以工程項目為導向的電子電路計算機輔助設計課程教學改革

唐斌

摘 要 電子電路計算機輔助設計是一門系統性和實踐性均較強的專業課程，是學生在低年級時所學知識的綜合。本文分析了老師和學生在電子電路計算機輔助設計課程教與學過程中出現的典型問題，從課程特點和教學要求出發，提出了以工程項目為導向的電子電路計算機輔助設計課程的教學方法，將實際的工程案例引入課堂，按照汽車電子控制器的開發流程結合電路模擬仿真+電路板計算機輔助設計的模式進行授課。該教學方法對電子電路計算機輔助設計課程的教學和課程設計具有一定的參考意義。

關鍵詞 電子電路計算機輔助設計 電路仿真 課程改革 工程項目

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

0引言

隨著科學技術的進步，汽車不斷朝著電動化、智能化、網聯化的方向發展，實現汽車電子控制是汽車發展的必由之路。據報道，高檔乘用車上電子控制器的數量超過100個，汽車電子的成本占比高達50%以上。為了培養汽車領域的復合型人才，各大高校汽車類專業均開設了汽車電子模塊課程，包括電工電子學、單片機應用、汽車電子與控制技術、電子電路計算機輔助設計等課程。其中電子電路計算機輔助設計課程是低年級所學知識的綜合，對學生日后進入相關行業和從事相關研究起到重要作用。隨著汽車電子電路規模的擴大和功能的增強，采用計算機輔助設計取代傳統的手工方法，是實現硬件設計的不可缺少的重要手段，電子電路計算機輔助設計課程就是讓學生掌握通過計算機輔助設計電子電路的方法。本文在分析電子電路計算機輔助設計課程教學過程中存在的問題的基礎上，結合課程特點和教學要求，提出了以工程項目為導向的教學方法，為電子電路計算機輔助設計課程的教學改革提供參考。

1現有教學方面存在的問題

在現有的電子電路計算機輔助設計課程教學中，教師通過多媒體課件講授課程基礎知識，在講臺上操作計算機講解輔助設計軟件的使用方法。學生課堂上記載講課的重點，課后自我練習，整個過程表現為老師講，學生被動的接受，往往學生課后要花費更多的時間回憶軟件的操作要點，效果不佳。電子電路計算機輔助設計這門課屬于專業選修課，大多數學生往往不重視，由于講授的內容枯燥和教學方式不生動，學生的興趣不高。在講授具體案例時，多以教材上的經典電路為案例，不聯系實際，學生不清楚電路的設計原則，知其然不知其所以然。隨著汽車電子電路集成度和復雜度的加大，計算機輔助設計軟件的更新速度加快，舊版本的軟件（Protel 99 SE）已經不能滿足當前汽車電子的設計要求，教學中應該運用新版本的軟件進行講授。

2教學內容及教學方法的改進

通常電子電路計算機輔助設計課程以講解電路板制圖軟件操作過程和經典電路設計為講授重點，不強調電路板的設計過程，學生往往知其然不知其所以然，新的教學方案中增加汽車電子控制器的開發流程。電子產品開發流程包括：功能描述、功能框圖、方案確定、原理圖、PCB設計、元器件清單、軟件設計、貼裝工藝標準、檢驗文件和驗收，現代汽車電子產品開發一般基于AUTOSAR框架，采用V字形開發流程，提高了汽車電子產品的開發效率、減少了開發周期。汽車電子控制器硬件設計過程中，在電路板制圖前對設計的電路進行模擬仿真有利于減小設計的重復率，NI公司的Multisim軟件是一款交互式搭建電路原理圖的電路仿真軟件，硬件設計工程師和學習電子電路設計的學生可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設計和測試這樣一個完整的綜合設計流程。最新的Multisim 14.0版本增加了模擬和數字應用的系統級閉環仿真功能，擴充了包括機電模型、AC/DC電源轉換器、開關模式電源的集成庫，具有超過2000個來自世界著名半導體廠商的電子元件數據庫。隨著汽車電子產品功能的不斷豐富，電子控制器的集成度和復雜度越來越高，越來越多的控制器采用四層板的設計，因此在課堂上增加四層電路板設計的講授。在課程實踐環節，學生可以根據所學的理論知識在仿真軟件上設計好電路模塊，實驗課上直接焊接、調試驗證相應的電路以提高學生的動手能力。現有電子電路計算機輔助設計課程教學中，老師教和學生學不同步，導致教學效果不佳，新的教學方案中要求上課時學生可以攜帶筆記本電腦，課堂上跟老師一起操作軟件，另外每節課均留出一定的時間給學生完成一些練習題，雖然這種方式教學進度慢，但是會取得良好的教學效果。以工程項目為導向的電子電路計算機輔助設計課程教學方法是將汽車電子開發項目貫穿于整個教學環節，講授汽車電子產品的開發過程：設計需求、功能定義、電路設計、電路仿真驗證、PCB制圖、制版及測試。以汽車電控液壓助力轉向控制器開發為例，首先根據整車廠提出的需求確定系統方案，整車廠希望轉向系統能滿足低速轉向輕便性和高速操縱穩定性，根據這樣的需求，確定了采用電液比例閥調節系統流量的方案；控制系統檢測車速信號和方向盤轉角信號，輸出控制指令調節比例閥的開度，同時兼具故障報警和診斷功能；控制器包含電源模塊、車速信號處理模塊、轉角信號處理模塊、比例閥驅動模塊和故障診斷模塊，通過Multisim軟件調試驗證所設計的各模塊；根據電路原理圖繪制線路圖，制作實際控制器并進行實驗驗證。在涉及汽車電子產品的開發過程的教學內容時，將實際的工程項目開發過程引入其中，在涉及電路仿真驗證的教學內容時，將各電路模塊的設計和仿真過程在課程教學中重現，在涉及PCB設計及實物驗證的教學內容時，將PCB設計過程中的重點和難點通過工程項目中電路板的設計過程來呈現。

3結語

要提高電子電路計算機輔助設計的教學質量，首先要培養學生的學習興趣，調動學生學習的積極性，其次增加學生動手實踐的機會，提高學習的效率。本文分析了現有教與學中存在的問題，提出了電子電路計算機輔助設計課程教學改革方案：在教學內容上增加汽車電子控制器的開發流程、電路仿真驗證、四層電路板的制圖、電路板實物試驗等四個方面內容，壓縮線路板制圖軟件的講授課時；在教學方式上老師邊教學生邊學，增加學生實際操作的機會，將實際的工程案例引入課堂，按照汽車電子控制器的開發流程結合電路模擬仿真+電路板計算機輔助設計的模式進行授課。通過該課程的改革，使高校培養出更適應未來工作崗位的優秀畢業生。

參考文獻

[1] 穆康樂.無人駕駛汽車發展現狀及未來展望[J].電子技術與軟件工程，2017（10）： 112-114.

[2] 麻友良.汽車電器與電子控制系統[M].北京：機械工業出版社， 2013.

[3] 魏建偉，崔仲華，陳曉平.電工電子學課程模塊化授課體系研究—以車輛工程專業為例[J].大學教育， 2014（04）： 110-111.

[4] 胡軼.汽車電工與汽車電氣模塊化整合課程的教學[J].赤子（上中旬）， 2015（02）： 78.

[5] 石嘉順.基于Multisim環境下的電路設計與仿真[J].計算機仿真，2007，24（12）： 306-308.