模拟电路综合设计范文

导语：如何才能写好一篇模拟电路综合设计，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。

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关键词：数模结合 综合性实验 数控风扇 数字温度计

中图分类号：G4 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2013）08（b）-0090-02

数字电路课程和模拟电路课程是电子学领域的两门非常重要的专业基础课程，实验对于学生理解这两门课程的理论知识及进行创新应用来说是至关重要的。为了实现“以学科知识为基础，以综合应用为核心，以培养创造性思维为重点”的培养目标，近年来，深圳大学信息工程学院将数字电路和模拟电路教学都放在了大学二年级上学期开展，同时将数字电路实验室和模拟电路实验室合并，成立了数模复用实验室，为学生加深电子学领域的理论认识，培养学生的综合动手能力建立了一个良好的学习环境和氛围。相应的，这两门课程的实验内容也进行了改进，增加了数模结合的综合性实验项目。本文以数控迷你小风扇和数字温度计为例，具体阐述数模复用实验室综合设计性实验项目的实现过程。

1 数模结合的综合性实验设计原则

传统的数字电路实验和模拟电路实验的开展一般都是以特定的目的、孤立的功能单元而开设。数字电路的实验包括各种常用芯片的功能测试及简单应用，不涉及任何模拟电路部分；模拟电路实验包括分立元件（三极管）放大电路和集成运算放大电路的性能及简单运用，不涉及任何数字电路部分。这种传统的实验设计方案存在以下两大问题：一是实验的目的一般都是理论知识的实验验证，缺少对学生兴趣的考虑，不能激发学生的自主创新能力；二是数字电路实验与模拟电路实验“各自为政”，致使学生在完成实验后感到知识不连贯，不能综合理解和运用数字电路和模拟电路的知识体系，以至于很难达到融会贯通，学以致用的目的。

基于以上问题，数模综合实验设计原则主要体现在以下两个方面：一是兴趣主动性；二是数模综合性。古代教育家孔子曾说过：“知之者不如好之者，好之者不如乐之者”。培养学生对课程的兴趣主动性，使学生愿意开始干，愿意投入干，干完后有成就感，就能起到事半功倍的教学效果。在兴趣的驱动下，学生对完成实验的主动性更强，对所学数字电路理论知识和模拟电路理论知识的融会贯通性就会更好，从而能够保证综合设计性实验能够达到最初的实验设计目的，即加深学生的理论认识，提高学生的实践动手能力，为学生创新能力的培养打下基础。

体现数模综合性设计原则的实验应包括数字电路部分、模拟电路部分、以及数模（模数）转换电路部分。一般有两种形式，如图1、图2所示。在数模转换（DAC）综合实验中，通过输入数字控制信号，如调节风扇遥控器，该信号经过数模转换电路，转换成模拟信号，一般的数模转换电路输出的模拟信号都比较微弱，无法驱动外部执行装置，因此，该微弱信号需要再通过模拟放大电路，进行电流或者电压等功率放大，最终驱动模拟执行系统，如调节风扇转速等。在模数转换（ADC）综合实验中，通过采集外界环境中的模拟信号信息，如风扇转速等，一般，传感器采集到的信号比较微弱，需要通过模拟放大电路进行放大，再经过模数转换，最终将该信号进行数字显示。模拟放大电路不仅能放大模拟信号，还能够减小模数转换电路部分的转换误差，从而更精确的进行数字显示。

2 实验项目数控迷你小风扇的设计

风扇在现实生活中普遍使用，学生对这个项目不会产生陌生感，而且该项目具有很大实用性，容易学生的兴趣和主动性。本项目的设计要求是：设计并制作一个数控迷你小风扇，风扇的转速控制通过数字输入。电路设计框图如图3所示。参考电路设计如图4所示。大二学生还没有接触过键盘输入控制电路，因此，本项目采用自锁式开关这种简单的器件进行数字输入控制。例如，希望转速能够达到100转/分，就可以利用8个自锁式开关输入“01100100”，开为“1”，关为“0”。数模转换电路应用DAC0832数模转换芯片：根据输入的八位二进制，输出该二进制所代表的电流值。框图中的驱动部分对应电路设计中的一个射极跟随器，输入微电流控制发射极输出电压，在发射极端接负载小风扇，驱动其运转。三极管可以采用最普通的9013。

3 实验项目数字温度计的设计

温度计在日常生活中也很多见。本项目的设计要求是设计并制作一个数字温度计。为了保护大二学生的实验积极性，不让他们产生畏难情绪，测量温度范围定位20～29摄氏度。设计框图如图5所示。十进制的“2”为固定数字，学生只要设计并实现温度个位数的显示即可，参考电路设计如图6所示。温度传感器LM35可以探测周围环境温度从而输出不同电压，输出的电压值随温度的变化呈线性变化，例如，20摄氏度，LM35输出0.20 V，25摄氏度，LM35输出0.25 V。LM741运算放大器电路部分虽然没有电压放大，但是增加了电路的带载能力，增强了模数转换部分的输入稳定性。ADC 0809模数转换芯片根据输入的电压值，输出代表其电压值的八位二进制。74LS573锁存器：OE脚为使能端，LE为锁存端，当LE为1时，D端的数据输出到O端，当LE为0时，D端的数据无法输出到O端，O端输出上一个状态的数据。74LS283全加器对输入的四位二进制数进行加减法，实现转码功能。74LS48根据输入的四位二进制数驱动数码管，显示相应数字（0～9）。

4 结语

数模结合的综合性实验可以促进学生电路领域的理论认识，提高学生的实践动手能力，为学生创新能力的培养打下基础。本文作者所在的深圳大学信息工程学院将数电、模电实验室合并，成立了数模复用实验室，为数模综合性实验开展提供了良好的环境和氛围。本文提出了数模综合性实验的设计原则，并提供了实际实验教学的两个项目供兄弟院校电学实验室参考，希望能起到抛砖引玉的作用。

参考文献

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[3] 王美玲，付佳，肖煊.创新型实验项目 ―― 数字温度计的设计[J].实验室研究与探索，2010，29（9）：125-127.

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关键词：集成电路专业；实践技能；人才培养

中图分类号：G642.0 文献标志码： A 文章编号：1002-0845（2012）09-0102-02

集成电路产业是关系到国家经济建设、社会发展和国家安全的新战略性产业，是国家核心竞争力的重要体现。《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》明确将集成电路作为新一代信息技术产业的重点发展方向之一。

信息技术产业的特点决定了集成电路专业的毕业生应该具有很高的工程素质和实践能力。然而，目前很多应届毕业生实践技能较弱，走出校园后普遍还不具备直接参与集成电路设计的能力。其主要原因是一些高校对集成电路专业实践教学的重视程度不够，技能培养目标和内容不明确，导致培养学生实践技能的效果欠佳。因此，研究探索如何加强集成电路专业对学生实践技能的培养具有非常重要的现实意义。

一、集成电路专业实践技能培养的目标

集成电路专业是一门多学科交叉、高技术密集的学科，工程性和实践性非常强。其人才培养的目标是培养熟悉模拟电路、数字电路、信号处理和计算机等相关基础知识，以及集成电路制造的整个工艺流程，掌握集成电路设计基本理论和基本设计方法，掌握常用集成电路设计软件工具，具有集成电路设计、验证、测试及电子系统开发能力，能够从事相关领域前沿技术工作的应用型高级技术人才。

根据集成电路专业人才的培养目标，我们明确了集成电路专业的核心专业能力为：模拟集成电路设计、数字集成电路设计、射频集成电路设计以及嵌入式系统开发四个方面。围绕这四个方面的核心能力，集成电路专业人才实践技能培养的主要目标应确定为：掌握常用集成电路设计软件工具，具备模拟集成电路设计能力、数字集成电路设计能力、射频集成电路设计能力、集成电路版图设计能力以及嵌入式系统开发能力。

二、集成电路专业实践技能培养的内容

1.电子线路应用模块。主要培养学生具有模拟电路、数字电路和信号处理等方面的应用能力。其课程主要包含模拟电路、数字电路、电路分析、模拟电路实验、数字电路实验以及电路分析实验等。

2.嵌入式系统设计模块。主要培养学生掌握嵌入式软件、嵌入式硬件、SOPC和嵌入式应用领域的前沿知识，具备能够从事面向应用的嵌入式系统设计能力。其课程主要有C语言程序设计、单片机原理、单片机实训、传感器原理、传感器接口电路设计、FPGA原理与应用及SOPC系统设计等。

3.集成电路制造工艺模块。主要培养学生熟悉半导体集成电路制造工艺流程，掌握集成电路制造各工序工艺原理和操作方法，具备一定的集成电路版图设计能力。其课程主要包含半导体物理、半导体材料、集成电路专业实验、集成电路工艺实验和集成电路版图设计等。

4.模拟集成电路设计模块。主要培养学生掌握CMOS模拟集成电路设计原理与设计方法，熟悉模拟集成电路设计流程，熟练使用Cadence、Synopsis、Mentor等EDA工具，具备运用常用的集成电路EDA软件工具从事模拟集成电路设计的能力。其课程主要包含模拟电路、半导体物理、CMOS模拟集成电路设计、集成电路CAD设计、集成电路工艺原理、VLSI集成电路设计方法和混合集成电路设计等。此外，还包括Synopsis认证培训相关课程。

5.数字集成电路设计模块。主要培养学生掌握数字集成电路设计原理与设计方法，具备运用常用的集成电路EDA软件工具从事数字集成电路设计的能力。其课程主要包含数字电路、数字集成电路设计、硬件描述语言、VLSI测试技术、ASIC设计综合和时序分析等。

6.射频集成电路设计模块。主要培养学生掌握射频集成电路设计原理与设计方法，具备运用常用的集成电路EDA软件工具从事射频集成电路设计的能力。其课程主要包含CMOS射频集成电路设计、电磁场技术、电磁场与

天线和通讯原理等。

在实践教学内容的设置、安排上要符合认识规律，由易到难，由浅入深，充分考虑学生的理论知识基础与基本技能的训练，既要有利于启发学生的创新思维与意识，有利于培养学生创新进取的科学精神，有利于激发学生的学习兴趣，又要保证基础，注重发挥学生主观能动性，强化综合和创新。因此，在集成电路专业的实验教学安排上，应减少紧随理论课开设的验证性实验内容比例，增加综合设计型和研究创新型实验的内容，使学有余力的学生能发挥潜能，有利于因材施教。

三、集成电路专业实践技能培养的策略

1.改善实验教学条件，提高实验教学效果。学校应抓住教育部本科教学水平评估的机会，加大对实验室建设的经费投入，加大实验室软、硬件建设力度。同时加强实验室制度建设，制订修改实验教学文件，修订完善实验教学大纲，加强对实验教学的管理和指导。

2.改进实验教学方法，丰富实验教学手段。应以学生为主体，以教师为主导，积极改进实验教学方法，科学安排课程实验，合理设计实验内容，给学生充分的自由空间，引导学生独立思考应该怎样做，使实验成为可以激发学生理论联系实际的结合点，为学生创新提供条件。应注重利用多媒体技术来丰富和优化实验教学手段，如借助实验辅助教学平台，利用仿真技术，加强新技术在实验中的应用，使学生增加对实验的兴趣。

3.加强师资队伍建设，确保实验教学质量。高水平的实验师资队伍，是确保实验教学质量、培养创新人才的关键。应制定完善的有利于实验师资队伍建设的制度，对实验师资队伍的人员数量编制、年龄结构、学历结构和职称结构进行规划，从职称、待遇等方面对实验师资队伍予以倾斜，保证实验师资队伍的稳定和发展。

4.保障实习基地建设，增加就业竞争能力。开展校内外实习是提高学生实践技能的重要手段。

实习基地是学生获取科学知识、提高实践技能的重要场所，对集成电路专业人才培养起着重要作用。学校应积极联系那些具有一定实力并且在行业中有一定知名度的企业，给能够提供实习场所并愿意支持学校完成实习任务的单位挂实习基地牌匾。另外，可以把企业请进来，联合构建集成电路专业校内实践基地，把企业和高校的资源最大限度地整合起来，实现在校教育与产业需求的无缝联接。

5.重视毕业设计，全面提升学生的综合应用能力。毕业设计是集成电路专业教学中最重要的一个综合性实践教学环节。由于毕业设计工作一般都被安排在最后一个学期，此时学生面临找工作和准备考研复试的问题，毕业设计的时间和质量有时很难保证。为了进一步加强实践环节的教学，应让学生从大学四年级上半学期就开始毕业设计，因为那时学生已经完成基础课程和专业基础课程的学习，部分完成专业课程的学习，而专业课教师往往就是学生毕业设计的指导教师，在此时进行毕业设计，一方面可以和专业课学习紧密结合起来，另一方面便于指导教师加强对学生的教育和督促。

选题是毕业设计中非常关键的环节，通过选题来确定毕业设计的方向和主要内容，是做好毕业设计的基础，决定着毕业设计的效果。因此教师对毕业设计的指导应从帮助学生选好设计题目开始。集成电路专业毕业设计的选题要符合本学科研究和发展的方向，在选题过程中要注重培养学生综合分析和解决问题的能力。在毕业设计的过程中，可以让学生们适当地参与教师的科研活动，以激发其专业课学习的热情，在科研实践中发挥和巩固专业知识，提高实践能力。

6.全面考核评价，科学检验技能培养的效果。实践技能考核是检验实践培训效果的重要手段。相比理论教学的考核，实践教学的考核标准不易把握，操作困难，因此各高校普遍缺乏对实践教学的考核，影响了实践技能培养的效果。集成电路专业学生的实践技能培养贯穿于大学四年，每个培养环节都应进行科学的考核，既要加强实验教学的考核，也要加强毕业设计等环节的考核。

对实验教学考核可以分为事中考核和事后考核。事中考核是指在实验教学进行过程中进行的质量监控，教师要对学生在实验过程中的操作表现、学术态度以及参与程度等进行评价；事后考核是指实验结束后要对学生提交的实验报告进行评价。这两部分构成实验课考核成绩，并于期末计入课程总成绩。这样做使得学生对实验课的重视程度大大提高，能够有效地提高实验课效果。此外，还可将学生结合教师的科研开展实验的情况计入实验考核。

7.借助学科竞赛，培养团队协作意识和创新能力。集成电路专业的学科竞赛是通过针对基本理论知识以及解决实际问题的能力设计的、以学生为参赛主体的比赛。学科竞赛能够在紧密结合课堂教学或新技术应用的基础上，以竞赛的方式培养学生的综合能力，引导学生通过完成竞赛任务来发现问题、解决问题，并增强学生的学习兴趣及研究的主动性，培养学生的团队协作意识和创新精神。

在参加竞赛的整个过程中，学生不仅需要对学习过的若干门专业课程进行回顾，灵活运用，还要查阅资料、搜集信息，自主提出设计思想和解决问题的办法，既检验了学生的专业知识，又促使学生主动地学习，最终使学生的动手能力、自学能力、科学思维能力和创业创新能力都得到不断的提高。而教师通过考察学生在参赛过程中运用所学知识的能力，认真总结参赛经验，分析由此暴露出的相关教学环节的问题和不足，能够相应地改进教学方法与内容，有利于提高技能教学的有效性。

此外，还应鼓励学生积极申报校内的创新实验室项目和实验室开放基金项目，通过这些项目的研究可以极大地提高学生的实践动手能力和创新能力。

参考文献：

[1]袁颖，等.依托专业特色，培养创新人才[J]. 电子世界，2012（1）.

[2]袁颖，等.集成电路设计实践教学课程体系的研究[J]. 实验技术与管理，2009（6）.

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[4]刘胜辉，等.集成电路设计与集成系统专业课程体系研究与实践[J]. 计算机教育，2008（22）.

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【关键词】Pspice 模拟电子电路 电子电路设计

在电气、电子、自动化、计算机等类型的专业中，模拟电子电路设计是基础的技术课程，其理论知识较为抽象且电路的原理较为复杂，对于学生来说比较困难，教师也难以教好。本文提出将Pspice应用在模拟电子电路设计中，有了该软件，就等于有了电路以及实验室，完美地将理论与实践结合，为教师和学生提供便利。

1 Pspice软件概述

Pspice软件由Schematics（电路模拟器）、Pspice（仿真软件的数据处理器）、Probe（软件的图形后期处理器）、Stmed（产生信号的工具）、Parts（为器件建立模型的工具）和Pspice Optimizer（软件的优化设置工具）等组成，能够提供强大的电路图绘制、电路模拟仿真、图形后期处理等功能。

Pspice包括以下主要功能：直流特性分析，其中包囊直流静态工作点分析、直流灵敏度分析、直流扫描分析以及直流小信号传递函数值分析；交流扫描分析，包括频率特性分析和噪声分析；瞬态特性分析；蒙特卡罗分析；温度特性和参数扫描分析；最坏情况分析等。

在设计电子电路期间，以既定的功能及技术参数来制定设计方案，可以应用Pspice模拟和连接电路并检测电路设计有无达到预期效果，也可以在计算机上对电路的结构和相关参数进行修改，不断测试、观察输出的波形，直至达到设计要求，以便取得电路的最优技术指标，为电路设计的精准性评价提供便利。此外，还能够分析容差、敏捷性、最坏状况、温度特性等，这些都是传统的方法难以完成的，还能够比较各种设计方案的优劣，方便选择最优的方案，使电路设计最优化。

2 Pspice软件的仿真实例

Pspice软件在电子电路设计中的应用可以提高教学效率，仿真电路的步骤大致分为五步：第一，绘制电路图；第二，分析电路的特性和仿真参数；第三，仿真测验；第四，显示仿真的结果；第五，分析并输出相应的实验结果。下面对Pspice软件的仿真实例进行分析。

2.1 限幅电路的设计实验

限幅电路的示意图如图1所示，二极管的型号为DIN4148，电阻为1kΩ，电源电压为3伏特，当输入电压达到6sin wt的时候，电路要达到限制输入电压幅值的目的。

设置直流扫描分析以及瞬态分析，得出输入电压Ui以及输出电压U0的波形，如图2所示，可见电路对输入电压幅值的限制效果。

在限幅电路的瞬态分析结果示意图中可见（图3），当输入的电压超出固定范围时，超出的部分就会被截止，这样就能使信号的电压在一定的幅值内，防止电路受信号电压的影响出现故障。

2.2 RC正弦振荡电路设计实验

RC振荡电路在电子技术中得到广泛应用，振荡电路在自动进行振荡的过程中，其达到平衡的条件所花费的时长极短，在课堂上，教师直接讲授相关的理论会令学生难以在有限的课堂时间内理解并掌握，因为学生难以根据抽象的理论想象出波形。就此，将Pspice运用到其中，可以观察出振荡电路建立振荡的过程以及振荡器在稳定之后的波形，同时，可以改变电阻或电容，观察其对振荡电路会产生怎样的影响，更加便捷、直观地掌握振荡电路的设计原理及运行原理。

3 总结

从上述的设计实验中可知，在模拟电子电路设计中应用Pspice能够使设计仿真的效果精准且直观形象，为电子电路的设计提供极大便捷。Pspice是应用极广的电路设计及分析软件，具有绘制电路图、模拟仿真电路、图形后期处理等强大功能，在建立真实的电路之前，在该软件上设计、绘制仿真电路，依据具体的需求来设置相应的参数，断定电路设计是否科学、性能是否可靠、能否达到设计的要求、有无必要修改电路等，还可以对元件的变化会对电路造成怎样的影响进行综合评估，同时也能对一些电路的特性进行测量分析。总之，Pspice的应用能够为电子电路的模拟仿真设计带来很好的内外部条件，帮助设计者设计出最优电路，提高教师的教学效率和学生的掌握速率，从根本上减少成本支出，使电路设计最优化，提高电路性能的可靠性，是模拟电子电路设计中必不可少的仿真设计软件。

参考文献

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[4]宋国民，王宁，张爱云，周维.Pspice仿真平台在共轨ECU设计中的应用[J]. 现代车用动力，2009（03）

[5]周润景，张丽娜，王志军.Pspice 电子电路设计与分析[M].北京： 机械工业出版社，2011

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关键词：专家系统；嵌入式系统；综合测试系统

中图分类号：TP182文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)10-2237-05

Design on a Type of Ship Meteorological Instrument Comprehensive Testing System

MA Jun-yong，REN Yang-shan

(University Navy Maritime Security repair shop of Qingdao, Qingdao 266071,China）

Abstract: The ship meteorological instrument test system is designed for doing status testing and fault diagnosising for the ship meteorological instrument. fitted out in a certain warship.The system combine characteristics of advanced detection and signal processing technology, embedded technology, network control technology , the intelligent fault diagnosis technology based on expert system and the fuzzy theory. It achieved a quick testing and fault diagnosis for the ship meteorological instrument and sensors.

Key words: Expert System; embedded system; comprehensive testing system

船舶气象仪为舰船导航系统和武器系统提供风速、风向、温度、湿度、气压、降水量、能见度等气象信息，是舰船安全航行和武器系统发挥作用的重要保障设备。船舶气象仪综合测试系统是针对舰艇部队列装的某型船舶气象仪进行状态检测和故障诊断而研制的故障诊断系统。该系统综合了现代先进检测和信号处理技术、嵌入式技术、控制网络技术及基于专家系统和模糊理论的智能故障诊断技术等多项新技术，实现了对船舶气象仪主仪器及传感器的快速测试和故障诊断，实现了船舶气象仪各类故障的快速识别和准确定位，将故障定位到通道级和板卡级。

1总体设计思路

该综合测试系统由信息处理终端和四个模块组成。四个模块分别是两型主仪器检测模块和系列传感器检测模块，其系统组成原理框图如图1所示。信息处理终端及四个检测模块都采用嵌入式系统，通过CAN总线进行通信。信息处理终端能够实现检测及诊断任务分配、人机交互、结果显示等功能；主仪器检测模块通过输出各类型的船舶气象仪传感器模拟信号，实现对船舶气象仪主仪器的状态检测和故障诊断；传感器检测模块通过模拟船舶气象仪主仪器采集传感器信号，实现传感器状态检测和故障诊断。为了实现不同型号船舶气象仪主仪器、传感器及其接口的检测和故障诊断，该系统设计有接口转换模块，实现对各种信号不同规格的船舶气象仪的接口转换。

图1船舶气象仪综合测试系统组成原理框图

2系统组成

2.1测试系统硬件设计

2.1.1信息处理终端

船舶气象仪综合测试系统信息处理终端硬件系统组成框图如图2所示，由AVR嵌入式系统、人机交互单元、CAN总线接口电路、供电单元组成。

图2信息处理终端硬件系统组成框图

2.1.2主仪器检测模块

主仪器检测模块硬件组成框图如图3所示，由AVR嵌入式系统、模拟传感器信号单元和CAN总线接口电路组成。其中模拟传感器信号单元包括风速信号模拟电路，风向信号模拟电路，温度、湿度信号模拟电路，气压信号模拟电路。

图3主仪器检测模块硬件组成框图

主仪器检测模块电路结构原理框图如图4所示。AVR处理器的定时器/计数器工作在比较匹配清零模式下可产生不同的频率信号，据此用来模拟风速信号。风向信号是7路开关量，由AVR单片机的7个I/O口模拟输出。

温度信号和湿度信号都是4～20mA的电流，模拟电路由两个D/A转换芯片及其电路组成。湿度信号的模拟电路与温度信号相同。

气压信号是0～5V电压，模拟电路由D/A转换芯片和电流电压转化电路组成。D/A转换芯片可产生4～20mA电流信号，经过250欧姆的精密电阻转换成0～5V的电压信号。

图4主仪器检测模块电路结构原理框图

通信接口检测硬件系统是主仪器检测模块的一部分，其组成框图如图5所示。通信单元包括RS232接口电路、RS422接口电路、RS485接口电路、CAN总线接口电路。

检测通信接口电路结构原理框图如图6所示。AVR单片机串口TTL电平经过串口电平转换得到相应的串口信号。

图5通信接口检测电路组成框图

图6通信接口检测电路结构原理框图

2.1.3系列传感器检测模块

系列传感器检测模块硬件组成框图如图7所示，由AVR嵌入式系统、传感器信号处理单元和CAN总线接口电路组成。其中传感器信号处理单元包括风速信号调理电路，风向信号调理电路，温度、湿度信号调理电路，降水量信号调理电路，气压信号调理电路。

图7系列传感器检测模块硬件组成框图

系列检测传感器模块电路结构原理框图如图8所示。风速信号是脉冲量，经过滤波，送入AVR单片机的定时器/计数器进行计数。风向信号是7路开关量，经过施密特整形，然后与AVR单片机的I/O口相连。

2.2软件设计

船舶气象仪综合测试系统信息处理终端软件包括操作软件和诊断软件两部分，操作软件主界面有三种工作模式：检测主仪器、检测传感器、系统自检。开机后，显示屏显示主菜单界面，如图9所示。操作按键，可选择其中的一种工作模式。信息处理终端和检测模块之间的通信采用CAN总线通信。

1）信息处理终端

信息处理终端操作软件是该综合测试系统的控制核心，提供人机交互界面和操作按键，响应用户的操作命令，显示检测信息。信息处理终端主程序流程框图如图10所示。

图8系列传感器检测模块电路结构原理框图

图9主菜单界面示意图

图10主仪器主程序流程框图

2）传感器检测模块

传感器检测模块能够按照主仪器发来的指令采集风、温湿度、气压、降水量等传感器的信号，采样间隔为1次/2秒，并把计算处理后的数据发送到CAN总线上，供主仪器查询接收。检测传感器模块主程序流程框图如图11所示。

图11传感器检测模块主程序流程框图

3）主仪器检测模块

主仪器检测模块能够按照主仪器发来的指令模拟输出低、中、高三档传感器信号，传感器信号包括风速、风向、温度、湿度、气压；能够按照主仪器发来的指令对电路板进行检测，这些电路板包括STD90386板、STD9388板、STD9372板、STD9488板。主仪器检测模块主程序流程框图如图12所示。

图12主仪器检测模块主程序流程框图

3采用的关键技术

3.1基于D-S证据理论的多传感器信息融合技术

充分利用不同时间或空间的多传感器信息资源，采样计算机技术对按时序获取的多传感器检测信息在一定准则下加以自动分析、综合、支配和使用，获得对被测目标的一致性解释与描述，以完成所需的检测、决策和估计任务，使系统获得比它的各组成部分更优越的性能。利用Dempester-Shafer(D-S)证据可处理由不知道所引起的不确定性。它用信任区间描述传感器的信息，不但表示了信息的已知性和确定性，而且能够区分未知性和不确定性。多传感器信息融合时，将传感器采集的信息作为证据，在决策目标集上建立一个相应的基本信度分配，在同一决策框架下合并为一个新的证据体。

目前列装的船舶气象仪型号、传感器型号、主仪器与传感器接口类型、主仪器与上级系统通信协议及接口等物理状态繁杂，为对这些状态不同的船舶气象仪主仪器及传感器实现检测和故障诊断，采用基于D-S证据理论的多传感器信息融合技术，对各种各类型传感器及其信号进行有效融合，提高了系统测试的泛化能力。

3.2基于径向基概率神经网络的气象参数状态识别技术

根据大气基本物理状态的宏观物理量变化规律，气象要素之间存在某种显式或隐式关系，可以对所观测的同一时刻下的各个要素值进行状态识别，以识别出参数中的某一参数故障或非正常值，基于这种思想启示，研究出了基于径向基概率神经网络的气象参数状态识别技术，利用径向基概率神经网络（RBPNN）实现气象要素观测数据映射，将状态变量显式地表达在代价泛函中，设计算法使计算机能够通过对已知数据的学习，找到数据内在的相互依赖关系，从而对未知数据进行预测或对其性质进行判断。

在实际在线学习过程中，将风速、温度、湿度、气压等实时参数作为识别模型的输入，输出为每个参数的状态识别，即对每个参数是否为奇异值进行识别。通过离线和在线的学习，即可可靠地识别参数状态，实现对奇异值进行有效识别。该技术的研制成功，可以实时地对任一时刻获取的一组气象要素参数进行识别，从而有效地对存在故障的数据进行识别，该项技术已经申报国家发明专利。

3.3基于故障树模型和专家系统的故障诊断技术

船舶气象仪综合测试系统作为一个复杂系统，其故障诊断方法是在通过故障树模型对故障进行定性定量分析基础上，利用船舶气象仪的相关知识和领域专家的经验进行故障诊断。故障树模型分析是可靠性分析中常用的定量和定性分析技术，其分析思路清晰、技术成熟，而专家系统是人工智能应用研究最活跃和广泛的领域，该系统是一个具有大量专门知识与经验的仍智能功能系统，基于专家系统的自动故障诊断系统能够有效地获取、传递、处理、再生和利用诊断信息，从而能够对船舶气象仪行状态识别和故障诊断，具有良好的通用性、开放性、鲁棒性和实用性。

4系统的功能实现

该综合测试系统采用模块化结构，提供了不同的检测模块，模块可即插即用方便组态，具有良好的开放性和可扩展性。可根据实际需要在软件和任何硬件的情况下，可以组成针对不同检测对象的检测诊断系统；也可以在不改变总体结构的情况下方便地实现对新型气象仪的检测功能，只需增加相应的故障诊断接口和软件即可实现，减少了新装备综合测试系统的重复研制和经费投入。

该综合测试系统初步解决船舶气象仪主仪器板卡、传感器、连接线及连接件的检测和故障诊断等问题，为装备修理厂（所）的装备保障提供了快速故障诊断的工具，但在船舶气象仪综合测试系统的人工功效设计方面还需进一步提高。

由于对该系统专家经验整理和采用时间的仓促，自动诊断的专家系统建立还不够完善，为进一步提高测试系统自动化、智能化的专家诊断能力，还需要进一步扩充相关经验数据库系统知识，为智能化专家故障诊断功能的进一步拓展提供方便。

5结束语

船舶气象仪综合测试系统采用模块化结构，综合了现代信号先进检测与信号处理技术、嵌入式系统技术、控制网络通讯技术以及基于故障树分析模型、专家系统和模糊理论的智能故障诊断等多项新技术，实现了对该船舶气象仪主仪器、传感器的快速测试、并使全状态气象仪诊断实现在线化，具有良好的开放性和可扩展性。该系统能实现准确的故障定位，将故障定位到通道级和板卡级。系统的软件设计采用模块化设计思想，包括操作软件和故障诊断软件两部分，操作软件人机界面友好，使用方便。

该系统可以实现对船舶气象仪板卡、传感器、连接线及其连接件以及基地备件进行有效检测和故障诊断，对航海装备的维修保障具有十分重要的作用。

参考文献：

[1]马伟民.多传感器数据融合手册[M].北京:电子工业出版社,2008.

[2]盛兆顺.设备状态监测与故障诊断技术及应用[M].北京:化学工业出版社,2008.

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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

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（1）理论讲解

模拟电子技术是一门理论性很强的学科，导致不少教师在授课时仅仅是做到了“知识的传授者”。在课堂教学中，教材大多偏重理论，繁琐的公式推导和大篇幅的分析，实践示例不高，学生很难对此产生探究的兴趣。

（2）定理验证

在传统教学环节中，定理的验证往往多于实际应用。很多教师花相当长的时间执着于怎样一步步推导出这个定理，满黑板的数学公式或是一页又一页的PPT讲解。精确的推导固然能完善学生的理性思维，加强学生对定理的理解，但无形中却弱化了其实际效能，以至于在遇到问题时，往往脑子中一堆定理，却不知该运用哪一个来简化和解决实际问题。

（3）教学实验

在所开设的实验课程中，大多是讲完一章节的内容，安排一次实验，各个章节自成体系，没有考虑到实验的综合联系。而在做实验的过程中，现有的实验模式也往往忽略学生的主体作用，一味的验证理论内容，不利于学生独立思考，不利于学生动手能力的提高，不利于学生创新能力的培养。综合性或者系统性实验所占比例较少。

模拟电子技术的教学改革思考

（1）分析功能模块、完善系统概念

电子设计竞赛是综合知识的运用，通常是一个设计各功能模块的系统，与常规教学中注重的分立知识点不同，需要在教学方法以及教学内容上进行改革，在有限的教学课时内，不削弱基础功能电路的分析设计，弱化器件内部特征，引入系统与模块的概念，并借助EDA软件，提高学生的认知性。其知识都是由一些重点前后呼应、衔接而成。教师的一个很重要的作用就是引导学生把看似零散、分离的知识模块组合成一个整体。例如在讲解功率放大电路相关内容时，可以从学生熟悉的扩音系统入手，提出问题：为什么经过扩音系统的声音会变大，又是系统中的何种模块发挥了怎样的功能才使得声音变大，让学生首先有一个系统的概念。在这个基础上引入功率放大的概念，放在扩音系统这个具体的整体中阐述其组成元件、工作原理、主要技术指标等相关内容。这样不仅能加深对功率放大电路的认识，更是让学生对扩音系统有了深入的了解：信号提取电压放大功率放大（如图2所示），每个模块各司其职，最后实现声音变大的目标。逐步引导学生将所学的知识融会贯通，接触并完善系统的概念，这一点在电子设计竞赛中显得尤为重要。

（2）参照竞赛命题、扩充芯片知识

《电子技术基础（模拟部分）》中介绍了场效应管放大电路、反馈放大电路、功率放大电路等多种放大电路，历年电子设计竞赛中也有不少题目涉及到“放大”的问题：从最早的1995年的实用低频功率放大器的设计到2001年的高效率音频功率放大器、2003年的宽带放大器、2007年的程控滤波器再到2009年的宽带直流放大器。但教材中涉及到放大电路的地方，都只是针对某个单独的简化的特定电路模型进行分析（如图3所示的基本互补功率放大电路），以分立元件和单元电路为主，侧重理论的分析、公式的推导，缺乏一定的专业背景和系统的综合应用，学生普遍感受似懂非懂，往往造成会解题，但无法做到学以致用。目前普遍使用的模拟电子技术教材以分立元件为主，模拟集成电路元件为辅，介绍了部分典型集成芯片，对常用芯片或是新型芯片涉及较少。学生在实践环节，设计电路时也往往首先想到分立器件，忽略集成器件，在完成电路设计上走了一些不必要的弯路。授课时，可以根据实际需要，扩充部分芯片知识，启发学生在遇到问题时，知道用哪一类的芯片可以简化问题；知道怎样查找资料、分析比较，在同类中选择出最合适芯片；知道针对某个特定芯片的具体研究设计。如图4所示是由3片THS3091并联构成的后级功率放大电路，±15V供电时，最大输出电压峰值可达20V（根据器件数据资料，THS3091输出电流最大可达350mA，可选择多个器件并联以达到具体要求），该电路可以作为宽带直流放大器的后级功放实现放大信号的作用，并能在教学中巩固电流与电压反馈的内容。同时，还可以将集成单运放的THS3091与集成双运放的THS3092做对比，熟悉常见的放大器件并灵活选取。通过教材原理图的传统分析，结合芯片的应用讲解，延伸拓展，既加深了学生对理论知识的理解，又培养了解决实际问题的实践能力，提高了教学质量。

（3）倡导软件仿真、强调动手能力

目前模拟电子技术的教学方式多采用多媒体教学，通过动画、视频、元件展示等多种手段，一定程度上提高了教学效率。但作为一门综合性很强的实践性学科，仅仅认真上课是不够的。目前，我们在教学中已经普遍采用Multisim仿真，课堂上所讲的理论内容，利用虚拟仪器与器件，随即就能看到直观的效果，令学生对电路运行过程有更加形象的认识。沿用图2扩音系统的例子，通过输入信号和经过功率放大后的输出信号的对比，再结合教材已有的原理图，教师就可以阐述整个功率放大电路的形象化过程。这样可以减少实验课程中子模块实验的比重，相对增加了系统实验的数量，促进学生提高系统模块的认识与动手能力。除此以外，我们在实验中心设立了开放实验室，学生可以在自己空余的时间进入开放实验室，探究、摸索自己感兴趣的实验设计，把实验室作为学习和研究的基地。同时实验室也安排了值班老师，可以和学生一起进行实验讨论与改进，让更多感兴趣的学生能够体会到自主动手的成果与乐趣。

（4）开展知识讲座、激发学生兴趣

课堂中所能讲解的知识总是有限的，而各种知识讲座在丰富学生课余生活的同时又是对课堂教学的补充。随着全国电子设计大赛的普及和学生对其认知度的提高，越来越多的学生对电子设计大赛满怀期待，我们定期开展一些与其相关的讲座，如试题分析、专业辅导、写作培训等，激发学生的兴趣，做到竞赛促进教学。

总结

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引入仿真实验，学生参考所给的原理电路，可以自行修改实验电路、选择元器件、设置相关参数并进行连接，有助于学生熟悉实验电路，加深对电路原理和实验结果的理解。仿真软件众多。PSpice（PopularSimulationProgramwithIntegratedCircuitEmphasis)软件是侧重于集成电路的通用模拟程序的简称。是较早出现的EDA（ElectronicDesignAutomatic，电路设计自动化）软件之一，也是当今世界上著名的电路仿真标准工具之一，它是由Spice发展而来的面向PC机的通用电路模拟分析软件。或者应用以Pspice为内核功能扩展的仿真软件Multisim。该软件是美国国家仪器公司（NI公司）推出的功能强大的电子电路仿真设计软件。在Multisim内集成了许多仿真功能，如：直流分析、交流分析、噪声分析、温度分析等，设计者只需在所要观察的节点放置电压（电流）探针，就可以在仿真结果图中观察到其“电压（或电流）-时间图”。

几乎完全取代了电路和电子电路实验中的元件、面包板、信号源、示波器和万用表。但是也要注意，在仿真实验中对于一些学生应该掌握的基本技术，例如元器件的识别、线路故障分析、布线工艺等方面的问题不能够得到很好的练习。毕竟实验仿真软件用到的元器件和仪器都是理想的，而实际的元器件都存在一定的误差。仿真结果和实际电路结果总会存在一定的差异。因此，必须开设部分典型的硬件电路来弥补仿真实验的不足之处，从而保证实验效果。

2设计性、综合性实验

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关键词EDA技术;电子工程

1EDA技术的基本概念

EDA是电子设计自动化(Electronic Design Automation)的缩写，是从CAD(计算机辅助设计)、CAM(计算机辅助制造)、CAT(计算机辅助测试)和CAE(计算机辅助工程)的概念发展而来的。EDA技术是以计算机为工具，集数据库、图形学、图论与拓扑逻辑、计算数学、优化理论等多学科最新理论于一体，是计算机信息技术、微电子技术、电路理论、信息分析与信号处理的结晶。

2EDA技术的发展过程

EDA技术的发展过程反映了近代电子产品设计技术的一段历史进程，大致分为3个时期。

1)初级阶段:早期阶段即是CAD(Computer Assist Design)阶段，大致在20世纪70年代，当时中小规模集成电路已经出现，传统的手工制图设计印刷电路板和集成电路的方法效率低、花费大、制造周期长。人们开始借助于计算机完成印制电路板一PCB设计，将产品设计过程中高重复性的繁杂劳动如布图布线工作用二维平面图形编辑与分析的CAD工具代替，主要功能是交互图形编辑，设计规则检查，解决晶体管级版图设计、PCB布局布线、门级电路模拟和测试。

2)发展阶段:20世纪80年代是EDA技术的发展和完善阶段，即进入到CAE(Computer Assist Engineering Design)阶段。由于集成电路规模的逐步扩大和电子系统的日趋复杂，人们进一步开发设计软件，将各个CAD工具集成为系统，从而加强了电路功能设计和结构设计，该时期的EDA技术已经延伸到半导体芯片的设计，生产出可编程半导体芯片。

3)成熟阶段:20世纪90年代以后微电子技术突飞猛进，一个芯片上可以集成几百万、几千万乃至上亿个晶体管，这给EDA技术提出了更高的要求，也促进了EDA技术的大发展。各公司相继开发出了大规模的EDA软件系统，这时出现了以高级语言描述、系统级仿真和综合技术为特征的EDA技术。

3EDA技术的特点

EDA技术代表了当今电子设计技术的最新发展方向，它的基本特征是采用高级语言描述，即硬件描述语言HDL(Hardware Description Language)，就是可以描述硬件电路的功能。信号连接关系及定时关系的语言。它比电原理图更有效地表示硬件电路的特性，同时具有系统仿真和综合能力，具体归纳为以下几点:

1)现代化EDA技术大多采用“自顶向下(Top-Down)”的设计程序，从而确保设计方案整体的合理和优化，避免“自底向上(Bottom-up)”设计过程使局部优化，整体结构较差的缺陷。

2)HDL给设计带来很多优点:①语言公开可利用;②语言描述范围宽广;③使设计与工艺无关;④可以系统编程和现场编程，使设计便于交流、保存、修改和重复使用，能够实现在线升级。

3)自动化程度高，设计过程中随时可以进行各级的仿真、纠错和调试，使设计者能早期发现结构设计上的错误，避免设计工作的浪费，同时设计人员可以抛开一些具体细节问题，从而把主要精力集中在系统的开发上，保证设计的高效率、低成本，且产品开发周期短、循环快。

4)可以并行操作，现代EDA技术建立了并行工程框架结构的工作环境。从而保证和支持多人同时并行地进行电子系统的设计和开发。

4EDA技术的作用

EDA技术在电子工程设计中发挥着不可替代的作用，主要表现在以下几个方面:

4.1验证电路设计方案的正确性

设计方案确定之后，首先采用系统仿真或结构模拟的方法验证设计方案的可行性，这只要确定系统各个环节的传递函数(数学模型)便可实现。这种系统仿真技术可推广应用于非电专业的系统设计，或某种新理论、新构思的设计方案。仿真之后对构成系统的各电路结构进行模拟分析，以判断电路结构设计的正确性及性能指标的可实现性。这种量化分析方法对于提高工程设计水平和产品质量，具有重要的指导意义。

4.2电路特性的优化设计

元器件的容差和工作环境温度将对电路的稳定性产生影响。传统的设计方法很难对这种影响进行全面的分析，也就很难实现整体的优化设计。EDA技术中的温度分析和统计分析功能可以分析各种温度条件下的电路特性，便于确定最佳元件参数、最佳电路结构以及适当的系统稳定裕度，真正做到优化设计。

4.3实现电路特性的模拟测试

电子电路设计过程中，大量的工作是数据测试和特性分析。但是受测试手段和仪器精度所限，测试问题很多。采用EDA技术后，可以方便地实现全功能测试。

5EDA技术的软件

目前EDA技术的软件很多，如EWB、PROTELL等。

1)EWB(Electronics Workbench)软件。EWB是基于PC平台的电子设计软件，由加拿大Interactive Image Technologies Ltd.公司研制开发，该软件具有以下特点:①集成化工具:一体化设计环境可将原理图编辑、SPICE仿真和波形分析、仿真电路的在线修改、选用虚拟仪器、借助14种分析工具输出结果等操作在一个集成系统中完成。②仿真器:交互式32位SPICE强化支持自然方式的模拟、数字和数/模混合元件。自动插入信号转换界面，支持多级层次化元件的嵌套，对电路的大小和复杂没有限制。只有提供原理图网络表和输入信号，打开仿真开关就会在一定的时间内将仿真结果输出。③原理图输入:鼠标点击一拖动界面，点一点自动连线。分层的工作环境，手工调整元器件时自动重排线路，自动分配元器件的参考编号，对元器件尺寸大小没有限制。④分析:虚拟测试设备能提供快捷、简单的分析。主要包括直流工作点、瞬态、交流频率扫描、付立叶、噪声、失真度、参数扫描、零极点、传递函数、直流灵敏度、最差情况、蒙特卡洛法等14种分析工具，可以在线显示图形并具有很大的灵活性。⑤设计文件夹:同时储存所有的设计电路信息，包括电路结构、SHCE参数、所有使用模型的设置和拷贝。全部存放在一个设计文件中，便于设计数据共享以及丢失或损坏的数据恢复。⑥接口:标准的SPICE网表，既可以输入其他CAD生成的SHCE网络连接表并行成原理图供EWB使用，也可以将原理图输出到其他PCS工具中直接制作线路板。

2)PROTEL软件。广泛应用的Protel99主要分为两大部分:用于电路原理图的设计原理图设计系统(Advanced Schematic)和用于印刷电路板设计的印刷电路板设计系统(Advanced PCB)。

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关键词：测控技术与仪器；实践教学；软件辅助

作者简介：王莉（1973-），女，河南洛阳人，河南工业大学电气工程学院，副教授。（河南 郑州 450001）

基金项目：本文系河南工业大学高等教育研究资助项目的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）02-0170-02

随着电子信息技术的飞速发展，检测技术作为现代信息产业三大支柱之一，它的地位日益凸现出来，使得测控类专业的规模和学科发展空间空前扩大，全国设置测控技术与仪器专业的院校从1996年的30多所发展到2013年200余所，我国还专门成立仪器仪表类专业教学指导委员会。在此背景下，社会对测控类专业专业人才的需求也日益旺盛，对学生的实践动手能力、创新能力的要求也越来越高。测控技术与仪器专业是河南工业大学于2008年创建的本科新专业，2009年首届招生62人，2013年招生120人。实践教学是专业建设中的一项重要内容，为适应社会发展，提高人才培养质量，迫切需要对测控技术与仪器专业实践教学方法进行探索和研究，以培养学生在测控技术方面的应用能力和创新能力，为我国多行业培养更多优秀人才。

一、测控技术与仪器专业培养模式与特色

测控技术与仪器专业是多学科交叉融合的专业，知识面非常广，涉及测量与控制技术、仪器仪表技术、计算机技术、信息技术等多个学科的知识。学院本着“宽专业、厚基础、重能力”的培养宗旨，旨在培养从事信息测量与控制工程、粮食工程、电子工程等领域有关的信息处理、工业检测、智能仪器及传感技术等方面的研究、开发、设计和制造的应用型工程技术人才。河南工业大学电气工程学院围绕培养目标，从“硬”课、“软”课两条主线贯穿设置了培养方案和教学大纲，制定了课程体系。“硬”课程主要包括“电路”、“模拟电子技术”、“数字电子技术”、“单片机原理”、“传感器原理”、“测控电路”、“测控仪器设计等主干课程；“软”课程培养上主要包括“自动控制理论”、“误差理论与数据处理”、“测试信息处理”、“虚拟仪器原理”等主干课程，最终通过课程设计、集中实践等教学环节将所学课程融合贯穿，完成专业的实验教学和实践能力的培养。

二、实践教学改革方法与措施

1.实验室建设和实践教学课时分配调整

测控技术与仪器专业实践培养将传统的“验证性实验教学模式”改为“结合实际应用的综合设计性实验模式”，重点培养学生的动手实践和创新能力，提高学生的专业学习兴趣，培养适应社会需求的人才。因此，学院整合实验室资源，在电工电子实验中心等学院平台实验室基础上，对测控专业实验室进行充分建设。目前，已有传感器与检测技术、信号与系统、仪器设计实践等实验室，整个实验室的建设具备如下特征：

（1）多学科综合。每个实验室实验项目在设置上尽可能涵盖多门“软”、“硬”课程，将“传感器原理”、“测控电路”、“测试信息处理”、“虚拟仪器原理”等多门课程的知识点综合到一起，让所学知识串联起来，而不仅仅是为了一门课程开设实验。

（2）紧密结合实际应用。结合传感器、测控技术、计算机等技术来搭建开放式模块化的实验平台，让学生接触工业应用中的实际真实对象，自己动手搭建测控系统并能够灵活组合设计，提高学生学习兴趣。

（3）提高学生动手实践能力。按照“从基础原理性实验、验证性实验到综合性设计性实验、研究性实验、创新性实验”的思路来逐步提高学生动手实践能力，让学生从原理到实际应用来逐步学习和提高。

（4）将实验教学整合为网络化和开放式的实验教学过程，同时还具有良好的扩展功能以适应不断更新的教学需求。

此外，积极对实践教学课时分配进行倾斜和调整，主要专业实践环节为：测控电路课程设计，单片机课程设计，虚拟仪器原理与实践课程设计，仪器设计实践，专业实践和毕业设计等。这些课程中，学科平台基础课有实验课程14门；专业平台课程有实验课程10门；集中实践环节5次8周。这些课程的共同特点是专业性强，实验、实践环节要求高。

2.前沿技术和科研项目在专业培养体系的引入和应用

在实践教学具体实施环节中，按照学科专业基础实验平台和综合应用及实训平台两个平台进行建设，学科专业基础实验平台为保证传感器与检测技术实验室、信号与系统实验室、仪器设计实践实验室等基础原理性实验、验证性实验的开设和培养，综合应用及实训平台为了保证课程的综合性设计性实验开设、选修实验、自选实验、课程设计、学生课外科技活动、测量控制与仪器仪表大赛、电子设计大赛、实验教改项目实验、教师科研项目实验等多种实训项目以及平台，彻底对学校全面开放。在综合应用及实训平台建设和学生具体培养中，要求指导教师必须将前沿技术和自己的科研项目在专业实践培养中引入、讲解并化简为多种实训模块加以应用。

3.实用软件在专业教学全过程辅助应用

在提高测控技术与仪器专业学生动手实践能力培养这个问题上，不再是非要等到上实验课或实践实训项目时才开始培养。像Protel、LabVIEW等一些实用软件原来是等到大三开设这门课程时学生才开始学习，严重影响学生实践动手能力的培养。针对这些问题，提出充分发挥Protel、LabVIEW等软件的强大辅助教学功能，在大部分课程上进行全过程辅助应用，不仅提高了学生对课程理论知识学习的掌握程度和学习兴趣，而且让学生尽早接触、掌握这些专业必备软件，应用理论知识解决实际问题，获得将来课程设计、电子大赛中产生的类似问题的解决方法和实际操作。最为重的要一点，是培养学生的自行学习能力。整体辅助教学软件平台设计方案如图1所示。

以下对实用软件在专业教学全过程中的辅助应用举例介绍。

（1）Protel、Orcad/Pspice等软件辅助教学。Protel是电子设计行业必备软件，河南工业大学院测控专业也在大三专门开设了课程。早期的PROTEL主要作为印制板自动布线工具使用，它的功能较少，只有电路原理图绘制与印制板设计功能，如今PROTEL已发展到DXP 2004，是个庞大的EDA软件，包含电路原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真等功能。在种类众多的仿真软件中，Orcad/Pspice也是应用非常广泛的EDA软件，它是一种电路模拟软件，具有对各类的模拟电路、数字电路、模/数混合电路进行模拟、优化设计等功能。

电路、模拟电子技术、数字电子技术等课程是测控专业非常重要的专业主干课，这些课程知识的掌握程度直接关系到后续课程的学习和理解掌握。这些课程是理论性和实践性结合非常紧密的课程，在培养过程中一定要非常重视实践培养，不能只掌握了电路理论中定理和定律而不会设计电路，但在这些课程的学习中往往学生感觉接受起来比较困难，因此，在这类课程或后续的测控电路等电学课程学习中，将Protel、Orcad/Pspice等软件直接引入课堂教学，在学习电路理论知识的同时，实时改变电路元件参数，观测输出的电压、电流等数值，尤其适用于类似戴维宁定理、互易定理等学生学习难点较大的重点章节，特别方便，图形化输出结果极大增强了教学效果和学生的实践能力培养。同时，学生已在轻松的环境下学会了如何掌握各种仿真参数的设置方法、如何观测分析仿真结果、如何修改仿真参数、如何综合运用各种仿真对电路进行分析。在延伸教学内容中，可涉及如何进行电路原理图设计、电路PCB制板等一系列完整的电子设计步骤。这样，不仅使学生课堂上牢固掌握了理论知识，更为可贵的是学生明白所学课程的重要性和实用性、后续软件课程的先知性，并且提高了参与后续实验环节、实训平台的积极性。Protel、Orcad/Pspice等软件辅助教学基本教学方法如图2所示。

（2）Multisim、LabVIEW软件辅助教学。目前，美国国家仪器公司（National Instruments Corporation，NI）已与中国高校合作建立了面向电子电路、信号处理、测量与仪器、控制设计与仿真、信息与通信等学科的近300多个教学与科研实验室，Multisim、LabVIEW软件是美国国家仪器公司设计开发的图形化系统设计工具，借助这些辅助教学软件，可将课程教学与实践能力培养有效结合起来，在课堂上即可对学生进行实践能力的培养。

Multisim是以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它通过电路原理图的图形输入，进行丰富的仿真分析。Multisim可方便应用于常用电子仪器原理与应用、电路、测控电路、模拟电子技术、数字电子技术、电子技术实践等课程教学中，完善该课程的实验和实践环节。

基于LabVIEW的虚拟仪器在教学试验中可以替代传统仪器，在工程实际领域可以节省开发时间和提高开发效率，并且可以大幅减少构建测试、控制系统和维护方面的投资。LabVIEW结合DAQ卡等相应的硬件设备，可以方便地开发出数字万用表、函数信号发生器、示波器、数字I/O和电源等常用的教学实验仪器。结合LabVIEW开发的各种信号处理实验室、控制系统仿真、振动噪声工具包软件，可以方便应用于信号与系统、测试信息处理、测控仪器设计等课程理论和实验实践教学中。图3为虚拟万用表，图4为信号处理实验室，通过这些用LabVIEW开发的实践范例，极大提高了理论教学效果和学生的动手实践能力。

三、应用效果分析与探讨

河南工业大学测控技术与仪器专业应用本实践教学方法以来，取得了一些显著成效，课堂教学内容更能够适合学科发展和应用型、复合型人才培养的需要，学生学习积极性提高，综合设计能力、工程实践能力和创新能力得到加强，学生主动参与第二课堂实践实训平台、全国大学生电子设计大赛等全国性的竞赛活动人数大幅度提高，每年在开放实验室进行自主项目训练的学生基本覆盖全专业。在2013年举办的首届全国大学生测量控制与仪器创新设计大赛中，测控技术与仪器专业取得全国一等奖1项、二等奖1项、三等奖4项的优异成绩，参赛人数达70人次。

测控技术与仪器专业是工科专业中实践环节培养要求很高的专业，必须长期开展实践教学方法的研究与探索，达到专业培养的目标要求。

参考文献：

[1]静.测控技术与仪器专业导论[M].北京：北京大学出版社，

2010.

[2]牛群峰.虚拟仪器在测控技术与仪器专业教学应用探讨[J].中国电力教育，2010，（34）：136-138.

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【关键词】EDA技术 模拟电路 Multisim 10.0

EDA技术即为通过计算机来设计电子电路和系统的计算机软件。将其应用在电路设计中能够显著提高电路设计的工作效率，减少误差，增强可靠性。

1 EDA技术概述

1.1 EDA技术特点

EDA技术就是以计算机为基本工作平台，结合了多种现代计算机技术而形成的开展电子产品设计技术。典型的EDA工具都包括综合器与适配器，通过EDA技术能够在设计电子系统时减少大量的工作量而交由计算机完成。并且通过EDA技术能够将电子产品从电路设计直至设计版图的整个流程都在计算机上实现自动智能化处理。当前EDA技术的应用范围十分宽广，例如机械、航空、生物、军事、教学等各个领域都已经广泛开展使用EDA技术。

1.2 EDA技术类别

EDA软件大致能够分为芯片设计辅助软件、可编程芯片辅助设计软件以及系统设计辅助软件三大主要类别。通过EDA软件的功能和应用领域可以将其分为电路设计、仿真工具、IC设计软件与其他EDA软件等。常用的模拟电子电路包括晶体管放大电路、集成运算放大器以及电源电路等。

2 Multisim 10.0软件的应用

2.1 Multisim 10.0特点

2.1.1 元件库丰富

Multisim 10.0配备了海量的元件模型数据库，其中有数以千计的电路元件，其中包括基本元件、基础电路、继电器等元器件。同时，用户还能够根据自己需求来新建元器件库，给客户提供了极大的便捷。该软件中各元器件的参数可以根据需求调节。

2.1.2 强大的虚拟仪表与分析功能

Multisim 10.0中配备了双踪示波器，逻辑分析仪、频谱分析仪等十余种虚拟仪器仪表，并且操作界面十分友好，不论是专业人士还是学生都能够快捷方便的进行操作。

2.1.3 仿真范围大

Multisim 10.0不仅可以对数字或模拟电路实现仿真，还能够仿真射频电路。

2.1.4 兼容性良好

Multisim 10.0网络表文件可以与Spice网络表文件进行相互转换，并且形成电路原理图。Multisim 10.0中电路原理图还能够与PCB软件进行传输，进行印刷电路板设计。可以看出，Multisim 10.0能够全程完成电路设计与印刷电路板所有设计工作，电子产品开发速度得到了提升。

2.2 Multisim 10.0应用实例

2.2.1 差动放大电路与差模信号

差动放大电路在电子技术与IC制造业中应用十分普及，其能够放大差模信号，对共模信号起到抑制作用，因此可以有效的避免零点漂移，妥善解决了直流放大电路中增益与零点漂移的问题。图1为恒流源的差动放大电路图。如不加输入信号时，首先调节R2，输出电压接近0.图2为输入差模信号电路图，输入端加上50mV，1KHz的差模信号，对节点8与节点3进行瞬态分析，获得两个大小相同，方向相反的差模输出信号。

用后处理器获得双端输出电压波形曲线图。最大输出电压为Vod=4.1034V。

2.2.2共模信号

使用相同的方法对节点8与节点3进行分析，可以得到两个大小相同，方向也相同的共模输出信号。单端输出最大电压值为38.04Pv.从该数据可以得知，共模信号单端输出的抑制程度也较高。

2.2.3 结论

Multisim 10.0是一个系统的，功能齐全的电路仿真软件，其强大的元件数据库与大量的虚拟仪表具有多种分析方式。Multisim 10.0软件存在以下几大优势：

（1）进行模拟电路能够调整电路参数，观察不同参数与电路性能之间的关系，同时可以重复多次的选择最合适的元件参数来设计方案。

（2）Multisim 10.0能够在电路测试中分析数据、曲线图形都集中在单一的设计窗口中，使用人员可以直观形象的观察到数据和图形的改编。其所显示的曲线图也较为平滑，这是其他硬件测试中无法比拟的优势。

（3）Multisim 10.0的虚拟仪器仪表调试十分便捷，信号干扰因素小，双踪显示时不会出现断断续续和闪烁的现象。相对于传统的模拟电路方式来说，其十分容易受到外界电源信号的影响，并且实验设备不先进，十分容易导致测量结果精确度欠佳。然而该测量结果将通过数字表现，其精确度较高。

3 结束语

随着自动化水平的提高和电子领域的迅猛发展，EDA技术在电路设计中的作用越来越明显。利用EDA技术电路设计师能够高效、准确的设计电路。Multisim 10.0能够提供强大的元件数据库与虚拟仪表，分析方法十分多元，是电路设计教学、电路设计模拟中不可或缺的软件。EDA正在面临发展的关键时刻，EDA技术将电子设计技术推向了新的阶段，未来EDA技术将会向新器件、新工具软件等趋势发展。

作者简介

高昀（1984-）女，四川省遂宁人。大学本科学历。现供职于四川职业技术学院。主要研究方向为Eda技术。