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篇1

關(guān)鍵詞：高職教育；項(xiàng)目化教學(xué)；形成性考核

作者簡(jiǎn)介：張麗（1981-），女，江蘇南通人，南通農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系，講師。（江蘇 南通 226007）

中圖分類號(hào)：642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）26-0051-02

“數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)”是機(jī)電專業(yè)中的一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課，它的特點(diǎn)是邏輯性、實(shí)踐操作性強(qiáng)。它的先導(dǎo)課程有“電路分析”、“模擬電子技術(shù)”和“protel99SE”，后續(xù)課程有“單片機(jī)技術(shù)”、“家電原理”和“電子測(cè)量技術(shù)”，在整個(gè)學(xué)科體系中起著承前啟后的重要作用。

一、“數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)”課程設(shè)計(jì)的理念

以職業(yè)能力培養(yǎng)為出發(fā)點(diǎn)，應(yīng)遵循“手腦并用”、“做學(xué)合一”、“理論與實(shí)際并行”、“知識(shí)與技能并重”的教學(xué)原則，突出以“能力為本位”的課程模式，以應(yīng)用和就業(yè)為導(dǎo)向，以培養(yǎng)職業(yè)技能為目的。以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，才能充分發(fā)揮學(xué)生的自主學(xué)習(xí)積極性。把握學(xué)生的認(rèn)知過(guò)程和接受能力的規(guī)律，注重對(duì)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力、綜合意識(shí)與綜合能力、實(shí)踐意識(shí)與實(shí)踐能力的培養(yǎng)。以理論聯(lián)系實(shí)際為指導(dǎo)，重點(diǎn)提升學(xué)生運(yùn)用知識(shí)的能力，使之養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，把握行為引導(dǎo)法促進(jìn)學(xué)生能力提升的發(fā)展性教育理念。

二、高職教育及高職學(xué)生的特點(diǎn)

高職學(xué)生的特點(diǎn)是基礎(chǔ)知識(shí)薄弱、理論學(xué)習(xí)困難、學(xué)習(xí)情緒化、對(duì)感興趣的事物接受能力強(qiáng)。

高職教育的特點(diǎn)是面向崗位群，機(jī)電專業(yè)面向的崗位主要有：

生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)操作及維修崗位：要求具有機(jī)電產(chǎn)品生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的工藝實(shí)施能力；機(jī)電工具設(shè)備的使用與操作能力；對(duì)機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)行裝配、檢測(cè)與調(diào)試的能力；要求儀表的使用、計(jì)算機(jī)測(cè)試、系統(tǒng)分析或產(chǎn)品故障分析的技術(shù)能力要強(qiáng)。

機(jī)電產(chǎn)品、設(shè)備安裝及調(diào)試崗位：能夠?qū)C(jī)電設(shè)備進(jìn)行安裝、調(diào)試、運(yùn)行管理與設(shè)備維護(hù)，并能對(duì)一般控制系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)與改造。

機(jī)電產(chǎn)品、設(shè)備技術(shù)管理及服務(wù)崗位：要求技術(shù)管理人員具備看懂機(jī)械圖紙和電氣圖紙的能力；具有機(jī)電一體化設(shè)備的使用、維護(hù)、管理能力，具有一定的生產(chǎn)管理、技術(shù)管理等知識(shí)。機(jī)電設(shè)備銷售與售后服務(wù)技術(shù)人員具有機(jī)電設(shè)備的原理、裝配工藝等知識(shí)，具有機(jī)電設(shè)備的檢測(cè)與維修能力。

三、“數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)”項(xiàng)目化教學(xué)的必要性

傳統(tǒng)的教學(xué)法是從知識(shí)點(diǎn)的掌握到電路的分析再到電路的設(shè)計(jì)，由局部到整體，自下而上。它以教師為中心，以課堂為中心，以教材為中心，忽視了學(xué)生積極性、主動(dòng)性的發(fā)揮，實(shí)踐以模仿為主，突出技能性訓(xùn)練，缺少設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性，教學(xué)效果不是很理想。

因此，必須根據(jù)不同的崗位職業(yè)能力要求，確定課程的職業(yè)能力目標(biāo)：會(huì)用各種表示方法描述數(shù)字電路邏輯功能，會(huì)分析常用電路的功能；能完成數(shù)字電路的設(shè)計(jì)，能分析和排除電路中出現(xiàn)的故障；能通過(guò)對(duì)數(shù)字集成電路芯片資料的閱讀，了解數(shù)字集成電路的邏輯功能和使用方法；能熟練掌握數(shù)字電路中常用儀器儀表的使用；能畫(huà)出所設(shè)計(jì)的數(shù)字邏輯集成電路的電原理圖，能列出所設(shè)計(jì)的電路的元器件清單，會(huì)撰寫(xiě)所設(shè)計(jì)電路的測(cè)試說(shuō)明。

根據(jù)課程的職業(yè)能力要求確定課程的知識(shí)目標(biāo)：掌握邏輯代數(shù)基礎(chǔ)知識(shí)；了解集成邏輯門(mén)電路內(nèi)部構(gòu)造；掌握組合、時(shí)序邏輯電路的分析設(shè)計(jì)；理解觸發(fā)器的工作特性；掌握脈沖波形的產(chǎn)生和整形；A/D及D/A轉(zhuǎn)換。

在此基礎(chǔ)上采用項(xiàng)目教學(xué)法，它是從實(shí)際問(wèn)題出發(fā)來(lái)講電路的構(gòu)造、元器件的選擇，再到知識(shí)的運(yùn)用，由整體到局部，自上而下，宏觀把握，以學(xué)生為中心，以項(xiàng)目為中心，以實(shí)際經(jīng)驗(yàn)為中心，緊緊圍繞工作任務(wù)完成的需要來(lái)選擇和組織課程內(nèi)容，突出工作任務(wù)與知識(shí)的聯(lián)系，讓學(xué)生在職業(yè)實(shí)踐活動(dòng)的基礎(chǔ)上掌握知識(shí)，增強(qiáng)課程內(nèi)容與崗位職業(yè)能力要求的相關(guān)性，大大提高了學(xué)生的就業(yè)能力。

四、“數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)”課程設(shè)計(jì)思路

為落實(shí)以培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)能力為目標(biāo)的課程實(shí)施，給出課程總體設(shè)計(jì)思路：堅(jiān)持以高職教育培養(yǎng)目標(biāo)為依據(jù)，遵循“以應(yīng)用為目的，以必需、夠用為度”的原則，以“掌握概念、強(qiáng)化應(yīng)用、培養(yǎng)技能”為重點(diǎn)，力圖做到“精選內(nèi)容、降低理論、加強(qiáng)基礎(chǔ)、突出應(yīng)用”。

課程設(shè)計(jì)以電子產(chǎn)品的制作為載體，以便于與企業(yè)共同開(kāi)發(fā)該課程：項(xiàng)目一，聲光控制燈電路制作；項(xiàng)目二，競(jìng)賽搶答器制作；項(xiàng)目三，電子生日蠟燭制作；項(xiàng)目四，流水彩燈制作；項(xiàng)目五，31/2位直流數(shù)字電壓表的制作。

項(xiàng)目的選擇以課程標(biāo)準(zhǔn)中的教學(xué)內(nèi)容為依據(jù)，既與數(shù)字電路知識(shí)緊密結(jié)合，又能夠充分體現(xiàn)當(dāng)前的工程實(shí)際情況，同時(shí)具有一定的創(chuàng)新空間，學(xué)生可以運(yùn)用學(xué)過(guò)的知識(shí)進(jìn)行創(chuàng)造發(fā)揮。

通過(guò)任務(wù)引領(lǐng)的項(xiàng)目活動(dòng)將必備的知識(shí)、技能、行為、態(tài)度內(nèi)化融合，使學(xué)生具備本專業(yè)的高素質(zhì)勞動(dòng)者和高級(jí)技術(shù)應(yīng)用人才所必須的數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)、制作與測(cè)試的基本知識(shí)和基本技能，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生愛(ài)崗敬業(yè)、團(tuán)結(jié)協(xié)作的職業(yè)精神。

五、“數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)”教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)

該課程的總體目標(biāo)：使學(xué)生具備本專業(yè)的高素質(zhì)勞動(dòng)者和高級(jí)技術(shù)應(yīng)用型人才所必需的電子設(shè)計(jì)基本知識(shí)，具備靈活運(yùn)用常用數(shù)字集成電路實(shí)現(xiàn)邏輯功能的基本技能；為學(xué)生全面掌握電子設(shè)計(jì)技術(shù)和技能，提高綜合素質(zhì)，增強(qiáng)職業(yè)變化的適應(yīng)能力和繼續(xù)學(xué)習(xí)能力打下一定基礎(chǔ)；通過(guò)問(wèn)題的解決，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作、敬業(yè)愛(ài)崗、吃苦耐勞的品德和良好的職業(yè)道德觀。

1.內(nèi)容的選取

以項(xiàng)目二競(jìng)賽搶答器的制作為例來(lái)說(shuō)明：

根據(jù)總體目標(biāo)確定該項(xiàng)目的知識(shí)目標(biāo)、技能目標(biāo)、素質(zhì)目標(biāo)。

知識(shí)目標(biāo)：掌握編譯碼器知識(shí)、觸發(fā)器知識(shí)、計(jì)數(shù)器知識(shí)、脈沖波形的產(chǎn)生和整形知識(shí)、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器知識(shí)、復(fù)習(xí)邏輯代數(shù)知識(shí)。

技能目標(biāo)：掌握編譯碼器、計(jì)數(shù)器功能、選擇連接及使用；掌握555定時(shí)器的連接及使用；運(yùn)用仿真軟件畫(huà)仿真圖；具備查閱集成芯片產(chǎn)品手冊(cè)的能力。

素質(zhì)目標(biāo)：培養(yǎng)耐心細(xì)致的工作態(tài)度，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)扎實(shí)的工作作風(fēng)，培養(yǎng)學(xué)生競(jìng)爭(zhēng)與合作意識(shí)。

2.教學(xué)內(nèi)容的序化

（1）任務(wù)下達(dá)。將項(xiàng)目分解為五個(gè)子任務(wù)：譯碼電路的設(shè)計(jì)與制作、搶答電路的設(shè)計(jì)與制作、倒計(jì)時(shí)電路的設(shè)計(jì)與制作、聲響電路的設(shè)計(jì)與制作、控制電路的設(shè)計(jì)與制作。

以子任務(wù)搶答電路設(shè)計(jì)與制作為例。知識(shí)目標(biāo)：學(xué)習(xí)掌握二進(jìn)制編碼器、二進(jìn)制優(yōu)先編碼器、BCD編碼器、BCD優(yōu)先編碼器。能力目標(biāo)：掌握編碼器功能、選擇連接及使用、運(yùn)用仿真軟件畫(huà)仿真圖、具備查閱集成芯片產(chǎn)品手冊(cè)的職業(yè)能力。素質(zhì)目標(biāo)：培養(yǎng)耐心細(xì)致的工作態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)扎實(shí)的工作作風(fēng)、競(jìng)爭(zhēng)與合作的意識(shí)。

對(duì)該子任務(wù)進(jìn)行分析：選手搶答情形即選手A首先按下按鈕，顯示屏上顯示A搶答成功，其他選手再按按鈕無(wú)效，選手A松開(kāi)按鈕后，顯示屏上A搶答成功的狀態(tài)保持不變，直到主持人清零，進(jìn)行下一輪搶答。搶答電路的重要功能：鎖存功能。既要能“鎖”，也要能“存”?！版i”——其他選手，“存”——搶答成功的選手信息。通過(guò)類比的方式引入編碼的概念，對(duì)該任務(wù)進(jìn)行仿真后下達(dá)任務(wù)卡。

（2）資訊。讓學(xué)生回顧以往解決相關(guān)問(wèn)題的方法，給出用門(mén)電路實(shí)現(xiàn)的方法；讓學(xué)生檢索常用編碼器的數(shù)據(jù)手冊(cè)，通過(guò)手冊(cè)了解芯片的功能和基本使用，掌握編碼器的測(cè)試方法，通過(guò)測(cè)試加深對(duì)芯片的功能和使用方法的了解。

教學(xué)重點(diǎn)：二進(jìn)制編碼器與優(yōu)先編碼器的異同點(diǎn)。教學(xué)難點(diǎn)：編碼器的使用。對(duì)芯片進(jìn)行測(cè)試后進(jìn)行芯片用法分析。

（3）計(jì)劃決策。通過(guò)類似電路分析，啟發(fā)學(xué)生思路；引導(dǎo)學(xué)生討論該任務(wù)中編碼器的選型，分析采用二進(jìn)制編碼器設(shè)計(jì)的缺陷；重點(diǎn)討論如何解決優(yōu)先編碼器的硬件電路已經(jīng)固定好的優(yōu)先級(jí)；深入各小組聽(tīng)取學(xué)生決策意見(jiàn)；根據(jù)任務(wù)要求，各小組討論出任務(wù)實(shí)施方案，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)框圖，指導(dǎo)老師確認(rèn)方案的可行性。

（4）任務(wù)實(shí)施。任務(wù)的實(shí)施過(guò)程主要以學(xué)生為主體，學(xué)生三人一組，將學(xué)習(xí)能力較好、中等、較弱的學(xué)生合理分配到各組，教師指導(dǎo)、答疑。

（5）檢查評(píng)估。根據(jù)各小組的演示給出綜合評(píng)價(jià)（部分實(shí)現(xiàn)、全部實(shí)現(xiàn)、有創(chuàng)新功能）；抽取設(shè)計(jì)較佳和較差電路進(jìn)行點(diǎn)評(píng)；教師給出優(yōu)化電路，要求學(xué)生課后進(jìn)行分析。

3.教學(xué)手段、方法

項(xiàng)目二的教學(xué)方法：基于問(wèn)題教學(xué)法 （從實(shí)際問(wèn)題搶答競(jìng)賽出發(fā)）；基于興趣的教學(xué)法 （向?qū)W生進(jìn)行任務(wù)的虛擬仿真flash演示）；理論實(shí)踐二位一體教學(xué)法 （編碼器功能知識(shí)的掌握與電路搭建）；可視化教學(xué)法（芯片功能的測(cè)試將傳統(tǒng)測(cè)試方法與專用的數(shù)字芯片測(cè)試儀結(jié)合）；小組討論法（3人分組）；啟發(fā)式教學(xué)法（任務(wù)分析部分）；類比教學(xué)法（編碼概念引入部分）；探究法（任務(wù)實(shí)施過(guò)程中）。

本門(mén)課程教學(xué)手段、方法：任務(wù)驅(qū)動(dòng)法、行為導(dǎo)向項(xiàng)目教學(xué)法；工學(xué)結(jié)合，現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)法（項(xiàng)目中每個(gè)任務(wù)的綜合）；傳統(tǒng)教學(xué)手段（講解法、示范法、模仿法、練習(xí)法）；多媒體教學(xué)手段（PPT課件、flash仿真、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)及互動(dòng)平臺(tái)）。

六、“數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)”考核評(píng)價(jià)方式

建立終結(jié)性評(píng)價(jià)和過(guò)程性評(píng)價(jià)相結(jié)合的評(píng)價(jià)方式。終結(jié)性評(píng)價(jià)中知識(shí)考核占30%，綜合考核占70%。過(guò)程性評(píng)價(jià)以項(xiàng)目為單位，其中教師評(píng)價(jià)占40%，學(xué)習(xí)檔案占30%，小組評(píng)價(jià)和自我評(píng)價(jià)各占15%。

七、總結(jié)

以職業(yè)崗位活動(dòng)調(diào)研為前提進(jìn)行職業(yè)能力需求分析；以職業(yè)能力需求分析為導(dǎo)向確定課程職業(yè)能力目標(biāo)；根據(jù)職業(yè)能力目標(biāo)的需求確定知識(shí)目標(biāo)；根據(jù)崗位工作過(guò)程和認(rèn)識(shí)規(guī)律構(gòu)建教學(xué)模塊；以職業(yè)能力訓(xùn)練項(xiàng)目作為課程目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容的載體；以真實(shí)的職業(yè)活動(dòng)實(shí)例作為訓(xùn)練素材；通過(guò)項(xiàng)目教學(xué)真正實(shí)現(xiàn)“教、學(xué)、做”三者的融合；建立以形成性考核為主的課程考核體系。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡錦.數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)[M].第2版.北京：高等教育出版社，2002.

篇2

關(guān)鍵詞:可編程器件;計(jì)數(shù)器;數(shù)字電路;VHDL

中圖分類號(hào):TN47文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1004-373X(2009)19-189-02

Design of Digital Circuit Based on Programmable Logic Devices

LIU Caihong,CHEN Xiuping

(Northwest Minorities University,Lanzhou,730030,China)

Abstract:The traditional design method of digital systems has fundamentally changed because of the emergence of programmable logic devices,it is necessary to introduce the design of digital circuit based on the programmable logic device.The realization methods of counter as examples,described two ways to achieve counter by schematic and hardware description language as input methods.The method of compiled simulation was described,and given the simulation results.The design of digital circuit based on the programmable logic device easier to understand and grasp by the use of familiar device.

Keywords:programmable logic devices;counter;digital circuit;VHDL

0 引 言

可編程邏輯器件PLD(Programmable Logic Device)是一種數(shù)字電路,它可以由用戶來(lái)進(jìn)行編程和進(jìn)行配置,利用它可以解決不同的邏輯設(shè)計(jì)問(wèn)題。PLD由基本邏輯門(mén)電路、觸發(fā)器以及內(nèi)部連接電路構(gòu)成,利用軟件和硬件(編程器)可以對(duì)其進(jìn)行編程,從而實(shí)現(xiàn)特定的邏輯功能?？删幊踢壿嬈骷?0世紀(jì)70年代初期以來(lái)經(jīng)歷了從PROM,PLA,PAL,GAL到CPLD和FPGA的發(fā)展過(guò)程,在結(jié)構(gòu)、工藝、集成度、功能、速度和靈活性方面都有很大的改進(jìn)和提高[1]。

隨著數(shù)字集成電路的不斷更新和換代,特別是可編程邏輯器件的出現(xiàn),使得傳統(tǒng)的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法發(fā)生了根本的改變[2]?？删幊踢壿嬈骷撵`活性使得硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)師在實(shí)驗(yàn)室里用一臺(tái)計(jì)算機(jī)、一套相應(yīng)的EDA軟件和可編程邏輯芯片就可以完成數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)[3]。

1 Max+plus Ⅱ簡(jiǎn)介

Max+plus Ⅱ是一種與結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)的全集成化設(shè)計(jì)環(huán)境,使設(shè)計(jì)者能對(duì)Altera的各種CPLD系列方便地進(jìn)行設(shè)計(jì)輸入、快速處理和器件編程。Max+plus Ⅱ開(kāi)發(fā)系統(tǒng)具有強(qiáng)大的處理能力和高度的靈活性,其主要優(yōu)點(diǎn):與結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)、多平臺(tái)、豐富的設(shè)計(jì)庫(kù)、開(kāi)放的界面、全集成化、支持多種硬件描述語(yǔ)言(HDL)等。

數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用自頂向下、由粗到細(xì),逐步分解的設(shè)計(jì)方法,最頂層電路是指系統(tǒng)的整體要求,最下層是具體的邏輯電路的實(shí)現(xiàn)。自頂向下的設(shè)計(jì)方法將一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)逐漸分解成若干功能模塊,從而進(jìn)行設(shè)計(jì)描述,并且應(yīng)用EDA 軟件平臺(tái)自動(dòng)完成各功能模塊的邏輯綜合與優(yōu)化,門(mén)級(jí)電路的布局,再下載到硬件中實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)[4],具體設(shè)計(jì)過(guò)程如下。

1.1 設(shè)計(jì)輸入

Max+plus Ⅱ支持多種設(shè)計(jì)輸入方式,如原理圖輸入、波形輸入、文本輸入和它們的混合輸入。

1.2 設(shè)計(jì)處理

設(shè)計(jì)輸入完后,用Max+plus Ⅱ的編譯器編譯、查錯(cuò)、修改直到設(shè)計(jì)輸入正確,同時(shí)將對(duì)輸入文件進(jìn)行邏輯簡(jiǎn)化、優(yōu)化,最后生成一個(gè)編程文件,這是設(shè)計(jì)的核心環(huán)節(jié)。

1.3 設(shè)計(jì)檢查

Max+plus Ⅱ?yàn)樵O(shè)計(jì)者提供完善的檢查方法設(shè)計(jì)仿真和定時(shí)分析,其目的是檢驗(yàn)電路的邏輯功能是否正確,同時(shí)測(cè)試目標(biāo)器件在最差情況下的時(shí)延,這一查錯(cuò)過(guò)程對(duì)于檢驗(yàn)組合邏輯電路的競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)和時(shí)序邏輯電路的時(shí)序、時(shí)延等至關(guān)重要。

1.4 器件編程

當(dāng)電路設(shè)計(jì)、校驗(yàn)之后,Max+plus Ⅱ的Programmer 將編譯器所生成的編譯文件下載到具體的CPLD器件中,即實(shí)現(xiàn)目標(biāo)器件的物理編程[5]。

2 以計(jì)數(shù)器為例介紹具體的設(shè)計(jì)方法

計(jì)數(shù)器是非常常用的時(shí)序邏輯電路。計(jì)數(shù)器類型有多種,實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的方法也有很多?？梢再I到大部分類型的中規(guī)模集成的計(jì)數(shù)器直接使用,也可以用觸發(fā)器搭建符合要求的計(jì)數(shù)器。但是采用以上方法實(shí)現(xiàn)的計(jì)數(shù)器靈活性不夠,不能隨時(shí)進(jìn)行修改,通用性差。這里介紹基于可編程邏輯器件的實(shí)現(xiàn)方法。

2.1 設(shè)計(jì)輸入

采用原理圖輸入的思維方式比較適合一直采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法人的使用。原理圖輸入如圖1所示。

圖1 原理輸入圖

采用硬件描述語(yǔ)言輸入的方法對(duì)于沒(méi)有傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法經(jīng)驗(yàn)的人更容易入門(mén),修改起來(lái)也更方便。給出了一個(gè)可逆計(jì)數(shù)器的實(shí)現(xiàn)實(shí)例[6],程序的核心部分如下[7]:

PROCESS (clk)

VARIABLE cnt:INTEGER RANGE 0 TO 255;

VARIABLE direction:INTEGER;

BEGIN

IF(updown=′1′)THEN

direction:=1;

ELSE

direction:=-1;

END IF;

IF(clk′EVENT AND clk=′1′)THEN

cnt:=cnt+direction;

END IF;

qd

end process;

2.2 設(shè)計(jì)處理

原理圖或程序完成之后,選擇好器件并進(jìn)行引腳定義,然后編譯優(yōu)化得到編程文件的界面如圖2所示[8]。

2.3 設(shè)計(jì)檢查

編譯結(jié)束后,建立波形文件進(jìn)行仿真,注意波形文件需要先保存,保存文件名和源文件一致才能進(jìn)行仿真[9]。結(jié)果如圖3所示。

圖2 編譯優(yōu)化得到編程文件的界面

圖3 仿真結(jié)果

仿真結(jié)果達(dá)到設(shè)計(jì)目的,符合設(shè)計(jì)要求。這時(shí)可以把編譯生成的*.pof文件下載到選定的器件使用。用以上方法實(shí)現(xiàn)的器件,修改起來(lái)非常方便,只需要修改程序重新編譯下載即可,任何類型的計(jì)數(shù)器都可以在可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)。

3 結(jié) 語(yǔ)

隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展,CPLD 和FPGA 器件在集成度、功能和性能(速度及可靠性)方面已經(jīng)能夠滿足大多數(shù)場(chǎng)合的使用要求。用CPLD,FPGA等大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷〈鷤鹘y(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)集成電路、接口電路和專用集成電路已成為技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

可編程邏輯器件是邏輯器件家族中發(fā)展最快的一類器件,它出現(xiàn)使得產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期縮短、現(xiàn)場(chǎng)靈活性好、開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)變小,隨著工藝、技術(shù)及市場(chǎng)的不斷發(fā)展,PLD產(chǎn)品的價(jià)格將越來(lái)越便宜、集成度越來(lái)越高、速度越來(lái)越快,再加上其設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)采用符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的、功能強(qiáng)大的通用性EDA工具,可編程邏輯器件的應(yīng)用前景將愈來(lái)愈廣闊[10]。

參考文獻(xiàn)

[1]徐偉業(yè),江冰,虔湘賓.CPLD/FPGA的發(fā)展與應(yīng)用之比較[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2007,30(2):4-7.

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[3]趙延,葛利嘉,雙濤.基于FPGA的UART設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)及其驗(yàn)證方法[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2008,31(17):162-164.

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[6]潘松.VHLD 實(shí)用教程[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2000.

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[8]林明權(quán).VHDL數(shù)字控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)范例[M].北京:電子工業(yè)出版社,2003.

篇3

關(guān)鍵詞：模電；數(shù)電；定義；特點(diǎn)；區(qū)別與聯(lián)系

1 模擬電路與數(shù)字電路的定義

模擬電路主要處理模擬信號(hào)，如果輸入信號(hào)有一個(gè)微小的變化，輸出信號(hào)必有一個(gè)與之相對(duì)應(yīng)的變化。數(shù)字電路主要處理數(shù)字信號(hào)，它的變化只有高、低電平兩個(gè)狀態(tài)，如果輸入信號(hào)發(fā)生一個(gè)微笑的變化，輸出信號(hào)一般不會(huì)立即發(fā)生變化，需要累積到一定值輸出端才會(huì)發(fā)生變化。

2 模擬電路與數(shù)字電路的特點(diǎn)

1.模擬電路的特點(diǎn)：

①處理模擬信號(hào)，模擬信號(hào)即在時(shí)間和幅值上均連續(xù)的信號(hào)。在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)，模擬電路的電流和電壓保持持續(xù)變化。

②電路中元器件的動(dòng)作方式為線性變化，如放大器。

③模擬電路是電子技術(shù)的基礎(chǔ)，應(yīng)用十分廣泛。手機(jī)等電子產(chǎn)品的無(wú)線收發(fā)模塊都是模擬電路。自然界中的物理量均為連續(xù)量，連續(xù)信號(hào)的處理離不開(kāi)模擬電路。

④輸出信號(hào)隨輸入信號(hào)的微小變化而變化。

2.數(shù)字電路的特點(diǎn)：

①處理數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)即在時(shí)間和幅值上均離散的信號(hào)。在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)，數(shù)字電路的電流和電壓呈現(xiàn)脈沖變化。

②數(shù)字電路可對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行算數(shù)運(yùn)算及邏輯運(yùn)算?；具壿嬤\(yùn)算有與或非三種，復(fù)合邏輯運(yùn)算有常用的與非、或非、與或非、異或等等。因此，它具有邏輯推理和邏輯判斷的能力。

③數(shù)字信號(hào)只有0、1兩種狀態(tài)，可用晶體管的飽和和截止分別表示，意味著其輸出量不隨輸入量的微小變化而變化，需累積到一定程度才發(fā)生變化，由此可以看出，數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)可靠，不易受外界的影響而變化。

④數(shù)字電路的突出優(yōu)點(diǎn)之一是集成度高，功耗低，速度快。用數(shù)字集成電路不僅縮小了體積，提高了生產(chǎn)技術(shù)，更推動(dòng)了數(shù)字電路的發(fā)展。

3 模擬電路與數(shù)字電路的區(qū)別

簡(jiǎn)單的來(lái)說(shuō)，模擬電路和數(shù)字電路中信號(hào)的表達(dá)方式不同。自然界中許多物理量，如溫度、壓力等為連續(xù)變化，處理此種信號(hào)的電路為模擬電路。也有一種物理量，在時(shí)間和幅值上均不連續(xù)，處理此種信號(hào)的電路為數(shù)字電路。一個(gè)簡(jiǎn)單的例子幫助我們理解，如對(duì)光照強(qiáng)度的感受，模擬電路可直接處理信號(hào)，輸出隨光照強(qiáng)度變化而變化，數(shù)字電路則將此信號(hào)經(jīng)過(guò)抽樣、量化等一系列工作轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)方可處理。由此總結(jié)區(qū)別如下：

1.工作的信號(hào)不同。模擬電路處理的是模擬信號(hào)，一般都具有連續(xù)變化的特點(diǎn)；數(shù)字電路則處理的是數(shù)字信號(hào)，它的變化總發(fā)生在離散的瞬間，數(shù)字信號(hào)通常用脈沖的有無(wú)來(lái)表示，有脈沖為“1”――高電平，無(wú)脈沖則為“0”――低電平。

2.電路的作用不同。模擬電路是通過(guò)放大器等元器件實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的比例放大，其要求輸出信號(hào)盡量不失真；數(shù)字電路處理0、1兩種電平的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)輸入輸出的數(shù)字量之間一定的邏輯關(guān)系。

3.分析方法不同。模擬電路通常采用圖解法和微變等效電路法，如負(fù)反饋放大器的框圖分析法，即把放大器分解成基本放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)兩部分；數(shù)字電路的主要分析方法在組合邏輯電路中有邏輯關(guān)系式，真值表等，在時(shí)序邏輯電路中有狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表，狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，卡諾圖等。

4.電流和電壓的變化方式不同。模擬電路中，電流和電壓是呈持續(xù)變化的；數(shù)字電路中，電流和電壓是呈脈沖變化的。

5.三O管的工作狀態(tài)不同。模擬電路中其作用是放大，這就意味著工作在放大區(qū)；數(shù)字電路中其相當(dāng)于開(kāi)關(guān)，這就意味著工作在截止區(qū)和飽和區(qū)，即“0”、“1”狀態(tài)。

4 模擬電路與數(shù)字電路的聯(lián)系

從我們可以直接看的到的層面上來(lái)說(shuō)，模擬電路和數(shù)字電路的最直接聯(lián)系就是它們同屬于電子電路，只不過(guò)處理的信號(hào)不同罷了。對(duì)接觸過(guò)數(shù)電和模電的我們都清楚，數(shù)電是建立在模電的基礎(chǔ)之上，換句話來(lái)說(shuō)，數(shù)字電路從根本上來(lái)說(shuō)都是模擬電路。模擬電路處理模擬信號(hào)，數(shù)字電路處理數(shù)字信號(hào)，但自然界中多為模擬量，所以數(shù)字信號(hào)通常由模擬信號(hào)獲得，它是將模擬信號(hào)抽樣后數(shù)字化得到的。模擬電路和數(shù)字電路的諸多聯(lián)系總結(jié)如下：

1.它們的基本元器件大都相同，無(wú)論是模擬電路，還是數(shù)字電路，都是已三極管為基礎(chǔ)，不斷增加其他功能以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜化。

2.數(shù)字電路是在模擬電路的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，數(shù)字電路處理的數(shù)字信號(hào)也是由模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)采樣、保持、量化、編碼而來(lái)。

3.把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換器稱為A/D轉(zhuǎn)換器，把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換器稱為D/A轉(zhuǎn)換器。如果想要用數(shù)字電路處理模擬信號(hào)，那么在系統(tǒng)中置入A/D轉(zhuǎn)換器再輸入信號(hào)就可以了，反之，需要在系統(tǒng)中置入D/A轉(zhuǎn)換器。舉例來(lái)講，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，被控制量，如溫度、壓力等均為連續(xù)量，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量即可用數(shù)字電路進(jìn)行處理。

參考文獻(xiàn)

1.王敏.模擬電路與數(shù)字電路的區(qū)別辨析[J].電子世界

2.張劍平.《模擬電子技術(shù)教程》.清華大學(xué)出版社

3.朱定華.《現(xiàn)代數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)》.清華大學(xué)出版社

4.岳怡.《數(shù)字電路與數(shù)字電子技術(shù)》.西北工業(yè)大學(xué)出版社

作者簡(jiǎn)介

篇4

關(guān)鍵詞：工程認(rèn)證；復(fù)雜工程問(wèn)題；過(guò)程控制；考核方式

一電子類課程設(shè)計(jì)相關(guān)概述

2016年6月我國(guó)成為《華盛頓協(xié)議》正式成員，標(biāo)志著我國(guó)高等工程教育進(jìn)入了新階段。五邑大學(xué)順應(yīng)大趨勢(shì)，加入了高等教育工程認(rèn)證的行業(yè)。作為電子信息工程系的骨干教師，本人參加了五邑大學(xué)前期工程認(rèn)證培養(yǎng)方案形成、大綱編制、專家答辯等各項(xiàng)工作，深知實(shí)施工程認(rèn)證困難重重。根據(jù)2018年培養(yǎng)方案，電子信息工程系整合現(xiàn)有實(shí)踐教學(xué)，將原來(lái)的《模擬電子課程設(shè)計(jì)》和《數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)》進(jìn)行了課程整合，形成了《電子電路綜合設(shè)計(jì)》實(shí)踐課程[1,2]。工程認(rèn)證，要求以學(xué)生為本，目標(biāo)導(dǎo)向，持續(xù)改進(jìn)，更側(cè)重于對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)。根據(jù)《電子電路綜合設(shè)計(jì)》課程所涉及的畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)，學(xué)生完成課程學(xué)習(xí)后需獲得以下方面的能力：（1）通過(guò)對(duì)具體功能電路的分析、設(shè)計(jì)和制作，使學(xué)生掌握電子電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法、基本手段、基本工具和基本技能，來(lái)培養(yǎng)學(xué)生分析和解決電子電路復(fù)雜工程問(wèn)題的能力；（2）通過(guò)團(tuán)隊(duì)合作，實(shí)物展示，匯報(bào)過(guò)程，撰寫(xiě)報(bào)告的形式，來(lái)培養(yǎng)學(xué)生良好的團(tuán)隊(duì)合作能力、口頭表達(dá)能力和書(shū)面表達(dá)能力。為了體現(xiàn)團(tuán)隊(duì)合作能力和口頭表達(dá)能力，在課程形式的設(shè)置上又增加了分組和答辯等相應(yīng)環(huán)節(jié)，這使得我們不得不重新設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)教學(xué)模式、教學(xué)方法和考核形式。

二電子類課程設(shè)計(jì)教學(xué)現(xiàn)狀

以《數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)》為例，近年來(lái)，課程設(shè)計(jì)的任務(wù)是設(shè)計(jì)彩燈控制器，在功能上可以通過(guò)控制電路實(shí)現(xiàn)彩燈電路不同花型的變換，指導(dǎo)教師給出任務(wù)要求及主要元器件清單，學(xué)生們根據(jù)要求自行設(shè)計(jì)電路并制作、調(diào)試，最后根據(jù)作品的實(shí)際效果和設(shè)計(jì)報(bào)告，指導(dǎo)教師給出相應(yīng)的成績(jī)等級(jí)?？陀^地說(shuō)，本課程的實(shí)際開(kāi)展效果還是不錯(cuò)的，但結(jié)合工程認(rèn)證的要求，當(dāng)前的課程設(shè)計(jì)還存在一定程度的問(wèn)題，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。（1）學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)不佳。雖然在學(xué)習(xí)綜合課程設(shè)計(jì)時(shí)，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)《電子工藝實(shí)習(xí)》《模擬電子技術(shù)》《數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)》等相關(guān)課程，但學(xué)生掌握的僅是一些最基本的電子知識(shí)，不了解如何應(yīng)用所學(xué)的理論知識(shí)；與之相關(guān)的理論可也配備有相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，但實(shí)驗(yàn)多以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，沒(méi)有真正意義上設(shè)計(jì)過(guò)電子電路，缺少系統(tǒng)設(shè)計(jì)的概念。課程設(shè)計(jì)涉及的知識(shí)面廣且難度大，使一部分學(xué)生產(chǎn)生一定的厭學(xué)情緒。學(xué)生缺少學(xué)習(xí)興趣，動(dòng)手實(shí)踐的意愿不強(qiáng)，學(xué)習(xí)狀態(tài)不佳。（2）元器件功能拓展性不足，方案設(shè)計(jì)創(chuàng)新性不夠。在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，一般老師會(huì)推薦一些元器件型號(hào)，因此大部分學(xué)生在進(jìn)行元器件選型時(shí)，思路僅局限于這些指定的型號(hào)，而忽略了教師同時(shí)提出的可用類似功能器件進(jìn)行設(shè)計(jì)的要求。如指導(dǎo)教師給出NPN三極管以驅(qū)動(dòng)LED，很少有同學(xué)會(huì)想到對(duì)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行簡(jiǎn)單改動(dòng)，用PNP三極管來(lái)驅(qū)動(dòng)。另外，學(xué)生在進(jìn)行實(shí)物演示時(shí)，可以看到方案設(shè)計(jì)的版本偏少，有些學(xué)生比較盲從，沒(méi)有去比較方案為何要這樣設(shè)計(jì)，不同的方案有何優(yōu)劣，方案設(shè)計(jì)創(chuàng)新度不夠[3,4]。（3）考核形式單一。傳統(tǒng)的電子類課程設(shè)計(jì)類課程考核形式較為單一，只對(duì)學(xué)生的出勤、設(shè)計(jì)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行考核。這種考核方式存在的問(wèn)題歸納起來(lái)有三點(diǎn)，一是缺少過(guò)程考核，忽視了對(duì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的態(tài)度、積極性與創(chuàng)新性的考核；二是缺少差別性評(píng)價(jià)，學(xué)生在設(shè)計(jì)過(guò)程中的設(shè)計(jì)難度、溝通能力、書(shū)面表達(dá)能力、口頭表達(dá)能力等不易量化的因素也沒(méi)有納入考核范圍，同時(shí)教師無(wú)法準(zhǔn)確評(píng)估同一小組內(nèi)不同成員的貢獻(xiàn)率。三是評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不明確，教師的主觀性較大，評(píng)定的標(biāo)準(zhǔn)不能具體量化。

三電子類課程設(shè)計(jì)改革策略

電子類課程設(shè)計(jì)以學(xué)生獲得知識(shí)能力為目標(biāo)，采用課堂講授、啟發(fā)式，討論式多種教學(xué)模式，將案例教學(xué)、任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)、學(xué)生實(shí)驗(yàn)、答疑指導(dǎo)等授課方式貫穿教學(xué)的全過(guò)程。根據(jù)課程實(shí)施過(guò)程，可以將教學(xué)內(nèi)容分為以下5部分，分別為：案例講解和任務(wù)布置、方案設(shè)計(jì)和評(píng)估、實(shí)物制作和性能測(cè)試、實(shí)物驗(yàn)收和撰寫(xiě)報(bào)告、答辯和設(shè)計(jì)報(bào)告評(píng)分。在電子類課程設(shè)計(jì)的教學(xué)實(shí)施過(guò)程中，即要體現(xiàn)以解決復(fù)雜工程問(wèn)題為目的的各項(xiàng)能力的培養(yǎng)，又要將《工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》中給出的12條畢業(yè)要求具體對(duì)應(yīng)到具體的教學(xué)環(huán)節(jié)中?；诠こ陶J(rèn)證，電子類課程設(shè)計(jì)從如下四個(gè)方面進(jìn)行了改革。

（1）在課程組織形式上，采用了分組進(jìn)行的方式。常用的分組方法是教師隨機(jī)分組和學(xué)生自愿分組。教師隨機(jī)分組不利于發(fā)揮每位同學(xué)的潛力，形成學(xué)習(xí)合力；學(xué)生自愿分組容易出現(xiàn)“學(xué)霸”受歡迎、“學(xué)渣”沒(méi)人理的情況，不利于對(duì)團(tuán)結(jié)合作能力的培養(yǎng)。為了克服教師隨機(jī)分組和學(xué)生自愿分組所帶來(lái)的弊端，電子類課程設(shè)計(jì)采用基于課前調(diào)查的綜合型分組策略，兼顧學(xué)生意愿，教師指導(dǎo)的分組方法。[5]具體來(lái)說(shuō)，《數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)》直接相關(guān)的前導(dǎo)課程是《數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)》，通過(guò)對(duì)《數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)》課程學(xué)習(xí)成績(jī)的調(diào)查，可以判斷學(xué)生進(jìn)入課程前的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)；通過(guò)對(duì)《數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)》成績(jī)的調(diào)查，可以從一個(gè)側(cè)面了解學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力。通過(guò)調(diào)查學(xué)生的歷史學(xué)習(xí)能力，結(jié)合其自我評(píng)價(jià)及分組意愿，教師可以指導(dǎo)分組，通過(guò)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)來(lái)提升小組的整體能力。對(duì)個(gè)人能力突出的學(xué)生，可以充當(dāng)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中考察整個(gè)團(tuán)隊(duì)分工是否合理，能否妥善解決沖突等；而基礎(chǔ)相對(duì)薄弱的學(xué)生，可以充當(dāng)項(xiàng)目參與人，在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中考察對(duì)項(xiàng)目及自己承擔(dān)任務(wù)的理解，與團(tuán)隊(duì)成員有無(wú)有效溝通等。學(xué)生只有明確了各自的任務(wù)和目標(biāo)，才能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣并提升教學(xué)參與程度，充分發(fā)揮教學(xué)過(guò)程中學(xué)生的主體地位[6]。

篇5

關(guān)鍵詞：模擬與數(shù)字電路；電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)園地；虛擬儀器實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2014）08-0151-03

一、背景

以模擬與數(shù)字電路為基礎(chǔ)內(nèi)容的電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)是高等學(xué)校理工科專業(yè)學(xué)生重要的必修專業(yè)基礎(chǔ)課，也是電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化等工科專業(yè)的學(xué)生在大學(xué)教育階段所要經(jīng)歷的一個(gè)重要的工程性實(shí)踐環(huán)節(jié)，在培養(yǎng)學(xué)生素質(zhì)和能力方面占有十分重要的地位[1]。而電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)課程作為一門(mén)綜合性的實(shí)踐課程，與理論課程并行開(kāi)設(shè)，其實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不再限制于某一門(mén)課程，而是把多門(mén)相關(guān)課程的知識(shí)相互滲透，有機(jī)融合。在一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目或設(shè)計(jì)課題中，可以融合模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、EDA技術(shù)、單片機(jī)原理等知識(shí)模塊，讓學(xué)生運(yùn)用多種技術(shù)完成一個(gè)完整的電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使學(xué)生對(duì)電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程有深入的理解，同時(shí)培養(yǎng)工程實(shí)踐方面的基本素養(yǎng)。除了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，課題設(shè)計(jì)還可以采用電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、科研項(xiàng)目、學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐等方式，在“開(kāi)放”的狀態(tài)下進(jìn)行，充分體現(xiàn)學(xué)生的主體性[2]。眾所周知，軟件學(xué)院的辦學(xué)宗旨是要基于“精英型軟件人才”的培養(yǎng)目標(biāo)，一般的軟件學(xué)院通常擁有軟件工程和網(wǎng)絡(luò)工程兩個(gè)專業(yè)方向，而我院為了強(qiáng)化“精英型軟件人才”的培養(yǎng)目標(biāo)，在本科二年級(jí)時(shí)又開(kāi)設(shè)了嵌入式和物聯(lián)網(wǎng)兩個(gè)專業(yè)方向，這兩個(gè)專業(yè)方向的學(xué)習(xí)需要有更好的硬件基礎(chǔ)，這也是我院面向本科一個(gè)年級(jí)800人開(kāi)設(shè)模擬與數(shù)字電路理論與實(shí)驗(yàn)課程，并且實(shí)驗(yàn)教學(xué)采取獨(dú)立設(shè)課的方式的重要原因。嵌入式與物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)與電子技術(shù)等硬件課程的聯(lián)系要較為緊密一些，對(duì)于目前的模擬與數(shù)字電路教學(xué)，從事這兩個(gè)專業(yè)方向?qū)W習(xí)的學(xué)生往往會(huì)感到學(xué)得不夠多，不夠深入。許多有志于這兩個(gè)專業(yè)方向?qū)W習(xí)的學(xué)生，在做完基礎(chǔ)的模擬與數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)后希望，還能有機(jī)會(huì)到實(shí)驗(yàn)室做一些額外的、提高性的實(shí)驗(yàn)。而不從事這兩個(gè)專業(yè)方向?qū)W習(xí)的軟件工程和網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的學(xué)生，往往體會(huì)不到學(xué)習(xí)電子技術(shù)等硬件課程的重要意義，簡(jiǎn)單的認(rèn)為在軟件學(xué)院學(xué)習(xí)，只要把“軟”的東西搞明白就可以了，不應(yīng)在“硬”上浪費(fèi)時(shí)間。因此，結(jié)合我院目前本科生的教學(xué)體系、培養(yǎng)目標(biāo)以及開(kāi)設(shè)的相關(guān)硬件課程如：51單片機(jī)接口與匯編、fpga設(shè)計(jì)、通信原理、計(jì)算機(jī)組成原理等與硬件電路密切相關(guān)的課程，構(gòu)建“電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系”就顯得有重大的意義，能夠使基礎(chǔ)的硬件教學(xué)與軟件學(xué)院的教學(xué)體系和培養(yǎng)目標(biāo)建立起聯(lián)系，體現(xiàn)了硬件實(shí)驗(yàn)教學(xué)相對(duì)于軟件專業(yè)方向?qū)W習(xí)的重要性和關(guān)聯(lián)性，實(shí)現(xiàn)軟硬兼顧。除此以外，目前在全國(guó)眾多的軟件學(xué)院中，另外，還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)一所軟件學(xué)院提出構(gòu)建“軟件學(xué)院電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系”的教學(xué)改革活動(dòng)。著名的大學(xué)如北京大學(xué)是將軟件與微電子學(xué)院放在一起合辦，盡管如此，北京大學(xué)也沒(méi)有面向軟件工程、網(wǎng)絡(luò)工程將近800人的、規(guī)模龐大的模擬與數(shù)字電路的實(shí)驗(yàn)課程，因此，我院進(jìn)行構(gòu)建“軟件學(xué)院電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系”的教學(xué)改革實(shí)踐就顯得特別有意義，能夠起到“示范性”的作用。

二、研究基礎(chǔ)

我院自2008年開(kāi)始在本科生的教學(xué)體系中引入獨(dú)立的模擬與數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)課程以來(lái)，取得了許多積極的教學(xué)成果：（1）有力的輔助了模擬與數(shù)字電路理論課的教學(xué)，使抽象的理論課不再生澀難懂。（2）通過(guò)動(dòng)手搭電路的實(shí)驗(yàn)很好的煅練了學(xué)生的操作能力，通過(guò)實(shí)驗(yàn)學(xué)生的實(shí)踐能力得以提高。（3）對(duì)我院其他專業(yè)方向的如計(jì)算機(jī)組成原理等理論與實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)提供了有力的支持。（4）教學(xué)模式不斷改進(jìn)，部分實(shí)驗(yàn)，如儀器使用的教學(xué)方式完成了由傳統(tǒng)的“老師講，學(xué)生跟著做”到以學(xué)生為主體，旨在培養(yǎng)學(xué)生“自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新意識(shí)”的開(kāi)放式教學(xué)。在數(shù)字實(shí)驗(yàn)部分設(shè)立了“選做”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，面向能快速完成必做實(shí)驗(yàn)部分的、有興趣做更多學(xué)習(xí)和嘗試的學(xué)生。（5）規(guī)范實(shí)驗(yàn)教學(xué)的流程，引入了實(shí)驗(yàn)報(bào)告冊(cè)，在報(bào)告冊(cè)中明確規(guī)定實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)、操作、總結(jié)部分的要求。（6）在現(xiàn)有課程教學(xué)基礎(chǔ)上，結(jié)合我院嵌入式工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，開(kāi)設(shè)了一門(mén)提高性質(zhì)的開(kāi)放式電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程“嵌入式電路設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用實(shí)踐”。

但現(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)教學(xué)仍有許多不足之處：（1）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊，所用元器件型號(hào)過(guò)時(shí)，需要更新。（2）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目仍然偏少，不夠豐富，可供選擇的余地小，大大的限制了學(xué)生自主性的發(fā)揮，不利于創(chuàng)新型、研究型的學(xué)習(xí)。因此，驗(yàn)證性、綜合性、設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目均應(yīng)增加。（3）教學(xué)模式僵化，手段單一，仍以傳統(tǒng)的老師在課堂上按部就班的指導(dǎo)，學(xué)生跟著按實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行操作驗(yàn)證為主，學(xué)生沒(méi)有自由發(fā)揮、進(jìn)行創(chuàng)新型學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)。實(shí)驗(yàn)室目前仍沒(méi)有完全實(shí)現(xiàn)開(kāi)放，而學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)任務(wù)較重，課程設(shè)置多，很難有整塊的時(shí)間和專門(mén)的機(jī)會(huì)通過(guò)更多的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練獲得提高。（4）實(shí)驗(yàn)課程考核的方式單一，除了批閱實(shí)驗(yàn)報(bào)告之外，成績(jī)?cè)u(píng)定主要以學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)的快慢為主，即主要考核學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度，認(rèn)真預(yù)習(xí)的程度及實(shí)驗(yàn)動(dòng)手操作能力的高低。（5）尚未形成一個(gè)有效的綜合教學(xué)體系，使模擬與數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)課程能更好地融入我院的整體教學(xué)體系當(dāng)中。

三、研究思路

基于以上的原因及分析，應(yīng)結(jié)合目前我院的教學(xué)體系及專業(yè)培養(yǎng)方向，以現(xiàn)有的模擬與數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)為基礎(chǔ)，以“開(kāi)放式”教學(xué)為主要依托，構(gòu)建“電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系”，以求根本解決我院目前模擬與數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的各種問(wèn)題。

1.建設(shè)電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)園地[3]。建設(shè)電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)園地是本研究課題要實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)目標(biāo)，是構(gòu)建我院電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的基礎(chǔ)。

實(shí)驗(yàn)園地中的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目如圖1所示分為以下幾大組成部分：①實(shí)驗(yàn)基本技能訓(xùn)練園地，實(shí)驗(yàn)基本技能訓(xùn)練園地主要包括：如何進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)，如查找資料，對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行理論分析；實(shí)驗(yàn)操作中的FAQ；實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告的書(shū)寫(xiě)要求；電路設(shè)計(jì)仿真軟件的入門(mén)；嵌入式C、匯編語(yǔ)言的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境的使用；VHDL、Verilog等硬件設(shè)計(jì)語(yǔ)言及ISE開(kāi)發(fā)編譯環(huán)境的使用；EDA技術(shù)基礎(chǔ)如電路板的原理圖、PCB板圖的設(shè)計(jì)；電路焊接的基本技能培訓(xùn)等。將實(shí)驗(yàn)基本技能訓(xùn)練部分的資源放置于我院的ftp課程網(wǎng)站或?qū)W院網(wǎng)站上，根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)的要求或?qū)W生自已的需求下載使用。②專用儀器設(shè)備園地，在專用儀器設(shè)備園地中，可獲得示波器、萬(wàn)用表、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、直流穩(wěn)壓電源、電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)箱、實(shí)驗(yàn)操作面板等儀器設(shè)備的使用說(shuō)明書(shū)，操作實(shí)例，操作課件等。③基礎(chǔ)模擬與數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)園地，按照基礎(chǔ)模擬與數(shù)字電子技術(shù)通用的理論教學(xué)，實(shí)驗(yàn)園地可分為四大模塊[4]：模塊A：常用電子元器件，包括電阻、電容、電感、二極管、三極管、場(chǎng)效應(yīng)管等，模塊A是模擬與數(shù)字電子技術(shù)的共同基礎(chǔ)。模塊B：模擬電路模塊，包括基本放大器、差動(dòng)放大器、功率放大器、運(yùn)算放大器、反饋放大器、信號(hào)發(fā)生器、直流穩(wěn)壓電源等，該模塊是模擬電子技術(shù)的主要內(nèi)容，著重讓學(xué)生掌握模擬電路的基本概念、基本原理和基本分析方法。模塊C：數(shù)字邏輯和數(shù)字電路模塊，主要包括邏輯代數(shù)基礎(chǔ)、邏輯門(mén)電路、組合邏輯電路、時(shí)序邏輯電路、脈沖產(chǎn)生與整形、大規(guī)模集成電路（半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、A/D和D/A等）。模塊C是數(shù)字電子技術(shù)的主要內(nèi)容，旨在讓學(xué)生掌握數(shù)電的基本知識(shí)及常用數(shù)字集成電路，學(xué)會(huì)邏輯分析和邏輯設(shè)計(jì)的方法。模塊D：可編程邏輯器件模塊，目前常用的可編程邏輯器件包括EPROM、GAL、FPGA、E2PROM，模塊D是數(shù)字電路領(lǐng)域發(fā)展較快的一項(xiàng)技術(shù)，通過(guò)與EDA技術(shù)的結(jié)合，使通過(guò)軟件編程的方法實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)計(jì)成為可能。④演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)園地，將演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)園地分為三大模塊：模塊A：實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)，實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)是從實(shí)驗(yàn)結(jié)果入手的教學(xué)方法，有助于從總體設(shè)計(jì)方面建立深入的宏觀印象，趣味性的結(jié)果還有助于激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)創(chuàng)造的興趣，使學(xué)生在充分理解了現(xiàn)有實(shí)現(xiàn)方法的基礎(chǔ)上，積極探求不同的實(shí)驗(yàn)思路和解決方案?！皩?shí)物”既可以包括實(shí)驗(yàn)教師為某項(xiàng)實(shí)驗(yàn)所設(shè)計(jì)的專用演示電路實(shí)驗(yàn)板，也可以包括學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐過(guò)程中的設(shè)計(jì)產(chǎn)品，當(dāng)然也可以是實(shí)驗(yàn)電路搭接后結(jié)果的視頻演示。演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)也可以通過(guò)多媒體PPT課件，WORD或PDF文檔、視頻的形式集中于我院的FTP課程網(wǎng)站或?qū)W院網(wǎng)站上，根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)的要求或?qū)W生自已的需求下載使用。模塊B：虛擬儀器實(shí)驗(yàn)，建設(shè)基于Labview的3D電子技術(shù)虛擬實(shí)驗(yàn)室?？梢詽M足學(xué)生進(jìn)行常用儀器設(shè)備的熟悉與使用，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的虛擬仿真等。如圖2所示為實(shí)驗(yàn)中心自主開(kāi)發(fā)的“三維虛擬實(shí)驗(yàn)室”軟件系統(tǒng)，目前該系統(tǒng)正在研制。

通過(guò)對(duì)實(shí)物如儀器設(shè)備、電子元件等的虛擬，使學(xué)生對(duì)電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)形成全方位的了解，為深入實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備，虛擬實(shí)驗(yàn)還可以減少針對(duì)儀器設(shè)備、電子器件的誤操作，降低設(shè)備器件的損耗，延長(zhǎng)使用壽命，減少維修維護(hù)的工作量。虛擬實(shí)驗(yàn)的教學(xué)可以不受時(shí)間、空間的限制，學(xué)生可以在實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放的時(shí)間到實(shí)驗(yàn)室來(lái)做實(shí)驗(yàn)，也可以在公共機(jī)房安裝有該軟件系統(tǒng)的PC機(jī)上完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，甚至可以在宿舍、網(wǎng)吧、圖書(shū)館等有網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的地方通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，真正實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的“開(kāi)放式”。模塊C：電路仿真實(shí)驗(yàn)，許多EDA軟件就具有電路仿真功能，針對(duì)簡(jiǎn)單的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，電路仿真往往顯得特別有效，如RC電路的實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)過(guò)程非常簡(jiǎn)單。如果在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室之前就能利用EDA軟件針對(duì)不同電阻R和電容C進(jìn)行電路仿真，根據(jù)仿真的結(jié)果確定所需要的電阻、電容，就可以大大節(jié)省查找器件的時(shí)間，降低了在實(shí)驗(yàn)室中找不到該器件的風(fēng)險(xiǎn)，提高的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的效率，有助于開(kāi)放教學(xué)過(guò)程中更高效的使用實(shí)驗(yàn)室。相比于實(shí)物演示教學(xué)和虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)，電路仿真更顯得專業(yè)化。⑤提高性實(shí)驗(yàn)園地，提高性實(shí)驗(yàn)園地的建設(shè)是構(gòu)建“電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系”的關(guān)鍵，是使電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)能與軟件學(xué)院的教學(xué)體系和培養(yǎng)目標(biāo)建立聯(lián)系的重要環(huán)節(jié)，體現(xiàn)硬件實(shí)驗(yàn)教學(xué)相對(duì)于軟件專業(yè)方向?qū)W習(xí)的重要性和關(guān)聯(lián)性，實(shí)現(xiàn)軟硬兼顧。結(jié)合我院本科生教學(xué)體系及專業(yè)培養(yǎng)方向的實(shí)際，以及我院目前開(kāi)設(shè)的51單片機(jī)接口與匯編、fpga設(shè)計(jì)、通信原理、計(jì)算機(jī)組成原理等與硬件電路密切相關(guān)的課程，提高性實(shí)驗(yàn)教學(xué)園地包括三大模塊：模塊A：?jiǎn)纹瑱C(jī)硬件實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)方式為，設(shè)計(jì)電路原理圖進(jìn)行電路仿真（可選）編寫(xiě)C、匯編程序編譯成HEX文件用編程器寫(xiě)入MCU實(shí)驗(yàn)箱上搭接電路實(shí)現(xiàn)功能制作PCB板（可選）。單片機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)可以實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)的模擬與數(shù)字電路、單片機(jī)原理及應(yīng)用、EDA電路設(shè)計(jì)技術(shù)及軟件編程與測(cè)試等多門(mén)專業(yè)課程的綜合。模塊B：FPGA硬件實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)方式為，設(shè)計(jì)電路原理圖進(jìn)行電路仿真（可選）編寫(xiě)VHDL、Verilog語(yǔ)言程序編譯生成bit文件燒寫(xiě)到可編程器件內(nèi)搭接電路實(shí)現(xiàn)數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)或系統(tǒng)功能。FPGA硬件實(shí)驗(yàn)可以實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)的模擬與數(shù)字電路（尤其是數(shù)字邏輯）、計(jì)算機(jī)組成原理及體系結(jié)構(gòu)、EDA電路設(shè)計(jì)技術(shù)及軟件編程與測(cè)試等多門(mén)專業(yè)課程的綜合。模塊C：通信原理硬件實(shí)驗(yàn)，通信原理理論課程是我院網(wǎng)絡(luò)工程系開(kāi)設(shè)的一門(mén)專業(yè)課，為了深入這門(mén)課程，必須具備堅(jiān)實(shí)的模擬（包括低頻、高頻電子線路）和數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)。目前，我院尚無(wú)完善的硬件實(shí)驗(yàn)課程與之匹配，因此可在提高性實(shí)驗(yàn)園地中加入這一模塊。通信原理硬件實(shí)驗(yàn)可以實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)的模擬與數(shù)字電路（尤其是高頻電子線路與數(shù)字邏輯）、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及軟件編程與測(cè)試等多門(mén)專業(yè)課程的綜合。

四、結(jié)論

由以上分析得出如圖3所示的“軟件學(xué)院電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系”的基本構(gòu)思。

實(shí)驗(yàn)教師應(yīng)是電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)園地的建設(shè)者，在利用園地中的各種實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及資源做好基礎(chǔ)及提高性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基礎(chǔ)上，承擔(dān)實(shí)驗(yàn)園地中實(shí)驗(yàn)方案與任務(wù)書(shū)的設(shè)計(jì)工作，在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，針對(duì)不同水平的學(xué)生，逐漸形成驗(yàn)證性，綜合性，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的層次。做為電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)園地的使用者的學(xué)生，在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)與“開(kāi)放式”教學(xué)相結(jié)合的基礎(chǔ)上，逐漸與實(shí)驗(yàn)教師建立新型的教與學(xué)的關(guān)系，如：學(xué)生自已選擇現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，盡可能的獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)教師僅起到輔助指導(dǎo)的作用；教師根據(jù)學(xué)生的水平，將現(xiàn)有的多個(gè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)綜合，形成實(shí)驗(yàn)方案，引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立完成；學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，尋求實(shí)驗(yàn)教師的建議及幫助，盡可能的完全獨(dú)立自主的完成電路設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)園地的建設(shè)會(huì)為基礎(chǔ)、提高性實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供更多的實(shí)驗(yàn)素材，有助于豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。教學(xué)中產(chǎn)生的問(wèn)題有助于豐富實(shí)驗(yàn)園地中的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的建設(shè)，使教師、學(xué)生在進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)的過(guò)程中有更多的選擇，有助于擴(kuò)展學(xué)生的知識(shí)面，提高實(shí)驗(yàn)教師的教學(xué)水平?？傊咧g的良性互動(dòng)將創(chuàng)造一個(gè)良好的教學(xué)實(shí)踐環(huán)境，切實(shí)提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平和教學(xué)質(zhì)量。

鳴謝：本文受到2013年大連理工大學(xué)教學(xué)改革項(xiàng)目“立足精英型軟件人才培養(yǎng)目標(biāo)的電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的構(gòu)建”項(xiàng)目資助。

參考文獻(xiàn)：

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[2]姜寧.高校電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)開(kāi)放式教學(xué)研究[D].陜西：延安大學(xué)，2011.

篇6

關(guān)鍵詞：EDA軟件；數(shù)字電路；教學(xué)；實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2008)24-1250-03

Research on EDA Software in Teaching of Digital Electronics Technology

WANG Yang,HU Jiang,QIAN Yu-lu

(Department of Electronics and Information,Zhejiang Wanli University,Ningbo 315100,China)

Abstract:Digital electronics technology is an important professional course.It can be propitious to teaching, experiments and course design etc., if EDA software is applied to teaching of Digital electronics technology. It can help students master this course better. Finally, its teaching effect is satisfying.

Key words: EDA software; digital electronics technology; teaching; experiment

1 引言

《數(shù)字電子技術(shù)》是電子信息類本科生的一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)必修課。課程的主要任務(wù)是使學(xué)生掌握數(shù)字電子技術(shù)的基本概念和基本理論，掌握數(shù)字電路的分析和設(shè)計(jì)方法，應(yīng)用常用的中、小規(guī)模數(shù)字集成電路進(jìn)行邏輯電路設(shè)計(jì)等。EDA是Electronic design automation的縮寫(xiě)，即電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化，是人們進(jìn)行電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和制造過(guò)程中非常關(guān)鍵的一步。隨著現(xiàn)今計(jì)算機(jī)的普遍應(yīng)用，將EDA軟件應(yīng)用到數(shù)字電路的教學(xué)中，形成虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，對(duì)于數(shù)字電路的理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)都有顯著的幫助，利于學(xué)生們更好的掌握《數(shù)字電子技術(shù)》這門(mén)課程。本文主要是分析了EDA軟件與數(shù)電課程結(jié)合應(yīng)用的一些心得，通過(guò)EDA工具的使用，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，達(dá)到很好的教學(xué)效果，同時(shí)利于后續(xù)相關(guān)課程的學(xué)習(xí)。

2 EDA軟件在數(shù)電理論教學(xué)中的應(yīng)用

在進(jìn)行數(shù)字電路的理論教學(xué)時(shí)，對(duì)于常用時(shí)序邏輯功能器件的講解[1]，如對(duì)計(jì)數(shù)器的介紹會(huì)牽涉到許多概念，像同步置數(shù)（清零）、異步置數(shù)（清零）等，這些概念學(xué)生在掌握的過(guò)程中很容易混淆，但若利用了EDA工具中的Multisim 軟件，一邊講解，一邊演示，會(huì)很好的幫助學(xué)生理解和掌握。這里我們以4位集成二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器74LS161器件為例，利用同步置數(shù)法構(gòu)成一個(gè)五進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。利用同步置數(shù)端LD歸零，SN-1=S4=100，LD=Q2n由Multisim 軟件得到圖1(a) 所示電路，其中ENR和ENT為使能端，CLR為清零端，將它們接在高電平上； A/B/C/D均接地端；QDQCQBQA為信號(hào)從高位到低位的計(jì)數(shù)器輸出端，其中QC通過(guò)74LS04器件的一個(gè)非門(mén)和同步置數(shù)端LOAD相連。當(dāng)SN-1=QDQCQBQA=0100時(shí)，就會(huì)有一個(gè)0信號(hào)給予同步置數(shù)端LOAD，在下一個(gè)時(shí)鐘脈沖的上升沿到達(dá)時(shí)置入了0000狀態(tài)。利用Multisim 軟件可以將整個(gè)過(guò)程演示出來(lái)，對(duì)圖1(a)進(jìn)行仿真，可以看到數(shù)碼管上數(shù)字的變化為圖1(b)所示；打開(kāi)示波器XSC1得到圖1(c)。由圖1(b)、1(c)學(xué)生們可以清楚的看到如圖1(a)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)五進(jìn)制的計(jì)數(shù)器功能，其中0001、0010、0011、0100這4個(gè)狀態(tài)是由74LS161進(jìn)行加1實(shí)現(xiàn)的，0000狀態(tài)是由同步置數(shù)得到的。

同樣利用Multisim 軟件，我們也可以演示利用74LS161器件的異步清零法構(gòu)成的計(jì)數(shù)器，這樣學(xué)生們可以很清楚的比較置數(shù)法和清零法二者的差別，更好的對(duì)這部分的內(nèi)容進(jìn)行理解和掌握。因此，將EDA軟件應(yīng)用于數(shù)電理論教學(xué)中，對(duì)于理論教學(xué)有很好的輔助作用，加深了學(xué)生們對(duì)于理論課程的理解，獲得良好的教學(xué)效果。

3 EDA軟件在數(shù)電實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

對(duì)于數(shù)字電路的學(xué)習(xí)，是離不開(kāi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)這個(gè)環(huán)節(jié)的，為了能夠更好的做好實(shí)驗(yàn)，通常要求學(xué)生在作實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)步驟等。但僅僅只是粗略的看看實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，學(xué)生很難對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)有系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)中會(huì)過(guò)多的依賴教師，這樣很難達(dá)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的，有時(shí)甚至?xí)绊懙綄W(xué)生們對(duì)于這門(mén)課程的學(xué)習(xí)興趣。若我們將Multisim軟件與數(shù)電實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來(lái)，在實(shí)驗(yàn)前鼓勵(lì)學(xué)生利用它建立一個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)室[2]，做一次虛擬實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生更好的完成實(shí)驗(yàn)。這里我們以555集成定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器的實(shí)驗(yàn)為例。實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容是利用555集成定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器來(lái)產(chǎn)生T=tPH+tPL=1.25s的脈沖信號(hào)，其中tPH=1s 。由Multisim軟件，利用電容器的充放電特性，可以得到如圖2(a)的圖形，對(duì)其仿真后，打開(kāi)示波器XSC2，可以看出我們得到了一個(gè)tPH=1s，占空系數(shù)為80％的脈沖信號(hào)，如圖2(b)所示。

從這個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可以很好的理解555集成定時(shí)器元件各個(gè)管腳的功能，實(shí)驗(yàn)電路的設(shè)計(jì)方法，及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的情況等。因此，通過(guò)利用Multisim軟件進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，可以讓學(xué)生更加熟悉實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，減少實(shí)驗(yàn)中不必要的錯(cuò)誤。在虛擬實(shí)驗(yàn)中得到的結(jié)果可以在實(shí)際中檢驗(yàn)；同時(shí)在虛擬實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題，可以帶著問(wèn)題去到實(shí)驗(yàn)室里做實(shí)驗(yàn)，這樣大大增加了學(xué)生的興趣，提高了實(shí)驗(yàn)效果。

4 EDA軟件在數(shù)電課程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

課程設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)對(duì)于數(shù)字電路教學(xué)來(lái)說(shuō)也是非常重要的[3]，它可以幫助學(xué)生加深對(duì)于整個(gè)課程的系統(tǒng)理解；提高學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力；增加學(xué)生實(shí)際解決問(wèn)題的能力；促進(jìn)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。將Multisim工具應(yīng)用于其中，可以幫助學(xué)生更好的完成自己的課程設(shè)計(jì)。例如以設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易數(shù)字頻率計(jì)為課程設(shè)計(jì)的題目，要求在面包板上實(shí)現(xiàn)該電路。要完成這個(gè)課程設(shè)計(jì)，首先學(xué)生必須了解測(cè)頻的基本原理，如圖3所示，被測(cè)頻率fx的信號(hào)u1(t)自輸入通道經(jīng)過(guò)整形、放大等形成與周u1(t)期個(gè)數(shù)相同的計(jì)數(shù)脈沖進(jìn)入主控門(mén)電路，在門(mén)控雙穩(wěn)態(tài)電路開(kāi)門(mén)信號(hào)的控制下，將計(jì)數(shù)脈沖送入計(jì)數(shù)、鎖存、譯碼、驅(qū)動(dòng)與顯示電路，由半導(dǎo)體發(fā)光數(shù)碼管顯示出被測(cè)頻率fx值。控制電路是控制、協(xié)調(diào)各單元電路的工作程序[4]，完成頻率的測(cè)量。

在清楚電路設(shè)計(jì)原理的基礎(chǔ)上，學(xué)生通常是利用現(xiàn)有的元器件，在面包板上完成電路的設(shè)計(jì)、搭建、調(diào)試、測(cè)試等工作，但這樣會(huì)存在一些問(wèn)題，如元器件的損壞、接觸不良；面包板某部分短路；實(shí)驗(yàn)儀器的精度不夠等，這些都會(huì)影響學(xué)生的設(shè)計(jì)進(jìn)度，給學(xué)生增加了一些不必的設(shè)計(jì)難度，但若學(xué)生利用Multisim工具，就會(huì)大大簡(jiǎn)化他們的設(shè)計(jì)難度。由數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)原理，可以在Multisim軟件中虛擬出整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程。首先，由電路原理得到電路圖，通過(guò)仿真，不斷達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，最終可以得到如圖4(a)所示的電路圖。

然后，可以利用Multisim 8的面包板功能，將其整個(gè)電路搭建在虛擬面包板上，如圖4(b)就搭建了上述的設(shè)計(jì)中的時(shí)基電路部分。選擇和實(shí)驗(yàn)室中相同大小的面包板，學(xué)生就可以利用軟件的這個(gè)功能將完整的電路搭建在這塊虛擬面包板上，利用軟件的“DRC和連接檢查”功能檢查無(wú)錯(cuò)誤后，就可將其搬到實(shí)際的面包板上即可。

5 EDA軟件在數(shù)電課程中的其它應(yīng)用

為了更好的培養(yǎng)應(yīng)用型電子技術(shù)人員，我們?cè)跀?shù)字電路教學(xué)的過(guò)程中，常會(huì)對(duì)學(xué)生介紹一些課外知識(shí)，如PCB板設(shè)計(jì)等，但是這些講解有時(shí)會(huì)較空洞，因?yàn)閷W(xué)生很難將仿真的電路與實(shí)際的PCB版圖聯(lián)系在一起，但是我們利用EDA工具中的Ultiboard 8軟件，可以解決這個(gè)難題。例如以采樣計(jì)數(shù)電路為例，首先，利用Multisim軟件可以得到它的電路圖形，如圖5(a)所示；然后利用Ultiboard軟件可以畫(huà)出它的PCB版圖[5]，如圖5(b)所示；利用Ultiboard軟件的3D演示功能，學(xué)生們可以清楚的看到該P(yáng)CB版圖制版后的模樣，如圖5(c)所示。這樣對(duì)于學(xué)生的理解具有很大的幫助，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，取得了很好的教學(xué)效果。

綜上所述，利用EDA軟件可以幫助學(xué)生對(duì)于數(shù)字電路這門(mén)課程的學(xué)習(xí)，不論是在理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，還是在課程設(shè)計(jì)中，都起到了很好的輔助作用，加深學(xué)生們對(duì)于課程的理解、認(rèn)識(shí)，獲得良好的教學(xué)效果，同時(shí)也為今后學(xué)習(xí)相關(guān)課程，如VHDL語(yǔ)言、DSP技術(shù)等，打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 王毓銀.數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)[M].北京:高等教育出版社,2002.

篇7

電子設(shè)計(jì)類實(shí)踐課程的教學(xué)目的是要學(xué)生掌握電子電路的基本設(shè)計(jì)方法、驗(yàn)證方法，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力。本文以交通燈控制電路為例，介紹了電子電路的一般設(shè)計(jì)方法。設(shè)計(jì)過(guò)程中使用Multisim軟件對(duì)理論設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行電路仿真，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了分析。通過(guò)驗(yàn)證，該交通燈可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有道路十字路口的交通指揮功能，具有較高的可靠性和一定的實(shí)用性。使用Multisim軟件進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)和仿真，不僅省時(shí)，而且可以節(jié)約大量的實(shí)驗(yàn)資源，而且可以給枯燥的課堂教學(xué)提供生動(dòng)的教學(xué)演示，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】

Multisim；交通燈；電子設(shè)計(jì)；仿真

電子設(shè)計(jì)實(shí)踐是我校開(kāi)設(shè)的一系列電子技術(shù)實(shí)踐類課程，包括電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)、電子技術(shù)綜合訓(xùn)練等。課程要求學(xué)生應(yīng)用電子技術(shù)課程所學(xué)理論知識(shí)進(jìn)行電子電路的綜合設(shè)計(jì)，完成電路仿真、圖紙繪制與實(shí)際電路的焊接等。重視理論與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合是學(xué)好此類課程的一個(gè)重要方法[1]。因此，就要求學(xué)生在完成理論學(xué)習(xí)之后，要進(jìn)行系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與綜合設(shè)計(jì)，對(duì)所學(xué)知識(shí)從“系統(tǒng)”的角度進(jìn)行完善，從而促進(jìn)學(xué)生對(duì)動(dòng)手、分析和解決問(wèn)題的能力培養(yǎng)。電子技術(shù)高速發(fā)展的今天，各種新型電子器件、電子電路日新月異，僅靠現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件將無(wú)法滿足電子設(shè)計(jì)實(shí)踐課程中電子電路的設(shè)計(jì)和調(diào)試要求[2]，對(duì)于這樣一類學(xué)科基礎(chǔ)課程的教學(xué)效果而言，無(wú)疑將受到很大影響，甚至在一定程度上影響了學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[3]。NI公司的Multisim軟件具有強(qiáng)大的電路分析和電路仿真等基礎(chǔ)功能，并且界面友好、生動(dòng)，將其虛擬的設(shè)計(jì)環(huán)境引入到理論與實(shí)踐教學(xué)中，對(duì)解決這一問(wèn)題有著較強(qiáng)的實(shí)踐意義。

1Multisim軟件概述

Multisim13是美國(guó)NI公司推出的最新電路設(shè)計(jì)與仿真工具軟件，與早期版本相比，其性能提升的同時(shí)，用戶可以根據(jù)自己的需求自定義儀器；仿真時(shí)的虛擬信號(hào)可以通過(guò)計(jì)算機(jī)輸出到實(shí)際的硬件電路上；實(shí)際硬件電路的結(jié)果可通過(guò)數(shù)據(jù)線傳輸回計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析、處理。Multisim13仿真軟件主要可以完成電路原理圖設(shè)計(jì)、仿真分析等功能，可對(duì)實(shí)際模擬/數(shù)字電路及模數(shù)混合電路進(jìn)行有效的設(shè)計(jì)與仿真分析。用戶可以通過(guò)其人性化的界面，使用其龐大的虛擬器件、儀表庫(kù)，進(jìn)行絕大部分的電子電路設(shè)計(jì)與仿真，各種虛擬儀表非常逼真地與電路原理圖放置在同一操作界面上進(jìn)行各項(xiàng)參數(shù)和波形的測(cè)試，以圖形化的方式消除了傳統(tǒng)電路仿真的復(fù)雜性，幫助教育工作者、學(xué)生和工程師使用先進(jìn)電路分析技術(shù)。同時(shí)，該軟件可將電路原理圖轉(zhuǎn)換輸出至PCB設(shè)計(jì)界面，進(jìn)行相應(yīng)的電子電路制板操作[4]。因此，利用Multisim13進(jìn)行電子電路設(shè)計(jì)類課程教學(xué)時(shí)，學(xué)生可在虛擬環(huán)境中完成原理圖設(shè)計(jì)，包括元件的選擇、創(chuàng)建，電路參數(shù)的調(diào)整以及仿真結(jié)果的分析等環(huán)節(jié)，仿真過(guò)程中，可以隨時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行修正，并利用虛擬的測(cè)試儀表進(jìn)行相關(guān)電路特性的測(cè)試[5,6]；完成理論設(shè)計(jì)之后，即可采購(gòu)元件，進(jìn)行電路的安裝、調(diào)試，優(yōu)化了電路設(shè)計(jì)過(guò)程，且可以保證達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2簡(jiǎn)易交通燈信號(hào)控制電路設(shè)計(jì)

本文以一簡(jiǎn)易交通燈信號(hào)控制電路為例，說(shuō)明Multisim13在電子設(shè)計(jì)課程中應(yīng)用。該交通燈電路具體功能要求如下：（1）十字路口車輛東西-南北方向交替通行，通行時(shí)間一致且可在電路中設(shè)置、修改；（2）變換通行車道前，要求當(dāng)前通行車道黃燈閃爍亮燈5s，每秒一次；（3）亮燈時(shí)間均采用LED倒計(jì)時(shí)的方法顯示。

2.1主要單元電路器件的選擇

2.1.1計(jì)數(shù)單元的選擇由設(shè)計(jì)要求可知，所有亮燈時(shí)間均需要采用LED顯示器進(jìn)行倒計(jì)時(shí)顯示，因此本文采用同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器74LS190N構(gòu)成所需模態(tài)的減計(jì)數(shù)器。在Multisim設(shè)計(jì)界面，使用快捷鍵Ctrl+W調(diào)出放置元件對(duì)話框，在彈出的對(duì)話框中的Group欄中選擇TTL，F(xiàn)amily欄中選擇74LS系列，并在Component欄中找到“74LS190N”并選中，點(diǎn)擊“確定”即可放置所需的計(jì)數(shù)器元件。設(shè)計(jì)中，設(shè)置撥碼開(kāi)關(guān)，可按要求改變預(yù)置數(shù)的數(shù)值。

2.1.2邏輯切換控制單元由設(shè)計(jì)要求可知，紅、黃、綠三色交通燈需要在計(jì)時(shí)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)有規(guī)律的切換，且紅色和綠色LED燈都需要保持顯示一定的時(shí)間，黃燈則為閃爍5s，每秒一次。設(shè)計(jì)中采用雙JK觸發(fā)器“7473N”實(shí)現(xiàn)輸出狀態(tài)保持，并配合門(mén)電路實(shí)現(xiàn)三色燈轉(zhuǎn)換邏輯。在Multisim設(shè)計(jì)界面，使用快捷鍵Ctrl+W調(diào)出放置元件對(duì)話框，在彈出的對(duì)話框中的Group欄中選擇TTL，F(xiàn)amily欄中選擇74STD系列，并在Component欄中找到“7473N”并選中，點(diǎn)擊“確定”即可放置所需的觸發(fā)器元件。

2.2交通燈信號(hào)控制電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易交通燈信號(hào)控制電路系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)結(jié)果如圖1所示。在Multisim電路設(shè)計(jì)界面，放置如圖1所示所有需要的元件。電路運(yùn)行仿真時(shí)，假設(shè)東西方向綠燈亮、南北方向紅燈亮，通行時(shí)間45s通過(guò)上方LED倒計(jì)時(shí)顯示。時(shí)間顯示數(shù)字“5”時(shí)，東西方向車道（當(dāng)前通行車道）的綠燈切換為黃燈，每秒閃爍亮燈一次，以此提醒司機(jī)通行時(shí)間將結(jié)束，請(qǐng)減速緩行并停車；倒計(jì)時(shí)結(jié)束1s后，LED倒計(jì)時(shí)顯示預(yù)置的通行時(shí)間45s，通行車道切換完成。如此循環(huán)，實(shí)現(xiàn)十字路通信號(hào)燈的循環(huán)切換控制。通行時(shí)間可由用戶通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)自行設(shè)置（范圍1~99），具體運(yùn)行效果同前。為了便于快速仿真，電路中的時(shí)鐘信號(hào)頻率為1kHz，實(shí)際電路制作時(shí)，應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生電路，以便產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的秒信號(hào)。

3結(jié)論

通過(guò)Multisim軟件實(shí)現(xiàn)此類電路的設(shè)計(jì)時(shí)，學(xué)生可以直觀的看到設(shè)計(jì)結(jié)果，并且可以隨時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)中的問(wèn)題進(jìn)行修改，大大縮減電路設(shè)計(jì)周期，且避免利用實(shí)物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)的不必要浪費(fèi)，節(jié)約成本。在多媒體教學(xué)演示過(guò)程中，電路的分析過(guò)程清晰、直觀、形象、生動(dòng)，使教學(xué)過(guò)程中寓教于樂(lè)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。我們還利用該軟件對(duì)電子技術(shù)類課程進(jìn)行傳統(tǒng)教學(xué)模式改革，使實(shí)踐與理論有機(jī)結(jié)合，有效提高學(xué)生在電子電路問(wèn)題的分析、設(shè)計(jì)中的應(yīng)變能力，提高學(xué)生的實(shí)踐興趣和創(chuàng)新精神，同時(shí)也有效提高了電子設(shè)計(jì)類課程的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)

[1]晏湧,藍(lán)波.“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”教學(xué)法在模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2010(11):253-254.

[2]張亞君,陳龍,牛小燕.Multisim在數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2008,25(8):108-110,114.

[3]劉君,楊曉蘋(píng),呂聯(lián)榮,等.Multisim11在模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2013,32(2):95-98.

[4]沙春芳.Multisim10在模擬電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備,2011(3):125-126.

[5]雷躍,譚永紅.用Multisim10提升電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2009,28(4):24-27.

篇8

基本情況

姓

名：xxx

政治面貌：預(yù)備黨員

民

族：漢

籍

貫：xxx

出生年月：xxx

E-mail：xx

聯(lián)系電話：xxx

英語(yǔ)水平：CET-6

綜合排名：1/80

就讀學(xué)校：xx

所在學(xué)院：xxx

本科專業(yè)：xxx

通訊地址：xxx

郵編：xxx

獲獎(jiǎng)情況

2015年

xxx大學(xué)物理競(jìng)賽二等獎(jiǎng)

2015年

第三十二屆全國(guó)部分地區(qū)大學(xué)生物理競(jìng)賽非物理A類一等獎(jiǎng)

2014—2015學(xué)年度

校級(jí)一等獎(jiǎng)學(xué)金

2014—2015學(xué)年度

校級(jí)三好學(xué)生

2016年

美國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽Successful

Participant

2016年

電子工程學(xué)院“科技月創(chuàng)意代碼”比賽最佳創(chuàng)意獎(jiǎng)

2015—2016學(xué)年度

校級(jí)二等獎(jiǎng)學(xué)金

2015—2016學(xué)年度

校級(jí)三好學(xué)生

2017年

美國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽Honorable

Mention

2017年

全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽國(guó)家二等獎(jiǎng)

科研及競(jìng)賽活動(dòng)經(jīng)歷

1.

xxxx大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（基于xxxxxxx功能實(shí)現(xiàn)）

2016.5--2017.5

本項(xiàng)目旨在研究無(wú)人機(jī)的飛行原理，設(shè)計(jì)一個(gè)面向用戶的噴繪繪制軟件用于控制無(wú)人機(jī)完成自動(dòng)噴繪，并對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行改裝，以完成噴繪任務(wù)。無(wú)人機(jī)使用APM2.8飛控，繪制軟件使用C++（PC版）和HTML/PHP（網(wǎng)頁(yè)版）編寫(xiě)。

作為該項(xiàng)目小組骨干技術(shù)成員，主要負(fù)責(zé)前期無(wú)人機(jī)的調(diào)試和試飛，以及繪制軟件的代碼編寫(xiě)。

2.

全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽

2017.2--2017.9

院內(nèi)選拔賽成果是以MSP430G2553單片機(jī)為核心的頻率特性分析儀。在院內(nèi)培訓(xùn)期間，又相繼完成了短距視頻信號(hào)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字頻率計(jì)、可控增益放大器、頻譜儀等。最終參賽選題為調(diào)幅信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)電路，載波頻率為160-500MHz，調(diào)制信號(hào)為300-5000Hz，中頻為10.7MHZ，技術(shù)難點(diǎn)在于前端低噪放的設(shè)計(jì)和中頻的自動(dòng)增益控制，我們的作品最終獲得國(guó)家二等獎(jiǎng)。

作為小組的主要成員，主要負(fù)責(zé)電路的設(shè)計(jì)和調(diào)試，以及部分代碼編寫(xiě)任務(wù)。

3.

美國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽

2017.1

2017年獲得Honorable

Mention獎(jiǎng)。題目為設(shè)計(jì)收費(fèi)站出口扇入?yún)^(qū)的形狀。我們將問(wèn)題分為4個(gè)指標(biāo)：汽車通過(guò)時(shí)間、收費(fèi)站吞吐量、建造成本、事故率，主要采用了排隊(duì)論與泊松過(guò)程的理論進(jìn)行分析。

作為小組的主要成員，主要負(fù)責(zé)建模和編程任務(wù)。

4.

電子工藝實(shí)習(xí)（平衡車設(shè)計(jì)）

2016.9

本實(shí)習(xí)主要是制作一個(gè)以STM32F103單片機(jī)為核心的，使用PID控制算法進(jìn)行平衡調(diào)節(jié)的平衡小車。通過(guò)改進(jìn)PID算法，以適應(yīng)小車的特性，實(shí)現(xiàn)了能夠在受到強(qiáng)烈干擾的情況下恢復(fù)平衡，獲得任課老師的高度認(rèn)可。

5.

數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)（猜拳游戲的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)）

2016.10--2016.11

本實(shí)驗(yàn)旨在熟悉FPGA的開(kāi)發(fā)，使用VHDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)一個(gè)猜拳游戲機(jī)。獨(dú)立完成該實(shí)驗(yàn)，獲得任課老師的高度認(rèn)可。

6.

數(shù)字信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)

2016.11--2016.12

本實(shí)驗(yàn)旨在熟悉FFT、FIR、IIR的硬件設(shè)計(jì)，使用匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言設(shè)計(jì)一個(gè)高通濾波器。選擇設(shè)計(jì)一個(gè)50階FIR濾波器，獨(dú)立完成該實(shí)驗(yàn)，獲得任課老師的高度認(rèn)可。

7.

xx學(xué)院微信公眾號(hào)后臺(tái)維護(hù)

2015.10--2017.4

從2015年以來(lái)，我一直負(fù)責(zé)xxx學(xué)院微信公眾號(hào)的后臺(tái)技術(shù)維護(hù)，主要工作有編寫(xiě)、編輯網(wǎng)頁(yè)，修改菜單，添加臨時(shí)功能（晚會(huì)微信墻等）。（xxxx學(xué)院微信的公眾號(hào)后臺(tái)服務(wù)器使用的是PHP語(yǔ)言。）

社團(tuán)活動(dòng)參與情況

xx大學(xué)電子工程學(xué)院學(xué)生會(huì)宣傳部

干事

xx大學(xué)電子工程學(xué)院研究生會(huì)微信平臺(tái)部

干事

xx大學(xué)紅十字會(huì)志愿服務(wù)部

副部長(zhǎng)

編程語(yǔ)言和軟件應(yīng)用情況

掌握C（包括嵌入式開(kāi)發(fā)）、C++、JAVA等軟件編程語(yǔ)言，VHDL硬件編程語(yǔ)言，以及HTML、JSP、PHP、JavaScript等Web開(kāi)發(fā)語(yǔ)言。能夠運(yùn)用Matlab、ADS、Multisim等軟件，并掌握基本辦公軟件和Adobe系列軟件（Ps、Pr、Au、Ai、Dw、ID）的運(yùn)用。

篇9

關(guān)鍵詞：實(shí)踐教學(xué)；計(jì)算機(jī)工程；硬件課程教材設(shè)計(jì)；嵌入式系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-5913 (2007) 24-0029-03

1引言

2005年底，我國(guó)高校有771個(gè)“計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)點(diǎn)，44萬(wàn)多在校生。根據(jù)各校的辦學(xué)理念和培養(yǎng)目標(biāo)，本專業(yè)又可分為五個(gè)專業(yè)方向：計(jì)算機(jī)科學(xué)、計(jì)算機(jī)工程、軟件工程、信息系統(tǒng)和信息技術(shù)。各個(gè)方向的課程設(shè)置及教學(xué)要求均有所側(cè)重，對(duì)于傳統(tǒng)的工科院校中的計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)而言，其方向介于計(jì)算機(jī)科學(xué)(CS)和計(jì)算機(jī)工程(CE)之間，且更偏向于計(jì)算機(jī)工程。計(jì)算機(jī)工程方向是計(jì)算機(jī)科學(xué)與電子工程的交叉學(xué)科，電類基礎(chǔ)課程較多，大多數(shù)院校均開(kāi)設(shè)電路與系統(tǒng)、電工電子學(xué)等相關(guān)課程。此外，計(jì)算機(jī)硬件系列課程包括數(shù)字邏輯、計(jì)算機(jī)組成原理和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)三門(mén)核心課程。

從根本上講，計(jì)算機(jī)學(xué)科是一門(mén)技術(shù)學(xué)科，工程技術(shù)的含義遠(yuǎn)大于科學(xué)的涵義，因而本專業(yè)具有實(shí)踐性非常強(qiáng)的特點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)實(shí)踐教學(xué)體系。許多優(yōu)秀的計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生(例如比爾?蓋茨)的成長(zhǎng)歷程也說(shuō)明了計(jì)算機(jī)實(shí)踐能力培養(yǎng)的重要性，因此新世紀(jì)的計(jì)算機(jī)教育不僅要重視扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)，更要強(qiáng)調(diào)硬件開(kāi)發(fā)、軟件設(shè)計(jì)的能力培養(yǎng)。

2中外計(jì)算機(jī)專業(yè)硬件課程實(shí)踐教學(xué)對(duì)比

為探索工科院校計(jì)算機(jī)專業(yè)硬件系列課程實(shí)踐教學(xué)改革的方向及實(shí)施方法，本文分析了美國(guó)斯坦福大學(xué)、馬里蘭大學(xué)計(jì)算機(jī)工程專業(yè)的課程設(shè)置及實(shí)踐課程規(guī)劃，將其與哈爾濱工程大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的本科生培養(yǎng)計(jì)劃進(jìn)行比較，詳細(xì)結(jié)果如表1所示。表2列出了這幾所典型大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)硬件相關(guān)課程實(shí)踐學(xué)時(shí)與理論學(xué)時(shí)的分配情況。

表1 幾所典型大學(xué)計(jì)算機(jī)工程專業(yè)硬件相關(guān)課程

表2 幾所大學(xué)計(jì)算機(jī)工程專業(yè)硬件相關(guān)課程實(shí)踐學(xué)時(shí)分析

通過(guò)表1和表2的結(jié)果可以看出，我們目前的課程設(shè)置情況是合理的，與國(guó)際領(lǐng)先大學(xué)的計(jì)算機(jī)工程專業(yè)課程設(shè)置相符。對(duì)于計(jì)算機(jī)工程專業(yè)普遍開(kāi)設(shè)的三門(mén)硬件系列課程數(shù)字邏輯、計(jì)算機(jī)組成原理和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)均開(kāi)設(shè)了相應(yīng)的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)或課程設(shè)計(jì)，對(duì)理論課所傳授內(nèi)容的補(bǔ)充和深化，不但增強(qiáng)學(xué)生對(duì)課程的理解，同時(shí)加強(qiáng)了學(xué)生的工程實(shí)踐意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生從事計(jì)算機(jī)工程相關(guān)工作的能力。本專業(yè)學(xué)生需要學(xué)習(xí)數(shù)字系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí)以及軟件設(shè)計(jì)方面的知識(shí)，前者包括數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)組織、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)及對(duì)程序設(shè)計(jì)的支持，后者包括操作系統(tǒng)、編譯器以及程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的組織等理論。

然而，進(jìn)一步分析比較各高校的實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容可以發(fā)現(xiàn)，我們目前的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置和課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)還比較陳舊，沒(méi)有及時(shí)根據(jù)業(yè)界技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步進(jìn)行調(diào)整，因而未能給理論課提供有力的支撐。綜上所述，我們認(rèn)為我國(guó)高等學(xué)校計(jì)算機(jī)專業(yè)硬件系列課程實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容改革的要求是迫切的，需要根據(jù)工業(yè)界的技術(shù)發(fā)展進(jìn)行實(shí)驗(yàn)內(nèi)容調(diào)整，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)更新和課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目的重新設(shè)計(jì)，而設(shè)計(jì)出符合這一要求的計(jì)算機(jī)專業(yè)硬件課程實(shí)踐教材成為這一改革的首要任務(wù)。

3硬件課程實(shí)踐教材的設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)課教材的設(shè)計(jì)應(yīng)從科學(xué)技術(shù)人員基本技能訓(xùn)練的總體要求出發(fā)，統(tǒng)一安排實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不能過(guò)分強(qiáng)調(diào)某一門(mén)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，而要強(qiáng)調(diào)綜合能力的培養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)課涉及到四種主要能力(觀察能力、思維能力、操作能力、表達(dá)能力)的發(fā)展必須要協(xié)調(diào)，其中任何一種能力都不可能單獨(dú)地得到發(fā)展。教學(xué)實(shí)驗(yàn)不僅要讓學(xué)生學(xué)會(huì)本專業(yè)必要的基本實(shí)驗(yàn)方法，掌握基本實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的操作技術(shù)，還要讓他們學(xué)會(huì)正確分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果、處理數(shù)據(jù)，要加強(qiáng)培養(yǎng)正確的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)密的邏輯思維能力。不但讓學(xué)生懂得“應(yīng)該怎么做”，而且要懂得“為什么要這么做”，更要?jiǎng)?chuàng)造性地思索“還能做什么”。

3.1開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)對(duì)教材的要求

開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法要求給學(xué)生獨(dú)立思考與動(dòng)手的充分自由。一般的實(shí)驗(yàn)教材，重點(diǎn)在介紹一個(gè)個(gè)實(shí)驗(yàn)上，是教師想出的實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生去實(shí)現(xiàn)，并且對(duì)于實(shí)驗(yàn)線路、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)儀器都做了細(xì)致的規(guī)定，有的講義還把實(shí)驗(yàn)步驟寫(xiě)得非常細(xì)，這樣學(xué)生根本不必動(dòng)腦筋，只要依葫蘆畫(huà)瓢即可。這樣的教材束縛了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，不符合開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求。開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)使用的教材應(yīng)具有以下特點(diǎn)：基本實(shí)驗(yàn)詳細(xì)，作為引導(dǎo)學(xué)生入門(mén)的手段；選做實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)要粗線條，多留些空白，讓學(xué)生有充分思考的余地；要把教材內(nèi)容的重點(diǎn)從介紹一個(gè)個(gè)實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)移到介紹實(shí)驗(yàn)理論、實(shí)驗(yàn)方法上來(lái)，實(shí)驗(yàn)選題只要介紹一些典型的例子，選題本身可以留給學(xué)生創(chuàng)新。

3.2基于FPGA的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教程

目前，基于FPGA的教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及參考書(shū)很多，但是根據(jù)我們的調(diào)查，適合作為高等學(xué)校本科教學(xué)使用的較少。因此，改革后的課程體系應(yīng)更注重對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，通過(guò)開(kāi)放性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、開(kāi)放性的實(shí)踐環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)，使學(xué)生在探索、研究中學(xué)習(xí)，切實(shí)提高理論聯(lián)系實(shí)踐解決問(wèn)題的能力。

利用目前先進(jìn)的基于現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(Field Programmable Gate Array)器件的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可以安排數(shù)字邏輯、計(jì)算機(jī)組成原理以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程的實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和系統(tǒng)觀點(diǎn)，而且開(kāi)發(fā)速度快，可靠性高，實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性好。硬件系列實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐課程應(yīng)包括基于FPGA的硬件設(shè)計(jì)所涉及的基本知識(shí)、循序漸進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、切實(shí)可行的實(shí)驗(yàn)步驟、重點(diǎn)模塊的代碼及關(guān)鍵實(shí)踐環(huán)節(jié)指導(dǎo)。借鑒國(guó)外大學(xué)(例如，美國(guó)斯坦福大學(xué)和馬里蘭大學(xué))計(jì)算機(jī)工程專業(yè)開(kāi)設(shè)的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的課程內(nèi)容，結(jié)合我國(guó)高等院校的本科教學(xué)的實(shí)際需求及所能提供的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，精心編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)大綱內(nèi)容及設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)用例。通過(guò)浮點(diǎn)運(yùn)算電路設(shè)計(jì)、狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)、某個(gè)RISC模型機(jī)部分模塊的設(shè)計(jì)等實(shí)驗(yàn)用例的訓(xùn)練，學(xué)生可以建立計(jì)算機(jī)的整機(jī)概念，了解數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的表示、傳送路徑、處理以及控制信息是如何完成對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的控制。而且，通過(guò)流水線設(shè)計(jì)及Cache設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以了解現(xiàn)代微處理器設(shè)計(jì)技術(shù)。

教程應(yīng)當(dāng)配合高等學(xué)校的數(shù)字邏輯、計(jì)算機(jī)組成原理、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，突出實(shí)用性，所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)可操作性強(qiáng)，與實(shí)踐結(jié)合緊密。不僅著眼于基于FPGA的EDA設(shè)計(jì)方法，更著眼于介紹基于基本的數(shù)字邏輯組成的功能部件的基礎(chǔ)上如何構(gòu)造微處理器，即計(jì)算機(jī)專業(yè)本科教學(xué)的重點(diǎn)和特色是計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)組織，而不僅僅是介紹通用的數(shù)字電路和數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，這是我們與微電子等專業(yè)相區(qū)別之處，也是計(jì)算機(jī)專業(yè)畢業(yè)生的特長(zhǎng)。

4在硬件課程實(shí)踐中加強(qiáng)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)

隨著嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用飛速地發(fā)展，社會(huì)對(duì)掌握嵌入式技術(shù)的人才產(chǎn)生了大量需求，使嵌入式軟、硬件工程師成為未來(lái)幾年最為熱門(mén)的職業(yè)之一。在嵌入式系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方面，隨著半導(dǎo)體和微電子工藝技術(shù)的進(jìn)步以及可編程邏輯器件技術(shù)的迅速發(fā)展，利用先進(jìn)的EDA工具平臺(tái)，在硬件設(shè)計(jì)中加入包含自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的硬件邏輯設(shè)計(jì)，并以FPGA的形式實(shí)現(xiàn)功能強(qiáng)大的嵌入式系統(tǒng)，已成為當(dāng)前嵌入式電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的主流。實(shí)驗(yàn)課的目的是培養(yǎng)學(xué)生良好的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)、基本實(shí)驗(yàn)技能、獨(dú)立工作能力、操作能力等。

目前，我校已經(jīng)與國(guó)內(nèi)外多家嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域?qū)嵙^強(qiáng)的研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)建立了穩(wěn)固的合作關(guān)系，與美國(guó)Xilinx公司成立了FPGA技術(shù)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室。對(duì)嵌入式系統(tǒng)均有豐富和深厚的理論基礎(chǔ)和實(shí)際的項(xiàng)目研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，并具有傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)。另外，從2003年設(shè)立嵌入式系統(tǒng)研究方向以來(lái)，我校已經(jīng)先后投入了300多萬(wàn)元采購(gòu)了各種先進(jìn)的嵌入式實(shí)驗(yàn)設(shè)備和微機(jī)，從硬件環(huán)境上已經(jīng)初步完成了計(jì)算機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的準(zhǔn)備工作。我們的目標(biāo)是提高學(xué)生計(jì)算機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)的效果，實(shí)現(xiàn)“軟硬件實(shí)驗(yàn)環(huán)境一體化、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)綜合化、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容系統(tǒng)化”。構(gòu)建軟硬件一體化實(shí)驗(yàn)環(huán)境有利于培養(yǎng)學(xué)生軟硬件綜合素質(zhì)；綜合的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以進(jìn)行多課程內(nèi)容交叉的綜合實(shí)驗(yàn)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力；實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的系統(tǒng)化有利于培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)的思想。

5結(jié)論

當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的趨勢(shì)是開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，實(shí)行開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)。各個(gè)學(xué)校的具體做法可能不完全相同，但對(duì)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的基本思路是接近一致的。大家都認(rèn)為過(guò)去實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)于死板，基本上采取“抱著走”的教學(xué)方法，大大壓抑了學(xué)生實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的積極性，教學(xué)效果不理想。經(jīng)過(guò)幾年的教學(xué)改革實(shí)踐，現(xiàn)在比較一致的看法是：實(shí)驗(yàn)教學(xué)不能完全依附于課堂教學(xué)，而應(yīng)該在緊密配合課堂教學(xué)的前提下，獨(dú)立設(shè)課，開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，發(fā)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)本身的特點(diǎn)，發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作能力的優(yōu)勢(shì)，倡導(dǎo)開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)法。計(jì)算機(jī)專業(yè)硬件課程的實(shí)踐教學(xué)需要根據(jù)工業(yè)界的技術(shù)發(fā)展進(jìn)行實(shí)驗(yàn)內(nèi)容調(diào)整，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)更新和課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目的重新設(shè)計(jì)。實(shí)踐教程應(yīng)當(dāng)配合高等學(xué)校的數(shù)字邏輯、計(jì)算機(jī)組成原理、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，與實(shí)踐結(jié)合緊密。為適應(yīng)社會(huì)對(duì)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用人才的迫切需求，還應(yīng)在傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)硬件實(shí)踐課程中增加嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的內(nèi)容。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介

姚愛(ài)紅(1972-)，女，工學(xué)博士，副教授。研究方向：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)。

篇10

關(guān)鍵詞：微處理器；硬件邏輯；開(kāi)發(fā)系統(tǒng)；管腳映射

中圖分類號(hào)：TP386.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1004-373X(2008)02-068-03

A Design for Universal Research System of Microcontroller Based on CPLD

TANG Xuhui

(School of Electronics & Communication Engineering,Shenzhen Polytechnic College,Shenzhen,518055,China)オ

Abstract：This Paper proposes a method which can map correlative function pins of different type microcontroller to same periphery interface applied circuit flexibly,by CPLD or FPGA and loading different configuration files.It can realize change different types of microprocessor quickly in the circumstances of no changing any hardware of the research system.It can solve the existent problem of different microprocessor needs corresponding research system.

Keywords：microprocessor;CPLD or FPGA;research system;pin mappingオ

1 引 言

在現(xiàn)代通信系統(tǒng)、電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)用中大都離不開(kāi)功能強(qiáng)大的微處理器,在應(yīng)用微處理器進(jìn)行電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí),首先就需要選擇合適的微處理器型號(hào)。除考慮他的功能、價(jià)格等因素外,同時(shí)還要考慮他的設(shè)計(jì)難易程度。為了詳細(xì)了解一款微處理器的性能和設(shè)計(jì)應(yīng)用技術(shù),開(kāi)發(fā)人員通常都需要事先對(duì)微處理器廠家或者第三方設(shè)計(jì)廠家提供的針對(duì)此微處理器芯片設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行前期的研究分析和評(píng)估。

然而,由于不同微處理器的對(duì)外接口、芯片管腳、模塊和軟件設(shè)計(jì)方法等都各不相同,因此廠家針對(duì)不同的微處理器設(shè)計(jì)不同的開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)板,以至于開(kāi)發(fā)人員在研究不同的微處理器時(shí)需要購(gòu)買不同的開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)板或?qū)嶒?yàn)系統(tǒng)。這對(duì)于廣大科研人員來(lái)說(shuō),無(wú)形中就加大他們的經(jīng)濟(jì)投入。

雖然不同微處理器的應(yīng)用技術(shù)存在差別,但在開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)板的實(shí)現(xiàn)原理上都大致相同,現(xiàn)有的開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)板的實(shí)現(xiàn)功能框圖可描述為如圖1所示。

可見(jiàn),微處理器提供的各主要功能單元的應(yīng)用在開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)板上都要提供相關(guān)的模塊,以供設(shè)計(jì)者參考設(shè)計(jì)。但是不同的微處理器的對(duì)外管腳和封裝不同,當(dāng)微處理器型號(hào)更換時(shí),整個(gè)單板的硬件需要重新設(shè)計(jì)，盡管開(kāi)發(fā)板中其他接口電路可能是完全相同。這造成了重復(fù)設(shè)計(jì)和人力物力資源的浪費(fèi)。

2一種新型的可支持多種微處理器的通用開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

針對(duì)上述情況,提出一種新型設(shè)計(jì)思路實(shí)現(xiàn)支持多種微處理器芯片的通用開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。本開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)方案框圖如圖2所示。

本開(kāi)發(fā)系統(tǒng)主要包括微處理器插座（含插座轉(zhuǎn)換器）、控制轉(zhuǎn)換模塊、控制邏輯加載單元、微處理器電源選擇模塊、微處理器時(shí)鐘選擇模塊、微處理器擴(kuò)展口、微處理器配置模塊、電源模塊、時(shí)鐘模塊、復(fù)位模塊、微處理器各功能模塊接口應(yīng)用電路等功能模塊。下面逐一詳細(xì)說(shuō)明。

2.1微處理器插座（含插座轉(zhuǎn)換器）

微處理器插座（含插座轉(zhuǎn)換器）主要用來(lái)放置不同的微處理器芯片。他主要圍繞一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的間距寬為600 mil的48PIN的雙列直插式插座來(lái)實(shí)現(xiàn)。在此插座的四周擴(kuò)展有多個(gè)焊接過(guò)孔,用來(lái)連接主板和插座轉(zhuǎn)換器。當(dāng)微處理器芯片是DIP封裝時(shí),只需將其直接插入主板上的此48PIN雙列直插式插座；當(dāng)微處理器芯片是PLCC封裝時(shí),則芯片需要置于A型插座轉(zhuǎn)換器內(nèi)再將插座轉(zhuǎn)換器插入微處理器插座上。A型插座轉(zhuǎn)換器主要包含一個(gè)PLCC插座和雙排插針,雙排插針直接可以插入微處理器插座上,主要用來(lái)完成PLCC封裝向DIP封裝轉(zhuǎn)換的功能。當(dāng)微處理器芯片是SMT封裝（SOP，QFP，BGA等）時(shí),則需要將微處理器芯片簡(jiǎn)單焊接在B型插座轉(zhuǎn)換器上。B型插座轉(zhuǎn)換器主要包含一個(gè)小的PCB板和多排插針,微處理器芯片可以焊接在此PCB板上,多排插針則可以固定于此雙列直插式插座和他周圍擴(kuò)展的用來(lái)連接主板和插座轉(zhuǎn)換器的焊接過(guò)孔上。經(jīng)過(guò)這樣的處理,通過(guò)微處理器插座結(jié)合插座轉(zhuǎn)換器可以方便地實(shí)現(xiàn)在同一塊開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)板上快速靈活地更換不同的微處理器芯片。

2.2 控制轉(zhuǎn)換模塊

主要由硬件邏輯芯片CPLD或者FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)。用于實(shí)現(xiàn)靈活的微處理器信號(hào)管腳映射的功能。一方面,來(lái)自于微處理器的大部分管腳信號(hào)（除了電源信號(hào)、內(nèi)部時(shí)鐘振蕩器信號(hào)或其他模擬信號(hào)之外）連接到此硬件邏輯芯片的部分I/O腳上；另一方面,支持微處理器的各種通用接口應(yīng)用電路的信號(hào)也連接到此硬件邏輯芯片的部分I/O腳上；通過(guò)對(duì)此硬件邏輯芯片加載運(yùn)行不同的硬件邏輯軟件,同一通用接口應(yīng)用電路可以連接到不同種類微處理器的相關(guān)信號(hào)管腳上。比如,對(duì)于UART接口電路,都可以由MAX 3232實(shí)現(xiàn)。MAX 3232上的串口輸入/輸出信號(hào)管腳是固定的,但是不同微處理器的串口輸入/輸出信號(hào)管腳則可能不同（比如有的處理器RXD是10腳,TXD是11腳；而有的處理器的RXD是12腳,TXD是13腳）,通過(guò)控制轉(zhuǎn)換模塊的管腳映射功能可以根據(jù)微處理器的型號(hào)分別將MAX 3232的輸入腳連接到微處理器的相應(yīng)引腳（第10腳或第12腳）。于是不同種類微處理器的UART接口都可以連接到同一個(gè)UART接口應(yīng)用電路上。實(shí)現(xiàn)相同的開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)板可靈活支持多個(gè)處理器的目的。

控制轉(zhuǎn)換模塊的另外一個(gè)功能是輸出控制信號(hào),控制將輸入到微處理器電源選擇模塊和微處理器時(shí)鐘選擇模塊的不同種類微處理器的電源信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)輸出給相應(yīng)的電源模塊和時(shí)鐘模塊,以保證微處理器的正常工作。

2.3 控制邏輯加載單元

主要完成將計(jì)算機(jī)后臺(tái)提供的不同硬件邏輯軟件加載到控制轉(zhuǎn)換模塊中的硬件邏輯芯片里。當(dāng)控制轉(zhuǎn)換模塊采用CPLD實(shí)現(xiàn)時(shí),控制邏輯加載單元實(shí)際上只包括一個(gè)邏輯加載頭。當(dāng)控制轉(zhuǎn)換模塊采用FPGA實(shí)現(xiàn)時(shí),由于FPGA內(nèi)容的掉電易失性,因此此時(shí)控制邏輯加載單元除了包括一個(gè)邏輯加載頭外,還包括一個(gè)帶有FLASH的控制系統(tǒng)。此控制系統(tǒng)通過(guò)串口完成將后臺(tái)主機(jī)上的FPGA加載文件燒寫(xiě)到控制系統(tǒng)的FLASH中。這樣,整個(gè)系統(tǒng)只需加載一次FPGA內(nèi)容,下次上電后就無(wú)需再加載。

2.4 電源模塊及電源選擇模塊

電源模塊輸出的電源電壓包括5 V，3.3 V，2.5 V和1.8 V等。以保證微處理器及其各模塊的正常工作。電源選擇模塊主要完成將電源信號(hào)分配到不同種類微處理器的電源引腳的功能。輸入的不同電源信號(hào)（5 V，3.3 V或其他電源信號(hào)）來(lái)自開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)主板統(tǒng)一的電源模塊。選擇控制信號(hào)則來(lái)自于控制轉(zhuǎn)換模塊輸出的電源控制信號(hào)。為減少單板面積,微處理器電源選擇模塊內(nèi)部主要由模擬開(kāi)關(guān)芯片（比如ADG731，MAX396等）實(shí)現(xiàn)。沒(méi)有將微處理器的電源信號(hào)管腳直接連接到控制轉(zhuǎn)換模塊的I/O腳的原因是邏輯芯片的I/O腳輸出電流和功率很小,不能滿足各處理器芯片實(shí)際工作的需要。為了節(jié)省成本,微處理器所需的不同電源信號(hào)可以采用線纜通過(guò)人工操作的方式接入。這樣帶來(lái)的問(wèn)題是不能實(shí)現(xiàn)完全意義上的微處理器自動(dòng)配置。

2.5 時(shí)鐘模塊及時(shí)鐘選擇模塊

時(shí)鐘模塊由一個(gè)有源晶振電路實(shí)現(xiàn),其輸出的時(shí)鐘信號(hào)送入控制轉(zhuǎn)換模塊的邏輯芯片的時(shí)鐘輸入腳。而且時(shí)鐘信號(hào)通過(guò)分頻后不但可提供給微處理器的時(shí)鐘引腳,也可以提供給其他各接口應(yīng)用電路使用。

時(shí)鐘選擇模塊主要完成將外部時(shí)鐘振蕩信號(hào)分配到不同微處理器的內(nèi)部時(shí)鐘振蕩器信號(hào)輸入腳的功能。選擇控制信號(hào)則來(lái)自于控制轉(zhuǎn)換模塊輸出的時(shí)鐘控制信號(hào)。由于時(shí)鐘振蕩信號(hào)非數(shù)字信號(hào),所以不能通過(guò)控制轉(zhuǎn)換模塊的I/O腳來(lái)實(shí)現(xiàn),內(nèi)部也是主要由模擬開(kāi)關(guān)芯片實(shí)現(xiàn)。

2.6 微處理器擴(kuò)展口模塊

主要包括一些多排插針和一個(gè)單板連接器。多排插針主要方便于開(kāi)發(fā)者，可采用電纜連接的方式將微處理器的一些控制信號(hào)或輸入/輸出信號(hào)連接到自己開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品單板上。單板連接器則方便于本開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的功能升級(jí)。針對(duì)一些微處理器獨(dú)特的功能模塊,比如以太網(wǎng)接口電路和微處理器外存儲(chǔ)模塊電路（包括FLASH/ROM和RAM等）等；或者隨著技術(shù)不斷更新,隨新型微處理器出現(xiàn)的新型功能模塊；他們都可采用小板的方式通過(guò)此連接器方便地提供給本開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

這里需要特別提及的是：以太網(wǎng)接口應(yīng)用電路和微處理器擴(kuò)展的存儲(chǔ)系統(tǒng)等模塊與微處理器型號(hào)緊密相關(guān)。不同的微處理器提供這些模塊的控制接口的方式差別很大,是不能采用單板上的同一個(gè)模塊來(lái)與不同類型微處理器直接相連的方式。比如,有的微處理器提供的以太網(wǎng)功能包括MAC和PHY的功能,外部只需要提供變壓器電路和RJ45水晶頭就可以實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)通信的功能。但有的處理器提供的以太網(wǎng)處理功能只包括MAC芯片,外部還要提供PHY器件結(jié)合變壓器電路和RJ45水晶頭才能實(shí)現(xiàn)完整的以太網(wǎng)通信功能。而對(duì)于微處理器擴(kuò)展的存儲(chǔ)系統(tǒng),由于不同微處理器處理機(jī)制不同,有的是地址信號(hào)線和數(shù)據(jù)信號(hào)線公用,有的則不是；有的需要鎖存有的則不需要；因此對(duì)應(yīng)的外部接口電路也完全不一樣。因此這些微處理器擴(kuò)展的外部存儲(chǔ)接口電路（包括FLASH、ROM和RAM等）以單獨(dú)的小板的方式來(lái)提供。

另外,在此模塊上也提供微處理器的仿真接口。這里主要是指JTAG接口,不同微處理器的JTAG信號(hào)管腳是不一樣的,通過(guò)控制轉(zhuǎn)換模塊的管腳映射功能,他們都可以映射到同一個(gè)JTAG接口電路相關(guān)信號(hào)上。有的微處理器的仿真接口是直接通過(guò)串口實(shí)現(xiàn)。這樣就只需利用UART接口應(yīng)用電路就可以實(shí)現(xiàn)。

2.7 微處理器配置模塊

主要包括撥碼開(kāi)關(guān)和一些上下拉電阻。由于大部分微處理器都指定某些管腳作為模式選擇管腳,用來(lái)選擇微處理器的工作模式。因此通過(guò)此配置模塊提供的信號(hào)管腳高低電平配置功能,就可以方便地實(shí)現(xiàn)不同種類微處理器的相應(yīng)不同工作模式的靈活配置。

2.8 復(fù)位模塊及接口應(yīng)用電路

由復(fù)位芯片提供復(fù)位信號(hào)給控制轉(zhuǎn)換模塊的邏輯芯片或者單板上的其他各接口應(yīng)用電路。通過(guò)控制轉(zhuǎn)換模塊處理后的復(fù)位信號(hào)再送給微處理器的復(fù)位腳。

微處理器各接口應(yīng)用電路主要用來(lái)提供一些器件電路用以驗(yàn)證處理器提供的這些功能模塊,或者用于研究這些功能模塊所對(duì)應(yīng)的軟硬件實(shí)現(xiàn)技術(shù)等。

另外一種可替代的實(shí)現(xiàn)方案,其是將已實(shí)現(xiàn)了微處理器插座管腳靈活映射功能的微處理器最小系統(tǒng)獨(dú)立出來(lái),作為扣板或者小板來(lái)提供,通過(guò)連接器直接與開(kāi)發(fā)系統(tǒng)主板連接或者安裝在主板上。開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主板上主要提供微處理器的各功能模塊電路或者一些對(duì)外接口。因此,此方案實(shí)現(xiàn)的通用開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要包括：主板和最小系統(tǒng)扣板（或小板）。

3 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)和現(xiàn)實(shí)意義

3.1 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

(1) 通過(guò)硬件邏輯芯片和后臺(tái)加載不同的硬件邏輯配置軟件,實(shí)現(xiàn)控制不同種類微處理器的相關(guān)功能管腳能夠靈活映射連接到同一接口應(yīng)用電路上；從而達(dá)到在不改變開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)其他任何硬件結(jié)構(gòu)的情況下實(shí)現(xiàn)微處理器型號(hào)的快速更換,保證了本開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的通用性。

(2) 通過(guò)設(shè)計(jì)科學(xué)、合理的微處理器插座和插座轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)多種不同封裝的微處理器芯片的靈活更換。

(3) 通過(guò)將實(shí)現(xiàn)了微處理器插座管腳靈活映射功能的微處理器最小系統(tǒng)獨(dú)立出來(lái)以小板或扣板的方式來(lái)提供給用戶,方便用戶產(chǎn)品的微處理器升級(jí)換代,同時(shí)也方便用戶進(jìn)行微處理器的器件選型。

3.2 現(xiàn)實(shí)意義

由上述設(shè)計(jì)可知,對(duì)于不同微處理器,都可以采用本文所提供的開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)。而無(wú)需在研究一款新的微處理器時(shí),就買一套新的開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)板,給那些需要研究不同微處理器的軟硬件應(yīng)用技術(shù)的企業(yè)和個(gè)人節(jié)省了巨大的成本開(kāi)銷。由于不同的開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)板的熟悉使用也需要一個(gè)過(guò)程,若只采用本開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),這一熟悉過(guò)程也就不需要了。從而大大節(jié)省了開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品的時(shí)間。

另外,若采用將微處理器最小系統(tǒng)作為扣板獨(dú)立出來(lái)單獨(dú)提供給用戶,不但可為用戶的開(kāi)發(fā)應(yīng)用方便地實(shí)現(xiàn)微處理器的升級(jí)換代。而且也為用戶提供軟件的開(kāi)發(fā)成本、器件物料成本等多種因素進(jìn)行全面的分析比較。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］何立民.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)配置與接口技術(shù)\[M\]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社,1999.

［2］胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)\[M\].北京：清華大學(xué)出版社,1996.

［3］盧毅,賴杰.VHDL與數(shù)字電路設(shè)計(jì)［M］.北京：科學(xué)出版社,2001.

［4］曹漢房.數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)\[M\].武漢：華中科技大學(xué)出版社,2004.

［5］邵貝貝.單片機(jī)嵌入式應(yīng)用的在線開(kāi)發(fā)方法\[M\].北京：清華大學(xué)出版社,2004.

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