电子设计应用论文范文

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1SABER软件仿真技术

SABER软件是一个在数学模拟及硬件设计方面功能卓著的仿真工具。对于复杂的混合信号设计和验证问题，SABER软件为设计工程师提供了一种功能强大的混合信号行为仿真器。由于混合信号硬件描述语言——MAST的支持，SABER软件实现了单一内核混合信号及混合技术的仿真，完全改变了模拟电路仿真的现状。SABER软件在混合技术领域具有多个仿真引擎，可以分别处理不同领域的设计单元，且遵循相应的守恒定律，支持电力系统、机电一体化、机械系统、电子系统、光电控制系统、液压系统等系统单元。现在，SABER软件在汽车和飞机制造领域已得到广泛的应用。尤其是在汽车制造领域，许多欧美公司已将它定为行业标准，并投资SABER软件的发展以不断满足新的设计需要。

SABER软件具有明显的优势：分析从SOC到大型系统之间的设计，包括模拟电路、数字电路及混合电路；通过单一的混合信号仿真内核就可以提供精确有效的仿真结果；通过对稳态、时域、频域、统计、可靠性及控制等方面的分析来检验系统性能。

SABER仿真器能够让设计人员对从汽车的最初设计方案（方框图）到由实际电路和机械实现的完整系统进行仿真。这种能力对于复杂运动控制系统的设计（如ABS系统、安全气囊系统、发动机控制系统、车身控制系统等）尤为重要。

2汽车电子仿真技术的应用

汽车在投产之前要经过大量的测试试验，对原设计不断地进行修正往往会耗费大量的物力和时间。在设计阶段，对各种状况进行模拟仿真、修正、完善设计，能够提高效率、缩短开发周期。使用SABER软件进行仿真，主要分为3个阶段：建立数学模型、对系统原理进行仿真和对仿真模型进行修改检验。

2.1建立数学模型

所谓计算机仿真就是将实际系统的运行规律用数学形式表达出来，它们通常是一组微分方程或差分方程，然后通过计算机采用数值求解法求解这些方程。

在仿真之前，首先对系统原理图中的所有零部件进行抽象化，建立数学模型，绘制系统的数学模型。为了对电路或系统进行计算机仿真，经常需要开发一个或一组模型。要研究电路的详细特性，可能要求对物理器件建模，有时还需要对大型电路或系统建模。系统模型可能无需和器件模型一样详尽，但作为大系统仿真的一部分，系统模型仍然非常有用。零部件数学模型的质量直接关系到仿真结果的准确性。通过对数学模型各种参数属性的设置来模拟零部件的功能，同时，经过大量计算和试验，不断修正、完善数模。对于同一类零部件可以共用一个（或一类）模型，通过调整数模参数值来实现零部件的更迭。这对于缩短开发周期、节省开发成本，起着至关重要的作用。

在一定外界条件（即输人或激励，包括外加控制与外加干扰）的作用下，从系统的一定初始状态出发，所经历的由其内部的固有特性（即由系统的结构与参数所决定的特性）决定了整个动态过程。研究系统及其输人、输出三者之间的动态关系，即可确定其性能的属性。图1是汽车音响系统中扬声器的物理模型，其中In_pfUIn_m作为输人信号、由电磁学可知，可以进一步将其简化为力f（t）输人。

于是可将其进一步简化为质量-阻尼-弹簧系统，如图2所示，图2中m、c、k分别表示质量、粘性阻尼系数、弹簧刚度。对系统而言，质量受外力f（t）的作用，质量位移为y（t）（实际扬声器衔铁的振幅），系统的动力学方程为my"（t）cy''''''''（t）ky（t）=f（t），y（o）=yo，y''''''''（o）=y''''''''。

其中，y（0）与y''''''''（0）分别为质量的初位移与初速度，这就是在输人作用于系统之前系统的初始状态。显然，此系统在任何瞬间的状态完全可以由质量的,y（t）与y''''''''（t）这两个变动着的状态（即状态变量）在此瞬间的取值来刻画。因为y（t）在此瞬间的取值代表了位移的情况，y''''''''（t）在此瞬间的取值代表了y（t）在此瞬间的变化趋势（速度）的情况。

还有一种更直接的建立数学模型的方法，就是模拟硬件描述语言（AHDL）的含义。MAST就是一种AHDL,Saber仿真器可以仿真用MASTAHDL描述的网表。

零部件的模型是建立在大量计算和试验基础上的，SABER软件提供了大量的零部件库文件，对于类似的零件只需修改其属性参数值即可。

2.2对系统原理进行仿真

在仿真过程中，将数学模型转变成为计算机上运行的仿真模型，是由SABER软件系统来完成的，并同时根据仿真模型编制出仿真程序。通过对系统的仿真，可以随时得出各个子系统或零部件的瞬时工作状态及性能参数变化，如电压、电流、功率、转矩等各参数的波形。通过对这些波形与实际试验的结果进行对比分析，找出两者的差别，从而修正原设计。

如先前所提及的，安全性和舒适性的需求导致了新的、高能耗的负载。这些负载可能随着汽车产品的进一步电子化，汽车电子控制装置得到更多的应用，所消耗的电能也将大幅度地增加。现有的12V动力电源已满足不了汽车上所有电气系统的需要，今后将采用集成的42V起动机-发电机供电系统，发电机最大输出功率将由目前的1.4kW提高到8kw左右，发电效率将会达到80以上。伺时，电压等级的提升还将同时带来许多新的问题。12V/42V汽车双电压系统原理图如图3所示。

在双电压系统中，把用电设备分成两部分：中小功率负载由14V电压供电，如室内灯、中控锁、收音机、仪表、车载导航系统等主要为车身电子设备；大功率负载，如电控机械制动装置、电控机械气门正时装置、三元催化转换加热器、电控悬架等，主要为发动机、底盘系统电子设备，由42V电压供电。此双电压供电系统有两个关键器件，一个是DC/DC变换器，它能把交流发电机输出的42V高电压转变为14V的电压。另一个，是装在发动机和变速器之间的起动-发电机，借助一个半导体整流-逆变功率变换器，它不仅充当交流发电机，发出42V的高电压，而且在发动机起动时还作为起动机用。由于它是直接起动发动机，起动时间仅为0.5s，所以噪声很小。

2.2.2起动机／发电机系统

大功率起动机与发电机（IntegratedStarter/Alternator，ISA）的转矩特性一致，因此，集成两种设备于一体在技术上是可行的，在经济上的效益也显而易见。如图4所示的输出功率与内燃机曲轴转速的关系曲线，ISA让内燃机的速度达到600v/min的起动速度，然后切换到发电模式。由于42V系统能够提供足够的电能，发动机在极短的时间内起动且在点火前达到更高的转速，这样可以降低低转速下的排放，换句话说，使得汽车重起动变得更加容易。

2.2.3双电压系统中42V供电系统

在运行中，双电压系统的电压随着转速变化而变化，电压峰值对电器元件的影响是非常明显的。图5所示的是双电庄系统中42V供电系统的变化曲线，非常清晰地显示了在转速急剧变化时电压的瞬时值，此脉冲电压峰值在电气系统设计和选择电子电器元件时有着非常重要的参考价值。

在仿真过程中，主要分两种类型进行。为了描述简单，这里将42V与14V分开进行讨论。第一种方法，全部打开所有的电子设备，可以观察到整个系统及各个电子器件的电压、电流波形，以及各个电子电器设备互相切换或同时打开时的电压、电流波形。同时，很方便地观察到在抛载状况时的峰值电压波形，局部抛载或全部抛载对系统的影响。

2.2.414V供电系统

14V电压系统主要用于各控制单元，对波形要求甚高。若峰值电压及电流产生严重的脉动，使蓄电池两端电压产生脉动干扰，控制单元搭铁（蓄电池负极）电位也将随之产生脉动干扰。如果这个干扰脉冲幅值过大，就会造成原有信号的丢失，引起控制失灵。观察峰值电压的波形，判定是否符合系统要求。14V线路上的电压波形如图6所示。

2.3对仿真模型进行修改、检验

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从当前的应用技术而言，电子信息工程在日常工作、生活当中的应用已经较为普及，其具备较大的影响力。电子信息工程主要包含数据的收集、处理以及储存，电子设备信息软件系统的应用等，就是手机、电脑在电话、短信、网络等过程都属于电子信息工程范围。同时，电子信息工程能够给人们的生活带来一定的便利性，提升人们的生活质量，降低人们的工作量等，在人们日常生活当中所使用的笔记本、平板、手机等设备当中都具备相应的电子信息工程技术，其内容包含信息技术、通信技术以及计算机网络技术等。

2电子信息工程在工业领域中的设计与应用

2.1射频识别技术的应用

射频识别技术主要是一种无线通讯技术，能够借助无线电讯信号识别特殊的信息目标并进行读写相关数据，从而无需识别系统和特定目标之间建立相应的机械或光学接触。快捷并且高准确性的射频技术在工业领域当中应用非常广泛，当前射频识别技术主要在航空包裹以及汽车生产方面应用较为先进，射频识别技术是一种全新的自动化识别技术，其能够显著提高读取信息的速度，并实现能携带大量信息的优势。在工业领域当中，射频识别技术有着显著的经济效益与社会利益。

2.2工程造价中的应用

工程造价主要是指在一个项目开始之前对该项目进行开支预算，并对实际开支的全部固定资产投资进行统计。应用套件软件编程工程预算和造价，应用数据库技术构建收集指标的能力。伴随着信息化技术的快速发展，电子信息技术在建筑行业当中的应用越发广泛。电子信息工程在工程造价等方面的主要应用在控制造价、制定造价而定、投标报价等多方面。在工程造价方面合理应用电子信息工程，能够实现对工程的信息化、电子化管理。

2.3交通建设中的应用

在交通建设方面，普遍会应用到许多的数据并需要对其进行处理，在交通设施的建设中，也会遇到许多的问题，在这些问题上必须有解决方式，仅仅是借助人为的力量，不仅会浪费大量的人力物力，还会发生无法规避的损失。当下，电子信息工程的应用也能够在交通建设当中进行，主要是负责解决施工当中存在的问题，例如预测施工中的风险以及设计施工风险规避措施，从而为交通施工的建设质量及效率提供基础性保障。

2.4机械领域的应用

针对电子信息工程在工业领域的发展及应用现状，很容易发现，电子信息技术在机械制造方面的应用非常广泛，例如，在日常生活中可以发现的手扶电梯中，便可以应用电子信息工程，实现自动化加速与减速。电子信息工程在机械领域当中的广泛应用，不仅可以实现智能化与自动化，还可以使机械的使用效率、能源消耗量得到明显优化，从而实现提升工业生产、工业服务的效率及质量。

3电子信息工程发展现状

3.1缺乏技术性人才

一直以来，我国电子元件都是依靠国外进口，这也导致我国电子信息产业的发展需要依靠国外，电子信息工程产业是一种人才密集的快速发展产业，通过模仿与守旧是无法体现电子信息工程的作用，再加上我国电子信息工程的发展起步时间比较落后，人才培养制度不完善等，导致我国电子信息工程专业的开设存在严重问题。虽然我国高校教育能够培养出一部分电子信息工程人才，但是大多数人才都是理论分析能力强、实践操作能力弱，这也导致真正能够应用于市场的电子信息工程技术性人才并不多，制约着行业的发展。对此，应当培养学生学习信息的处理及获取、电子设备和信息系统等多方面的理论性知识，促使培养出来的学生具备良好的科学素质，从而真正具备应用、开发、设计、创新电子设备及信息系统基本能力的人才。与此同时，这不仅仅是高校的任务，还是国家与企业的任务，国家应当重视人才的培养与市场的开发，企业应当重视人才的引进与人才的提高。

3.2缺乏合理的产业结构

在20世纪，电子信息工程便有了初步的發展，并且也为我国的经济发展提供了一定的支持。但是，电子信息工程在我国真正普及和应用是在21世纪，电子信息产业是一种持续发展和进步的产业，只有持续的创新，生产全新的电子产品，才能够真正地适应现代化经济的快速发展。对此，导致电子信息产业的结构发生了根本性的改变。例如，信息服务业和软件的比重部队称、数据库与产业规模较小等等。大多数关键性的技术仍然需要从国外的国家进行引进，缺乏自主性的发展与创新，这也导致我国当前的电子信息产业处于被动的趋势。对此，就应当针对我国实际情况，以国家管理部门为手段，有效的优化电子信息工程产业结构，促使电子信息工程继续发展。

3.3缺乏自主创新能力

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电子设计竞赛作为电子专业教学改革的风向标，在创新型人才的选拔上作用凸显。培养符合大赛要求的创新型人才不仅需要精通专业知识，还需要具备很好的综合素质，为了做到有的放矢地进行选拔工作，需要从以下几个方面考虑：

（一）专业兴趣是成功的基础

兴趣是学习的原动力，进行电子设计竞赛人才选拔首先就应当考虑学生对应用电子的兴趣，这种兴趣可能是多方面的，比如对科学技术的向往、对自身能力的肯定等等。在兴趣的驱动下，学生才会自觉地钻研课外知识，积极主动地去处理各种问题，并以极大的毅力坚持下去。

（二）勤奋是竞赛人才的必要条件

通常老师以为凡是聪明的学生就一定是好的竞赛人才，其实这是不准确的，聪明加勤奋才是竞赛人才的必要条件。以往很多有灵气的学生，开始对竞赛的兴趣很浓，也有一定的进步，只是在漫长的准备竞赛过程中极易受外界干扰，不能持之以恒，甚至中途退出，造成了竞赛指导老师的被动性，这就需要加强对竞赛人才责任意识的培养。

（三）学生要有扎实的焊接基础

以往的比赛中，学生设计好的产品在软件仿真阶段能完成所有既定功能，可是到了制作环节却怎么也调试不好成品，最后的原因往往是某一个焊点或电路连接处出现了问题，这种情况在分秒必争的竞赛期间造成了很大的损失，所以要在焊接基本功上让每一个学生重视起来。

（四）要有充足的人才储备

作为每两年举办一次的全国电子设计竞赛，时间间隔较长，人员更换较大，所以每次竞赛时都要考虑下次竞赛人选的培养。因此，在培养本次竞赛人员训练的同时，应该有一部分大一或大二的新生参与整个比赛过程，但不作为竞赛队员，为将来他们参加比赛做好经验和心理方面的准备。

二、电子创新型人才培养的主要方式

竞赛人才的共同特点是对应用电子学习兴趣浓厚、反应灵敏、学习主动、接受能力强、抽象思维质量高，因此培养竞赛选手的指导思想是因材施教。在全程的竞赛准备过程中，学生的主动学习是主导，指导教师的作用是培养学生对产品设计制作保持浓厚的兴趣，调节其积极性，克服学习中的盲目性，指导学生进行课外知识扩展、健全知识体系，培养学生的创造性思维并促使学生全面发展。

（一）课外知识扩展、健全知识体系

大学生电子设计竞赛是以电子电路（含模拟和数字电路）应用设计为主要内容，可以涉及模-数混合电路、单片机、可编程器件、EDA软件工具和PC机（主要用于开发）的应用，题目包括“理论设计”和“实际制作与调试”两部分。作为竞赛指导老师要充分强调以上知识的重要性，同时还要让学生充分意识到其他学科的同等重要性。比如2009年竞赛题目中“声音引导系统”、“宽带直流放大器”都涉及到了数学计算，因此指导教师应兼顾竞赛人才的专业发展和各科全面发展的关系，使学生丰富文化底蕴，增强科学素养，最终达到健全学生知识体系的目的。

（二）培养创造性思维

竞赛中的题目通常都有不同的解决方法，比如2009年我们制作的“模拟路灯控制系统”就有两种方案可以选择：方案一采用一片AT89S51单片机外接多路路灯；方案二采用三片单片机进行主从通讯。在竞赛培训期间要求对每一个题目都要进行多种方案的制作，在这个过程中不仅能够开阔学生的思路，而且有助于培养学生的创新意识。

三、竞赛人才选拔和人才培养的具体措施

（一）参赛选手培养程序

学校在组织大学生科技竞赛时，遵循“两个导向”原则：一是科普性导向，即竞赛要面向广大同学，使更多同学了解竞赛并参与进来；二是科研性导向，即举办专业性强、水平高的科技竞赛。因此学校针对不同的学生，分层次开设竞赛选修课。如面向没有电子设计基础知识的学生开设电子设计基础班，采用大班教学形式，一般120-140人左右，以普及竞赛基础知识、激发学习兴趣；而对于具有电子设计基础知识的学生则开设电子设计提高班，采用中班教学形式，一般60-80人左右，以提高竞赛能力为目的；另外，对达到电子设计提高班水平且有初步参赛意向的学生开设电子设计竞赛班，采用小班教学形式，一般为40-50人左右，以培养竞赛选手为目的。通过竞赛班的实战练习，学生对竞赛的内容、设计思路有所了解，也具有了一定的竞赛技能。根据学生在竞赛班中的成绩排名，择优录取，组队时兼顾学生不同的技能特长，做到优势互补。

（二）开展大学生竞赛网络课程建设

网络应用于教学领域，给学生提供了大量便捷的学习机会和丰富的教学资源，使学习活动更加自主化、个性化。竞赛网络课程网站建设要求包含教学文件、实践教学、课堂教学多媒体课件、课外自学课件、课堂作业习题、课外综合习题、模拟考试平台、在线讨论区、历届学生竞赛获奖成果等内容。针对竞赛网络课程网站的建设，学校明确要求网站内容每学期必须有更新，作业和试题每学期要有30%的内容调整；在线讨论必须经常关注，及时答复；每次竞赛完成后，相关内容应在4周内完成上传。

（三）加强指导教师团队建设

在教学业务方面，通过开展各种形式和规模的教学研讨，集体讨论教学大纲、编写教材、完善教学文件、探索教学方法、改革考核方式。通过指导教师的共同参与，确定了各类课程不同的教学目标、教学内容和人才培养定位，鼓励并支持指导教师开展各项科研工作，以教学为基础，以科研促进教学，全面提升竞赛水平。采取“1+1”指导教师培养方式，即每位副高级以上职称的教师带一名新指导教师，通过教学工作的老中青结合，发扬传帮带的教学指导功能。同时，“1+1”培养方式也保证了指导教师队伍的稳定。

（四）面向竞赛学生开设竞赛练习课

练习课采取集中和分散相结合的方式进行。集中练习借鉴“商品超市”和“菜单选择”的管理理念分成不同的课程模块，如计算机程序编程、设计规划、论文撰写、信息处理、案例分析、实战练习等模块，竞赛学生可以根据各自需要选择部分课程模块重点练习。集中练习课由经验丰富的竞赛指导教师主讲，在学生自主选择的基础上，对最终参赛的选手进行所有模块的综合练习。分散练习以学生自主学习为主，在自学过程中，碰到疑问或困难时，竞赛指导老师负责答疑指导。

（五）加强竞赛技巧练习

学校通过开设练习课，分模块对学生进行长期竞赛练习，在竞赛相关技巧练习中，有三个技巧需要重视和加强。

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1.1课程内容

在知识结构方面，要求学生有良好的思想素养与专业知识。专业知识主要有学科基础课、专业核心课程、高校学生电子设计能力培养的探讨楼然苗（浙江海洋学院，浙江舟山316022）专业方向课、专业选修课。课程设置一定要有针对性，象模拟电路、数字电路、单片机技术、EDA技术、电路原理图与PCB设计、电子综合设计等课程一定要重点把握。一些针对性不强的课程如计算机辅助设计、集成电路设计可作为辅修或选修课程。

1.2课程学时

以“精简教学内容、压缩课堂教学学时，加强实践教学环节的有效性”为原则，合理分配课堂学时与实验学时的比例，对于与学生电子设计能力关系密切的课程需适当增加一些学时。如电子信息类专业方向课中的电子设计自动化、电子综合设计辅导等课程可适当提高实验学时数；专业核心课中的单片机原理及应用课程可按2：1.5设定理论学时与实验学时比（32学时+24学时）。

1.3集中实践教学环节

去消一些效果不好、由学生自主联系、分散实习的课程或减少学分，减少一些效果不好的课程设计、毕业设计学时或改为完成设计作品学分制。为了让学生拥有对一个电子产品从设计、开发到成品的全过程能力，除一般的实验、课程设计、毕业设计外，可重点开设电路图与PCB制作、C语言编程、单片机设计、电子设计等综合技能训练项目。

1.4形成系统教学

将大学生学科竞赛的培训与辅导教学内容纳入课程学分系统中，形成系统的教学计划，为提高学生电子设计创新能力及参加全国全省大学生电子设计竞赛奠定基础。

1.5学分的替代制度

建立学分免修、替代制度，将学生专利、学术论文、竞赛获奖等纳入学分免修、替代等制度中，促进学生参与创新研究的积极性。

2．教材改革与建设

要鼓励教师选用国内外优秀教材，鼓励教师编写有校本专业特色的教材，体现专业特色、行业特色和学校特色。对电子信息类专业来说，出版编写一些实用性强、有工程项目应用实例的实践教材是非常有必要的，如电子综合设计实例与辅导、电路原理图与PCB设计实例、单片机设计实例辅导等等。

3．课堂与实验教学改革

在课堂教学中要积极推动课程教学范式的根本性转变，在基础课程中可探索包班制、分级制、分层制、挂牌上课等基础课程综合改革，逐步实行教考分离。在学科基础课、专业课中实施任务驱动、基于问题、合作学习、案例教学等研究性教学方法，积极探索各种理论与实践互动的教学方式，培养学生的自学能力、研究能力、合作能力。对一些与电子设计能力培养关系密切的课程的课堂与实验教学可作以下一些偿试。

3.1将与计算机操作关系密切的如“单片机原理及应用”、“电路原理图与PCB设计”等理论课放在电子交互教室（机房）上课，在教学中将理论教学与上机实训内容交替进行，强化教学效果。

3.2探索慕课等网络助学平台教学方式。分清教师讲与学生学的内容，在网上可布置课外学生个人学习内容、探究式学习内容、拓展性学习内容，提高学生自主学习能力。一些选修课、方向课可借助网络课堂等形式开设。

3.3实验项目尽量与实际电子设计工程项目结合起来，真题真做，促进“教、学、做”相结合的“理论实际一体化”教学模式。

3.4实施教考分离，以机考替代纸质考试，或实施以设计作品为主的课程成绩评分制度，促进实践动手能力的提高。

4．实践环节的改革

通过对电子信息类大学生就业岗位能力要求的调研，合理制定学生的专业技能标准，明确职业技能考证要求，优化实践教学环节，提高实践学分，从基本素质、基础技能、专业技能、综合训练四个步骤及素质拓展、基础技能、专业技能、专业综合能力、综合实习和创新实践六个模块构建实践教学体系。对一些效果不好的课程设计报告、毕业设计论文学分评定制，可改成以课程设计实物作品、毕业设计实物作品、发表的科技论文、获得的知识产权（专利）证书、学科竞赛获奖证书等为主的成果学分评定制；一些分散的学生自主生产实习、毕业实习可改为教师带队制的集中实习；有条件的高校可建设校内电子焊接加工生产线，使之成为具备电子路线设计、加工、生产、测试全过程功能的电子设备校内生产实习基地。

5．课外学科竞赛教学

大学生学科竞赛是促进提高创新实践能力的重要载体，要建立一套与教学培养计划相辅助的学科竞赛教学体系，适当开设一些电子设计类知识的公选课、必修课，成立学生电子设计兴趣小组（社团），提供开放的活动场地，在教师指导下开展日常的电子设计活动，鼓励并辅导学生进行科技、知识产权申请等学术研究活动，活跃校园学术研究气氛，也为大学生电子设计竞赛打下基础。

6．职业证书考证教学

职业技能证书是为了适应用人单位工作的客观需求。在教学上一定要强化与职业考证相关的实践性教学环节。可将职业技能考证培训内容整合到相关教学课程及实验内容中，减少课外考证辅导的教学学时。建立校内电子工程师考证、电工考证、电子CAD考证点并设立网上辅导平台，开放考证训练的实训场地，提高电子工程师、板级工程师、电工等考证学生的持证率。