时间：2023-11-09 16:34:39
关键词:Multisim10 基本放大电路 质化分析
中图分类号:TM133-4 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)08(a)-0185-01
模拟电子技术是电子信息工程、电气工程及其自动化、计算机科学等专业的基础课程,而基本放大电路又是模拟电子技术的基础知识点,是教学的重点和难点。学生对此知识点的掌握深度,将直接影响对后续知识点和课程的学习。本文强调在电子线路的教学过程中,充分利用电子设计自动化软件,对电子线路进行仿真分析,同时强调质化教学,结合工程实际,加强学生对电路的理解,在教学过程中取得了很好的效果。下面借助电路设计仿真软件Multisim10,以基本放大电路为例,以音频信号为基本信号来进行电路的分析。
1 模拟电路中信号的概念
放大电路是对模拟信号进行放大的,工程中常用的模拟信号,如声音信号,测量传感器输出的代表现场的如温度、压力、密度、流量、气味、成分等各种物理量的电压或电流信号,电动执行器的输入控制量的电压或电流信号。工程中常见的模拟信号如音频信号是非正弦信号,而对基本放大电路的分析都是以正弦信号作为基本信号来分析的,所以必须强调这些非正弦信号与正弦信号的关系。利用频谱分析法,对非正弦周期信号进行傅里叶分解,可得信号的离散频谱图,而工程中的非正弦非周期信号可看作周期为无限长的周期信号,其频谱图由非正弦周期信号的离散频谱过渡到连续频谱,也就是说工程中的模拟信号如声音信号可以看作是有一系列不同幅值不同频率的正弦信号叠加而成。系统的带宽必须包括声音信号的频率范围为20Hz-2kHz,否则将会导致频率失真。
2 把握基本元器件的特性
学生对基本元器件的把握是后续电路分析的基础,对于基本放大电路的核心器件双极性三极管的特性曲线和参数需重点掌握,要注重量化分析,更要注重质化分析。三极管是一个基极电流控制集电极电流的器件,在输出回路中相当于恒流源,通过对基极电流源i1进行DC Sweep Analysis分析,可以看出三极管的集射电压随着的增加而近似于线性地减小。=0uA时,≈12V,截止状态；=14uA时,≈0V,饱和状态；=0～14uA时,=0～12V放大状态。
3 放大电路参数的质化分析
质化分析可理解为对电路的一种形象直观的分析,比如网络框图,只是强调电路的功能和模块间的网络拓扑,没有量化分析模块的细节。教学过程中质化分析和量化分析并重。放大电路可以看作是一个二端口网络,电压放大倍数为输出端口与输入端口电压有效值之比；输入电阻相当于信号源的负载,越大可以减小信号源的输出电流,获取更大的信号电压。放大电路的输出回路相当于负载或下级放大电路的信号源,输出电阻相当于下级电路的信号源内阻。
4 叠加定理在基本放大电路分析中的应用
将电路分析理论如叠加定理、戴维宁定理、回路电流法、结点电压法等,应用到基本放大电路的分析当中,可以取得更好的教学效果。比如叠加定理运用于放大电路的交直流分析,当输入信号幅度不大时,三极管可以看作一个线性元件,这样整个放大电路就可以看作是一个具有两个独立电源（信号源e和直流电源E)的线性网络,根据叠加定理,直流电源E单独作用时,信号源e置零,耦合电容开路,可得放大电路的直流通路,也就是基本放大电路的直流分析法；信号源e单独作用时,直流电源E置零,耦合电容相当于短路,将三极管线性化处理,用其微变等效模型替代,可得基本放大电路的微变等效电路,也就是基本放大电路的交流分析法。
5 电路的仿真设计方法
电路设计首先需要根据电路的性能指标确定电路的形式和晶体管的型号,接着进行电路静态工作点设置和元件参数计算,最后进行电路性能指标测试、电路参数修改、再测试。电路的设计和调试可以通过万能板或面包板搭接电路,也可借助于Multisim10仿真软件进行电路的设计和仿真。在放大电路中引入适当的负反馈,可改善放大电路的性能,得到设计指标要求,负反馈的引入形式和深度,需加强理论研究和实践探索。集成运算放大器在模拟电路中的应用非常广泛,集成运放具有设计调试简单、性能价格比高、灵活性大等优点,在模拟电路领域中,除超高频、大功率等特殊场合外,已普遍取代了分立元件电路。
6 结语
在模拟电子线路设计课程的教学中,在进行电路量化分析的同时,加强质化分析,同时配合电路仿真分析软件Multisim10进行电路的设计和仿真,取得了很好的教学效果,激发了学生对模拟电子技术学习的热情,学生的电路分析和设计能力得到了明显提高。
参考文献
[1]邱关源.电路[M].高等教育出版社, 2006,3.
[2]杨素行.模拟电子技术[M].高等教育出版社，2007,9.
【关键词】可编程模拟器件；整流电路；模拟
Abstract：A Design method of rectifier circuit with high precision implemented on in-system programmable analog circuit is introduced in the paper.All the parts are integrated in a single chip to improve the integration and reliability of the circuit.The goal chip can be programmed to realize new contents，which reduces the development cycle and cost.
Keywords：ispPAC；Rectifier Circuit；Analog
1.引言
在系统可编程模拟器件ispPAC（in-system Programmable Analog Circuit）是美国Lattice半导体公司推出的可编程产品，到目前为止已有5种芯片：ispPAC10，ispPAC20，
ispPAC30，ispPAC80和ispPAC81[1]。与数字在系统可编程大规模集成电路一样，ispPAC同样具有在系统可编程技术的优势和特点，电路设计人员可通过开发软件在计算机上快速、便捷地进行模拟电路设计与修改，对电路的特性可进行仿真分析，然后用编程电缆将设计方案下载到芯片当中。同时还可以对已经装配在印刷线路板上的ispPAC芯片进行校验、修改或者重新设计。
把高集成度的精密模拟电路设计集成于单块ispPAC芯片上，取代了由若干分立元件或传统ASIC芯片所能实现的功能，具有开发速度快，成本低，可靠性高与保密型强的特点[2]。其开发软件是基于Windows平台的PAC Designer，目前版本为6.0，提供完整的设计和验证解决方案，支持ispPAC、ispClock和ispPower系列芯片开发。
本文以PAC Designer为设计软，以ispPAC20为目标芯片，介绍了一种精密整流电路的设计方法。将电路设计方案以单芯片实现，提高了电路的集成度和可靠性；对目标芯片可重新编程以升级电路结构，缩短了研制周期，降低了设计成本。
2.ispPAC20芯片的结构
ispPAC20芯片由两个基本单元电路PAC块、两个比较器、一个8位的D/A转换器、配置存储器、参考电压、自校正单元、模拟布线池和ISP接口所组成。其内部结构框图如图1所示。
ispPAC20中有两个PAC块，PACblock1由两个仪用放大器和一个输出放大器组成、配以电阻和电容构成一个真正的差分输入、差分输出的基本单元电路，如2图所示。其中，仪用放大器IA1的输入端连接二选一输入选择器，通过芯片的外部引脚MSEL来控制。当MSEL为0时，端口a连接至IA1；当MSEL为1时，端口b连接至IA1。IA1和IA2的增益调范围在-10～+10之间，电路输入阻抗为109，共模抑制比为69dB。输出放大器OA1中的电容CF有128种值可供选择，反馈电阻RF可以编程为连同或断开状态。芯片中各基本单元通过模拟布线池（Analog Routing Pool）实现互联，以组成各种复杂电路。
PACblock2与PACblock1的结构基本相同，但IA4的增益范围为-10至-1，并为IA4增加了外部极性控制端PC。当PC=1时，增益调整范围为-10至-1，当PC=0时，增益调整范围为+10至+1。
DAC单元是一个8位电压输出的数字模拟转换器。接口方式可自由选择为8位的并行方式、串行JTAG寻址方式、串行SPI寻址方式。在串行方式中，数据的总长度为8为，D0为数据的首位，D7处于数据的末位。DAC的输出是完全差分形式，可以与芯片内部的比较器或仪用放大器相连，也可以直接输出。无论采用串行还是并行的方式，用户都可以通过查询芯片说明的编码数据进行编程[3]。
在ispPAC20中有两个可编程的双差分比较器，当同相输入电压相对反向输入电压为正时，比较器的输出为高电平，否则为低电平。比较器CP1的输出可编程为直接输出或以PC为时钟的寄存器输出两种模式，且CP1和CP2的输出端可作异或运算或触发器操作后在WINDOW端输出信号。
另外，配置存储器用于存放编程数据，参考电压和自校正模块完成电压的分配和校正功能。
3.基于ispPAC20的精密整流电路设计
基于ispPAC20的精密整流电路内部编程结构如图2所示，电路工作时，需将输入信号ui同时连接至IN2和IN3端，将比较器输出CP1OUT由外部连接至极性控制端PC。
端口IN2编程为连接输入仪用放大器IA4，IN3编程为连接比较器CP1，OUT2作为整流电路的输出端。编程DAC编码为80h，输出模拟电压0V，并编程连接至比较器CP1的反相输入端作为阈值电压，设置CP1为直接输出模式（Direct）。编程IA4的增益为-1，OA2相关参数如图2所示。
当ui＞0时，比较器CP1的输出CP1OUT为高电平，通过极性控制端PC的控制，则PAC block2输出OUT2=-ui；当ui＜0时，CP1OUT为低电平，则OUT2=+ui。即，OUT2=-|ui|，从而电路实现整流功能。
若将IA4的增益设置为K（调整范围为-10至-1），按图2的方式进行编程，则整流输出端信号为OUT2=K|ui|
在PAC-Designer设计软件中，选择菜单Tools/Download，即可将所设计的电路方案编程下载到目标芯片ispPAC20中，并可进行电路仿真和测试。
4.结束语
本文介绍了一种基于在系统可编程模拟器件ispPAC的精密整流电路设计方法，在ispPAC20芯片上实现，将整个电路集成于一块芯片中，提高了电路的集成度和可靠性。借助于开发工具PAC-Designer，可随时对芯片进行重新编程以升级电路结构，提高了电路设计的效率，降低了设计成本。
参考文献
[1]王成华,蒋爱民,吕勇.可编程模拟器件的应用研究[J].数据采集与处理,2002,17(3):345.
[2]高玉良.在系统可编程模拟器件(ispPAC)及应用[J].现代电子技术,2002,4:80-81.
[3]Lattice Semiconductor Co.ispPAC hand-
【关键词】电工技术教学 EDA技术 电路
一、EDA技术在模拟电路教学中的应用举例
模拟电路通常是电工技术教学中的难点，一是电路结构复杂，学生难以理解；其次，学生不了解该部分内容在实际工作中的应用，导致学习兴趣不高。为此，可以适当将EDA技术穿插在这部分的教学中，从实际电路设计的过程中引出与课程关键知识点相关的内容，以达到提高学生学习兴趣的目的。
以下用一个实际的例子来表明如何将EDA设计过程与电工课程中相关知识点进行结合。例：使用ADS（Advanced design system）软件实现共射极放大电路的静态分析与直流偏置设计。共射极基本放大电路是电工技术中模拟电路部分接触的第一个重要的知识点，课程要求学生熟练使用计算法与图解法来确定放大电路的静态工作点。学生对这一部分的掌握情况直接影响到其对后续知识点的掌握，因此，本例从电路设计的实际过程出发，引出相应的知识点。
在讲解例子之前，需要给学生明确的是在实际的有源电路设计中，通常情况下，晶体管静态工作点的选择与设计是第一步，也是至关重要的一步。实现不同功能的电路，可能在电路图上区别不大，重要的是其静态工作点的选择。例如，低噪声功率放大器需要无失真地放大微弱信号，因此它的静态工作点需要选择在输出曲线的中点，而高功率放大电路为了尽可能提高输出效率，通常静态工作点选择到靠近截止区，而混频器、倍频器等电路，主要为了使用其非线性性能，因此，它们的静态工作点通常要靠近饱和区。其次，需要强调的是电路设计是电路分析的逆过程，遵循的步骤是根据输入输出关系，确定静态工作点，再得到直流偏置电路，与课程中计算直流工作点的顺序正好相反，但是，它们所反映出的基本原理都是相同的。
确定静态工作点，就是根据电路所要实现的功能，确定基极电流IBB和集电极电流IC，集射电压UCE。因此，首先需要得到晶体管的输入输出曲线。在ADS中，输入输出关系是通过对晶体管做直流扫描得到的。实验步骤是先建立一个新的工程项目和一个新的设计，然后选择晶体管直流工作点扫描模板，并在其提供的元器件库中选择合适的元件，加入到模板中。
其次，需要设定晶体管的工作范围，就是IBB和VCE的范围，可以通过扫描参数设置得到。
图1所示的输入输出关系曲线与课本上的曲线几乎是一致的，它表明在不同的基极电流IBB作用下，集电极电流IC与集射电压VCE的关系。通过输入输出曲线，可以选择合适的静态工作点，以实现电路的功能。在本例中，为与教材保持一致，将静态工作点选择在输出曲线的中点，大致对应于图3中光标m1的位置，软件会自动显示出此处的参数，即IBB=60uA，VCE=3V，IC=6mA。当静态工作点确定后，可以据此设计直流偏置电路。由于本例是设计共射极基本放大电路，因此需要计算基极和集电极电阻的大小。在ADS中，偏置电阻的大小可以自动计算，但是需要手动输入相关的公式。
图1晶体管输入输出关系
EqnRb=（5-VBE）/IBB[5]
EqnRc=（5-VCE）/IC.i
根据计算公式，可以得到计算结果。当选择Ibb=60uA时，对应的基射电压和基极电阻在一个范围内变动，因此只能选择一个近似的值VBE=0.8V，Rb=60K。用同样的方法，可以得到的集电极电阻Rc=340。当所有的参数都计算得到后，需要对该电路进行验证，并根据验证结果进行调整。验证电路及其参数如图2所示。
根据共射极放大电路的基本计算结果，可以设计出图4所示电路。验证该电路的方法是对其做直流仿真，并将仿真计算的结果直接显示在电路图中对应的元件和支路上。从图中可以看出，基极的电位为809mV，电流为69.9uA，而集电极电位VCE=2.74V，Ic=6.64mA。对比前面得到的静态工作点参数（IBB=60uA，VCE=3V，IC=6mA），可以发现它们之间存在一个小的偏差，这是因为在电路设计中，无论是在静态工作点还是元件参数的选择上，都存在近似的过程，因此，任何电路的设计，都是一个近似的设计，由此得到的实际电路都需要经过调试合格后才能够实际使用。
图2共射极基本放大电路
以上的例子为学生展示了一个电路设计的基本过程以及设计方法。当课程进一步深入后，可以对本例进行扩展，例如在分析放大电路动态特性时，可以加入不同幅度的输入信号，观察在不同静态工作点，放大电路的输入输出波形和非线性失真，有助于学生理解设计静态工作点的意义。
三、结语
通过在电工技术课堂上增加EDA设计的过程，可以使课程从纯理论教学转向理论与实际设计相结合的教学方式，不仅能够提高学生的学习兴趣，还能够培养他们的实际动手能力，并极大增加了教师和学生间的互动。同时，课本上的理论与公式不再需要死记硬背，它们已经融合到设计过程中，学生通过一两个简单的设计就可以熟练掌握，使学生能够轻松完成课程的学习和考试。
参考文献
摘 要：在电力传输中，电厂与变电站之间、变电站与变电站之间的需要用高压输电线传输，因此做好高压输电线的线路设计并保证施工质量，是确保电力输送稳定性与安全性的重中之重，是促进电力行业良性健康发展的基石。本文从高压输电线路设计施工出发，详细探究了其前期设计、中期施工以及后期维护的要点，尝试提出一些提升高压输电线路设计施工质量的措施建议。
关键词：高压输电线路；防雷；杆塔；基础；设计
1高压输电线路设计之前进行勘测的必要性
如今，人们生活的任何领域已远远离不开电的驱动，尤其是城市化进程的加快，使得各行各业对于电力的需求量与日俱增。电力需求市场的扩张，也进一步反作用于电力工程建设。而在任何电力工程建设中，输电线路的设计规划都是首要且关键的任务。输电线路的设计是否合理，将事关电网建成之后电力系统的正常运行以及电力的传输功能。因此必须加强输电线路的设计管理工作。在具体进行输电线路设计之前，首先要对电网工程的实际情况进行详细的勘测，包括工程地质条件、周边环境、周边建筑物、地下建筑物等情况，从而有效提高电网输电线路的设计的合理性和科学性。要做好输电线路设计前的勘测工作，应重点做好以下几点：第一，要确保平距高度和转角的数据在测绘的时候的准确性。在进行线路测绘的时候，需要将各个角度以及各个塔架之间的距离以及高度进行详细的测量，对于测量的精度不做太多的要求，但是测量的数据务必记录清楚，千万不可出错。第二，在具体测绘的过程中，测绘人员需要严格遵守测绘的相应流程和标准，同时测绘人员还需要对输电线路途经的区域的沿线地上和地下以及拟建项目的情况进行充分的了解，以便于确定输电线路设计的具体路径，确保设计方案达到最优化；第三，对于杆位的设计必须合理、经济且有效。若是实际施工中杆位的设立位置存在一定的问题的，就要提前进行勘测工作，尽量不在这些区域设立杆位，从而确保输电线路工程施工的正常进行。
2高压输电线路设计要点分析
2.1高压输电线路的防雷设计
第一，安装避雷针。避雷针的主要作用是将雷电的电流通过避雷针的引流体直接安全引入地中，从而确保了输电线路不直接接触雷击点。避雷针一般安装于被保护设备或者是建筑物的顶层，当出现雷雨天气的时候，雷电流会首先击中避雷针，而避雷针将雷电流通过引流体以及接地装置等进行引流；第二，采用避雷线。避雷线类似于避雷针，主要由水平悬挂的导电线、雷电流引下导体以及埋入地中的接地装置等三部分共同组成，通过在高压输电设备上空架设多条避雷线能够确保输电线设备以及周边建筑物免遭雷击灾害。
2.2导地线选型设计
高压输电线路大多数都是位于野外、山区或者是临近湖海等地区，因此其输电线路极容易受到降雨、冰雹以及风暴等的影响，尤其是外界气温的剧烈变化或者是周边工业化学气体等的排放都会对输电线路产生一定的影响。因此，在设计高压输电线路的时候一定要考虑到线路的材质、基本结构选型等问题。
2.3高压输电线路的路径选择
科学合理的高压输电线路路径设置，能够有效降低高压输电线路的施工成本，确保输电线路的正常运行。在M行高压输电线路路径选择的时候，需要首先做好勘测工作，包括施工地的地质条件、周边环境、地上地下建筑物、拟建工程情况，通过比对不同的线路，综合评选出长度短、转角以及交叉跨越少、地形好易于施工的线路方案，同时尽量绕开房屋以及拟建工程项目等，从而降低工程成本。总之高压输电线路的线路选择应重点考虑经济性、安全性、方便施工性以及可靠性等。
2.4杆塔的基础设计
杆塔的基础设计是高压输电线路的重要构成部分，杆塔施工工期几乎占了整个高压输电线路工程的50%的时间，运输量约占60%。杆塔基础设计和施工质量的好坏决定着整个高压输电线路建设的质量。在进行杆塔基础设计时，设计人员应深入杆塔施工的现场进行实地考察，掌握当地的历史资料，全面了解当地的地理环境和地质情况，针对当地的实际情况制定相应的应对措施，减少杆塔施工中事故的发生，保证杆塔基础设计和施工的质量。
2.5高压输电线路设计中的防污损设计
高压输电线路的防污损设计也是非常重要的缓解。其一应对高压输电线路防污损的类型以及目标电压和绝缘子污损的特性进行充分的了解，且合理配置高压输电线路的方式，从而降低污损对高压线路的影响；其二在选择高压输电线路的绝缘子串爬电距离和结构的高度时，应该参照盘形绝缘子。并且充分了解高压输电线路易于出现污损的情况、类型以及污损的规律，从而做好相应的防护措施。对于实在无法避免的污损问题，应进行物理测量和化学分析，从而制定相应的防污损措施。
3输电线路设计相关技术问题研究
3.1优化铁塔基础
高压输电线路在设计的时候势必要涉及到铁塔的建设工作。在进行铁塔建设之前，要做好基础计算工作。基础计算工作也就是要确定地基是否具备相应的荷载能力。若地质结构属于淤泥、软土地质等，则需要重新设计优化施工方案。一方面要对输电线路的整体水文地质情况进行充分的了解，从而选择对应的基础施工方案；另一方面要结合铁塔的具体受力情况，确保地基符合相应的荷载能力，并且有效针对轴心受压、轴心受拉基础问题，分别确认出两者不同的受力K值。
3.2单双回路搭配问题
在高压输电线路施工过程中，为了确保沿线敷设的线路的后续项目开工的顺利出线，一般多采用双回路的终端塔。例如在一些拥挤的区域和地段廊道内多采用双回路的架设方案。采用双回路的架设方案主要目的在于确保电力系统持续的电源供应，当其中一条电源因为故障问题导致停电的时候，另外一条电源就可以起到后备供电的作用。不过对于供电要求不高的中小用户则只需要单电源供电即可。
3.3降低杆塔接地电阻问题处理
对于高压输电线路杆塔接地电阻问题，可以通过深埋式或者是横向外延接地的方式进行电阻的降低。如果地下的土体结构的电阻率较低的时候，就可以采用竖井或者是深埋式的接地方式；横向外延接地方式的施工成本较低，能够有效抑制工频接地电阻和冲击接地电阻，但是该方式的运用要求杆塔具备一定的水平架设条件才可以。
4结语
高压输电线路作为电网工程的重要组成部分，其设计的合理性和科学性将影响到整个电力系统的安全可靠运行。因此必须重视高压输电线路的设计问题。我们应根据高压输电线路工程的具体特点，设计之前进行科学的勘测工作，在具体设计的时候做好防雷、基础设计、防污损等，并重视线路施工技术的研究，从而确保高压输电线路设计的科学合理，促进电网工程的进一步发展。
参考文献：
《电力系统分析》是电力系统自动化方向的主要专业课，在课程体系中发挥着“承前启后”的作用，有着兼具理论性和工程性的特点。在以培养目标为导向、以学生为中心的教育理念驱动下，本文从理论教学和实践教学两方面入手，讨论《电力系统分析》课程基于工程教育认证标准的教学改革。
关键词：
电力系统分析；培养目标；工程教育认证
一、前言
工程教育认证作为高等教育认证的重要组成部分，属于专业认证，是由专业性认证机构（协会）组织工程技术专业领域的教育界学术专家和相关行业的技术专家，以该行业工程技术从业人员应具备的职业资格为要求，对工程技术领域的相关专业的工程教育质量进行评价、认可并提出改进意见的过程[1]。我校的电气工程及其自动化专业的综合改革是以工程教育认证工作来引领的，旨在培养能够从事与电气工程有关的装备制造、系统运行、自动控制、信息处理、试验分析、电力电子等技术开发以及计算机应用等领域工作的宽口径复合型工程技术与管理人才。通过模块化课程体系有效地推进培养目标和毕业要求的实现。《电力系统分析》是电力系统自动化模块的主要专业课，占据整个模块课总学分的1/3。该课程作为《电路基础》、《电磁场》和《电机学》等先导课程的延续以及《电力系统继电保护原理》、《发电厂电气部分》、《电力系统调度》和《高电压技术》等后续课程的基础，发挥着“承前启后”的作用，有着兼具理论性和工程性的特点。该课程的目标定位为：要求学生掌握电力系统的基本内容和基本概念；熟悉电力系统的基本运行方式和调节方法；熟练掌握电力系统的基本分析和计算方法；掌握电力系统各种故障及其分析方法；了解电力系统的稳定性分析，为培养高素质的电力工程技术人才奠定坚实的基础。在以培养目标为导向、以学生为中心的教育理念驱动下，本文从理论教学和实践教学两方面入手，讨论《电力系统分析》课程基于工程教育认证标准的教学改革。
二、教学内容、方式和方法的探索
（一）教学内容的合理配置
《电力系统分析》主要包括电力系统的稳态分析和暂态分析两部分。重点讲述电力系统的三大常规计算，即潮流计算、短路计算和稳定性计算，这也是本门课程的重点难点所在。其中，稳态分析部分的电网等值电路、电压降落和功率损耗是潮流计算的基础，电力系统正常运行方式的调整与控制是潮流计算的应用。暂态分析部分的同步电机的数学模型是基础，其电磁暂态过程主要针对故障分析时的短路计算，机电暂态过程主要针对稳定性计算[2]。在教学过程中，三大计算自然要重点讲述，但是其中的计算机算法部分可以适当压缩学时，因为相应的课程实验、课程设计和毕业设计部分会有针对三大计算的具体上机操作。而相应的基础知识部分则需要仔细讲解，尤其是部分同学《电路基础》和《电机学》掌握的比较薄弱，基础知识部分如果进度过快，会导致后边的三大计算根本无法理解和掌握。《电力系统分析》除了具有较强的理论性，还有一定的工程性。根据已就业同学的信息反馈，在教学过程中，应适当地引入个别工程实例以及目前的电力系统新技术专题，让学生能将所学的理论知识和实际的工程联系起来，激发学习的兴趣和动力。
（二）教学方式的多元化
该门课程的理论性较强，教学方式仍以多媒体和板书结合的教师讲解为主。然而课程中涉及到大量的计算，需要习题（作业、课堂讨论和课堂测验）来支撑。由于作业是在课下完成的，不可避免地出现部分同学互相抄袭的现象，导致不能通过作业来准确地反映出学生对知识的掌握情况。课堂讨论和测验的方式，一来可以方便教师准确地观察学生的真实水平，二来通过学生到讲台上讲解习题，提高学生课堂的参与度，便于学生自己找出彼此间的差距，活跃课堂气氛，激发学习兴趣。除了上述传统的课堂教学之外，还可以通过网络课程的形式，将课程相关的电子资源分享给学生，并通过网络论坛的形式，开展课程内容的相关讨论。
（三）教学方法的灵活性
《电力系统分析》中有一些比较难以理解的章节，需要采用较为灵活的教学方法来授课。比如，同步电机突然三相短路分析这一节，涉及的内容较多，既有电机方程，又有短路电流计算，看起来十分复杂，尤其对一部分数学基础不好的同学，看到这些复杂的公式会直接望而却步。因此，教学过程中不应该侧重具体的公式推导，而应该先从基本思路着手，和之前学过的较为基础的电路知识进行类比讲解。比如：把“短路前”和“短路后”看成电路中动态电路的“换路前”和“换路后”；短路电流的计算方法和“三要素”法相类比，即分别求出起始值、稳态值和直流、交流分量的衰减时间常数，带入“三要素”法的表达式中，得出短路电流的计算公式。这样，学生先从整体思路上有一个清晰的框架，然后，再针对每一部分进行具体的数学计算，就不会产生思路不清的困扰。
三、实践教学的探索
如前所述，该门课程具有一定的工程性，需要相应的课程实验、课程设计、毕业设计和实习等实践教学环节，这样才能使本专业的毕业生达到相应的培养目标和毕业要求。
（一）基于PSASP的课程实验[3]
课程实验设置的主要目标是通过实验，培养学生的基本实验技能，加深对电力系统的理解，学生利用仿真平成电力系统参数的录入、潮流计算、短路计算、功率特性和功率极限等实验，初步掌握电力系统的基本分析方法，加强对电力系统分析知识的掌握能力。上述目标通过让学生使用PSASP（电力系统分析综合程序）软件，在本专业的电力系统仿真实验室完成电力系统潮流计算仿真、电力系统的短路计算仿真、单机—无穷大系统稳态运行方式和电力系统功率特性和功率极限等实验。学生通过上机实验，能够基本掌握电力系统的分析方法，甚至个别同学还在使用PSASP的同时，使用MATLAB软件实现相关的潮流和短路计算[4]，并对两种结果进行比较分析。
（二）课程设计和毕业设计
该门课程的课程设计是用单独的一周时间来完成的，具体分配了3个设计题目，由学生自由分组和选题。主要是希望学生通过开展课程设计锻炼解决实际工程问题的基本能力（查阅资料、工程问题的数学计算和分析、报告的撰写及团队合作）。课程设计题目的选取来源于相关的科研项目，以潮流计算和短路计算为核心的相关工程性问题。主要考察对手算潮流和短路计算基本方法以及计算机潮流和短路计算的掌握情况。具体分组为2人一组，组员过多，会导致个别组员实际承担的工作过少；一人独立完成，时间不够充裕。因此，2人一组可以较好地分配工作和保证课程设计的顺利完成。课程设计的验收工作以现场答辩的方式来完成，答辩成绩占总成绩的40%。指导老师会针对每组提交的设计报告，提出2～3个问题，同时要求现场演示计算机仿真过程，并根据具体情况，提出1～2个问题，如果超出3个问题回答不正确，则视为课程设计不通过。答辩过程中，选择同一题目的小组之间可以互相提问和评价，该环节占答辩成绩的20%。这样有利于学生加深对设计题目的理解和认识，同时找出设计过程中的不足以及同他人之间的差距。毕业设计安排在大四的下学期，除了《电力系统分析》，其他相关的专业课程学生都已经选修完毕，具有一定的综合运用电力系统相关知识的能力。设计题目来源于科研项目中的小项目，以锻炼学生开展项目研究的能力。毕业设计比之课程设计，题目要复杂得多，是对整个大学期间所学相关专业知识的整体验收。《电力系统分析》所学相关知识作为毕业设计题目的核心内容，是对该课程教学效果的另一种验收形式。相比考试而言，能更加有效地检验毕业生是否具备了培养目标和毕业要求中罗列的基本能力。
（三）实习环节
课程相关的认识实习和生产实习由于电力行业的特殊性，使得学生只能在变电站和发电厂进行参观，而不能进行具体地操作。这个过程中就需要带队的教师能够在参观前和参观过程中对所学知识的具体应用进行讲解，以提高实习的效果。通过学生对实习的反馈情况来看，大家对实习单位的兴趣比较大，在具体参观过程中，对电力设备和电力系统接线和运行方式的认识得到了加深，使原来仅停留在原理图和结构图上的电力系统形象化。同时，学生对毕业后所能从事的工作有了一定的了解，更能激发相关专业课程的学习兴趣。
四、结语
通过以上教学内容、方式和方法的探索，使学生能更易于理解和掌握本门课程的理论知识，而实践教学的具体开展，则通过课程实验、课程设计、毕业设计和实习环节来确保学生将所学的理论知识用以分析和解决具体的工程性问题，更好地达到本课程的培养目标，从而自下而上地支撑本专业学生的毕业要求，使培养出的学生成为电气工程相关领域的复合型工程技术与管理人才。
作者：柳晶晶 单位：广州大学机械与电气工程学院
参考文献：
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[2]夏道止.电力系统分析[M].第二版.北京：中国电力出版社，2015.
关键词：MSP430 压控电流源 模拟闭环控制 空载过压保护
中图分类号：TM615 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）10-0003-02
在现实的生活中，电源类产品在出厂前，必须经过性能测试，合格后才能投入市场。在以往，通常采用静态负载，如电阻箱等可变阻值的电阻来模拟负载，但其测试精度低，方法不易操作，给电源的测试带来了困难。为了解决这个问题，人们设计了一种电子负载设备，可以有效改良电源测试的方法。电子负载主要依靠电子元器件吸收并消耗电能，其体积较小，一般采用功率半导体器件作为载体，使得负载易于调节和控制，并能达到很高的精度和稳定性。本文在系统设计中采用TI公司的单片机MSP430，该单片机工作电流低，能有效降低功耗，具有16位数据的处理能力，且内置硬件乘法器，乘除法运算都为单周期指令，运行速度更快，片内集成资源丰富，为系统设计提供了可能。同时通过测量电路实时监控被测电源的相关数据，并通过LCD显示屏，显示测得的数据。本文设计简单易行，系统运行稳定可靠。
1 系统设计的基本原理
1.1 系统设计方案
系统设计利用单片机MSP430作为核心控制器，以44矩阵键盘设定单片机输出电流值，单片机将相应的数字信号输出给D/A芯片处理，将键盘设定输出的电流值从数字电压信号转换为模拟电压信号，再经恒流控制和电流放大，将产生的信号接入被测电源的输入端（电源的正极）。被测电源的实际输出电流（电源的负极）再经过采样电阻形成电压信号经过A/D信号转换和电压检测，将数字信号输入单片机进行相应的程序处理，再经LCD液晶屏显示。
在电路的设计过程中，为减少误操作给系统硬件带来的破坏，我们也设计了空载和过载报警电路。当系统中没有接入被测电源或者检测的电流值超出一定范围，通过蜂鸣器报警和高亮LED的闪烁，引起使用者足够的注意。以上功能设计的系统框图如图1所示。
1.2 系统硬件设计的实现
电路设计中，D/A转换器我们采用的是8位的数模转换芯片DAC0832，其引脚结构如图2所示。
DAC0832内部含有两级输入寄存器，使其具备双缓冲、单缓冲和直通三种输入方式，以便适用于多种电路设计需要。D/A转换结果采用电流形式输出，再通过选用合适的线性运算放大器实现模拟信号的放大，满足相应的设计需要。同时运放的反馈电阻可通过Rfb引脚端引用片内固有电阻，也可以根据设计需要外接反馈电阻。该芯片的典型应用如图3所示。
本文系统设计的控制芯片采用的是MSP430，反馈电阻采用的是外接电阻，经D/A转换后输出的电流连入集成运算放大器LM324的输入端，进行模拟信号的放大，再经过反馈电路，将相应的模拟信号进行数据处理。而反馈电路运行的稳定性，直接影响着系统工作的精度，作者采用了如图4的硬件设计方式实现反馈电路的功能。
受控电流源采用普通三极管SS8050和大功率三极管3DD15D相结合，通过控制流入大功率三极管3DD15D的基极偏置电压，间接控制输出到负载上的电流大小。在系统的设计调试过程中，我们采用15V电源和负载电阻来替代实际的被测电源，进行相关的参数研究。实际使用中，我们可以去除负载电阻，在15V电源和GND接线处连接被测电源。设计中，我们还需考虑到输入到单片机的电压是经过A/D变换的数字信号，这样才可以实现与MSP430的接口连接，由核心控制器来进行数据的处理。由于MSP430内置A/D转换器，可以完成模拟信号向数字信号的转换，因此降低了系统硬件电路设计的复杂性，有利的节约了开发成本。
实现空载和过载报警电路的方法是测量负载两端电压，由于这两点电压比较高，因此需分压后送A/D测量，分压电阻取值需要较大，以减小对输出电流的影响，当超过额定值时通过主控制器软件程序判断是空载或者过载，电路设计如图5所示。
2 系统设计的软件功能原理
在系统硬件设计的基础上，作者完成了相应的软件程序设计，其程序流程图如图6所示。
在整个硬件系统上电后，首先进行系统初始化，保证各硬件系统运行正常。空载或者过载部分的程序编写可以有效减少因误操作对系统的硬件造成的破坏，在这部分程序中，以容错技术为主，包括：空载报警提示、负载电压过大报警。当电流源没有外接负载或者外接负载超过系统设计的参数极限时，产生相应中断程序，调用声光报警程序和液晶显示程序，提示系统的操作者。
除此之外，程序流程图中的按键扫描程序是重要组成部分，实现的相应功能的子程序较多，其中实现的按键功能有加1键，减1键，退格键，取消键，确定键，保存键和基本的数字功能键。键码的分析中涉及到键盘扫描和编码技术，其中键盘扫描的方式一般有三种：主动查询方式、键盘中断方式和定时中断方式。键盘编码的方式常见的有三种：特征编码法、顺序编码法和反转查表法。本次设计采用主动查询方式对键盘进行扫描，采用反转查表法对键盘编码。
主程序示例。在主程序中，包括基本的头文件和主函数，由于整体程序的复杂性，在本文中我们针对主要的功能函数进行简单说明
3 结语
该简易直流电子负载电流可以在100mA～1000mA范围内进行设定，并且以10mA的步进值，对输出电流大小进行微调，因而可实际应用于检测小功率恒流源的稳定性。在恒流（CC）工作模式下，当电子负载两端电压变化10V时，显示电流值变化小于1%。电子负载还可以检测被测电源的电压与电流，达到设计要求。
作者在接下来的系统研究中，将进一步通过提升硬件性能，改善硬件设计的合理性，提升软件程序的运行效率，提高电流的输出精度，达到更稳定的测试性能。
参考文献
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[2] 童诗白，华成英.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2001，248-291.
[关键词]单片机及集成电路，电表设计
中图分类号：TP391.72 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）41-0381-02
为了让用户在使用电表方面更加方便，为此设计了一款方便迅捷的电度表。一般传统设计的电表需要抄表人员定期挨家挨户抄取数据，结算出费用后，再到各家索取，误差大、统计工作量大，人为的错误给电力部门和用户带来极大不便，也造成了用户和电力部门的纠纷。因此我设计了利用单片机作为控制器的IC卡预付费式电度表，而且微控制器和大规模集成电路在电能计量领域的广泛应用，也使的这一设计更加合理化。同时本设计作为一种智能化的家居电气，也给人们生活带来了诸多的便利，这无疑促使它在现在的生活节奏中更具有优势。
1 系统主要硬件电路设计
1.1 有功电能测量的基本原理
电度表由分压器取得电压信号，电流互感器取得电流采样信号，经乘法器得到电压电流乘积信号，再经频率变换产生一个频率与电压电流乘积正比的电能计量脉冲，就容易计量处电能。
电度表采用了专用集成电路SM9903.SM9903芯片包含四象模拟乘法器、积分器、电压/频率转换器VFC、计数器（分频器）及控制逻辑。
在正弦稳态情况下，设正弦电压和电流分别为：
式中，u为交流电压瞬时值，i为交流电流瞬时值，U为交流电压有效值，I为交流电流有效值，为交流电的角频率，=u-i为电压电流的相位差。
经四象限模拟乘法器相乘后的瞬时功率为：
（3）
可见，瞬时功率有恒定分量UI和正弦分量两面三量两面三刀部分，正弦分量的频率是电压（或电流）频率的两倍
瞬时功率p经积分器后，得有功功率P，即
P= （4）
以上分析表明，有功功率P为恒定分量，将正比于P的电压经V/F变换后，输出的是频率随P变化的脉冲，只需将脉冲累计计数，则计数值N即为电能。
1.2 预付费电度表工作电路基本原理
预付费电度表的硬件电路可分为、控制电路、显示电路、IC卡接口、电能存储器、掉电检测和电源几大模块。
1）电能计量电路
电能计量电路采用电子电度表专用集成电路SM9903.
用SM9903构成的电路计量如图1：
在上图中，采用340μΩ的锰通篇为电流采样电阻，用精密金属作为电压采样电阻。C4、R17、VD1、VD2、C8、C9、VZ1、VZ2为电容降压示电源，为SM9903提供±5V的工作电压。32768HZ为表用晶体振荡器，为SM9903提供时钟。C6、C7为积分容。R8为参考电压整电位器。
2）IC卡接口电路
IC卡接口电路采用存储IC卡AT24C01，用于存储由售电管理系统写入的密码、卡号、电度数等，是电管部门与用户连接的桥梁。为了提高IC卡操作的可靠性，必须有卡上下电控电路、卡插入检测电路、卡短路检测电路等辅助电路，结合软件可以大大提高其读写的准确性和可靠性。
3）显示电路
本系统采用液晶显示器，其特点是显示内容丰富（可显示汉字），功耗低，可靠性高，电路简单。器件型号是：SMG12232B-2，显示容量为122*32点阵。采用总线方式连接。
4）电能存储器
电能存储器是由串行EEPROM和上拉电阻组成，电路如下图，在串行时针和数据接上拉电阻R25和R27，分别连接到IC4的P3.0和P3.1端，串行EEPROM选用AT24C04，AT24C04为低电压（2.5―5.5V），长寿命（可擦写十万次以上）器件。在`掉电时存储剩余电度数。
5）掉电检测电路
掉电检测电路由比较器（运放LM393）、电压基准LM336（2.5V）、R31、R32、R33、R34、R35、R36和二极管VD7组成，电路如图
R31为VZ3提供合适的工作电流，VZ3上端作为电压基准，R32、R33对电压分压，与Vz做比较。电源电压正常时，V-V+时，比较器输出低电平，使微处理器产生外中断，做掉电处理（将剩余电能存入EEPROM中）。VD7、R36为施密特电路，是为了避免电压在阀值左右波动引起反复的写操作。
6）磁保持继电器驱动
磁保持继电器能使电磁线圈中保持上次驱动脉冲所注入的磁场不便，即在正常工作时不需要加驱动电流，只在需要改变触点状态时加上200ms的反向脉冲即可。随后不需要任何驱动。这就大大节省了能量，降低了消耗。
磁保持继电器由AT89C52的P1.0、P1.1发出控制信号，P1.1为高电平时线圈中有正向电流，P1.0为高电平时线圈中有反向电流。驱动电路由R21、R45、R47、R48、R49、R50、PNP三极管VT1、VT4，三极管VT5、VT6、VT7、VT8组成。L为电磁线圈。
当P1.1=1、P1.0=0时三极管VT4、VT7、VT8导通，而VT1、VT5、VT6截止。流经L的电流方向为+12VVT4的E极VT4的C极线圈的B端线圈的A端VT7的C极VT7的E极地，继电器触点接通；
当P1.1=0、P1.0=1时三极管VT4、VT7、VT8截止，而VT1、VT5、VT6导通。流经L的电流方向为+12VVT1的E极VT1的C极线圈的A端线圈的B端VT6的C极VT6的E极地，继电器触点断开。
当P1.1=P1.0=0时，所有三极管均截止，线圈无电流。当P1.1=P1.0=1是不允许的情况，因为这时所有的三极管均导通，功耗很大。
系统软件程序设计主要包括：主程序设计、IC卡检测及读写程序、掉电保护程序设计等.
2 总结
通过这次的课程设计，认知到了自己对单片机应用很多方面的不足.在实际的运用中，很多知识对自己来说都是陌生的.不过通过这次的设计，让我的知识也增加了不少，对论文的书写有了更好的认知.更重要的是对单片机有了更加深刻的理解.在查找的大量书籍和资料中获取了很多的知识.
本设计有着许多的优点，比如说计量准确，精度高，IC卡保密性好，可以知道你剩余的电量，已用电量，而且在不足时候会提醒用户及时充值，而且具有相当好的保护措施.
当然本设计也有着一些不足之处，例如抗干扰性不强，而很多的硬件损坏，以及系统失效都是由于各种干扰引起的，很多干扰来自电源，而电源由于电压的稳定性有着必然的联系.而在软件方面，当微处理器收到干扰时，程序指针PC会出错，因为MC-51的系统指令二字节、三字节指令较多，运行到程序区时，将操作数当成操作码执行，会造成混乱；跳到非程序区时，很有可能陷入某种循环不能出来，这也是本设计的不足之处.
总的来说本设计还是相当实用的，我也在其中获得了很多的指导，我相信这次的设计会对我今后的工作有帮助的，我也相信我的毕业论文会做的更好.
参考文献
[1] 阎石.数字电子技术基本教程.北京：清华大学出版社，2007.
1、实验内容要理论知识和实践应用相一致
新课程标准要求把《电子电工技术》实验内容划分为电工基础、模拟电子线路、数字逻辑电路、电动机控制、电力拖动与自动控制等模块，每个模块又设有相应的子模块，如电工基础模块包含电工定理验证、安全用电、电工测量、RLC电路、三相电路连接和家用电路设计安装与维护等六个子模块；模拟电子线路模块包含半导体基本知识、二极管、三极管、稳压电源、放大电路、电路焊接制作与设计创新等六个子模块。
实验要立足学生现有的知识水平和专业技能，着眼学生今后工作、生活中的实践需要设计、开发相应实验，把相关理论知识渗入到实验实训中，让学生既能培养实践能力又能掌握相关的理论知识。例如：在教学电工基础模块时，不妨设计“三相白炽灯电路的设计与安装”实验，给定三组白炽灯、三相电源、导线若干、一个万用表等材料，要求学生分组设计电路，每组根据自己的设计连接好电路，教师用多媒体与学生一起学习什么是三相电路、三相电源及三相负载的星形联接和三角形连接方式，再安排各组学生相互检查连接电路是否正确，对于错误的电路要在老师的帮助下纠正。要强调强电操作及三相电路连接的注意事项，安排学生通过实验测试三相白炽灯电路星形、三角形连接时的线电压、相电压、线电流之间的关系，实验表格自行设计，从而通过实验数据得出相应结论。
2、在重组实验内容中实施教学目标
传统的实验内容总是由理论教学内容确定，实验中需要用到什么器材，就介绍这部分内容，学生只知其一不知其二。例如：在做完“直流电路中电压、电流测量”实验时，虽然学会了用万用表来测量直流电压和电流，但对实验台上直流电压表、直流电流表使用就不得而知了，整个实验内容的设计不能很好地开发学生的学习应变能力和创造性。为改变这种状况，应该根据教学大纲和电子电工实验室整体的设备情况，把整个实验内容进行重新组合，把实验内容分为：（1）常用仪器仪表的正确使用；（2）元器件的识别与测量；（3）基础性实验；（4）设计性实验；（5）综合性实验五部分。根据学生的认知规律分阶段的进行实施：
2.1学会使用万用表、交直流电流表、示波器、信号发生器、真空管毫伏表等常用仪器仪表，灵活的使用多种仪器、仪表对同一个电量进行测量。
2.2学会常用元器件的识别和性能判断为教学目标，要求学生会对元器件极性、管脚、性能的好坏进行判别。
2.3完成基础性实验电路的连接和电路参数的测量，加强实验技能的基本训练，学会实验数据记录、处理，实验结果分析、实验报告书写，培养学生实事求是的科学态度。
2.4培养学生自主学习能力和创新思维，安排一些设计型实验。
2.5培养学生综合分析问题和解决问题的能力，安排一些有难度的综合性实验。
3、注重对学生习惯和能力培养相结合在实验中必须培养学生有条不紊的习惯。电工实验中元件多、易损坏、易出安全事故，可采用标号进行管理，对实验的元件及线路进行编号，明确职责，保证元器件的正常使用，培养学生爱护公物的良好习惯。排除线路组装中的故障，这是提高学生分析问题能力、独立思考能力的最好时机。我们首先要立足于理论教学，让学生熟练掌握线路原理，能分析某一元件或某一段线路出现问题，会出现何种故障，这是进行故障分析的基础。其次，我们要向学生介绍多种故障排除的方法，并明确其利弊，指导学生动手排除故障，从多方位、多角度的提高思维能力。还可以故意设置一些故障，让学生自己动手排除故障，帮助学生学会排除故障的方法，提高其知识迁移能力。
关键词：微电子；课程设计；教学体系；改革研究
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）51-0083-02
一、改革研究背景
微电子课程设计是微电子等专业本科学生必修的一门专业实验课，是理论性和实践性都非常强的一门课程[1-4]。微电子课程设计涉及了集成电路设计、半导体物理、半导体器件、工艺及材料等多个专业方面。笔者经过多年的教学与实践，总结分析后发现如下两点不足：
1.课程内容主要集中在电路方面，忽略了对微电子工艺及器件方面的教学与考核。对于微电子专业的本科生而言，该实验应该重点包括两部分内容――微电子工艺与器件、集成电路设计。其中，微电子工艺与器件主要包括微电子工艺模拟、微电子器件模拟和MEMS器件模拟三个模块，相关软件有Sentaurus Process、Taurus MEDICI、ANSYS等。学生掌握完成各种半导体器件的工艺方案设计、工艺参数优化、直流特性分析、交流特性分析、频率特性分析和简单门电路的器件级模拟，加深学生对专业知识的理解和把握，培养设计创新能力[5]。
2.在电路方面，现有的教学内容过多偏重于模拟部分。课程应该加强数字集成电路的讲解。传统的集成电路主要分为数字集成电路和模拟集成电路两部分，主要软件有Cadence、Actel Designer、ADS等设计软件。通过EDA软件，实现不同层次和复杂度的模拟、数字集成电路设计实验。完整的电路实验可以切实提高学生的实践能力，增强就业竞争力。
二、改革研究目标和思路
本文研究目标是针对微电子等专业的本科生，依托南京邮电大学电子科学与工程实验教学中心良好的软硬件环境，改革微电子课程设计课程内容和方法，形成一套完整的课程内容，涵盖从微电子工艺器件，到集成电路设计。要求学生掌握半导体材料特性测试技术、微电子技术工艺参数测试分析技术和微电子器件设计与参数提取技g，能够熟练使用集成电路EDA工具软件，独立完成基本电路设计。改革对加深学生对微电子专业知识的系统理解和掌握，培养设计创新能力，提高就业竞争力有着良好的推动作用[6]。
改革主要思路是将课程内容分成两部分，即微电子器件的设计及模型参数的提取、集成电路设计，根据团队中各个老师的研究方向，安排专人进行课程内容建设，设计出符合本科生知识背景的专业实验。特别针对器件级和电路级的衔接，制定出可行的实验内容。本课程要求学生先修完大学物理实验，半导体物理，半导体器件，微电子学概论，模拟电子技术，数字集成电路设计，微电子制造技术和计算机辅助设计等理论课程后，再进行本课程的学习。
三、改革研究内容
为了紧跟当今科学技术的飞速发展，进一步加强微电子专业学生的综合基础知识和专业素养，了解集成电路的整个设计流程，本改革全面系统地进行了涉及从微电子工艺、器件、模型、IC设计等整个流程。旨在培养学生运用Sentaurus，ICCAP，Candece，Synopsys等EDA软件进行微电子工艺，器件模型以及IC集成电路设计，熟悉从工艺，器件至电路的整个设计流程，能进行工艺级，器件级和电路级的设计工作[7]。改革内容主要包括如下两部分：
1.微电子器件的设计及模型参数的提取。利用Sentaurus和ICCAP等仿真软件，进行集成电路工艺和器件的设计与模拟，然后对于建立的器件结构进行相关模型参数的提取。具体包括：①器件结构的实现；②器件特性的表征；③器件模型参数的提取。
2.集成电路设计。①模拟集成电路模块包括了从最基本的单管放大器到具有较为完整功能的集成电路芯片的设计内容，借助于实验内容的推进，学生可以实现从电路设计、电路仿真、版图设计、版图验证、芯片测试的模拟集成电路设计流程。②数字集成电路模块可以完成包括数字集成电路前端和后端实验内容，学生可以完成从系统定义、RTL综合、时序分析、可测性设计到版图实现的完整数字集成电路设计流程[8]。并且配备了先进的集成电路测试系统，做到虚拟仿真与实际硬件仿真相结合，进行复杂系统功能的验证。
四、改革研究意义
1.加强学生对整个集成电路设计流程的掌握，充实南京邮电大学微电子专业面向“卓越工程师”培养的实践教学体系的建设，提高学生们的实践操作能力，加深对理论知识的理解和掌握。
2.重构优化现有的微电子专业设计课程安排，针对当今先进集成电路设计，形成涉及从微电子底端（工艺级和器件级）至顶端（电路级和系统级）的一整套课程设计。
3.培养学生对微电子相关的EDA软件的学习与使用，并形成一批具有理论基础、能提高学生EDA使用技能的创新项目，提升学生们的创新意识，培养他们探索新事物的勇气，使他们更加适应新世纪的挑战。
五、总结
改革内容涉及了微电子工艺、器件制作、参数提取以及IC电路设计，这些知识和技能的培养是作为微电子专业学生必备的，同时也是学生后续进入研究生阶段从事微电子相关科学研究的基础；改革中涉及到的各种EDA软件的学习与使用，均是当今先进集成电路设计中正在使用的，这些技能的学习与掌握有助于提高学生们的综合素质，提升他们将来毕业后的就业竞争力，也有助于加快我国的现代化建设，实现“中国梦”。
参考文献：
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Research on the Reform of the Teaching System of Microelectronics Course Design
CAI Zhi-kuang，WANG Zi-xuan，HU Shan-wen
（College of Electronic Science and Engineering，Nanjing University of Posts and Telecommunications，Nanjing，Jiangsu 210023，China）
关键词：数字电路；EDA技术；项目教学法
【中图分类号】G 【文献标识码】B 【文章编号】1008-1216（2016）09C-0073-01
一、教学整合的意义
根据高等职业教育培养目标的要求，结合教育部大力推行的高职高专教学改革，高职院校电类专业对部分课程进行了教学改革。《数字电路与EDA技术》这门课程就是将数字电路和EDA技术的教学进行整合。
数字电路课程是电类专业的专业基础课，通过对本门课程的学习，使学生掌握典型的数字电路的组成、工作原理和工作特性，能够设计一些逻辑功能电路，并为专业主干课程的学习打下基础。对于数字电路的设计，传统的设计方法是以逻辑门和触发器等通用器件为载体，以真值表和逻辑方程为表达方式，依靠手工调试。随着数字电子技术的迅速发展，特别是专用电子集成电路的迅速发展，基于EDA技术的设计方法成为数字系统设计的主流。EDA技术就是以计算机为工具，在EDA软件开发平台上，使用硬件描述语言完成设计文件，然后由计算机自动完成逻辑编译、化简、分割、综合、仿真等，最终对特定目标芯片进行适配编译、逻辑映射和编程下载。
EDA技术的设计方法正在成为现代数字系统设计的主流，作为即将成为工程技术人员的职业技术学院的电类专业的学生只懂电子技术的基本理论和方法，而不懂如何设计电路，会限制就业的岗位。实际上数字电路和EDA技术是不能分家的，因为前者是理论基础，后者是工具，将两者整合既能学好理论又能提高实践技能。如果作为两个课程分别学习则不适应高职高专的学制长度。因此，将数字电路与EDA技术有机地融为一体是高职教育的要求和未来发展的需求。
二、教学方法探讨
在整合后的课程中我们把EDA技术贯穿于数字电路课程教学全过程。例如，在讲授门电路时，就开始用EDA软件仿真演示，熟悉用原理图输入一个简单门电路的过程，通过编译、功能仿真检验门电路的功能，可以加深学生对门电路知识的理解；在讲授组合逻辑电路时，引入硬件描述语言的设计方法，并介绍基于EDA技术的数字电路设计方法；在讲授时序逻辑电路时，可以引入一些简单的综合性的电路设计，为学生创造一个宽阔的设计空间。在开始讲解基于EDA技术的数字电路设计方法时，可以通过引入简单的数字电路的设计流程，使学生从宏观上对EDA设计方法有一个整体的了解，让学生在潜意识里建立这部分内容的知识框架。下面简单介绍组合逻辑电路中的二选一数据选择器的EDA设计流程：
（1）编写硬件描述语言（以VHDL语言为例）。在EDA编程软件中输入设计源文件，如图1所示。
（2）逻辑编译。逻辑编译过程包括检查设计源文件是否有误，进而提取网表、进行逻辑综合和器件的适配，最后形成编程文件。
（3）功能仿真。通过模拟仿真测试电路的逻辑功能是否达到设计要求，仿真波形如图2所示。
（4）锁定引脚。将程序中各端口名称与硬件电路中的各引脚对应。
（5）编程下载。功能仿真成功后，就可以将设计好的项目下载到逻辑器件中，实现既定的功能。
在课程教学中，我们采用项目教学的方法，制定一系列由易到难的项目，例如，基本门电路的设计、数据选择器的设计、全加器的设计、数字频率计的设计、交通信号灯控制器的设计、数字钟的设计等。通过各个项目展开知识点的讲解，包括数字电路的基础知识、EDA技术的入门、数字电路的分析方法、原理图的设计方法、硬件描述语言的描述方法及软件仿真和硬件下载等。在教学中尽可能地将课堂搬到实验室，让学生边学边练，将理论教学与实验教学融为一体。教学可以一部分安排在数字电路实验室，一部分安排在EDA实验室，比如对于一些简单的数字电路可以安排用数字电路实验箱进行一般的实验验证，使学生知道如何搭建一个简单的电路，如何验证一个电路的功能，从而对数字电路产生一个感性的认识。在EDA实验室，学生可以学习用EDA技术设计数字电路，包括原理图或硬件描述语言的输入、编译、功能仿真、引脚分配、下载等。
三、教学效果
数字电路和EDA技术的教学整合后，学生不光能够掌握数字电路和EDA技术的理论知识，而且可以将这些知识应用到实际中。通过对本课程的学习，既可以提升学生的专业基本技能，又可以使学生具备创新、分析及解决问题的能力，还可以提高学生的工程实践能力。这样做不仅体现了高职教育的培养目标，而且满足了目前招聘企业对高职学生岗位能力的需求。
课程设计是一个系统的工程。课程设计的任务将是一套完整的系统，一般包括硬件电路设计、软件电路设计和硬件调试等。每个学生对每门功课的掌握程度参差不齐，这就需要学生在课程设计中分工协作，角色分明。指导教师可以根据每个学生的特点和优势将学生进行分组，一个班级内每4～5个学生一个设计小组。
课程设计的内容需要的知识是多方面的，而每一个人的知识面是有限的。设计过程中小组成员要有团队合作意识，充分发扬团队精神。遇到困难要进行小组讨论，发挥个人长处，集体研究，互相学习，共同渡过难关。这样不仅节约时间，也在讨论的过程中弥补自己知识的不足，学习更多的东西。一个凝聚力强的团队，一定会有高质量的课程设计结果。学生应以认真的态度、勤奋的工作做好课程设计，把课程设计作为培养自己实际工作能力的重要环节。通过课程设计训练，树立课程设计中的工程观念，培养自己运用基础知识解决实际问题的能力。
教师的指导作用
在课程设计过程中也要重视教师的指导作用，一次成功的课程设计与教师的悉心指导是分不开的。课程设计的宗旨是培养学生综合运用所学理论知识，在实践中认识和解决一些实际问题。课程设计过程中，指导教师应为人师表、教书育人，同时对学生严格要求。应始终坚持把对学生的培养放在第一位，重视对学生独立工作能力、分析解决问题能力的培养以及设计思想、基本程序和方法的指导。教师的具体工作如下：
设计题目，填写学生课程设计任务书。
开设课程设计指导课程讲座，让学生了解课程设计意义，明确课程设计的基本要求，掌握课程设计的过程方法。
定期检查学生工作进度和质量，进行答疑指导，指导教师对学生指导时间每天不应少于2小时。
指导学生按照规范要求完成课程设计报告。
学生课程设计完成后，教师应认真评阅学生的课程设计报告，并对学生进行答辩，根据相关要求给予评分，并写出书面评阅意见。教师在对学生的指导过程中，不仅要求教师不断用新知识、新理论充实自己，努力提高自身的综合素质，而且要求教师勇于探索，对教学模式大胆改革，挖掘学生潜能，强化素质教育。
实例介绍
题目：设计一套直流电机转速控制系统
1设计说明
设计一种基于单片机的直流电机转速控制系统。该统采用单片机为核心，产生PWM（脉宽调制）信号；通过LMD18200驱动芯片采用双极性驱动方式来控制直流电机的启动、调速；并且采用键盘作为输入，加减改变转速数据；通过CD4511进行7段数码管驱动显示电动机的转速。本次设计可以作为简单控制向复杂控制的过度，实现直流电机启动、正反转控制和顺序控制外，还要进行转速控制，作为以后复杂控制的基础学习。
2设计中用到的器材
3设计中三个主要模块
（1）单片机系统：单片机采用PWM控制原理控制直流电动机。设计复位电路和晶振电路。（2）电路：实现单片机和电动机驱动电路的电路接口，直流电机机驱动电路和直流电动机的接口电路；以及键盘显示接口电路。（3）系统软件：用C语言编写基于PWM控制程序，实现对直流电机的控制功能和显示。
4设计思路
采用单片机产生PWM（脉宽调制）信号，驱动LMD18200输出来驱动直流电机转动，根据键盘输入的转速，调整PWM脉宽信号的脉宽，从而改变电机的转速，通过CD4511进行7段数码管驱动显示电动机的转速。
5考察的知识点
单片机的使用；PWM脉宽调制技术；电机调速技术；显示技术；C语言编程技术；键盘输入技术；一套直流电机转速控制系统的设计，考察了学生单片机、电机调速技术及C语言等多方面的知识点，巩固了学生本科阶段所修基础课程和专业课程的基本理论知识，也启发了学生通过动手实践以及对实践结果进行思考获取知识，避免灌输式教学。同时也加强了对原理性知识的实践，降低了学习难度。
《控制电机》课程设计可行性分析
课程设计过程本身就是通过学生自己设计动手来探究和实践某些理论知识。在这个过程中，学生按照课程设计要求，提出自己的设计方案，列出课程设计过程中需要的器材清单，能有器材给予满足让学生自己动手，在很大程度上提高了学生的主观能动性。《控制电机》中讲授的每一种电机在我校实验室中仅有一台而只能进行观摩性实验，一个最主要的原因就是成本太高，而课程实验课程设计中一般用到的控制电机输入电压低、体积小、成本低、操作方便。上述实例中，让学生设计一套电动机调速系统，需要用到的核心器材就是PIC单片机C8051F310、微型直流电机ASLONG260和和驱动芯片LMD18200。微型直流机的成本在5元左右，单片机的价格在15元左右，驱动芯片的价格在35元左右，加上其他一些辅助器件如电阻电容等总共成本大概在70元左右。这样，一个班级如果4～5人一组，那么总共只需500元左右就可以让每个学生体会到动手实践的机会。因此，《控制电机》课程设计是经济可行的，不仅填补了实验器材的空缺，而且提高了学生应用动手能力，培养了学生的团队精神。
结语
[关键词]电路理论 基础教学 启发讨论式教学 设计性实验
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2014）07-0113-02
“电路理论”课程是工科电类各专业的一门重要的技术基础课。通过本课程的学习，学生要掌握必要的电路基本理论、分析计算方法和一定的实践技能，更重要的是要具有分析和解决问题的综合能力，为后续专业课程的学习打下坚实的基础。根据本课程的特点及其在专业中的地位，笔者结合多年的教学实践，从以下三个方面着手研究、改革教学方法，取得了较好的效果。
一、加强基础教学，重视基础，强调基础
“电路理论”课程的主要内容包含电路的基本概念、基本理论和电路分析的基本方法，主要是为后续课程的学习提供必要的理论基础知识。建构主义理论[2]认为：工科课程的基础知识代表了前人对客观世界某一领域的本质和规律的认识，只有当这些知识在头脑中建构程度等同甚至超过了前人对相应的客观规律的认识深度时，才可能迸发出新的意识和思想，创新才有可能发生，所以，一定要重视基础知识的扎实理解和掌握。
例如，参考方向是电路理论中一个非常基础而又非常重要、在初学时又有点难于理解的概念，在教学过程中一定要做到让学生深刻理解、自如应用。首先引入一个电压源串联电阻的简单电路，告诉学生：在这个电路中，电流的流向是可以知道的，因此可用箭头代表实际电流方向。但是，我们将面临的分析对象是复杂电路，复杂电路中每条支路的电压和电流是怎样的流向，预先是不可能知道的，况且，在交流电路中，电压与电流的大小、方向是随时间而变化的，也不可能事先知道、唯一确定。因此，要引入参考方向的概念。然后强调参考方向是任意标注的，参考方向下求出的电压、电流值都是代数值，让学生去除“参考方向标注得对还是错”的错误概念，参考方向的最终目的就是结合代数值让我们知道在某个时刻支路电压和电流的实际大小和方向。
在理解了参考方向的基础上，强调对关联的参考方向的理解。关联的参考方向一定要选定某部分电路，进一步要求学生能够正确应用关联和非关联参考方向计算功率。 同时，在陆续学到元件的伏安特性时，要强调元件两端电压电流的参考方向关联或不关联时特性的不同的表达式，进一步理解参考方向可以任意标注，而分析计算得到的实际结论是唯一的。
通过最初的加强，过程中不断地回应，学生对参考方向就可以达到深刻的理解，得以自如地应用。
又如，直流电路的分析方法是课程重要的基础。讲授的过程中，针对b条支路，n个节点的电路，每条支路的电压、电流都作为变量时，需要2b个方程，其构成为：（n-1）个KCL方程，b-（n-1）个KVL方程，b个VCR方程，引入2b法。
强调2b法从拓扑约束和元件约束两大约束出发，建立电路的方程，是分析复杂电路的基础。但是2b法因为未知量个数太多，联立方程数太多，限制了它的实用性，必须寻求能减少电路方程数的求解方法。于是引出支路电流（压）法——1b法，只以支路的电流或电压作为未知量，其方程构成为：（n-1）个KCL方程，b-（n-1）个KVL方程，强调这并不说明1b法只需要拓扑约束，只是将元件约束方程渗透到拓扑约束中了，两大约束是分析复杂直流电路的基础。
在1b法的基础上再逐步引出节点电压法和回路电流法，进一步减少了电路方程数。要强调：节点电压法之所以只需要（n-1）个KCL方程，是因为当用节点电压表示各支路电压时，各回路的支路电压自动满足KVL定律。同样，回路电流法之所以只需要b-（n-1）个KVL方程，是因为用回路电流表示的各支路电流自动满足节点的KCL定律。再次强调，分析复杂直流电路的基础是两大约束。
二、采用启发讨论式教学，引导学生思考
为了培养学生的探究、创新精神，必须改变教师灌输为主、学生处于消极被动状态的教学方法，教师在课堂中要善于提出适当的问题，引导学生思考，以突出相关知识点需要强调的内容。
以节点电压法的学习为例。在讲授完这个内容的理论及相关例题之后，针对一个具体电路，学生大多能够通过自电导、互电导的构成及相应电源的处理，列出电路的节点电压方程组，此时，笔者出示思考题：图示部分电路，R1构成节点1和节点2方程中的自电导和互电导吗？
学生大都表情茫然。按照节点电压法的规则，自电导的构成是跟节点相连的所有支路的电导之和，互电导的构成是节点间公共支路上的电导，但此图中，R1不构成节点1和节点2方程中的自电导，也不构成互电导。通过这个思考题，引导学生不光要记住规则，还要思考节点电压法的本质：节点电压法实质是列节点的KCL方程，自电导和互电导是将各支路电流用节点电压表示的过程中出现的系数，而此图中，该支路的电流即为电流源的电流值，与节点1、2的电压和R1都没有关系。
引导学生进一步思考：R1的存在及大小对电路有什么影响？学生能够马上回答“会改变电流源两端的电压大小”。更进一步引导学生思考：将电流源换为受控电流源的话，结论是一样的吗？
通过这样一道思考题，使学生在应用节点电压法的常规规则解题的同时，对节点电压法的本质有更清晰的理解，继而能够处理一些特殊电路情形。
正弦交流电路的相量分析法，也是课程的一个重点和难点，对这部分内容，我们可采用提出问题、解决问题的研究型教学模式。
首先，让学生明白概念：正弦交流电路的稳态响应是与输入同频率的正弦量，从数学上讲，就是电路的非齐次微分方程的特解。有了动态电路分析方法的基础，提问学生：通过求解电路的非齐次微分方程的特解的方式来求正弦稳态响应，存在什么问题？通过引导，指出两个问题：（1）需要列电路的微分方程，这对很多复杂电路，是很难很烦的过程；（2）把一个与输入同频率还需确定幅值和初相位的正弦函数代入微分方程求特解的过程，涉及非常繁琐的三角函数运算。
然后，引出又一种方法：通过求对应复指数激励下的复指数稳态响应的虚部来求解正弦稳态响应，提问学生：这个方法解决了什么问题，还存在什么问题？结论是该方法把三角函数的运算转化为了复数的简单的代数运算，但是，还是需要列电路的微分方程。将该方法继续深入，将正弦量用相量表示，并得到元件VCR相量形式的约束及KCL、KVL相量形式的约束，由于元件相量的约束是代数形式，不再有微分积分，因而就可以以两大约束为基础，用复杂直流电阻电路的分析方法求解得到正弦量的各相量，进而得到正弦量，也就是电路的正弦稳态响应。相量法解决了最初方法的两个问题，是一种非常有效的求解正弦稳态响应的方法。
通过这样一个循序渐进的过程，使学生不仅会用相量法解题，还能明白为什么要用相量法解题，解决了什么问题，有什么优点，等等，有利于培养学生发现问题、解决问题的能力和探究精神及科学的思维方法。
三、理论教学和实践教学紧密结合，强化实践教学中的综合设计性实验
“电路理论”课程还有相应的实验课程，必须做到理论教学和实践教学紧密结合，培养学生理论联系实际的工程思想。在理论课讲授过程中，必须结合应用实例，让学生看到本课程的实用性以及本课程与专业的密切关系。
比如，讲授RLC二阶电路的动态响应时，理论的内容比较枯燥，告诉学生，汽车的点火电路就是一个RLC电路，引导学生课后去获取这个电路的结构、工作原理，有问题与同学、老师一道探究，增加了学生的学习兴趣，延伸了课堂教学内容。
同时，针对传统实验内容的弊端，对实验内容进行改革，减少验证性实验，增加综合设计性实验，在理论知识的基础上，启发学生设计相关的实验。由教师布置选题，由学生完成电路设计、元件选型、设备选择、实验内容设计、数据记录和结果分析等实验工作。比如：利用集成运放设计构成一种受控源电路的实验，在加减法电路的基础上，再利用动态元件的性质设计构成积分、微分电路的实验，等等。让学生在设计和实验的过程中发现问题，探究问题，最后解决问题。
通过以上几种教学方法的联合运用，学生对课程的兴趣有很大程度的提高，学完后课程基础更扎实，为后续专业课程的学习奠定了基础。同时，通过课程的学习，提高了学生的质疑精神，增强了他们发现问题、解决问题的能力，也大大增加了学生对本专业的认同度和获取专业知识的兴趣。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 邱关源，罗先觉.电路（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2009.
[2] 谢逢春.建构主义与工科基础理论课教学研究[J].高等工程教育研究，2010，（4）：151-155.
