以工程項目為導(dǎo)向的電子電路計算機(jī)輔助設(shè)計課程教學(xué)改革

唐斌

摘 要 電子電路計算機(jī)輔助設(shè)計是一門系統(tǒng)性和實踐性均較強(qiáng)的專業(yè)課程，是學(xué)生在低年級時所學(xué)知識的綜合。本文分析了老師和學(xué)生在電子電路計算機(jī)輔助設(shè)計課程教與學(xué)過程中出現(xiàn)的典型問題，從課程特點和教學(xué)要求出發(fā)，提出了以工程項目為導(dǎo)向的電子電路計算機(jī)輔助設(shè)計課程的教學(xué)方法，將實際的工程案例引入課堂，按照汽車電子控制器的開發(fā)流程結(jié)合電路模擬仿真+電路板計算機(jī)輔助設(shè)計的模式進(jìn)行授課。該教學(xué)方法對電子電路計算機(jī)輔助設(shè)計課程的教學(xué)和課程設(shè)計具有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞 電子電路計算機(jī)輔助設(shè)計 電路仿真 課程改革 工程項目

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0引言

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，汽車不斷朝著電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化的方向發(fā)展，實現(xiàn)汽車電子控制是汽車發(fā)展的必由之路。據(jù)報道，高檔乘用車上電子控制器的數(shù)量超過100個，汽車電子的成本占比高達(dá)50%以上。為了培養(yǎng)汽車領(lǐng)域的復(fù)合型人才，各大高校汽車類專業(yè)均開設(shè)了汽車電子模塊課程，包括電工電子學(xué)、單片機(jī)應(yīng)用、汽車電子與控制技術(shù)、電子電路計算機(jī)輔助設(shè)計等課程。其中電子電路計算機(jī)輔助設(shè)計課程是低年級所學(xué)知識的綜合，對學(xué)生日后進(jìn)入相關(guān)行業(yè)和從事相關(guān)研究起到重要作用。隨著汽車電子電路規(guī)模的擴(kuò)大和功能的增強(qiáng)，采用計算機(jī)輔助設(shè)計取代傳統(tǒng)的手工方法，是實現(xiàn)硬件設(shè)計的不可缺少的重要手段，電子電路計算機(jī)輔助設(shè)計課程就是讓學(xué)生掌握通過計算機(jī)輔助設(shè)計電子電路的方法。本文在分析電子電路計算機(jī)輔助設(shè)計課程教學(xué)過程中存在的問題的基礎(chǔ)上，結(jié)合課程特點和教學(xué)要求，提出了以工程項目為導(dǎo)向的教學(xué)方法，為電子電路計算機(jī)輔助設(shè)計課程的教學(xué)改革提供參考。

1現(xiàn)有教學(xué)方面存在的問題

在現(xiàn)有的電子電路計算機(jī)輔助設(shè)計課程教學(xué)中，教師通過多媒體課件講授課程基礎(chǔ)知識，在講臺上操作計算機(jī)講解輔助設(shè)計軟件的使用方法。學(xué)生課堂上記載講課的重點，課后自我練習(xí)，整個過程表現(xiàn)為老師講，學(xué)生被動的接受，往往學(xué)生課后要花費(fèi)更多的時間回憶軟件的操作要點，效果不佳。電子電路計算機(jī)輔助設(shè)計這門課屬于專業(yè)選修課，大多數(shù)學(xué)生往往不重視，由于講授的內(nèi)容枯燥和教學(xué)方式不生動，學(xué)生的興趣不高。在講授具體案例時，多以教材上的經(jīng)典電路為案例，不聯(lián)系實際，學(xué)生不清楚電路的設(shè)計原則，知其然不知其所以然。隨著汽車電子電路集成度和復(fù)雜度的加大，計算機(jī)輔助設(shè)計軟件的更新速度加快，舊版本的軟件（Protel 99 SE）已經(jīng)不能滿足當(dāng)前汽車電子的設(shè)計要求，教學(xué)中應(yīng)該運(yùn)用新版本的軟件進(jìn)行講授。

2教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法的改進(jìn)

通常電子電路計算機(jī)輔助設(shè)計課程以講解電路板制圖軟件操作過程和經(jīng)典電路設(shè)計為講授重點，不強(qiáng)調(diào)電路板的設(shè)計過程，學(xué)生往往知其然不知其所以然，新的教學(xué)方案中增加汽車電子控制器的開發(fā)流程。電子產(chǎn)品開發(fā)流程包括：功能描述、功能框圖、方案確定、原理圖、PCB設(shè)計、元器件清單、軟件設(shè)計、貼裝工藝標(biāo)準(zhǔn)、檢驗文件和驗收，現(xiàn)代汽車電子產(chǎn)品開發(fā)一般基于AUTOSAR框架，采用V字形開發(fā)流程，提高了汽車電子產(chǎn)品的開發(fā)效率、減少了開發(fā)周期。汽車電子控制器硬件設(shè)計過程中，在電路板制圖前對設(shè)計的電路進(jìn)行模擬仿真有利于減小設(shè)計的重復(fù)率，NI公司的Multisim軟件是一款交互式搭建電路原理圖的電路仿真軟件，硬件設(shè)計工程師和學(xué)習(xí)電子電路設(shè)計的學(xué)生可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計和測試這樣一個完整的綜合設(shè)計流程。最新的Multisim 14.0版本增加了模擬和數(shù)字應(yīng)用的系統(tǒng)級閉環(huán)仿真功能，擴(kuò)充了包括機(jī)電模型、AC/DC電源轉(zhuǎn)換器、開關(guān)模式電源的集成庫，具有超過2000個來自世界著名半導(dǎo)體廠商的電子元件數(shù)據(jù)庫。隨著汽車電子產(chǎn)品功能的不斷豐富，電子控制器的集成度和復(fù)雜度越來越高，越來越多的控制器采用四層板的設(shè)計，因此在課堂上增加四層電路板設(shè)計的講授。在課程實踐環(huán)節(jié)，學(xué)生可以根據(jù)所學(xué)的理論知識在仿真軟件上設(shè)計好電路模塊，實驗課上直接焊接、調(diào)試驗證相應(yīng)的電路以提高學(xué)生的動手能力。現(xiàn)有電子電路計算機(jī)輔助設(shè)計課程教學(xué)中，老師教和學(xué)生學(xué)不同步，導(dǎo)致教學(xué)效果不佳，新的教學(xué)方案中要求上課時學(xué)生可以攜帶筆記本電腦，課堂上跟老師一起操作軟件，另外每節(jié)課均留出一定的時間給學(xué)生完成一些練習(xí)題，雖然這種方式教學(xué)進(jìn)度慢，但是會取得良好的教學(xué)效果。以工程項目為導(dǎo)向的電子電路計算機(jī)輔助設(shè)計課程教學(xué)方法是將汽車電子開發(fā)項目貫穿于整個教學(xué)環(huán)節(jié)，講授汽車電子產(chǎn)品的開發(fā)過程：設(shè)計需求、功能定義、電路設(shè)計、電路仿真驗證、PCB制圖、制版及測試。以汽車電控液壓助力轉(zhuǎn)向控制器開發(fā)為例，首先根據(jù)整車廠提出的需求確定系統(tǒng)方案，整車廠希望轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能滿足低速轉(zhuǎn)向輕便性和高速操縱穩(wěn)定性，根據(jù)這樣的需求，確定了采用電液比例閥調(diào)節(jié)系統(tǒng)流量的方案；控制系統(tǒng)檢測車速信號和方向盤轉(zhuǎn)角信號，輸出控制指令調(diào)節(jié)比例閥的開度，同時兼具故障報警和診斷功能；控制器包含電源模塊、車速信號處理模塊、轉(zhuǎn)角信號處理模塊、比例閥驅(qū)動模塊和故障診斷模塊，通過Multisim軟件調(diào)試驗證所設(shè)計的各模塊；根據(jù)電路原理圖繪制線路圖，制作實際控制器并進(jìn)行實驗驗證。在涉及汽車電子產(chǎn)品的開發(fā)過程的教學(xué)內(nèi)容時，將實際的工程項目開發(fā)過程引入其中，在涉及電路仿真驗證的教學(xué)內(nèi)容時，將各電路模塊的設(shè)計和仿真過程在課程教學(xué)中重現(xiàn)，在涉及PCB設(shè)計及實物驗證的教學(xué)內(nèi)容時，將PCB設(shè)計過程中的重點和難點通過工程項目中電路板的設(shè)計過程來呈現(xiàn)。

3結(jié)語

要提高電子電路計算機(jī)輔助設(shè)計的教學(xué)質(zhì)量，首先要培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，其次增加學(xué)生動手實踐的機(jī)會，提高學(xué)習(xí)的效率。本文分析了現(xiàn)有教與學(xué)中存在的問題，提出了電子電路計算機(jī)輔助設(shè)計課程教學(xué)改革方案：在教學(xué)內(nèi)容上增加汽車電子控制器的開發(fā)流程、電路仿真驗證、四層電路板的制圖、電路板實物試驗等四個方面內(nèi)容，壓縮線路板制圖軟件的講授課時；在教學(xué)方式上老師邊教學(xué)生邊學(xué)，增加學(xué)生實際操作的機(jī)會，將實際的工程案例引入課堂，按照汽車電子控制器的開發(fā)流程結(jié)合電路模擬仿真+電路板計算機(jī)輔助設(shè)計的模式進(jìn)行授課。通過該課程的改革，使高校培養(yǎng)出更適應(yīng)未來工作崗位的優(yōu)秀畢業(yè)生。

參考文獻(xiàn)

[1] 穆康樂.無人駕駛汽車發(fā)展現(xiàn)狀及未來展望[J].電子技術(shù)與軟件工程，2017（10）： 112-114.

[2] 麻友良.汽車電器與電子控制系統(tǒng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2013.

[3] 魏建偉，崔仲華，陳曉平.電工電子學(xué)課程模塊化授課體系研究—以車輛工程專業(yè)為例[J].大學(xué)教育， 2014（04）： 110-111.

[4] 胡軼.汽車電工與汽車電氣模塊化整合課程的教學(xué)[J].赤子（上中旬）， 2015（02）： 78.

[5] 石嘉順.基于Multisim環(huán)境下的電路設(shè)計與仿真[J].計算機(jī)仿真，2007，24（12）： 306-308.