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1 引言
在數字信號設計中,具有時鐘信號的總線越來越被廣泛的應用。如SPI、SSI、IIC、AC97、PS2、SD等協議都有時鐘信號。廣州致遠電子有限公司的邏輯分析儀軟件為方便客戶推出了“通用CLK總線分析”幫助用戶分析具有CLK總線的數據,本篇章以此插件解決PS/2總線分析簡單介紹具有時鐘信號時序的分析方法。
2 CLK總線分析組件介紹
“通用CLK分析組件”是廣州致遠電子有限公司,為采用具有時鐘信號非標準協議分析所推出的一款輔助解碼分析組件。其設置界面如圖l所示。
具有時鐘信號總線除了數據總線(DATA信號線)和時鐘總線(CLK信號線)外,一般還有一條用于標志數據傳輸是否有效的片選信號線(CS信號線),如常見的信號SSI、IIS、AC97等總線。
具有CS信號線的時鐘總線中,一般CS根據不同總線需求在低電平或者高電平標志著Data總線有效。同時“通用CLK分析組件”還支持“邊沿”模式,即CS信號發生改變時代表新數據的開始,如HS總線。
很多具有時鐘信號的總線中也存在一定的協議不存在CS信號線,如IIC、PS2等。他們通過信號線的停止和開啟區分數據的有效和無效。為了解決沒有片選信號線的總線分析,“通用CLK分析組件”提供了“CLK超時”設置。該設置標志了如果CLK信號當出現某個時鐘超出該設置的時間則表示DATA信號線上的數據無效。
現實開發中有許多總線并非數據開始后立即采集數據,它們存在1個或者多個時鐘延遲,為此“通用CLK分析組件”提供了“開始后數據延遲Bit”設置,實現對該類型功能的適應。
如圖1所示,除了總線設置和CS模式、時鐘超時設置外,該分析組件也提供了,采樣點、空閑電平、數據長度、數據傳輸模式、過濾無效數據、CS無效時清空數據等常規設置使得該組件對時鐘信號總線具有較強的適應能力。
3 PS/2協議介紹
PS/2設備接口是IBM公司研發的用于鼠標鍵盤的接口。它主要有5個引腳,除了電源、接地、保留線外,主要靠時鐘線和數據線進行數據交換。
PS/2總線主要負責的是主機和設備之間的數據傳輸。信號在通常情況下保持高電平,傳輸數據0時就把數據線拉低,傳輸數據1時就讓數據線保持高電平。PS/2鼠標和鍵盤履行一種雙向同步串行協議,換句話說,每次數據線上發送一位數據并且在時鐘線上發一個脈沖就被讀入,鍵盤/鼠標可以發送數據到主機,而主機也可以發送數據到設備。但主機總是在總線上有優先權,它可以在任何時候抑制來自于鍵盤/鼠標的通信,只要把時鐘拉低即可。
從鍵盤/鼠標發送到主機的數據在時鐘信號的下降沿被讀取;從主機發送到鍵盤/鼠標的數據在上升沿被讀取。時鐘信號只能由鍵盤/鼠標產生:如果主機要發送數據,它必須首先告訴設備開始產生時鐘信號。
由于數據線和時鐘線在正常情況下都保持高電平,當鍵盤或鼠標等待發送數據時,首先檢查以確認是否是高電平。如果不是,是主機抑制通信,設備必須緩沖任何要發送的數據,直到重新獲得總線控制權。如果時鐘線是高電平則表明總線空閑,設備可以開始傳輸數據。傳輸數據過程如圖2所示。
由于PS/2設備總是產生時鐘信號。如果主機要發送數據,它必須首先把時鐘和數據線設置為“請求發送狀態”。下拉時鐘線至少100μs來抑制通信和下拉數據線來請求發送。然后釋放時鐘。當設備檢測到這個狀態,它將開始產生8個數據位和1個停止位時鐘信號。在停止位發送后,設備應答接收到的字節,把數據線拉低并產生最后一個時鐘脈沖。具體過程如圖3所示。
4 解析PS/2
現在我們就用“通用CLK總線分析”去分析PS/2,總線上傳輸的數據。
由圖2和圖3可知PS/2屬于具有時鐘信號,大多數人只關心數據段(“D0~D7”)8個bit位,至于開始位(“S”)、校驗位(“P”)、結束位(“E”)和響應位(“ACK”)都可以通過分析數據位前后觀察進行比較。因此我們通過“通用CLK組件”僅分析數據段所組成的數據。
PS/2時鐘信號一般在80μs左右,在每個數據傳輸時都會存在大于100μs的時間間隔,由于PS/2沒有CS信號,需要采用時鐘超時作為開始信號。因此設置“時鐘超時”為“90μs”。設置“CS模式”為“無CS”。
PS/2在開始數據傳輸前都會有1Bit的開始位,該開始位為不關心的數據,需要忽略掉,因此設置“開始后數據延遲Bit”設置為“1”。
PS/2在數據傳輸時時鐘空閑時為高電平,因此設置“空閑電平”為“高電平”。
PS/2在數據傳輸時,設備發送到主機采用的是下降沿采樣,主機發送到設備采用上升沿采樣。從圖2、圖3中可以發現PS/2每bit數據傳輸有效時間內都存在一個下降沿和上升沿;在設備發送到主機中D0對應的是第2個下降和上升沿;在主機發送到設備時,D0對應的是第1個上升沿,第2個下降沿。因此我們設置“采樣點”為“下降沿”。
由于D0屬于數據的低位最先接受,因此設置“數據模式”為“LSB”(低位最先傳輸)。
由于存在D0~D7共8個數據,因此設置“數據寬度”為“8”。
最后根據我們需要的數據為數據數值,因此我們設置“過濾無用數據”有效。
根據需求設置的“通用CLK總線分析”如圖1所示。
調用“通用CLK總線”分析結果如圖4所示。該分析結果和調用“PS/2總線分析”分析的結果完全相同。調用“PS/2總線分析”的設置界面如圖5所示。
5 總結
關鍵詞: 高職高專類應用電子技術專業 項目教學法 有效銜接
1.傳統教學的弊端
根據電子產品的生產過程,我們可以將各環節分為電子產品設計要求、電路原理圖設計、印制電路板(PCB)設計與制作、元器件采購與測試、電路安裝、調試與維修、產品整機裝配、產品銷售、產品售后服務。
根據電子產品的生產過程,高職高專類應用電子技術專業畢業生可從事的崗位大體可分為電子產品設計人員、電子產品生產工藝管理人員、電子產品生產調試與測試人員、電子產品生產維修及售后服務人員、電子產品生產營銷人員。
根據面向崗位的課程體系開發,我們可將專業類課程分為專業基礎課程、專業基礎技能訓練課程、專業核心課程。
大家公認,專業基礎課程內容單調,雖然涵蓋了所有的專業必需的知識點,但是缺乏實際運用的案例,導致學生考試以后便很快忘記了;在后續的設計類課程中,需要靈活運用專業基礎知識的時候,卻不知道如何入手,翻開專業基礎課程的教材,卻一片茫然,原因在于后續設計類課程突然將專業要求提得比較高,能力要求出現了一段間隙,沒有很好地與專業基礎課程銜接,這樣的情況容易導致學生在課程開始階段的迷失,甚至會導致學生逐漸地排斥本門課程,并最終放棄學習過程而只求考試及格。如此的現象在各大高校中都有存在。如何實現專業課程之間的有效銜接,激發學生的學習興趣,樹立學生學習的信心是眾多教育教學工作者應當深入思考的問題。
2.項目內容連貫性的啟發
專業課程教學內容之間的有效銜接,可以與現階段正在逐步推廣的項目教學法相結合,選用適當的項目,在專業基礎課程、專業技能訓練課程、專業核心課程之間建立起良好的橋梁紐帶,引導學生以此類項目為主線,逐漸建立學生的信心和興趣,舉一反三地進行自我學習。
為了能比較具體地說明問題,本文以一例作為實例。如圖1是增益數控電路。其工作原理是用芯片NE555構成一個多諧波發生器其頻率f=1/0.7(R1+2R2)C提供脈沖波,用RS觸發器、十進制計數器和與非門能夠達到每按一下按鍵就能通過十個脈沖,平時該輸出口處于高電平。用一個按鍵與一個上拉電阻構成一個開關,平時處于高電平,每按一次形成一個脈沖。將這兩個脈沖輸出連接到與非門的輸入端,再將與非的結果輸入到X9C102P的INC端調節輸出電壓。
為了達到一個項目同時滿足專業基礎課程、專業基礎技能訓練課程、專業核心課程教育教學訓練的需求,其應滿足以下條件。
(1)知識點在專業基礎課程中具有代表性。
應用電子技術專業基礎類課程在各大高校中開設的情況大同小異,數字電子技術基礎和模擬電子技術基礎兩門課程是必需的。一般所選用的項目中數字電子技術或者是模擬電子技術基礎的知識點應該體現得比較清晰,容易分離出知識點進行實際應用講解,這樣該項目可以作為專業基礎課程的應用實例。
本案例中(如圖1)的集成計數器芯片應用、集成門電路應用、集成數字電位器應用、上拉/下拉電阻應用、RS觸發器應用、555定時器應用、三極管的開關作用等,都是非常典型的知識點,在了解電路作用的前提下,進行局部電路分析可以幫助學生進行知識點鞏固學習和靈活運用。
(2)復雜度適中,作為專業技能訓練類課程的入門項目。
應用電子技術專業技能訓練類課程在各大高校中開設的情況也是大同小異,電子設計自動化(簡稱EDA)課程是必需的,EDA課程有課分為板級設計類的印制電路板(PCB)設計和芯片級設計類的可編程邏輯門陣列(FPGA)兩門課程。
對于這兩門課程,如果是單講軟件的使用操作,那就失去了其本身的意義,在這兩門課程中,學會使用計算機輔助設計軟件是一定的,并且要體會板級電路設計和芯片級電路設計的區別和實際應用價值,更重要的是要能夠自己設計相應的電路,完成設計要求。
要利用計算機輔助設計進行板級或者芯片級的電路設計,熟悉電路原理,掌握設計關鍵是至關重要的,對于初學者而言,如果課程開始便選用未見過的電路,則很難理解,更加談不上進一步的設計。但是,如果教學所使用的項目中各單元電路部分是在先修的專業基礎類課程中作為實際案例,在不同的場合和章節中已經分析過的,那么在進一步的設計課程中,學生將會很好地銜接和過渡。例如電路圖的模塊化設計,數字功能模塊的設計都需要對單元電路原理非常熟悉才能進行電路的合理劃分和硬件描述語言程序的設計。
在先修專業基礎類課程中所選用的項目的復雜度應該適中,在計算機輔助設計課程中,作為入門項目,甚至是提高項目。
本案例作為印制電路板設計入門項目,屬于典型的數字電路印制電路設計,可以將設計的一般要求融入其中,在原理已經基本明了的情況下,引導學生進行電路的進一步設計將會事半功倍,而且比較容易建立學生學習的信心。比如,布局設計中輸入/輸出接口、按鍵、信號產生電路等關鍵部件的設計技巧;布線設計中電源線、接地線、時鐘脈沖信號線、被控制信號線等的參數設計和走線技巧。
隨后在專業技能訓練類課程的提高項目和綜合項目中逐漸地增加訓練強度和設計難度,達到更高的水平。
(3)可移植性好作為核心類課程的設計原型。
應用電子技術專業核心類課程一般都包括單片機設計、綜合電路設計等設計類課程。運用數字控制類芯片可以使電路智能化,功能更加強大,而且電路卻非常簡單。例如在本案例中的按鍵消抖動是采用門電路構成的RS觸發器實現,其可以在單片機中軟件消抖動;本案例中的步進控制需要為數字電位器輸入單脈沖或者是連續的十個脈沖,使用單片機程序可以非常容易地實現而擺脫復雜的硬件電路。
類比設計可以將抽象的枯燥單片機功能講解用實際效果來體現,直觀的學習比抽象的學習更受學生歡迎,而且學習的效果會更好。
(4)易調試,觀察現象明顯。
在高職類院校的應用電子技術專業中,經常會包括一些安裝調試類課程。同樣,在入門項目中,教師采用先修課程中已經出現過的項目原理,可以在課程開始時,借助項目原理已經比較清晰的前提,將教學重點放在調試技巧、儀器使用技巧、數據記錄分析技巧方面,在后續的提高項目和綜合項目中再逐漸地增加電路的復雜程度和調試難度,達到更高的水平。
3.結語
采用銜接式的項目內容引導教學,在專業課程體系中,構建一個甚至是多個產品的設計生產全過程,有助于形成真正的以產品為對象的教學體系;對于接受引導學習的學生而言,可有效地實現課程間的平滑過渡,每次新階段的學習都能很快上手,并逐漸學習和掌握新的知識和技能,最終形成完整的知識體系。對于校企合作而言,訂單式培養是校企合作的一項重要內容,企業可以提供自身的比較有代表性的產品作為教學的對象,在分析、設計和調試中實現針對性的培養,實現企業實踐與學校教育的良好對接。
參考文獻:
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《模擬電子技術》是一門技術性和實踐性很強的專業基礎課程,本課程是我系電子信息工程和應用電子技術兩個專業的學生初次學習電子技術的課程,“入門”難是學生普遍存在的問題,我們認為難就難在學生對基本概念似是而非、基本原理理解不透、基本分析方法掌握不牢、基本計算方法應用不足,所以,在教學過程中,我們特別注重基本概念、基本原理、基本分析方法和計算方法的講解,并力求引導學生舉一反三,觸類旁通。同時我校屬于二本院校,學生的英語基礎普遍偏低,要求英語基礎比較薄弱的學生用英語來學習一門比較抽象的專業課程就難上加難了。為了解決以上問題,更好的在我系開展模擬電子技術雙語教學,采用了以下方法:第一,在大一第二個學期開設電子信息類專業英語課程,讓學生掌握電子技術專業的相關專業英語術語,同時讓學生掌握用英語怎么來描述電子技術中的工作原理,特點,以及了解專業英語和普通英語的區別。為大二開設的模擬電子技術的雙語教學打下良好的基礎。第二,為解決雙語教學師資難問題,我系特組織兩名有留學經歷,英語功底扎實的年輕教師到國內高校學習考察模擬電子技術雙語教學,同時精心備課,突出重難點,將抽象的內容通過CAI課件盡量具體化。第三,展開多種模式的雙語教學目前模擬電子技術雙語教學采用大部分學生能接受的混合型雙語教學模式和輔助雙語教學模式相結合的方式,即一些比較簡單的內容以及課后小結和討論部分采用中英文結合雙語教學模式,而模擬電子技術中的電路特性等重難點內容采用輔助雙語教學模式。第四,對考核方法進行改革為突出英語的重要性,增加平時成績的比例,從原來的平時成績占期末成績的20%增加到30%,同時成績構成要多樣化。
2雙語教學實踐的評價
雙語教學的效果可以通過學生對該課程的感受與認識和學生對知識的掌握和運用情況兩個方面來衡量,通過對我系電信11級兩個班的雙語教學問卷調查中可以發現:認為模擬電子技術雙語教學授課中中英文比例適合的占大多數,說明大部分學生認可了雙語教學。同時有九成以上的同學認為模擬電子技術雙語授課進度適中。
3小結
關鍵詞:電子技術;網絡教學
中圖分類號:TN0-4 文獻標識碼:A 文章編號:1674-7712 (2012) 10-0237-01
一、引言
隨著網絡技術和現代教育技術的發展,網絡教學己經成為遠程教學資源的重要組成部分。網絡教學具有共享、交互、便捷、信息豐富、學習自主等傳統教學不可比擬的優越性。《電子技術》是通信技術、計算機技術和機電一體化等專業一門重要的專業基礎課,也是一門理論性和實踐性都很強的課程。學生對其掌握的程度將直接影響后續專業課程的學習,在整個課程設置中起著承上啟下的作用。在教學過程中我們發現,大部分學生感到入門很難,學習積極性不高,考試通過率偏低。為提高電子技術課程的教學質量,本文從電子技術課程網絡教學的5個模塊進行探討。
二、電子技術網絡教學的體系結構
電子技術網絡課程適用于電子技術課程的教學和自學,它集教學指導、答疑于一體,通過對難以理解的概念、定理進行圖示化展示,給學生提供一個自由操作的平臺,使其更透徹地理解課程的基本概念和原理。
電子技術網絡教學由網絡課程教學模塊、實踐教學模塊、在線問答與互動模塊、在線考試模塊和資源下載5個模塊組成,各模塊之間相互依托、相輔相成、密不可分。我們對電子技術網絡課程的5個模塊進行具體的分析與設計。
(一)課程教學模塊。課程教學模塊是學習的重點內容,也是網絡課程設計的重點。這一模塊包括了7個方面,其中課程教學計劃、教學大綱、授課計劃和課程教學規范這幾個部分可以讓學生在學習本課程的同時,明確課程性質、教學大綱、授課計劃、考核方式、參考資料等課程的相關內容,可以很好對課程進行總體把握。動畫演示部分可以幫助學生解決一些難以理解的抽象概念和復雜的電路分析過程,使學生一目了然。課程教案和課程課件是教師講授的課程內容,便于學生進行下載,在學習過程中對章節內容預習和復習。課程內容包括模擬電子技術和數字電子技術兩部分,模擬電子技術共分九章,包括常用半導體器件、基本放大電路、多級放大電路、集成運算放大電路、放大電路中的反饋、信號的運算和處理等內容;數字電子技術共分七章,包括邏輯門電路、組合邏輯電路、鎖存器與觸發器、時序邏輯電路、A/D與D/A轉換等內容。網絡課程教學模塊使學生更準確地把握這門課程的側重點,提高學習的質量和效率。(二)實踐教學模塊。電子技術是一門實踐性很強的專業基礎課,其中實踐教學是引導學生把理論知識應用于實踐中的教學方式,是培養學生創新能力的重要環節。這一模塊包括10個方面:實踐教學項目和實驗實訓講義屬于基礎實驗模塊,此模塊包括模擬電子技術實驗項目和數字電子技術實驗項目,模電實驗包括單管交流放大電路、負反饋放大電路、積分運算電路等7個實驗;數電實驗包括全加器設計及應用、HDB3碼型變換、數字式競賽搶答器設計等6個實驗。此模塊著重訓練學生正確使用常規儀器和測試電子元器件的基本技能,培養嚴肅認真的工作態度。實驗實訓演示幫助學生更加深刻理解某些結論的驗證過程,提高自主動手能力。課程設計與實驗有機結合起來,進一步培養學生用軟硬件解決電子技術實踐問題的能力,真正把理論應用于實踐,如智能搶險小車,可以讓學生了解智能機器人的相關知識,此外還有小車避障、煙霧報警等相關設計。習題強化學生實驗設計能力。課外動畫演示可讓學生了解國內外先進的電子技術產品,提高學生的學習興趣。此模塊使學生具備設計操作實驗的能力以及觀察分析問題、通過現象找本質的能力。(三)在線問答與互動模塊。在線問答與互動模塊是交互式教學部分,主要是建立一個教師與學生及學生與學生之間交流的通道,使得學生可以通過網絡向教師提出問題并得到解答。該模塊支持學習者討論學習模式,具有用戶管理、討論管理、文章討論、用戶留言、電子郵件等諸多功能。這種討論學習模式是主講教師在討論區建立相應主題的討論小組并負責監控。學生通過瀏覽器進行討論,在頁面的表單中輸入討論信息。每個人的發言都即時地被所有參與討論的學習者看到。學習者通過課程討論區中的郵件系統可以與主講教師及其他學習者進行非實時地信息通訊,從而建立一個積極向上的學術交流平臺。這一模塊可以提高學生發現問題和解決問題的能力,增強學生學習的主觀能動性。(四)在線考試模塊。在線考試模塊用于學生復習各章節的知識點和自我測試,提高對本課程的掌握程度。這一部分是根據課程內容按知識點、難度等分類輸入的,學生可以按照章節內容進行單元測試,也可以進行電子技術課程的綜合測試。在測試內容上,我們根據學習者的所學內容,提出啟發性的問題,激發學習者在學習過程中的自我思考。在線考試模塊包含了試題的選擇,測評結果以及試卷答案幾個部分。學生在測試完成后根據測評結果分析不足,得到進一步提高。(五)資源下載模塊。資源下載模塊是網絡教學的一個主要內容,課程教學不能僅僅局限于一本或幾本課本,那樣會使學生的知識面受限,而且枯燥的課本知識,會減弱學生的求知欲,使其喪失學習的積極性。該課程的資源下載模塊內容豐富,涉及到課程課件的下載、電子技術基本知識的下載、動畫演示的下載、電子設計大賽項目的下載、典型電子產品的下載以及一些趣味小設計的視頻下載,滿足了學生的課余愛好。另外該模塊還設置了一個用戶上傳部分,學生可以將自己的一些設計或發明進行展示,便于他人下載交流。
三、結束語
21世紀將是一個電子科學技術飛速發展的新時代,對人類社會、經濟發展有重大影響的科技成果將層出不窮, 因此21世紀所需要的技術人才應該具有一定的實踐和創新能力。電子技術網絡教學能幫助學生更好的學習專業基礎知識,為后續課程和畢業后從事的相關工作提供必要的理論知識和實踐技能。
參考文獻:
[1]俞梁英.多媒體技術在模擬電子技術課程中的整合[J]高職論叢,2007,2:60-62
【關鍵詞】專業基礎課;課程體系;仿真軟件
中圖分類號: TP311.5 文獻標識碼: A
1.引言
《電路分析基礎》、《模擬電子技術》和《數字電子技術》三門課程是電子信息類專業學生的重要專業基礎課,課程內容前后聯系緊密,對后續課程的學習意義重大。本文針對這三門課程,著眼于課程體系的建設和獨立學院的特點,研究優化教學內容,降低課程難度的方法和措施,致力于提高教學質量,培養合格人才。
2.體系內課程理論內容的優化
電子信息類專業基礎理論課具有入門難、邏輯思維能力要求高的特點,比如《電路分析》的公式多、定理多、計算量大。《模擬電子技術》概念多,單元電路分析計算難,每次課的新知識多,信息量大,抽象且枯燥無味。《數字電子技術》邏輯性強,數字電路的種類繁多,實踐性強。
對于《電路分析》強調簡單電阻電路的分析,以加強電路中串聯與分壓、并聯與分流、電位、開路和短路等基本知識的學習。在講述網孔方程和節點方程時,只采用基爾霍夫定律。對特殊問題的處理時才采用“超網孔”和“超節點”方法。講述相量時,采用相量變換與反相量變換的概念,使其與后續課程《信號與系統》中的傅氏變換和拉氏變換呼應。
《模擬電子技術》精選基礎和重點內容,保證較扎實的理論基礎知識;刪減模擬電子技術中陳舊、過時的內容,簡化定量分析計算方面的內容;及時更新和補充新內容,如EDA仿真與設計、模擬(數模混合)可編程器件等。
對傳統教學別強調內容進行弱化,如《數字電子技術》中公式法或卡諾圖法化簡邏輯表達式在傳統教學中占據重要的地位,但是,現階段邏輯表達式的化簡意義不大,學生只要掌握化簡原理即可。改革后的“數電”課程對邏輯化簡的技巧不再占用過多學時,考試也予以刪減。
與此同時,還要考慮課程之間的相互銜接,即從課程體系的角度對授課內容進行整合,制定統一的教學大綱,理順課程間的相互關系。突出工程性和實用性,注重“加強實踐、提高興趣、培養技能、積極創新”的理念。
3.體系內課程理論與工程應用的結合
3.1 將Matlab與《電路分析》有機結合
體系內三門課程都具有濃厚的工程背景,目前的理論教學相對枯燥,方法單一。由于《電路分析》課程中許多電路的分析過程較復雜,所涉及的數學知識較深,而許多學生的數學基礎又欠缺,因而時常出現教師難教、學生厭學的窘境。Matlab是目前應用最廣泛的計算機軟件之一,是實現科學計算、符號運算及圖形處理等的強有力工具。在理論課的教學中引入Matlab軟件輔助分析電路問題是化解教學窘境的有效手段。例如利用Matlab輔助分析動態電路和利用Matlab輔助分析正弦穩態電路,可是使理論教學變得直觀,易懂。
3.2 將Multisim10仿真軟件與《模擬電子技術》和《數字電子技術》融合
在實際的課程教學中,對于一般、較簡單的電路,教師可以對它進行詳細分析、講解,但是,對于較復雜的電路,則應該采用計算機進行輔助分析、教學,這樣,既可以提高學生學習課程的興趣,也可以提高教學的質量和效果。把Multisim10仿真軟件引入模電和數電課堂教學,通過仿真軟件來繪制電路,觀察電路的工作過程,讓學生一看就懂,一聽就會,這樣就有利突出重點、解析難點,也進一步加強了理論聯系實際,學生對知識的理解更深刻,掌握更牢固,應用更熟練.同時縮短傳統課程與相關實用技術和科學技術發展前沿的距離,以便取得更好的教學效果。具體的說,可以將《模擬電子技術》分解成“直流穩壓電源”、“電壓放大電路”、“功率放大電路”、“帶有反饋的電壓放大電路”、“集成運放的應用”等。在《數字電子技術》中可以擬定“基本邏輯門電路仿真”、“編碼譯碼器仿真”、“時序邏輯電路仿真”、“555定時器仿真”、“數模、模數電路仿真”。教師在授課的過程中首先對電路簡單介紹,接著進行仿真演示,之后再回歸理論講解和說明。
4.課程體系改革的初步實踐
近幾年來,隨著獨立學院師資的穩定,我們一直致力于電子信息類專業基礎課的課程改革,從職業院校人才培養的目標入手,制定合適的教學大綱和配套的授課計劃。尤其是針對模擬電子技術課程已經完成從大綱制定,到教材編寫以及與教材配套的教學課件的制作,并且針對該門課程嘗試了在理論課堂引入Multisim10仿真軟件的嘗試,取得了良好的教學效果。從目前的教學改革效果來看,改革的思路和方法與我院的實際情況相符合,有必要把這種嘗試延伸到三門課對應的課程體系,進行通盤考慮,進一步促進人才培養質量的提高。
5.結束語
在提高學院辦學質量這一系統工程中,課程體系與課程內容的改革無疑是一個核心的問題。尤其是專業基礎課的教學與課程平臺的建設對于獨立學院的人才培養起著至關重要的作用。我們將不斷探索教改新思路,培養符合人才市場需求的工程應用型人才。
參考文獻
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關鍵詞:基礎知識; 產品制作
中圖分類號:G712 文獻標識碼:A 文章編號:1006-3315(2012)07-115-001
隨著科學技術的飛速發展,近年來電子技術也迅速發展,電子技術應用是發展最為迅猛的領域之一,電子技術的發達與否決定一個國家綜合實力的強弱,電子技術已經滲透到各個行業中。可以說,沒有電子技術就沒有今天的文明。因此,對電子技術應用專業的畢業生需求量越來越大。近年來,針對該專業領域內,我在這方面做了一些探索與實踐,培養一批又一批面向生產、管理、服務第一線,適應現在飛速發展條件下合格的中、高級技術人才。下面是本人的幾個教學案例:
一、電子產品制作
電子制作是應用電子專業一門重要的以實踐能力培養為主要目的的專業課,是學生在完成了模擬電路、數字電路、仿真和其他專業課的學習后對所學知識的進一步鞏固與深化,是培養學生動手能力的重要環節,具有較強的實踐性和實用性。
通過本課程的學習,要求學生能夠運用所學知識完成簡單電子產品的設計與制作,掌握電子產品的設計方法、制作工藝、調試技巧和故障排除,培養創新意識和實踐能力,為今后走向工作崗位奠定良好的基礎。
根據本課程的特點,宜采用理論教學與實踐教學相結合的方法。理論教學應著重強調電子設計與制作的基本原則、基本方法和制作工藝,介紹一些常用的電路模塊并進行有選擇的制作,最終完成一個稍復雜的電子產品的設計與制作。考核主要側重對基本概念、基本技能和動手能力方面的考查,理論考核與實踐考核的比重以3:7為宜。實踐考核主要參照平時的制作情況和課程設計的結果。
在課程教學中,我分為掌握、理解和了解三個層次去執教。
掌握:對于本課程的重點內容要求學生達到掌握的程度。即能夠全面、深入理解和熟練掌握所學內容,并能夠用其分析、初步設計和解答與應用相關的問題,能夠舉一反三。要求學生掌握的內容也就是考試的主要內容。
理解:對于本課程的一般內容要求學生能夠理解。即要求學生能夠較好地理解所學內容,并且對所涉及的內容能夠進行簡單分析和判斷。要求學生理解的內容也是考試的內容。
了解:對于本課程的次要內容要求學生能夠了解。要求學生了解的內容,一般是指在眼下不必進一步深入和擴展,有些也許需要學生自己今后在工作中進行深入研究。要求學生了解的內容占考試內容不足5%。
一種單一的模式學生會覺得很枯燥,在教學中我會引用多種媒體教材:
1.文字教材為主要教學媒體 。
2.錄像教材為輔助媒體。按專題講授課程的重點、難點和期末復習指導。
3.條件許可時,可考慮部分或全部采用CAI課件教學,以改善教學環境。
三、模擬電子技術基礎
《模擬電子技術基礎》是電氣、自動化、電子、機電等各專業入門性質的課程,是實踐性很強的學科基礎課。課程的任務是使學生獲得電子技術方面的基本理論、基本知識和基本技能,培養學生分析問題和解決問題的能力。
通過本課程的學習,要求學生掌握模擬電子技術的基本概念、基本原理、放大電路的基本分析方法、基本實驗操作技能和實際電路的組裝;使學生具備應用電子技術的能力。為學習后續課程和電子技術在專業中的應用打好基礎。
由于本課程是電氣工程系各專業主干課程之一,所以應利用盡可能多的教學手段提高教學質量。理論教學和實驗實踐教學相結合。在教學方法上,采取課堂講授、課后自學、課堂討論等形式。在實驗實踐教學方面,隨著學科的建設和發展,逐漸增加實踐內容,相應減少一些理論驗證方面的實驗。
成績考核應以筆試閉卷為主,結合平時實驗實訓、作業成績、提問情況、出勤率進行綜合評定。
二、電子測量技術
本課程是應用電子專業的專業基礎課。通過本課程的學習,能使學生掌握常用的電子測量原理和方法,常用的典型電子測量儀器的原理、性能和使用,電子測量中誤差分析和處理的方法,以及電子測量儀器的發展動態,并培養學生分析與解決實際問題的能力,為深入學習后續課程和從事實際工作打下一定的基礎。
本課程應在學完“高等數學”、“普通物理”、“電路”、“模電”及“數電”課程之后進行。
作為本課程的深化與擴展,還可繼續學習“智能儀表”、“自動測試系統”等專業課程。
本課程的特點是以電子測量原理和方法為重點,兼顧典型電子測量儀器的原理、性能和使用;以講授實踐知識為主,兼顧理論知識的闡述。
關鍵詞:電路 仿真 項目
隨著電子技術的更新換代,企業對職業院校培養的電子類專業人才的要求也越來越高。對于許多中、高等職業院校來說,以往傳統的電子專業教學模式在教學理念、教學方法、教學手段等諸多方面已無法跟上企業的需要以及學生自身發展的需要。為此,學院電子專業教研室專業教師通過校企合作、頂崗實習等多種形式,與企業一線電子技術工程師開展聯合“攻關”,以NI Multisim11電路仿真應用為代表,更新教學理念,改進教學方法與教學手段,收到了良好的效果。學生不僅掌握了這款仿真軟件的許多實用技巧,并在學校、新余市以及江西省的各級電子類電子設計競賽中取得佳績,為學校贏得了榮譽,更為其今后就業打下了堅實的基礎。
一、課程內容
Multisim不僅是世界上使用最廣泛的電子教學軟件,而且還是專業電子設計自動化(EDA)市場上很受歡迎的一款工具。該軟件的專業功能可以很容易地處理更復雜的設計。對于基礎素質相對較差的職校生來說,選擇一款合適的仿真軟件對于其正確掌握學習內容至關重要。2010年1月,美國國家儀器公司推出了教育版、專業版的電路設計與仿真軟件。其中教育版最主要的功能在于通過從一個可編程邏輯器件(PLD)原理圖中導出原始VHDL語言,簡化數字電路教學;用教師要求的新的AC單頻分析指導動手電子實驗;與NI教學實驗室虛擬儀器套件(NI ELVIS)教學原型平臺結合,將仿真數據和實際測量關聯。因此,學院決定采用教育版的仿真軟件開展教學,既保留了傳統的學科理論體系,又以項目教學為核心,得到了師生的一致好評,學生的電子技能的“關鍵能力”取得了長足進步,受到了用人單位好評。
二、教學意義
職業院校電子類專業的課程建設一直是教學改革的重中之重,直接關系到學生今后能否在第一時間內適應企業崗位的要求。以往不少職業院校的電子專業教師的思想存在一個誤區,即職校生只要掌握簡單的動手操作能力即可,加之近年來職校生的生源素質越來越差,許多教師怕煩、怕累,不愿意引入電子行業的新技術、新內容。而學院在教學實踐中發現,開展Multisim11課程教學,不僅可以使學生融入學習氛圍,通過動手實踐鞏固理論知識,還可以提供易于使用的交互式電路教學和學習環境。該仿真軟件包含多種特性,能協助教師授課,能為學生提供交互式學習環境從而查看和研究各種電路;可以讓學生專注于理解電路概念,而不用為學習應用環境而煩惱,在軟件中,學生可以在線修改電路值,然后查看實時仿真結果,通過仿真讓學生探索“假設”情景可以鞏固他們在課堂或實驗室學到的知識;最后便于教師開展教學。這款軟件具有的教學特性簡化了電路理念和電子的教學,對軟件用戶界面以及現有的儀器和分析工具進行自定義設置,可以控制學生在電路中可以看見和使用的部分。這樣就給教師提供了許多強大的教學功能以及可以控制的概念引入方式,從而使軟件的復雜特性與學生的知識水平或課堂內容相匹配。
三、項目+任務
一、開展電子制作可以培養學生的學習興趣
充分激發學生的學習興趣是我們中等職業學校教師在教學中夢寐以求的事情。因為,大多數的中職學生,他們文化基礎較差。在小學、初中時,很多人就已經對文化課程的學習不感興趣。如果我們在專業課的教學中,還一味地重在文化基礎課及專業理論枯燥難懂的知識灌輸,這不僅使得老師教學舉步維艱,還會使學生學習的興趣也喪失殆盡。可見興趣對學生的學習有著神奇的內驅作用,能變無效為有效,化低效為高效。如何激發學生學習電子技術的興趣呢?我想在學生中開展電子小制作是不錯的選項。這對于現在本來就有點厭學的學生來說,理論性的知識他們大部分一開始就排斥。如果我們反其道而行之,從制作一個簡單的電子產品著手,例如制作一個閃光燈電路。學生們會在制作電子產品的過程中,明白能通過幾個簡單的元件搭建,就能實現某種功能的道理。我想,這對于有一定好奇心的學生來講,一定能讓他們產生興趣,至少一般的學生不會產生排斥心理。這樣,我們就有機會來引導他們弄清其工作原理。這就是良好開端,有了良好開端也就成功了一半。
二、開展電子制作可以培養學生的學習自信心
對于不是很愛學習而且基礎也不是很好的學生,我們要通過開展電子制作來增強他們能學好電子技術自信心。有了興趣,并不一定就能堅持下去。我們都知道,中職學生他們很多人都不自信,因為在過去的小學、初中的學習過程中,他們基本上很少得到老師和家長表揚的和肯定。導致他們做事的自信心嚴重不足。因為他們一旦打開這些難的電子產品的后蓋,看到密密麻麻的電阻、電容、晶體管、集成塊,會感到無從下手。這時最好的辦法是找一些簡易電路比如制作一個閃光燈電路、小功率的音頻放大器、聲光控制器等,這些電路制作容易,成功率極高,即便不明白其中道理,只要他們按照老師的引導,就會一個蘿卜一個坑地完成相關電路。當電路成功時,他們也會興奮不已。雖然感覺有點艱辛繁瑣,但苦中有樂。尤其是一旦大功告成,既可享受成功帶來的喜悅,又能不斷增強自信。這樣,有利于他們把電子技術堅持不懈地學下去。
三、開展電子制作可以培養學生的學習能力
1.培養學生的識圖能力在開展電子制作時,往往仔細閱讀文字和圖的內容,要認真研究電路,爭取看懂有關電路圖,尤其是對每一個元件的作用要有所了解。剛入門的人最感迷惑的是電路圖上符號的意義。因此,要反復查資料搞清楚,特別是對有極性的元件,要反復端詳,記住它的極性記號及外形特點。如果你能正確辨別有極性的電子元件,如三極管、電解電容、集成電路等等,那你也就掌握了電子技術中的一種基本技能。
2.培養學生的思考問題的能力電子技術博大精深,電子制作五花八門,要想真正弄懂弄通,絕不是一朝一夕的事情。但也不能因此而放棄。由于各種電路之間并不是孤立的,要想快速掌握這門技術,就得多思考、勤動手,積極創造條件,借助電烙鐵、萬用表等維修測量工具,多制作一些功能不同電路,多向行家請教,不斷積累經驗,做到觸類旁通、舉一反三,只有這樣才能練就扎實的基本功。
3.培養學生不斷學習理論的能力
關鍵詞:Saber Buck 仿真
中圖分類號:G43 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)10(a)-0195-02
《電力電子技術》是電氣類學生普遍反映比較難的一門課程,其原因主要在于:一方面電路拓撲結構較多且復雜;另一方面是由于器件工作狀態不斷變化,導致電路工作狀態較多,使得電路工作波形復雜,學生理解起來較為困難。課件的引入,再加上動畫演示,能夠幫助學生理解各工作狀態的波形,但是在教學過程中仍然顯得過于理論化,與實踐相脫節,很難達到理想的教學效果。引入仿真軟件教學后,教師可以在仿真中一邊搭建電路,一邊針對電路的構成進行講解,并對各項參數進行修改,仿真后讓學生觀察工作波形的變化情況,學生對各項參數設計的理解將更為深刻。同時,學生參與到仿真分析中,增加了教學的互動性,同時提高了學生學習的積極性[1]。
Saber是1987年由Analogy公司推出的一款仿真軟件,到現在已有二十多年的歷史[2]。它主要用于混合信號和混合技術領域的仿真驗證,主要分為三個部分:SaberGu
ide、SaberSketch和SaberScope。SaberSketch主要用于繪制電路圖,而SaberGuide用于仿真控制,仿真結果可在SaberScope查看。與其他仿真軟件相比,Saber具有以下特點:(1)器件庫豐富。它包含了各種元器件的理想模型,以及各大公司生產的常用芯片模型。(2)分析功能全面。它既包含了DC工作點分析、時域分析、頻域分析等基本分析功能,還包含溫度、參數靈敏度、蒙特卡諾、噪聲等各種高級分析功能。(3)數據處理能力強大。可以自由的對仿真結果數據進行各種分析和比較乃至運算。因此Saber仿真軟件在電力電子仿真中應用非常廣泛,將其與電力電子技術教學相結合,將更有助于加強學生對電路工作原理的理解。
1 采用Saber仿真軟件教學的必要性
直流變換電路與電力電子技術中其他變換電路相比,結構相對簡單,可以作為電力電子技術的入門教學部分。與在模擬電子技術中所學的線性電源不同,電力電子技術中的直流變換電路采用電力電子器件作為開關管使用,電路分為開關管開通和關斷兩種狀態,同時電路采用電感、電容作為濾波或者能量緩沖元件。多種工作狀態,以及元器件的多種功能,使得直流變換電路雖然較為簡單,但是對于學生來講,入門分析卻較為復雜。Buck變換器即降壓變換器,是直流變換電路中最簡單的一種,其電路中所用到的元器件在其他更為復雜的電路中也有相同的應用,因此Buck變換器是研究直流變換電路的基礎。采用Saber仿真軟件逐步對Buck電路結構進行推導,可以加強理解各元器件所起的作用,掌握分析其工作原理的方法,為相關電路的進一步分析打下基礎。
另外,在電力電子系統設計的過程中,將設計后的技術指標與數據搭建成仿真電路,由于和實際電路參數一致,其得出的仿真結果與實際電路運行結果基本一致,因此仿真軟件經常用來驗證設計是否正確,以避免重復實驗所造成的浪費,所以目前在電力電子行業中,無論是設計還是研發,都要用到仿真軟件進行輔助設計。從這方面考慮,在電力電子技術教學中加入仿真軟件的教學,可以加強學生理論和實踐相結合的能力,提高學生進入社會后的競爭力。
2 基于Saber的Buck電路結構推導
要實現直流降壓變換,最簡單的方式莫過于在電路中加入開關管,通過對開關管的周期性控制,來減少電源輸送到負載的能量,從而使輸出電壓的平均值降低[3]。仿真電路如圖1(a)所示,電源電壓為DC24V,開關管驅動波形周期為T=20μs,占空比D=0.5,即開關管每個周期導通時間ton=10μs。仿真結果如圖2(a)所示,顯然輸出電壓Vo的波形與驅動波形相似,為矩形波,其平均值為12V。這種矩形波雖然是直流電壓,但是含有大量的交流分量,不適合用于對電壓紋波要求較高的場合,因此為減小紋波必須加入濾波器。一般針對電壓紋波,可采用電容器進行濾波。我們在仿真電路中的負載上并上470μF的電容,如圖1(b)所示,仿真后的波形如圖2(b)所示,顯然輸出電壓的交流分量被濾除,只剩下直流分量,近似于恒定的直流電壓,其大小為原波形的平均值Vo=DVin=12V。但是,由于輸入電壓與輸出電壓不相等,開關管的通斷必然引起電容上電壓的突變,導致電容產生很大的充放電流,引起電流尖峰。由仿真結果可以看出,開關管上的電流尖峰為輸出電流的5倍以上,很容易導致開關管的損壞。為了抑制電流尖峰,保護開關管,可以考慮在電路中串入能夠抑制電流變化的電感元件。我們在仿真電路的開關管上串入100μH的電感,如圖1(c)所示。仿真后的波形如圖2(c)所示,可以看出電路中的電流尖峰減小到了開關管可承受的范圍。但這樣,電路是否就能正常工作了呢,我們觀察開關管DS兩端的電壓可以發現,它大大超過了開關管的耐壓值。其原因是串入電感后,由于開關管的通斷,造成流過電感的電流突變,電感的感應電壓與輸入電壓相疊加后加在開關管DS兩端,造成電壓尖峰,開關管瞬間擊穿損壞。然而此時不能再并入電容對電壓尖峰進行抑制,否則會循環產生電流尖峰,因此在開關管關斷時,必須為電感電流提供續流路徑,而在開關管開通時此路徑必須關斷,即該路徑必須具有單向導電性,由此,我們可以選擇并入二極管,并且方向為陰極朝上。修改后的仿真電路如圖1(d)所示,這就是Buck變換器完整的電路結構。電路的工作波形如圖2(d)所示,電路正常工作。通過以上的分析可以得出主要元器件的作用。
開關管主要用來控制能量的輸送,開關管在一個周期內開通時間越長,負載得到的能量越多,輸出電壓越高,反之則輸出電壓越低。
電容主要用于濾波,保證輸出電壓的平穩。
電感用于緩沖能量,抑制電容產生的電流尖峰。
二極管為電感電流提供續流通路。
另外,若需進一步抑制開關管和二極管上的電壓尖峰,可以繼續引入RCD緩沖電路的教學。
以上的仿真實例可以清楚的演示出Buck電路的推導過程,通過對工作波形的分析,逐步加入所需的元器件,有效的加強了學生對各元器件功能以及電路工作原理的理解。
3 結語
通過教學實踐,我們可以發現,在電力電子技術教學過程中采用Saber仿真軟件,對電路結構進行逐步推導,能夠使分析過程更為直觀,其工作波形的變化使各元器件的作用一目了然,教學過程更為形象有趣,學生的學習和參與的積極性被充分調動起來,在學習的過程中學生也能主動設計電路,加強了理論和實踐相結合的能力,為以后的學習和工作打下堅實的基礎。
參考文獻
[1] 王紅梅,黃華飛,唐春霞.Saber仿真在電力電子教學中的應用[J].裝備制造技術,2007(1):80-82.