基于Multisim仿真的物联网应用技术专业《电子技术》课程设计新探索

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  摘要:《电子技术》课程设计是学生一项重要的综合性实践教学环节,物联网应用技术专业有完备的计算机网络实验室,将Multisim仿真引入到《电子技术》课程设计中,可起到节约资源、激发兴趣、提高搭建实际电路成功率的效果。
  关键词:Multisim仿真;电子技术;课程设计
  0 前言
  物联网应用技术是物联网在大学专科(高职)层次的唯一专业,隶属于电子信息类的交叉性综合学科,旨在培养掌握WSN无线传感网开发、物联网识别技术、嵌入式开发等基础知识,具备物联网系统集成、安装调试、软件编程和测试等能力,能从事物联网应用系统集成、安装调试、维护和相关软件开发、测试等工作的高素质技术技能人才。近年来,设立物联网应用技术专业的高职院校日益增多,各校纷纷制定适合自身专业特色的人才培养方案。《电子技术》《电路分析》是物联网应用技术人才培养方案中必须的电类基础课程,也是学生掌握嵌入式开发、物联网识别的硬件系统先导课程。其中,《电子技术》课程以模拟电子电路、数字电子电路为载体,将典型电子电路设计、调试与应用有机融合,理论性、实践性都较强,更侧重于学生职业能力的培养。
  《电子技术》课程设计是在学生的理论课程与实验内容学习完之后,集中安排的一项综合性实践教学环节,对学生的能力培养目标主要有以下几点:(1)能识别与测试常用电子元器件;(2)会使用常用电子仪器仪表;(3)会查阅电子元器件手册并合理选用元器件;(4)会根据电路功能要求,设计具体的电子电路;(5)能制作和调试电子电路及排除简单故障;(6)具有独立分析问题,解决问题的能力,懂得组织协调并具有创造性思维。
  目前,高职院校物联网应用技术专业生源普遍偏文科化,高中物理知识系统强化的缺失导致这部分学生理论基础薄弱且动手能力教差,但是《电子技术》课程设计需要良好的电路理论与实践能力。除此之外,电路设计还需要使用数学工具进行分析计算、作图,使得这些学生完成该课程设计存在一定困难。
  在《电子技术》课程设计的实施过程中,引入Multisim仿真软件,将电子电路的设计主场完全交给学生,教师发布任务并个别辅导,通过一个交互式、图形化的学习环境由学生将电子电路理论中的设计框图变成可视化,仿真功能可直接测试电路结果并完善,然后通过面包板接线完成电路的制作和调试,最后撰写设计报告。整个设计过程避免了元器件的浪费,节约了设计时间,也不断在激发学生创造力与积极性。
  1 Multisim仿真软件优点
  Multisim是美国国家仪器(NI)有限公司推出的基于Windows平台的一款仿真工具,可以方便的对各种电子电路进行设计、仿真和测试,电路分析功能强大[1]。软件以图形化、交互化的操作界面,避免了电路设计过程中的枯燥乏味;元器件的选取和测试仪器的选择只要轻点鼠标左键直接拖拽到屏幕上,然后连线即可完成整个电路,操作简单,容易上手;提供直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、直流扫描等多种强大的电路分析方法[2],不需要复杂数学推导和理论知识也能快速的设计电路,有效克服了电路仿真与设计的局限性;仿真过程没有实际元器件和仪器仪表的损耗,电路仿真测试通过后再进行实际搭建,有效节约了开发成本。
  高职物联网应用技术专业建设有完备的计算机网络实验室,将Multisim仿真引入到《电子技术》课程设计中,可起到节约资源、激发兴趣、提高搭建实际电路成功率的效果。
  2 Multisim仿真软件在《电子技术》课程设计中的应用
  基于Multisim仿真的《电子技术》课程设计实施步骤为:(1)教师下发课程设计任务,列出电子电路设计需要实现的基本功能。(2)学生根据设计思路,多拟定几个设计方案,并画出电路设计系统框图。(3)开始电路设计,应用Multisim仿真软件进行电路的设计与仿真调试,先单元电路再到整体电路,经过对比与选择,确定最终电路设计方案以及元器件参数性能指标等。(4)学生根据设计电路方案购买相应的电子元器件,利用面包板搭建实物电路进行测试与调试。(5)学生展示实际电路所实现的功能,通过教师检测并点评,课程设计结束。
  应用举例:现在餐厅都设有级别不等的VIP包厢,要求设计一个餐厅包厢VIP呼叫系统,级别越高的包厢在按铃后可获得服务员的优先服务,级别较低的次之,服务员根据铃响和屏幕显示为顾客提供服务。经过方案选择,电路设计框图如图1所示,Multisim软件仿真结果如图2所示。
  由图2仿真结果可知,数码管可根据VIP级别优先显示包厢号,设计结果符合预期设想,可以下一步用面包板搭建电路进行实物测试与调试。
  3 结论
  将Multisim仿真应用到物联网应用技术专业《电子技术》课程设计中,可帮助基础差的学生快速进入电路仿真设计,并完成实物电路搭建,从而具备初级的电子电路设计与调试的能力。良好的电子电路设计思维与实操能力的锻炼,可以进一步提高学生物联网系統软硬件实施和测试的能力,培养适应市场经济建设和社会发展需要的,德、智、体、美全面发展的技术技能人才。
  参考文献
  [1]黄培根,任清褒.Multisim10 计算机虚拟仿真实验室[M].北京:电子工业出版社,2008.
  [2]王帅,张莹,孙艳.虚实结合的电路原理实验教学模式探索[J].实验科学与技术,2015,13(5):135-137.
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