導(dǎo)語：如何才能寫好一篇電路原理圖設(shè)計要點，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞：任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法；PROTEL DXP 2004；編輯器；任務(wù)設(shè)計

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）33-7525-03

《電子線路CAD》以講授Protel軟件為主體，Protel DXP 2004有“集成庫”，使用時較Protel99 se操作方便， Altium Desiger 占用內(nèi)存大，對硬件要求較高，因此Protel DXP 2004被廣泛應(yīng)用。本課程是高職高專電子信息類必修課，其特點是綜合性強(qiáng)、實踐性強(qiáng)，內(nèi)容多、比較瑣碎。若按教材進(jìn)行系統(tǒng)的講授，教學(xué)過程顯得雜亂松散，缺乏邏輯性[1]，學(xué)生會感到枯燥無味，達(dá)不到預(yù)期的好的教學(xué)效果。

為了取得好的教學(xué)效果，將教材內(nèi)容化繁為易，要求學(xué)生主要重點熟練掌握“電路原理圖設(shè)計、原理圖電氣符號設(shè)計、電路板設(shè)計、器件封裝設(shè)計”四個編輯器的流程和知識要點。采用“任務(wù)驅(qū)動”、“教學(xué)做”一體化的教學(xué)方式，將課程的教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容、知識、技能和能力通過完成具體的任務(wù)融合到教學(xué)過程中，設(shè)置任務(wù)時堅持“全面性、適宜性、漸進(jìn)性、實用性”等原則。

在實施教學(xué)過程中，每個編輯器安排3～5個任務(wù)，每個任務(wù)的側(cè)重點不同，“邊講邊練”，讓學(xué)生在“做中學(xué)”、“學(xué)中做”，在反復(fù)練習(xí)中構(gòu)建知識、獲得技能。教師做示范引導(dǎo)，強(qiáng)調(diào)容易出錯的地方，引起學(xué)生高度注意，避免走彎路，學(xué)生學(xué)著輕松，學(xué)習(xí)積極性提高了，技能也提高了，取得了好的教學(xué)效果。具體做法如下：

電路原理圖設(shè)計是PCB設(shè)計的第一步，對原理圖設(shè)計的基本要求是“準(zhǔn)確無誤”、 “美觀大方” [2]。

1.1 電路原理圖設(shè)計流程

電路原理圖設(shè)計流程為：創(chuàng)建PCB項目文件——啟動Protel DXP 2004原理圖設(shè)計編輯器——環(huán)境設(shè)置——加載庫文件放置元器件——布局、布線——編譯、保存、生成報表和原理圖輸出。

1.2.1 繪制單級放大電路

電路中器件都在Miscellaneous Devices.IntLib和Miscellaneous Connectors.IntLib兩個庫中，不需加載。重點掌握元器件設(shè)置、環(huán)境設(shè)置、連接方法、網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號放置方法、電氣規(guī)則檢查、各種報表生成方法等知識和技能。

1.2.2 含有多套號器件的三人表決器電路設(shè)計

多套號器件的放置方法是繪制原理圖難點、重點，也是考點。重點掌握查找元器件、加載元器件庫、多套號器件的放置方法等知識和技能。

1.2.3 含有總線形式的單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計

重點掌握繪制總線形式電路方法、復(fù)制粘貼陣列操作等知識和技能。

1.2.4 層次電路設(shè)計

重點掌握繪制“由下而上”、“由上而下”層次電路形式等知識和技能，把前面三個任務(wù)，都可設(shè)計成層次電路，以小見大。

1.3 容易出錯的地方

一是導(dǎo)線繪制問題，誤用直線（line）當(dāng)導(dǎo)線（wire）用，導(dǎo)線導(dǎo)電，直線不導(dǎo)電；二是網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號問題，誤用字符串當(dāng)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號，字符串不導(dǎo)電，網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號要放在導(dǎo)線上才導(dǎo)電；三是元器件序號問題，一個項目中序號絕對唯一。

學(xué)習(xí)此內(nèi)容，主要因為：科技發(fā)展出現(xiàn)了新器件，軟件更新不及時；符號圖形大，占內(nèi)存多，軟件沒有收錄；軟件有電氣符號，但為了提高電路的可讀性，需要將有些器件引腳相對位置重新排列等。

2.1 元件電氣符號創(chuàng)建方法

元件電氣符號主要由圖形和引腳組成，其創(chuàng)建方法主要有兩種，即手工創(chuàng)建和利用原有的進(jìn)行修改創(chuàng)建。

2.1.1 手工創(chuàng)建法知識要點

啟動原理圖庫文件并同時啟動元件電氣符號編輯器；繪制圖形；放置引腳、并設(shè)置其屬性；重新命名并保存。

2.1.2 修改法創(chuàng)建知識要點

啟動原理圖庫文件并同時啟動元件電氣符號編輯器；執(zhí)行[文件] ＼[打開]＼[ 選中安裝路徑下庫文件]＼[抽取源]；雙擊Miscellaneous Devices.Schlib，點擊SCH library；執(zhí)行 [編輯]＼[復(fù)制]；點擊Projects ＼ Schlib.Schlib，執(zhí)行[編輯] ＼[粘貼]；修改參數(shù)為用戶所需。

2.2.1 手工創(chuàng)建法任務(wù)

有正負(fù)極性的MIC電氣符號，軟件中雖有MIC符號，但無正負(fù)極性之分，給初學(xué)電子技術(shù)者帶來誤導(dǎo)。掌握手工繪制圖形、放置引腳、設(shè)置引腳屬性創(chuàng)建電氣符號等知識和技能。

555電氣符號，若用軟件自帶555符號構(gòu)成多諧振蕩器等電路，可讀性差。重點掌握有“非號”的引腳繪制方法等知識和技能。

2.2.2 修改法創(chuàng)建任務(wù)

含多套號器件設(shè)計繪制是難點，是重點，也是考點。要求重點掌握多套號器件的子部件設(shè)計繪制方法、電源、地引腳處理方法等知識和技能。

2.2.3 引腳開關(guān)符號，軟件自帶2引腳開關(guān)符號，無4引腳的開關(guān)符號，但市場上現(xiàn)在只賣4引腳的。

2.3 注意事項

1）放置引腳時，具有電氣連接關(guān)系“X”的一端必須放在相對于元件圖形的外側(cè)。

2）元器件電氣符號屬性中默認(rèn)值“XX？”容易忘記設(shè)置。

3）注意庫文件與元器件電氣符號關(guān)系、各自重新名命方法。

4）不忘給新設(shè)計的器件符號加載合適的封裝，否則日后做PCB調(diào)用時會丟失此器件。

學(xué)習(xí)原因：市場上有新器件出現(xiàn)；原有器件有了新的封裝；封裝圖形大，占內(nèi)存多；業(yè)余條件下制作PCB板，有些分離元件焊盤大小、間距不合適，需重新設(shè)計其封裝等。

3.1 元件封裝創(chuàng)建方法

元件封裝主要由圖形和焊盤組成，創(chuàng)建方法有手工創(chuàng)建和利用向?qū)?chuàng)建兩種。

3.1.1 手工創(chuàng)建法知識要點

啟動元件封裝庫文件并同時啟動元件封裝編輯器；切換到頂層絲印層、繪制元件圖形；放置焊盤、并設(shè)置其屬性；設(shè)置元件封裝參考點；重新命名并保存。

3.1.2 利用向?qū)?chuàng)建法

關(guān)鍵弄清楚每個提示的含義，根據(jù)向?qū)崾?，修改其參?shù)即可。

3.2.1 利用手工創(chuàng)建元件封裝任務(wù)

設(shè)計四引腳開關(guān)、圓形硅橋、中頻變壓器、繼電器等封裝，是原因軟件中無封裝而且這四個封裝為學(xué)習(xí)第四個編輯器奠定基礎(chǔ)。重點掌握手工繪制外形輪廓、放置焊盤、設(shè)置焊盤屬性、設(shè)置參考點等知識和技能。

3.2.2 利用向?qū)?chuàng)建元件封裝任務(wù)

要求重點掌握利用軟件提供向?qū)?，?chuàng)建有極性MIC封裝、集成電路封裝等知識和技能。

3.3 注意事項

1）封裝外形輪廓與實物大小應(yīng)一致，焊盤間距至少與實物引腳間距離相等。

2）器件引腳序號與封裝焊盤序號應(yīng)對應(yīng)。

3）元件封裝參考點應(yīng)設(shè)置。

學(xué)習(xí)本軟件最終目的是設(shè)計PCB圖形，設(shè)計PCB一定要正確。

PCB設(shè)計編輯器流程為：創(chuàng)建PCB項目文件——繪制原理圖——啟動PCB編輯器——規(guī)劃電路板——環(huán)境設(shè)置——加載網(wǎng)絡(luò)表和元器件封裝——布局、布線——DRC、保存、輸出。

4.2.1 單級放大器單面PCB圖形設(shè)計與制作

要求重點掌握單面PCB圖形設(shè)計、布局、手工布線、覆銅、業(yè)余條件下熱轉(zhuǎn)印法制作PCB方法，更改分離元件焊盤間距，用“查找相似對象”方法，更改分離元件焊盤大小等知識和技能。

4.2.2 聲光控開關(guān)和超外差收音機(jī)單面PCB圖形設(shè)計與制作

鞏固設(shè)計電氣符號及封裝方法，鞏固單面PCB圖形設(shè)計方法、單面PCB制作方法，掌握行業(yè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。

4.2.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)雙面PCB圖形設(shè)計

重點掌握雙面PCB元器件的放置、自動布局和手工布局、自動布線和手工布線、覆銅方法，掌握行業(yè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，鞏固設(shè)計電氣符號及其封裝。

說明：任務(wù)2、任務(wù)3，采用分組討論，教師提供市面上幾個版本的PCB樣品，討論每個版本有什么不足，有什么地方可取，確定最佳PCB圖形設(shè)計，從中培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊意識和協(xié)作精神。

4.3 注意事項

1）過孔宜放在銅膜線端頭，不要放在中間。

2）IC退耦電容盡可能緊靠芯片電源引腳。

3）時鐘電路元件可能緊靠芯片的時鐘引腳。

4）大面積覆銅時，不能形成環(huán)路。

5）雙面布線，底層信號和頂層信號布線方向盡可能垂直。

6）繪制PCB邊界用 [放置] ＼ [直線]，繪制銅膜線用[放置] ＼ [交互線] 。

5 結(jié)束語

將《電子線路CAD》分為四個編輯器進(jìn)行教學(xué)，通過任務(wù)驅(qū)動法，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程發(fā)現(xiàn)、思考和解決問題，變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)，使學(xué)生熟悉了PCB設(shè)計的工作流程，掌握了電路原理圖繪制、PCB設(shè)計技能和技巧，實際工作能力提高了，為將來從業(yè)打下堅實基礎(chǔ)，取得了好的教學(xué)效果。但是PCB的設(shè)計對電子產(chǎn)品質(zhì)量影響較大，好的設(shè)計需要一個經(jīng)驗積累的過程，尤其是在布局、布線和電磁兼容性等幾個方面的設(shè)計上[3]。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李珍，李瑩.Protel DXP 2004的教學(xué)探討[J].電腦知識與技術(shù)，2011（3） ：1841.

篇2

約定：一個完整的電路圖應(yīng)由電源、控制電路和測量電路三部分組成，由于本文旨在闡述電阻測量方法的原理，所以大部分電路圖只給出了測量電路部分。

1 使用多用電表直接測量

多用電表的使用是高考考試說明明確要求的一個分組實驗，其中歐姆檔的使用方法是考查的重點。這種方法對電阻的測量是粗略的。具體的使用方法見教材。

2 替代法

這是一種原理非常簡單的測量方法，原理圖如圖1所示：

這種方法使用的關(guān)鍵器材是單刀雙擲開關(guān)、電阻箱和一個電表。當(dāng)單刀雙擲開關(guān)分?jǐn)SRX和R兩個支路時，調(diào)節(jié)控制電路，使電表示數(shù)相同，即可從電阻箱讀出RX的值。這種方法的測量誤差會受到電阻箱的精度影響。

3 電橋法

這種方法是大學(xué)普通物理中介紹的方法，但用中學(xué)的知識已經(jīng)完全可以理解了，原理圖見圖2：

這種電路稱為電橋電路，靈敏電流計所在的支路叫“橋”。當(dāng)R1∶RX=R2∶R3時，a、b兩點的電勢相等，此時靈敏電流計示數(shù)為0，這種狀態(tài)叫電橋平衡。實驗時，反復(fù)調(diào)節(jié)三個電阻箱，使電橋處于平衡狀態(tài)，讀出三個電阻箱的阻值即可算出RX的值。

4 伏安法

狹義的伏安法是指教材上利用伏特表和安培表測量RX的電壓和電流，用R=U/I計算RX電阻的方法。廣義的伏安法是指利用R=U/I，我們只要在實驗中得到RX的電壓（不一定是用一個伏特表測量）和電流（不一定是用一個安培表測量），便可計算出RX的值的方法。

4.1 狹義的伏安法：

這種方法是教材講述的基本方法，原理圖見圖3，分為內(nèi)接法和外接法兩種。這種方法簡單有效，但如果電表內(nèi)阻未知，就一定有系統(tǒng)誤差。為減小系統(tǒng)誤差就需要在兩種接法中進(jìn)行選擇，詳見教材。

4.2 伏伏法：這種方法是指使用兩個伏特表測量電阻，原理圖如圖4：

這種方法的實質(zhì)就是將其中的一個伏特表當(dāng)成電流表使用。設(shè)兩個伏特表的示數(shù)分別為U1、U2，甲圖必須知道V2表的內(nèi)阻RV2，則RX可表示為

乙圖必須知道兩個伏特表的內(nèi)阻RV1、RV2，則RX可表示為

使用乙圖時應(yīng)根據(jù)題目所給兩表的參數(shù)決定兩表的位置。

4.3 安安法：

這種方法是指使用兩個安培表測量電阻，原理圖如圖5：

這種方法的實質(zhì)就是將其中的一個安培表當(dāng)成伏特表使用。設(shè)兩個安培表的示數(shù)分別為I1、I2，甲圖必須知道兩表的內(nèi)阻RA1、RA2，則RX可表示為

乙圖只須知道A1表的內(nèi)阻RA1，則RX可表示為

用安安法測量電阻，一般題目所給的A1表量程是不合適的，往往偏小，這時可給A1表串聯(lián)一個已知的定值電阻（或電阻箱），將它改裝成一個伏特表。如圖6：

RX的表達(dá)式大家可嘗試自己給出。

5 電表內(nèi)阻的測量

由于電表本身可以讀出一個電學(xué)參量（電流或電壓），因此電表內(nèi)阻的測量有其自身的特點。常見的方法有半偏法和伏安法兩種。

5.1 半偏法：這是教材上電表改裝分組實驗中使用的一種方法，原理圖如圖7：

甲圖用于測量G表的內(nèi)阻（內(nèi)阻小），操作方法是：閉合S1，調(diào)節(jié)R1，使G表滿偏；保持R1不變，閉合S2，調(diào)節(jié)R2，使G表半偏，則R2的讀數(shù)就作為G表的內(nèi)阻。本實驗的要點是R1、E盡量用大些，保證在S2閉合后，電路中總電流基本不變（故這種方法稱為恒流半偏法）。但由于S2閉合后，電路總電阻減小，總電流實際上是變大了，所以測量結(jié)果是偏小的。

乙圖用于測量V表的內(nèi)阻（內(nèi)阻大），操作方法是：閉合S1、S2，調(diào)節(jié)R1，使V表滿偏；保持R1不變，斷開S2，調(diào)節(jié)R2，使V表半偏，則R2的讀數(shù)就作為V表的內(nèi)阻。本實驗的要點是R1盡量用小些，保證在S2斷開后，電路中aP間的電壓基本不變（故這種方法稱為恒壓半偏法）。但由于S2斷開后，aP間總電阻增大，aP間的電壓實際上是變大了，所以測量結(jié)果是偏大的。

5.2 伏安法：

（1）電壓表內(nèi)阻的測量：

由于電壓表可以讀出自身的電壓，所以只須測出它的電流就可計算出內(nèi)阻。原理圖如圖8：

直接將一個安培表與之串聯(lián)（甲圖），兩表示數(shù)分別為U、I，則電壓表內(nèi)阻R《》V=U/I 。不過安培表的在這種情況下使用，其量程往往過大，通常給V表并聯(lián)一個已知的小電阻分流來解決（乙圖），此時RV=U/（I-IR），其中IR=U/R。

（2）電流表內(nèi)阻的測量：

由于電流表可以讀出自身的電流，所以只須測出它的電壓就可計算出內(nèi)阻。原理圖如圖9：

篇3

【關(guān)鍵詞】PCB設(shè)計 布局原則 布線原則 布局布線要點

布局是PCB 設(shè)計中很關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，布局的好壞會直接影響到產(chǎn)品性能的好壞，設(shè)計的時間等；同樣布線也是整個PCB設(shè)計中最重要的工序，這將直接影響著PCB板的性能好壞。

1 布局原則

（1）遵照“先固后移，先大后小，先難后易”的原則，即有固定位置，重要的單元電路，核心元器件應(yīng)當(dāng)優(yōu)先布局。對安裝孔，接插件等需要定位的器件，賦予其不可移動的屬性，對其進(jìn)行尺寸標(biāo)注。

（2） 溫度敏感元件應(yīng)遠(yuǎn)離發(fā)熱元件；高熱器件應(yīng)考慮放于出風(fēng)口或利于對流的位置，較高的元件應(yīng)放于出風(fēng)口，且不阻擋風(fēng)道；散熱器的放置應(yīng)考慮利于對流。

（3） 去耦元件應(yīng)在電源輸入端就近放置。RF 芯片對電源的噪聲非常敏感，通常每個芯片都要用幾個電容和隔離電感來確保濾除所有的電源澡聲，要求其濾波器件就近擺放，保證電源進(jìn)去前有良好的濾波，否則噪聲將輻射到整塊單板上。

（4）參考原理圖，根據(jù)重要（關(guān)鍵）信號流向安排主要元器件的布局。

（5）布局應(yīng)盡量滿足以下要求：總的連線盡可能短，關(guān)鍵信號線最短，過孔盡可能少；高電壓，大電流信號與低電壓，小電流弱信號完全分開；模擬與數(shù)字信號分開；高頻與低頻信號分開；高頻元件的間隔要充分。

（6）晶振必須放在離芯片最近的地方，但不要放在靠近板邊的地方。

（7）電感或磁珠不能并行靠在一起，這樣將形成一個空芯變壓器，相互感應(yīng)產(chǎn)生干擾信號。它們之間的距離至少要大于其中一個器件的高度，或采取直角排列以將其互感減到最小。

（8）分壓電路、差分電路、相同結(jié)構(gòu)的電路部分等盡量采用對稱式布局，相同電源的電路器件盡量擺放在一起。

（9）在滿足電器性能的前提下按照均勻分布，重心平衡，美觀整齊的標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化布局。

2 布線原則

（1）關(guān)鍵信號優(yōu)先：射頻，高速信號，時鐘信號和同步信號等關(guān)鍵信號優(yōu)先布線。

（2）密度優(yōu)先原則：從單板上連接關(guān)系最復(fù)雜的器件著手布線，從單板上密度最密集的區(qū)域開始布線。

（3）地線（信號）回路規(guī)則：即環(huán)路最小原則，要求信號線及其回路構(gòu)成的環(huán)面積要盡可能小。環(huán)面積越小，對外的輻射就越少，接收外界的干擾也越小。

（4）走線的開環(huán)檢查規(guī)則：一般不允許出現(xiàn)一端浮空的布線，主要是為了避免產(chǎn)生“天線效應(yīng)”，減少不必要的輻射干擾和接收，否則可能帶來不可預(yù)測的結(jié)果。

（5）阻抗匹配檢查規(guī)則：同一網(wǎng)絡(luò)的布線寬度應(yīng)保持一致，線寬的變化會導(dǎo)致線路特性阻抗的不均勻，從而在傳輸速度較高時產(chǎn)生信號反射，在設(shè)計中應(yīng)盡量避免這種情況。

（6）電源層和地層的完整性規(guī)則：對于導(dǎo)通孔密集的區(qū)域，要注意避免導(dǎo)通孔在電源和地層的挖空區(qū)域相互隱形連接，形成對平面層的實際分割，從而破壞平面層的完整性，進(jìn)而導(dǎo)致信號在地層的回路面積增大。

（7）不同層的電源層在空間上要避免互相重疊，主要是為了減少不同電源時間的干擾，特別是一些電壓相差很大的電源之間，難以避免時要考慮中間隔地層。

3 布局布線要點

3.1 濾波電路PCB走線方式

（1）旁路瓷片電容器的電容不能太大，而它的寄生串聯(lián)電感應(yīng)盡量小，多個電容器并聯(lián)能改善電容的高頻阻抗特性。

在一個PCB上輸入電源（Vin）至負(fù)載（RL）的不同走線方式。為了降低濾波電容器（C）的ESL，其引線長度應(yīng)盡量減短；而Vin正極至RL和Vin負(fù)極至RL的走線應(yīng)盡量靠近，如圖1。

（2）電感的寄生并聯(lián)電容應(yīng)盡量小，電感引腳焊盤之間的距離越遠(yuǎn)越好。

在一個PCB上Vin通過L至負(fù)載（RL）的不同走線方式。為了降低電感的CP，電感的二個引腳應(yīng)盡量遠(yuǎn)離。而Vin正極至RL和Vin負(fù)極至RL的走線應(yīng)盡量靠近，如圖2。

3.2 高頻環(huán)路的面積應(yīng)盡可能減小

為了減小高頻環(huán)路產(chǎn)生的電磁波噪音，該環(huán)路的面積應(yīng)該控制得非常小。高頻電流環(huán)路面積過大，就會在環(huán)路的內(nèi)部和外部產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁干擾。同樣的高頻電流，當(dāng)環(huán)路面積設(shè)計得非常小時，環(huán)路內(nèi)部和外部電磁場互相抵消，整個電路會變得非常安靜，如圖3所示。

3.3 過孔放置不應(yīng)破壞高頻電流在地層上的流經(jīng)

如圖4所示，在多層PCB上放置過孔時，必須避免在高頻電流返回路徑上放置過多過孔。否則，地層上高頻電流走線會遭到破壞。如果必須在高頻電流路徑上放置一些過孔的話，過孔之間可以留出一些空間讓高頻電流順利通過。

3.4 不同焊盤的形狀會產(chǎn)生不同的串聯(lián)電感

圖5顯示了幾種焊盤形狀的串聯(lián)電感值。

3.5 旁路電容的放置

旁路電容的放置也要考慮到它的串聯(lián)電感值。旁路電容必須是低阻抗和低ESL的瓷片電容。但如果一個高品質(zhì)瓷片電容在PCB上放置的方式不對，它的高頻濾波功能也就消失了。圖6顯示了旁路電容正確和錯誤的放置方式。

3.5 電源直流輸出

許多開關(guān)電源的負(fù)載遠(yuǎn)離電源的輸出端口。為了避免輸出走線受電源自身或周邊電子器件所產(chǎn)生的電磁干擾，輸出電源走線必須靠得很近，使輸出電流環(huán)路的面積盡可能減小，如圖7。

4 結(jié)論

綜上所述，由于我國電子設(shè)備行業(yè)的不斷發(fā)展，我們面臨日益激烈的市場競爭，在激烈的競爭中，我們就需要提高產(chǎn)品的品質(zhì)，走精品化的道路，所以PCB的設(shè)計工作已經(jīng)成為我們無法忽視的環(huán)節(jié)。以上是筆者在多年P(guān)CB設(shè)計工作中總結(jié)的一些經(jīng)驗、心得，希望能給大家?guī)韼椭?/p>

（通訊作者：陳泉梅）

參考文獻(xiàn)

[1]王國舜.論PCB設(shè)計的常見問題[J].機(jī)械設(shè)計，2011（08）.

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[4]劉文廣，吳凡.基于APDL的PCB元件布局優(yōu)化[J].電子工藝技術(shù)，2009.

作者單位

1.南瑞集團(tuán)（國網(wǎng)電力科學(xué)研究院） 江蘇省南京市 210000

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一、學(xué)生動手動腦能力的培養(yǎng)

1.在專業(yè)教學(xué)中，要特別注意學(xué)生動手能力的培養(yǎng)。例如，在講授疊加定理前，先讓學(xué)生組裝一個簡單的使用兩節(jié)電池的手電筒電路，明確完成計算電路消耗電能的任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)線性電路的這種疊加性存在的教學(xué)過程，然后推而廣之，要求學(xué)生記錄下數(shù)據(jù)。

2.充分發(fā)揮實物認(rèn)知的作用。中職學(xué)校的電子技術(shù)專業(yè)是技能應(yīng)用性的專業(yè)，主要涉及電子元件和各種電路。例如，在電子技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)中，要加強(qiáng)直觀教學(xué)，采用實物教學(xué)手段，在實訓(xùn)臺上讓學(xué)生多看電路元件，讓學(xué)生記下型號。這樣，不但可以使學(xué)生初步認(rèn)識元器件的外型、型號，了解元器件的應(yīng)用情況，也使學(xué)生學(xué)得輕松愉快。

3.利用現(xiàn)代教育手段，提高學(xué)生的認(rèn)知能力。在電子技術(shù)專業(yè)中，傳感器原理及應(yīng)用是一門研究非電量轉(zhuǎn)化成電量以及測量系統(tǒng)的專業(yè)課程，是一門抽象的學(xué)科。在教學(xué)中，往往有許多情況難以用語言形容或是現(xiàn)實展現(xiàn)， 實驗又無法進(jìn)行，要學(xué)生理解就比較困難了。所以，我們就可以運用多媒體課件進(jìn)行仿真演示，以便幫助學(xué)生擺脫認(rèn)知障礙。例如：壓電傳感器中的壓電效應(yīng)，也就是說：某些電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力的作用而變形時，其內(nèi)部會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在它的兩個相對表面上出現(xiàn)正負(fù)相反的電荷。當(dāng)外力去掉后，它又會恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。我們用多媒體軟件制作動畫效果， 將整個過程通過仿真方法完成， 這樣不僅將抽象的東西具體化了，學(xué)生也易于接受，更重要的是提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和積極性。

二、基于“行動導(dǎo)向”的實訓(xùn)教學(xué)方案設(shè)計

“行動導(dǎo)向”的教學(xué)法是將認(rèn)知過程與職業(yè)活動結(jié)合在一起，強(qiáng)調(diào)“為了行動而學(xué)習(xí)”和“通過行動來學(xué)習(xí)”，讓學(xué)生通過“獨立地獲取信息、獨立地制定計劃、獨立地實施計劃、獨立地評估計劃”，在自己“動手”的實踐中，掌握職業(yè)技能、習(xí)得專業(yè)知識，從而構(gòu)建屬于自己的經(jīng)驗和知識體系。實踐證明，“行動導(dǎo)向”教學(xué)更注重實訓(xùn)過程的引導(dǎo)和評價，有助于調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性、積極性，變被動接收為主動探索，可以使學(xué)生更有效地形成必要的職業(yè)能力。“行動導(dǎo)向”教學(xué)法的應(yīng)用要與當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)實踐相聯(lián)系，到用人企業(yè)實地調(diào)研，了解用人單位的能力需求，最好能將企業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程導(dǎo)入教學(xué)實際，制定不同的教學(xué)任務(wù)和學(xué)習(xí)領(lǐng)域以代表不同的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，使學(xué)生在實踐學(xué)習(xí)中達(dá)到企業(yè)的能力要求。

行動導(dǎo)向教學(xué)法的教學(xué)環(huán)節(jié)主要是布置項目書，項目書的結(jié)構(gòu)包括主標(biāo)題、實訓(xùn)材料和工具、實訓(xùn)過程等。教師應(yīng)根據(jù)本課程的特點及能力構(gòu)成，打破傳統(tǒng)學(xué)科體系的教學(xué)設(shè)計，將課程劃分為由任務(wù)組成的結(jié)構(gòu)模塊，以行為任務(wù)的方式組織教學(xué)。如《電子產(chǎn)品裝接與調(diào)試》課程，根據(jù)該課程涉及的能力構(gòu)成，在制訂任務(wù)時將其劃分為幾大任務(wù)：元件選擇和測量；識圖；焊接；檢測電路；安裝。在項目結(jié)構(gòu)確定后，再針對每一項目的不同特點將其分解為多個具體的子任務(wù)。如實施“萬用表組裝與調(diào)試”項目時，項目書的設(shè)計大致分為六個子任務(wù)： 1、篩選電阻、電容、二極管和三極管；測量元件；3、讀原理圖，掌握元件排布；4、焊接元件；5、檢測電路；6、安裝產(chǎn)品。

同時，實訓(xùn)教學(xué)要注重過程的管理。教師的角色當(dāng)然是注重對學(xué)生的引導(dǎo)。在學(xué)生的實訓(xùn)過程中，教師要不斷給出反饋意見和啟發(fā)，要求學(xué)生自己了解錯誤的原因，尋找解決問題的途徑，這對于學(xué)生提高獨立發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力尤為重要，長期便會使學(xué)生形成知識的遷移和能力的成長。對于基礎(chǔ)較好的學(xué)生來說，如此培養(yǎng)其高層次的創(chuàng)新思維也是很有幫助的。

三、實訓(xùn)教學(xué)的考核

實訓(xùn)教學(xué)的考核是以技能考核為核心，也是促進(jìn)學(xué)生掌握實踐技能、提高就業(yè)競爭力的重要手段。技能考核的結(jié)果是實訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量的客觀反映，所以技能考核一定要有同樣客觀的考核等級、內(nèi)容、要求、標(biāo)準(zhǔn)等。技能考核方案中，一定要結(jié)合國家中級職業(yè)資格證書的標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)當(dāng)?shù)仄髽I(yè)對人才的技能需求情況，確定考核內(nèi)容。同時，要選擇好符合規(guī)范和要求的考核工具和儀器儀表，確定考核的實施方案。根據(jù)考核內(nèi)容，確定每個任務(wù)的考核要點、時間分配以及得分比例。以電子產(chǎn)品維修技能考核評價方法為例，考核內(nèi)容一般包括三大部分：第一，彩屏手機(jī)的故障檢修；第二，儀器儀表的使用以及測量；第三，根據(jù)原理圖畫PCB圖。

1、故障檢測。根據(jù)本專業(yè)中級工的國家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)生要掌握小型電子產(chǎn)品的故障分析、診斷、維修、調(diào)試等技能。因此，可以選擇彩屏手機(jī)作為考核設(shè)備，否則技術(shù)含量將達(dá)不到中級工的技能要求。手機(jī)的故障分析、診斷、維修、調(diào)試是本專業(yè)的核心技能，需重點考核，要求學(xué)生完成故障的檢修及對應(yīng)的故障檢修報告，檢修報告內(nèi)容應(yīng)包括：故障現(xiàn)象、分析判斷、檢測方法及數(shù)據(jù)、排除方法及注意事項。這部分的分值比例為70%。

2、儀器儀表得使用與測量。對于儀器儀表的使用和測量考核，我們可以要求學(xué)生寫出故障檢測和維修過程中使用儀器儀表的情況。要求學(xué)生在15分鐘內(nèi)完成，所占分值比例為10%。

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關(guān)鍵詞：電容；傳感器；轉(zhuǎn)換；測量

在生產(chǎn)科研活動中，經(jīng)常要對溫度、壓力等非電量進(jìn)行測量，使得現(xiàn)代傳感器技術(shù)有了飛速的發(fā)展。電容式傳感器的檢測元件可將被測非電量變換為電容量，然后通過對電容值的測量得到相應(yīng)的非電量的值。由此可見對電容值進(jìn)行測量是有實際意義的。在數(shù)字化測量技術(shù)中，為實現(xiàn)對電容所測值進(jìn)行數(shù)字顯示，通常是將被測電容Cx先轉(zhuǎn)換成與其成正比的直流電壓信號（稱C/U轉(zhuǎn)換）或時間信號（稱C/t轉(zhuǎn)換）。這里介紹一些具體的轉(zhuǎn)換方法，并詳細(xì)討論一個典型的C/U轉(zhuǎn)換電路。

1、測量電容的幾種轉(zhuǎn)換方法

⑴ 充電法測電容

圖1是這種方法的原理圖。集成運放反向輸入端所加的基準(zhǔn)電壓Ur經(jīng)電阻R對被測電容Cx進(jìn)行充電，當(dāng)輸出電壓Uo達(dá)到預(yù)先設(shè)定的額定值時就停止充電。在Ur和R為定值的情況下，顯然充電時間t的長短與Cx成正比。由圖1可寫出其關(guān)系式：

只要測出時間t的大小，就可得知Cx的值。利用這種C/t的轉(zhuǎn)換方法測電容，其可測范圍為10μf-999.9μf。

⑵ 充放電法測電容

圖2是這種方法的原理圖之一，它由窗口比較器對電容的充放電進(jìn)行控制?；鶞?zhǔn)Ur先對Cx進(jìn)行充電，當(dāng)兩端電壓達(dá)到額定值時就對地放電，當(dāng)電容兩端電壓降低到一個額定值時再次充電。Cx如此反復(fù)的充放電，就形成一個周期為T的震蕩電壓波形，T值與Cx成正比，因此通過測量時間T的大小就可得知Cx的值。這種通過C/t轉(zhuǎn)換測量電容若配上單片機(jī)電容量的分辯率可達(dá)（0.5-1）×10-3乘以電容滿度值，可測范圍為0-200μF。

和上述方法相似的另一種測量方式是稱為換向式的測量法，它也是先充電后放電，但放電到-Ur為止通過測量放電的持續(xù)時間Td得知Cx的大小，這種方法的優(yōu)點是對充電電源及放大器參數(shù)要求不嚴(yán)格，測量誤差小，分辨力可達(dá)0.1pF，能滿足電容傳感器的要求。

⑶ 脈寬調(diào)制法測電容

圖3是這種方法的原理圖。它是在如圖所示的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的觸發(fā)端輸入一個脈寬為tw，周期為T的矩形波，在閾值為TH加被測電容Cx。通過Cx充放電在輸出端得到一個周期仍為T，但脈寬tw即占空比q=tw/T隨Cx成比例變化的矩形波（所以稱為脈寬調(diào)制）。如果能設(shè)法測出tw的值，則Cx也可得，這顯然也屬于用C/t轉(zhuǎn)換法測電容。由于q隨C/x改變是輸出的矩形波電壓平均值Uo值隨之而變，即表明Cx與Uo成正比，所以只要能Uo并測出它的數(shù)值，就可以得出Cx的值，顯然這屬于通過C/U轉(zhuǎn)換測電容。脈寬調(diào)制法測電容的范圍為0-20μF，最高分辨別率為1μF，它的缺點是測量前都要手動調(diào)零，從而延長了測量時間。

⑷ 容抗法測電容

圖4是這種方法的原理電路圖。運放處于線性工作，Ui是幅度及頻率fo均恒定的正弦測試信號。電容中通過正弦交流信號時，其容抗為Xc=1/（2πfoCx），當(dāng)fo恒定時，Xc與Cx成反比。

2、按容抗法實現(xiàn)的C/U轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計與分析

根據(jù)容抗法測量原理，為實現(xiàn)C/U轉(zhuǎn)換，必須有正弦信號發(fā)生器，C/ACU轉(zhuǎn)換電路，AC/DC轉(zhuǎn)換電路，濾波器及輔助電路等。

由集成運放N1，電阻R1-R5和C1-C2組成RC橋式振蕩器，其中C1R1和C2R2組成RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，R3R4R5組成負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)，通過調(diào)整R3R4R5 的值使略大于3滿足起振的條件，即R4+R5>2R3。運放N2是一級反向輸入的緩沖放大器，其電壓增益為A = -（R7+RP1）/R6其中RP1為校準(zhǔn)電位器，調(diào)節(jié)RP1可改變N2的電壓增益。由運放N3、電阻RS和電容Cx組成測量電容的主電路，其功能是實現(xiàn)C/ACU的轉(zhuǎn)換。由運放N4、電阻R9- R11和電容C3- C4組成二階有源帶通濾波器，其中心頻率fo = 400HZ因此有源帶通濾波器只允許400HZ信號通過，這樣就得到一個純正的400HZ的正弦波。由集成運放N5、二極管VD3-VD5電阻R13- R16和，電位器RP2和電容C5- C8組成精密整流電路，電路中的R12是N5的同向端輸入電阻，R13、 R14為負(fù)反饋電阻可將N5偏置在線性放大區(qū)并控制運放的增益。

3、電容式傳感器的應(yīng)用

電容式傳感器的檢測元件將被測非電量變換為電容量變化后，用測量線路（C/U轉(zhuǎn)換電路）把電容容量的變化變換為電壓，再通過電壓與電容的關(guān)系得出非電量的值?？蓱?yīng)用在測氣體的濃度、油箱油量、導(dǎo)電液體液位等等。

這種電容式轉(zhuǎn)換電路具有線性度好、準(zhǔn)確度高、電路簡單、成本小、功耗低等特點可應(yīng)用于一些小型、便攜式裝置中。例如數(shù)字萬用表就是利用容抗法實現(xiàn)C/U轉(zhuǎn)換輸出平均值電壓再配以高分辯率的液晶A/D轉(zhuǎn)換器把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量來測量電容的。

參考文獻(xiàn)：

[1]沙占友等.數(shù)字萬用表應(yīng)用技巧 .北京：國防工業(yè)出版社，1997

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設(shè)計要求

?能正確區(qū)分并機(jī)的取掛機(jī)狀態(tài)。

?可以正確讀出串行EEPROM定位置特定信義的數(shù)據(jù)。

?在并機(jī)掛機(jī)狀態(tài)可以接收各種制式與時序的來電顯示，根據(jù)若來電的號碼頭部部分與EEPROM中預(yù)先設(shè)定的“語音郵箱提示碼”完全匹配(即指若EEPROM中存儲的郵箱提示碼為1234，則收到所有以1234開頭的號碼均算匹配)，則點亮一個LED(N口語音郵箱指示燈)，并使之按每2秒鐘點100ms的規(guī)律閃爍。掛機(jī)時要有睡眠狀態(tài)且打開line_det與IOC0中斷喚醒，若需要點亮燈時可開2Hz中斷喚醒，不須點亮燈時則不必。為安全起見不關(guān)32768晶振。收到的數(shù)據(jù)不必保存，比較完畢后就清除。

?在并機(jī)取機(jī)狀態(tài)能正確解調(diào)并機(jī)撥號。也就是說，在并機(jī)取機(jī)的時候系統(tǒng)能夠正確的解調(diào)每一個撥號，并保存到緩存里面以進(jìn)行比較。若所撥號碼前面幾位與EEPROM中預(yù)先設(shè)定的“語音郵箱提示碼”完全匹配，熄滅“語音郵箱指示燈”，并進(jìn)入睡眠狀態(tài)。若從中間的某位開始匹配不上，則立即進(jìn)入睡眠，并關(guān)line_det與IOC0喚醒并保留2Hz喚醒，在2Hz子程序中判斷是否掛機(jī)，若掛機(jī)再開line_det與IOC0喚醒。取機(jī)后若10s內(nèi)未接收取DTMF的，也進(jìn)入同樣的睡眠模式。

?并機(jī)取掛機(jī)狀態(tài)突變時要重新收CALL解調(diào)。比如系統(tǒng)正在收CALL狀態(tài)下，并機(jī)的狀態(tài)突然改變，系統(tǒng)要能夠跳出本次的收CALL操作并清除緩存區(qū)進(jìn)行下一次收CALL。

考慮到可靠性，EEPROM中的數(shù)據(jù)應(yīng)該在需要比較的時候去讀取并比較，而不建議采取一上電就先讀進(jìn)緩存的做法。

其中，SPT6603A是一款最近推出的針對來電顯示和語音撥號產(chǎn)品而專門設(shè)計的微處理器。line_det與IOC0是SPT6603A單片機(jī)專門為來電顯示系統(tǒng)而設(shè)置的中斷喚醒源。line_det用來檢測線上的信號，IOC0用來檢測極性反轉(zhuǎn)信號。

電路分析

語音郵箱指示盒系統(tǒng)的原理與電話機(jī)系統(tǒng)的部分電路原理基本相同，在硬件電路上都包括了Caller ID輸入回路、并機(jī)檢測線路、阻抗匹配線路、防雷擊與極性保護(hù)線路、CPU控制線路、EEPROM，只是電話機(jī)系統(tǒng)多了振鈴線路、鍵盤撥號線路、LCD顯示、手柄通話線路、免提通話線路、電子開關(guān)線路等。由于電話機(jī)系統(tǒng)的電路已經(jīng)是非常成熟的電路，在硬件設(shè)計上面無須花很多的時間去設(shè)計各個單元電路，只需要調(diào)整電路的參數(shù)和加上指示燈就可以在硬件上實現(xiàn)語音郵箱指示盒的功能，于是語音郵箱指示盒系統(tǒng)就可以由電話機(jī)系統(tǒng)簡化得來。語音郵箱指示盒系統(tǒng)原理框圖如圖所示。

系統(tǒng)在設(shè)計的時候，修改EEPROM里面儲存的號碼如可以通過一臺并機(jī)進(jìn)行，如果不需要通過并機(jī)修改預(yù)存的號碼，可以省去DTMF撥號部分。如果需要在指示盒上面修改EEPROM里面儲存的號碼，可以在這個系統(tǒng)上面加上鍵盤。阻抗匹配電路主要是針對一些特殊的交換機(jī)而設(shè)計的，如果語音郵箱指示盒并聯(lián)了一臺具有來電顯示功能的電話機(jī)，也可以不考慮這部分電路。

Caller ID輸入回路的原理與分析

Caller ID可以根據(jù)實際場合給出相應(yīng)的理解，如果用Caller ID修飾產(chǎn)品或者系統(tǒng)的時候就理解為來電顯示；當(dāng)用來修飾信號的時候就理解為主叫識別信息。CallerI D輸入回路與CPU內(nèi)部硬件解碼器的原理圖如圖所示。

信號流程：在解碼器打開時，圖中的OP被Enable工作在線性狀態(tài)，線上的Caller ID信號可以經(jīng)過OP-C3-AGC然后解碼。

喚醒過程：解碼器關(guān)閉后，圖3中的OP被Disable，輸入端與之并聯(lián)的比較器CMP因Rl、R2、R3的存在而獲得上低下高的偏置，CMP輸出0。由于線路上極性保護(hù)電路的存在，T、R兩端總有一腳處于交流低阻抗的狀態(tài)，即可以認(rèn)為交流信號是從其中某一端送來的。

對于有振鈴觸發(fā)的情況，在振鈴期間，振鈴的幅度足以使CMP發(fā)生反轉(zhuǎn)，CMP輸出1，程序上就做開解碼器的動作。

對于直接送號的情況，比如R2上分得的電壓是0．15V，若T或R上送來的信號的峰值超過了0．15V，則該信號也可以克服預(yù)加在CMP輸入端的偏置電壓，從而引起CMP反轉(zhuǎn)，進(jìn)而喚醒CPU解碼。

對于有反極性觸發(fā)的情況，若是從T-R+反轉(zhuǎn)到T+R-，則相當(dāng)于T端升高，R端降低。此一升一降加到CMP的輸入腳以后，正好使CMP反轉(zhuǎn)，從而可以喚醒CPU收CALL；若是從T+R-反轉(zhuǎn)到T-R+，則相當(dāng)于T端降低，R端升高。因為對于CMP而言本身T端對應(yīng)的輸入腳就較R端要低，所以本次反極性不能造成CMP的反轉(zhuǎn)。C5、R6、R7組成的電路正是為解決這一問題而設(shè)置的。當(dāng)T端迅速降低時，會有一個負(fù)向的脈沖在RIN引腳產(chǎn)生，此脈沖可以喚醒CPU收CALL。

并機(jī)檢測線路的原理與分析

并機(jī)檢測的意義如下。

?在系統(tǒng)收CALL的時候判斷并機(jī)取掛機(jī)狀態(tài)可以知道接收的信號是來自交換機(jī)還是并機(jī)的撥號；

?在并機(jī)取機(jī)的過程中，為了省電本機(jī)要跑相對低功耗的模式；

?為了實現(xiàn)防盜功能，系統(tǒng)必須加上并機(jī)檢測線路。

并機(jī)檢測的實現(xiàn)方法：在并機(jī)掛機(jī)的狀態(tài)下，DM引腳為高，當(dāng)并機(jī)取機(jī)的時候DM引腳變?yōu)榈碗娖剑蛇@種跳變系統(tǒng)就可以準(zhǔn)確的區(qū)分并機(jī)的取掛機(jī)狀態(tài)。值得注意的是當(dāng)本機(jī)取機(jī)的時候，無論并機(jī)取機(jī)還是掛機(jī)，DM引腳始終為低，也就是說在本機(jī)取機(jī)的時候，并機(jī)檢測是無效的。并機(jī)檢測線路原理圖如圖所示。

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關(guān)鍵詞：項目教學(xué)；設(shè)計；分析

項目教學(xué)的指導(dǎo)思想是將一個相對獨立的任務(wù)項目交予學(xué)生獨立完成，從信息的收集、方案的設(shè)計與實施，到完成后的評價，都由學(xué)生具體負(fù)責(zé)；通過項目的實施，使學(xué)生在活動中了解和把握完成項目的每一個環(huán)節(jié)的基本要求與整個過程的重點、難點，不斷獲取知識，增強(qiáng)技能，鍛煉分析、解決問題的方法和策略，進(jìn)而形成綜合職業(yè)能力。

項目教學(xué)離不開項目設(shè)計與分析，項目設(shè)計是將基本的理論知識與實踐技能要求融合在一個復(fù)雜的項目中，以使學(xué)生在完成項目的探索活動過程中逐步掌握知識、增強(qiáng)技能，提升職業(yè)能力；項目的設(shè)計要求貼近生產(chǎn)、生活實際，呈現(xiàn)較高的真實性和應(yīng)用性，才能充分地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和解決問題的愿望；而項目分析是要從復(fù)雜的項目中將必備的基本知識和技能逐步分解開來，通過學(xué)生的探索和活動自我完善職業(yè)能力并達(dá)成項目的最終完成；項目的分析要求全面深刻，強(qiáng)調(diào)新舊知識的聯(lián)系，而重點則在新知識的學(xué)習(xí)、技能的訓(xùn)練和綜合職業(yè)能力的形成。

項目的設(shè)計與分析是一個雙向可逆的過程，都需要學(xué)生自主參與探索活動。項目設(shè)計與分析是項目實踐活動得以進(jìn)行的理論支撐，是項目評價得以開展的基本依據(jù)，可以說，項目設(shè)計與分析是整個項目教學(xué)的基石。下面，以筆者執(zhí)教的“日常照明電路”為例，來談?wù)勴椖吭O(shè)計與分析的三個基本環(huán)節(jié)：項目情境的設(shè)置、信息的收集與處理、活動方案的設(shè)計。

一、項目情境的設(shè)置

項目教學(xué)法是以生產(chǎn)過程中的實際問題或任務(wù)為前提開展的，因而項目情境的設(shè)置非常重要，好的情境設(shè)置能從一開始就牢牢吸引學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)他們解決實際問題的興致，喚起他們學(xué)習(xí)新知和鍛煉培養(yǎng)技能的愿望，形成良好的教學(xué)氛圍。

在“日常照明電路”項目教學(xué)中我創(chuàng)設(shè)了這樣一個情境：假若你家院子里新建了一間平房想對外出租，現(xiàn)在房屋建成，但電路沒安裝，如果由你來完成，你能否勝任這項工作？

針對蘇州地區(qū)不斷涌入的外來勞動力，建房出租已成為當(dāng)?shù)匕傩斋@得穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)收入的重要手段，基本上每個農(nóng)村學(xué)生的家中都會涉及這一問題，這一項目的完成將彰顯學(xué)生的職業(yè)能力，提升他們在家長心目中的地位，學(xué)生的興趣一下子被挑起來，大家開始議論紛紛，躍躍欲試，形成了良好的教學(xué)氛圍。

二、信息的收集與處理

信息的收集與處理主要從兩個方面考慮：一是對項目功能的分析，即針對項目任務(wù)的具體分解，將項目按照一定功能或原理分解成基本的操作或控制要求；二是對所需知識技能的分析，即針對每一個操作要求分析所需的相應(yīng)的知識技能以及獲取知識技能的手段和途徑。

1.功能分析

本項目中，提醒同學(xué)們首先要考慮房客對房間電路的基本要求，通過學(xué)生積極發(fā)言，不斷補(bǔ)充，形成完整的功能分析：（1）要有照明設(shè)備（熒光燈或白熾燈）；（2）要對燈具實行雙聯(lián)控制；（3）要有插座擴(kuò)展使用其他電器；（4）要有可靠的電路保護(hù)（短路、過載）；（5）要能對該房間用電單獨計費（電度表）。

2.知識與技能分析

依據(jù)本項目功能分析，學(xué)生討論得出完成項目所需的基本知識與技能，包括：（1）電器元器件（原理、構(gòu)造、控制）；（2）電器原理圖（識圖與電路設(shè)計）；（3）布線圖識圖與布線要求；（4）布線技能訓(xùn)練；（5）電路調(diào)試與故障檢測。

信息的收集與處理這一環(huán)節(jié)使學(xué)生對項目要求形成全面的理解，它有針對性地歸納出了學(xué)生完成項目所需的知識和技能，促進(jìn)學(xué)生的主動學(xué)習(xí)，從實踐上明確學(xué)習(xí)目的并避免了學(xué)習(xí)的盲目性，提高了學(xué)習(xí)效率。

三、活動方案的設(shè)計

活動方案設(shè)計是對整個項目實施步驟的綜合闡述，既包括理論知識的學(xué)習(xí)，又包括實踐技能的掌握，還包含了實施過程中出現(xiàn)問題的對策。

“日常照明電路”項目活動方案設(shè)計思路：

1.完成本項目所需的工具和設(shè)備準(zhǔn)備，繪制元器件清單，領(lǐng)取實物

2.對電器元件、電器原理圖、布線圖與布線要求、電路調(diào)試與故障檢測的理論學(xué)習(xí)

3.“日常照明電路”配電板制作實踐活動

（1）元器件的固定；（2）線路的連接；（3）電路調(diào)試和故障檢測

學(xué)生可根據(jù)這一思路設(shè)計具體的活動方案，包括理論學(xué)習(xí)的時機(jī)和順序、實踐活動的組織和分工、項目評價的開展等。

活動方案設(shè)計是項目設(shè)計與分析的最后成果，也是后續(xù)項目活動總的綱領(lǐng)性計劃，是整個項目活動有條不紊進(jìn)行的充分保障，是決定項目能否如期按質(zhì)完成的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

項目教學(xué)過程中，要重視項目設(shè)計與分析，從項目情境的設(shè)置、信息的收集與處理、活動方案的設(shè)計三個環(huán)節(jié)著手，通過教師地積極引導(dǎo)，學(xué)生地主動探索，為項目教學(xué)活動做好充分的準(zhǔn)備，才能使項目活動有序高效地開展，充分發(fā)揮項目教學(xué)的優(yōu)勢和教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

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篇8

【關(guān)鍵詞】電工電子教學(xué) 多媒體技術(shù) 仿真軟件 Protel軟件

【中圖分類號】G712 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2013）07-0239-02

引言

隨著最近30年經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，出口貿(mào)易和內(nèi)需驅(qū)動雙重引擎的刺激，使得經(jīng)過中等職業(yè)教育的學(xué)生成為就業(yè)市場的寵兒，甚至很多地方出現(xiàn)了用工荒。但是通過對中職生用工企業(yè)這幾年的反饋來看，雖然我們的學(xué)生就業(yè)率很高，但是很多學(xué)校的學(xué)生很難做到“人盡其能，學(xué)以致用”，進(jìn)入用工部門后需要重新培訓(xùn)才能工作，或者培訓(xùn)后也不能勝任綜合性較強(qiáng)的工作，這些不僅影響了中職學(xué)校畢業(yè)生的收入水平，也影響了中國的制造業(yè)向高端的發(fā)展。對比歐洲制造業(yè)強(qiáng)國德國，瑞士，因為其非常重視職業(yè)教育，畢業(yè)生素質(zhì)很高，成為其強(qiáng)大工業(yè)體系的核心競爭力。筆者認(rèn)為，造成這種局面很大一部分原因在于學(xué)校缺乏與社會的溝通，沒有處理好學(xué)生與就業(yè)的關(guān)系，不了解社會需要什么樣的人才，以陳舊的教學(xué)方式來教育學(xué)生，從而既不能提高學(xué)生的積極性，也不能有效的進(jìn)行知識傳遞，造成職業(yè)教育在市場導(dǎo)向的教育改革中落后于形勢。

電工電子專業(yè)屬于職業(yè)教育的熱門專業(yè)，也是企業(yè)需求最大的部分。我們知道，職業(yè)教育屬于行動體系，強(qiáng)調(diào)的是工作過程系統(tǒng)課程是基于知識應(yīng)用， 所以電工電子專業(yè)課程主要是基于對是物理學(xué)中的電學(xué)的應(yīng)用，然而對于進(jìn)入中專學(xué)校的學(xué)生，一般來說物理基礎(chǔ)很不扎實，因此，摸好學(xué)生的”底子”，進(jìn)行因材施教顯得非常重要。從這個角度來說，中職院校的電工電子教學(xué)，不僅要做到實用性，新穎性，更要做到差異性，區(qū)別于高等教育，從基礎(chǔ)抓起。因此，本文本著轉(zhuǎn)變思想，結(jié)合實際的出發(fā)點，對職業(yè)教育的電工電子專業(yè)教學(xué)提出了一些看法。

1.重實訓(xùn)，循序漸進(jìn)培養(yǎng)技能，實訓(xùn)驅(qū)動基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)，基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)助力操作技能的提高

對于大多數(shù)中職學(xué)生來說，由于物理基礎(chǔ)的薄弱，畏難和面對抽象理論的不知所措都是導(dǎo)致厭學(xué)情緒的誘因。因此，接觸實訓(xùn)，實踐電類裝配工作的基本操作，讓學(xué)生在具體真實的實物面前揭開電的神秘面紗，開啟探索的興趣。然后再開展理論教學(xué)會起到事半功倍的效果。

實際教學(xué)中，本著職業(yè)導(dǎo)向教學(xué)的目的，面對新生，首先帶領(lǐng)學(xué)生接觸導(dǎo)線，介紹導(dǎo)線的類型，導(dǎo)線的半徑與額定電流的關(guān)系等，動力線與信號線的選型區(qū)別。在學(xué)生對導(dǎo)線有了具體認(rèn)識后，也就不覺得電學(xué)是抽象的了。然后培訓(xùn)學(xué)生的焊接技能，反復(fù)練習(xí)導(dǎo)線的外皮的削剝，導(dǎo)線之間的連接，導(dǎo)線與接線柱和接插件的連接，二極管，三極管，表貼件和直插件等的焊接技巧，掌握好這些，就為連接一個完整電路打下了基礎(chǔ)，也為學(xué)生學(xué)習(xí)電工電子提供了自信，可以在此時進(jìn)行引導(dǎo)，強(qiáng)調(diào)理論學(xué)習(xí)的重要性和必要性[1]。由于學(xué)生之前已經(jīng)接觸過了普通元器件和導(dǎo)線，因此教學(xué)時對電路圖中的符號和導(dǎo)線的認(rèn)識生動起來，記憶比較快；同時因為學(xué)生具備了組裝電路的能力，因此就有了設(shè)計電路系統(tǒng)的興趣需求，對基礎(chǔ)元器件的原理認(rèn)識也變得迫切與渴求。當(dāng)學(xué)生開始有了電路計算的能力時，可以設(shè)計幾個簡單的實驗，讓學(xué)生去實現(xiàn)。

以實現(xiàn)三相異步電動機(jī)的控制電路為例，該實驗不僅是電工實驗的基本案例，也是學(xué)生能力和工廠實際結(jié)合最近的地方。為了完成實驗，學(xué)生需要學(xué)習(xí)低壓電器和繼電接觸控制的有關(guān)知識，了解其規(guī)格、型號及使用方法，需要學(xué)習(xí)三相異步電動機(jī)直接起動、連續(xù)運轉(zhuǎn)、停止的控制電路原理，還需要學(xué)習(xí)使用萬用表排故的方法。這些都在學(xué)生掌握了相應(yīng)的理論知識后才能完成，從這個角度來說，實訓(xùn)驅(qū)動知識學(xué)習(xí)，知識助力技能提高。

同時對實訓(xùn)來說，循序漸進(jìn)，規(guī)范訓(xùn)練是中職教育需要注意的，早期介入實訓(xùn)固然可以讓學(xué)生減輕高不可攀的心理負(fù)擔(dān)，提高學(xué)習(xí)的興趣。但是搭建電路系統(tǒng)時，不僅要求學(xué)生接對線這么簡單，對焊點飽滿度的要求，走線的美觀，強(qiáng)弱電信號是否要分開布線等細(xì)節(jié)都必須要求到位[2]。這是由于中職教育的職業(yè)教育特性使然，更注重培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)習(xí)慣，以便將來快速的和工廠接軌。

2.開發(fā)興趣，小設(shè)計缺陷驅(qū)動解決問題能力

對于工廠來說，需要的不僅是嚴(yán)格執(zhí)行圖紙的員工，更需要發(fā)現(xiàn)問題，排查解決問題的員工，由于硬件電路行業(yè)更注重調(diào)試經(jīng)驗的積累，這是一份個人價值與從業(yè)時間成正比的工作。因此，對于電工電子專業(yè)的學(xué)生來說，培養(yǎng)起基本的故障解決思路，將會為他們?nèi)蘸蠊ぷ鞲叨鹊奶嵘?，起到不可估量的助力?/p>

我們也注意到，中職學(xué)生本身基礎(chǔ)差，僅是知識的灌輸和預(yù)設(shè)實驗過程的復(fù)制也往往是差強(qiáng)人意，所以培養(yǎng)故障解決思想要從小做起，不能貪大求多，否則會使學(xué)生重新產(chǎn)生畏難情緒。為了實現(xiàn)這個目的，我們往往應(yīng)在電路中加入一些小的設(shè)計缺陷或者比較明顯的故障，引導(dǎo)學(xué)生去解決問題。在這個過程中，解決了問題的學(xué)生不僅獲得了成就感，也因為故障的單一性便于去總結(jié)排故的方法。通過多次實踐，從而形成獨立的思路和習(xí)慣，在以后面對復(fù)雜問題可以保持思路清晰，靈活運行所學(xué)。

以制作前置音頻放大電路為例，提供給學(xué)生一套示例電路圖，并由學(xué)生進(jìn)行電裝完成。進(jìn)行實驗后發(fā)現(xiàn)，按照示例所組裝的電路放大能力不夠理想，引導(dǎo)學(xué)生從放大電路的原理出發(fā)，思考擴(kuò)大方法倍數(shù)的方法，調(diào)整相關(guān)電阻電容，解決問題。問題本身并不復(fù)雜，但加深了學(xué)生對放大器的認(rèn)識，為家電維修等課程開展也打下了基礎(chǔ)。

3.多媒體詳解技能過程，提高教學(xué)結(jié)果

中職教育著眼于培養(yǎng)專業(yè)熟練技術(shù)工人，所以更注重技能的傳授，技術(shù)細(xì)節(jié)是否教授到位，可能影響的是學(xué)生一生的操作習(xí)慣。在課堂和實驗室中，由于場地和視場的限制，學(xué)生不能有效掌握動作要領(lǐng)，這個時候，多媒體對動作進(jìn)行剖析，讓學(xué)生看清楚，學(xué)明白是非常必要的[3]。

在實訓(xùn)技能培訓(xùn)時，元器件排布，導(dǎo)線頭的連接，表貼元件和直插元件是否虛焊，都是非常微小的操作，如果進(jìn)行實焊演示，前排的同學(xué)即便能夠看得清楚，也不一定記得住全部動作要領(lǐng)，更不用說靠后的學(xué)生。所以，使用相機(jī)等多媒體手段重新規(guī)劃課程，把微小的局部按照動作順序分解，制作成PPT或視頻分享演示給學(xué)生，以形成最大的視覺沖擊，加深記憶。此外，采用多媒體手段的另一個好處是便于分析實訓(xùn)成果，例如：布線規(guī)整有序的電箱和雜亂的電箱在圖片對比下一目了然，也可通過放大功能對布線細(xì)節(jié)進(jìn)行分析[3]。

此外，多媒體手段對諸多基本理論的動態(tài)演示也具有得天獨厚的優(yōu)勢。

4.重視仿真技術(shù)理解電學(xué)過程，提高機(jī)理分析能力

由于經(jīng)費原因，面對昂貴的實驗儀器，中職院校的實驗室建設(shè)往往并不完善，為學(xué)生提供完全的實驗環(huán)境是不允許的。此外，由于課時和學(xué)生基礎(chǔ)的限制，搭建完全的硬件電路不僅耗時，而且容易出現(xiàn)各種故障，排故的過程不僅耗費老師的時間，也消耗著學(xué)生的熱情。

在進(jìn)行正弦波振蕩電路實驗時，如果采用multisim7.0等軟件進(jìn)行仿真，將起到事半功倍的效果。由于電阻電容電感等元器件的生產(chǎn)工藝差異性，按照統(tǒng)一原理圖搭建的電路的諧振頻率都是有差異的，這將影響學(xué)生對原理的理解。使用multisim7.0進(jìn)行仿真，不僅保證輸入輸出的穩(wěn)定性，還可以通過任意調(diào)整RLC參數(shù)，改變諧振頻率，也可以使用虛擬示波器獲得穩(wěn)態(tài)積分波形。這些都大大加深學(xué)生對電路的理解程度，提高學(xué)習(xí)興趣[4]。

仿真實驗并不能完全取代實際實驗，在中職教育中，有選擇讓學(xué)生自己搭建一些簡單電路，將大大提高學(xué)生對電工電子系統(tǒng)的認(rèn)知能力，以便將來勝任其維修維護(hù)工作。但是在實際實驗中，仿真試驗的也有很重要的驗證作用，在綜合訓(xùn)練中，指導(dǎo)學(xué)生來搭建一套簡易頻率計電路，在設(shè)計完成，搭建電路之前，就可以讓學(xué)生使用先進(jìn)行仿真驗證，以提高實驗效率，幫助學(xué)生分析問題，解決問題。

5.關(guān)注行業(yè)動態(tài)，重視Protel等軟件的教學(xué)，提高學(xué)生技能水平，融入產(chǎn)業(yè)鏈高端

當(dāng)前的職業(yè)教育現(xiàn)狀中，中職學(xué)生在用工初期只能勝任重復(fù)性工作，之后由于基礎(chǔ)所限，導(dǎo)致學(xué)習(xí)意愿不強(qiáng)，無論是對電路調(diào)試還是簡單設(shè)計，只能做到簡單的模仿復(fù)制，很少做到舉一反三，同時工作經(jīng)驗的積累，也均是落于口頭的傳承，很難達(dá)到原理清晰，落于圖紙之上。對于教師而言，也只是滿足于學(xué)生就業(yè)完成的數(shù)據(jù)，無心兼顧就業(yè)質(zhì)量。這一點正是國內(nèi)職業(yè)教育與國外職業(yè)教育的差距所在，僅這一點差距，就影響學(xué)生一生的職業(yè)高度。對中職生來說，不能僅僅只作為一個熟練操作工，處于產(chǎn)業(yè)鏈的下游部門。更需要掌握更多技能，勝任一些簡單的設(shè)計工作，提高自身的競爭力，從執(zhí)行者晉身創(chuàng)造者。

電工電子行業(yè)中，Protel作為一款EDA軟件[5]，無論經(jīng)典的Protel 99se，還是最新的Protel DXP，擁有最廣泛的使用者。由于基礎(chǔ)所限，并不是所有的學(xué)生的都能掌握Protel軟件，但是在教學(xué)中加強(qiáng)對Protel的教學(xué)，將會對優(yōu)秀的學(xué)生產(chǎn)生不可估量的影響。同時由于課時限制，Protel教學(xué)應(yīng)該側(cè)重規(guī)則的認(rèn)知和熟練的規(guī)范性操作，而不是復(fù)雜電路的設(shè)計和應(yīng)用。

Protel教學(xué)從以下兩點入手：（1）原理圖繪制和讀圖能力；（2）電路板繪制和調(diào)試能力。原理圖繪制應(yīng)從熟悉的電路系統(tǒng)開始，比如一個照明電路，簡易頻率計電路，主要是訓(xùn)練標(biāo)準(zhǔn)的繪圖方式，這其中包括自定義元件庫的建立，電線和連接線的區(qū)別，標(biāo)準(zhǔn)元件符號的識別等知識。這些知識點需要反復(fù)練習(xí)，其目的為將來的設(shè)計工作打下規(guī)范性的基礎(chǔ)，同時提高學(xué)生對標(biāo)準(zhǔn)圖冊的讀圖能力。電路板繪制以簡易頻率計作為實例，在原理圖基礎(chǔ)上，設(shè)計或?qū)敕庋b，從兩層板開始，學(xué)習(xí)對不同信號走線的分區(qū)排布規(guī)范和測試點的設(shè)置，設(shè)計缺陷分析等技能要點。中職生的軟件學(xué)習(xí)，應(yīng)該出于兩點考慮：（1）要保證足夠的上機(jī)課時和足夠多的簡單實驗設(shè)計；（2）每一個實驗都必須輔以詳細(xì)的書面操作示例。這兩點措施首先避免了課程流于形式，注重基礎(chǔ)技能培養(yǎng)，同時降低了課程難度，提高了學(xué)生實踐的愿望，是切合中職教育的。

6.結(jié)束語

從筆者多年教學(xué)實踐總結(jié)而言。我們的職業(yè)教育，在當(dāng)前工業(yè)轉(zhuǎn)型的驅(qū)動下，需要教育出基礎(chǔ)牢固，學(xué)習(xí)能力強(qiáng)，職業(yè)素養(yǎng)高的勞動者，他們能勝任更復(fù)雜的操作和現(xiàn)場狀況，能執(zhí)行制造業(yè)的高端需求，有了這樣的人力資源，我國才能轉(zhuǎn)型成一個高端的制造業(yè)強(qiáng)國，職業(yè)教育也才算是滿足了階段性的社會需求。

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篇9

高職高專的傳感器與檢測技術(shù)課程的教學(xué)通常安排在電子、機(jī)電等專業(yè)，通過研究相關(guān)的教材，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)該課程教學(xué)內(nèi)容的基本模式是：傳感器原理介紹、傳感器計算公式推導(dǎo)、傳感器應(yīng)用介紹幾個步驟。有些教材上會多一些項目化教學(xué)方法，就會多出一個實訓(xùn)的環(huán)節(jié)[1]。這些實訓(xùn)環(huán)節(jié)當(dāng)中采用了更多的成熟的傳感器模塊，學(xué)生的主要任務(wù)就是初步了解這些傳感器模塊或是前端的傳感器敏感元件[2]。顯然在這種教學(xué)方式下已經(jīng)無法滿足目前物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為主流技術(shù)的人才應(yīng)用要求，這尤其體現(xiàn)在嵌入式/物聯(lián)網(wǎng)這個行業(yè)，這種情況總結(jié)起來有幾個主要的原因造成的：

1） 嵌入式與物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀、要求傳感器與檢測技術(shù)課程的教學(xué)過程當(dāng)中將教學(xué)重點放在傳感器應(yīng)用技術(shù)、傳感器敏感元件組成的模塊設(shè)計、傳感器模塊采集的數(shù)據(jù)到計算機(jī)之間的傳遞[3]。因為只有這樣，才能將傳感器技術(shù)作為應(yīng)用技術(shù)直接提供到上位機(jī)，使得其能夠作為物聯(lián)網(wǎng)信息空間中的前端信息采集部分而使用。

2） 物聯(lián)網(wǎng)的信息空間中的基本節(jié)點為計算元節(jié)點[4]，該節(jié)點作為信息空間中的終端節(jié)點構(gòu)成了物聯(lián)網(wǎng)前端網(wǎng)絡(luò)組成的基礎(chǔ)設(shè)施。需要看到的是異構(gòu)型網(wǎng)絡(luò)中的絕大多數(shù)計算元節(jié)點將是帶有傳感器的簡單型網(wǎng)絡(luò)，其基本通訊方式很多為傳統(tǒng)的RS232、RS485通訊，因此傳感器與檢測技術(shù)課程教學(xué)當(dāng)中已經(jīng)不僅僅是單獨的傳感器部分，仍然需要引入通訊部分的介紹。

3） 目前的傳感器與檢測技術(shù)課程當(dāng)中的開設(shè)專業(yè)對課程教學(xué)內(nèi)容安排的影響很大。在機(jī)電類專業(yè)傳感器課程當(dāng)中，強(qiáng)調(diào)了對被測量的檢測為目的的應(yīng)用型傳感器實踐知識，這僅能體現(xiàn)在教材的改革上，尚無法體現(xiàn)在實際教學(xué)改革當(dāng)中。在電子類專業(yè)傳感器課程當(dāng)中側(cè)重于傳感器原理、基本結(jié)構(gòu)等內(nèi)容的教學(xué)過程[5]。這種方式對于本科階段學(xué)生而言是非常合適的，但是高等專科院校的學(xué)生難以接受理論為主的教學(xué)方式，況且這種教學(xué)方式對于以高職高專學(xué)生為培養(yǎng)對象的、獲取技能為首要目標(biāo)的教學(xué)任務(wù)沒有起到推進(jìn)作用。

4） 物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的高速發(fā)展對傳統(tǒng)行業(yè)造成了巨大沖擊，原來的獨立傳感器功能已經(jīng)無法滿足物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的需求，這種孤立點由于不具備通訊能力，故此無法作為信息采集前端加入到物聯(lián)網(wǎng)的傳感網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中[6]。因此，在傳感器與檢測技術(shù)教學(xué)過程當(dāng)中，從教材改革到課程改革都要求加入通訊部分與計算機(jī)部分的內(nèi)容，作為其為物聯(lián)網(wǎng)前端信息傳感網(wǎng)絡(luò)的能力而擴(kuò)充。

5） 在高職高專計算機(jī)的嵌入式系統(tǒng)工程專業(yè)與物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)的傳感器與檢測技術(shù)課程的教學(xué)當(dāng)中，傳統(tǒng)的教學(xué)模式與教學(xué)方法都難以應(yīng)用。隸屬于電子工程專業(yè)的傳感器與檢測技術(shù)課程教學(xué)內(nèi)容深度較大、技術(shù)孤立性強(qiáng)應(yīng)用困難；而機(jī)電類專業(yè)的傳感器與檢測技術(shù)強(qiáng)調(diào)了獨立傳感器模塊的應(yīng)用，面向被測量的教學(xué)方式對于在計算機(jī)專業(yè)而言如果也采用類似做法，顯然對于計算機(jī)專業(yè)的高職高專學(xué)生無法接受。

6） 在目前的課程實踐教學(xué)當(dāng)中，實際教學(xué)用具相當(dāng)缺乏，很多技術(shù)較為先進(jìn)的學(xué)校采用了軟件仿真的方式進(jìn)行傳感器課程的教學(xué)工作。但是傳感器模塊是孤立的模塊，最終需要一個相對比較大的硬件系統(tǒng)，作為對該課程中每個獨立模塊進(jìn)行支持的載體[7]。

綜上所述，在現(xiàn)在的高職高專計算機(jī)專業(yè)的傳感器與檢測技術(shù)課程開設(shè)過程當(dāng)中，選擇偏向計算機(jī)方向的教學(xué)方式與手段就是必要的。其中尤其是配套實驗電路的設(shè)計與實現(xiàn)也成了一個需要重點關(guān)注的問題。針對此問題，本文就設(shè)計與實現(xiàn)了一套針對計算機(jī)方向的嵌入式與物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的教學(xué)實驗電路。

1總體架構(gòu)設(shè)計

考慮到?？圃盒Ｄ壳皩W(xué)生的總體層次，如果考慮了過于復(fù)雜的內(nèi)容將會導(dǎo)致學(xué)生無所適從，如果太過簡單學(xué)生又無法獲取實際知識。這里需要考慮的兩個典型的問題：第一個問題就是不能過于理論，但是也不能完全沒有理論支持；第二個問題是實踐不能過于復(fù)雜，但是又要兼顧到一定的實用性。綜合這些因素，我們大致對實踐電路系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)劃為：將傳感器模塊、自動控制技術(shù)、簡單計算機(jī)通訊技術(shù)聯(lián)合起來，設(shè)計與實現(xiàn)一個相對實用、相對簡單的計算機(jī)干預(yù)測控系統(tǒng)。同時，考慮到該系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有一定的實際應(yīng)用功能，則我們設(shè)計了一個計算機(jī)干預(yù)室溫自控系統(tǒng)，其大致的架構(gòu)設(shè)計如下圖示：

圖1示意了一個室內(nèi)恒溫自動控制系統(tǒng)，照明系統(tǒng)當(dāng)監(jiān)控到室內(nèi)有人的時候開啟，當(dāng)離開的時候關(guān)閉。室內(nèi)恒溫系統(tǒng)則利用溫度傳感器控制溫度發(fā)生裝置將溫度恒定在一定范圍之內(nèi)。并且該系統(tǒng)的全部情況可以向計算機(jī)反饋，包含溫度、是否有人、是否開啟溫度系統(tǒng)、是否開啟照明系統(tǒng)等功能，計算機(jī)也可以實時通過遠(yuǎn)程調(diào)整溫度范圍的設(shè)定值。該系統(tǒng)的基本功能描述為：計算機(jī)能夠隨時干預(yù)該系統(tǒng)的開啟工作狀態(tài)、停止系統(tǒng)的工作狀態(tài)、在系統(tǒng)的運行過程當(dāng)中對系統(tǒng)的某些參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2模塊設(shè)計與實現(xiàn)

依據(jù)總體架構(gòu)的設(shè)計，下面逐個實現(xiàn)上述系統(tǒng)中的硬件部分。

1） 光電傳感器模塊

光電傳感器模塊的原理圖設(shè)計如下圖示：

這里這個模塊的設(shè)計事實上并無必要，但是可以作為學(xué)生初步入門掌握的第一個模塊，尤其是掌握DXP軟件電路設(shè)計，并初步進(jìn)行焊接與調(diào)試工作。

2） 繼電器模塊

繼電器模塊的原理圖設(shè)計如下圖示：

3） 溫度傳感器模塊

溫度傳感器模塊的原理圖設(shè)計如圖4示：

4） 通訊模塊

通訊模塊的原理圖設(shè)計如下圖示：

3算法設(shè)計

在考慮算法設(shè)計的時候，首先考慮前面提到的進(jìn)程之間的通訊與互斥的問題。這里通訊是指進(jìn)程之間的通訊，另外一個就是進(jìn)程互斥的問題。那么這兩個進(jìn)程顯然就是互斥的關(guān)系。下圖就通過系統(tǒng)的應(yīng)用功能行為來說明這些問題。

在圖6中有兩部分任務(wù)需要完成，左邊部分為工作狀態(tài)需要完成的任務(wù)，右邊是非工作狀態(tài)需要完成的任務(wù)?；谏鲜龇治?，給出參考算法如下：

算法1.1 主流程算法

算法：單片機(jī)端主流程

S1：系統(tǒng)初始化

S2：在無限循環(huán)中做如下事件

S2.1如果上位機(jī)有命令發(fā)來

若為啟動工作過程命令

{

啟動工作過程；

}

否則關(guān)閉工作過程；

S2.2如果數(shù)據(jù)收集完成

{

向上位機(jī)系統(tǒng)傳遞測到的系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù) }

}

另外一個要點就是獲取計算機(jī)發(fā)送過來的命令，參考第九章的方法即可，這里直接給出算法描述：

算法：單片機(jī)使用中斷接收上位機(jī)一串符號的算法

輸入：上位機(jī)發(fā)來的一個字節(jié)

輸出：合法的字符串

S1：清除發(fā)送標(biāo)志

S2：判斷當(dāng)前字符是否為包頭

如果是包頭，清緩沖準(zhǔn)備從緩沖區(qū)起點開始存放數(shù)據(jù)

S3：如果當(dāng)前是最后一個字節(jié)位置，則判斷當(dāng)前讀入的字符是不是包尾

如果是則通知主函數(shù)可以讀命令了

S4：存放該字節(jié)數(shù)據(jù)到當(dāng)前緩沖位置

S5：緩沖區(qū)存放位置下移一個字節(jié)

S6：調(diào)節(jié)緩沖位置邊界

算法1.2 接收計算機(jī)接命令與分析算法

3系統(tǒng)驗證

硬件系統(tǒng)的設(shè)計思想基于模塊化設(shè)計方法，只需要考慮如何實現(xiàn)圖1的設(shè)計目標(biāo)即可。在圖1中，只需要明確考慮幾個接口部分的連接方式、并采用確定的連接來練好這些接口線路即可，確定需要連接的幾個部分如下：

1） 計算機(jī)與通訊模塊的連接方式。

2） 單片機(jī)板與通訊模塊的連接方式。

3） 單片機(jī)板與繼電器模塊的連接方式。

4） 單片機(jī)板與光電傳感器模塊的連接方式。

5） 單片機(jī)板與溫度傳感器模塊的連接方式。

6） 繼電器模塊與外部受控的市電電路部分的連接方式。

7）繼電器模塊與外部受控的溫度調(diào)節(jié)電路部分的連接方式。

下面就這幾個方面的連接進(jìn)行實際連接，并最終在實際線路連接完成之后，采用一定的方式進(jìn)行簡要測試，以確定這些線路連接均無問題。

連接好硬件之后需要對硬件進(jìn)行測試工作，下面我們就列出這些步驟進(jìn)行硬件測試工作：

第一步：連接好硬件核心板與硬件模塊

第二步：新建一個工程，并編寫代碼

第三步：編譯軟件并生成hex文件

第四步：下載hex文件到核心板

第五步：觀察模塊的基本行為是否正確，若不正確則從第一步開始查找問題，并重復(fù)上述步驟。最終的實物硬件連接示意圖如圖：

篇10

低壓差分信號LVDS（Low Voltage Differential Signal）是由ANSI/TIA/EIA-644-1995定義的用于高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锢韺咏涌跇?biāo)準(zhǔn)。它具有超高速（1.4Gb/s）、低功耗及低電磁輻射的特性，是在銅介質(zhì)上實現(xiàn)千兆位級高速通信的優(yōu)先方案；可用于服務(wù)器、可堆壘集線器、無線基站、ATM交換機(jī)及高分辨率顯示等等，也可用于通信系統(tǒng)的設(shè)計。BLVDS（Bus LVDS）是LVDS技術(shù)在多點通信領(lǐng)域的擴(kuò)展，要求附加總線仲裁設(shè)計、更大的驅(qū)動電流（10mA）和更好的阻抗匹配設(shè)計。

通常是LVDS電路設(shè)計使用各種專用芯片，如美國國家半導(dǎo)體公司的DS92LV16等。我們用FPGA芯片自行設(shè)計BLVDS內(nèi)核及擴(kuò)展部分。相比之下，使用FPGA可大幅減少芯片數(shù)量，降低成本，提高系統(tǒng)可靠性，同時具有更大的靈活性和向后兼容性。由于目前尚無實用的16位VLVDS收發(fā)器芯片問世，本設(shè)計也填補(bǔ)了專用芯片（ASIC）的空白。

   我們最終選了Xilinx公司的XCV50E。此芯片屬于Virtex-E系列，具有如下特性：

*0.18nm 6層金屬工藝，具有5.8萬個系統(tǒng)門；

*使用1.8V核心電壓，低功耗設(shè)計；

*130MHz同部時鐘；

*64KB的同步塊同存（BlockRAM），可實現(xiàn)真正的雙口操作；

*支持包括LVDS、BLVDS在內(nèi)的20種高性能接口標(biāo)準(zhǔn)；

*8個全數(shù)字的延遲鎖定環(huán)DLL（Delay Locked Loops），具有時鐘移相和乘除功能；

*支持IEEE 1149.1邊界掃描標(biāo)準(zhǔn)，具有基于SRAM的在系統(tǒng)配置功能。

我們使用Xilinx Foudation F3.1i軟件開發(fā)XCV50E芯片。設(shè)計流程為：首先用編寫VHDL語言程序、繪制原理圖或設(shè)計狀態(tài)機(jī)的方法生成網(wǎng)絡(luò)表，功能仿真正確后，經(jīng)過翻譯、映射、放置和布線、時序優(yōu)化及配置過程，生成比特流文件。然后，進(jìn)行時序仿真，仿真通過后下載到PROM中。（我們用了Xilinx公司的XC18V01。）

1 結(jié)構(gòu)及工作過程

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和FPGA結(jié)構(gòu)

本通信系統(tǒng)由背板和若干通信子卡組成。背板并更有8個插槽，并布有BLVDS總線和其它控制、地址總線。通信子卡由EP7211芯片（負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理）、XCV50E及DRAM、PROM等外圍芯片和元件組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

    設(shè)計完成后的XCV50E由控制部分、發(fā)送FIFO、幀編碼器、串化器、解串器、幀解碼器、數(shù)據(jù)檢出器、接收FIFO、時鐘倍頻器及輸入輸出單元等部分組成，結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1.2 工作過程

在發(fā)送子卡中，EP7211將待發(fā)數(shù)據(jù)整理成多個長255字，字寬16位的數(shù)據(jù)幀，發(fā)至FPGA內(nèi)的發(fā)送FIFO中。該FPGA得到總線控制權(quán)后，即發(fā)送同步幀（由同步字與填充字組成），待被尋址的接收子卡實現(xiàn)與自己的同步后，再發(fā)送數(shù)據(jù)幀。各幀數(shù)據(jù)經(jīng)串化器轉(zhuǎn)化為兩對差分信號，并從中獲得同步信息并實現(xiàn)同步，繼而檢出有效數(shù)據(jù)，寫入接收FIFO，同時以快中斷（FIQ）通知EP7211。

2 軟件設(shè)計

2.1 EP7211程序設(shè)計

通信子卡內(nèi)的EP7211為系統(tǒng)級芯片，用來預(yù)處理和接收數(shù)據(jù)。EP7211的內(nèi)核為ARM7TDMI，使用32位精簡指令。發(fā)送數(shù)據(jù)的流程如圖3所示。接收較簡單，只需在快中斷（FIQ）服務(wù)程序中寫入接收FIFO的讀取代碼即可。

2.2 FPGA設(shè)計

FPGA的設(shè)計中，發(fā)送及接收FIFO的設(shè)計用了雙口快內(nèi)存（Block RAM），時鐘倍頻器用了延遲鎖定環(huán)（DLL）。幀解碼器由30位并行數(shù)據(jù)產(chǎn)生器、同步字檢測陣列和接收狀態(tài)機(jī)組成。以下重點介紹幀編碼器和串化器的設(shè)計。

    （1）幀編碼器的VHDL語言設(shè)計

幀編碼器包括一個長為256的計數(shù)器和一個四狀態(tài)的單熱點狀態(tài)機(jī)，用以產(chǎn)生同步幀和數(shù)據(jù)幀。部分代碼如下：

PROCESS（RESET，CLK） //產(chǎn)生長256的計數(shù)器

IF RESET='1'THEN COUNT<=0；

ELSIF CLK'EVENT AND CLK='1' THEN COUNT<=（COUNT+1）MOD 256；

END PROCESS；

TC<='1'WHEN COUNT=255 ELSE '0';

TYPE STATE_TYPE IS（IDLE，PACK1，PACK2，TRANSMIT）；

SIGANL SREG：SETAT_TYPE；

RPOCESS（CLK，RESET） //狀態(tài)機(jī)進(jìn)程

IF CLK'EVENT AND CLK='1'THEN

IF RESET=1 TEHE SREG<=IDLE ELSE

CASE SREG IS

WHEN IDLE=>

IF SEND_UD='1'THEN SREG<=TRANSMIT； //空閑狀態(tài)如有發(fā)送命令，即轉(zhuǎn)入發(fā)送狀態(tài)

ELSE SREG<=PACK1； //否則，發(fā)送填充字1

WHEN PACK1=>

（后略）

（2）串化器的原理設(shè)計

串化器由多級嵌套的子圖和若干宏模塊組成，原理圖的頂層圖如圖4所示。四個四位并入串出寄存器將16位并行數(shù)據(jù)拆分為四組串行數(shù)據(jù)，其中的奇數(shù)位和偶數(shù)位分別通過一個雙數(shù)據(jù)速率寄存器，得到兩個差分信號，同時用另一個雙數(shù)據(jù)速率寄存器產(chǎn)生與之同步的差分時鐘。其中，雙數(shù)據(jù)速率寄存器為時序敏感器件，其內(nèi)部主要部分都加入了時序特性限制，如最大時滯（maxdelay）、最大抖動（maxskew），并用FMAP控件強(qiáng)制性地把相關(guān)信號放入同一個函數(shù)產(chǎn)生器中。

圖4 串化器原理圖

3 硬件設(shè)計要點

①BLVDS信號的偏置電壓為1.25V，電壓擺幅只有350mV，傳輸速率≥100Mb/s；因此，電路板制作至關(guān)重要，要求至少使用四層板。

②為使干擾信號只以供模方式加到差分線對上（不影響數(shù)據(jù)正確性），要求差分線對間的距離盡可能小。BLVDS標(biāo)準(zhǔn)要求差分阻抗為100Ω，由公式：

給出。其中，ZDIF為差分線對的差分阻抗，εR為印制板介電常數(shù)，δ為信號層到電源層的厚度，b為導(dǎo)線寬度。本電路選用的線距及線寬均為0.18mm。

③考慮到阻抗不匹配引起的信號反射和導(dǎo)線的電導(dǎo)效應(yīng)，要求XCV50E芯片的差分引腳盡可能地靠近子卡的邊緣連接器（≤1.52cm），并給每個差分引腳串聯(lián)一個20Ω的貼片電阻。

④電源方面：Virtex芯片上電時要求有大于500mA的驅(qū)動電流，同時，由于多個輸出引腳的電位快速變化，要求每對電源和地引腳都要良好旁路。