近年来，工程教育理念发生了重要改变，已从之前重视培育学生理论知识，过渡到了培育学生对根本工程概念的爱好和着手实践的才能，即工程实践教育。此外，工程实践教育还面对着一些困难：怎么无缝地从理论学习过渡到实践环节;核算机技能、软硬件技能一日千里，要尽或许防止由于技能过期而带来经常性课件修正的工作量添加;怎么在有限的课时安排下，有效地运用核算机辅助东西协助和提高理论学习。电路规划教育是工程教育的一个组成部分，相同面对着上述应战。
电路相关课程是现在国内大多数工科院系的必修课程，包含针对电类院系的模仿电子技能根底、数字电子技能根底、电子线路等课程，以及针对非电类院系的电工技能、电子技能等课程。一般，学生学习理论知识，并运用电路仿真软件来协助学习，但在用实在电子元器材建立硬件电路时往往需求一套全新的东西来调查、记载和剖析丈量成果;并经过对实践电路丈量成果和核算机仿真成果的比较环节，来发现不同并剖析其原因，以防止在规划转化为产品之后
才发现问题，然后节省时刻和本钱;在经过比较环节之后，终究将电路规划完结，如PCB。从上述剖析发现，如果有一个集成的电路教育渠道，既能够很好的联接仿真和原型，又能经过供给的实践I/O信号协助电路原型的建立和测验，并能很方便地将测验成果和仿真成果进行比较，乃至终究将电路完结，如图1所示，这无疑将有助于对学生理论学习和着手实践才能，以及对电路规划爱好的培育;关于一个详细的电路规划，运用这个渠道将很大程度的节省时刻和本钱。
图1 集成的电路教育渠道
电子学教育渠道
美国国家仪器有限公司(NI)针对现在电路教育面对的困难，供给一个强壮的集成化解决计划。该渠道包含用于原理图捕捉和仿真的Multisim、用于原型规划的ELVIS、以及用于丈量和比较的LabVIEW和SignalExpress。该软件与硬件相集成的渠道创建了一个包含有电路仿真、电路试验板制作(即面包板)、丈量以及剖析在内的完好的学习环境。在专业PCB规划和仿真东西的根底上，还经过一系列针对电路教育的特征功用，如虚拟元器材、在超越最大值时会断路的额外元器材、3D虚拟电路试验板、微操控器协仿真等，协助学生在着手实践中更好地了解和把握理论知识。下面以一个RC根底电路为实例进行剖析。
RC电路理论剖析
教师常经过教授根底电路，培育学生电路猜测、规划、丈量和剖析等方面的才能。RC电路是一个根底模仿电路，如图2所示，经过恰当的参数挑选使之成为无源低通滤波器来按捺输入信号中高于截止频率的频率成份。例如，规划一个截止频率(-3dB点)为159Hz的低通滤波器，经过Kirchhoff电流或电压规律得到该RC电路的增益表达式：
对应截止频率
为：
依据截止频率为159Hz的规划要求，由上式得到
。挑选其间一组符合要求的参数：电阻为
，%&&&&&%为
，进行剖析。
原理图规划及仿真
运用核算机仿真软件是为了协助了解和剖析电路，以及在试验之前，对不同的规划主意进行验证，并对一些难以用手艺办法核算得到的成果有必定估量;学生竭尽或许短的时刻了解和运用仿真软件建立原理图，这样就能够把更多的时刻放在规划自身和剖析了解上。
Multisim是专门为电路相关教育工作者、规划工程师和工科学生而规划的依据SPICE的交互式电路仿真和剖析东西，其间，SP%&&&&&%E(Simulation Program with Integrated Circuits Emphasis)是美国加州大学伯克利分校(UC Berkeley)开发的一种电路描绘和仿真言语，已成为工业规范。Multisim具有工业质量且运用方便，包含许多功用强壮的虚拟仪器——即仿实在验室中可见的各种仪器，如示波器、万用表、波形发生器等。这些仪器不只供给了一种快速且直观的办法来取得仿真成果，一起也为在试验室中运用这些仪器做好了预备。正如加州大学伯克利分校的Bharathwaj Muthuswamy教授所说：“咱们在EE100课程中运用Multisim，由于其供给了十分有用的特性并且运用方便”。
依据挑选的参数，建立好的Multisim原理图如图3所示，其间波形发生器供给频率为50Hz、占空比为50%、幅值为1.2V的方波作为鼓励，示波器用于调查该鼓励和呼应的实域信号，并将示波器显现的通道数据保存到文件，用于与实践原型电路丈量成果的比较。此外，还可用波特图仪进行滤波器幅频、相频剖析。
图2 RC电路
图3 RC电路在Multisim软件中的完结
原型与丈量
NI供给一款专门面向试验教育的原型渠道ELVIS，它由LabVIEW，数据采集卡和原型工作台组成，能够低本钱的完结试验室常用的12种相似台式仪器功用，包含万用表、示波器、波形发生器、可变电源等。LabVIEW是直观的图形化体系规划东西，广泛应用于测验丈量自动化、操控、规划等范畴;由于其运用方便，工程师、科学家和学者能够把更多的时刻和精力会集在算法和规划自身上，而不是代码编写上。
电路原型分虚拟原型和实践原型。虚拟原型是指在Multisim供给的ELVIS原理图环境中建立，并可运用一组和实在ELVIS完全一致的接口;在得到正确的仿真成果后，可在虚拟的3D ELVIS下建立电路图，由于无需实在硬件和器材，但又能对完结状况和正确性给予反应，学生能够在家中或宿舍里无风险的建立电路图，并可测验不同的布局、连线办法;能够削减实在试验时的连线过错等，以节省时刻。
实践原型，是指在可移动的ELVIS原型规划板上建立电路图，并运用供给的波形发生器、示波器、电源等仪器功用;还能够经过LabVIEW编程完结自定义的仪器功用。在这个试验中，运用两个模仿输入通道别离记载鼓励信号和呼应信号，成果如图4显现。
比较
在完结仿真和原型后，需求对仿真成果和实践丈量成果进行比较，了解和剖析仿真和丈量成果不同的原因。若选用手艺处理办法则是比较困难和杂乱的，会使学生将大部分精力都会集在了怎么比较上。仿真和丈量的成果不同也不只是由元器材差错导致，还或许是由于输入端和输出端的负载影响，比方阻抗匹配、串扰等，也或许是运用的仿真模型超出了实践可接受规模。在对实践原型电路进行丈量的一起，装载仿真成果数据，进行比较，并在同一图表上显现两者成果和其不同以便剖析。这将使学生把更多时刻放在了解电路理论、剖析实在器材参数影响、了解仿真环节意义上，这也是意图地点。
图4是LabVIEW完结的电路图B点电压仿真成果和实践丈量成果的比照，能够看到两者吻合得较好，即原型电路很好地反映了仿真的电路行为。此外，还可运用无需编程的、直观的导游式东西SignalExpress来完结对原型电路的丈量，以及与仿真成果的比较。
图4 原型电路和仿真成果呼应信号的比照
完结
在原型电路验证之后，可将Multisim原理图网表导入Ultiboard软件或许第三方供给的软件，如Mentor Graphics PADS，进行布局布线。在电路规划转换为产品的制作过程中或对产品的验证时，又可运用NI供给的电子丈量自动化(EMA)计划。即从开端的规划开端，到终究的产品交给，都能够在由单一厂商供给的一致渠道下来完结。
总结
电路规划教育是工程实践教育的组成部分。针对现在电路教育面对的一些应战，软硬件相集成的渠道能够无缝地将理论学习、规划仿真、原型丈量、比较和电路完结环节连接起来，即从理论过渡到实践。不只能够直观的仿真和快速的丈量，并且即使在其间任一个环节发现问题，都能够很容易地回来，以防止在终究电路完结时才发现问题，然后节省时刻和本钱。该渠道又是着手实践的渠道，不只协助学生把握理论知识，又培育学生对电路规划、工程概念的爱好，并为终究学以致用打下很好的根底。
