“电子技术课程设计”课程探索

贺付亮,聂秋玉

(西南大学电子信息工程学院,重庆400715)

“电子技术课程设计”是高校电子工程类专业学生的一门综合性实践课程。课程安排在本科教学环节全部结束并进入毕业设计前的这一阶段,时间为4周左右。该课程要求学生综合应用模拟和数字电路、高频电路分析、传感器技术和信号处理分析等知识,解决电子电路问题,培养学生设计电子仪器系统的综合能力[1,2]。

我们探索了在此课程中引入虚拟仪器技术,构建电子仪器设计平台,提出一种新的“电子技术课程设计”实践教学模式。

1 利用虚拟仪器技术构建教学环境

虚拟仪器技术以计算机强大灵活的软件开发能力为基础,集成多种虚拟电子仪器构成测试平台,实现电子电路系统的柔性化开发[3,4]。因此,利用该技术,能够很好地为“电子技术课程设计”课程提供高效的设计平台,实现学生在电子电路工程上的个性化教学实践。

利用虚拟仪器技术所构建的“电子技术课程设计”教学环境主要包括NI公司ELVIS教学实验套件、PCI-6251数据采集卡和计算机等硬件设备[5],及用于电子电路与仪器开发设计的Multisim和LabVIEW等软件环境。其中,NI ELVIS是一个综合性的电子电路设计开发平台,除提供电子课程设计中所需的电路设计环境外,还集成多种虚拟的电子测试仪器。Multisim用于学生电路设计和分析训练,LabVIEW[6]用于仪器界面开发和信息编程处理等。整个教学环境集成一体,为“电子技术课程设计”的教学实践提供了高效的途径。

2 课程实施介绍

“电子技术课程设计”教学以学生小组实践形式开展。课题的选择采用教师制定与学生自创相结合的形式,要求学生在一定的课时内完成。选题确定后,教师提出主要指标和要求。设计实践具体环节包括资料查阅、设计方案选择、系统规划、电路设计、制作和调试、信号分析处理、仪器界面设计、电子仪器系统调试以及测试数据与误差分析等。最后,撰写设计报告,教师根据设计报告和设计成果进行总结点评和评分。虚拟仪器技术实验平台上进行的课程设计环节如表1所示。

表1 电子技术课程设计环节

3 实时温度监控系统设计

在基于虚拟仪器技术的实验平台上,学生可实现灵活多样的电子仪器系统的构建。其中,实时温度监控系统就是一个典型的课题项目。该项目选用热电偶传感器,利用Multisim实现信号的采集、滤波和放大,并选用器件实现在NI的ELVIS平台上电路搭建测试。

电路所采集的信号经滤波放大后,通过数据采集卡,送入计算机,利用LabVIEW实现对所采集信号的线性化处理、温度转换以及仪器操作显示界面设计。在仪器功能及界面的设计上,学生利用该设计软件实现对于所采温度信号诸如平均温度、历史曲线和温度报警等多种功能分析,如图1所示。系统实现后,学生对该系统进行参数性能优化,最后形成设计报告。整个设计由三个学生分工合作,设计任务合理分配,共同协作完成。

图1 实时温度监控系统的操作界面设计

4 结语

利用虚拟仪器技术所构建的电子技术课程设计平台已经应用于我校电子信息工程专业2004级和2005级学生的实践教学中。实践证明,基于该实验平台所进行的教学,可以在保证学生课程实践的要求基础上,节省测试仪器和实验经费。同时,多种虚拟电子仪器设计资源也使学生可以实现个性化虚拟电子仪器开发,使开设的“电子技术课程设计”课程取得了显著的教学效果。

[1] 《西南大学电气信息类本科课程教学大纲》,2007年7月

[2] 教育部高等学校电子信息科学与工程类专业教学指导分委员会,《电子信息科学与工程类专业指导性专业规范(草案),2007年10月

[3] 陆绮荣,基于虚拟仪器技术个人实验室的构建[M].北京:电子工业出版社,2006.10:8-10

[4] 高茂林,李霞.虚拟仪器的开发与其在教学中的应用[J].北京:现代仪器,2006(2):35-37

[5] http://www.ni.com/

[6] Robert H.Bishop.LabVIEW7实用教程[M].北京:电子工业出版社2005.8:2-5