基于工程项目的电子设计自动化课程教学研究

第36卷第3期 萍乡学院学报 2019年6月 Vol.36 NO.3 Journal of Pingxiang University Jun.2019

基于工程项目的电子设计自动化课程教学研究 罗少轩，乔爱民，王艳春

（蚌埠学院 电子与电气工程学院，安徽 蚌埠 233000）

摘 要：电子设计自动化是电子信息类专业一门实践性很强的专业基础课程。然而目前本科院校电子设计自动化课程在教学过程中存在教学内容与工程实践脱节、教学方法陈旧以及实验项目种类偏少等诸多问题。通过引入实际工程项目，把主要知识点融入实际电路功能模块中，并利用Multisim和Altium Designer等EDA软件开发与之配套的软件仿真和硬件实验项目。实践表明，新的教学方法有利于提高学生的学习积极性、主动性和实践创新能力，课程的教学质量和教学效果明显提高。

关键词：电子设计自动化；工程项目；电子技术；教学改革

中图分类号：G2 文献标识码：A 文章编号：2095-9249（2019）03-0109-04

“电子设计自动化”是应用型本科高校电子信息类专业一门实践性很强的专业基础课程，需要学生在熟练掌握模拟电子技术、数字电子技术和高频电子技术等先导课程相关知识点的基础上，综合运用电子技术知识进行电路分析和设计，对培养学生分析问题和解决问题的能力有重要意义[1]。但是在教学过程中存在一些问题亟待解决，一是学生对先导课程基础知识的掌握程度不够，对功能电路在系统中的实际作用不了解，很难将几个功能电路组合在一起进行电路的模块化设计；二是教师授课受教材内容的，只能讲授频率计、数字钟和抢答器等常用案例，而这些案例同样出现在数字电子技术、模拟电子技术和单片机等课程的教学过程中，学生缺乏新鲜感，学习积极性不高；三是课程的实验教学环节中项目种类偏少，而且与其它相关课程的实验或课程设计存在部分重复的情况，这些问题都导致课程的实际教学效果欠佳，不利于对学生实践创新能力的培养[2~5]。

对于电子设计自动化课程的授课教师，其研究的各类纵向与横向科研项目，内容大多与电子信息专业相关，在项目完成过程中，往往需要设计很多电子线路和功能模块，涉及到课程中的很多重要知识点。如果能把这些实际电路功能模块与课程教学有机结合，将有助于

收稿日期：2019-01-15

激发学生的学习积极性，并锻炼学生的工程化意识。课程组教师通过长时间的发掘和总结，在电子设计自动化课程教学过程中引入了部分实际工程项目，把课程的主要知识点融入实际电路功能模块中，并利用Multisim和Altium Designer等EDA软件开发与之配套的软件仿真和硬件实验项目，建立了一套以工程项目为核心的电子设计自动化课程教学方法，教学质量和教学效果有了明显提高。

1 通过实际工程项目优化教学内容和教学任务

对于电子信息类专业的学生，电子设计自动化课程的教学内容涉及智能仪器仪表、电子控制系统和信号分析处理系统等。教师可以将实际工程项目中的部分典型功能模块提取出来，在讲授对应知识点时，鼓励和引导学生进行研究和设计。学生在研究设计过程中，需要将理论知识与实际电路紧密结合，灵活运用，能极大的锻炼学生搜集信息、分析问题和解决问题的综合能力[6~8]。近年来，课程组已将多个实际的工程项目融入教学内容，结合项目中用到的知识点和课程教学大纲，开发了多个新的软件仿真和硬件实验项目。比如工程项目“基于无线传感器网络的启闭机智能控制系统”，就是一个典型的信号采集、监控系统，其系统原理框图如图1所示。

基金项目：安徽省教育厅省级质量工程教学研究项目（2016jyxm0656）；安徽省教育厅省级教学团队（2015jxtd042）作者简介：罗少轩（1980—），男，湖南岳阳人，副教授，研究方向：智能仪器仪表与传感器。

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无线传感器节点负责采集温度、流速、水深、闸门开度、荷重量等水文信息，并将采集的数据通过无线模块传送到中心控制机，通过上位机监控软件自动监控闸门的运

图1 闸门启闭机智能控制系统原理框图

该项目是一个完整的信号采集与监控系统，包含了信号调理、信号放大、AD转换、调制解调、单片机最小系统、数码管驱动等诸多功能电路。基本上涵盖了电

子设计自动化课程中的大部分知识点，教师可根据实际情况引入教学过程中。项目与电子设计自动化课程教学大纲中知识点的对应关系如表1所示。

行状态、定时保存闸门的运行数据、远程设置无线传感器节点的各项参数。

表1 项目包含电子设计自动化教学大纲知识点

项目包含电路模块 传感器信号检测模块

AD转换模块 无线收发模块 单片机控制模块 LED显示模块 串行通信模块 电源模块

模块功能 模拟信号调理及放大

教学大纲知识点 运算放大器

差分放大电路 低频滤波电路

模数转换 AD转换 数据的无线传输 AM波的调制与解调 信号运算与处理

数据显示

单片机最小系统 单片机IO接口电路 发光二极管的驱动原理 多位数码管的动态扫描

开关电源设计

数据传输 RS485串行通信总线 系统供电

2 通过实际工程项目开发新的实验实训项目

以往电子设计自动化课程常规教学过程中的实验实训项目大多是频率计、数字钟、交通灯和抢答器电路设计，这些项目虽然是经典案例，但在模电、数电和单片机等先导课程的习题、实验及课程设计过程中已经接触过，学生对所学内容缺乏积极性。因此，把

实际工程项目中符合工程实际的功能模块提取出来，开发新的软件仿真和硬件实验实训项目，有助于激发学生的好奇心和求知欲，提高学习的积极性和主动性。例如，针对前述图1所示工程项目，就利用Multisim和Altium Designer等EDA软件开发了多个软件仿真和硬件实验项目，如表2所示。

表2 针对前述项目新开发的5个实验项目

项目名称

电桥式传感器差分放大及调零电路设计

电压/电流信号变送器设计 基于CS5550的24位AD转换模块设计

100W多路输出开关电源设计

433MHz频段无线通信模块设计

项目类型 EDA软件

软件仿真 Multisim

Altium Designer

硬件设计

Proteus

硬件设计 Altium Designer 硬件设计 Altium Designer

Altium Designer

硬件设计

Proteus

第3期 罗少轩，乔爱民，王艳春：基于工程项目的电子设计自动化课程教学研究 对于软件仿真实验项目，以“电桥式传感器差分放大及调零电路设计”实验为例，教师先阐明该电路在工程实际中的具体作用，然后给出基本的电路原理图，如图2所示，再指导学生利用仿真软件提供的虚拟仪器，

R13500Ω50 %Key=BV110V 2633·111·

如万用表、示波器和波特图仪等对输出信号进行测量，然后根据设计要求对电路结构和元件参数进行修改和完善，最终达到预期的设计目标。

10VU162781XMM1R35.1kΩR55.1kΩXMM2OP07CN8R8350ΩR10350ΩR11500Ω31 %Key=AR12500ΩR9350Ω4R1100kΩC10.1µFC40.1µFR2100kΩU2R65.1kΩR45.1kΩ4OP07CN87810V图2 电桥式传感器差分放大及调零仿真电路

对于硬件设计项目，以“电压/电流信号变送器设计”为例，教师先向学生说明工业变送器的种类以及在工业现场的具体作用，然后指导学生利用EDA软件绘制电路原理图和PCB印制板图，如图3（a）所示。发

（a）信号变送器PCB印制板图 （b）焊接好的信号变送器

图3 信号变送器电路图及实物

放电路元件和统一制作的电路板，指导学生进行焊接和调试，最终让学生亲手制作出一只符合工业现场应用标准的信号变送器实物，如图3（b）所示。

3 将实际工程项目融入教学过程所取得的成效

通过多年努力，课程组教师坚持将各类实际工程项目中符合教学实际的电路单元、功能模块发掘出来，整理完善，融入课堂教学和实验教学，取得了较好的教学效果。

1（1）将实际工程项目引入课程教学，通过案例引

导和启发学生，激发了学生的好奇心和求知欲，学生的学习积极性明显增强，学习由被动变为主动，提高了学习效率和学业成绩。

（2）有效培养了学生的工程化意识，使学生对课堂上所学的单元电路的具体作用、应用领域和应用条件有了更深刻的理解，有利于学生掌握系统级实用电路的

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设计思想和设计方法。

（3）学生的实践动手能力和综合设计能力得到明显提高。近年来，电子信息工程专业的学生通过创新训练项目获得了实用新型专利3项，在安徽省高校物联网应用创新大赛和安徽省机器赛获得省级一等奖2项、二等奖5项，在全国大学生电子设计竞赛和恩智浦智能汽车竞赛中，也多次获奖。

117~120.

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参 考 文 献

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4 结语

蚌埠学院的电子信息工程专业，是安徽省省级专业综合改革试点专业，一直以来教师团队致力于通过教学理念、教学模式和教学方法的不断创新和实践，提升教学质量和效果。在电子设计自动化这门专业基础课的教学过程中，通过实际工程项目优化教学内容，开发新的实验实训项目，提高了学生的学习积极性和工程化意识水平，并锻炼了学生的实践动手能力，取得了理想的教学效果。

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〔责任编校：王中兰〕

Research on Teaching Reform of Electronic Design Automation Course Based on

Engineering Project

LUO Shao-xuan, QIAO Ai-min, WANG Yan-chun

（School of Electronics and Electrical engineering, Bengbu College, Bengbu Anhui 233000, China） Abstract: Electronic design automation is a basic course of electronic information major. However, there are still many problems in the teaching process of electronic design automation in undergraduate colleges. For example, the teaching content is divorced from engineering practice, the teaching methods are outdated and the experimental projects are insufficient. By introducing practical engineering projects in the teaching process, integrates the main knowledge points into the actual circuit modules, and EDA software such as Multisim and Altium Designer are used to develop software and hardware experiments. The results show that the new teaching method is helpful to improve students’ learning enthusiasm, initiative and practical innovation ability, and the teaching quality and effect of the course are obviously improved.

Key words: electronic design automation; engineering project; electronic technology; teaching reform