课程设计调试分析

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课程设计调试分析范文第1篇

关键词：虚实结合；数模混合电路；课程设计；PSpice

作者简介：周伟林（1972-），男，湖南东安人，湖南商学院计算机与信息工程学院，副教授；何静（1972-），女，湖北随州人，湖南商学院计算机与信息工程学院，讲师。（湖南 长沙 410205）

中图分类号：G642.41 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）23-0064-02

模拟和数字电子技术是电类专业重要的专业基础课程，担负着各专业课程的承上启下作用。数模混合电路课程设计是电子信息工程专业的首次课程设计，具有十分重要的意义。[1]学生通过综合运用已学模拟和数字电子技术知识，实现功能相对完整的系统设计、安装和调试，从而加深对已学知识的理解和掌握，增强工程意识，提高学生运用理论知识解决实际问题的能力。在传统的数模混合课程设计模式中，学生完成理论设计后便直接进入实物的安装和调试环节。这种模式往往存在电路参数计算繁琐、设计方案不易修改、缺乏灵活性和创新性等弊端，大大拉长了设计周期，降低了设计效率。近年来，随着计算机辅助设计技术的发展，多款用于数、模混合电路仿真软件相继问世，许多基于电路仿真软件的虚拟实验平台也先后被提出。[2]本文将当今流行的电路仿真软件PSpice与数模混合课程设计实践环节相结合，构建了基于PSpice虚实结合数模混合课程设计教学模式，在多年的数模混合课程设计中取得了较好效果。

一、传统的数模混合课程设计模式

在传统数模混合课程设计模式中，学生首先根据设计的功能和技术指标要求确定系统的基本框图，并进一步确定单元电路的选型和器件的参数计算。[3]在确认器件参数计算无误后，便直接进行器件的安装和通电调试，根据调试结果，修改电路和器件参数，再进行安装调试，直到调试结果满足设计要求，设计流程如图1（a）所示。如果调试结果满足设计要求，则大功告成。然而，多数情况却是调试结果达不到设计要求，或相差甚远。于是只能重返器件参数计算，修改器件参数，另选器件后重新安装调试。反复的理论分析、参数计算、频繁的器件更换和系统调试耗费大量的人力、物力，延长了设计周期，降低了设计效率。在首次课程设计中，许多学生因屡受挫折，课程设计积极性大减，工程意识培养效果大打折扣，易在后续的专业课程的学习中产生畏难情绪，甚至对专业失去信心。

二、虚实结合数模混合课程设计模式的提出

针对传统模式数模混合课程设计的不足，我们构建了基于电路设计和仿真软件的虚实结合课程设计模式，设计流程如图1（b）所示。学生首先按照所给的技术指标确定单元电路，在实物制作之前，先借助虚拟仿真平台对电路进行仿真分析，通过仿真结果学生可以判断其设计方案是否正确，若不正确则可反复修改电路及器件参数直到仿真结果满足要求。如果仿真结果满足设计要求，接下来便可以进行实物的安装和调试了。

与传统设计模式相比，虚实结合课程设计模式具有以下显著优势。

1.节约了设计时间，降低了设计成本

虚实结合课程设计模式采用电路仿真软件代替了传统模式中的反复修改电路、更换器件和安装调试这一繁琐过程，从而大大压缩了设计工作量。同时，电路修改和器件更换是在软件平台实现，因而避免了实物的消耗，降低了设计成本。

2.打消了学生害怕心理、增强了课程设计的兴趣

数模混合课程设计是电类专业首次课程设计，在这之前大多数学生只有抽象的理论知识，缺乏对电路的感性认识和实践操作经验，面对功能相对完整的电子系统安装调试，显得信心不足。而在虚实结合课程设计模式中，学生完成理论设计后并不立即进入实物的制作环节，而是先在虚拟实验平台进行仿真分析，对理论设计的正确性进行验证后，再进入实物的安装调试。因此，虚拟实验平台在抽象理论设计和实物实验之间建立了一座桥梁，起到了过渡作用，使学生克服了担心仪器设备损坏和人身安全的心理压力，可以大胆尝试，加深了对电路原理的理解，同时积累了一定实践经验，增强了下一步实物制作的信心。

3.拓宽了学生设计思路，提高了课程设计的创新性

数模混合课程设计时，教师往往要求学生提出几种预选方案，并选择一种方案予以实现。在传统设计模式中，由于受条件限制，学生只能对备选方案停留在粗略的理论论证，无法全面预见各方案的实际运行结果。由于虚拟实验平台不受实物实验条件的限制，学生可以综合运用理论知识，大胆提出创新性方案，并在软件平台上仿真验证，从而大大拓宽了学生的设计思路，增强了课程设计的灵活性和创新性。

三、基于PSpice虚实结合数模混合课程设计模式

电路仿真软件主要有PSpice、PROTEUS、EWB、MULTISIM等。其中，PSpice是一种模拟/数字电路分析软件，系由Spice发展而来的用于微机系列的通用电路分析程序，它由美国MicroSim公司开发并于1984年1月首次推出。[4]由于PSpice适合于PC上使用，因此得到了广泛的应用，其版本也不断升级更新。在PSpice V4.0之前，主要是对模拟电路进行辅助分析，而在V4.0及以后的版本中，增加了对数字逻辑电路及数模混合电路的分析功能，非常适合对模拟电路和数字电路的仿真分析。

PSpice软件主要包括Schematics 电路图绘制、PSpice AD电路仿真、Model Editor器件模型编辑、Stimulus Editor信号源编辑和Probe仿真结果输出五个功能模块。可以对电路进行直流工作点和直流扫描分析、交流扫描分析、参数扫描分析、温度分析、灵敏度分析、直流传输特性分析和蒙特卡罗分析等仿真分析。[5]下面以简易锯齿波发生器设计为例，介绍基于PSpice软件虚实结合课程设计的具体实施。

设计目的和要求：要求锯齿波幅度为10V、锯齿波频率为50Hz、锯齿波上升和下降斜率可调。根据设计要求，通过查阅相关文献，确定先产生方波信号，再将方波信号进行积分得到锯齿波的设计方案，选用基于集成运放的方波信号产生电路和有源积分电路相级联形式，具体电路如图2所示。

在实物制作之前，在PSpice仿真平台上对电路进行了仿真分析，仿真结果如图3所示。结果表明，输出锯齿波信号幅度决定于电阻R1和R2的取值；而锯齿波的频率则决定于R1、R2、W1、W2和C1的值；在保持W1+W2不变的情况下，改变W1和W2的取值，可改变方波的占空比，从而实现锯齿波上升和下降斜率变化。

经过反复修改关键器件的参数后仿真分析，得到满足要求的锯齿波输出，确定了关键器件的参数为R1=5k、R2=10k、C1=0.4uf。同时，保持W1+W2=10k，改变W1和W2的比值可以得到不同的锯齿波斜率，实际应用中只要用一个10k的电位器代替W1和W2就可方便地调节锯齿波斜率。确定了器件参数后，下一步就可以进行实物的安装调试。由于前期的仿真分析已经得到了正确的电原理图和合适的器件参数，因而后期的实物制作过程就非常顺利了。

四、虚实结合模式中实物实验平台的主体地位

虚实结合模式中实物实验平台的主体地位是绝不能动摇的。首先，数模混合课程设计的目的除了加深学生对已学模拟和数字电子技术理论知识的理解，更重要的是要培养学生的实践动手能力，积累实践经验和掌握实验研究方法，探索和发现人类未知的规律。其次，在实物安装调试过程中可能出现某些异常现象和故障，这些现象和故障不可能在虚拟仿真中一一反映出来，[6]比如上例中由于运放的输入失调引起积分漂移现象，仪器在调试中所表现出的异常现象，电路中的虚焊、开路和短路等故障，这些现象和故障可以培养学生发现、分析和解决实际问题的能力。所以说虚拟仿真不能代替实物操作，就像计算机不能完全代替人一样。虚实结合模式中，“虚”是手段，“实”是目的，实物制作永远是“虚实结合”课程设计模式中最重要的环节。

五、结束语

发挥传统课程设计模式优势的同时引进现代化的计算机辅助设计方法，将虚拟仿真验证和实物制作同时并举，虚实结合，既能适应现代电子设计的发展要求，又能培养、提高学生的实践技能，以满足实际应用的需要，同时还有助于促进学生认识、理解和巩固所学知识，提高创新意识和创新能力，达到全面培养学生的综合能力和素质的良好效果。

参考文献：

[1]Jinyan Cai Alam，M·S.An algorithm for dividing ambiguitysets for analog fault dictionary IEEE[J].Circuits and Systems，Aug，2008：89-92.

[2]胡荣强，等.PSPICE仿真软件及其在电力电子技术中的应用[J].电子设计自动化，2009，（3）.

[3]孙峻朝，王建莹，杨孝宗.故障注入方法与工具的研究现状[J].宇航学报，2001，22（1）.

[4]Pinjala，K.K.Kim，B.C.An approach for selection of testpoints for analog fault diagnosis[J].IEEE Defect and FaultTol-erance in VLSI Systems，Nov，2003：287-294.

课程设计调试分析范文第2篇

关键词：电子类课程设计；Multisim；Keil+Proteus l；Protel99

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）32-0165-02

一、引言

高校电子类课程是电子信息、通信、电气自动化等工科专业最重要的课程，由于电子类的课程如电路、模拟电路、数字电路、高频电子线路、微机原理以及单片机等学科是多理论多实践性的学科，往往在传统的教学中教师注重理论讲解，由于实验条件的限制，学生也不能及时地验证和应用这些理论知识，即使有课内实验，但实验课时少且一般都使用现成的电子实验箱完成一些验证性实验，使学生达不到很好的实践动手能力，因此，在每门电子类课程结束后，用一到两周的时间由学生根据所学内容完成相关电子类课程的设计对提高学生对电子类课程知识的理解和实践有很大的作用。而在电子类课程设计中，根据课程内容的不同使用相关仿真软件的辅助设计，可以提前预知设计的结果，方便修改参数和改正错误的设计能有效地提高设计效率，降低设计成本等优点。下面将介绍各们电子类课程设计以及适合该们课程相关的仿真软件。

二、电子类课程以及辅助仿真软件

根据电子类课程的特点，分为无需编程的和有需要编程的课程，有需要印制电路板和简单面包板可设计的内容。不同的需要则在进行电子类课程设计的时候使用的辅助软件则不同，下面将分别介绍。

1.无需编程的电子类课程设计和相关的辅助软件。在电子类课程中，电路、模拟电路、数字电路、高频电子线路等课程中不涉及微机控制的电子硬件设计不需要编程，则可以使用Multisim电路仿真软件。Multisim仿真软件是由加拿大Interactive Image Technologies公司基于Windows的电子线路设计工具，后由美国国家仪器公司NI收购，并推出性能更强大的电子线路仿真软件Multisim9～12版本且与Labview完美结合，具有丰富模拟、数字器件、FPGA器件和仪器仪表等仿真元器件，该软件包含电路仿真（Multisim）、PCB设计（Ultiboard）、布线（Ultiroute）以及通信分析与设计（Commsim）四个部分[1]。该软件可以仿真电路里的基本电路分析原理，三相交流电，模拟电子技术中的运算放大电路、滤波、整流、稳压等电路，也可仿真数电里的基本逻辑电路、组合逻辑电路和时序逻辑电路，以及高频电子线路课程中的高频信号的调制解调等电路，其虚拟仪器仪表种类齐全如示波器、函数发生器等，也有强大的电路分析功能，可进行直流工作点分析、瞬态分析、傅里叶分析等。适用于模拟、数字电路的设计与仿真。

2.需编程的电子类课程设计和相关的辅助软件。在电子类课程中，微机原理以及单片机原理与应用的课程设计相对较为基础的模拟电子技术和数字电子技术，要求由软件编程，需要掌握汇编或者C语言等相关的编程语言，针对这样的课程设计，可以使用编程软件Keil+电路仿真软件Proteus。Proteus软件比Multisim在单片机以及微机仿真中具有更完善的性能[2]。Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的是世界上著名的EDA工具。它不仅具有其他EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及器件。它是目前最好的仿真单片机及器件的工具。从原理图绘制、代码调试到单片机与电路协同仿真，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12 /16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086、MSP430、Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器[3]。

Keil是一款单片机开发系统平台，支持汇编、C语言、PLM、以及混合编程。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（μVision）将这些部分组合在一起。无需连接单片机硬件而进行纯软件仿真，具有跟踪、调试、复杂断点等功能，能生成在线仿真和烧录到芯片所需的HEX文件等[3]。用Proteus设计电路时，无需画出单片机的最小系统，晶振频率在单片机里手动改变即可。在仿真的时候只需将Keil编译器里调试好的程序生成的HEX文件加载到Proteus的微机芯片上即可，点击仿真按钮，可立即观看到电路的仿真效果图。若进行硬件调试时，只需将Keil编译器生成的HEX文件通过串口调试助手下载到单片机等微机芯片上，即可进行实物的硬件联合软件的调试。有编程软件和微机硬件电路软件的结合，能更好的辅助学生在微机和单片机课程方面的设计，有效提高设计效率和增强学生的兴趣和动手能力。

3.需印制电路板的电子类课程设计。一般电子类课程设计中如果需要印制电路板，如将模拟电路、数字电路或者单片机等相关电路需要印制电路板时，则使用市场上已经十分成熟的Protel软件，其常用的版本有Protel99或Protel200。该软件是Altium公司开发的EDA软件，具有电路原理图设计功能、自动布线功能、原理图混合信号仿真功能、印制电路板设计功能以及PLD设计功能。而Protel2004在内的先前一系列版本的功能和优点以外，还增加了许多改进和很多高端功能，如拓宽了板级设计的传统界限，全面集成了FPGA设计功能和SOPC设计实现功能，从而允许工程师能将系统设计中的FPGA与PCB设计以及嵌入式设计集成在一起。Protel在设计电路板方面具有庞大的常用的各种元器件以及相关封装的元件库，随着版本的升级以及各位设计者的填补，元器件库也相应的随电子器件的增加而完善，也可以自己绘制元器件以及相关封装，建立自己常用的元器件库。Protel在PCB制图上面具有其他相关软件无法比拟的功能，设计者将绘制好的电路原理图转换成PCB图，排列好元器件，设计者可以手动或者自动布线，通过了电气规则测试后，即可将PCB图印制成电路板，焊接好元器件，进行电气测试后便可以进行硬件的调试[4]。

三、结论

在电子类课程设计中，根据课程内容的不同使用相关仿真软件的辅助设计，可以预知设计的结果，方便设计中各种元器件参数以及错误设计的修改，能形象生动的跟踪过程，仿真测试通过后再进行实物的硬件和软件设计，将获得事半功倍的效果。克服了传统设计周期长、成本高等缺点，能有效地提高设计的效率和降低设计成本等优点。

参考文献：

[1]黄智伟，李传琦，邹其洪.基于NI Multisim的电子电路计算机仿真设计与分析[M].北京：电子工业出版社，2008.

[2]李现国，张艳.Proteus仿真在微机原理及接口技术教学中的应用[J].实验技术与管理，2010，279（12）：125-127.

[3]马华玲，Proteus+keil在单片机教学中的应用[J].高等函授学报，2012，25（4）：26-27.

课程设计调试分析范文第3篇

【关键词】电子技术 课程设计 教学改革

电子技术课程设计是继“模拟电子技术”和“数字电子技术”课程之后的重要实践性环节，对培养电子信息类学生的实际动手能力和创新能力有着重要的作用。该课程的基本任务之一是巩固和加深学生对“电路原理”“模拟电子技术”“数字电子技术”和“电子技术基础实验课”中所掌握的实验技能，另一方面是培养和训练学生的科研作风及在电子技术方面的实践技能，提高学生综合运用电子技术知识解决实际问题的能力和创新能力。

学生针对三位半数字万用表，通过熟悉查找资料、设计电路、计算机仿真、安装调试、性能分析与改进等环节，初步掌握常用电子产品的一般设计方法和步骤，体会电子产品的设计和调试过程，为以后的专业知识学习、综合实习、毕业设计、从事生产和科研工作打下一定的专业基础。

一、课程设计改革的目的

电子技术课程设计一般安排在大二下学期进行，考虑到该阶段的学生已经具备一定的数字电路和模拟电路的基本知识，因此该课程要求学生设计并制作一个具有实用价值的电路[3]。这个阶段的学生对于电路设计一般只有一个模糊的认识，工程意识淡薄，对电子元器件的实际功能和电子产品设计步骤没有清晰的认识，工程实践能力不强，缺乏开发、设计的创新能力与意识。在前期的电子类相关课程实验中，大部分实验的电路功能单一，只能够简单的、被动重复教师讲授或者书本上面的理论，电路功能和生活中使用的实际电子产品的电路有一定的距离，学生的兴趣得不到足够的激发。在电子技术课程设计的教学过程中，我们通过引入实际实用电子产品三位半数字万用表的设计与制作，可使学生加深对基础理论知识的理解，掌握技术的关键点，培养动手能力、设计思维能力和创新能力，激发学生的学习兴趣，提高学生综合素质，尤其是对于提高大学生的工程素养具有重要的作用。因此该课程的改革对提高电子技术课程设计的教学质量，充实电子技术课程设计的教学实践内容具有十分重要的现实意义。

二、课程设计改革的方法

在“电子线路课程设计”的具体实施过程中以实际实用电子产品三位半数字万用表为核心，通过三位半数字万用表各部分功能电路理论的讲授，使学生对基于模数转换芯片的三位半数字万用表的工作原理有一个清晰的认识，同时，自主设计并制作一块三位半数字万用表，进而达到增强学生实践能力、培养学生工程素养、激发学生对数字模拟电路设计应用的兴趣。具体的教学改革方法包括以下四个方面：

1. 充实“电子技术课程设计”的实践教学内容

近年来，随着各专业课程体系改革的推进，专业培养计划以及相应教学大纲的调整与修改，同时考虑到学生进行电子技术课程设计时的理论水平的局限性和后续单片机技术、DSP技术、EDA技术、嵌入式系统等其他电子技术课程的教学安排，我们在电子技术课程设计实践教学内容的设计中，应该改变以往单一功能电路的设计，引入和现阶段大学生水平相适应的实际电子产品的设计与制作，激发学生的学习兴趣，培养学生动手解决实际问题的能力。

本实施过程中，我们通过引入实际实用电子产品三位半数字万用表作为课程设计的主要内容，并编写相应的配套“电子技术课程设计指导书”。主要内容涉及电压（交直流）、电流（交直流）、电阻、电容、三极管、二极管等的测量电路的原理，双积分A/D转换器的应用，线性运放的应用，正弦波的生成电路，自动关机电路，LCD的驱动等。充分考虑到学生的知识结构，让他们通过该课程的学习，加深数电、模电等基础理论知识的理解与应用。

2. 改革“电子技术课程设计”的教学方法与教学手段，注重理论结合实际

在以往的课程设计中，部分学生学习兴趣不高，存在混学分，完成任务的心态，对于实践过程中涉及的电路原理，存在知其然，不知其所以然的问题。为了改变这种情况，在本次改革的实施中，我们制作了很多配套的多媒体教学课件，加强理论知识的讲授，使学生在明白三位半数字万用表各部分电路原理的基础上，对各部分电路进行独立焊接调试，并对调试好的电路进行测试，注重电路重点部分的输出，并教会学生调试数字、模拟电路的基本方法；同时，通过改变部分电子元器件的参数，观察该参数对数字万用表精度的影响，进而加深学生对电路原理的理解。另外，指导教师还应该指导学生利用EDA电路设计仿真软件，例如，Protel电路设计软件，结合课程设计的内容，来拓展学生的知识面和电子产品设计能力，激发学生的学习兴趣，增强教学的灵活性，使学生的工程素养得到提高。

3. 增加教学互动，引导并激发学生解决实际问题的兴趣与能力

在“电子技术课程设计”的进行中，学生不可避免地会遇到各种实际问题，指导教师应该针对问题的难易程度，有针对性地指导学生课外去查阅相关资料，并积极地参与到学生解决问题的过程中去，及时纠正学生错误的解决问题的思路与方法。严格要求学生认真对设计过程中遇到的问题进行分析、反思和总结，发现并反思自己设计过程中的不足，找出努力的方向。另外，指导教师还应该组织对学生遇到的问题定期的进行总结与归纳，并整理成相应的“Q&A”文档，通过课程电子邮件或课程主页在网上，供学生学习与参考。

4. 注重软件仿真与实际电路调试相结合

由于计算机软件和硬件技术的飞速发展，在电子应用领域产生了很多成熟的开发与仿真软件，例如EWB、ORCAD、PSPIC、Muhisim等。在本课程的理论讲解阶段，引入电路仿真，让学生对电路的输入输出，以及电路参数对整个电路结构性能的影响有一个大体的了解，等学生焊接完成该部分电路后，实际测试电路的输出，进而比较软件仿真的输出和实际测量之间的差距，分析其原因，并通过多次改变电路的参数和输入的方式进行综合分析，加深学生对电路的理解。尤其适当仿真软件输出和实际测试输出出现较大的差距时，引导学生去查询相关资料，分析该现象的原因，并形成相应的文档，共享给所有的学生。在本课程改革选用的三位半数字万用表的模拟电路部分尤其需要如此，特别是其中的电容测量电路，涉及正弦波的发送、放大、滤波等电路，这部分电路软件仿真和实际输出存在一定的差距，要着重引导学生去分析每一小块电路出现误差的原因，以及如何改进，还要让学生学会判断仿真输出和实际输出在什么样的范围内是合理的。

仿真软件在理论分析方面具有强大的功能，而实物连线除了让学生更熟悉元器件及其性能之外，更加让学生对元器件的误差以及因此可能引起的误差或错误的原因产生更深的体会，这些都是在课本以及“电子技术实验”等课程中不能收获的。

结束语

通过实践，我们发现这项教学改革效果十分明显。教师们精心准备的题目引起了学生的极大兴趣，可以将学生前期学习到的理论知识进行实践，加深数字电路和模拟电路知识的理解，尤其是通过实际电子产品三位半数字万用表的设计与制作，可以激发学生对实际遇到的问题的思考，提高学生的观察能力和实际动手能力，进而增强学生的学习兴趣；通过理论结合实际，培养学生的开拓性思维和创新意识，提高学生的综合素质。

【参考文献】

[1]粟田禾. 电子技术基础课程设计的教学改革与实践. 高职教育研究，2006（2）.

[2]姚青梅等. 电子技术课程设计的教学改革与实践. 天津工程师范学院学报，2006（4）.

课程设计调试分析范文第4篇

单片机具有体积小、价格低、应用方便、稳定可靠等优点，在工业控制、农业生产、仪器仪表、汽车电子等领域得到了广泛的应用[1-2]。单片机是高校电气、电子、自动化等专业一门重要的专业基础课程，其理论性、实践性、应用性较强。单片机课程主要培养学生的实践动手能力和利用单片机以及所学知识进行产品设计的能力，课程设计是单片机课程实践教学的重要环节，显得尤为重要。在单片机课程设计实践教学环节中引入CDIO先进教学理念，对其进行改革和创新，以便能更好地提高学生的实践动手能力、工程思维、创新意识、团队协作能力等，从而提高教学效果。

1单片机课程设计教学现状

单片机课程设计是培养学生运用所学知识解决实际问题和提升学生动手能力的重要环节。目前单片机课程设计教学主要存在以下几个方面的问题[3]。

1.1时间安排不合理

单片机课程设计通常安排在学期末的最后一周，时间短，再加上学生花时间进行期末考试复习，往往疏于做单片机课程设计，导致教学效果不理想。

1.2单片机课程设计选题单一

单片机课程设计选题来源单一，没有让学生参与，题目通常由老师布置给学生，题目数量少，往往一个班多个学生共用一个题目，忽略了学生间的个体差异，没有让不同能力的学生发挥所学之长，不能有效地激发学生的学习兴趣。

1.3单片机课程设计的组织实施不合理

单片机课程设计往往由老师统一组织实施，虽然有的也进行了分组，但是小组没有有效的组织，没有培养学生的团队合作能力；由于课程设计时间短，学生通常只在Proteus软件中进行仿真，并没有进行实物制作，学生的实践动手能力没有得到有效的提高，课程设计的作用没有得到有效的体现。

1.4单片机课程设计的考核方式不合理

考核是检验学生学习情况的重要手段，单片机课程设计的考核方式单一且不合理，课程设计的成绩通常由课堂出勤和设计报告组成，不能全面、客观地反映学生的真实情况。

2CDIO工程教育理念

CDIO理念是一种先进的工程教育理念，其包含构思（concept）—设计（design）—实施（implement）—运行（operate）4个方面，也是这4个英文单词首字母的缩写。CDIO理念是“做中学”和“基于项目教与学（PBL）”模式的概括集中体现，它以实际的工程项目为背景，以产品从研发到运行的生命周期为载体，将理论知识融入工程项目实践中，让学生在工程实践中对知识理解并应用，培养学生的实践动手能力、工程思维、创新能力和团队协作能力[4-8]。

3基于CDIO理念的单片机课程设计教学改革与实践

将CDIO先进的工程教育理念应用到单片机课程设计实践教学环节中，从课程设计的时间安排、选题、组织实施、考核等方面进行改革。将项目构思、项目设计、项目实施和项目运行贯穿课程设计全过程，以学生为主体，以教师为主导，通过课程设计帮助学生加深对单片机和相关课程知识的理解和应用，培养学生的工程素养。

3.1课程设计时间安排

以往的单片机课程设计通常安排在学期末最后一周集中时间进行，由于设计时间短、任务重，加上学生还要进行期末考试课程的复习，不能专注单片机课程设计，导致效果不理想，因此将单片机课程设计提前3周布置给学生，让学生有充足的时间去完成。第1周：学生查阅相关资料，确定实施方案并交老师进行可行性审核；第2周：进行硬件和软件设计，并在Proteus中仿真，仿真通过后方可进入下一个环节；第3周：实物制作，发放项目所需的电子元器件，学生在万能板上完成制作并调试；第4周：答辩考核环节，学生汇报演示作品，教师提问1~2个问题，答辩结束后，学生上交作品和设计说明书[9]。

3.2课程设计选题

选题是单片机课程设计的重要环节，课程设计不同于课程实验，也不同于毕业设计，因此，选题既要结合单片机应用领域，尽可能覆盖单片机课程的主要知识点，又要注意与其他课程的衔接。选题还要充分考虑学生个体差异，在难易程度上要有层次性，以满足不同层次学生的需要。选题来源主要有[10-11]：①教师自选，教师可以从自己的科研项目或企业项目中选取，也可以参考电子设计竞赛题目；②学生自主选题，学生可以根据自己的兴趣自主选择题目，经与指导老师协商后确定。可选课题有交通灯远程控制系统、波形发生器、数字温度计设计与制作、电机转速测量与控制、数字钟等。课题确定后，教师设计好课程设计任务书发放给学生，让学生了解项目具体要求。表1是以波形发生器为例，将CDIO理念融入学生的知识、能力、情感等方面的培养。

3.3课程设计组织实施

课程设计采用分组方式进行，每组3人，设组长1名，每组自由选题，共同完成。每组由组长组织组员完成从项目方案设计到项目完成的各项工作，如组织讨论设计方案、遇到的问题以及硬件设计、软件设计、实物制作、设计说明书撰写等组内分工。教师从旁指导，让学生自我组织、自我管理，充分调动学生的积极性，培养学生独立分析问题、解决问题的能力以及团队协作能力。组织实施过程以学生为主、教师为辅，将CDIO理念充分融入课程设计的全过程。根据CDIO工程教育理念组织项目实施，实施流程。

根据CDIO理念，以波形发生器的设计与制作为例，项目的具体实施过程如下。

（1）项目构思阶段（concept）：学生根据波形发生器的功能和具体技术指标要求（能生成的波形种类、周期等）查阅相关资料，组内成员根据相关要求和资料提出各自的实施方案，由组长组织小组内讨论，初步确定实施方案。采用5个按键分别生成5种波形（正弦波、锯齿波、三角波、方波和梯形波），采用DAC0832数模转换器将单片机输出的数字量转换为模拟量，由于DAC0832是电流型输出器件，需要增加I-V转换电路，输出波形引脚与示波器连接。具体电路模块有单片机最小系统、按键接口电路、DAC082接口电路、I-V转换电路等。教师对小组提交的实施方案可行性进行审核，提出指导性意见，最终确定实施方案。

（2）项目设计阶段（design）：本阶段包括硬件设计和软件设计，学生根据实施方案列出详细的元器件清单并设计各模块电路，编写相关程序，调试、编译生成HEX文件。首先在Proteus软件上进行仿真，以熟悉各电路的具体连接，仿真通过后，再绘制原理图，生成PCB图，为下一阶段作准备。

（3）项目实施阶段（implement）：学生根据PCB图，选择元器件，并在万能板上焊接实施，焊接完成后，将程序下载到单片机中，通电进行调试，观察能否实现功能要求，不能实现的查明原因并及时修正。焊接调试完成后，撰写作品的设计说明书。

（4）项目运行阶段（operate）：硬件电路调试完成后，学生以组为单位，制作PPT，公开汇报和演示作品，重点汇报实施方案的形成过程、项目实施过程中遇到的问题、如何解决等。汇报后，演示相应的作品，并回答老师和学生的提问。

3.4课程设计考核

考核是检验学生课程设计完成情况的重要手段，不仅要能检验学生的知识掌握情况，更重要的是还要能检验学生的实践动手能力、团队协作能力、工程素养等。通过考核促进学生积极主动地学习、积极动手参加实践，充分调动学生的积极性和主动性。改革传统只有考勤和设计说明书成绩作为学生最终成绩的考核方式，采用过程考核方式为主、答辩考核相结合的考核方式。过程考核主要由学生自评、小组内互评、教师评价组成，过程考核贯穿项目实施的全过程，根据课程设计的时间安排，每周安排一次考核[12]。

学生自评：学生结合自身情况从学习态度、职业素养（是否按要求操作、维护实验室环境卫生、文明礼貌等）、工作能力（资料收集能力、分析问题与解决问题能力、工作思路清晰）、阶段任务完成情况等方面对自己评价。学生自评占过程考核的20%。

小组内互评：小组内成员之间从学习态度、团队协作能力、职业素养（是否按要求操作、维护实验室环境卫生、文明礼貌等）、工作能力（资料收集能力、分析问题与解决问题能力、工作思路清晰）、阶段任务完成情况等方面相互评价。小组内互评占过程考核的30%。教师评价：教师根据学生的出勤情况、操作是否规范、操作熟练程度、分析问题与解决问题的能力等方面进行评价。教师评价占过程考核的50%。

课程设计完成后组织答辩考核，学生制作汇报PPT，首先从设计方案、设计构思、设计创意等方面汇报；其次进行实物演示；最后老师、其他学生对设计提问。教师根据学生答辩情况、回答问题情况、作品完成情况以及设计说明书撰写情况给学生评分。学生课程设计的成绩由过程考核（70%）和答辩考核（30%）组成。

课程设计调试分析范文第5篇

【关键词】汽车单片机 课程设计 CDIO

【中图分类号】G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2015）12C-0067-02

近年来，随着国际工程教育改革的不断深入，CDIO工程教育模式应运而生。其中，C（Conceive）构思，主要包括商业计划、发展理论、技术程序制订和市场需求分析，企业战略及规则制度建立;D（Design）设计，主要包括工程进度及实施方案设计制订等;I（Implement）实现，主要指将设计方案转化为产品成果的过程，包括设计方案的确认、程序编码、样品测试及成品制造;O（Operate）运作，主要指对系统进行改进、修订和淘汰，对产品前期程序进行评估的过程。CDIO工程教育模式的核心理念来源于工程产品系统的生命周期，其核心思想是强调学生掌握扎实的工程基础理论及专业知识，在此基础上将教育过程运用到工程实践的具体领域中，整个人才培养过程注重团队协作和创新能力训练，为培养新一代高水平、高素质的工程师打下扎实的基础。

根据桂林航天工业学院汽车服务工程专业和车辆工程专业课程特点和人才培养方向，并结合用人单位人才需求标准，融合CDIO课程教学大纲，借鉴CDIO检验测评标准，对教学大纲进行整合，设计出更具实践性、合理性、针对性的汽车单片机课程设计项目，将所要学习的知识巧妙地隐含在项目任务之中，引导学生边学边做，独立或协作完成相应的项目学习任务。项目通过1年的研究和实践，逐步形成一套切实可行的有利于学生工程实践能力提高的人才培养模式。

一、传统的汽车单片机课程设计中存在的问题

汽车单片机课程设计是汽车服务工程专业的一门独立专业实践课。从学科性质上看，它是一门专业理论和专业技能结合的综合实践课程;其任务是使学生获得就业前必备的综合专业技能，为学生走上工作岗位打下良好的专业基础。传统的汽车单片机课程设计采用的是在现成的PCB电路板上完成元器件焊接组装调试等任务，这种模式存在以下问题：

（一）课程设计题目选择缺少针对性

交通灯控制电路，抢答器控制电路，电子钟控制电路等传统的单片机题目，对汽车专业的学生来讲针对性不强，没有将单片机技术与汽车电子控制技术有机结合起来，不利于学生对课本上控制原理的理解与掌握，没有达到“学以致用”的目的。

（二）课程设计教学模式缺少创新性

由于学生没有参与电路板的设计，而是在PCB电路板上直接焊接组装成套器件，这种机械式的实践模式，不利于学生对汽车电子控制产品设计和创新能力的培养，不利于今后从事产品的开发和技术革新，没有达到“融会贯通”的目的。

（三）课程设计能力培养缺少全面性

由于缺少PCB电路板设计制作环节，学生无法从源头了解掌握现代电子产品设计制造技术，并且对所焊接出的电路板进行调试与故障分析时，往往都会束手无策，完全依赖老师，这样不利于培养学生分析和解决问题的能力，没有达到“追本溯源”的目的。

二、基于CDIO理念的课程设计改革与实践

综上所析，传统的汽车单片机课程设计的培养模式不能有效提高学生设计、创新以及分析解决问题的能力，因此基于CDIO理念，以项目的“C构思-D设计-I实现-O运行”的全生命周期为导向，如图1所示方案对汽车单片机课程设计进行改革与实践。

图1 汽车单片机课程设计改革与实践方案

（一）培养学生构思能力

在题目的选择上具有涵盖性，面向汽车电子控制系统多方面的单片机应用，学生能够完成整个知识体系的学习;具有完整性，每一个项目都是一个完整的单片机最小应用系统的设计开发，学生能够通过该项目的学习，实现理论与实践相结合;具有设计性，能让学生举一反三，以达到某一控制功能为目标，采用不同的设计方法;具有创新性，根据题目要求利用课本所学知识自由发挥;具有趣味性，贴近实际，能够调动学生对汽车电子控制相关知识的学习兴趣，使学生主动完成知识的学习。根据以上原则，确定出课程设计题目如表1所示。课程设计开始之前，提前一个月公布课程设计题目，通过适当的安排和组织，学生可根据题目组成5-6人的团队，并且给各团队充分的自由，让团队成员集思广益，提出题目构成想法，并可参考指导老师的建议共同完善。由于构思时间充分，团队成员群策群力，最后在课程设计开始时可得到最佳的项目方案。

表1 汽车单片机课程设计题目

编号 题目名称

1 汽车车窗控制电路设计

2 汽车车灯控制电路设计

3 汽车发动机点火模型控制电路设计

4 汽车发动机喷油模型控制电路设计

5 汽车发动机转速测量电路设计

6 汽车冷却液温度测量电路设计

（二）培养学生设计能力

在确定题目方案后，就要根据题目对相应控制电路进行具体设计。首先利用 Proteus 和 Keil 两款软件的联调来完成控制电路的仿真设计，虽然能看到虚拟仿真的运行结果，但是仿真环境过于理想化，许多电路设计出现的实际问题在仿真中是遇不到的，理想仿真结果与产品实际的运行结果之间存在很大偏差。为了有效避免仿真设计的缺陷，利用实验室的单片机开发板实现硬件电路的设计与调试，这样大大提高了设计效率。

（三）培养学生实现能力

所设计的电路在仿真软件及硬件开发板运行通过后，在PROTEL软件上绘制控制电路原理图并生成相应的PCB文件图打印出来，利用制板机将PCB图转印在铜板上，使用盐酸和双氧水等腐蚀剂对铜板进行腐蚀，利用钻孔机对电路板打孔，并将事先准备好的元器件手工焊接在电路板上。这一环节使学生能够正确识别和使用元器件，掌握了手工制板并进行相应电气连接，按照电路功能模块进行调试，能够有效分析和排除相应故障，最终实现题目相应功能。

（四）培养学生运作能力

在完成题目要求的设计任务后，也要做好软硬件实物的展示工作，课题项目负责人作为主讲人，团队成员协助课题演示，对题目的设计方案、研究思路、关键技术、工作原理、研究成果、存在的问题等内容等进行公开汇报，在此过程中，指导老师及其他同学可以不时提问，这样互动问答可以巩固学生对相关知识的理解和综合运用能力。

三、课程设计改革的实施效果

对汽车单片机课程设计改革方案我们实施了一年，新方案得到我院2012级汽车服务工程本科专业学生的支持和欢迎，取得了很好的教学效果。

激发了学生的学习兴趣，他们主动参与热情非常高，在整个课程设计期间实验室使用率非常高，学生考勤率很好，特别是当其作品通过验收后，学生充满成就感，图2为汽车车灯控制电路实物作品。

在本课程设计要求学生利用单片机完成与汽车电子控制技术相关实用电路的设计，通过在Proteus软件及实验开发板上进行试做调试成功后，再进行印制电路的设计制作并完成产品的装配、调试、检测，从中对学生进行产品设计、制作、工艺等方面的一系列综合训练。

图2 汽车车灯控制电路实物作品

【参考文献】

[1]朱向庆，胡均万，增辉，等.工程教育模式的微型项目驱动教学法研究[J].实验技术与管理，2012，29（11）

[2]曹海平，管图华.基于CDIO理念的电工电子实训教学改革与实践[J].实验室研究与探索，2013，32（1）

【基金项目】2015年度广西教育厅教改B类项目（2015JGB436）;2014年度广西高等教育教学改革工程项目（2014JGZ152）;2014年度广西壮族自治区教育厅立项项目（LX2014466）;2013年度桂林航天工业学院校级教学改革研究项目（2013JB11）