考虑，一般建议两者各占50%。综合实验结束后，根据学生在实践环节的学习情况和成绩，特别是综合实验中的表现，向各相关学科实验室推荐优秀本科生，使他们有机会加入科研项目组，参与教师的科研工作。
3实施效果及分析
为检验课改成果，我们设计了一套课程评价系统，包括一套具有反向题的学生调查问卷、学评教的数据、学生的理论课成绩单、实践环节成绩单、一套后继课程教师评价学生掌握先修课程知识的调查问卷、一套学生所在学科实验室评价该生的调查问卷等。评价系统还包括对这些数据的统计和分析。统计数据显示，在CDIO模式基本实验和综合实验实验项目设计上，学生满意度达到81.6%，在教学内容、教学方法、实验环节考核方法等方面，学生满意度达到97.4%，比传统模式提高了20几个百分点。这些数据表明，新教学模式比传统模式更能激发学生的实验兴趣，促进他们较大幅度地提高项目设计能力、动手编程能力、团队合作能力。我们将2013级计算机科学与技术专业的学生分成两组，采用相同的教学资源和不同的教学方式分别授课，一组采用新模式教学，另一组采用传统模式教学。经过一个学期的学习，2015年1月数字电路设计课程理论考试中，在试卷相同的情况下，新模式组成绩优良率达到52.9%，比传统模式组高24个百分点；新模式组不及格率为15.7%，比传统模式组低15个百分点；新模式组平均卷面成绩为78分，比传统模式组高6.1分。由此可知，基于新标准并结合“try”方法的新教学模式能够提高实践环节的教学质量，切实促进学生深入理解理论课的相关知识点，有助于学生更好地完成课程衔接，为学生后继课程的学习打下坚实的基础。追踪这些学生后继课程的学习情况，统计2015年6月计算机组成原理课程设计期末考试成绩后发现：原新模式组优良率达到80.3%，比传统模式组高25个百分点；原新模式组不及格率为0，比传统模式组低21个百分点。计算机组成原理课程理论考试中，原新模式组平均卷面成绩为68分，比传统模式组高5分；原新模式组不及格率为17.4%，比传统模式组低5个百分点。此数据表明，数字电路设计课程实践环节采用新教学模式教学有助于学生对后继课程的学习，特别是实践环节成绩有了大幅提升，不及格率也明显下降。
4结语
新教学模式基于CDIO理论，结合“try”教学理念，将数字电路设计课程实践环节分为基础实验和综合实验两个层次,并包含了配套的成绩评定方法和课程评价系统。实践证明，新教学模式能够更好地促进课程衔接，有利于培养学生自主学习、主动探索的精神和能力，培养学生的工程实践能力、沟通交流能力及团队协作能力。改革的下一步，是根据每一门课的特点，把基于CDIO理念的教学模式推广到课程群其他课程的教学中去，以期从课程层次化、课程间网络化等多角度、多层面地把学生培养成为优秀的工程技术人才。
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基金项目：本文系教育部第三批国家级精品资源共享课立项项目的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）15-0040-02
一、教材建设的背景及目标
电子技术基础课程是电类各专业极其重要的专业基础课和技术基础课，随着市场经济对高等学校人才素质的要求，它也成为部分非电类专业的必修课。电子技术基础课程有两个任务：一是使学生在学习的过程中，获得电子技术方面的基本知识、基本理论、基本技能；二是培养学生两方面的能力：分析问题和解决问题的能力，为今后进一步学习、研究、应用电子技术打下基础。
中北大学（以下简称“我校”）电子技术基础课程2007年被评为国家级精品课程，2013年该课程中的模拟电子技术基础申请为国家级精品资源共享课立项项目，同时，数字电子技术申请为山西省精品课程资源共享课。按照教育部颁布的高等学校电子技术基础课程教学基本要求，多年来，教学内容不断更新，采用的基本原则是：保证基础、加强集成、联系实际、体现先进、便于教学。与传统教学内容相比，主要教学内容、教学方法和教学手段都有很大的更新，教师教学经验的积累，迫切希望对教材进行改革和建设。教材建设目标：以现代教育思想为指导，借鉴国内外高校编写教材的精华，结合实际，吸收更新的科技与教学成专业提供论文写作和写作论文的服务，欢迎光临dylw.net果，以及本校教学改革的经验，借助网络技术、多媒体技术等现代化的教学手段，打造一套系列化、立体化的教材。为学生提供一套系列化的教材、一个立体化的自主学习空间，使以往的单一的课堂教学或者学习方式向多方式、多途径发展。目前，已经取得了阶段性的成果。[1]
二、教材体系与结构
本教材的特点是系列化、立体化。教材结构如表1所示，它是教学实践改革的产物，也是教学实践改革的载体。
表1 教材结构
纸质教材 电子教案或者课件
模拟电子技术基础 模拟电子技术电子教案与课件
数字电子技术基础 数字电子技术电子教案与课件
模拟电子技术基础学习指导及习题详解 电子教案
数字电子技术基础学习指导及习题详解 电子教案
电子技术实验与课程设计 教学课件、实践课件与EDA软件
1.系列化
如表1所示，本教材共有5本纸质教材，自成体系。基本上包含了本课程的所有教学环节、实践环节和教学内容，与模块化、层次化的教学体系相配套，其中：
（1）本教材的第一层次分为两个主模块编写：《模拟电子技术基础》和《数字电子技术基础》。编写时，在保证传统内容的基础上，做了如下改进：1）教材内容以集成电路为主，适当保留作为电子电路基础的分立元件电路内容。模拟电子技术的重点放在讨论各种基本放大电路及分析方法、放大电路中的反馈、模拟集成电路及其应用；数字电子技术的重点放在讨论组合逻辑电路和时序逻辑电路的分析及设计方法、脉冲信号的产生与整形、大规模集成电路的分析应用、ADC和DAC的分析及应用、VHDL语言及其应用；2）为了激发学生的兴趣，并与所学专业相结合，引入了工程方面的内容，如信号检测中的仪表放大器、精密整流电路、以及采样保持电路等；3）增加了MEMS等新器件和微电子等新技术的教学内容，适当引入新概念、新技术，新器件，做到了经典与现代融合，与实验融合，与工程应用融合，与EDA仿真融合，有利于学生更好地理解电路的基本概念、基本理论知识和基本分析方法；有利于培养学生实践能力、创新能力、分析问题和解决问题的能力；有利于大学生创新和卓越工程师培养计划的实施；4）为解决学生学习电子专业提供论文写作和写作论文的服务，欢迎光临dylw.net技术基础入门难的问题，在教学内容安排上，先介绍章节内容、要讨论的主要问题以及要达到的目的，然后进行正文叙述、对本章内容进行小结、最后对应章节内容列出自测题和习题。在内容编写上，做到知识点与例题有机结合，自测题、习题便于学生通过练习巩固本章所学知识。内容安排上，达到循序渐进、有的放矢、前后呼应的目的。
这些方面的改进，既体现了基础，又反映了电子技术的最新发展成果，提高了学生的学习兴趣。
（2）《模拟电子技术基础学习指导及习题详解》和《数字电子技术基础学习指导及习题详解》是对应两本主教材配套的辅导书，为更适合学生参考学习，做到了以下两点：1）对《模拟电子基础》和《数字电子基础》两本主教材中的全部自测题、习题给出了详尽的全解。对学生来说，一册在手，即可全面了解本课程知识结构，课程内容重点、难点和考点，通过详细的习题分析和解答来提高学生分析问题、解决问题的能力，并直接起到检查学习效果的作用；2）在选材上，力求做到由浅入深、循序渐进。“典型例题和考研试题解析”部分围绕主要知识点、重点、难点来选材而非面面俱到，既与主教材有机结合，又对主要知识点进行了更加深入透彻的剖析。“自测题及解答、习题及解答”部分提供了大量丰富的题型及精解。“本科生和研究生试题及答案”部分给出了详尽的参考答案，并在研究生试题保持原有风貌的前提下，在答案中也采用原题逻辑符号，既满足了本科生复习和备考需求，又为硕士研究生入学考试提供了一个复习平台。
（3）《电子技术实验与课程设计》是实验指导教材、课程设计参考书兼各类电子设计竞赛参考书。1）在实验方面，引入仿真实验内容。通过计算机仿真实验，增强学生计算机应用能力以及电路分析、设计和测试能力。[2]模拟电子技术虚拟实验用Multisim软件实现，数字电子技术虚拟实验用QuarterⅡ软件实现。硬件实验保持传统实验的精华，分成验证性、提高性、设计性和综合性四个层次，提高学生动手能力、分析和解决硬件电路中问题的能力；软件实验采用软件测试仿真，提高学生编程、软件分析和解决问题的能力，为学生进行研究开发性实验打下良好的基础。2）课程设计的 内容涵盖了模拟电子系统设计、数字电子系统设计和综合电子系统设计，做到了常规电路设计与EDA技术相结合的设计方法。设计题目新颖，具有实用性。题目给出了设计思路、原理框图，有必做和选做内容。实现了课程设计与设计性实验有机结合，既满足了课程设计的需要，又为学生进行课外科技活动及全国大学生电子设计竞赛奠定了基础。历年来，我校在全国大学生电子设计竞赛中都取得优异的成绩，这本教材功不可没。
2.立体化
对现代教学来说，过去那种“一本教材、一支粉笔”的教学模式早已不适用。我校电子技术基础课程作为国家级精品课程、国家级精品资源共享课和山西省精品资源共享课，在教学中有多样性的特色，体现在教学方法的多样性、教学手段的多样性和教学内容的多样性。每本教材都制作了与之相配套的电子课件、网络电子教案、多媒体资源库等，并引入了现代化的网络教学。
多媒体教材除具有直观形象、信息量大、网络教学便捷的特点外，更因为其趣味性浓、个性色彩强、互动效果好而吸引学生。因此，笔者充分利用多种媒体，建设网络课堂，在已经完成的“模拟电子技术基础”、“数字电子技术基础”、“电子技术实验”等课程的网络电子教案的基础上，根据教学改革经验和实践教学经验，不断完善和更新，建立了多媒体资源库，内容涵盖电子教案、多媒体课件、全程教学录像、案例库、学专业提供论文写作和写作论文的服务，欢迎光临dylw.net科知识检索、例题分析、试题库、在线自测、考试系统、学习软件、虚拟仿真、学生作品、专家讲座等。
为了配合课堂教学，解决内容多、难度大、学时少的矛盾，笔者制作了一套网上学习辅导系统——电子技术学习系统。在该系统内，创建师生互动平台，便于师生交流。
通过网络教学，创建师生互动平台，教师随时可以答疑解惑，利于学生个性化学习和自主学习，可以激发学生学习电子技术的热情，培养学生在电子技术方面的创新思维能力；通过网络教学，实现优质资源共享，缓解了教学资源不足的矛盾；通过网络教学，便于教师之间的交流学习，有利于中青年教师的快速成长；通过网络教学，可以大大提高教学管理效能。
三、电子课件的组织形式
由于与纸质教材配套的课件是教学型课件，要求课件文字简练、条理清晰、提纲挈领、能体现教师在教学中的主导地位。[2]所以，为了设计出高质量的电子技术基础多媒体课件，笔者做了如下努力：
第一，充分了解本课件在教学中适用的内容。设计者要熟悉本课程的教学内容，掌握知识结构，掌握各部分内容之间的内在关系及每个知识点之间的内在规律。只有对教学内容的重点和难点有了充分理解，才能设计出恰当的多媒体课件。[3]为此，由教研室一位教师制作，其他教师在此基础上再根据自己的需求和教学风格进行多次修改，才得以在教学中展示应用。
第二，文字简捷，采用文本分时显示。如果在屏幕上出现大段的文字反而会降低讲课效果，为此，制作过程中，多媒体课件上只出现标题、概念、定理、公式、知识点的结论等内容，采用文本分时显示方式逐次显示，用鼠标单击对应参数或键盘控制响应的解释部分。[4]
第三，图形分解演示。电子技术基础课程以分析设计电路图为主，因而电路图多、波形图多。在课件制作中，对于基本电路和重要电路，笔者都对电路进行了拆分。对于最基本的简单电路，一个一个元件加入，介绍各个元件的作用；对于新的重要电路，总是从已经熟知的简单电路入手，采取“提出问题——分析问题——解决问题”的方法，删除或者添加一个个元件，改动一条条线，直到得到目标电路。
第四，在电子课件中添加仿真软件。“模拟电子技术”和“数字电子技术”两门课程中分别选用Multisim和QuarterⅡ仿真软件，对课程中的实例进行动态演示。只要参数设置适当，就可以得到几乎与硬件电路实验相同的结果，具有相当高的可信度。[5]为此，事先在软件上编制调试好电路分析程序存入课件中。在需要演示时，点击“仿真演示”键，即可链接进已调试好的相应软件中，进而进行仿真演示。
例如在讲RC桥式振荡电路时，点击“演示”键，就进入了用软件编制好的对应电路，点击“运行”键，即可看到起振、稳幅的过程和波形。这种动态的模拟电路变化过程和仿真效果，使学生对电路的正常工作条件及变化过程有很清晰的理解，是任何动画都不能比拟的。
四、教材的应用效果
该教材的纸质教材和电子课件已使用多年。电子课件在使用过程中，还在不断地制作、改进。由于使用多媒体课件的种种优势，教师对课件制作积极性都很高。大家常常一边讨论、提意见和建议，一边修改，使课件内容越来越完善，也越来越精美。课程组所有教师均采用多媒体上课，电子课件利用率100%。
纸质教材使用多年，受到了教师与学生的一直好评：第一，该教材在编写过程中紧紧围绕课程体系，各层次、各模块都有配套教材与之对应，使用方便。第二，电子课件在制作过程中，讲授内容、顺序、思路等都与纸质教材保持一致。学生在听课过程中，只需要在老师讲授的重点、难点内容上做标记即可，而不会在课堂专业提供论文写作和写作论文的服务，欢迎光临dylw.net上因为记笔记影响专心听讲。第三，由于课件由一位教师为主制作，其他教师根据个人授课习惯和经验进行修改、创作，之后才应用于教学，所以教研室教师人手一个课件，却又各有不同、各具特色。课件为教师提供一个广阔的创作空间，减轻了教师的劳动强度，提高了教学效率，却没有限制老师，更没有抹杀老师的讲课特色，这正是笔者追求的课件存在的意义。第四，教材中，加强学生创新性实践环节教学与实践，把最新的科研成果和最新的器件与技术反应到教材和教学当中，开阔了学生眼界，提高学生对电子设计的兴趣和提高了学生的动手能力、综合素质。
这5本纸质教材均已由电子工业出版社和机械工业出版社出版，其中，2005年出版的“十五”国家级规划教材《电子技术实验与课程设计》（第三版），该书已被全国50多个高校使用，年出版量上万册。《模拟电子技术基础》 被评为“十五”国家级规划教材，《数字电子技术》被评为“十二五国家级规划教材”。两本教材均已多次印刷，均有10多所普通高等院校使用，一致认为该教材是联系实际、体现先进、指导创新、便于教学的优秀教材。
五、结束语
立体化教材的建设对课程教学改革具有至关重要的作用。我校电子技术基础立体化教材的建设，虽然已取得较好的成绩，但还有许多不足和不完善之处正在不断改进，期待达到更满意的效果。
参考文献：
[1]范爱平，周常森.电子技术基础课程系列立体化教材建设[J].电气电子教学学报，2003，25（5）：42-45.
关键词：电子信息类；实践教学体系；创新实践
中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）09-0150-02
电子信息类专业是一门要求扎实的理论基础和动手实践能力强的工科应用型专业，尤其是实践性教学环节对学生创新能力的培养更为关键。传统的人才培养模式主要是讲授知识性，并不注重学生的实操能力，而企业真正需要的是实用型人才。因此高校在人才培养模式上应采用实践教学的教学方式，以培养实用型人才为目标才能适应当前社会对人才的需求。
一、实践教学设计的基本思路
根据电子信息类学科实际和专业特点，通过实践教学，培养学生对电子信息专业的兴趣，熟练掌握专业的基本理论知识，增强专业实践动手能力，其中该专业学生的专业能力如表1所示；培养学生实事求是、严肃认真的科学精神、探索精神和创新精神，提高综合分析解决问题的能力，塑造初步的创新能力。
二、实践教学体系内容
通过对电子信息类专业实践教学体系的深入研究，提出建立由“课堂实践教学+专业独立实践教学+综合创新实践”构成的开放实践教学体系，增加设计性、综合性和自主性实验的比例，增加实践教学比例到27.7%，以提高大学生的创新能力和动手能力。
1.课堂实践。配合课程理论教学，加强学生理论知识的理解，初步应用该理论知识，掌握实验基本技能，培养学生动手能力的课程实践。课堂实践教学主要包括大学物理实验、电路分析实验、电子电路实验、单片机实验、高频电路实验和其他专业方向课程实验等。
2.专业独立实践教学。主要包括专业见习实习、专业实训、设计教学三部分。专业见习实习，以学院为单位组织学生参观企业和进入企业实习，邀请企业和行业专家和工程师给学生授课和讲座，拓展学生对专业的认识，提高学生对专业的兴趣，综合运用专业知识的能力；专业实训，主要包括校内外的实训，实训更加注重学生专业技能的培养，强调学生实训中的过程考核；设计教学是综合应用已学的专业知识，以解决问题为主要目的实践教学活动。
3.综合创新实践是以培养学生创新精神、强化学生实践能力和道德意识为主要目的科研训练、课外科技活动、社会实践和社会公益活动。
三、实践教学的实施
“课堂实践教学+专业独立实践教学+综合创新实践”构成的开放实践教学体系，具体实施时间安排和内容如表2（见下页）所示。
1.课堂实践教学的实施依托基础课教学实验室和专业教学实验室进行。具体时间分布主要和培养方案相应课程对应，与理论课程同步进行，实验指导老师由理论课老师和实验室老师共同担任。
2.专业独立实践：专业见习、专业实习、专业实训、设计教学，分布在大学1―8学期，其中具体如下。
专业见习：专业见习，主要以学院为单位组织学生参观企业，观摩企业生产线，了解企业运作，感受企业生产环境，学生完成实践报告。
专业实训：包括电子制作实训、PCB和SMT实训、智能家居系统实训、LED封装技术实训（选修）和风光互补技术实训（选修）。
①电子制作实训。训练学生电子元件识别、焊接、拆卸和安装，设备的调试等方面，完成3个完整的小系统，比如“叮咚”门铃、彩灯控制、直流电源或音频功率放大器。②PCB和SMT实训。培养学生掌握电路板设计和制作的生产流程，电路SMT贴片流程。要求学生独立利用PCB和SMT实训设备，完成PCB制造工艺中的各个流程包括激光底片输出、数控钻孔、金属化孔、线路成型、阻焊与字符印制、阻焊防氧处理、PCB成品检测等，以及电路SMT贴片流程。③智能家居系统实训。主要锻炼的是学生的动手能力和实际操作的技能。学生可以根据自己的设计想法改变房间的监控参数，可以将房间里的各种电操作，通过手机APP进行控制和访问，比如：空调控制、灯光控制、窗控制等。该实训主要锻炼学生的系统设计、APP编程、系统调试、故障排除、网络配置等置等动手能力。④LED封装技术实训（选修）。通过实训主要使学生掌握普通发光管和大功率发光管封装的一般流程，并且能够熟练操作手工制造发光管所需要的各种设备，要求学生能够解决制造过程中出现的应急问题，切实提高学生的市场竞争力。⑤风光互补技术实训（选修）。通过该实训使学生掌握风力发电、太阳能发电基础理论和原理，以及风能、太阳能并网运行实验系统的大部分控制过程。
专业实习：是大学四年本科学习的综合知识检验和训练学生综合应用的知识的必修环节。通过专业实习，使电子信息类的理论知识和实际联系起来，增强学生对专业知识的理解，培养学生的实际创新能力。
设计教学：课程设计和毕业设计。①电子技术课程设计。训练学生电路设计和单片机编程。要求学生利用模拟电路、数字电路、单片机原理和传感器原理等课程，设计一个完整的智能系统，比如数字温度计、数字万用表、数字电子时钟等。②毕业设计。实行导师制，借助指导老师的科研项目和自拟题目，指导学生完成毕业设计，要求学生在在第7学期完成毕业设计题目的选取和开题，在第8学期前8周完成毕业设计，同时准备毕业答辩。
3.创新实践活动，鼓励学生参加各种学科竞赛、课外科技活动、社会实践和社会公益活动。针对专业竞赛的竞赛种类繁多的问题，一年级和二年级的学生大面积参加学院组织的电子设计竞赛、联动装置大赛等非师范技能竞赛，主要目的提高学生对本专业的兴趣和了解本专业，择优推荐参加校外学科竞赛，以扩大学生参与面。采取了校级、省级、国家级层层选拔推进的原则，通过学科竞赛，注重巩固和加强专业知识的实践动手能力培养。
四、践教学实施效果
通过这几年的努力，完成了多个实训室的建设，包括PCB和SMT实训室；智能家居系统实训室；风光互补技术实训室；LED封装技术实训室。实践教学师资队伍力量有了明显加强，老师们积极参加教学改革，获得多项教学研究成果并发表10余篇教改论文。近4年来，获国家级二等奖4项、市级一等奖和二等奖若干项，通过一系列活动巩固了学生基础知识和提高了学生动手能力。
参考文献：
[1]王金庭.刘伟.电子信息类专业实践教学体系设计[J].湖北经济学院学报，2011，8（6）：191-192.
[2]王艳青，马向梅，安林丽.会计电算化专业实践教学体系的构建研究[J].科技创新导报，2010，（5）：162-163.
[3]蔡国敏，王松峰.何对学生进行就业指导[J].合作经济与科技，2010，398：121-122.
Research on Implementation Scheme of Practical Teaching System for Electronic Information Specialty
LUO Hai-jun
（College of Physics and Electronic Engineering，Chongqing Normal University，Chongqing 401331，China）
本情况，采用无线的身体探测部分，无线门磁部分，自动拨打报警部门，时钟部分，液晶显示部分，除此之外，还可以根据用户的实际需要和选择增加无限氧化碳
的探测部分，无线温感部分等，能够实现后期的系统扩展和升级。
关键词：单片机；家居安防；AT89S51；无线远程控制
中图分类号：TU855 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2012）0120098-01
0 引言
当前，我国大部分的城市人群仍居住在普通的住宅小区，小区住户虽
然有老式的对讲装置和安全防盗门，但是科技高速发展的今天，安全防御
方面还是具有局限性，安全隐患非常大，所以现在的消费者更愿意从本源
上加固家居的安防控制系统。鉴于上述原因，本文主要实现了一种利用基
于单片机的无线远程控制智能家居安防系统的设计，使用模块化设计，经
过这种形式设计实现的系统不但能够保证它的通用性，还可以便于系统的
维护。
1 安防系统设计基本结构
无线智能预警系统的组成部分有警报主机和各项前沿探测装置。各个
探测装置形成一个预防区域，一旦出现非法侵入，火灾突发等警情，甚至
家中有人生病紧急求救都会及时触发对应的感应装置，安装在家中的警报
主机会马上把警报信号发送到主人设置的电话号码上，假设都没回应，还
会以其它形式，例如：E—mail、QQ等交流手段进行提醒，使主人能够随时
监听到这些信息；控制系统的总框架图如1所示。住户住宅有些警报可以
独立地利用用户单元报警系统进行处理，同时对家电设备进行开关控制。
在上述网络系统中，各个住户的家庭主机都是使用单片机组装的，各
个家庭主机都要和上位机实现双向通信，用来传输各警报传感器在现场扑
捉的报警信号，同时被上位机时操控，这种方式就是多机的通信方式。因
为各个报警信号都是由单片机传输给上位机，使用以往的主机和从机的传
输方式会非常麻烦，还不能满足需求。本文搭建了一个新式的网络形式，
也就是多个主机的通信方式，各个主要的控制机器都可以变成主机，能够
直接向上位机传送信息或者命令，同时接收上位机的回馈。
1.1 无线数据发射模块
无线远程数据发送模块的工作频率为315M，使用音感谐振器SAW稳定
频率，若能很好的稳定频率，遇到环境温度在零下25到零上85度之间转化
时，频漂只有3ppm/度。对于发多收少的无线远程数据发射系统非常适
用。声音谐振器发出的频率稳定度只比晶体稍逊一筹，但是普通的LC振荡
器频率稳定程度和统一性能非常差，即便使用高性能的细微调控电容，温
度差别和振动都无法确保已经调好的频率点不能发生位置偏移。无线远程
发送模块没有设置编码集合电路，而是增设了一个数据调制用的三极管
Q1，这样的架构会让它非常便捷的与别的固有的编码电路、流动码电路和
单片机对接，而不用对编码电路的工作压强和输出幅度数据值的大小加以
考虑。
无线远程数据发送模块具备宽泛的工作压强范围3～12V，如电压发生
改变则发送频率基本持平，与发送模块配套的接收模块没有任何变化就可
以稳定的接收。当发送电压为3V时，空地发送距离为20至50米，发送功耗
很小，当电压是5V时，大概有100到200米，当电压是9V时大概有300到
500米，当发送电压是12V时，就是最好的工作压降为最佳工作电压，会有
很高的发送效力，发送电流为60MA，空旷地发送距离700到800米，发送功
率大概500UW。如电压大于12V时功率增加，发送有效的功率不能显著提
升。无线远程数据发送模块使用功ASK方式调制，用来降低功率，一旦数
据讯号终止时，发送电流降为0时，则单片机串行口发送端口的TXD可以使
用电阻或者和无线远程数据发送模块输入端直接连接。
1.2 无线数据接收模块
无线远程数据接收电路采用下图2所示一款超外差无线远程数据接收
模块。
从上图看出，无线远程数据接收模块从对外天线接收到信号经由
C10耦合到L2、C11形成的选频网络通过电阻变换后输入RX3310A里的高频
放大器14脚输入端，通过经芯片里的高频放大后（增益为15-20DB）的讯
号再通过混频器和本机振荡信号（316.8M）混频，形成1.8M的中频信号，
这个中频信号通过内部中频放大后经过第3脚输出，之后进入比较器放大
调整，到最后数据将从第8脚输出，也可以直接或者通过电阻和单片机串
口接收端RXD相连。
1.3 无线数据接收模块与单片机接口电路
无线数据的接收端口模块和单片机在进行数据衔接时应该设置电气隔
离电路，这样可以保证接收模块免受到不必要的电磁干扰。
本设计的波特率全部设置为2.4kbs，以保证通讯正常。无线数据远传
收发模块和单片机，还有计算机在综合使用时，单片机或者微机的时钟可
能会干扰没有很好的布局的电路，甚至使数据的远传输距离骤减，一般而
言这种通讯方式下的传输距离在200米以内为宜，但是通过中继器能达到
1000米的距离，这对于老百姓的居住小区是非常够用的。
1.4 无线数据远传收发模块与串DRS-232的接口电路设计
Rs-232一般是用来给PC系统的某些重要的数据终端的设备和数据电路
的终接设备之间的电气性能定义的。例如显示器CRT、打印机串口与CPU的
通信一般用到得是RS-232接口，也有一部分用的是U扣。本例中的单片机
与上位机的通信也是采用这种接口类型，因为简单实用性很强。我们知道
任何单片机都有一个全双工的串行通讯接口，因此本案中采用的单片机用
RS一232进行串行接口的总线排布是非常方便。在设计此处的数据通讯接口
时，根据需要来选择标准的数据串口接口，并考虑到传输的介质和高低电
平转换等一系列问题。当单片机和计算机通信时，我们通常采用RS-232的
接口来进行高低电平的转换。
2 结束语
本系统以AT89S51单片机为核心，不用对电话网进行任何改造，实现
对家居设防点进行自动检测和语音报警。使用功能完备、市场评价高、价
格低廉的芯片，使用公共电话线路当作信息传输的媒介。这种方式可以让
机器所受干扰很小，错误报警率低，适用区域比较宽泛。只要有公共电话
的区域报警信息都能够传输到，不因距离受影响。高效的使用公用电话线
路这种普遍的优点可以很大程度上减少成本，进而简化设计，提高可靠性
。
参考文献：
[1]金艳，GPRS/GSM在安全监控及数据采集中的应用[D].中国期刊网优秀
硕士论文，2006.
[2]刘遥生，热释红外传感器，电子制作，2004.2.
论文关键词：数字电子技术实验；综合素质；教学
努力提高大学生的综合素质是高等院校办学的根本目标，也是检验高等院校办学水平的根本标准。大学生的综合素质包括思想道德素质、文化素质、心理素质、人文素质、身体素质、专业素质和创新素质7个方面[1]。“数字电子技术”是高等院校自动化、电气、电子、通信、计算机等专业必修的一门专业基础课。为了使学生进一步掌握数字电子技术方面的基本理论、基本知识，掌握数字电路设计的基本技能，笔者所在学校开设了“数字电子技术实验”课程，让学生受到系统的实验技能训练，掌握科学实验的基本知识、方法和技能，培养学生敏锐的观察力、严谨的科学思维能力和创新能力，同时也培养学生理论联系实际，分析和解决科学实践问题的能力。怎样利用实验课程的教学培养提高学生的综合素质，是我们一直努力探索的问题，这同样也是同行们关心和探究的热点问题。
一、利用实验制度，培养学生良好的思想道德品质
21世纪的教育，不仅要使学生有知识，会做事，更重要的是会做人。我们要把学生培养成有社会责任感和事业心的人，有科学文化知识和开拓能力的人，有志有为德才兼备的人。高校要紧跟时代步伐，积极吸取和借鉴社会的先进经验，深刻理解和运用科学技术的特点、作用，使思想道德教育和科技能力教育紧密结合起来，为大学生思想的进一步成长和科学文化知识的继续积累营造良好的氛围。在数字电子技术实验教学中，首先，教师要严格要求学生遵守实验室的有关规章制度，正确使用实验仪器仪表，爱护公共财物，使学生养成遵守纪律、爱惜他人财物的良好品质。其次，严格要求学生的实验报告要真实地根据该实验现象和实验结果撰写而成，而不是捏造或抄袭他人的实验数据，使学生养成不空想、重实际、一丝不苟的实验态度和科学的实验作风以及诚实的良好品格。另外，实验是学生做实验而不是教师做实验，因此，教师要调动学生的积极性和学习兴趣，让学生自己主动根据实验的任务目标完成实验项目，并且认真按实验步骤进行实验，容不得半点马虎，否则可能造成实验结果有较大误差，甚至得到错误的实验现象。这样可培养学生严肃认真的工作作风和严谨的科学态度，使之养成不论学习还是干什么事都认真对待的好习惯和主动做事的良好品格。
二、利用实验预习，培养学生的自学能力
认真预习是做好实验的关键。预习的好坏，不仅关系到实验能否顺利进行，而且直接影响实验效果。因此，实验前要求学生必须参照实验指导书，对实验目的、原理和内容有较为清楚的认识，做到认真复习有关实验的基本原理，掌握有关器件的使用方法，熟悉实验电路，拟出实验方法和步骤，设计实验表格，对如何着手实验做到心中有数，并用电子仿真软件Multisim对所预习的实验内容进行验证，以保证所预习设计的内容正确，这样做不但可拓宽设计思路，也可大大节省实际上在实验室操作的时间和排错的时间，提高实验效率，而且大大提高学生查找、收集、整理相关文献资料的能力，极大地培养提高了学生的自学能力。
三、利用基础性实验，培养学生的专业文化素质
“数字电子技术”是一门实践性很强的课程，为使学生建立起正确的数字电路的概念，明确逻辑和电路之间的关系，基础实验是必不可少的环节。其目的是教会学生常用电子仪器的使用方法、电子电路的测试方法、集成逻辑电路的应用、基本实验技能，并加深对理论知识的理解，强调动手能力和基本概念。基础实验内容以中小规模集成电路为载体，强调与课堂讲授相辅相成、相互补充[2]。比如，通过用异或门、与或非门、译码器、数据选择器分别和与非门一起实现全加器的实验，使学生熟悉各种中规模集成数字电路的逻辑功能及其应用，系统掌握了组合逻辑电路的基本理论和设计方法。因此，教师必须根据教学大纲，严格抓好基础性实验的教学，使学生能够掌握数字逻辑电路的基本原理、基本电路，能够系统地掌握数字逻辑电路的分析、设计及应用方法，以达到课程的教学目标，培养提高学生牢固的专业基础知识和基本技能。
四、利用设计性实验，培养学生的创新能力
设计性实验是提升学生实际动手能力的实验。一般的做法是先给出实际问题（设计任务）和主要集成芯片，然后学生根据所学组合逻辑电路的设计步骤，根据实际问题要求列出真值表，写出表达式，画出逻辑电路图，通过选件，连接电路调试完成设计任务，写出完整的实验报告。通过这样的实验训练了学生分析和设计电路的能力，培养学生的创新意识。为了激励和调动学生的学习积极性，培养学生知识运用能力、实验设计能力、创新能力、独立分析思考问题和解决问题的能力，我们在数字电子技术实验教学中增加了设计性实验的比例，或者在验证性实验中增加设计的内容，让学生尽可能多地受到训练。比如，在验证了数据选择器74LS153的逻辑功能后，让学生用它来实现全加器的功能；在验证了译码器74LS138的逻辑功能后，让学生用它来实现全加器的功能。又如让学生验证了计数器CC40192的逻辑功能后，让学生用它来实现7进制、12进制等N进制计数器。
另外，教师给出实验任务时，注意强调各种设计方案的实现与创造性思维的发挥，鼓励创新与突破，同时要使学生尽可能多地了解数字电子技术领域的新概念、新技术和新方法；尽可能多地接受与“数字电子技术”相关的工程实践训练，启发学生的创新意识、培养学生的实践能力。 转贴于
五、利用排除故障，培养学生分析、解决实际问题的能力
在数字电子技术实验教学中，实验过程完全不出现故障是不现实的，也是不正常的。数字电子技术实验大多数实验项目是在实验箱上完成，而每块集成芯片和少量外围元件都是插在管脚座上，每个实验线路就是通过导线把芯片与芯片或芯片与外围元件连接而成，因此，接线错误是数字电子技术实验中最为常见的故障，其包括漏线、错线、断线和线路接触不良等。当学生实验出现电路故障时，指导教师应注意启发学生思维，充分发挥学生的主动性，给予必要的指点和提示，经过学生自己思考，弄清楚前因后果后自己动手纠正，这样有利于增强学生发现问题、解决实际问题的能力。
另外，在实验的过程中教师可人为设置故障，让学生根据故障现象，先根据实验原理、电路的组成，分析产生故障现象的原因和可能出现故障的部位，然后让学生动手排除故障，这样做极大地调动了学生的兴趣，激励学生探索问题的精神，很好地培养了他们的主动性及动手能力。
六、利用共同完成实验项目，培养学生的团队合作精神
由于客观原因，有相当多的实验项目是要求两人合作、共同完成的。原则、感情与共同的利益和目标，是维系一个团队的纽带；有团队精神，才能产生发展和创新的力量。两人要共同完成某一实验项目，有了一个共同的目标，那就要团结一致，互相帮助，互相照顾，互相配合，为完成这一目标而共同努力。但要完成这个实验项目必须做许多工作：设计电路、选择元器件、连接电路、读取数据、记录数据、分析数据等。这就要求团队成员合理分工，如果不能合理分工，就不能在规定的时间内顺利完成实验项目，这就促使学生有合作也要有分工，形成团队合作精神。如果在实验中有一位在完成任务的过程中遇到了技术上的难题，只会自己冥思苦想乱翻书，却不屑于向坐在旁边的高手请教；而这位高手此时不是把他当做共荣共辱的合作伙伴，而是坐在旁边等着看笑话，那么他们共同承担的实验项目又怎么能按时完成？
另外，要求学生抓住实验这个机会锻炼表达能力，积极表达自己对实验现象和实验结果的看法和意见，并掌握与人交流和沟通的艺术，培养自己良好的与人相处的心态，这也是培养团队精神的需要。
七、利用撰写实验报告，培养学生的写作能力
【关键词】实验平台；心电波采集、显示；A/D转换；涉电专业课程
Abstract：In view of the existing situation that the courses of electricity-related majors are relatively more independent in universities，which lack courses with stronger comprehensiveness and applicability linking up the related courses，a simple basic experimental platform for ECG waves display was designed so as to organically combine knowledge of some electricity-related courses to make students understand and master the theoretical knowledge comprehensively，and really grasp their own professional orientation.
Key words：experimental platform；acquisition and display of ECG wave；A/D conversion；courses of electricity-related majors
1.概述
现在的大学涉电专业所学的电路、模拟电子、数字电子、单片机等课程相对比较独立，同学们普遍缺乏面对实际工程问题、设计制作较大规模应用电路的工作经验。
生物机体内蕴藏着大量的生物电信息，它包括心电、脑电、肌电、胃电等。其中，心电是心脏跳动产生的电信号，使身体不同部位的表面发生电位变化，将其记录下来即可得到心电图（ECG），心电信息与其他生物信息相比，更易于检测并具有较直观的规律性。
本文设计了一种简单的心电波显示基础实验平台，通过对该平台的制作、调试，学生能在示波器和液晶屏上观察到本人的心电信号，使同学们能学到一些测量微弱生物信号的方法和技术，同时把电子电路和单片机技术方面的知识应用于实际，让学生彻底了解一个电子系统实现的全过程，强化了系统工程的概念，真正学以致用，进而激发学生学习的积极性。
2.基础实验平台电路设计
平台的原理框图如图1所示。
图1 平台的原理框图
实验平台的输入信号可由模拟心电发生器提供，也可由放在人体左腿（LL）和右臂（RA）的心电电极直接拾取。心电信号频谱范围是0.05～100Hz，电压幅值为20μV～5mV，典型值为1mV，信号源的阻抗为数千欧到数百千欧，此外在信号的提取过程中还混杂有其他生物电信号，以及体外电源50Hz工频干扰（主要是以共模形式存在，幅值可达几V甚至几十V）、肌电干扰（由于人体运动、肌肉收缩引起，频率为2Hz～2000Hz）、基线漂移（呼吸和电极极化电压引起，幅值通常可达到几十毫伏，频率集中在0.015～0.3Hz）等，致使心电信号的背景噪声很强，如何在强干扰环境下提取非常弱的的有用信号，是系统设计的关键和难点。因此，本平台心电采集部分电路要求一级放大电路具有高输入阻抗、高共模抑制比、低噪声、高稳定性及强抗干扰能力等性能，而且增益不能过大；心电信号经一级放大后幅值仍然较小，再经过二级放大使心电信号放大到相应的幅值，便于用示波器观察；为了消除低频噪声，在一级放大之后加入高通滤波电路；为了消除50Hz工频干扰及高频干扰，加入了低通滤波器；经过前面处理的心电信号为交变信号，而本平台AD转换输入电压范围为0V～5V，因此，在送入AD之前还需进行电平抬升，使心电信号变成单极性信号。
本设计的模拟电路部分如图2所示。
图2 平台的模拟电路图
选用仪表放大器AD620进行一级放大，AD620的核心是传统的三运放放大器电路，具有高输入阻抗（109Ω）、高共模抑制比（可达100dB）、低噪声等优点，AD620只需外接一个电阻就能设置1—1000的放大倍数，调节方便，其运放增益精确地被外接电阻Rg确定：G1=49.4kΩ/Rg+1
实验中通过调节相应的可变电阻，可以适当改变一、二级放大的增益，可以使高通滤波器的截止频率设在0.03～0.05Hz，可以使低通滤波器的截止频率小于50Hz，可以适当改变电平抬升电压的大小，可以测量共模抑制比KCMR。计算公式如下：
二级放大增益G2=UB/UA=1+R3/R2
下限截止频率f01=1/（2πR1C1）
上限截止频率f02=1/（2πR4C2）
总的增益为G=G1×G2
电平抬升至Uc=R6/（R5+R6）
KCMR=20lg（AuD/AuC）
由于P波、R波和T波的频谱范围远低于50Hz，因此加入低通滤波器对P波、R波和T波无影响，QRS波中含有50Hz以上的成分，因此加入低通滤波器将会引起QRS波失真，我们可以设置不同的截止频率让学生观察分析滤波器对心电信号的影响。电路中增加了简单的右腿驱动电路（右腿心电电极（RL）接地），以消除工频干扰。图3、4为电平抬升前后示波器显示的心电波形，其中Umin（1）从-40.0mV抬升至160mV。
图3 电平抬升前的心电波形
图4 电平抬升后的心电波形
通过上面电路的安装、调试，同学们可以熟练掌握集成运算放大器的使用方法，减少模拟电路教学中过多地研究分立器件带来的负面影响（分立元件电路设计公式繁多，计算复杂，调试费时费力，降低了学生学习的兴趣）。
本设计数字电路部分选用带中文字库的JM12864M液晶屏来显示心电波形，它采用ST7920作为控制芯片；选用低价位、高性能8位串行A/D转换芯片TLC549和学生熟悉的AT89S52单片机来处理模拟心电信号。具体的电路如图5所示。
图5 平台的数字电路图
3.软件设计
从人体体表获取的心电信号经过放大、滤波、升压处理后，即可送到A/D转换芯片TLC549输入端口进行A/D转换。根据Nyquist采样定理，采样频率应大于等于被采样信号最高频率的两倍，即200Hz以上，以免采样后的信号发生频谱的混叠。但是，考虑到平台选用的是学生常用的AT89S52单片机和JM12864M液晶屏以及工作速度问题，我们将采样频率设置为50Hz，转换结果为：ADC=（VIN*256）/VREF，数据范围是0x0000～0x00FF。选用原因如下：一般人的心率按75次/分钟算，LCD的X轴是128个像素点（去除坐标占用剩下115个像素点可用），如果选用200Hz采样且一个像素点采样一次的话，一屏仅能显示不到一个心电波形周期，为了方便观察，采用50Hz采样，液晶屏上大约40个像素点一个心电周期，保证任何时刻都有2个心电波形能够显示在LCD屏上。
采用定时中断进行采样，A/D转换周期由T0定时控制，采样周期是20ms，定时初值TH0=0XB1，TL0=0XE0，A/D转换完成后进入显示数据子程序。
LCD液晶控制：
JM12864M无论显示字符或图形，都是通过对显示RAM（文本显示DDRAM和绘图显示GDRAM）写入不同数据来实现的。
（1）波形显示方法
采用逐点推移的方法在LCD上显示波形，方法简单，运行速度快，软件设计难点也在于此，它包括：
1）建立坐标系：在LCD上通过地址变换关系建立坐标系，LCD上纵坐标Y（LCD行数）表示显示幅值，与显示数据大小相对应；LCD上横坐标X（LCD水平位址，即列数）代表时间序列，按所采集数据的先后次序确定，也就是说，水平方向一个像素点代表一个时间单位，垂直方向一个像素点代表一个幅值单位。JM12864M的GDRAM坐标如图6所示，水平坐标X以字节为单位（2字节16位）、垂直坐标Y以位为单位写入数据。
图6 JM12864M绘图显示坐标
屏幕分上下两屏，垂直坐标上下屏都为Y：00—1F（也即0X80+Y）；水平坐标上半屏为X1：00—07（也即0X80+X1），下半屏为X2：08—0F（也即0X80+X2）。
2）基本画图子程序：画波形依靠画点、画线两个子程序。
①画点子程序：首先对AD转换后的原始波形数据进行处理，在这里，我们定义的坐标系如图7所示，（0，0）代表屏幕的左上角，（27，63）代表屏幕的右下角。
图7 定义坐标系
如图7的坐标值要转换成液晶屏如图6的显示坐标值，方法如下：
uchar x，uchar y； //x取值0～63，y取值0～127
uchar x_Dyte，x_byte； //定义列地址的位址单元，及在位址单元中的哪1位
uchar y_Dyte，y_byte； //定义为上下两个屏（取值为0，1），行地址（取值为0～31）
x_Dyte=y/16； //计算在水平位址的哪一个位址
x_byte=y&0x0f； //计算在该位址中的哪一位，分高8位和低8位
y_Dyte=x/32； //0为上半屏，1为下半屏
y_byte=x&0x1f； //计算在0～31当中的哪一行
Write_command（0x80+y_byte） //设定GDRAM行地址（y坐标）
Write_command（0x80+x_Dyte+8*y_Dyte）；//设定GDRAM列地址（x坐标），并通过8*y_Dyte选定上下屏
数据写入GDRAM的步骤如下：a）关闭绘图显示功能；b）先将垂直的坐标（Y）写入GDRAM地址；再将水平的位元组坐标（X）写入GDRAM地址；c）将D15——D8写入到GDRAM中；将D7-D0写入到GDRAM中；d）打开绘图显示功能。
每显示一个时间点的数据时都是将相应列的像素点置位，但是位元组坐标（X）是按照16位写入的，写入新点的时候，会覆盖掉16个点中的其他点，所以先将显示中的点读出来，再或上要显示的点，后再写入GDRAM。
注意：读取数据的时候要先进行一次空读（dummy read）；水平坐标一个单位两字节（即16位D15～D0）写入或者读完后，X地址会自动加1，加到0FH时会重新设为00H，所以，读取数据之前要先写入你要读取数据的地址，读取数据之后的写入数据还要重新写入地址，否则，地址会发生改变。
②逐点推移画线子程序：这是用来在液晶上形成连续曲线的程序。当一个点画完后，自动向右移动一列，并将下一列的数据与该点比较，若相同则画一个点，不同则采用布兰森汉姆（Bresenham）算法（请参阅相关资料）在两点差值点间补点，由此方法逐点推移形成连续的图形。
心电曲线从左向右移动绘制，波形到达右边界后，整个液晶屏上的数据被清空，新曲线将从左边界向右重新扫描，如此循环，实现波形刷新显示。为了使显示更加精确，在LCD显示时加入坐标系（横轴代表时间（t）、纵轴代表幅值（U））和位于屏幕中心的中心线，用来区分心电波正负值。实际LCD显示波形如图8所示。其中坐标系与刻度的显示采用LCD取模软件取出图形数据后送显。
图8 LCD上显示的心电波形
（2）文本显示方法
JM12864M的DDRAM提供8个×4行的汉字空间地址，DDRAM坐标（请参阅相关资料）。设计比较简单，不再详述。
4.总结
以此基础实验平台作为起点，可以开展数字滤波、数据存储、菜单及心率等生理参数显示、波形的回放和显示静止等功能的研究，可以考虑把无源滤波电路改成有源滤波电路、采用速度更快的微控制器、刷新速度更快和点阵数更多的液晶屏以及分辨率更高的A/D转换芯片以提高实验平台性能。
通过以上基础实验平台的实验，使同学们逐渐从单纯模仿到个人创造，提高了同学们的硬件软件系统设计、调试的能力，分析问题、解决问题的能力，理论应用于实际的能力。为学生即将毕业走向工作岗位和继续深造打下了坚实的实验基础，开阔了视野。随着实验平台的进一步完善，相信学生学到的知识会更多，收获也会更大，极大地弥补了目前验证性实验多而自主设计实验少、单科性实验多而综合性实验少的不足，全面地把握自己的专业定位。
参考文献
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[2]王保华.生物医学测量与仪器[M].复旦大学出版社，2003，1.
[3]童诗白，华成英.模拟电子技术基础第三版[M].高等教育出版社，2004，4.
[4]张旭.便携式远程实时动态心电监护系统的研究[D].东北农业大学硕士学位论文，2010，6.
