电路设计理念范例

摘要

本文对目前在电子电气通信专业的课程高频电子线路实验提出了改进思路，针对目前在实验中采用软件仿真代替搭建实验电路的流行做法，提出了商榷。本文建议在低年级短学期阶段让学生接触电路板制作、高频防电磁干扰设计准则，通过制作通用高频电路板并调试高频电路，接触高频电路设计，激发学生今后学习电路的兴趣，培养电路调试能力，缩短未来高频电路实验需要的时间，在高频实验中将软件仿真和电路搭建调试结合，用软件仿真验证理论知识，用搭建电路实现功能。

关键词

电子线路；实验；仿真；电路搭建

1前言

高频电子线路课程，又称通信电子线路，是高校电子、电气、通信专业的必修课程，由于该课程工程实践性较强，通常必须配有相应的实验课程。通过调查目前国内高校针对该课程相应的实验课程设计，我们发现目前该课程理论阶段一般设置课时为36-64学时，而相应的实验通常有10-24课时。高频电路类似于乐高积木，即其每个部分基本功能实现都具有固定的经典电路，整体电路设计需要根据电路参数计算，在每个功能部分从几个经典电路中选择合适的一个即可，这样多个基本功能电路采用乐高积木般组合搭建而成最终电路，这点与低频电路不同，低频电路很多时候需要自己设计，而高频主要还是“搭积木”。这样看似乎该课程实验很简单，其实不然，在很多侧重理工的大学（通常这类大学对该课程要求更高、赋予更多课时），该课程和对应的实验课均被称为“杀手课程”，很多学生提起来都头疼。高频电路实验主要是对教授的经典电路进行验证，因此设计部分不是难点，实验的难点在于如何成功调试电路。在实际实验中常常会出现设计验证成功，但电路不成功的情况，比如高频振荡电路无论如何都无法起振、功率放大电路输出信号严重失真等现象，这源于高频电路中电磁干扰很严重，为消除电磁干扰对走线的粗细、走线的拐角、电源线的布设位置、接地处理、哪里需要添加去耦合电容、去耦合电容的容值选取多大等等均需要经验，因此有种说法：“能设计开发模拟高频电路的工程师如同老中医，越老越珍贵。”而这些知识理论上很容易，远比高频电路设计计算容易理解，但实际应用时颇有“大音希声，大象无形”的感慨———飘渺难以把握的感觉，调试相同的2个PCB版，一个很容易就调通了，另一个无论如何效果不好。

2当前实验课程设计现状及问题

摘要：本文设计的RGB多功能彩灯装置可凭借外界环境中的声音强度、温度、光线强弱变化、人面部表情进行控制。装置可伸缩以变换不同形状；可根据信号进行灯内颜色变化；彩灯外围装有独立增压装置，利用流动的空气改变雨水运动轨迹，在装置上方形成屏障，避免淋湿；可增设太阳能板或扇页，利用太阳能和风能供电，实现绿色创新科学的设计理念。

关键词：智能彩灯；独立增压装置

1RGB装置控制系统研究内容

（1）RGB多功能智能彩灯装置的电路系统以及其含有的WiFi的串口模块。（2）RGB多功能智能彩灯装置的控制系统。因为该装置中使用了光线、声音以及温度传感器，所以采用51系列的单片机来处理从外界环境中所采集到的数据，根据处理后得到的数据结果来控制灯光的变换，形成各种各样的色光。（3）RGB多功能智能彩灯的智能过程的控制。该功能模块采用智能化远程控制设计，远程控制可以分为无人值守自动制和人工控制两种模式。真正的实现RGB多功能智能彩灯的灯光色彩变换的精细化、智能化、可视化，达到对RGB多功能智能彩灯的精确管理、智能调节的目的。①无人值守自动控制模式。若系统根据实时的环境的情况产生预警的事件，系统将自动的发出后台的指令，设备则按照预先设定有序的智能化依次开启，对RGB多功能智能彩灯进行光线、声音以及温度等环境的因素进行调控作业，具有全自动行场频自适应能力和信号的检测能力，信源端信号的变化不需要用户的调节，完全适合无人值守的应用。②人工控制模式。则由管理或者工作人员根据实际的需要，通过远程控制RGB多功能智能彩灯中的环境调控的设备，适时调节RGB多功能灯笼外围的光线、声音的频率以及温度的变化，使该RGB灯笼的色光可以满足不同场合、用户的心理情感的需要。（4）RGB多功能智能灯笼的管理平台。主要实现应用微信、微博公众平台进行远程的管理以及监控，实现远程监控RGB多功能智能彩灯所采集的外界环境的变化、外界环境因素变化的历史数据等。

2RGB装置控制系统方案设计

该RGB多功能灯笼的智能识别以及监测系统采用模块化体系结构，总控制器通过采集各种传感器的信号，与设定的外界中的指标参数进行对照，并通过外围设备进行校正；其次，信号采集卡所形成的总控制器将外界环境中的目标参数传送到WiFi无线模块，通过无线传输功能，将环境参数传输到灯笼的总系统中的芯片中，用于图像的存储、编码传输等要求。然后，通过采集VGA信号、标准以及非标准的RGB的分量等信号源，将收集到的模拟量形成高清的VGA视频，最终可以使灯笼能够随着环境中的光线强度、声音的频率的变化以及检测、识别人的面部的表情来使该RGB灯笼所呈现出各种各样的色光。系统的总体方案设计图如图1所示。

3RGB装置控制系统设计

摘要：为了充分调动学员学习的积极性和主动性，增强学员的动手能力和创新意识，将理论知识应用于工程实践，文章论述了嵌入式系统设计课程教学的创新策略，包括加强教学设计，将理论与实验任务相融合；合理安排实验内容，建立分层衔接的内容体系；改进实践教学方法，突出学员主体地位；改革考核方式，重视学员实践能力培养。

关键词：嵌入式系统设计课程教学；实验内容；实践能力

对于军队院校而言，嵌入式系统设计课程是一门将实践性、系统性贯穿始终的高层次电子技术专业基础课程，也是电子技术专业理论课程与专业课程之间的桥梁和纽带。它要求学员能够了解将理论知识应用于工程实践的方法，初步掌握电子技术系统级工程实践技能，进而使学员提高自主学习能力、自信心及实践活动的统筹规划能力，最终提升自身的综合素质。然而，以往嵌入式系统设计课程采用传统的教学方法，即先介绍可编程逻辑器件的结构特点，然后介绍EDA开发环境的使用方法，接着详细讲解硬件描述语言语法结构，最后通过举例进行说明。学员普遍反映教员讲授内容多，枯燥乏味，上课的时候都能听懂，但具体做设计时却无从下手，同时一些学员产生了畏难情绪，甚至有不少学员对该课程产生了强烈的排斥感。另外，传统的教学方法是以教员和教材为中心，实践操作的内容和步骤都已给出，学员按照罗列好的内容和步骤就可以完成实验任务，因此很多学员只是机械地完成教员布置的任务，并不知道自己做了什么。换言之，传统的教学方法忽视了对学员知识获取和运用能力的培养，难以调动学员的学习兴趣和积极性，导致学员理论与实践脱节。究其原因，主要是教员上课过分依赖教材，在教学中理论授课占用时间较多，讲授的知识点多、难、复杂且知识点之间的衔接性不好，同时给学员动手操作、自主实践的时间较少，导致学员被动学习，无法运用理论知识解决实际问题[1-2]。针对嵌入式系统设计课程教学存在的问题，笔者突出课程的实践性、系统性特点，紧跟电子技术发展前沿，紧密联系过程实际，遵循“面向应用、案例驱动”的指导思想，以嵌入式系统的工程应用为主线，以嵌入式系统的组成单元及其运行规律为研究对象，在教学设计、教学内容、教学方法及考核方式等方面提出了创新策略，力求在教学时落实“学员为主体，教员为主导”的理念，营造自主实践的浓厚氛围，以提升学员在实践过程中发现问题、分析问题和解决问题的能力。实践结果表明，学员学习的积极性和主动性明显提高，且创新意识和创新能力得到显著增强。

一、加强教学设计，将理论与实验任务相融合

嵌入式系统设计课程内容涵盖硬件描述语言、EDA设计软件、FPGA内部硬件结构，以及FPGA配置、IP核等。可见，它既包含了语言的学习，又包含了应用软件的使用，还包含了电路的软硬件设计与实现，内容相当广泛。为了解决理论授课枯燥乏味的问题，笔者采用任务驱动教学法将理论知识融入实验任务中，即将教学过程设计成若干个任务模块，以完成任务为驱动，围绕任务展开知识点的讲授与重温，教学效果有了明显提高。例如，将QuartusII开发环境、原理图输入法及实验箱硬件电路的理论学习融入半加器的设计实现任务中。其中，在Verilog硬件描述语言讲解过程中，教员要将语言基本要素和三种建模方式的学习融入半加器和3线-8线译码器的设计过程，具体做法如表1所示。即将行为描述语句与层次化设计方法融入计数器和分频器的设计与实现中，让学员初步掌握组合逻辑电路和时序逻辑电路的设计方法，同时将IP核的知识融入正弦信号发生器的设计中。通过这些实验的讲解和练习，学员能够初步掌握硬件描述语言的语法规则、常用数据类型及建模方法等，且能够结合实验箱实现具体电路设计。这样将理论与实验任务相融合，以任务为明线，把培养学员的知识与技能作为暗线，充分体现了“学员为主体，教员为主导”的理念。教员现场演示任务实现的过程时，可以有意设计一些编程陷阱，加深学员对难点或易错点的理解和记忆。例如，在定义reg型变量后采用assign语句进行赋值，程序运行时会报错，这样可加深学员对寄存器变量和线网型变量的认识。另外，通过编写与调试程序，学员能切身体会到“任何一个小小的疏忽，哪怕是一个标点用错了，整个程序都将无法运行或不能得到正确的结果。因此，在今后的工作岗位上需养成认真、细心和严谨的作风”。将理论知识的讲授与实验任务相结合，教学方式直观，有助于学员掌握知识点，且有一定的趣味性，能吸引学员的注意力，激发学员学习的主动性，同时能促使学员将所学知识运用到具体的任务中，体会到成功的喜悦，学习兴趣也会大幅提高[3-4]。

二、合理安排实验内容，建立分层衔接的内容体系

笔者认真梳理教学内容，将课程内容划分为组合逻辑电路设计、时序逻辑电路设计、PIO端口控制、外围电路设计等八个任务模块，每个任务模块设置由浅入深的基础性、设计性、提高性三个层次内容。如图1所示，以时序逻辑电路设计为例，学员首先完成基础性实验任意进制计数器设计和分频器设计。在这个过程中，学员在熟悉时序逻辑电路设计的方法后，逐步增加难度，完成设计性实验内容数字秒表的设计，即通过小型数字系统设计让学员学习系统设计的方法。此时，提高性内容数字钟设计与制作的难度应进一步加大，且具有一定的综合性。该内容整合了组合逻辑电路设计中的BCD七段显示译码器设计、时序逻辑电路设计中的计数器设计和分频器设计、PIO端口控制模块中的键盘控制等内容。同时，在任务难度设置上分为基本功能和拓展功能两部分，且所有学员都能完成基本功能部分的设计。另外，在能力培养方面，教员要鼓励实践能力强、思维活跃的学员进行拓展创新。图1时序逻辑电路设计与实现实验内容分为必做和选做两个部分。基础性和设计性实验作为必做实验，并要求在创新电子教学实验开发平台完成设计、程序下载及调试。基础性实验阶段，教员边讲授边让学员实践，实验前要强调实验注意事项。对于设计性实验，教员仅做引导性的讲授，要求学员根据实验教程的内容自行设计，当遇到问题时再询问教员。通过基础性和设计性实验环节，能够提高学员运用所学知识解决实际问题的能力，使学员真正从理论走向实践。而提高性实验作为选做实验，实验题目由教员给出，也可以由学员自拟题目，同时教员要鼓励学员在基础性和设计性实验的基础上将所学知识进行整合与扩展，并以2～4人自由组合的团队形式完成设计任务。当设计中出现问题时，教员要鼓励学员讨论解决或自行查阅资料解决，从而培养学员自主学习能力、沟通交流能力、与人合作能力及信息处理能力[5]。将实验内容分为基础性、设计性、提高性三个层次，前一层次是后一层次的基础，同时将熟练掌握开发模式和开发过程作为主线贯穿于理论教学与实验操作过程，可增强课程的层次性和连续性。对于前两个层次引导学员完成设计过程，包括新建文本文件、建立工程项目、选择芯片、编译与综合、引脚分配、硬件连接、器件下载编程、编程后的硬件测试。在第三个层次中，教员要通过深化元器件设计、元器件例化和状态机设计等提升学员综合电路设计能力，让学员理解自顶向下的设计理念。这样内容设置由易到难、循序渐进，学员上手快，能够体会到完成任务的成就感，因此学习积极性会大大提高。

摘要：本文针对民用建筑电气照明设施节能建设的不足之处展开论文，并提出了其优化的措施；促进我民用建筑经济技术的优化。

关键词：民用建筑；照明设施；镇流器；智能控制

随着社会经济事业的不断发展，基础设施不断完善，对能源消耗也越来越大，如何降低能源消耗，实现能源可持续发展，建设美丽、绿色、健康的家园环境是各级工作者的重要工作。其中，以节约民用建筑电气照明设施消耗的能源为一个突破口，民用建筑日常用电中，照明用电占比20%左右，若通过改进电气照明设施节约照明耗能，则可实现降低能源消耗、节能减排、促进我国生态环境的建设。民用建筑降低电气照明设施能源消耗，还可以降低人们用电成本支出，提高人们的生活质量，提高人们建设家园的积极性，促进全面建设生态文明美丽家园。

1民用建筑电气照明设施在节能方面的不足之处

1.1电气照明设备未采用高效节能发光源、未采用高效照明灯具

民用建筑电气照明设施若未采用高效节能发光源、未采用高效照明灯具，则从根本上未达到节能减排的要求，所以无法到达降低能源消耗的要求。民用建筑未采用高效节能发光源，是人们依然使用传统的白炽灯等大功率低亮度的发光源，其中，白炽灯钨丝熔点很高，实现其照明作用需要消耗大量电流，增大了民用建筑照明设施对能源的需求，无法达到节能目的；人们若未采用高效照明灯具，则无法集中发光源发散的光线，使照明效果降低，人们就会增大发光功率达到照明亮度要求，无法实现节能照明的总要求。

1.2民用建筑电气照明设施未采用智能控制系统

1电子电路与系统基础实验教学缺陷

课堂教学的目的主要是为了整体性增强学生对知识概念的掌握情况，通过课程体系与核心内容整合。以往的课堂教学中对于实践实验操作缺乏重视，仅是重视理论知识的讲解，但是，由于《电子电路与系统实验》课程属于实验性较强的课程，因此，急需撤销传统的模拟电子电路实验教学模式。另外，理论课教学中常常采用二极管、电阻、电子管道等实验器件作为基本例子。从理论上来说运用器件为例能够充分地在学生面前展现，实现情景教学。但实际上电子器件在日常生活很少接触，因此，器件为例授课方式显得略为抽象。单从课程内容就能了解，电子电路与系统基础实验课程主要还是以实验教学为主。现代电子科技技术的运用，主要依靠电子教育的实验操作获得，通过实验操作逐步补充与完善电路知识以及掌握电路测量，从而为将来的电子科技技术运用打下坚实的基础。从教学内容看来，实验分为多层次，由浅入深、由简单到复杂，需要使用的实验器件、训练仪器种类繁杂。但多数学校的实验设备未能达到要求，学生的实操也因此受到限制，无法通过实践操作完成学习目标，以至于无法熟练地掌握实验操作步骤。与此同时，在考核过程中教师往往忽略实验过程与结果的重要性，教师对学生考核时常以理论成绩判定学生掌握的能力，造成学生与现代科技技术人才需求脱节。从上述内容看来，电子电路与系统基础实验教学过程存在很大的缺陷，例如：理论概念整体性强、实验设备不完善、过分重视理论成绩等。教学方式运用不当不仅会增加学生的学习压力，同时还会使学生学习积极性有所降低，学生长时期处于这样的学习环境下，不但没有提高自身的学习能力，还无法增加课堂的有效性。所以，教学改革势在必行。

2改变教学模式

EDA技术中最常用的两个工具软件是Protel与Multisim，其中Multisim软件是加拿大图像交互技术公司推出的以Win-dows为基础的电子线路仿真工具，具有操作简单、实用性强等特点，在高校电子工程类专业教学中具有广泛的应用价值。因此，电子电路与系统基础实验理论课程教学可合理运用EAD技术模式，实现一对一教学，通过软件仿真效果让学生直接接触实验器件，并模拟实验操作。通过EDA技术仿真教学过程，让学生做理论概念分析，扩展学生的研究思维，提高对理论知识的了解，从而大大提高学生对理论知识的理解能力与掌握能力。由于教学实验设备不足，通过仿真效果可以弥补了部分实验教学的缺失，在仿真操作软件中把握操作原理，建立仿真实验电路设计理念。虽然，仿真技术能够让学生在最大程度上了解实验内容，但其无法代替真实的实验。因此，教师在课堂教学中应该结合实践操作进行教学，确保学生从根本上掌握电子实验学。目前高校的实验设备不完善，电子电路与系统基础实验课程主要以实验为主，实验种类层次多，故此为了满足电子电路实验多层次教学要求，必须进行教学改革。首先，必须增加学校实验设备，满足学生对实验学习要求。其次，开发电路综合实验平台，平台中所需要的电流电阻模块、按键模块、实验功能模块等模块与模块之间独立分配。这样，某个模块出现故障不会影响其他模块的正常运作，就如电子电阻模块在测试中，电流的切断不会使按键模块出现停止运作的情况，方便学生判断器具的好坏程度。平台具有开放性、通用性等优势，因此，学生可在平台自由设计实验，提高动手能力与脑部活动，为电子电路与系统基础实验学习提供良好帮助。课程考核若过分重视理论成绩而忽略实验结果，会让学生产生松懈心理，出现不在乎实验操作教学的情况，会造成学生脱离现代科技技术人才需求。因此教师兼顾学生理论知识的同时，也要重视学生实验过程与结果，只有教师充分重视，学生方能重视。把考核的比重平均分布，将理论成绩、实验过程、实验结果三个等分，按照学生的完成率评分。通过这种考核方式，能客观反映学生的学习能力、实验技能、动手能力，并能充分调动学生学习的积极性，为走向现代科技技术发展岗位做好充分准备。

3结语

通过不断改革电子电路与系统基础实验教学内容，优化教学模式，并强化电子电路实验操作。培养学生理论与实践紧密结合、互为促进的思维意识，激发学生对电子电路学习的兴趣，启发其探究思维，促使电子电路学取得良好的教学效果。然而时代不断变化，因此必须做到与时俱进，根据时代做出相适应的教学改革，迎合新时展。

作者：陈晓颖 单位：广州工程技术职业学院

第一篇:电气工程自动化与节能设计应用

【摘要】随着市场经济的推进和发展，电气工程自动化技术成为了新的市场应用热门。随着大众生活质量的提高，无论是生活还是生产，人们对电量的需求越来越大，因此如何实现电气工程的自动化，并且在电气工程广泛应用和推广的大环境下达到节能减排的目标，就成了相关企业的重点课题。无论是电气工程自动化还是节能设计都势在必行，由此论文对电器工程自动化与节能设计的应用情况做了研究。

【关键词】电器工程；自动化；节能设计；应用研究

1引言

随着市场经济的迅猛发展，高新技术和节能环保之间的矛盾日益突出。大量的资源作为高新技术的实验基础和材料被开发使用，而与之不匹配的材料处理系统则出现了严重的浪费现象，又反过来阻碍着经济发展。因此电器工程自动化进程中的节能问题日益突出，相关的技术研究人员相继对节能设计进行了深入研究和探索。

2电气工程自动化与节能设计的概述

2.1电气工程

摘要：实训教学是高职教育教学中非常重要的环节。文章以电机与电气控制实训为例，论述了基于工作过程的专业课程改革模式，适应技能应用型人才培养对实践教学环节的要求，培养具有综合工程素质的创新型人才，力争在实训教学过程中，强化设计与创新环节以及工程项目管理，兼顾工程实际与生产成本控制等方面的要求，该模式能较快地提高学生的实践能力，对其他课程教学也有借鉴意义。

关键词：航空电气；课程改革；工作过程

电机与电气控制实训是高职电气类专业的一门必修课，前导有电机与电气控制为实训打下理论基础，后续有PLC应用技术用梯形图编程完成电气原理图的机电一体化控制，最后还有维修电工职业技能鉴定进行最终的综合检验，电机与电气控制实训课程的学习效果将直接影响后续专业课的学习和专业技能的掌握。为了适应技能应用型人才培养对实践教学环节的要求，培养具有综合工程素质的创新型人才，结合机电一体化技术专业与电气自动化技术专业的电机与电气控制实训教学，设计了具有设计性与实用性的基于工作过程的实训教学方案。力争在实训教学过程中，强化设计与创新环节以及工程项目管理、并且兼顾工程实际与生产成本控制等方面的要求，着力于培养高素质的技术技能人才。

1高职航空电气类专业实训课程存在的问题

进入21世纪，中国高等职业教育是高等教育的“一个类型”的理念和定位越来越明确。“以服务为宗旨、以就业为导向”“培养面向生产、建设、服务和管理第一线需要的高素质技能型人才”，这是我国高等职业教育区别于高等普通教育的类型特征。在“具备必要的理论知识”情况下，以实训性课程为主要载体，重点培养学生掌握从事本专业领域实际工作的基本能力和基本技能，对航空电气类专业更是如此。实训课程对学生技能培训的重要性已经不言而喻，现在全国各大高校也陆续的加大了实训性课程的开设比例，尽管如此，仍然存在各种问题。

1.1大多属于验证性实训操作，不能培养学生的创新、创造能力

目前，高校开设的实验实训项目大多属于配合理论课的教学所进行的基础理论的验证，也就是验证性实验，以航空学院电气类的专业在电机与电气实训过程为例，在接触器控制的正反转控制线路这个实训项目中，在实训的过程中首先给出正反转的线路原理图，然后对照原理图讲解工作原理，学生再按照工艺要求去完成整个线路的接线，最后通电验证，证明线路接线正确，可以完成正转-停止-反转的工作过程，在整个的实训过程中学生是被动的进行实训操作，除了接线工艺的提升以及对原理有了理论到空间的提升，有了更深的认知之外，剩下的就是一个从认识到实践的过程，高职专业的学生的学习能力比较差，动手能力比较强，但是枯燥的工艺接线过程让学生普遍存在在较严重的厌学情绪，在验证性的实训操作过程中并不能完全达到学生运用知识来发挥创造能力的培养目标。

摘要：

为了改进模拟电子技术实验的教学现状，本文从实验内容、实验器材、教学方式三方面提出探究，探索出学生实践能力的培养模式，提高学生的积极性、创造性，进而培养学生的综合素质。

关键词：

模拟；实验；设计性

模拟电子技术是电气工程、电子信息、自动控制等专业的专业基础课之一，具有基础厚、专业活、适应性广的特点。其理论性和实践性都很强，是一门比较难掌握的学科。模拟电子技术实验是模拟电子技术的实践环节，是模拟电子技术的重要组成部分，学生在进行模拟电子技术实验的过程中，既能加深对理论内容的理解认识，加重记忆，又能对所学的知识进行合理的应用，将知识升华，并且可以提高学生发现问题、解决问题的能力，是课堂教学无法替代的。

1模拟电子技术实验教学现状

在传统模拟电子技术实验教学模式中，实验内容以验证性实验为主，实验内容和实验器件单一，只是对理论教学内容的简单验证，学生只需要按照实验讲义上规定的实验步骤操作、测试。在实验过程中，学生没有机会遇到器件参数选择不对，电路设计等方面的问题，并不能加强对实验原理的认识，对电路各元件作用的了解，而只是在机械性地做实验，更不要提提升学生的动手能力、创新能力。学生处在被动的学习模式中，只想敷衍了事，遇到问题不动脑思考，学生缺少了自己探索设备的过程，缺少了自己动脑动手的过程，而且对老师介绍的内容不能印象深刻。这种实验教学模式缺乏针对性，不利于学生能力的提升，也会使后续课程的学习和毕业设计受到严重影响。