模拟电路设计原理范文

模拟电路设计原理篇1

关键词：电气虚拟教学 Cult3D 互动性

随着武器装备信息化程度的提高，电气系统越来越复杂，因此对装备电气教学训练提出了更高的要求。目前，装备电气教学一般是采用书本教材、挂图结合实装的方式[1]，但这种方式面临诸多问题：

（1）电气设备连接关系复杂，一张电路图往往涉及多个电气设备，而这些设备在武器装备内部又并非在同一空间位置；

（2）在训练场地进行实装教学，不易于学生理解电路原理；而在课堂上脱离实装学原理，又难以弄清电子元器件在装备上的具置；

（3）由于装备数量和训练场地有限，学生的操作实践难以保证，训练效率低下；

（4）装备电气功能结构复杂，造价昂贵，对装备的拆卸容易造成设备损坏。

因此，需要从装备电气教学的手段和方法上进行创新，开发符合学生实际需求的教学设备和手段。随着计算机软硬件技术的迅速发展，基于虚拟现实技术装备电气教学系统可以解决传统教学的诸多问题，能极大提高学习效率，对培养“技指结合”的学生、提高学生的装备维修能力有着重要意义。

1 “武器装备电气系统”虚拟教学系统

我教研室开设的武器装备电气系统系列课程包括电气原理、故障诊断和模拟训练3个子课程。为了将原理教学和训练教学更加紧密地联系起来，开发了武器装备电气系统虚拟教学系统。该系统由电气原理、虚拟装备结构、虚拟电路板和虚拟仪器四大功能模块组成。

（1）电气原理模块主要展示传统的电气教学元素，包括装备电气原理讲解、电路图浏览、视频、课件的播放等。

（2）虚拟装备结构模块主要用于装备外观、内部结构的教学，学生可以在装备内部进行虚拟漫游，熟悉电气设备在装备内部的空间位置，也可以对电气设备进行分解、结合，掌握电气设备的正确拆装步骤。

（3）虚拟电路模块用于模拟实际电路板的电气属性、连接关系、测试热点等，学生通过与界面的交互，了解电路原理图与实际设备的对应关系。例如点击原理图上的某个元器件，便可查看该器件具于哪个电气箱体的哪块电路板上以及它其他元器件的实际连接关系如何。

（4）虚拟仪器模块用于模拟实际仪器的测试效果，可以对虚拟电路板上的测试点进行电气测试，并能模拟实际仪器的换挡、读数和波形等，避免了真实测试操作的危险性和破坏性。

系统采用Borland Delphi 7.0编程工具与Cult3D三维虚拟技术，实现装备电气教学的动态交互设计，完成三大虚拟模块的功能需求。

2 虚拟教学系统设计流程

武器装备电气系统虚拟教学系统采用3DS Max+

Cult3D+Delphi来实现学生与模型的交互，具体方法如下：

2.1 构建静态模型

教学系统的虚拟环境首先要构建被观测对象的静态模型，即某型号装备电气系统的三维模型，使其能够逼真地展现实装备电气设备的外观。本系统采用3DS Max 2010软件制作模型的立体几何形态和外观材质，细节部分的材质采用实物照片贴图方式，从而生成电气设备的三维静态模型文件，即“*.max”文件。

2.2 动态模型设计

为了使学生更加直观地理解装备电气系统的构成、连接关系和组装方式，需要对静态模型进行动态设计，转换成动态模型，提高学生的操作兴趣和虚拟现实的沉浸感。

Cult3D是Cycore公司开发的一种3D网络技术，它可以把图像质量高和速度快的交互、实时物体送到所有因特网用户手上。Cult3D技术可以做到档案小、真实互动、跨平台运用，并有优秀的三维质感表现[2]。

本系统采用Cycore公司提供的Cult3D Exporter插件将“*.max”文件转换为Cult3D Designer软件可以操作的“*.c3p”文件。

在Cult3D Designer里对静态模型进行旋转、缩放和拖动的动作设计，针对不同的模型，设计XYZ坐标旋转轴点、鼠标敏感度和响应速度；并且通过制订模型配件的约束路径，设计用户对设备的拆卸动作。图3是Cult3D Designer软件中对某电气设备拆分动作的映射图。

动态模型生成的最终文件输出为（*.co）压缩文件，该格式文件占用空间小，可嵌入HTML网页或 Word，PPT，Acrobat等多媒体应用软件中。

2.3 教学系统交互功能的实现

武器装备电气系统虚拟教学系统采用Borland Delphi 7.0软件开发，并选用ActiveX技术完成对“*.co文件”（动态模型）的调用。

ActiveX控件是一组采用COM（Component Object Model，部件对象模型）使得软件部件在网络环境中进行交互的技术集，可嵌入到包容器宿主应用程序中，与开发平台无关[3]。本系统采用显示调用动态链接库的方法实现动态模型到Delphi软件平台的嵌入。

3 应用情况和实践效果

学生在学习武器装备电气系统的电气系统总体结构时，可使用本系统的虚拟装备结构模块，浏览电气设备在装备上的空间位置，并直接进行拆装操作。图4所示为学生对某电气设备的拆装过程，可在提示模式下根据提示步骤进行操作，也可在考核模式下进行考核。

学生在学习电路原理时，可通过电路图直接切换到虚拟电气设备中进行电气连接关系查看，也可以直接对设备的正常状态或故障状态下进行虚拟测量。图5所示为学生使用虚拟万用表测量某虚拟电路板。

武器装备电气系统虚拟教学系统提供了逼真的学习交互环境，使电气知识更加形象化，克服了二维电路图、照片等局限，在教学中能让学生有身临其境的感觉。Cult3D技术的引用使该系统具有较好的开放性和良好的网络传输性，可为学生提供课余时间的练习机会，能较好地培养学生动手操作设备仪器的能力，可缩短学生实装操作训练的时间， 提高训练效率；同时可防止装备在不当操作中的损坏和由于频繁使用造成的零件磨损，减少训练经费的开支。

在教学实践中，分成A，B两组学生进行教学，A组运用武器装备电气系统虚拟教学系统，B组不运用。对这两组学生进行的调查可以发现，有条件（接触网络，有计算机）且应用武器装备电气系统虚拟教学系统进行操作练习的学生，在实装训练过程中，其积极性、出错率、训练成绩等方面和其他学生明显不同，其动手能力和空间想象能力也明显高于其他学生。

参考文献

[1] 何嘉武，赖煜坤.武器装备虚拟维修训练系统设计与实现[J].科技导报.2010，28（24）：71-74.

[2] 苏威洲，童仲豪，叶翰鸿.实现网络三维互动：Cult3D应用指南[M].北京：清华大学出版社，2001.

模拟电路设计原理篇2

关键词：模拟与数字电路；电子技术综合实验；实验园地；虚拟仪器实验

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）08-0151-03

一、背景

以模拟与数字电路为基础内容的电子技术实验是高等学校理工科专业学生重要的必修专业基础课，也是电子、计算机、自动化等工科专业的学生在大学教育阶段所要经历的一个重要的工程性实践环节，在培养学生素质和能力方面占有十分重要的地位[1]。而电子技术综合实验课程作为一门综合性的实践课程，与理论课程并行开设，其实验内容不再限制于某一门课程，而是把多门相关课程的知识相互渗透，有机融合。在一个实验项目或设计课题中，可以融合模拟电子技术、数字电子技术、EDA技术、单片机原理等知识模块，让学生运用多种技术完成一个完整的电子系统的设计，使学生对电子系统的设计过程有深入的理解，同时培养工程实践方面的基本素养。除了传统实验教学中的实验项目，课题设计还可以采用电子设计竞赛、科研项目、学生创新实践等方式，在“开放”的状态下进行，充分体现学生的主体性[2]。众所周知，软件学院的办学宗旨是要基于“精英型软件人才”的培养目标，一般的软件学院通常拥有软件工程和网络工程两个专业方向，而我院为了强化“精英型软件人才”的培养目标，在本科二年级时又开设了嵌入式和物联网两个专业方向，这两个专业方向的学习需要有更好的硬件基础，这也是我院面向本科一个年级800人开设模拟与数字电路理论与实验课程，并且实验教学采取独立设课的方式的重要原因。嵌入式与物联网专业与电子技术等硬件课程的联系要较为紧密一些，对于目前的模拟与数字电路教学，从事这两个专业方向学习的学生往往会感到学得不够多，不够深入。许多有志于这两个专业方向学习的学生，在做完基础的模拟与数字电路实验后希望，还能有机会到实验室做一些额外的、提高性的实验。而不从事这两个专业方向学习的软件工程和网络工程专业的学生，往往体会不到学习电子技术等硬件课程的重要意义，简单的认为在软件学院学习，只要把“软”的东西搞明白就可以了，不应在“硬”上浪费时间。因此，结合我院目前本科生的教学体系、培养目标以及开设的相关硬件课程如：51单片机接口与汇编、fpga设计、通信原理、计算机组成原理等与硬件电路密切相关的课程，构建“电子技术综合实验教学体系”就显得有重大的意义，能够使基础的硬件教学与软件学院的教学体系和培养目标建立起联系，体现了硬件实验教学相对于软件专业方向学习的重要性和关联性，实现软硬兼顾。除此以外，目前在全国众多的软件学院中，另外，还没有发现一所软件学院提出构建“软件学院电子技术综合实验教学体系”的教学改革活动。著名的大学如北京大学是将软件与微电子学院放在一起合办，尽管如此，北京大学也没有面向软件工程、网络工程将近800人的、规模庞大的模拟与数字电路的实验课程，因此，我院进行构建“软件学院电子技术综合实验教学体系”的教学改革实践就显得特别有意义，能够起到“示范性”的作用。

二、研究基础

我院自2008年开始在本科生的教学体系中引入独立的模拟与数字电路实验课程以来，取得了许多积极的教学成果：（1）有力的辅助了模拟与数字电路理论课的教学，使抽象的理论课不再生涩难懂。（2）通过动手搭电路的实验很好的煅练了学生的操作能力，通过实验学生的实践能力得以提高。（3）对我院其他专业方向的如计算机组成原理等理论与实验课程的教学提供了有力的支持。（4）教学模式不断改进，部分实验，如仪器使用的教学方式完成了由传统的“老师讲，学生跟着做”到以学生为主体，旨在培养学生“自主学习和创新意识”的开放式教学。在数字实验部分设立了“选做”实验项目，面向能快速完成必做实验部分的、有兴趣做更多学习和尝试的学生。（5）规范实验教学的流程，引入了实验报告册，在报告册中明确规定实验的预习、操作、总结部分的要求。（6）在现有课程教学基础上，结合我院嵌入式工程专业的培养目标，开设了一门提高性质的开放式电路设计实验课程“嵌入式电路设计开发与应用实践”。

但现在的实验教学仍有许多不足之处：（1）实验内容陈旧，所用元器件型号过时，需要更新。（2）实验项目仍然偏少，不够丰富，可供选择的余地小，大大的限制了学生自主性的发挥，不利于创新型、研究型的学习。因此，验证性、综合性、设计性的实验项目均应增加。（3）教学模式僵化，手段单一，仍以传统的老师在课堂上按部就班的指导，学生跟着按实验步骤进行操作验证为主，学生没有自由发挥、进行创新型学习的机会。实验室目前仍没有完全实现开放，而学生的专业学习任务较重，课程设置多，很难有整块的时间和专门的机会通过更多的实验训练获得提高。（4）实验课程考核的方式单一，除了批阅实验报告之外，成绩评定主要以学生完成实验的快慢为主，即主要考核学生的学习态度，认真预习的程度及实验动手操作能力的高低。（5）尚未形成一个有效的综合教学体系，使模拟与数字电路实验课程能更好地融入我院的整体教学体系当中。

三、研究思路

基于以上的原因及分析，应结合目前我院的教学体系及专业培养方向，以现有的模拟与数字电路实验教学为基础，以“开放式”教学为主要依托，构建“电子技术综合实验教学体系”，以求根本解决我院目前模拟与数字电路实验教学中存在的各种问题。

1.建设电子技术综合实验园地[3]。建设电子技术综合实验园地是本研究课题要实现的基础目标，是构建我院电子技术综合实验教学体系的基础。

实验园地中的实验项目如图1所示分为以下几大组成部分：①实验基本技能训练园地，实验基本技能训练园地主要包括：如何进行实验预习，如查找资料，对实验进行理论分析；实验操作中的FAQ；实验总结报告的书写要求；电路设计仿真软件的入门；嵌入式C、汇编语言的集成开发环境的使用；VHDL、Verilog等硬件设计语言及ISE开发编译环境的使用；EDA技术基础如电路板的原理图、PCB板图的设计；电路焊接的基本技能培训等。将实验基本技能训练部分的资源放置于我院的ftp课程网站或学院网站上，根据具体实验的要求或学生自已的需求下载使用。②专用仪器设备园地，在专用仪器设备园地中，可获得示波器、万用表、函数信号发生器、直流稳压电源、电子技术实验箱、实验操作面板等仪器设备的使用说明书，操作实例，操作课件等。③基础模拟与数字电子技术实验园地，按照基础模拟与数字电子技术通用的理论教学，实验园地可分为四大模块[4]：模块A：常用电子元器件，包括电阻、电容、电感、二极管、三极管、场效应管等，模块A是模拟与数字电子技术的共同基础。模块B：模拟电路模块，包括基本放大器、差动放大器、功率放大器、运算放大器、反馈放大器、信号发生器、直流稳压电源等，该模块是模拟电子技术的主要内容，着重让学生掌握模拟电路的基本概念、基本原理和基本分析方法。模块C：数字逻辑和数字电路模块，主要包括逻辑代数基础、逻辑门电路、组合逻辑电路、时序逻辑电路、脉冲产生与整形、大规模集成电路（半导体存储器、A/D和D/A等）。模块C是数字电子技术的主要内容，旨在让学生掌握数电的基本知识及常用数字集成电路，学会逻辑分析和逻辑设计的方法。模块D：可编程逻辑器件模块，目前常用的可编程逻辑器件包括EPROM、GAL、FPGA、E2PROM，模块D是数字电路领域发展较快的一项技术，通过与EDA技术的结合，使通过软件编程的方法实现硬件设计成为可能。④演示实验教学园地，将演示实验教学园地分为三大模块：模块A：实物演示实验教学，实物演示实验教学是从实验结果入手的教学方法，有助于从总体设计方面建立深入的宏观印象，趣味性的结果还有助于激发学生的实验学习创造的兴趣，使学生在充分理解了现有实现方法的基础上，积极探求不同的实验思路和解决方案。“实物”既可以包括实验教师为某项实验所设计的专用演示电路实验板，也可以包括学生创新实践过程中的设计产品，当然也可以是实验电路搭接后结果的视频演示。演示实验教学系统也可以通过多媒体PPT课件，WORD或PDF文档、视频的形式集中于我院的FTP课程网站或学院网站上，根据具体实验的要求或学生自已的需求下载使用。模块B：虚拟仪器实验，建设基于Labview的3D电子技术虚拟实验室。可以满足学生进行常用仪器设备的熟悉与使用，验证性实验的虚拟仿真等。如图2所示为实验中心自主开发的“三维虚拟实验室”软件系统，目前该系统正在研制。

通过对实物如仪器设备、电子元件等的虚拟，使学生对电子技术实验形成全方位的了解，为深入实验做准备，虚拟实验还可以减少针对仪器设备、电子器件的误操作，降低设备器件的损耗，延长使用寿命，减少维修维护的工作量。虚拟实验的教学可以不受时间、空间的限制，学生可以在实验室开放的时间到实验室来做实验，也可以在公共机房安装有该软件系统的PC机上完成实验任务，甚至可以在宿舍、网吧、图书馆等有网络环境的地方通过网络进行实验教学，真正实现实验教学的“开放式”。模块C：电路仿真实验，许多EDA软件就具有电路仿真功能，针对简单的验证性实验，电路仿真往往显得特别有效，如RC电路的实验，实现过程非常简单。如果在进入实验室之前就能利用EDA软件针对不同电阻R和电容C进行电路仿真，根据仿真的结果确定所需要的电阻、电容，就可以大大节省查找器件的时间，降低了在实验室中找不到该器件的风险，提高的实验学习的效率，有助于开放教学过程中更高效的使用实验室。相比于实物演示教学和虚拟实验教学，电路仿真更显得专业化。⑤提高性实验园地，提高性实验园地的建设是构建“电子技术综合实验教学体系”的关键，是使电子技术综合实验教学能与软件学院的教学体系和培养目标建立联系的重要环节，体现硬件实验教学相对于软件专业方向学习的重要性和关联性，实现软硬兼顾。结合我院本科生教学体系及专业培养方向的实际，以及我院目前开设的51单片机接口与汇编、fpga设计、通信原理、计算机组成原理等与硬件电路密切相关的课程，提高性实验教学园地包括三大模块：模块A：单片机硬件实验，实验方式为，设计电路原理图进行电路仿真（可选）编写C、汇编程序编译成HEX文件用编程器写入MCU实验箱上搭接电路实现功能制作PCB板（可选）。单片机硬件实验可以实现基础的模拟与数字电路、单片机原理及应用、EDA电路设计技术及软件编程与测试等多门专业课程的综合。模块B：FPGA硬件实验，实验方式为，设计电路原理图进行电路仿真（可选）编写VHDL、Verilog语言程序编译生成bit文件烧写到可编程器件内搭接电路实现数字逻辑设计或系统功能。FPGA硬件实验可以实现基础的模拟与数字电路（尤其是数字逻辑）、计算机组成原理及体系结构、EDA电路设计技术及软件编程与测试等多门专业课程的综合。模块C：通信原理硬件实验，通信原理理论课程是我院网络工程系开设的一门专业课，为了深入这门课程，必须具备坚实的模拟（包括低频、高频电子线路）和数字电子技术基础。目前，我院尚无完善的硬件实验课程与之匹配，因此可在提高性实验园地中加入这一模块。通信原理硬件实验可以实现基础的模拟与数字电路（尤其是高频电子线路与数字逻辑）、网络技术及软件编程与测试等多门专业课程的综合。

四、结论

由以上分析得出如图3所示的“软件学院电子技术综合实验教学体系”的基本构思。

实验教师应是电子技术综合实验园地的建设者，在利用园地中的各种实验项目及资源做好基础及提高性实验教学的基础上，承担实验园地中实验方案与任务书的设计工作，在实验项目开发的过程中，针对不同水平的学生，逐渐形成验证性，综合性，设计性实验教学的层次。做为电子技术综合实验园地的使用者的学生，在传统的课堂教学与“开放式”教学相结合的基础上，逐渐与实验教师建立新型的教与学的关系，如：学生自已选择现有的实验项目，尽可能的独立完成实验，实验教师仅起到辅助指导的作用；教师根据学生的水平，将现有的多个验证性实验综合，形成实验方案，引导学生独立完成；学生独立设计实验方案，寻求实验教师的建议及帮助，尽可能的完全独立自主的完成电路设计及实验验证。实验园地的建设会为基础、提高性实验教学提供更多的实验素材，有助于丰富实验教学内容。教学中产生的问题有助于丰富实验园地中的实验项目的建设，使教师、学生在进行实践教学的过程中有更多的选择，有助于扩展学生的知识面，提高实验教师的教学水平。总之，三者之间的良性互动将创造一个良好的教学实践环境，切实提高实验教学水平和教学质量。

鸣谢：本文受到2013年大连理工大学教学改革项目“立足精英型软件人才培养目标的电子技术综合实验教学体系的构建”项目资助。

参考文献：

[1]侯加林.全面实施电子技术实验改革提高学生创新能力[J].实验室研究与探索，2009，28（1）.

[2]姜宁.高校电子技术综合实验开放式教学研究[D].陕西：延安大学，2011.

[3]黄力元.电路实验开放式教学体系[J].电工教学，1996，18（1）.

模拟电路设计原理篇3

关键词：LabVIEW；虚拟仪器；模拟电子电路；Multisim；虚拟实验室

中图分类号：TP391.9 文献标志码：B 文章编号：1673-8454（2014）02-0066-04

一、引言

在中国这个正在迅速发展的社会中，由于经济水平的不断提高和科学技术的全面发展，进入高校的高素质高质量人才日益增加。全国的高校人数随着高等教育的普及正飞速上涨。随着近些年来互联网的高速发展和国家教学技术的更新，以及高等教育的改革，在高校理论教学的创新和加强的同时，实验教学也受到相当关注。实验教学尤其是在高等工科教育中起着关键的实践教学意义，只有通过理论和实践的结合，才能够培养学生的实际动手能力，深入了解理论原理，这样就更好地掌握课程基础和应用。[1]这对于提高学生实践操作能力至关重要。

目前，各类高校都存在着先进理论知识和实验方案与落后的实验器材和传统实验仪器不匹配的矛盾。而学生的大基数和仪器的紧缺也使得实验教学出现了相当大的缺陷。这使得中国实验教育落后于发达国家，严重制约着实验教学的发展和学生实践能力的提升。

近年来，在国家的大力支持下，高校为满足培养高素质人才的需求，实验教学也在不断加强，最主要的就是引进新型远程教育媒体、设计原理和新型程序设计软件来加强实验的可操作性和利用性。“虚拟实验室（virtual lab）”的概念就是由美国弗吉尼亚大学的教授威廉・沃尔夫于1989年率先提出的，它与一般的真实实验室类似，都提供了相关设备和器材供学生自己动手配置、连接、调节和使用。同时，教师也可以利用虚拟器材库中的器材自由的搭建任意可操作的实验或实验案例，使得学生和教师只要存在电子计算机和相关软件就可以进行相应的实验教学，这是虚拟实验室有别于一般实验教学课件的重要属性。随着教学仪器的发展和高校新时期实验教学所面临的新要求，将虚拟仪器引入实验教学将成为高等学校未来教学科研的重要方法和手段。本设计就着力于制作一种可以替代传统实验室的基于电子软件的虚拟实验平台，通过构建虚拟实验平台使得学生能够经过简单的学习可以接近真实的还原传统实验操作和学习。

二、实验平台的设计思路

在模拟电子电路实验平台设计过程中，由于其中的一些电路设计存在相关计算性的问题，所以本平台采用两种仿真软件同时进行设计和运用。[2]

首先是LabVIEW的运用，由于LabVIEW的图形化设计能够很清晰地提供简单的界面和实验平台，使得LabVIEW可以在这里作为学生交互式界面的主体，学生可以在LabVIEW的前面板上设计并且组装模拟电子电路实验所需要的自定义控件并且进行仿真。

其次，通过Multisim可以方便地对模拟电路进行全方面的仿真，[3]其中的主要元件和电路都由软件自带，而且仿真真实性非常高，操作简单易懂，本实验平台主要用Multisim进行对电路的主体设计和计算，并且作为主体设计的比对，更好的对实验结果和设计结果进行分析。通过两种软件的结合，得出正确的实验结果。

三、实验平台的开发环境

美国NI 公司的LabVIEW 是世界工程界著名的虚拟仪器开发环境，设计中所采用的LabVIEW2012是一种基于图形编程语言的功能强大的开发平台，它类似于C语言和VB等编程语言开发，但是LabVIEW和其他的计算机编程语言的明显区别是：其他汇编语言基本上是采用文本类型的的语言生成代码，而LabVIEW使用的则是图形化的G语言程序编程，由此产生的程序类型和代码是以耳熟能详的框图形式呈现的。LabVIEW是利用其数据流向来辨别程序的执行方向，这个主要体现在程序框图中的不同节点间的数据流向。

LabVIEW自身设计会提供多种与传统仪器（如示波器、万用表等）相似的控件模型供用户来方便的使用创建主要界面。在软件中用户界面统称为前面板。通过其中的图标和连线可以对前面板上的主体对象进行操作和控制。采用LabVIEW 设计开发出的虚拟仪器，具有强大的数据运算和处理功能，而且仪器界面也可以做得非常逼真和美观。虚拟仪器能够进行实时的分析处理，并生动、直观地显示出数据、波形、图像和分析处理的结果，如学生对结果不满意，可以修改电路或调整电路参数，很快就能得到新的结果，使用非常方便。

Multisim软件也是由美国NI公司上世纪末研发并且出世的以Windows为蓝本的仿真工具，其主要功能是用于板间模电、数电电路板的设计和开发，主要包括了电路原理图图形键入、电路硬件描述语言输入等功能，具有丰富的仿真分析能力。Multisim以界面的形象直观、操作方便、分析功能强大、仿真优秀等优点，20世纪末在我国就已经发挥着重要的作用并且得到推崇，并作为电子信息以及工科类课程教学和实验教育的重要仿真软件之一。而在21世纪初，随着Multisim从2001发展到如今，经过不断的升级和发展，如今的Multisim已经能胜任各种主要的电路分析，如模拟电路、数字电路、高频电路、电力电子以及自动控制等主要电子电路的虚拟仿真，而且能够提供多种分析方法和报告生成方法。目前在各高校教学和实验中都普遍使用Multisim，该平台能够使得虚拟仪器技术的灵活性发展和连接到全部的电子仿真软件设计平台上，通过Multisim和虚拟仪器技术的完美结合，现今的软件仿真设计可以更加流畅的由简单的原理图设计、绘图、仿真检测，到完成报告并且制作PCB板，硬件、软件测试一体化的全程设计，大大减短了设计人员的设计时间，使得虚拟仪器发展踏出了重要的一步。

四、实验平台的设计与实现

1.Multisim中的设计说明

以BJT共射级放大电路为例来介绍建立以及仿真电路原理图的基本操作。典型的BJT共射极放大电路的原理图如图1所示。

电路中用到的元件都为常用元件，其中用到的有电阻、电容、AC交流电源、接地端、Vcc电源输入端、二极管以及双踪示波器仪表。

通过建立新电路图，元件操作与调整，元件参数的设置，元件的连接和电路仿真这5步可以确定，对电路进行仿真可检验电路的工作特性，如图2所示为该电路的输入输出双踪跟踪结果仿真图。

2.LabVIEW中的设计说明

LabVIEW提供了专门的控件编辑器窗口来用以对LabVIEW的标准控件进行外观编辑。用户可以在控件编辑器中对控件各部分的大小、颜色、相对位置任意调整甚至添加文本或者导入图片等等。创建自定义控件的一般步骤是：

（1）打开控件编辑器并放入所需的标准控件；

（2）按照所需对控件外观进行编辑和定制，包括控件整体以及各个部分的颜色、大小、相对位置等等；

（3）选择主菜单中的“文件--应用改动”。应用刚才所做的改动，如果是从前面板控件上打开的控件编辑器，那么新外观会立即应用到原控件上，最后关闭控件编辑器；

（4）如果需要以后重用这个控件，则可以选择保存自定义控件文件，之后可以在控件选板中选择“选择控件”，并选择该文件可添加这个自定义空间。如图3所示为制作电阻控件的步骤图。

3.LabVIEW计算框图设计

计算框图是本次设计最重要的部分，通过对模拟电子电路实验中实验内容的理解和运用，需要利用其中的公式和求解方式在LabVIEW中体现。当然对于LabVIEW来说，对于这些较复杂的数学和逻辑过程，使用图形化的符号描述往往会显得有点繁琐，增加了代码阅读的困难程度，为了解决这个问题，LabVIEW中设计了基于文本的编程节点，统称为脚本和公式节点。

公式节点是一种结构，用于使用类似于C语言的文本代码进行编程，对于复杂的逻辑和数学运算过程的表达尤为有用。这里就以公式节点模式来完成本次设计的计算框图设计。

首先必须创建一个新的VI作为子VI，在前面板中添加设计所需要的波形图，除此之外，计算框图还需要本次设计需要显示的数据类型，如BJT共射极放大电路中需要的Av（放大系数）值和输入电阻和输出电阻，以及可以自定义所需要的数据类型，本次就为上述3个数据类型添加3个数值显示控件，并且命名为上述3个控件名称。布局设计好后前面板如图4所示。

图5所示为程序计算框图，所有计算都在一个while循环中进行，在正确进行计算的部分，即条件结构为“真”时，将输入数据和相应在公式节点上的数据输入相连，输出亦是如此。还有一步则是通过波形图表和乘法计算相连的输出Av值连接仿真信号，这样就能在波形图表中显示出输入波形Ui和输出波形Uo。

通过以上所述的自制控件组装成电路后，改变其中各个元件的数值进行程序计算。在BJT共射极放大电路中，主要是通过调节公式节点中的计算来进行的。BJT设置为β=80的情况下，通过调节Re、Rb1、R1、Rc、Rb2的值实现Av、Ri、Ro的计算。右边的波形图表则可以显示输入、输出波形的形状。如图6所示为设计完成后的前面板运行状态。

本实验平台的登录对话框和实验选择操作界面如图7和图8所示。

在设计并且正常运行整个模拟电子电路设计之后，需要把所有设计好的子VI进行封装和嵌入，从而把整个设计制作成一个统一的程序。在本次设计中，主要通过.llb格式，也就是将所有需要的Multisim应用程序和在LabVIEW的VI都存放在一个项目下，如图9所示。

五、结束语

本设计主要运用LabVIEW 虚拟仪器图形化编程软件和 Multisim 电路仿真软件在计算机上开发了一个虚拟模拟电子实验平台。在该虚拟实验平台中，学生为主要的虚拟实验室的终端用户，每个学生可以通过自己的学号和密码出入虚拟实验平台，进入平台后，学生可以通过平台中已经存在的参考电路，或者通过已经制作好的自定义控件来搭建所要进行实验的电路，之后对电路进行连接和参数设置，能够自主的对VI进行运行和仿真，在平台上可以清晰简洁的展示电路的仿真结果。该虚拟实验平台的使用是对传统实验教学模式的改革，它大大简化了实验的操作过程，节省了实验中各种仪器的使用费用，实现了实验数据的电子化，打破了传统实验室在地域空间和时间上的约束，提高了实验教学的质量。它不但为实验类课程的教学改革提供了条件和技术支持，还可以随时为学生提供更多、更新、更好的仪器。

参考文献：

[1]杨磊.虚拟实验及其教学管理平台的设计与研究[D].西安：陕西师范大学，2006.

[2]张杰，彭祖建，李娟，盛士宽.Multism中虚拟仪器的使用方法[J].大学物理实验，2004（3）.

模拟电路设计原理篇4

关键词：电子信息；专业课程；模拟电子技术

1 模拟电子技术基础课程的特点

模拟电子技术基础，又称为电子技术基础模拟部分，与数字电子技术一起统称为电子技术基础。是面向电子信息学科的专业基础必修课。该课程的特点包括：重要性，模拟电子技术是现代化重中之重的技术；非线性，电子放大器是一种非线性元件，需要用非线性分析方法（图解法、微变等效近似等）；工程性，在足够精确的情况下，为了计算方便，常用近似来化简；微观性，深入到原子电子级分析问题；实践性很强，动手性很强，需要很好的实践，不实践学不好；复杂性，易受多种因素影响，如温度，随机性，光照等等影响，参数宜变，参数分散等增加了该课程内容的复杂程度；基础性，是后续电子类课程的基础，也是电子信息类专业考研的课程之一；主干性，是电子信息类本科专业的主干专业课程。本课核心是电子放大器，该课程主要就是讲放大。

模拟电子技术基础课程的基本概念、基本分析方法已经渗透到了各行各业各个领域。包括广播通信：发射机、接收机、扩音、录音、程控交换机、电话、手机等；互联网络：路由器、ATM交换机、收发器、调制解调器等；工业领域：钢铁、石油化工、机加工、数控机床等；交通方面：飞机、火车、轮船、汽车等；军事领域：雷达、电子导航等；航空航天领域：卫星定位、监测；医学领域：γ刀、CT、B超、微创手术等；消费类电子领域：家电（空调、冰箱、电视、音响、摄像机、照相机、电子表）、电子玩具、各类报警器、保安系统等。电子技术的发展，推动计算机技术的发展，使之“无孔不入”，应用广泛。

模拟电子技术基础课程的学习使学生牢固掌握模拟电子电路系统的分析能力和集成电路的创新设计能力，掌握模拟电子信号和系统的基本原理及基本分析方法，深入理解模拟电子电路系统的各个组成部分的基本原理，掌握应用所学典型模拟电子系统解决信号分析问题的方法，掌握集成电路的设计原理和实现方法。为学生进一步学习有关信息、通信方面的课程和今后的科研工作打下良好的理论基础。

2 模拟电子技术基础课程的先修课程

模拟电子技术基础课程的先修课程有《高等数学》、《大学物理》和《电路分析基础》，其中最重要的也是衔接最紧密的一门课程就是――《电路分析基础》。简单来说可以将电路分析基础和模拟电子技术基础归为同一类专业课程，从内容上看，《电路分析基础》主要让学生掌握电子电路分析的基本能力，而《模拟电子技术基础》课程则是学习对模拟信号的处理分析，从模拟电子系统的各个组成部分出发，分别学习各种典型的模拟电子电路，给学生建立起模拟系统的基本构架，为后续深入学习信号与系统的分析能力打好基础。

模拟电子技术基础课程在《电路分析基础》学习的基础上，分别从微观和宏观探讨模拟电子电路系统的各个方面。微观深入到电子原子级，讨论半导体材料的神奇，进而分析二极管、三极管和场效应管在微观领域，内部载流子运动的情况，从而让学生深入体会半导体器件的奇妙之处。宏观上从集成电路出发，理解集成电路的奥妙，小到微观电子原子级，大到模拟系统及大型集成电路的设计。学习模拟电子技术基础课程之后，学生有了系统的概念，信号处理的概念，在此基础上再进行数字电子技术的学习，学生更能理解和接受，电路分析基础和模拟电子技术基础两门课虽然内容不同，各有侧重点，但很多分析方法、理论公式都环环相扣，所以可以进行对比学习，提高学习效率。

3 模拟电子技术基础课程设置知识要求

模拟电子技术基础课程是电子信息专业本科生的专业基础主干必修课程，它具有自身的体系，是理论性、实践性都很强的课程，是学习很多后续专业课的基础。为今后深入学习电子技术在专业中的应用（例如在《信号与系统》、《数字信号处理》、《通信与系统》、《通信原理》、《嵌入式系统理论及实践》等后续专业课程中的应用）打好基础，为学生建立系统分析的概念，培养学生自主分析问题和解决问题的能力，帮助学生成功的从中学阶段对电压电流的具体求解，过渡到本科阶段自主进行信号与系统的分析能力的培养。

4 模拟电子技术基础课程设置能力要求

模拟电子技术基础课程设置能力要求以理论基础和实践操作相结合，既保证严谨的理论体系，又结合工程实践的特点。通过模拟电子技术基础课程的学习，应能具备模拟电子电路的系统分析能力、大型集成电路系统的分析计算能力、简单的集成电路设计能力，以及电子技术系统相关专业知识的自学能力。

5 模拟电子技术基础课程达成目标要求

通过模拟电子技术基础课程的学习，掌握模拟电子系统的各个部分，包括电子电路系统与信号、半导体二极管及其基本电路、半导体三极管及放大电路基础、场效应管放大电路及其应用、功率放大电路、集成电路的组成原则、集成电路运算放大器、反馈放大电路、信号的运算与处理电路、信号产生电路、直流稳压电源等典型模拟电子电路系统的分析计算能力及基本集成电路系统的设计能力，培养学生分析问题和解决问题的自主学习能力；学会用所学的典型模拟电子电路系统自主创新设计完整的模拟集成电路系统，辅助实现模拟电子电路系统的各种基本功能；能借助实际电子电路实验箱和软件模拟仿真，实现不同类型模拟电路系统的功能，通过实验环节操作训练具备处理实际工作问题的相关专业技能，理论与实践相结合，更好的理解模拟电子技术这门学科的专业知识，为后续专业课程打好基础。

6 教学方法建议

和众多电子信息类专业基础课一样，模拟电子技术基础课程以理论讲授与实践操作相结合，理论部分也是以教师讲授为主，课程内容繁多，有时候为了在有限的学时内完成全部的课程内容讲授，很多教师会全程进行讲授，学生被动的接受知识，犹如过眼云烟，没有足够的消化理解相关知识点的时间，真正理解领会的知识点非常有限，不懂的内容还需要教师花更多的时间来反复讲解，其实这样的教学模式，教师辛苦不说，教学效果还会极差。理论部分的讲授应该着重抓课前预习及课后复习，上课前十分钟用来对前一次课的内容及要求预习的内容做提问，以这种方式督促学生进行课前预习和课后复习，对知识点进行巩固。

综上所述，《模拟电子技术基础》这门课程对电子信息类专业的本科生非常重要，另外电子信息类本科专业基础课程还有很多，不仅仅是模拟电子技术基础，每门不同的专业课程都有其特点和用途，学生只要从宏观的角度，理解其中的关联性和衔接性，教师也可适当让学生了解每门课程设置的知识要求、课程设置的能力要求，以及课程的达成目标要求等，只为每一位学生能学好每一门专业课，真正具备电子信息的相关专业技能。

参考文献

[1]童诗白，华成英.模拟电子技术基础（第四版）[M].高等教育出版社.

[2]康华光.电子技术基础模拟部分（第五版）[M].高等教育出版社.

模拟电路设计原理篇5

学生在学习电路与模拟电子技术过程中，存在理论知识较为抽象，实验室中验证性实验不能贴切地和理论进行结合的问题，在实际教学中模拟电子技术成为专业基础课中，学生学习起来困难较大，难以达到学以致用的一门课程，在这种教学形式下，本文对模拟电子技术理论知识部分和实验部分重新进行整合，在教学过程中改变传统教学模式，用项目驱动法进行教学，主要目的是调动学生学习积极性，进而解决模拟电子技术教学中存在的问题。

关键词：

项目驱动式；模拟电子技术;教学设计;虚拟实训系统；

《电路与模拟电子技术》课程是高职高专院校中物联网技术、通信技术等专业课程中的一门专业基础课程，是电子类相关专业后续课程的基础，具有很强的理论性和实践性。然而，在传统的模拟电子技术教学中，分立元件及内部结构的讲解是学生难以理解，存在理论知识较为抽象，验证性实验和理论学习脱节，因此，在实际教学活动中，模拟电子技术普遍成为专业课中学生最难学懂，更难达到学以致用效果的一门课程。

1电路与模拟电子技术课程特点及传统教学弊端

电路与模拟电子技术课程的特点:第一，具有很强的工程性与实践性。通过验证性、设计性、综合性的实验，加强理论和实践相结合；在实践过程中要求掌握常用电子仪器的使用；掌握电子电路的实验研究方法；培养学生查阅电子元器件产品手册的能力，培养学生分析问题和解决问题的能力。为学生后续课程的学习打下重要基础。第二，电路与模拟电子技术课程涉及的概念多，理论抽象，实践性强。第三，学生在学习时感到困难，出现理论教学与实践教学相分离，学生学完课程后，知识不知如何应用。电路与模拟电子技术传统教学弊端:第一，注重理论分析，忽略工程性和实践性；第二，传统的教学内容陈旧，滞后于新器件、新技术的发展。此外，模拟电子技术课程的特点是学时少，内容覆盖面广，基本概念抽象，电路形式多样且难懂等。学生在学完后，普遍反映入门难，知识得不到应用，造成学习效果差、学习积极性不高等现象。为此，对模拟电子技术课程教学内容进行了改革，采用项目驱动式教学方式进行教学。

2电路与模拟电子技术课程项目教学法设计思想

用项目教学法进行教学，改变传统教学法中概念—原理—原件—应用的教学顺序，重在强调器件外部特性，淡化器件内部工作原理，注重教学内容的实用性和工程性，从传统的以教师为中心转向以学生为中心，在讲授知识点时实施项目为内容的教学模式。在实践环节中实施多层次、立体化教学模式；理论教学和实践教学有机结合，实现“教、学、做”一体化教学模式。基于项目驱动式的模拟电子技术课程的教学设计要做到：

2.1教学设计思路、教学内容必须以每一个教学项目为依托

项目驱动式教学是围绕教学任务或单元，设计相应的一个个项目，在每一个知识点贯穿在整个项目中，以理论辅助实践，实践及时反馈理论学习效果的教学方式。以项目为载体的课程设计主要思想是：首先引入一个项目，介绍此项目的组成，围绕此项目所用电子元件功能工作原理，不再讲解元器件或集成电路的内部结构和特性，而更加注重外部特性、功能及其实际应用，学习利用外部电路分析电子器件，学生在学习过程中可以抓住重点，了解电路整体功能。以项目为载体的课程内容的组织安排如下：通过项目式教学，把难以理解的知识点串联在一起，帮助学生掌握理论知识，并且在项目教学中，对教学内容进行整合，教学项目往往是从典型的职业工作任务中开发出来的，学生能够通过一一个整体性的工作情景，掌握模拟电路的相关知识。

2.2在项目教学实施过程中必须以学生为主体

用项目教学驱动法进行教学的过程中，以项目作为载体，遵循学生的认知规律，按照由简单到复杂，由单一到综合的思路，学生作为主体参与教学的每个环节，把班上学生分成几个学习小组，分工协作地完成一个项目中不同的任务，在教学中坚持以学生为中心，在教师的引导下，学生通过不断探索和自主解决问题，自然而然地进行新知识点的学习，进行发现问题和解决问题能力的训练。项目驱动教学贵在通过教师的激发和引导，贵在让学生在“做”的过程中进行“学”。在“做”的过程中主动地发现问题并共同分析问题，根据需要并带着问题主动去“学”，最终有效地解决问题同时获得最有价值的知识，在此过程中也培养了学生的责任感和协作精神，体验到个人与集体共同学习和收获的成就感。基于项目驱动式教学的模拟电子技术教学新模式，突出了学生在教学过程中主体地位，这种教学方式有益于学生发挥自己的主动性和特长，肯定了学生对知识进行探求的行为，能够有效培养和提高学生的各项能力

2.3项目驱动式教学中的教学方法要求多样化的教学方式

(1)利用手机或平板电脑利用网络资源对知识点进行预习

在课前给学生相应的网络资源并且提出问题，要求学生在自主学习过程中带着问题学习，为课堂教学做好准备。

(2)在智慧教室内利用智慧教室资源进行互动教学

智慧教室具有：①个性化教学功能；②多功能教学功能；③即时互动功能；④教育数据分析功能，用智慧教室更能调动学生的学习主动性和积极性。知识点的学习应该把握好理论教育的度，初期教学点到为止即可。在实践应用中，通过学生自身的动手和动脑逐渐深入对理论的认知。这一过程有效地激发学生探索其未知的理论知识的兴趣，有效地做到理论联系实际。

(3)利用北邮模拟电路虚拟实训系统进行电路搭建及测试，帮助学生对电路的理解。

(4)利用面包板及电路元件搭建电路，利用测量设备进行测量进一步加深对电路的理解。

(5)最后在模拟电路实训室中对具体项目进行设计、焊接和调试，完成产品制作。

3学生成绩评价方式

基于项目驱动式的模拟电子技术教学模式，学生成绩考核依据是理论与实践考核结合、实践成果与过程并重的原则，考核包括平时过程性项目考核、实验动手操作、专周实训与期末笔试相结合。本课程考核总成绩各考核项目及其分配比例如下表：

4结束语

在模拟电子技术课程教学中采用项目驱动教育模式，通过学生的主动参与、合作探究，使学生在完成整个项目的同时，完成全面的系统的知识的建构激发了学生的学习兴趣，培养学生勤于思考的良好学习习惯，提高了学习效率。有利于培养学生个人专业能力、实践能力和创新能力、团队精神和沟通能力，提升学生将来实习及工作中的竞争力。

参考文献

[1]华成英,童诗白.模拟电子技术基础(第四版)[M].北京：高等教育出版社,2006.

[2]蔡晓艳,肜瑶,王照平．模拟电子技术实验教学改革的研究与探索[J]．实验室科学,2013.16(3):51-53.

[3]刘明洁.模拟电路虚拟实验教学系统的研究与应用[D].北京:北京邮电大学,2010.

[4]晏湧．模拟电子技术实验教学改革的探索与实践[J]．北京:实验技术与管理,2012,29(4):288-290．

模拟电路设计原理篇6

关键词：版图设计；集成电路；教学与实践

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）06-0153-02

目前，集成电路设计公司在招聘新版图设计员工时，都希望找到已经具备一定工作经验的，并且熟悉本行业规范的设计师。但是，IC设计这个行业圈并不大，招聘人才难觅，不得不从其他同行业挖人才或通过猎头公司。企业不得不付出很高的薪资，设计师才会考虑跳槽，于是一些企业将招聘新员工目标转向了应届毕业生或在校生，以提供较低薪酬聘用员工或实习方式来培养适合本公司的版图师。一些具备版图设计知识的即将毕业学生就进入了IC设计行业。但是，企业通常在招聘时或是毕业生进入企业一段时间后发现，即使是懂点版图知识的新员工，电路和工艺的知识差强人意，再就是行业术语与设计软件使用不够熟练、甚至不懂。这就要求我们在版图教学时渗入电路与工艺等知识，使学生明确其中紧密关联关系，树立电路、工艺以及设计软件为版图设计服务的理念。

一、企业对IC版图设计的要求分析

集成电路设计公司在招聘版图设计员工时，除了对员工的个人素质和英语的应用能力等要求之外，大部分是考查专业应用的能力。一般都会对新员工做以下要求：熟悉半导体器件物理、CMOS或BiCMOS、BCD集成电路制造工艺；熟悉集成电路（数字、模拟）设计，了解电路原理，设计关键点；熟悉Foundry厂提供的工艺参数、设计规则；掌握主流版图设计和版图验证相关EDA工具；完成手工版图设计和工艺验证[1，2]。另外，公司希望合格的版图设计人员除了懂得IC设计、版图设计方面的专业知识，还要熟悉Foundry厂的工作流程、制程原理等相关知识[3]。正因为其需要掌握的知识面广，而国内学校开设这方面专业比较晚，IC版图设计工程师的人才缺口更为巨大，所以拥有一定工作经验的设计工程师，就成为各设计公司和猎头公司争相角逐的人才[4，5]。

二、针对企业要求的版图设计教学规划

1.数字版图设计。数字集成电路版图设计是由自动布局布线工具结合版图验证工具实现的。自动布局布线工具加载准备好的由verilog程序经过DC综合后的网表文件与Foundry提供的数字逻辑标准单元版图库文件和I/O的库文件，它包括物理库、时序库、时序约束文件。在数字版图设计时，一是熟练使用自动布局布线工具如Encounter、Astro等，鉴于很少有学校开设这门课程，可以推荐学生自学或是参加专业培训。二是数字逻辑标准单元版图库的设计，可以由Foundry厂提供，也可由公司自定制标准单元版图库，因此对于初学者而言设计好标准单元版图使其符合行业规范至关重要。

2.模拟版图设计。在模拟集成电路设计中，无论是CMOS还是双极型电路，主要目标并不是芯片的尺寸，而是优化电路的性能，匹配精度、速度和各种功能方面的问题。作为版图设计者，更关心的是电路的性能，了解电压和电流以及它们之间的相互关系，应当知道为什么差分对需要匹配，应当知道有关信号流、降低寄生参数、电流密度、器件方位、布线等需要考虑的问题。模拟版图是在注重电路性能的基础上去优化尺寸的，面积在某种程度上说仍然是一个问题，但不再是压倒一切的问题。在模拟电路版图设计中，性能比尺寸更重要。另外，模拟集成电路版图设计师作为前端电路设计师的助手，经常需要与前端工程师交流，看是否需要版图匹配、布线是否合理、导线是否有大电流流过等，这就要求版图设计师不仅懂工艺而且能看懂模拟电路。

3.逆向版图设计。集成电路逆向设计其实就是芯片反向设计。它是通过对芯片内部电路的提取与分析、整理，实现对芯片技术原理、设计思路、工艺制造、结构机制等方面的深入洞悉。因此，对工艺了解的要求更高。反向设计流程包括电路提取、电路整理、分析仿真验证、电路调整、版图提取整理、版图绘制验证及后仿真等。设计公司对反向版图设计的要求较高，版图设计工作还涵盖了电路提取与整理，这就要求版图设计师不仅要深入了解工艺流程；而且还要熟悉模拟电路和数字标准单元电路工作原理。

三、教学实现

1.数字版图。数字集成电路版图在教学时，一是掌握自动布局布线工具的使用，还需要对UNIX或LINUX系统熟悉，尤其是一些常用的基本指令；二是数字逻辑单元版图的设计，目前数字集成电路设计大都采用CMOS工艺，因此，必须深入学习CMOS工艺流程。在教学时，可以做个形象的PPT，空间立体感要强，使学生更容易理解CMOS工艺的层次、空间感。逻辑单元版图具体教学方法应当采用上机操作并配备投影仪，教师一边讲解电路和绘制版图，一边讲解软件的操作、设计规则、画版图步骤、注意事项，学生跟着一步一步紧随教师演示学习如何画版图，同时教师可适当调整教学速度，适时停下来检查学生的学习情况，若有错加以纠正。这样，教师一个单元版图讲解完毕，学生亦完成一个单元版图。亦步亦趋、步步跟随，学生的注意力更容易集中，掌握速度更快。课堂讲解完成后，安排学生实验以巩固所学。逻辑单元版图教学内容安排应当采用目前常用的单元，并具有代表性、扩展性，使学生可以举一反三，扩展到整个单元库。具体单元内容安排如反相器、与非门/或非门、选择器、异或门/同或门、D触发器与SRAM等。在教授时一定要注意符合行业规范，比如单元的高度、宽度的确定要符合自动布局布线的要求；单元版图一定要最小化，如异或门与触发器等常使用传输门实现，绘制版图时注意晶体管源漏区的合并；大尺寸晶体管的串并联安排合理等。

2.模拟版图。模拟集成电路版图设计更注重电路的性能实现，经常需要与前端电路设计工程师交流。因此，版图教学时教师须要求学生掌握模拟集成电路的基本原理，学生能识CMOS模拟电路，与前端电路工程师交流无障碍。同时也要求学生掌握工艺对模拟版图的影响，熟练运用模拟版图的晶体管匹配、保护环、Dummy晶体管等关键技术。在教学方法上，依然采用数字集成电路版图的教学过程，实现教与学的同步。在内容安排上，一是以运算放大器为例，深入讲解差分对管、电流镜、电容的匹配机理，版图匹配时结构采用一维还是二维，具体是如何布局的，以及保护环与dummy管版图绘制技术。二是以带隙基准电压源为例，深入讲解N阱CMOS工艺下双极晶体管PNP与电阻匹配的版图绘制技术。在教学时需注意晶体管与电阻并联拆分的合理性、电阻与电容的类型与计算方法以及布线的规范性。

3.逆向版图设计。逆向集成电路版图设计需要学生掌握数字标准单元的命名规范、所有标准单元电路结构、常用模拟电路的结构以及芯片的工艺，要求学生熟悉模拟和数字集成单元电路。这样才可以在逆向提取电路与版图时，做到准确无误。教学方法同样还是采用数字集成电路版图教学流程，达到学以致用。教学内容当以一个既含数字电路又含模拟电路的芯片为例。为了提取数字单元电路，需讲解foundry提供的标准单元库里的单元电路与命名规范。在提取单元电路教学时，说明数字电路需要归并同类图形，例如与非门、或非门、触发器等，同样的图形不要分析多次。强调学生注意电路的共性、版图布局与布线的规律性，做到熟能生巧。模拟电路的提取与版图绘制教学要求学生掌握模拟集成电路常用电路结构与工作原理，因为逆向设计软件提出的元器件符号应该按照易于理解的电路整理，使其他人员也能看出你提取电路的功能，做到准确通用规范性。

集成电路版图设计教学应面向企业，按照企业对设计工程师的要求来安排教学，做到教学与实践的紧密结合。从教学开始就向学生灌输IC行业知识，定位准确，学生明确自己应该掌握哪些相关知识。本文从集成电路数字版图、模拟版图和逆向设计版图这三个方面就如何开展教学可以满足企业对版图工程师的要求展开探讨，安排教学有针对性。在教学方法与内容上做了分析探讨，力求让学生在毕业后可以顺利进入IC行业做出努力。

参考文献：

[1]王静霞，余菲，赵杰.面向职业岗位构建高职微电子技术专业人才培养模式[J].职业技术教育，2010，31（14）：5-8.

[2]刘俐，赵杰.针对职业岗位需求？摇探索集成电路设计技术课程教学新模式[J].中国职业技术教育，2012，（2）：5-8.

[3]鞠家欣，鲍嘉明，杨兵.探索微电子专业实践教学新方法-以“集成电路版图设计”课程为例[J].实验技术与管理，2012，29（3）：280-282.

[4]李淑萍，史小波，金曦.微电子技术专业服务地方经济培养高技能人才的探索[J].职业技术教育，2010，13（11）：13-16.

[5]孙康明，李婷.实践课程体系的设置与运行[J].当代职业教育，2011，（7）：15-17.

模拟电路设计原理篇7

在本文中，效率高，仿真精度高，可靠性高，成本低，已广泛应用于电力电子电路的分析设计（或系统）。计算机仿真不仅可以取代许多繁琐的手工分析系统，降低了工人的劳动强度，提高设计能力的分析，避免因在电子信息专业课程的逼近误差分析的方法是更大的，根据实际教学，通过教学实例分析和电单片微机原理课程的仿真分析，并给出了计算机仿真实验教学模式，提供了一种用于学生的当代大学生创新能力培养的平台，提高教学效果，对提高教学质量具有重要的现实意义。

【关键词】

计算机仿真；实验教学；探讨

1 计算机技术的发展，使得它更密切，电子信息和其他相关学科，教学内容，教学相关的计算机技术尤为重要

计算机仿真技术在工程中的应用越来越广泛，在设计过程中，计算机仿真技术，利用计算机模拟教学法，计算机仿真技术和专业课程的整合，使教学更加生动，直观，使当代大学生通过感性认识，加深对理论知识的理解和掌握计算机仿真的方法，可以提高教学效果，提高教学效率，同时拓展了当代大学生的思维空间，大学生的创新能力，适应工作。

2 仿真实验在教学中的应用

开放式实验教学仿真是一个最重要的资源。所谓的“模拟”，与物理实验相比，主要的区别在于，在这个过程中，受试者达到什么是真实的。在物理实验的实验工具，对象出现在物理形式；在仿真实验中，没有物理实验仪器和对象，该过程主要是虚拟实验仪器和设备的操作。仿真结果是很难实现的，物理实验完全相同的程度，但其良好的教学效果明显，性能。

2.1 建立一个多元化的教学环境，提高学习兴趣

对于大多数学生，实验，是感觉到一些概念性的介绍，这本书是很抽象的。虽然一些仪器的照片，但我仍然显得单调。学生缺乏兴趣，易于制备实验原理并不能真正理解。如果学生没有接触实验设备，实验可能是由于操作不当，损坏设备，实验误差。仿真结果可以提供一个可视化的学习环境，内容丰富，图文并茂，运动，有节奏的表达的实验内容的声音和图像，帮助学生在许多方面，这无疑会增加学生的学习兴趣，调动他们的积极性，促进了熟悉的理论和实验设备。特别是一些奇怪的和复杂的工具，为学生，通过实践，实验操作简单，一个深思熟虑的计划，以提高教学效率。在同一时间，降低损失率。

2.2 打破时间和空间的限制，以确保实施开放式实验教学

结合仿真和网络，网络作为一个平台来模拟实验教学。实验教学，学生可以利用校园网或Internet，课程内容预习和复习，在时间和空间上的扩展教学内容，学生可以全面了解和把握实验教学内容。作为一个“开放实验室，学生可以根据自己的时间，在任何地方自主学习，让学生根据兴趣，可以满足不同层次的需要，学生的学习。同时，实验环境下学生的自主学习能力，学生的自主学习能力测验。

2.3 节约实验经费，无所畏惧的环境下，项目的数量，并确保测试

高新技术在自然科学领域和设备是昂贵的，和扩大规模，数量和有限的教育资金，设备相对匮乏，教学模式单一不能满足传统实验教学的需要。多媒体仿真结果具有投资少，更多的灵活性，以缓解紧张局势。同时，学生可以在不同的环境下测试他的想法建立自己的测试。另一方面，一些实验也有一定的风险，在实验项目开放，通常有许多学校保留，学生不能大胆实验。在很大程度上培养学生的创新能力。误差仿真系统是非常强大的，一旦学生操作误差仿真过程，系统立即指出，调整误差，如果调整好了在前面的步骤是不允许采取下一步行动，迫使学生排练直到成功，学生的创造性思维得到很好的发展。确保数量和实验项目。

2.4 电子技术的飞速发展

教学内容，课程内容越来越多。电路分析，电子电路，数字电路，高频电子电路，信号与系统，微机原理已被电子信息的一门必修课，如在许多专业仿真软件的计算机仿真技术的发展已被广泛应用在电子信息领域，如鲁镇，MATLAB。如果集成仿真软件的研究教学内容，不仅可以节省类，也可以使教学更加生动，直观的，视觉的理论很难理解，当代大学生可以通过计算机模拟实验观察到的现象，过程和结果。当代大学生有一个感性认识，可以加深我们对记忆理论的理解，特别是在计算机仿真技术，提高学习能力，分析和解决问题的能力起着重要的作用。在教学过程中，计算机教学的理论分析，计算机模拟和电子电路技术，模拟电路，数字电路，单片机原理的应用，结合课程理论，教学更生动，直观，容易理解。同时，由于计算机仿真技术已被广泛应用于工程实践中，计算机仿真技术的重要作用，大学生就业。下面的电路分析和单片机原理课程为例，计算机仿真技术在教学中的应用。设计变更的平台设计，克服了传统实验设计的缺点是穷人，提高当代大学生的创新能力。

2.5 个传统实验教学设计的常规实验室试验，对当代大学生的电路设计中，经常会有问题，如果直接测试，损失和设备装配将是一个严重的原因，很难在规定时间内完成实验。因此，如何开展当代大学生实验教学，根据电路实验教学，只有测试电路理论，理论知识是有限的，电路不改变，很难提高学生的创新能力，创新能力。

2.6 模拟实验教学的虚拟电子实验室，基于电路仿真，当代大学生可以通过使用虚拟装配仿真产生电路，基于虚拟仪器的分析。虚拟实验平台的电路设计，创造了一个当代的大学生，观察实验现象，对实验结果的分析，利用虚拟仪器，实验成本不会损坏的组件和工具。也可以随时更换，验证了理论知识，提高创新能力。因此，电路仿真软件可以用来改变传统的教学模式，也可以增加综合性，设计性实验。与传统的电子实验室相比，低成本，高速电路仿真平台，效率高。当代大学生的实验设计，分析了电路仿真，改进后的电路在任何时间，提高学习的积极性，拓展思维空间，提高分析问题和解决问题的能力。

3 结论

教学理论与实践，理论和计算机模拟的问题相结合，简化了复杂的视觉效果，提高当代大学生学习的主动性和学习兴趣，提高教学效果，提高教学效率。实践证明，计算机仿真，模拟电路，数字电路，电路实验教学，电子电路，高频，单片机原理如教学，会收到较好的教学效果，更实际，深化教学改革

【参考文献】

[1]孙春丽.多媒体CAI在中学化学实验教学中的应用与研究[D].内蒙古师范大学，2005年

[2]韦汉吉.新课改语境下师范生探究型教学能力培养[D].广西师范大学，2006年

[3]王子轶.大美育观背景下的教师美育能力初探[D].南京师范大学，2007年

模拟电路设计原理篇8

关键词:控制系统；叶片型面检测；数据处理；A/D转换；国产化

中图分类号：F407.44 文献标识码：A

引言

该设备是叶片型面检测的专用设备，它主要用于新机叶片的检测。随着发动机机任务的不断增加，对其叶片检测的要求也越来越高，不仅要求检测精度要高，还要求检测速度要快，这样才能适应生产的需要。而电感量检测叶片型面的方法，具有速度快、精度高、操作简便、适合大批量检测的特点

1 控制系统组成及特点

1.1 控制系统主要由三部分组成：

(1)专用电源：为设备工作提供0V～+5VDC;±12VDC; ±15VDC; ±24VDC。

(2)微处理单元: 该系统以MC68HC11A1

P单片机为核心，可实现8路A/D转换,精度为8位或12位。通过R232串行通讯口与PC机通讯执行测量程序。

(3)信号采集单元：由16探测头(传感器)检测的模拟信号为输入信号，经过放大整流为单片机提供输入模拟量输入信号。

1.2 控制系统的特点：

(1)可靠性:标准的集成电路和电子元器件经过测试和考验,功能强大。

(2)通用性:具备RS232通讯接口能与所有计算机通信。

(3)工业化:集成电路和电子元器件具有抗干扰能力,不受环境温度的影响。

(4)智能化:由于采用的是集成微处理器,能够分布处理具备并行检测的功能，用于批量检测。

2 控制系统原理及分析

2.1 控制系统工作原理及组成

原理的组成：SP1单通道程序启动电路；监测电路；A/D转换电路；外部复位及解码电路；CPU数据处理器；I/O输入输出接口；电源及滤波电路；13KHZ信号源；16路测量及放大电路；16路输出控制电路；放大及整流电路；光耦隔离电路；显示电路；逆变器电路及辅助电压电路；直流稳压电源；控制及稳压电路。

2.2 工作原理分析

2.2.1 CPU数据处理器:本系统选用摩托罗拉公司的MC68HC11A1P芯片为核心，其结构如图1所示。

实现8路A/D转换,精度为8位或12位数字信号输出。

(1)电源（48VDD和23VSS）:VDD为正电源（5V）输入，VSS为地，M68HC11使用单电源，但有时还需A/D参考电源和/或片内RAM的后备电池电源。

(2)工作方式选择：见表1

(3)时钟:晶振脚可用于连接晶振，也可接外部CMOS兼容的时钟源。这些脚（EXTAL,XTAL）上的频率4倍于总线频率（E时钟的速率）。E时钟时总线时钟输出，它用于基本的定时参数信号。

(4)复位：M68HC11的复位端为低有效，双向控制脚，它既是初始M68HC11的输入，也是用作指示内部出错的开漏输出信号，它可由时钟监视器或计算机工作正常（COP）监视电路产生。

(5)中断在复位初始化后可用作不可屏蔽中断请求输入。在复位时，置位条件码寄存器（CCR）的X位，从而在MCU软件允许前屏蔽XIRQ中断。以后软件可清零X位以允许XIRQ，X位一点清零后不能由软件置位。因为XIRQ输入位负电平有效。IRQ为外部中断输入脚。它可由程序选择为电平触发或负跳变触发方式。复位后IRQ为低电平触发方式。

(6) 定时器和PA口：PA口包括三个只可输入端，四个只可输出脚和一个即可设置为输入也可设置为输出的脚。

2.2.2 A/D转换电路AD574AJD 12位模数转换器

(1)引脚结构：如图2

(2) AD574AJD控制信号功能：见表2

2.2.3 16路测量、放大输出控制

测量范围：

探头磁芯移动范围2mm，设备输出值为

±1000?滋m。

探头原始位置时：显示-1000?滋m模拟量输出≥+10V数字量输出4096

探头最大位移时：+1000?滋m模拟量输出≤-10V数字量输出0

探头1/2位移时：显示0模拟量输出0数字量输出2048

输出控制：

模拟量输出范围：+10VDC～-10VDC

测量范围：探头磁芯移动范围2mm，设备输出值为±1000?滋m。

探头原始位置时：模拟量输出≥+10V数字量输出4096显示-1000?滋m

探头最大位移时： 模拟量输出≤-10V数字量输出0 显示+1000?滋m

探头1/2位移时： 模拟量输出0数字量输出2048 显示0

3 结论

《叶片型面检测设备控制系统国产化研制 》经历了一年多的时间完成了测绘设计制造调试全过程。本文针对设计、工作原理分析和调试作了大量的工作，顺利的完成了叶片型面检测设备控制板国产化研制任务。为发动机生产提供一套具有速度快、精度高、操作简便、适合大批量检测特点的叶片型面检测设备控制板。

参考文献

[1]上海半导体器件研究所译.集成电路特性应用手册[C].美国德克萨斯仪器公司，1984.

[2]许科军.传感器与检测技术[M].北京：电子工业出版社，2004.