課程設計調試分析
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課程設計調試分析范文第1篇
關鍵詞：虛實結合；數模混合電路；課程設計；PSpice
作者簡介：周偉林（1972-），男，湖南東安人，湖南商學院計算機與信息工程學院，副教授；何靜（1972-），女，湖北隨州人，湖南商學院計算機與信息工程學院，講師。（湖南 長沙 410205）
中圖分類號：G642.41 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）23-0064-02
模擬和數字電子技術是電類專業重要的專業基礎課程，擔負著各專業課程的承上啟下作用。數模混合電路課程設計是電子信息工程專業的首次課程設計，具有十分重要的意義。[1]學生通過綜合運用已學模擬和數字電子技術知識，實現功能相對完整的系統設計、安裝和調試，從而加深對已學知識的理解和掌握，增強工程意識，提高學生運用理論知識解決實際問題的能力。在傳統的數模混合課程設計模式中，學生完成理論設計后便直接進入實物的安裝和調試環節。這種模式往往存在電路參數計算繁瑣、設計方案不易修改、缺乏靈活性和創新性等弊端，大大拉長了設計周期，降低了設計效率。近年來，隨著計算機輔助設計技術的發展，多款用于數、模混合電路仿真軟件相繼問世，許多基于電路仿真軟件的虛擬實驗平臺也先后被提出。[2]本文將當今流行的電路仿真軟件PSpice與數模混合課程設計實踐環節相結合，構建了基于PSpice虛實結合數模混合課程設計教學模式，在多年的數模混合課程設計中取得了較好效果。
一、傳統的數模混合課程設計模式
在傳統數模混合課程設計模式中，學生首先根據設計的功能和技術指標要求確定系統的基本框圖，并進一步確定單元電路的選型和器件的參數計算。[3]在確認器件參數計算無誤后，便直接進行器件的安裝和通電調試，根據調試結果，修改電路和器件參數，再進行安裝調試，直到調試結果滿足設計要求，設計流程如圖1（a）所示。如果調試結果滿足設計要求，則大功告成。然而，多數情況卻是調試結果達不到設計要求，或相差甚遠。于是只能重返器件參數計算，修改器件參數，另選器件后重新安裝調試。反復的理論分析、參數計算、頻繁的器件更換和系統調試耗費大量的人力、物力，延長了設計周期，降低了設計效率。在首次課程設計中，許多學生因屢受挫折，課程設計積極性大減，工程意識培養效果大打折扣，易在后續的專業課程的學習中產生畏難情緒，甚至對專業失去信心。
二、虛實結合數模混合課程設計模式的提出
針對傳統模式數模混合課程設計的不足，我們構建了基于電路設計和仿真軟件的虛實結合課程設計模式，設計流程如圖1（b）所示。學生首先按照所給的技術指標確定單元電路，在實物制作之前，先借助虛擬仿真平臺對電路進行仿真分析，通過仿真結果學生可以判斷其設計方案是否正確，若不正確則可反復修改電路及器件參數直到仿真結果滿足要求。如果仿真結果滿足設計要求，接下來便可以進行實物的安裝和調試了。
與傳統設計模式相比，虛實結合課程設計模式具有以下顯著優勢。
1.節約了設計時間，降低了設計成本
虛實結合課程設計模式采用電路仿真軟件代替了傳統模式中的反復修改電路、更換器件和安裝調試這一繁瑣過程，從而大大壓縮了設計工作量。同時，電路修改和器件更換是在軟件平臺實現，因而避免了實物的消耗，降低了設計成本。
2.打消了學生害怕心理、增強了課程設計的興趣
數模混合課程設計是電類專業首次課程設計，在這之前大多數學生只有抽象的理論知識，缺乏對電路的感性認識和實踐操作經驗，面對功能相對完整的電子系統安裝調試，顯得信心不足。而在虛實結合課程設計模式中，學生完成理論設計后并不立即進入實物的制作環節，而是先在虛擬實驗平臺進行仿真分析，對理論設計的正確性進行驗證后，再進入實物的安裝調試。因此，虛擬實驗平臺在抽象理論設計和實物實驗之間建立了一座橋梁，起到了過渡作用，使學生克服了擔心儀器設備損壞和人身安全的心理壓力，可以大膽嘗試，加深了對電路原理的理解，同時積累了一定實踐經驗，增強了下一步實物制作的信心。
3.拓寬了學生設計思路，提高了課程設計的創新性
數模混合課程設計時，教師往往要求學生提出幾種預選方案，并選擇一種方案予以實現。在傳統設計模式中，由于受條件限制，學生只能對備選方案停留在粗略的理論論證，無法全面預見各方案的實際運行結果。由于虛擬實驗平臺不受實物實驗條件的限制，學生可以綜合運用理論知識，大膽提出創新性方案，并在軟件平臺上仿真驗證，從而大大拓寬了學生的設計思路，增強了課程設計的靈活性和創新性。
三、基于PSpice虛實結合數模混合課程設計模式
電路仿真軟件主要有PSpice、PROTEUS、EWB、MULTISIM等。其中，PSpice是一種模擬/數字電路分析軟件，系由Spice發展而來的用于微機系列的通用電路分析程序，它由美國MicroSim公司開發并于1984年1月首次推出。[4]由于PSpice適合于PC上使用，因此得到了廣泛的應用，其版本也不斷升級更新。在PSpice V4.0之前，主要是對模擬電路進行輔助分析，而在V4.0及以后的版本中，增加了對數字邏輯電路及數模混合電路的分析功能，非常適合對模擬電路和數字電路的仿真分析。
PSpice軟件主要包括Schematics 電路圖繪制、PSpice AD電路仿真、Model Editor器件模型編輯、Stimulus Editor信號源編輯和Probe仿真結果輸出五個功能模塊。可以對電路進行直流工作點和直流掃描分析、交流掃描分析、參數掃描分析、溫度分析、靈敏度分析、直流傳輸特性分析和蒙特卡羅分析等仿真分析。[5]下面以簡易鋸齒波發生器設計為例，介紹基于PSpice軟件虛實結合課程設計的具體實施。
設計目的和要求：要求鋸齒波幅度為10V、鋸齒波頻率為50Hz、鋸齒波上升和下降斜率可調。根據設計要求，通過查閱相關文獻，確定先產生方波信號，再將方波信號進行積分得到鋸齒波的設計方案，選用基于集成運放的方波信號產生電路和有源積分電路相級聯形式，具體電路如圖2所示。
在實物制作之前，在PSpice仿真平臺上對電路進行了仿真分析，仿真結果如圖3所示。結果表明，輸出鋸齒波信號幅度決定于電阻R1和R2的取值；而鋸齒波的頻率則決定于R1、R2、W1、W2和C1的值；在保持W1+W2不變的情況下，改變W1和W2的取值，可改變方波的占空比，從而實現鋸齒波上升和下降斜率變化。
經過反復修改關鍵器件的參數后仿真分析，得到滿足要求的鋸齒波輸出，確定了關鍵器件的參數為R1=5k、R2=10k、C1=0.4uf。同時，保持W1+W2=10k，改變W1和W2的比值可以得到不同的鋸齒波斜率，實際應用中只要用一個10k的電位器代替W1和W2就可方便地調節鋸齒波斜率。確定了器件參數后，下一步就可以進行實物的安裝調試。由于前期的仿真分析已經得到了正確的電原理圖和合適的器件參數，因而后期的實物制作過程就非常順利了。
四、虛實結合模式中實物實驗平臺的主體地位
虛實結合模式中實物實驗平臺的主體地位是絕不能動搖的。首先，數模混合課程設計的目的除了加深學生對已學模擬和數字電子技術理論知識的理解，更重要的是要培養學生的實踐動手能力，積累實踐經驗和掌握實驗研究方法，探索和發現人類未知的規律。其次，在實物安裝調試過程中可能出現某些異常現象和故障，這些現象和故障不可能在虛擬仿真中一一反映出來，[6]比如上例中由于運放的輸入失調引起積分漂移現象，儀器在調試中所表現出的異常現象，電路中的虛焊、開路和短路等故障，這些現象和故障可以培養學生發現、分析和解決實際問題的能力。所以說虛擬仿真不能代替實物操作，就像計算機不能完全代替人一樣。虛實結合模式中，“虛”是手段，“實”是目的，實物制作永遠是“虛實結合”課程設計模式中最重要的環節。
五、結束語
發揮傳統課程設計模式優勢的同時引進現代化的計算機輔助設計方法，將虛擬仿真驗證和實物制作同時并舉，虛實結合，既能適應現代電子設計的發展要求，又能培養、提高學生的實踐技能，以滿足實際應用的需要，同時還有助于促進學生認識、理解和鞏固所學知識，提高創新意識和創新能力，達到全面培養學生的綜合能力和素質的良好效果。
參考文獻：
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課程設計調試分析范文第2篇
關鍵詞：電子類課程設計；Multisim；Keil+Proteus l；Protel99
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）32-0165-02
一、引言
高校電子類課程是電子信息、通信、電氣自動化等工科專業最重要的課程，由于電子類的課程如電路、模擬電路、數字電路、高頻電子線路、微機原理以及單片機等學科是多理論多實踐性的學科，往往在傳統的教學中教師注重理論講解，由于實驗條件的限制，學生也不能及時地驗證和應用這些理論知識，即使有課內實驗，但實驗課時少且一般都使用現成的電子實驗箱完成一些驗證性實驗，使學生達不到很好的實踐動手能力，因此，在每門電子類課程結束后，用一到兩周的時間由學生根據所學內容完成相關電子類課程的設計對提高學生對電子類課程知識的理解和實踐有很大的作用。而在電子類課程設計中，根據課程內容的不同使用相關仿真軟件的輔助設計，可以提前預知設計的結果，方便修改參數和改正錯誤的設計能有效地提高設計效率，降低設計成本等優點。下面將介紹各們電子類課程設計以及適合該們課程相關的仿真軟件。
二、電子類課程以及輔助仿真軟件
根據電子類課程的特點，分為無需編程的和有需要編程的課程，有需要印制電路板和簡單面包板可設計的內容。不同的需要則在進行電子類課程設計的時候使用的輔助軟件則不同，下面將分別介紹。
1.無需編程的電子類課程設計和相關的輔助軟件。在電子類課程中，電路、模擬電路、數字電路、高頻電子線路等課程中不涉及微機控制的電子硬件設計不需要編程，則可以使用Multisim電路仿真軟件。Multisim仿真軟件是由加拿大Interactive Image Technologies公司基于Windows的電子線路設計工具，后由美國國家儀器公司NI收購，并推出性能更強大的電子線路仿真軟件Multisim9～12版本且與Labview完美結合，具有豐富模擬、數字器件、FPGA器件和儀器儀表等仿真元器件，該軟件包含電路仿真（Multisim）、PCB設計（Ultiboard）、布線（Ultiroute）以及通信分析與設計（Commsim）四個部分[1]。該軟件可以仿真電路里的基本電路分析原理，三相交流電，模擬電子技術中的運算放大電路、濾波、整流、穩壓等電路，也可仿真數電里的基本邏輯電路、組合邏輯電路和時序邏輯電路，以及高頻電子線路課程中的高頻信號的調制解調等電路，其虛擬儀器儀表種類齊全如示波器、函數發生器等，也有強大的電路分析功能，可進行直流工作點分析、瞬態分析、傅里葉分析等。適用于模擬、數字電路的設計與仿真。
2.需編程的電子類課程設計和相關的輔助軟件。在電子類課程中，微機原理以及單片機原理與應用的課程設計相對較為基礎的模擬電子技術和數字電子技術，要求由軟件編程，需要掌握匯編或者C語言等相關的編程語言，針對這樣的課程設計，可以使用編程軟件Keil+電路仿真軟件Proteus。Proteus軟件比Multisim在單片機以及微機仿真中具有更完善的性能[2]。Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的是世界上著名的EDA工具。它不僅具有其他EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及器件。它是目前最好的仿真單片機及器件的工具。從原理圖繪制、代碼調試到單片機與電路協同仿真，真正實現了從概念到產品的完整設計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12 /16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086、MSP430、Cortex和DSP系列處理器，并持續增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器[3]。
Keil是一款單片機開發系統平臺，支持匯編、C語言、PLM、以及混合編程。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發方案，通過一個集成開發環境（μVision）將這些部分組合在一起。無需連接單片機硬件而進行純軟件仿真，具有跟蹤、調試、復雜斷點等功能，能生成在線仿真和燒錄到芯片所需的HEX文件等[3]。用Proteus設計電路時，無需畫出單片機的最小系統，晶振頻率在單片機里手動改變即可。在仿真的時候只需將Keil編譯器里調試好的程序生成的HEX文件加載到Proteus的微機芯片上即可，點擊仿真按鈕，可立即觀看到電路的仿真效果圖。若進行硬件調試時，只需將Keil編譯器生成的HEX文件通過串口調試助手下載到單片機等微機芯片上，即可進行實物的硬件聯合軟件的調試。有編程軟件和微機硬件電路軟件的結合，能更好的輔助學生在微機和單片機課程方面的設計，有效提高設計效率和增強學生的興趣和動手能力。
3.需印制電路板的電子類課程設計。一般電子類課程設計中如果需要印制電路板，如將模擬電路、數字電路或者單片機等相關電路需要印制電路板時，則使用市場上已經十分成熟的Protel軟件，其常用的版本有Protel99或Protel200。該軟件是Altium公司開發的EDA軟件，具有電路原理圖設計功能、自動布線功能、原理圖混合信號仿真功能、印制電路板設計功能以及PLD設計功能。而Protel2004在內的先前一系列版本的功能和優點以外，還增加了許多改進和很多高端功能，如拓寬了板級設計的傳統界限，全面集成了FPGA設計功能和SOPC設計實現功能，從而允許工程師能將系統設計中的FPGA與PCB設計以及嵌入式設計集成在一起。Protel在設計電路板方面具有龐大的常用的各種元器件以及相關封裝的元件庫，隨著版本的升級以及各位設計者的填補，元器件庫也相應的隨電子器件的增加而完善，也可以自己繪制元器件以及相關封裝，建立自己常用的元器件庫。Protel在PCB制圖上面具有其他相關軟件無法比擬的功能，設計者將繪制好的電路原理圖轉換成PCB圖，排列好元器件，設計者可以手動或者自動布線，通過了電氣規則測試后，即可將PCB圖印制成電路板，焊接好元器件，進行電氣測試后便可以進行硬件的調試[4]。
三、結論
在電子類課程設計中，根據課程內容的不同使用相關仿真軟件的輔助設計，可以預知設計的結果，方便設計中各種元器件參數以及錯誤設計的修改，能形象生動的跟蹤過程，仿真測試通過后再進行實物的硬件和軟件設計，將獲得事半功倍的效果。克服了傳統設計周期長、成本高等缺點，能有效地提高設計的效率和降低設計成本等優點。
參考文獻：
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課程設計調試分析范文第3篇
【關鍵詞】電子技術 課程設計 教學改革
電子技術課程設計是繼“模擬電子技術”和“數字電子技術”課程之后的重要實踐性環節，對培養電子信息類學生的實際動手能力和創新能力有著重要的作用。該課程的基本任務之一是鞏固和加深學生對“電路原理”“模擬電子技術”“數字電子技術”和“電子技術基礎實驗課”中所掌握的實驗技能，另一方面是培養和訓練學生的科研作風及在電子技術方面的實踐技能，提高學生綜合運用電子技術知識解決實際問題的能力和創新能力。
學生針對三位半數字萬用表，通過熟悉查找資料、設計電路、計算機仿真、安裝調試、性能分析與改進等環節，初步掌握常用電子產品的一般設計方法和步驟，體會電子產品的設計和調試過程，為以后的專業知識學習、綜合實習、畢業設計、從事生產和科研工作打下一定的專業基礎。
一、課程設計改革的目的
電子技術課程設計一般安排在大二下學期進行，考慮到該階段的學生已經具備一定的數字電路和模擬電路的基本知識，因此該課程要求學生設計并制作一個具有實用價值的電路[3]。這個階段的學生對于電路設計一般只有一個模糊的認識，工程意識淡薄，對電子元器件的實際功能和電子產品設計步驟沒有清晰的認識，工程實踐能力不強，缺乏開發、設計的創新能力與意識。在前期的電子類相關課程實驗中，大部分實驗的電路功能單一，只能夠簡單的、被動重復教師講授或者書本上面的理論，電路功能和生活中使用的實際電子產品的電路有一定的距離，學生的興趣得不到足夠的激發。在電子技術課程設計的教學過程中，我們通過引入實際實用電子產品三位半數字萬用表的設計與制作，可使學生加深對基礎理論知識的理解，掌握技術的關鍵點，培養動手能力、設計思維能力和創新能力，激發學生的學習興趣，提高學生綜合素質，尤其是對于提高大學生的工程素養具有重要的作用。因此該課程的改革對提高電子技術課程設計的教學質量，充實電子技術課程設計的教學實踐內容具有十分重要的現實意義。
二、課程設計改革的方法
在“電子線路課程設計”的具體實施過程中以實際實用電子產品三位半數字萬用表為核心，通過三位半數字萬用表各部分功能電路理論的講授，使學生對基于模數轉換芯片的三位半數字萬用表的工作原理有一個清晰的認識，同時，自主設計并制作一塊三位半數字萬用表，進而達到增強學生實踐能力、培養學生工程素養、激發學生對數字模擬電路設計應用的興趣。具體的教學改革方法包括以下四個方面：
1. 充實“電子技術課程設計”的實踐教學內容
近年來，隨著各專業課程體系改革的推進，專業培養計劃以及相應教學大綱的調整與修改，同時考慮到學生進行電子技術課程設計時的理論水平的局限性和后續單片機技術、DSP技術、EDA技術、嵌入式系統等其他電子技術課程的教學安排，我們在電子技術課程設計實踐教學內容的設計中，應該改變以往單一功能電路的設計，引入和現階段大學生水平相適應的實際電子產品的設計與制作，激發學生的學習興趣，培養學生動手解決實際問題的能力。
本實施過程中，我們通過引入實際實用電子產品三位半數字萬用表作為課程設計的主要內容，并編寫相應的配套“電子技術課程設計指導書”。主要內容涉及電壓（交直流）、電流（交直流）、電阻、電容、三極管、二極管等的測量電路的原理，雙積分A/D轉換器的應用，線性運放的應用，正弦波的生成電路，自動關機電路，LCD的驅動等。充分考慮到學生的知識結構，讓他們通過該課程的學習，加深數電、模電等基礎理論知識的理解與應用。
2. 改革“電子技術課程設計”的教學方法與教學手段，注重理論結合實際
在以往的課程設計中，部分學生學習興趣不高，存在混學分，完成任務的心態，對于實踐過程中涉及的電路原理，存在知其然，不知其所以然的問題。為了改變這種情況，在本次改革的實施中，我們制作了很多配套的多媒體教學課件，加強理論知識的講授，使學生在明白三位半數字萬用表各部分電路原理的基礎上，對各部分電路進行獨立焊接調試，并對調試好的電路進行測試，注重電路重點部分的輸出，并教會學生調試數字、模擬電路的基本方法；同時，通過改變部分電子元器件的參數，觀察該參數對數字萬用表精度的影響，進而加深學生對電路原理的理解。另外，指導教師還應該指導學生利用EDA電路設計仿真軟件，例如，Protel電路設計軟件，結合課程設計的內容，來拓展學生的知識面和電子產品設計能力，激發學生的學習興趣，增強教學的靈活性，使學生的工程素養得到提高。
3. 增加教學互動，引導并激發學生解決實際問題的興趣與能力
在“電子技術課程設計”的進行中，學生不可避免地會遇到各種實際問題，指導教師應該針對問題的難易程度，有針對性地指導學生課外去查閱相關資料，并積極地參與到學生解決問題的過程中去，及時糾正學生錯誤的解決問題的思路與方法。嚴格要求學生認真對設計過程中遇到的問題進行分析、反思和總結，發現并反思自己設計過程中的不足，找出努力的方向。另外，指導教師還應該組織對學生遇到的問題定期的進行總結與歸納，并整理成相應的“Q&A”文檔，通過課程電子郵件或課程主頁在網上，供學生學習與參考。
4. 注重軟件仿真與實際電路調試相結合
由于計算機軟件和硬件技術的飛速發展，在電子應用領域產生了很多成熟的開發與仿真軟件，例如EWB、ORCAD、PSPIC、Muhisim等。在本課程的理論講解階段，引入電路仿真，讓學生對電路的輸入輸出，以及電路參數對整個電路結構性能的影響有一個大體的了解，等學生焊接完成該部分電路后，實際測試電路的輸出，進而比較軟件仿真的輸出和實際測量之間的差距，分析其原因，并通過多次改變電路的參數和輸入的方式進行綜合分析，加深學生對電路的理解。尤其適當仿真軟件輸出和實際測試輸出出現較大的差距時，引導學生去查詢相關資料，分析該現象的原因，并形成相應的文檔，共享給所有的學生。在本課程改革選用的三位半數字萬用表的模擬電路部分尤其需要如此，特別是其中的電容測量電路，涉及正弦波的發送、放大、濾波等電路，這部分電路軟件仿真和實際輸出存在一定的差距，要著重引導學生去分析每一小塊電路出現誤差的原因，以及如何改進，還要讓學生學會判斷仿真輸出和實際輸出在什么樣的范圍內是合理的。
仿真軟件在理論分析方面具有強大的功能，而實物連線除了讓學生更熟悉元器件及其性能之外，更加讓學生對元器件的誤差以及因此可能引起的誤差或錯誤的原因產生更深的體會，這些都是在課本以及“電子技術實驗”等課程中不能收獲的。
結束語
通過實踐，我們發現這項教學改革效果十分明顯。教師們精心準備的題目引起了學生的極大興趣，可以將學生前期學習到的理論知識進行實踐，加深數字電路和模擬電路知識的理解，尤其是通過實際電子產品三位半數字萬用表的設計與制作，可以激發學生對實際遇到的問題的思考，提高學生的觀察能力和實際動手能力，進而增強學生的學習興趣；通過理論結合實際，培養學生的開拓性思維和創新意識，提高學生的綜合素質。
【參考文獻】
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課程設計調試分析范文第4篇
單片機具有體積小、價格低、應用方便、穩定可靠等優點，在工業控制、農業生產、儀器儀表、汽車電子等領域得到了廣泛的應用[1-2]。單片機是高校電氣、電子、自動化等專業一門重要的專業基礎課程，其理論性、實踐性、應用性較強。單片機課程主要培養學生的實踐動手能力和利用單片機以及所學知識進行產品設計的能力，課程設計是單片機課程實踐教學的重要環節，顯得尤為重要。在單片機課程設計實踐教學環節中引入CDIO先進教學理念，對其進行改革和創新，以便能更好地提高學生的實踐動手能力、工程思維、創新意識、團隊協作能力等，從而提高教學效果。
1單片機課程設計教學現狀
單片機課程設計是培養學生運用所學知識解決實際問題和提升學生動手能力的重要環節。目前單片機課程設計教學主要存在以下幾個方面的問題[3]。
1.1時間安排不合理
單片機課程設計通常安排在學期末的最后一周，時間短，再加上學生花時間進行期末考試復習，往往疏于做單片機課程設計，導致教學效果不理想。
1.2單片機課程設計選題單一
單片機課程設計選題來源單一，沒有讓學生參與，題目通常由老師布置給學生，題目數量少，往往一個班多個學生共用一個題目，忽略了學生間的個體差異，沒有讓不同能力的學生發揮所學之長，不能有效地激發學生的學習興趣。
1.3單片機課程設計的組織實施不合理
單片機課程設計往往由老師統一組織實施，雖然有的也進行了分組，但是小組沒有有效的組織，沒有培養學生的團隊合作能力；由于課程設計時間短，學生通常只在Proteus軟件中進行仿真，并沒有進行實物制作，學生的實踐動手能力沒有得到有效的提高，課程設計的作用沒有得到有效的體現。
1.4單片機課程設計的考核方式不合理
考核是檢驗學生學習情況的重要手段，單片機課程設計的考核方式單一且不合理，課程設計的成績通常由課堂出勤和設計報告組成，不能全面、客觀地反映學生的真實情況。
2CDIO工程教育理念
CDIO理念是一種先進的工程教育理念，其包含構思（concept）—設計（design）—實施（implement）—運行（operate）4個方面，也是這4個英文單詞首字母的縮寫。CDIO理念是“做中學”和“基于項目教與學（PBL）”模式的概括集中體現，它以實際的工程項目為背景，以產品從研發到運行的生命周期為載體，將理論知識融入工程項目實踐中，讓學生在工程實踐中對知識理解并應用，培養學生的實踐動手能力、工程思維、創新能力和團隊協作能力[4-8]。
3基于CDIO理念的單片機課程設計教學改革與實踐
將CDIO先進的工程教育理念應用到單片機課程設計實踐教學環節中，從課程設計的時間安排、選題、組織實施、考核等方面進行改革。將項目構思、項目設計、項目實施和項目運行貫穿課程設計全過程，以學生為主體，以教師為主導，通過課程設計幫助學生加深對單片機和相關課程知識的理解和應用，培養學生的工程素養。
3.1課程設計時間安排
以往的單片機課程設計通常安排在學期末最后一周集中時間進行，由于設計時間短、任務重，加上學生還要進行期末考試課程的復習，不能專注單片機課程設計，導致效果不理想，因此將單片機課程設計提前3周布置給學生，讓學生有充足的時間去完成。第1周：學生查閱相關資料，確定實施方案并交老師進行可行性審核；第2周：進行硬件和軟件設計，并在Proteus中仿真，仿真通過后方可進入下一個環節；第3周：實物制作，發放項目所需的電子元器件，學生在萬能板上完成制作并調試；第4周：答辯考核環節，學生匯報演示作品，教師提問1~2個問題，答辯結束后，學生上交作品和設計說明書[9]。
3.2課程設計選題
選題是單片機課程設計的重要環節，課程設計不同于課程實驗，也不同于畢業設計，因此，選題既要結合單片機應用領域，盡可能覆蓋單片機課程的主要知識點，又要注意與其他課程的銜接。選題還要充分考慮學生個體差異，在難易程度上要有層次性，以滿足不同層次學生的需要。選題來源主要有[10-11]：①教師自選，教師可以從自己的科研項目或企業項目中選取，也可以參考電子設計競賽題目；②學生自主選題，學生可以根據自己的興趣自主選擇題目，經與指導老師協商后確定。可選課題有交通燈遠程控制系統、波形發生器、數字溫度計設計與制作、電機轉速測量與控制、數字鐘等。課題確定后，教師設計好課程設計任務書發放給學生，讓學生了解項目具體要求。表1是以波形發生器為例，將CDIO理念融入學生的知識、能力、情感等方面的培養。
3.3課程設計組織實施
課程設計采用分組方式進行，每組3人，設組長1名，每組自由選題，共同完成。每組由組長組織組員完成從項目方案設計到項目完成的各項工作，如組織討論設計方案、遇到的問題以及硬件設計、軟件設計、實物制作、設計說明書撰寫等組內分工。教師從旁指導，讓學生自我組織、自我管理，充分調動學生的積極性，培養學生獨立分析問題、解決問題的能力以及團隊協作能力。組織實施過程以學生為主、教師為輔，將CDIO理念充分融入課程設計的全過程。根據CDIO工程教育理念組織項目實施，實施流程。
根據CDIO理念，以波形發生器的設計與制作為例，項目的具體實施過程如下。
（1）項目構思階段（concept）：學生根據波形發生器的功能和具體技術指標要求（能生成的波形種類、周期等）查閱相關資料，組內成員根據相關要求和資料提出各自的實施方案，由組長組織小組內討論，初步確定實施方案。采用5個按鍵分別生成5種波形（正弦波、鋸齒波、三角波、方波和梯形波），采用DAC0832數模轉換器將單片機輸出的數字量轉換為模擬量，由于DAC0832是電流型輸出器件，需要增加I-V轉換電路，輸出波形引腳與示波器連接。具體電路模塊有單片機最小系統、按鍵接口電路、DAC082接口電路、I-V轉換電路等。教師對小組提交的實施方案可行性進行審核，提出指導性意見，最終確定實施方案。
（2）項目設計階段（design）：本階段包括硬件設計和軟件設計，學生根據實施方案列出詳細的元器件清單并設計各模塊電路，編寫相關程序，調試、編譯生成HEX文件。首先在Proteus軟件上進行仿真，以熟悉各電路的具體連接，仿真通過后，再繪制原理圖，生成PCB圖，為下一階段作準備。
（3）項目實施階段（implement）：學生根據PCB圖，選擇元器件，并在萬能板上焊接實施，焊接完成后，將程序下載到單片機中，通電進行調試，觀察能否實現功能要求，不能實現的查明原因并及時修正。焊接調試完成后，撰寫作品的設計說明書。
（4）項目運行階段（operate）：硬件電路調試完成后，學生以組為單位，制作PPT，公開匯報和演示作品，重點匯報實施方案的形成過程、項目實施過程中遇到的問題、如何解決等。匯報后，演示相應的作品，并回答老師和學生的提問。
3.4課程設計考核
考核是檢驗學生課程設計完成情況的重要手段，不僅要能檢驗學生的知識掌握情況，更重要的是還要能檢驗學生的實踐動手能力、團隊協作能力、工程素養等。通過考核促進學生積極主動地學習、積極動手參加實踐，充分調動學生的積極性和主動性。改革傳統只有考勤和設計說明書成績作為學生最終成績的考核方式，采用過程考核方式為主、答辯考核相結合的考核方式。過程考核主要由學生自評、小組內互評、教師評價組成，過程考核貫穿項目實施的全過程，根據課程設計的時間安排，每周安排一次考核[12]。
學生自評：學生結合自身情況從學習態度、職業素養（是否按要求操作、維護實驗室環境衛生、文明禮貌等）、工作能力（資料收集能力、分析問題與解決問題能力、工作思路清晰）、階段任務完成情況等方面對自己評價。學生自評占過程考核的20%。
小組內互評：小組內成員之間從學習態度、團隊協作能力、職業素養（是否按要求操作、維護實驗室環境衛生、文明禮貌等）、工作能力（資料收集能力、分析問題與解決問題能力、工作思路清晰）、階段任務完成情況等方面相互評價。小組內互評占過程考核的30%。教師評價：教師根據學生的出勤情況、操作是否規范、操作熟練程度、分析問題與解決問題的能力等方面進行評價。教師評價占過程考核的50%。
課程設計完成后組織答辯考核，學生制作匯報PPT，首先從設計方案、設計構思、設計創意等方面匯報；其次進行實物演示；最后老師、其他學生對設計提問。教師根據學生答辯情況、回答問題情況、作品完成情況以及設計說明書撰寫情況給學生評分。學生課程設計的成績由過程考核（70%）和答辯考核（30%）組成。
課程設計調試分析范文第5篇
【關鍵詞】汽車單片機 課程設計 CDIO
【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A
【文章編號】0450-9889（2015）12C-0067-02
近年來，隨著國際工程教育改革的不斷深入，CDIO工程教育模式應運而生。其中，C（Conceive）構思，主要包括商業計劃、發展理論、技術程序制訂和市場需求分析，企業戰略及規則制度建立;D（Design）設計，主要包括工程進度及實施方案設計制訂等;I（Implement）實現，主要指將設計方案轉化為產品成果的過程，包括設計方案的確認、程序編碼、樣品測試及成品制造;O（Operate）運作，主要指對系統進行改進、修訂和淘汰，對產品前期程序進行評估的過程。CDIO工程教育模式的核心理念來源于工程產品系統的生命周期，其核心思想是強調學生掌握扎實的工程基礎理論及專業知識，在此基礎上將教育過程運用到工程實踐的具體領域中，整個人才培養過程注重團隊協作和創新能力訓練，為培養新一代高水平、高素質的工程師打下扎實的基礎。
根據桂林航天工業學院汽車服務工程專業和車輛工程專業課程特點和人才培養方向，并結合用人單位人才需求標準，融合CDIO課程教學大綱，借鑒CDIO檢驗測評標準，對教學大綱進行整合，設計出更具實踐性、合理性、針對性的汽車單片機課程設計項目，將所要學習的知識巧妙地隱含在項目任務之中，引導學生邊學邊做，獨立或協作完成相應的項目學習任務。項目通過1年的研究和實踐，逐步形成一套切實可行的有利于學生工程實踐能力提高的人才培養模式。
一、傳統的汽車單片機課程設計中存在的問題
汽車單片機課程設計是汽車服務工程專業的一門獨立專業實踐課。從學科性質上看，它是一門專業理論和專業技能結合的綜合實踐課程;其任務是使學生獲得就業前必備的綜合專業技能，為學生走上工作崗位打下良好的專業基礎。傳統的汽車單片機課程設計采用的是在現成的PCB電路板上完成元器件焊接組裝調試等任務，這種模式存在以下問題：
（一）課程設計題目選擇缺少針對性
交通燈控制電路，搶答器控制電路，電子鐘控制電路等傳統的單片機題目，對汽車專業的學生來講針對性不強，沒有將單片機技術與汽車電子控制技術有機結合起來，不利于學生對課本上控制原理的理解與掌握，沒有達到“學以致用”的目的。
（二）課程設計教學模式缺少創新性
由于學生沒有參與電路板的設計，而是在PCB電路板上直接焊接組裝成套器件，這種機械式的實踐模式，不利于學生對汽車電子控制產品設計和創新能力的培養，不利于今后從事產品的開發和技術革新，沒有達到“融會貫通”的目的。
（三）課程設計能力培養缺少全面性
由于缺少PCB電路板設計制作環節，學生無法從源頭了解掌握現代電子產品設計制造技術，并且對所焊接出的電路板進行調試與故障分析時，往往都會束手無策，完全依賴老師，這樣不利于培養學生分析和解決問題的能力，沒有達到“追本溯源”的目的。
二、基于CDIO理念的課程設計改革與實踐
綜上所析，傳統的汽車單片機課程設計的培養模式不能有效提高學生設計、創新以及分析解決問題的能力，因此基于CDIO理念，以項目的“C構思-D設計-I實現-O運行”的全生命周期為導向，如圖1所示方案對汽車單片機課程設計進行改革與實踐。
圖1 汽車單片機課程設計改革與實踐方案
（一）培養學生構思能力
在題目的選擇上具有涵蓋性，面向汽車電子控制系統多方面的單片機應用，學生能夠完成整個知識體系的學習;具有完整性，每一個項目都是一個完整的單片機最小應用系統的設計開發，學生能夠通過該項目的學習，實現理論與實踐相結合;具有設計性，能讓學生舉一反三，以達到某一控制功能為目標，采用不同的設計方法;具有創新性，根據題目要求利用課本所學知識自由發揮;具有趣味性，貼近實際，能夠調動學生對汽車電子控制相關知識的學習興趣，使學生主動完成知識的學習。根據以上原則，確定出課程設計題目如表1所示。課程設計開始之前，提前一個月公布課程設計題目，通過適當的安排和組織，學生可根據題目組成5-6人的團隊，并且給各團隊充分的自由，讓團隊成員集思廣益，提出題目構成想法，并可參考指導老師的建議共同完善。由于構思時間充分，團隊成員群策群力，最后在課程設計開始時可得到最佳的項目方案。
表1 汽車單片機課程設計題目
編號 題目名稱
1 汽車車窗控制電路設計
2 汽車車燈控制電路設計
3 汽車發動機點火模型控制電路設計
4 汽車發動機噴油模型控制電路設計
5 汽車發動機轉速測量電路設計
6 汽車冷卻液溫度測量電路設計
（二）培養學生設計能力
在確定題目方案后，就要根據題目對相應控制電路進行具體設計。首先利用 Proteus 和 Keil 兩款軟件的聯調來完成控制電路的仿真設計，雖然能看到虛擬仿真的運行結果，但是仿真環境過于理想化，許多電路設計出現的實際問題在仿真中是遇不到的，理想仿真結果與產品實際的運行結果之間存在很大偏差。為了有效避免仿真設計的缺陷，利用實驗室的單片機開發板實現硬件電路的設計與調試，這樣大大提高了設計效率。
（三）培養學生實現能力
所設計的電路在仿真軟件及硬件開發板運行通過后，在PROTEL軟件上繪制控制電路原理圖并生成相應的PCB文件圖打印出來，利用制板機將PCB圖轉印在銅板上，使用鹽酸和雙氧水等腐蝕劑對銅板進行腐蝕，利用鉆孔機對電路板打孔，并將事先準備好的元器件手工焊接在電路板上。這一環節使學生能夠正確識別和使用元器件，掌握了手工制板并進行相應電氣連接，按照電路功能模塊進行調試，能夠有效分析和排除相應故障，最終實現題目相應功能。
（四）培養學生運作能力
在完成題目要求的設計任務后，也要做好軟硬件實物的展示工作，課題項目負責人作為主講人，團隊成員協助課題演示，對題目的設計方案、研究思路、關鍵技術、工作原理、研究成果、存在的問題等內容等進行公開匯報，在此過程中，指導老師及其他同學可以不時提問，這樣互動問答可以鞏固學生對相關知識的理解和綜合運用能力。
三、課程設計改革的實施效果
對汽車單片機課程設計改革方案我們實施了一年，新方案得到我院2012級汽車服務工程本科專業學生的支持和歡迎，取得了很好的教學效果。
激發了學生的學習興趣，他們主動參與熱情非常高，在整個課程設計期間實驗室使用率非常高，學生考勤率很好，特別是當其作品通過驗收后，學生充滿成就感，圖2為汽車車燈控制電路實物作品。
在本課程設計要求學生利用單片機完成與汽車電子控制技術相關實用電路的設計，通過在Proteus軟件及實驗開發板上進行試做調試成功后，再進行印制電路的設計制作并完成產品的裝配、調試、檢測，從中對學生進行產品設計、制作、工藝等方面的一系列綜合訓練。
圖2 汽車車燈控制電路實物作品
【參考文獻】
[1]朱向慶，胡均萬，增輝，等.工程教育模式的微型項目驅動教學法研究[J].實驗技術與管理，2012，29（11）
[2]曹海平，管圖華.基于CDIO理念的電工電子實訓教學改革與實踐[J].實驗室研究與探索，2013，32（1）
【基金項目】2015年度廣西教育廳教改B類項目（2015JGB436）;2014年度廣西高等教育教學改革工程項目（2014JGZ152）;2014年度廣西壯族自治區教育廳立項項目（LX2014466）;2013年度桂林航天工業學院校級教學改革研究項目（2013JB11）
