“电子电路课程设计”教学研究

石 婷，张国英，奥 顿，顾 锞

（北京工业大学 信息学部，北京 100124）

一、教学目的

实验课、课程设计和毕业实习是大学阶段既相互联系又相互区别的三大实践性教学环节。实验课着眼于通过实验验证课程的基本理论，培养学生的初步实验技能。课程设计则是针对某一门课程的要求，对学生进行综合性训练，培养学生运用课程中所学到的理论与实践紧密结合，独立地解决实际问题［1］。毕业实习虽然也是一种综合性训练，但它不是针对某一门课程，而是针对本专业的要求所进行的更为全面的综合训练。

“电子电路课程设计”是建立在已学的“模拟电子技术”和“数字电子技术”课程以后，综合运用这两门课程所学的理论知识，实际地进行一次课题的设计、安装和调试［2］，其目的如下。

1.通过对电子技术的综合运用，将学到的理论知识相互融会贯通。课程设计和平时作业是有区别的，平时作业是为了加深对课堂所讲知识的理解，考查内容较窄、训练第一，且是经过抽象加工后给出的理想化的条件，因此有唯一答案。而课程设计是实际的电路装置，涉及的知识面广，需要综合运用所学的知识，一般没有固定的答案，需要从实际出发，通过调查研究、查寻资料、方案比较及设计、计算等环节、才能得到一个较理想的设计方案。更重要的是，课程设计的考查不光是停留在理论设计和书面答案上，而要做出符合设计要求的实际电路［3］。所以说，课程设计是一门知识的应用、综合、智力开发创新、工程技能训练、理论性和实际性极强的课程。

2.初步掌握一般电子电路设计的方法，使学生得到一些工程设计的初步训练，并为以后的毕业设计奠定良好基础。

3.培养学生独立分析问题、解决问题的能力。对设计中遇到的问题，通过独立思考、查找工具书、参考文献、寻求正确答案；对实验中碰到的一些问题，能通过观察、分析、判断、改正、再实验、再分析等基本方法去解决［4］。

4.通过课程设计这一教学环节，树立严肃认真、文明仔细、实事求是的科学作风，树立生产观点、经济观点和全局观点［5］。

二、设计思想

针对课程设计的重要性，学校对课程设计进行了改进，结合大学生电子竞赛的特点，对课设题目做了改进，本课程采用类似于电子设计竞赛的方式，强调学生的自主独立性。学生应根据设计题目要求，进行前期的方案设计、中期的组装调试和后期的记录总结。指导教师的主要任务是解释题目的要求、提供基本的辅导答疑、提供基本的材料和环境，完成对设计结果的测试验收。

实验室负责提供完成设计任务的基本条件，学生可以在本课程设计过程中采用各种不同的实现方式，但最终的设计方案应经过指导教师的认可，以保证在本课程设定的框架下，完成教学任务，达到教学目的。学生设计制作所需要通用材料由实验室提供，采用的特殊材料由学生自己解决，对于一些有推广价值的设计方案，经指导老师同意后，可以由实验室解决购买材料的费用［6］。

结合前期的理论课学习和基础实验的训练，学生已经具备了一定的理论知识和实践能力，但在知识面、综合性和自主性方面还需要进一步得到加强。因此，安排学生分别完成一个基于数字电子技术的课题设计和一个基于模拟电子技术的课题设计。均采用多课题选作的形式，课上布置题目、自主设计、制作和调试，最终提交，通过验收。

本课程总课时为48学时，由于课时所限，每个学生只能选作一个模拟题目和一个数字题目进行设计。对于不能选作的课题所涉及的基本概念，教师将进行专门的介绍和安排自学，使每个同学都能具备一定的知识和概念，不能顾此失彼。这些基本知识和概念将在考试环节加以考核。具体的课程设计案例如下所述。

1.D/A、A/D类：数字积分器和压控阶梯波发生器（见图1），此类课程设计题目重点培养学生掌握压频转换电路的设计方法，组装和调试方法。

图1 数字积分器和压控阶梯波

2.电机控制类：步进电机控制电路（见图2）、直流电机测速，此类课程设计题目重点培养学生掌握电机的运动原理，调速电路和控制电路的设计方法，组装和调试方法。为后续其他专业类实验实践课程打下基础。

图2 步进电机

3.实际应用类：人员流量计数器、自行车里程表、自行车速度表（见图3）。此类课程设计题目重点培养学生计数模块、显示模块、光电转换模块等电路的设计方法，组装和调试方法。培养学生用书本所学知识解决实际生产生活问题的能力。

图3 自行车速度表

4.放大器类：D类放大器、测量放大器、可编程放大器。此类课程设计题目重点培养学生放大电路模块、可调节放大倍数等电路的设计方法，组装和调试方法。加强模拟电路部分的掌握和锻炼。

5.函数发生器，正弦发生器制作、MAX038制作的函数信号发生器、DDS信号源的设计与实现。此类课程设计题目重点培养学生基于运算放大器电路构成其他复杂多变电路的设计方法，组装和调试方法。

6.综合性设计题目。由学生自主提出的设计题目，要求符合本课程的设计类型，在经过实验室主管教师认可后，可以作为本课程的新增题目，如基于大规模可编程逻辑器件的设计题目（数字类、模拟类或综合类）［7］。需要注意的是，完全利用计算机、单片机等编程手段完成的设计题目，水平虽高，但不属于本课程的培养重点，不宜作为本课程的新增题目［8］。

三、实施进程

本课程包括基于数字电子技术和模拟电子技术两个课题设计，也可以称为数电课设和模电课设。具体的实施过程包括以下主要步骤。

1.设计。根据所选课题的任务、要求和条件，首先要查阅相关资料，进行总体方案的设计［9］。然后，对单元电路进行选择、设计和指标分配，计算各单元电路的参数和各种元器件的参数值。最后画出总体电路图（原理图），并在计算机上进行EDA仿真通过，提交指导教师审阅、经修改后定稿［10］。

2.组装。设计方案经指导教师审查通过后，学生可领取元器件等材料，在面包板上插接或在网孔板上焊接，每个课题的具体实现形式听从实验室的统一安排。

3.调试。利用课表安排的时间和实验室开放时间，独立完成电路模块的调试、建议采用分步调试的方式，分段组装，逐一调试，最后联调，做好测试过程和实验数据的记录工作。

4.验收。根据指导教师安排的验收时间，按时接受指导教师的测试检查，并回答教师的提问。

5.撰写设计报告。设计报告是对整个设计过程的全面总结。包括对课题设计任务和要求的描述、方案的选择，电路工作原理、调试过程、参数记录分析等方面详细的叙述。特别要对设计过程中所遇到的问题、解决的方法、参加本实践环节的体会认真总结，也欢迎同学们对实验室的工作提出建议。学生应按规定的格式编写设计报告。

设计报告要求：课题名称，设计任务和要求，设计方案的选择（多个方案的比较）、系统框图、各单元电路的原理图和它们的工作原理以及计算说明。对元器件的参数、使用方法、引脚等加以说明。重点总结调试过程中出现的问题、现象及分析故障的原因，并采取解决问题的方法和手段。整理记录的数据，分析结果。收获体会、存在问题和进一步的改进意见等。每名学生独立完成一份设计报告，数字题目和模拟题目分别撰写，装订成一本。总结报告应认真撰写，实事求是，力争写出自己的特点，两人同组也应写出各自的特点和风格，不得复制。复制或抄袭他人的报告及原版提供者按作弊处理，不能通过本课程考核。

四、考核内容与方式

1.总成绩的考核评定方式。本课程按照实验单独设课的考核方式执行。教学大纲中规定的实验项目必须全部完成，课题设计，进度和时间要求相对宽松，但应在规定时间提交作品，通过验收。每个课题设计各占平时成绩的50%。所有平时成绩占总成绩的70%。

期末将进行考试，考试以笔答为主。考试范围包括课题设计的相关知识（注意：为了使每个学生掌握更多的知识，要求学生在精做所选题目的同时，也要了解其他题目的概念和知识点，在期末考试时将会有所涉及）以及实验技能类的综合知识。实验考试成绩占总成绩的30%。

2.课题设计的考核评定方式。模电课题设计和数电课题设计分别占50分，总分100分，考核内容由以下各部分组成：（1）设计方案的正确性、合理性、创新性：12分（含EDA电路设计和仿真）；（2）实验动手能力（工艺水平、测试效果、分析解决问题的能力、占用时间）：30分；（3）实验设计报告：8分。