电路板设计基础知识范文

导语:如何才能写好一篇电路板设计基础知识,这就需要搜集整理更多的资料和文献,欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文,供你借鉴。

关键词:电子基础教学方法电子CAD

一、引言

二、设计印制板电路

用电子CAD软件(Protel)设计印制板电路,一般操作步骤大体如下。

1.在软件中定义焊盘尺寸及印制导线宽度、线间及线与焊盘的最小间距等命令;

2.确定印制板尺寸;

3.确定各元器件的焊盘位置;

4.元器件之间的相互连接;

5.布线后,审查走线的合理性,并对不理想的走线进行修改,包括改变方向、路径和宽窄等;

6.定稿后通过绘图机按所需比例直接绘制黑白底图,也可以生成GERBER格式文件,供光学绘图机作曝光(晒板)使用的胶片,或者使用激光打印机输出到塑料膜片上,直接代替照相底版;

7.将设计稿保存。

使用计算机辅助设计印制电路板,不仅速度快,而且布线均匀、美观,图形精度可达到0.05mm以内。这对使用数控钻床打孔和自动装配焊接是极为重要的,特别是对于高密度的印刷板和多层印刷板的设计与生产,使用计算机辅助设计更是必不可少。

三、印制电路板的特点

印制电路板(PCB)在整机结构中由于具有许多独特的优点而被大量使用,电子产品的整机组装几乎都是以印制电路板为核心展开的。印制电路板的装配主要就是将电阻器、电容器、晶体管,以及各种电子元器件通过焊接或表面贴装的方法安装到印制电路板上。

在教学中,将一只三极管安装到线路板上,需要根据极管大小留出合适的占位空间。线路板上钻出的三个三极管的三个脚,这便是设置元件封装。印制电路板有单面板和双面板,但多层板绝大多数同学没有接触过,特别是中等职业学校的学生大部分是进校后才开始了解到电子产品的内部安装,对各种元器件、线路板缺乏感性认识,使得设置元件封装和设计PCB板时倍感困难。这就要求学生,一是要尽量多地接触各种不同的元器件,了解其外观结构、电气性能,要掌握对于分立元件,甚至是同一种元件由于耐压不同,是立式还是卧式安装的不同,其封装设置也是不同的;二是要对成品线路板多观察,看清印制线路一面的过洞、焊盘、线宽、线间距离情况;了解元件一面的特别间距、离板高度、元件分布及大功率元件的散热等是如何设计的。学习时,须对比实物浏览元件封装库,并且自己动手设计元件封装,加深对封装形式的理解。

为了提高学习效果,应让学生自己设计线路板,然后装上元件,做一个简单电路,从中一定会有所收获,更主要是可以发现设计中存在的问题,加以改进、并以完善。

五、注重积累实践经验

六、加强学习专业英语

目前电子设计自动化还是国外软件的天下,几个著名电子CAD软件都是英文版,另外,外资厂的电子仪器几乎清一色的进口产品,就连产品订单、设计图样和生产报表等也都不是中文。所以非学好电子英语不可。现在的中职学生英语基础较差,电子专业英语水平非常有限。面对满屏幕的英文,大部分学生开始时很不习惯。如果说Windows版的Protel99软件用起来可以勉强应付的话,那在外资电子厂很流行的DOS版的PADS2000,学生就感到无从下手,连输入字符也要用英文。平时,有机会多看电子方面的英语资料,比如英文版电路图、说明书等。

七、结语

学好电子CAD(计算机辅助设计)的课程,对印制电路板及印制电路的装配工艺学习具有非常重要的意义。因为印制电路板的装配安装在整个电子电器装配流程中是非常基础的知识,也是非常重要的一个环节。

参考文献:

1学情分析

2制定教学计划

通过学情分析,我们几位一起任教该门课程的教师进行集体备课,这里要特别感谢陈琨韶老师和陈国荣老师,他们为我们上好这门课想出了很多好办法,他们结合深厚扎实的专业知识,将整门电力电子课程转化成几个项目进行教学。项目教学方法是将零散难懂的知识融入到每个具有代表性的项目上,这里是寻找合适的典型工作电路,再自制合理的工作页引导学生参与学习。这样一来,一向被公认难上的一门课,经过我们的努力将其变得更容易教,更容易让学生接受和对学生产生更好教学效果的一门课。

3确定典型工作电路

4制作有针对性的工作页

5项目的实施

项目的实施分为几大部分,分别是查找资料填写工作页、列出元件清单、绘制电路原理图、绘制电路实物图、焊接电路和调试电路。

2)绘制电路原理图。学生根据教师提供的原理图,自己动手绘制出来,一来锻炼学生绘图的能力,二来加强学生对原理图的理解。

3)列出元件清单。学生根据原理图和教师分发的元件实物列出元件清单,该清单包括元件的型号、参数、图形符号、文字符号等。

4)绘制电路实物连接图。学生以电路原理图为依据,根据元件引脚实际封装的位置汇出最合理的布线图,避免元件与元件之间的连接线路错乱,要求符合电路布线原则。

5)焊接电路,电路的焊接要求学生掌握熟练的焊接技术,不能出现虚焊、假焊、空焊和冷焊等。

6)调试电路。教师要求高职的学生应自己调试电路板。首先应该对照实物接线图检查成品电路板的连接有无错漏,其次利用示波器测试电路板相应位置的电路波形以检测所焊接的电路板是否能出现正确电路的波形图,如果波形吻合说明电路板制作成功,反之亦然。最后学生根据理论知识分析成功电路板出现对应波形的原理。

6师生小结

每制作完成一个典型工作电路后,教师会根据学生在该项目学习的过程中存在的主要问题进行小结和解答。学生则以小组为单位,上讲台汇报他们的学习成果以及提出学习过程中的疑问。最后教师要求每位学生应自行完成该项目的实训报告,以此作为作业。

7结语

1.1应用EDA的必要性

1.2EDA在电子技术类课程中的应用

EDA与电子技术课程设计的开设,为传统课程注入了新的活力,提高了学生的学习兴趣,这不仅为本课程的教学奠定了良好的基础,也为后续各门专业课程提供了基础知识的保证。在后续的课程中,运用EDA技术进一步掌握各种电路原理和设计方法,通过PTOTEL软件绘制出原理图并且设计出PCB板,最后安装元件焊接,完成电路板的制作;另外在《单片机原理与应用》中,学生又学会用单片机实现电路的设计,这时可以让学生将原来课程中设计的电路改用另一种方式来完成;在电力电子技术课程中,可以进一步设计基础电路和简单的控制系统。几乎所有的课程都会涉及到基础电路原理分析、控制芯片以及系统架构等内容,都需要电路支持,构成一个完整电路系统。这个电路系统从基本电路设计到最后做成PCB板都可以用EDA技术中的电路板制作方式或者PROTEL软件中的方法。

2结束语

现有的实验大都是验证性的实验,设计性和综合性实验少之又少,更没有具有专业针对性的实验。应针对汽车专业的特点增加设计性、综合性实验。但是不能过于复杂,要结合汽车专业找出简单有代表性的问题,从而使基础实验更能接近专业课程,提高学生分析问题、解决问题、理论联系实际的能力,提高学生的动手能力、实践能力。

二、加强传统实验教学中的预习和总结两部分工作

实验内容改革之后,每个人的设计内容应该不是完全相同的。老师给定一个题目,学生自己设计分析,所以必须加强预习设计这一项工作。实验结束后的分析工作也必须加强,因为自己设计的电路肯定会包含电路中的很多基础理论知识,要做到能将最基本的理论验证部分从自己设计的电路中找出来的能力。这样才达到实验的效果。

三、增强专业分析的能力

四、实验教师的改革措施

五、结束语

关键词:LED电子显示屏;教学设计;创业

一、教学分析

(一)课程介绍

为了提高高职学生的实际动手能力,提高实训室的利用率。我校开展LED电子屏的安装实训室开放项目教学。课程有利于电子技术知识技能拓展和大学生毕业后的创业。

(二)教学内容

参考高职高十二五规划教材,依据人才培养方案。立足地区强劲的人才需求,结合学校现有设备优势情况。将教学内容设定为:户外LED彩灯安装、LED照明灯安装、LED电子显示屏制作。其中主要以LED电子显示屏制作为主。我们将学习目标设定为:

1.知识目标:掌握LED的结构和工作原理,掌握译码器、整流器、显示器的工作原理,熟悉电路的故障与排除方法。

2.能力目标:具备器件灵活安装的能力,具备对电路设计合理的能力,能够排除电路故障的能力。

3.素质目标:培养学生爱护工具、爱岗敬业、吃苦耐劳的精神,培养学生团队协作能力和创业能力。

(三)学情分析

高职的学生具有以下特点:

1.学生未来职业不确定,基础知识薄弱。

2.不喜欢传统教学模式,喜欢自主学习,学习途径多样化。

3.喜欢实际动手操作。

4.动手能力相对较强,理论学习有一定困难。

(四)教学方法

依据以上的学情我们将教学方法设计为,任务驱动法和小组合作探究法。

任务驱动教学法:教师布置任务,师生研讨、练习、实习作业等方式完成电路安装与调试任务。

小组合作探究法:以小组为单位实施任务,通过制定计划、讨论研究、分组实施等学习活动中,获得知识技能及丰富的情感体验。组内取长补短、共同学习、共同进步。

(五)教学设计

依据职业教育教学改革要求,基于翻转课堂教学理念,采用任务驱动教学法,。以户外LED彩灯、照明灯、电子显示屏制作为载体进行教学设计,完成从电子件的焊接到产品的调试使用整个过程。

二、教学策略

(一)教学方法

在教学过程中我们始终以“做中教,做中学”为理念,以仿真软件为依托,项目教学。

(二)教学手段

(三)课程平台

网络资源的共享,使我们的学习时空具有开放性,提高教学效果。

三、教学过程

课前导学分析任务新知讲解模拟仿真实际训练评价总结

(一)课前导学

(二)分析任务

进入课堂学生把前期学习过程中发现的问题提出来,学生一起讨论最后教师归纳总结得出答案。

(三)新知讲解

在新知讲解阶段,我会利用FLASH动画帮助学生理解各种芯片和电路图。这样就把复杂问题简单化,抽象问题形象化,帮助学生突破重点难点。

(四)模拟仿真

我们利用电子仿真软件把电路板的制造过程全部进行仿真。从器件的选用电路的原理电路板的布局成品电路板的测试电路板的故障检测,电路板制造的每一个过程我们都可以进行仿真。仿真软件的使用降低了实训的成本,使复杂的问题简单化,反复练习提高了学习效率和效果。

(五)实际训练

以各小组为单位,在真实的设备上进行操作。小组内部分工明确,协同工作,学生的学习兴趣高,获得更好的学习效果。不论学生的专业在经过以上方式训练后完全可以实现独自连接线路,排除电路故障。

(六)评价总结

依据教学任务书我们制定了评分标准。学生成绩中自评占20%,教师评价仅占20%,小组互评占60%。这种评价方式,不仅激发了学生学习的兴趣,而且在这项活动中学生可以发现自己的不足之处。有利于学生之间互相学习和交流。

四、教学反思

(一)教学效果

通过学习,学生在学习能力、专业能力和社会能力等方面都有很大的提高。为他们拓宽了就业渠道,为走上未来工作岗位奠定了扎实的基础。

(二)教学过程总结

1.优化了教学过程,过程考核。

2.引入仿真软件,反复练习,安全,快捷,提高了学习效率和效果。

3.在线进行交流,网络平台进行课外学习,学生知识巩固加强。

4.实际动手操作,学生动手能力和排除线路故障能力增强,有利于学生创业。

(三)教学特色分析

1.学习资源的开放

2.学习过程的开放

3.学习伙伴的开放

4.学习时空的开放

5.问题解决办法的开放

[1]李新房,李静.电子课本――未来的教科书[J].牡丹江大学学报.2013(08)

[2]顾小清,许哲.电子课本何以支持教学方式变革[J].现代远距离教育.2013(02)

[3]徐显龙,苏小兵,吴永和,王新华.面向电子书包应用的课堂教学行为模式分析[J].现代远程教育研究.2013(02)

[4]龚朝花.基于iPad的电子教材特征与课堂应用实践[J].中国信息技术教育.2013(01)[5][5]林邦国,齐贵超.电子课本教学资源的设计和开发[J].南昌教育学院学报.2012(05)

作者简介:

关键词:电子技术;电子技能实训;焊接技术;CAD技术;技能竞赛

如何改变电子技能实训就是电烙铁加螺丝刀的旧面孔?近几年我在教学实践中进行了一些思考与探索。笔者认为,只有加强电子技能实训,才能适应信息技术发展的要求,才能满足社会对技能型人才的需求,才能展现中职教育特色。而加强电子技能实训需要做到以下五个结合:

一、基础训练与先进技术相结合

电子技能实训的基础训练包括以手工烙铁焊接技术为主的基本操作技能、以电子元器件识别、测量和装配为主的工艺常识等三项内容,这是教学实习的重点和基础。

(1)基础训练内容是学生在小制作、收音机安装和电视机安装过程中必须具备的实践能力。即使学生参加工作后,在生产流水线上以及电子设备维护,基础训练内容仍然是基本的看家本领,并且在未来相当时期内也不会有根本变化。

(2)基本操作技术是现代自动化生产技术的基础。例如当前最流行的回流焊技术,其基础仍然是锡焊技术。

(3)基础训练是实践能力培养的初级阶段。在此基础上才有条件进一步提高。但是,电子实习只抓基础训练是不够的。这不仅是改变电子实习就是电烙铁加螺丝刀的旧面孔的需要,更主要的是新时代人才培养的要求。

(4)电子信息技术发展日新月异,新技术、新工艺、新材料、新元器件层出不穷,特别是第三代组装技术的迅猛发展,使电子制造技术发生了巨大变化。作为学生学习和了解电子工艺技术窗口的电子实习,仅仅满足于基础训练显然是不够的。我们的培养目标是面向面向电子产品制造一线的电子产品装配、调试、维修、检验及生产设备操作人员。我们的学生如果对当前新技术、新工艺知之甚少、甚至一无所知,将来难以面向社会需求,难以适应新时展。电子实习接触先进技术,实在是刻不容缓的任务。

二、电脑和电烙铁相结合

近年来,随着信息化、数字化的浪潮不断高涨,学生计算机能力和水平不断提高,在电子技能实训中可以结合现代高科技成果,创造实训教学新的结合点和亮点。电子线路CAD(计算机辅助设计)实训正是这样一个结合点。

电子线路CAD技术是基于计算机平台进行电路设计的一项新技术。CAD具有使用方便、功能强大、智能化程度高的特点。随着CAD技术的发展,不同国家的CAD软件公司相继推出了基于不同操作系统的CAD软件,特别是由澳大利亚Altium公司推出的基于Windows系统的软件Protel系列,我校现在用的是Protel2004,具有界面直观、容易掌握、元器件种类齐全,操作方便等优点。Protel2004可以实现电路原理图的绘制、元件设计、印制电路板图设计及电路的仿真等,可以使我们把CAD与电子技能实训实现链接。

在学生进行了一定的技能训练后,可以用Protel2004设计电路原理图,再设计出PCB印制电路板,并进行印制电路板布线和正确性检查,最后手工制作出PCB印制电路板。

这一改革方案的关键是将电脑设计和实际产品制造结合在一起,一定程度上弥补了目前学生知识结构残缺。它不是简单的CAD加电子制作,而是一种科学、求实的作风训练,是一种现代科技与现行工艺技术融合的演练。但不容置疑的是软件只是一个辅助工具,最终必须由实际装置实现其价值。计算机设计只有和电烙铁相结合才能结出丰硕的果实。

三、实训与理论知识相结合

职业中学电子实训一般都会组装、调试半导体收音机。有人认为是“小儿科”,连小学生都会装,对中学生太简单了。我认为,一台半导体收音机本身“麻雀虽小,五脏俱全”,电路比较典型。此外就看怎么操作了。首先对学生提出明确的要求:不要只看到一台小小的收音机,要通过这次实训达到举一反三,要会看一般的电子电路图,要能讲出原理,要能简单估算静态工作点,要能对一般的电子电路进行组装调试。因此在教学上,我们的处理方法是:

(1)提高理论知识。结合电工课程和电子技术课程的基础知识,讲授并深化串联谐振、并联谐振的有关知识,使之不再是抽象的知识,而是具体化的实在知识。通过对高频通路、低频通路中电容容抗的分析,使学生感受电路基础知识不再枯燥。通过等效电路分析,使学生了解谐振放大器的优良性能。等等。

(2)工艺训练要精。对于从未摸过电烙铁的学生进行基础训练,一定要从严要求。我们要提出,如果焊点没有虚焊,表面光洁,大小一致,能够像欣赏工艺品那样欣赏你的成果,才真正达到了水平要求。从这两点来看,“小儿科”论是没有道理的。

四、实训教学与兴趣小组相结合

电子技能实训教学既没有高深系统的理论,但要做好这项工作绝非易事。它要求教师具有扎实的电子技术基础,丰富的实践经验,全面的工艺知识功底以及开阔的眼界和思路。电子技能实训课最好由双师型教师和实习辅导人员一起上。我们的教师既要了解学生、熟悉教学环节,还要是实践经验丰富、具有电子产品维修、改造、甚至设计开发的能力。实习辅导人员直接面对学生,具体指导学生实际操作,他们技术水平和工作作风对实习效果影响很大。教学辅导人员是在有实训任务时参加教学辅导,做辅导师傅,没有学生实训时是实验室的管理老师。

五、专业发展与技能竞赛相结合

为了改变职业教育的现状,加强学生学习职业技能的积极性、创造性,强化职业教育与劳动就业的联系,推进职业学校的电子技能教学改革,各地纷纷举办了各级各类电子技能大赛。技能大赛为中职教育的教学更好地把准市场脉搏,使学生学以致用,提供了一个导向标杆。狠抓技能大赛可以有效地带动和促进中职学校的全面建设。技能大赛同时也提升了中职教育的吸引力。

(1)“突出以就业为导向,以能力为本位”的教育理念。大赛以技能为载体,有效促进技能训练,推动课程改革,优化专业教学,加强专业建设,为学生就业、提升竞争力创造条件、搭建舞台。广大中等职业学校学生把大赛看作切磋技能、相互交流、展示风采的舞台。在全社会倡导“三百六十行、行行出状元”的良好风气。

【关键词】实践教学;改革措施;高职教育

1电子类专业实践教学的现状

高职教育提倡“理论够用,注重实践”,培养高端技能型人才,因此实践教学在高职教育中是重中之重。然而现今仍然把实践教学作为理论教学的辅助,或是理论教学的延伸或扩展。在这种观念的引导下,势必是仿照普通高等教育的传统模式将实践教学变为理论知识的一种验证,学生只需按照预先安排的步骤进行简单而又死板的插孔操作即可。这种验证性的实验内容单一、形式单调,使学生变得被动学习,死板地按照老师所给的步骤完成任务,这样的教学不可能让学生留下多少知识记忆,也不可能激发学生兴趣,更不可能提高学生分析问题、解决问题能力以及创新能力。如此趋同于本科院校的实践模式,不能够让高职教育在技能培育方面突显优势。

此外,在实践设备方面仍然使用传统实验台或实验箱做实验。虽各厂家实验台或实验箱结构上不相同,但所配套的指导书实践内容却大致相同,且实践内容多以理论知识验证性操作为主,操作流程为:实验原理剖析,按电路图插孔式接线,简单检测,验证理论结果。

各厂家生产的实验台或实验箱均采用模块化、组装化结构设计,其本身就是一个半成品,再加上电路参数都是一定的,工作环境也是理想的,学生只需简单接线即完成,这种实践模式即不符合实际工作需求,也无法提升学生遇到实际工程问题的解决能力。

2电子类专业实践教学的改革措施

2.1打破传统“先讲再做”,提倡“先做再讲”的教学模式

当拿到一部新手机时,我们是直接操作手机呢,还是先看使用手册再操作呢?绝大多数的人是先操作手机,不懂时才翻阅手册。在日常工作中,当我们进行某项工作时遇到不懂的,就会查阅有关资料书籍,学习有关知识,直到解决问题,而知识自然地被牢牢地记忆了。

2.2将多门有关联的实验课整合为一门综合性、系统性、教学成果产品化的实训课

2.3将实践教学分为基础技能实践和综合性设计技能实践

基础技能实践包含:学生通过实践动手学习,对线路和电子电路基础知识有理论上和感观上的认识;可掌握电工电子基本技能;熟悉电子仪器仪表的使用和操作方法;对电路中的电子元器件有了初步了解和识别能力;掌握焊接技术和常用电器的安装;学会使用电路制图软件和电子仿真软件;了解配电系统原理和安全用电知识和注意事项。[2]

综合性设计技能实践包含:电路的设计、电子仿真和测试、电路的成品制作。其中首先以电路设计为主线,将基础技能实践运用于初步的综合设计技能中,然后通过一定的仿真和测试来验证设计电路的可行性和可靠性,最后焊接和制作出实际的电路。这一环节主要采用仿真与成品制作相结合,硬件和软件相结合的教学模式,全面而系统地提高学生的分析问题、解决问题的能力,以及综合设计、研究创新的能力。

2.4注重基础技能的培养,形成良好的职业习惯

将基础、常用的仪表仪器的使用方法和对常用元器件的识别作为实践教学的首个训练项目,培养学生掌握常用电子仪器仪表的正确使用、基本运用、注意事项、保护措施,以及常用电子元器件的识别的能力。将实操的重点放在规范各类仪表仪器的使用、操作步骤上,培养日后良好的操作习惯。

2.5硬件电路设计采用软件虚拟模式

在设计电路的过程中,加入计算机仿真和测试环节。让学生在动手做线路板之前,先进入计算机虚拟实验室,进行仿真,验证设计的可行性和可靠性,避免走弯路和浪费材料,同时也利于修改电路板的设计。而在实际需求中,当缺乏某个电子器件或某种电子仪器仪表时,我们可利用计算机虚拟出该器件或设备,先进行相应的仿真和测试,大大增加了我们实践教学的灵活性和智能性。

2.6增设具有趣味性、实用性的动手制作产品实践内容

3结语

根据目前高职教育实践教学现状,首先要树立起一种通过最有效的方法将知识和能力传授给学生的高职实践教学新观念以及相应的具体措施,才能够彻底脱离出普通高等教育的传统模式,真正意义上实现培养高端技能型人才的目标。此外,地方高职教育离不开区域经济的发展,根据区域经济发展设置专业,整合课程,开发具有典型工作任务的实践教学内容,才能够适应于本地区市场的需求和经济的发展,同时能够提高学生的实践能力和就业能力。

【参考文献】

[1]王贵兰.高职院校电子专业实践教学改革探讨[J].科技信息,2009,29:685.

动手更需动脑

如果考生有幸翻看过电子类书籍,比如《数字电路设计》《单片机原理》《微型计算机原理》等书,你会发现它的序言一般都会有这样一段话:“随着微电子学技术的快速发展,××技术在此基础上逐渐成熟起来。”是的,如果说电子是21世纪文明的基础,那么微电子学就是基础中的基础。在笔者本科阶段就读的电子科学与技术学院,微电子学的课程基本上囊括了所有的电子类学科知识,无论是集成电路设计,还是网络通信,乃至系统编程,都需要微电子学的知识。

微电子学属于工学学科,最初是从凝聚态物理和光学物理划分出来的专业,微电子学在我国起步较晚,在20世纪五六十年代作为半导体物理专业研究。后来由于企业对大规模集成电路设计人才的需求,微电子学才逐渐变成一门独立的专业学科。工学学科要求学生有较强的动手实验能力。在工艺课实验上,老师一般会带领大家去公司参观或者让学生学习实验仪器的使用,比如如何测量半导体的晶圆片电流等。在注重动手能力培养的同时。微电子人也不能把理论知识落下。在实验课上,老师会让我们完成各种简单的数字电路设计。很多同学在设计完电路后,经常是电源一打开,一股白烟腾空而起,芯片就烧坏了。这就是因为他们连芯片的引脚定义都没有搞清楚就盲目地搭建电路所造成的。

连接高中与社会的桥

大学连接着高中的基础知识和未来职业的专业知识,是一座跨在学校和社会之间的桥梁。在大学期间不仅要学会以后进入社会的生存技能,也要能够为自己以后的未来做一个规划。

很多人认为学IT专业就是一天到晚打游戏,诚然,有一部分人是这样浑浑噩噩度过大学四年的,但并不局限于IT类专业。追根到底,我觉得这是由于没有找到专业的兴趣。兴趣是最好的老师,在这里拿创新工场总裁、谷歌前全球副总裁兼中国区总裁李开复老师说过的一句话和大家共勉:“我现在感到当你做你喜欢做的事情的时候,你吃饭、睡觉、洗澡都不停地在想它,然后它就不得不变成你的一种天赋,然后它就不得不变成你的兴趣。”

择校与择业

在院校的选择上。北京大学的微电子工艺全国最好,器件也很好;清华大学整体很强,设计较好;东南大学则是微机电系统(MEMS)最好;电子科技大学的微电子专业在通讯方面研究能力很强,工业器件和薄膜集成方面的实力也属上乘。

1虚拟实训项目的教学设计

教学需求分析好的教学软件需要好的教学设计,好的教学设计需要先进的教学理念指导。目前教育界普遍认为要取得好的教学效果,既要强调学生的主体地位,又要充分发挥教师的主导作用。教学软件的设计中也要贯彻这种教育理念,既要提供充足的图文、动画、视频等演示资源来支持教的功能,又要有良好的界面导航及虚拟实训交互设计来调动学生自主学习的能动性。中职《电子产品装配实训》课程主要以项目教学为主,通过10个典型的电子产品装配让学生获得电子技术基础知识,掌握电子产品装配的基本技能。因此,在虚拟实训教学软件中应具有4种功能:漫游功能,能够多角度观察虚拟实训器件及仪器设备,操作场景;演示功能,能够演示电子产品装配实训中的操作程序、操作方法及错误操作结果;交互功能,能够利用键盘、鼠标对屏幕中的虚拟器件、仪器工具等进行理想的自主操作,该功能是虚拟实训软件的核心功能;考核功能,能够进行理论与虚拟实训操作的考核,验证学生学习水平,并给予反馈。

软件系统功能模块设计通过上面的需求分析,结合中职学生学习特点,本文以直流稳压电源的虚拟组装项目为例,对软件功能模块加以说明。

2虚拟实训教学软件的实现

虚拟实训系统的实现

1)基于Unity3D的虚拟教学软件实现流程。Unity3D是能够比较方便的创建诸如3D游戏、建筑可视化等内容综合开发工具,包含了图形、音频等方面的引擎支持,并以C#或者一种类似JavaScript的语言为脚本语言,来实现交互设计。Unity3D开发虚拟实训主要分为4个步骤:首先,创建仿真模型;其次,利用3DSmax优化模型;再次,利用Unity3D对模型进行交互设计;最后调试,完善并。

2)虚拟元器件模型的建立。在电子产品装配虚拟实训中,主要涉及到电子元器件及印制电路板的模型创建。例如在直流稳压电源装配实训中需要准备的虚拟元器件有电阻、电容、二极管、三极管等,还要有一块虚拟印制电路板。如果这些虚拟物件直接在3DsMAX中创建相当麻烦,Proteus软件中预置了上千种元件的3d模型,我们可以利用其印制电路板设计模块,方便的生成印制板电路和元器件的3D模型。然后再导入3DsMax中进行组合优化,最终得到虚拟实训所需虚拟元器件模型,再以FBX文件的形式导出备用。

3)漫游功能的实现。在Unity3D中我们可以利用鼠标、键盘事件对摄像机的视角进行控制来实现对元件和场景的漫游功能。例如,利用按住鼠标右键拖动实现视角的旋转,具体方法如下。

首先,将Unity3D中预置的CameraScripts

下的MouseOrbit.js导入到工程中;其次,将MouseOrbit.js附加到MainCamera上,然后在其Inspector面板中对MouseOrbit.js组件的Target参数进行设置,本实训项目中选择印制电路板作为该参照物;最后,将鼠标右键触发事件添加到MouseOrbit.js代码中去,实现按下鼠标右键才触发视角旋转的功能。

4)装配演示功能的实现。在本项目的装配演示模块中,我们主要实现元器件在印制电路板上的安装与分解。单击装配演示界面上的分解按钮时,各元器件从电路板上分解出来;单击组装演示按钮,系统将自动将各元器件按照一定的顺序安装在电路板相应的位置,如图1所示。该功能的实现利用附加在MainCamera上的装配演示脚本来实现。具体方法如下:

①在脚本中Awake()函数里获取所有元件的名称及正确坐标,并记录在数组中。

②在脚本中OnGUI()函数里利用Button控件创建分解与组装演示按钮。当检测到分解按钮被按下时,将所有元器件的位置进行偏移,完成元器件位置分解操作;当检测到装配演示按钮被按下时,首先根据数组中存的元器件名获取元器件的当前坐标,若其与数组中所存的元件在电路板上的安装位置不同,则利用Vector3.MoveTowards方法将当前元器件移动到数组中所存的该元件的安装位置。移动完成后,进行下一个元件的安装演示,如图1所示。

5)虚拟装配功能的实现。本软件中单击手动组装操作按钮进入虚拟装配实训,这时可以通过键盘、鼠标对屏幕中的虚拟元器件、仪器工具等进行自主操作,组装到正确位置时,元器件会吸附到电路板上。当鼠标指向待安装的元器件时,会在电路板上正确的安装位置显示元器件虚影进行提示。该功能实现的关键技术是鼠标拖放和碰撞检测。具体方法如下。

①准备两套虚拟元器件,一套是辅助安装的元器件虚影。当按下手动组装按钮时,将电路板上的辅助安装元器件的renderer.enabled属性设置为false,并全部添加Boxcollider组件。然后分组显示将要安装的元器件。

②在MainCamera上附加Unity3D中预置的DragRigidbody.js脚本,为需要安装的元件添加Rigidbody和Meshcollider组件。

③在将要安装的元器件上附加手动组装脚本。编程思路是在Update()中获取当前鼠标拖动的元器件,然后利用OnTrggerEnter进行碰撞触发检测,若碰撞的是与之对应辅助元器件则将其在安装位置显示出来。

3作品

在Unity3D中经过功能测试无误后,开发的作品最后能成web网页、可执行EXE文件等多种形式。在本实训教学软件中,为便于与其他教学资源整合,采用网页的形式。

4结束语

本文以直流稳压电源虚拟实训项目为例,展示综合运用Proteus、3DSMAX、Unity3D开发电子产品虚拟实训软件全过程。该虚拟实训教学软件已经在实际教学中进行应用,取得了初步的成效,经过不同班级对比,使用该软件可以明显增加学生的学习兴趣,提高学习效率,但虚拟实训教学并不能完全替代实践实训项目。

参考文献

[1]姬洪强.《现代教育技术》虚拟实验室的设计与实现[D].杭州:浙江师范大学,2009.

[2]石小法.电子技能与实训[M].北京:高等教育出版社,

2006.

论文关键词:课程改革;工作任务;课程项目;技术情境;教学导航

随着我国科技和经济的迅猛发展,社会对人才的需求正在发生着深刻的变化,教育行业受到各方面的重视。在教育部和财政部实施的国家示范性院校建设政策鼓舞下,高等职业技术学院以服务为宗旨,以就业为导向,以培养高级应用型、技艺型人才为目标。这类人才主要是在不同行业、企业的工作和生产过程中负责管理、监督、检测、分析、技术服务等几项工作。因此,高等职业技术学院正进行较大规模的专业建设和课程改革,要求高职专业的学生除了具备必要的基础理论、专业技术知识外,还必须具有解决工作生产中实际问题的能力,以适应今后的工作。

一、模拟电子技术教学导航

模拟电子技术是研究对仿真信号进行处理的模拟电路的学科。它以半导体二极管、半导体三极管和场效应管为关键电子器件,包括功率放大电路、运算放大电路、反馈放大电路、信号运算与处理电路、信号产生电路、电源稳压电路等研究方向。

理论知识:基本半导体知识、放大电路、集成运算放大电路、直流稳压电源。

技能训练:常用元件的识别与测量、放大电路性能分析、集成运算放大电路基本应用。

1.模块1:半导体器件

(1)知识重点:半导体基础知识;半导体二极管外部特性;晶体三极管外部特性。(2)知识难点:半导体PN结。(3)教学方式:从半导体PN结入手,简单介绍半导体的基本结构与工作原理。结合实践教学,重点掌握半导体的外部特性。(4)技能要求:二极管与三极管的简易测试。

2.模块2:放大电路

(1)知识重点:放大电路的基本组成;放大电路的分析;多级放大电路的极间耦合;负反馈对放大电路的性能的影响。(2)知识难点:放大电路的分析;放大电路的负反馈。(3)教学方式:从基本放大电路入手,介绍放大电路的静态与动态分析、多级放大、电路反馈;结合实践教学,重点掌握放大器的外部特性。(4)技能要求:放大电路静态工作点的调整与动态参数测试。

3.模块3:集成运算放大器

(1)知识重点:集成运放的结构和特点;基本运算电路;集成运放的线性应用电路。(2)知识难点:集成运放的线性应用电路。(3)教学方式:从理论集成运放条件入手,掌握各基本运算电路和电压比较器的功能;结合实践教学,重点掌握集成运放的外部特性。(4)技能要求:电路的调整与测试。

4.模块4:直流稳压电源

(1)知识重点:整流与滤波电路;稳压电路;开关电源。(2)知识难点:开关电源。(3)教学方式:从二极管整流特性、电容器充放电入手,讲解整流、滤波电路;稳压电源重点讲授集成稳压电路和开关电源。(4)技能要求:电路的调整与测试。

二、数字电子技术教学导航

数字电子技术主要研究各种逻辑门电路、集成器件的功能及其应用,逻辑门电路组合和时序电路的分析和设计、集成芯片各脚功能。随着计算机科学与技术突飞猛进地发展,用数字电路进行信号处理的优势也更加突出。为了充分发挥和利用数字电路在信号处理上的强大功能,可以先将模拟信号按比例转换成数字信号,然后送到数字电路进行处理,最后再将处理结果根据需要转换为相应的模拟信号输出。

理论知识:集成门电路与组合逻辑电路、时序逻辑电路、波形产生与整形电路、中规模集成电路应用。

技能训练:组合逻辑电路应用、时序逻辑电路应用、逻辑电路限定符号识图。

1.模块1:数字电路基础

(1)知识重点:数字脉冲信号;二进制与8421BCD码;基本函数与逻辑运算;逻辑函数的化简和变换。(2)知识难点:逻辑函数的化简和变换。(3)教学方式:从二进制与逻辑函数基本规则入手,学习逻辑运算规则、逻辑函数化简与变换。(4)技能要求:逻辑函数的化简和变换。

2.模块2:组合逻辑电路

(1)知识重点:基本逻辑符号及意义;门电路的逻辑功能和基本特性;组合逻辑电路的分析常用组合逻辑电路的逻辑功能。(2)知识难点:基本逻辑符号及意义;组合逻辑电路。(3)教学方式:从基本原理与逻辑符号读解入手,重点介绍电路的逻辑功能与外部特性。(4)技能要求:基本逻辑符号读图;门电路和组合逻辑电路。

3.模块3:触发器

(1)知识重点:各类触发器的逻辑功能;触发器限定符号及其意义。(2)知识难点:触发器之间的转换关系。(3)教学方式:借助限定符号意义读解,帮助理解各种触发器的逻辑功能与控制方式;结合实践教学,重点掌握电路的外特性。(4)技能要求:触发器的逻辑功能测试。

4.模块4:时序逻辑电路

5.模块5:波形产生与整形电路

三、电路组装、测量与调试教学导航

电子电路组装、测量与调试在电子工程技术中占有重要的地位,任何一个电子产品都是由设计焊接组装调试形成的,焊接是保证电子产品质量和可靠性最基本环节,调试是保证电子产品正常工作的最关键环节。

理论知识:常用电子仪表、电路的装配、调试与测量知识。

技能训练:常用电子测量仪表的使用、常用电路元件与数字集成电路测量、电路的装配与调试。

1.模块1:常用电子仪器知识重点

(1)知识重点:双踪示波器;半导体管特性图示仪;毫伏表;信号发生器;集成电路测试仪。(2)知识难点:双踪示波器;半导体管特性图示仪。(3)教学方式:重点讲授电子仪器的操作和使用方法。(4)技能要求:仪器的基本操作方法;半导体特性测量。

2.模块2:电子元器件的识别与简易测量

(1)知识重点:电子无源元器件;电子有源元器件;表面安装元器件。(2)知识难点:表面安装元器件。(3)教学方式:重点讲授各种电子元器件的识别与选用方法。(4)技能要求:元器件的识别与选用方法、常用数字集成电路测试。

3.模块3:电路的装配、调试与测量

(1)知识重点:装配、焊接工艺;电路测试与测量。(2)知识难点:电路测试。(3)教学方式:介绍电路装配工艺,分析电路测试与测量基本方法,结合实训进行教学。(4)技能要求:电路装配、测试与测量。

四、电子电路仿真教学导航

电路仿真技术是近十年来在电子技术研究领域的一场革命。设计人员利用计算机及其软件的强大功能,在电路模型上进行电路的性能分析和模拟实验,从而得到准确的结果,然后再付诸生产,极大地减少了实验周期和试制成本,提高了生产效率和经济效益,受到了电子生产厂家的一致欢迎。现在,电子仿真技术已成为电子工业领域不可缺少的先进技术,因此为了确保电路设计的成功,消除代价昂贵并且存在潜在危险的设计缺陷,就必须在设计流程的每个阶段进行周密地计划与评价。电路仿真给出了一个成本低、效率高的方法,能够在进入更为昂贵费时的原型开发阶段之前,找出问题所在。

理论知识:EWB与Multisim平台基本知识,Multisim在电子仿真实验中的应用。

技能训练:模拟电路电子仿真和数字电路电子仿真。

模块:电子电路仿真。

(1)知识重点:Multisim平台的使用;Multisim在电子仿真实验中的应用。(2)知识难点:Multisim软件的使用。(3)教学方式:从电子实验实例入手,学习Multisim软件的使用,在学会使用的基础上,结合电子知识,完成电子实验的仿真。(4)技能要求:用Multisim进行电子仿真的方法。

五、综合实训项目——有源多媒体音箱的设计与制作

1.知识要求

掌握模拟电子技术和数字电子技术的综合应用思路;掌握电子产品综合设计的基本思路。

2.技能要求

能进行电子电路的综合制作调试;能有条理地撰写设计说明书;能对设计项目进行总结展示。

3.教学任务

通过有源多媒体音箱的设计、制作及测试,掌握电子产品的设计流程及注意事项,学会元器件的特性测试和电路组装、测试,熟悉电子产品组装的工艺要求及生产过程。

4.教学活动设计

(2)在校内生产线的工作岗位上,根据所设计电路选择元器件,进行元器件的性能、参数测试。规划电路板,进行元器件的布局和印制电路板的制作。完成各部分电路的焊接、组装,对已经组装的电子产品进行参数测试及调试,使其达到设计要求。

(3)要求学生撰写实践报告及产品说明书。

(1)理论知识。元器件的识别、测试方法;印制电路板的制作,元器件的布局;焊接工艺、电路调试方法;产品说明书的撰写。

THE END
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