唐斌

摘 要 电子电路计算机辅助设计是一门系统性和实践性均较强的专业课程，是学生在低年级时所学知识的综合。本文分析了老师和学生在电子电路计算机辅助设计课程教与学过程中出现的典型问题，从课程特点和教学要求出发，提出了以工程项目为导向的电子电路计算机辅助设计课程的教学方法，将实际的工程案例引入课堂，按照汽车电子控制器的开发流程结合电路模拟仿真+电路板计算机辅助设计的模式进行授课。该教学方法对电子电路计算机辅助设计课程的教学和课程设计具有一定的参考意义。

关键词 电子电路计算机辅助设计 电路仿真 课程改革 工程项目

中图分类号：G642 文献标识码：A

0引言

随着科学技术的进步，汽车不断朝着电动化、智能化、网联化的方向发展，实现汽车电子控制是汽车发展的必由之路。据报道，高档乘用车上电子控制器的数量超过100个，汽车电子的成本占比高达50%以上。为了培养汽车领域的复合型人才，各大高校汽车类专业均开设了汽车电子模块课程，包括电工电子学、单片机应用、汽车电子与控制技术、电子电路计算机辅助设计等课程。其中电子电路计算机辅助设计课程是低年级所学知识的综合，对学生日后进入相关行业和从事相关研究起到重要作用。随着汽车电子电路规模的扩大和功能的增强，采用计算机辅助设计取代传统的手工方法，是实现硬件设计的不可缺少的重要手段，电子电路计算机辅助设计课程就是让学生掌握通过计算机辅助设计电子电路的方法。本文在分析电子电路计算机辅助设计课程教学过程中存在的问题的基础上，结合课程特点和教学要求，提出了以工程项目为导向的教学方法，为电子电路计算机辅助设计课程的教学改革提供参考。

1现有教学方面存在的问题

在现有的电子电路计算机辅助设计课程教学中，教师通过多媒体课件讲授课程基础知识，在讲台上操作计算机讲解辅助设计软件的使用方法。学生课堂上记载讲课的重点，课后自我练习，整个过程表现为老师讲，学生被动的接受，往往学生课后要花费更多的时间回忆软件的操作要点，效果不佳。电子电路计算机辅助设计这门课属于专业选修课，大多数学生往往不重视，由于讲授的内容枯燥和教学方式不生动，学生的兴趣不高。在讲授具体案例时，多以教材上的经典电路为案例，不联系实际，学生不清楚电路的设计原则，知其然不知其所以然。随着汽车电子电路集成度和复杂度的加大，计算机辅助设计软件的更新速度加快，旧版本的软件（Protel 99 SE）已经不能满足当前汽车电子的设计要求，教学中应该运用新版本的软件进行讲授。

2教学内容及教学方法的改进

通常电子电路计算机辅助设计课程以讲解电路板制图软件操作过程和经典电路设计为讲授重点，不强调电路板的设计过程，学生往往知其然不知其所以然，新的教学方案中增加汽车电子控制器的开发流程。电子产品开发流程包括：功能描述、功能框图、方案确定、原理图、PCB设计、元器件清单、软件设计、贴装工艺标准、检验文件和验收，现代汽车电子产品开发一般基于AUTOSAR框架，采用V字形开发流程，提高了汽车电子产品的开发效率、减少了开发周期。汽车电子控制器硬件设计过程中，在电路板制图前对设计的电路进行模拟仿真有利于减小设计的重复率，NI公司的Multisim软件是一款交互式搭建电路原理图的电路仿真软件，硬件设计工程师和学习电子电路设计的学生可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。最新的Multisim 14.0版本增加了模拟和数字应用的系统级闭环仿真功能，扩充了包括机电模型、AC/DC电源转换器、开关模式电源的集成库，具有超過2000个来自世界著名半导体厂商的电子元件数据库。随着汽车电子产品功能的不断丰富，电子控制器的集成度和复杂度越来越高，越来越多的控制器采用四层板的设计，因此在课堂上增加四层电路板设计的讲授。在课程实践环节，学生可以根据所学的理论知识在仿真软件上设计好电路模块，实验课上直接焊接、调试验证相应的电路以提高学生的动手能力。现有电子电路计算机辅助设计课程教学中，老师教和学生学不同步，导致教学效果不佳，新的教学方案中要求上课时学生可以携带笔记本电脑，课堂上跟老师一起操作软件，另外每节课均留出一定的时间给学生完成一些练习题，虽然这种方式教学进度慢，但是会取得良好的教学效果。以工程项目为导向的电子电路计算机辅助设计课程教学方法是将汽车电子开发项目贯穿于整个教学环节，讲授汽车电子产品的开发过程：设计需求、功能定义、电路设计、电路仿真验证、PCB制图、制版及测试。以汽车电控液压助力转向控制器开发为例，首先根据整车厂提出的需求确定系统方案，整车厂希望转向系统能满足低速转向轻便性和高速操纵稳定性，根据这样的需求，确定了采用电液比例阀调节系统流量的方案；控制系统检测车速信号和方向盘转角信号，输出控制指令调节比例阀的开度，同时兼具故障报警和诊断功能；控制器包含电源模块、车速信号处理模块、转角信号处理模块、比例阀驱动模块和故障诊断模块，通过Multisim软件调试验证所设计的各模块；根据电路原理图绘制线路图，制作实际控制器并进行实验验证。在涉及汽车电子产品的开发过程的教学内容时，将实际的工程项目开发过程引入其中，在涉及电路仿真验证的教学内容时，将各电路模块的设计和仿真过程在课程教学中重现，在涉及PCB设计及实物验证的教学内容时，将PCB设计过程中的重点和难点通过工程项目中电路板的设计过程来呈现。

3结语

要提高电子电路计算机辅助设计的教学质量，首先要培养学生的学习兴趣，调动学生学习的积极性，其次增加学生动手实践的机会，提高学习的效率。本文分析了现有教与学中存在的问题，提出了电子电路计算机辅助设计课程教学改革方案：在教学内容上增加汽车电子控制器的开发流程、电路仿真验证、四层电路板的制图、电路板实物试验等四个方面内容，压缩线路板制图软件的讲授课时；在教学方式上老师边教学生边学，增加学生实际操作的机会，将实际的工程案例引入课堂，按照汽车电子控制器的开发流程结合电路模拟仿真+电路板计算机辅助设计的模式进行授课。通过该课程的改革，使高校培养出更适应未来工作岗位的优秀毕业生。

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