時間:2022-12-07 13:22:49
開篇:寫作不僅是一種記錄,更是一種創(chuàng)造,它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感,將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇電子設計自動化,希望這些內容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友,陪伴您不斷探索和進步。
【關鍵詞】電子設計教學;課改背景;課改思路;課改方法
電子設計自動化是現代電子設計技術的核心,是現代微電子技術和現代電子設計技術的有機結合,為現代電子理論和設計的表達與實現提供了可能性,對于現代電子科技的發(fā)展有著重要的意義。在電子設計自動化的人才培養(yǎng)過程中,應當明確電子設計自動化的重要性以及其對專業(yè)人才的需求方向,傳統的教學模式已經不適用現代電子科技課程的教學,必須要對電子設計自動化課程進行教學改革。
一、課程改革的背景
改革開放以來,我國電子信息產業(yè)實現了持續(xù)快速發(fā)展,特別是進入21世紀以來,產業(yè)規(guī)模、產業(yè)結構、技術水平得到大幅提升。近年來,隨著電子設計自動化開發(fā)工具功能的不斷完善,使得現場可編程門陣列技術以空前的規(guī)模和速度滲透到各行各業(yè),并成為當今電子設計領域中應用最為廣泛的可編程邏輯器件之一,同時使得社會對電子設計自動化的人才需求量也越來越大。
然而在經過企業(yè)的專家調研、訪談,畢業(yè)生的回訪等信息反饋后,發(fā)現大家對現在學生的電子設計自動化技術的應用能力表示遺憾。在實際的電子設計工作中,大部分學生都不能將學習到的知識運用到實際工作中去,等學生在工作中才明白電子設計自動化技術對以后的發(fā)展和復雜數字系統的設計、產品的升級更新的重要性時已經為時已晚。因此,現代的電子設計自動化教學的主要任務是要建立一個健全的電子設計教學體系,以解決學生只是學習零碎的知識而用不出來的矛盾與尷尬。為了使我院電子信息工程專業(yè)的電子設計自動化教育緊跟社會的發(fā)展,改變現今高職與社會脫節(jié)的現狀,必須要對現有的電子設計自動化專業(yè)教學課程進行改革。
二、課程改革的思路
進行電子設計自動化教學課改,必須要明確課程改革的思路。在課程教學改革中,應當貫徹以學生為主體的指導思想,引入校企合作、任務領域的開發(fā)機制。課程標準修訂和課程設計過程中要與企業(yè)緊密合作,以企業(yè)對新型電子產品設計研發(fā)能力的要求為課程核心。電子設計自動化課程改革的思路需要考慮到以下幾點:
1、對專業(yè)崗位群進行企業(yè)調研。在進行課程調研時,要與專業(yè)調研相結合,在選取調研對象時應廣泛選取不同性質、不同類型、不同規(guī)模的企業(yè)的工程技術人員進行調研。調研的方法可以采用問卷調查法,通過調研及座談根據電子信息工程技術、應用電子技術專業(yè)人才素質的要求,把所涉及到的職業(yè)活動分解為項目,再對工作項目進行分析,獲得每個項目的具體工作任務,并對完成此項任務所需要的職業(yè)能力作出詳細的描述。
2、以工作過程為導向,設計學習情境實施的教學資料、教學方法與組織。在教學方法上,不拘泥于某幾種教學方法,而是根據學生的個性特征及教師的教學特點,運用各種各樣的教學方法達到教學的目的。在教學組織上,采用模擬項目開發(fā)的方式,按照企業(yè)管理方式進行項目管理,讓學生身為“準員工”體會工作環(huán)境和工作過程,強化學生的自我管理能力和組織能力、鍛煉學生的合作、溝通能力和責任心。
3、根據行動領域設計學習領域及學習情境。結合電子設備裝接工的國家職業(yè)標準,確定了“電子設計自動化” 這一行動領域對應的學習領域學習目標與學習內容,再按照學生學習規(guī)律與職業(yè)成長規(guī)律將學習領域劃分為5個學習情境,構成5個學習情境組成的學習情境庫,方便對不同基礎的學生組織教學。
4、融入電子制圖員、助理電子設計師職業(yè)標準、企業(yè)標準、電子設計的主流器件、新技術、新工具等“六新”,結合企業(yè)操作技能要求和工藝標準,確定課程標準。然后,根據典型工作任務的特點,將各教學內容進行知識的解構。按照職業(yè)成長規(guī)律與認知學習規(guī)律,以項目的形式,將課程分解為若干學習情景,將之前解構的各知識點重構到相應的學習情景中,真正實現“用什么,學什么”。
三、改革的方法
明確了電子設計自動化課程改革的思路后,就需要采取相應的措施方法來實施改革。筆者提出以下幾點改革方法建議,以供參考。
1、調查研究法。可以成立專門的課程改革團隊,深入行業(yè)企業(yè)一線進行人才需求調研、崗位工作知識能力素質要求調研、學生崗位工作適應性調研、專家訪談、畢業(yè)生訪談等,收集課程改革第一手材料,然后進行數據匯總、處理和分析,把用人單位對學生的要求與課程改革有機地結合起來,使課程改革與建設方案更加符合社會需要,更具有針對性和可操作性。
2、探索實踐法。探索實踐法主要是指在實際的教學組織過程中,按照課程改革方案不斷優(yōu)化教學方法,提高學生學習效率和教學效果,特別是提高教學質量的自我監(jiān)控能力,以實踐的方式探索適合高職信息工程類專業(yè)學生電子設計自動化課程的教學方式及方法。
3、試點對比分析法。通過試點班級、試點教師實施課改教學,記錄課程教學的過程以及出現的問題,主要包括學生的主動學習意識和課程的參與度,學生的學習態(tài)度和學習效果,教師的教學組織是否合理,講義的內容組織是否合理,教學資料是否充分等;然后進行縱向的歷史對比分析和橫向的試點與非試點對比分析,找出課程實施中的問題,并研究提出解決問題的方法和措施。
四、課程改革的特色
針對我院的實際教學情況以及設施條件,結合當前社會對電子設計自動化人才的需求,在實行電子設計自動化課程改革時,應當建立起具有本院特色的課程改革體系,因材施教,以使本院學生更好的融合所學電子設計自動化知識在實際工作中的應用。
1、工學結合,“教、學、做”合一。以職業(yè)能力為核心、融入職業(yè)標準,以真實工作任務為載體,創(chuàng)設“教學做”一體化的教學情境,實行行動導向的教學模式。
2、提出虛實結合、軟硬結合、實驗室與網上虛擬實驗實訓結合的新的實踐教學體系。充分利用網絡的虛擬實驗實訓室,開展虛擬平臺的仿真教學。實現教學資源的校內、校外共享。
3、學習與工作接軌,能力培養(yǎng)貫穿始終。體現課程設計與教學活動的“漸進性、真實性、實用性、先進性”,學生學習的過程就是實際的工作過程,實現了與實際工作的零距離接軌。
一、“電子設計自動化”課程教學的特點
電子設計自動化是一個較為寬泛的概念,它涵蓋了電路設計、電路測試與驗證、版圖設計、PCB板開發(fā)等各個不同的應用范圍。而當前“電子設計自動化”課程設置多數側重電路設計部分,即采用硬件描述語言設計數字電路。因此,該課程的教學具非常突出的特點。
1.既要有廣度,又要有深度
有廣度即在教學過程中需要把電子設計自動化所包含的各個不同的應用環(huán)節(jié)都要讓學生了解,從而使學生從整個產業(yè)鏈的角度出發(fā),把握電子設計自動化的真正含義,以便于他們建立起一個全局概念。有深度即在教學過程中緊抓電路設計這個重點,著重講解如何使用硬件描述語言設計硬件電路,使學生具備電路設計的具體技能,并能夠應用于實踐和工作當中。
2.突出硬件電路設計的概念
在眾多高校開設的“電子設計自動化”課程中,多數是以硬件描述語言VHDL作為學習重點的。而VHDL語言是一門比較特殊的語言,與C語言、匯編語言等存在很大的不同。因此,在教學過程中首先要讓學生明白這門語言與前期所學的其他語言的區(qū)別,并通過實例,如CPU的設計及制造過程,讓學生明白VHDL等硬件描述語言的真正用途,并將硬件電路設計的概念貫穿整個教學過程。
3.理論與實踐并重
“電子設計自動化”是一門理論性與實踐性都很強的課程,必須兩者并重,才能收到良好的教學效果。在理論學習中要突顯語法要點和電路設計思想,[2]并通過實踐將這些語法與設計思想得以加強和鞏固,同時在實踐中鍛煉學生的創(chuàng)新能力。
二、“電子設計自動化”課程教學方法總結
良好的教學方法能起到事半功倍的效果。因此,針對“電子設計自動化”課程的教學特點,筆者根據近幾年的教學經驗總結了一些行之有效的教學方法。
1.以生動的形式帶領學生進入電子設計自動化的世界
電子設計自動化對學生來說是一個全新的概念。如何讓他們能夠快速地進入到這個世界中,并了解這個世界的大概,從而對這個領域產生興趣,是每個老師在這門課授課之前必須要做的一件事情。教師可以采用一些現代化的多媒體授課技術,讓學生更直觀地了解電子設計自動化。由于電子設計自動化是一個很抽象的概念,因此,可以通過播放視頻、圖片等一些比較直觀的內容來讓學生了解這個領域。從學生最熟悉的電腦CPU引入,通過一段“CPU從設計到制造過程”的視頻,讓學生了解集成電路設計與制造的流程與方法,并引出集成電路這個概念。通過早期的集成電路與現在的集成電路的圖片對比,引出EDA的概念,并詳細講解EDA對于集成電路行業(yè)的發(fā)展所作的巨大貢獻。在教學過程中,通過向學生介紹一些使用EDA技術實現的當前比較主流的產品及其應用,提高學生對EDA的具體認識。這些方法不僅使學生對EDA相關的產業(yè)有了相應的了解,更激發(fā)了學生的學習興趣,使學生能夠踴躍地投入到“電子設計自動化”的學習中。
2.以實例展開理論教學
“電子設計自動化”的學習內容包含三大部分:[3]硬件描述語言(以VHDL語言為學習對象)、開發(fā)軟件(以QUARTUSII為學習對象)和實驗用開發(fā)板(以FPGA開發(fā)板為學習對象)。硬件描述語言的學習屬于理論學習部分,是重中之重。對于一門編程語言的學習來說,語法和編程思想是學習要點。在傳統的編程語言學習的過程中,通常都是將語法作為主線,結合語法實例逐漸形成編程思想。這種學習方法會使學生陷入到學編程語言就是學習語法的誤區(qū)中,不僅不能學到精髓,還會因為枯燥乏味而產生厭倦感。如何能使學生既能掌握電路設計的方法,又輕松掌握語法規(guī)則是一個教學難題。筆者改變傳統觀念,將編程思想的學習作為教學主線,在理論學習過程中,以具體電路實例為基礎,引導學生從分析電路的功能入手,熟悉將電路功能轉換為相應的程序語句的過程,并掌握如何將這些語句按照規(guī)則組織成一個完整無誤的程序。在此過程中,不斷引入新的語法規(guī)則。由于整個過程中學生的思考重點都放在電路功能的實現上,而語法的學習就顯得不那么突兀,也不會產生厭倦感。由于語法時刻都需要用到且容易忘記,因此在后期的實例講解過程中需要不斷地鞏固之前所學過的語法現象,以避免學生遺忘,以此讓學生明白,學習編程語言的真正目的是為了應用于電路設計。通過一些實踐,學生體會到語言學習的成就感,進一步提高了學習興趣,此方法收到了良好的教學效果。
3.將硬件電路設計的概念貫穿始終
硬件描述語言與軟件語言有本質區(qū)別。很多學生由于不了解硬件描述語言的特點,在學習過程中很容易將之前所學的C語言等軟件編程語言的思維慣性的應用于VHDL語言的學習過程中,這對于掌握硬件電路設計的實質有非常大的阻礙。因此,在教學過程中,從最初引入到最后設計電路,都要始終將硬件電路設計的概念和思維方式貫穿其中。在講述應用實例時,需要向學生分析該例中的語句和硬件電路的關系,并強調這些語句與軟件語言的區(qū)別。以if語句為例,在VHDL語言中,if語句的不同應用可以產生不同的電路結構。完整的if語句產生純組合電路,不完整的if語句將產生時序電路,如果應用不當,會在電路中引入不必要的存儲單元,增加電路模塊,耗費資源。[4]而對于軟件語言,并沒有完整if語句與不完整if語句之分。為了讓學生更深刻地理解不同的if語句對應的硬件電路結構特性,可以通過一個小實例綜合之后的電路結構圖來說明。如以下兩個程序:
(1)entitymuxabisport(a,b:inbit;y:outbit);end;architecturebehaveofmuxabisbeginprocess(a,b)beginifa>btheny<='1';elsifa<btheny<='0';endif;endprocess;end;
(2)entitymuxabisport(a,b:inbit;y:outbit);end;architecturebehaveofmuxabisbeginprocess(a,b)beginifa>btheny<='1';elsey<='0';endif;endprocess;end;
(1)(2)兩個程序唯一的不同點在于:程序(1)中使用的是elsif語句,是一個不完整的if語句描述,而程序(2)使用的是else語句,是一個完整的if語句描述。這一條語句的區(qū)別卻決定了兩個程序的電路結構有很大的不同。(1)綜合的結果是一個時序電路,電路結構復雜,如圖1所示。而(2)綜合的結果是一個純組合電路,電路結構非常簡單,如圖2所示。通過綜合后的電路圖比較,學生更深刻理解這兩類語句的區(qū)別。強化硬件電路設計的思想,可以促使學生逐漸形成一種規(guī)范、高效、資源節(jié)約的設計風格,培養(yǎng)一個優(yōu)秀的硬件電路設計工程師。
4.通過實踐拓展強化學生動手能力
“電子設計自動化”是一門實用性很強的課程,學生在學完該課程后必須具備一定的硬件電路設計和調試的能力,因此在教學中需要不斷地用實踐訓練來強化學生在課堂所學習的理論知識,并使他們達到能夠獨立設計較復雜硬件電路的能力。筆者在教學過程中鼓勵學生將課程實踐和畢業(yè)設計內容相結合的方法,讓學生強化實踐能力,收到了良好的效果。學習“電子設計自動化”課程的學生基本上都是即將進入大四,此時他們的畢業(yè)設計已經開始進入選題,開始了初步設計的過程。筆者先在實驗課堂向學生布置一些常用硬件電路設計的題目,比如交通燈、自動售貨機、電梯控制器等,讓學生體會電子設計自動化課程的實用性,激發(fā)他們的思考和學習興趣。在此基礎上分組組建實踐小團隊,讓每組學生共同完成一個較復雜的電路系統,比如遙控小車、溫度測控系統等,鼓勵他們將所做的內容與畢業(yè)設計對接。其中大部分同學通過這些訓練都可以掌握硬件電路設計的基本方法和流程,有一部分同學還能設計出比較出色的作品。此過程不僅讓學生體會到了學習知識的快樂,也培養(yǎng)了他們的團隊協作精神,為他們以后的繼續(xù)深造和工作做了鋪墊。
關鍵詞:微電子;自動化
中圖分類號:TM77 文獻標識碼:A 文章編號:1674-7712 (2013) 06-0086-01
隨著自動化技術的不斷深入發(fā)展,電子自動化技術也逐漸應用到人們的日常生活中,在很大程度上影響著人們的生活生產過程。并且,隨著生活水平的提高,人們對于微電子技術的要求也日益提高,因此深入研究基于微電子的自動化技術對于提高人們的生活質量有很大作用。系統實現微電子的自動化過程,需要構建合適的功能模塊,尤其是電子電路的設計。
一、基于微電子的自動化技術特點
隨著計算機技術的快速發(fā)展,微電子系統的性能設計逐步采用編程的方式完成。這種程序編程的方式使微電子技術更加的高性能化、高自動化以及高節(jié)能環(huán)保。同時,將微電子技術與自動化技術結合起來,更加推進了自動化領域的發(fā)展與創(chuàng)新。基于微電子的自動化技術主要有以下幾個特性[1]:
(一)基于計算機編程
電子設計自動化設計采用計算機軟件相關技術,通過編程的手段來完成系統各個功能模塊的設計與傳統的手工做圖方式相比,誤差小、效率高、簡單易行等特點。同時應用軟件功能開發(fā)各個系統模塊,優(yōu)化了整個自動化系統的性能。
(二)芯片集成度較高
電子系統的整體設計,在一塊小尺寸的電路板上集成很多具有不同功能的相關電路,減小了電子線路的占用面積,使芯片集成度高、功耗較小、性價比高并且便于安裝,與此同時,這種高集成的芯片符合節(jié)能環(huán)保的設計理念。
(三)軟件升級方便
電子自動化系統的設計是基于計算機技術的,利用計算機軟件進行升級和維護,具有優(yōu)良的系統升級平臺。采用計算機編程的方式對電子系統進行升級和維護,可以做到實時在線工作,使系統的性能升級便捷,漏洞修補及時。
(四)具備仿真功能
計算機仿真功能是電子自動化技術的一大特色,可以解決自動化系統設計過程中的數值問題。同時,利用仿真功能可以很好的對系統進行檢測和分析,方便進一步進行系統優(yōu)化[2]。
整個電子自動化系統的設計要涉及數學、物理、計算機等多門學科的理論知識。其中計算機編程的應用,推動了系統設計的發(fā)展,使整個復雜的電子系統集成在小規(guī)格芯片之上成為可能。
二、微電子自動化系統設計過程
整個電子自動化系統的設計主要是包括各個功能模塊的生成、系統的維護與升級以及各功能版的集成等內容。利用計算機編程技術來完成系統的設計過程,為系統功能模塊的生成和功能的實現提供了良好的技術平臺,使電子自動化系統的功能可以通過高集成的電子芯片體現出來。
(一)輸入模塊設計
系統的輸入版塊主要是負責完成系統的輸入功能這一子模塊的設計是基于計算機編程語言完成的。首先,要對輸入內容用程序語言的方式進行定義,這樣便于系統程序的優(yōu)化處理。進而,還需要對程序語言進行合理的數據轉化,從而使整個系統一體化。最后輸入數據才可以被很好的儲存供系統調用。簡言之,輸入版塊設計就是程序語言設計過程。
(二)數據模塊設計
計算機編程系統是一個數據量比較龐大的復雜的過程。在整個系統編程設計的過程中,會產生大量的過程數據和結果數據等,調用數據的過程變得很是復雜。因此,設計一個數據模塊,對系統各階段的數據進行存儲和調用,便于系統的生成和在線維護。另外,數據模塊可以在一定程度上拓展系統的功能,推動自動化的革新[3]。
(三)仿真模塊設計
仿真模塊的功能主要是完成系統的功能檢測和數據分析。通過仿真模塊的運行狀況反映出整個實際系統的工作過程,方便及時發(fā)現系統漏洞并進行在線升級。
(四)檢測模塊設計
利用計算機編程技術設計電子系統的過程中,需要對系統進行故障檢測和漏洞排查。檢測模塊可以保證各個功能模塊之間更好的匹配運行,避免程序運行過程中的系統規(guī)劃故障的發(fā)生。
(五)各功能模塊規(guī)劃
將各個功能模塊合理規(guī)劃集成到一塊小規(guī)格的芯片之上,是系統實現高集成、低功耗的關鍵步驟。
三、微電子自動化技術的應用
微電子自動化技術主要是應用在高校教學、電氣設備以及應用軟件開發(fā)等方面。
首先,基于計算機仿真技術的電子自動化系統設計可以很好的應用到高校電氣電子工程的教學實踐過程中。采用各專業(yè)術語和特定操作對整個系統進行形象描述和展示,可以使抽象的知識具體化,同時自動化技術的實踐教學可以提高學生的自主學習能力和動手能力,提高學生的整體素質。
其次,微電子自動化技術的發(fā)展,推動了電氣設備的升級。利用計算機程序語言來完成后期的系統革新階段,為電氣設備的更新升級提供了很大的空間。同時,微電子技術的集成特性,使電氣設備更好的實現了高集成、高性能的特點。
最后,軟件編程技術方便了各個應用軟件的開發(fā),在電氣設備設計過程中統一編程,實現各軟件的兼容,從而便于各功能模塊的集成,推動電氣設備的統一化,同時降低了研發(fā)成本。
四、小結
隨著電子信息技術的飛速發(fā)展,為電子自動化研究越來越深入,基于計算機編程的電子設計業(yè)逐漸系統化和模式化。微電子自動化系統憑借其高集成、高性能、易拓展以及低成本等特性,逐漸應用到人們的日常生產和生活過程中。
參考文獻:
關鍵詞:電子設計自動化;課程特點;教學方法
作者簡介:董素鴿(1983-),女,河南葉縣人,鄭州大學西亞斯國際學院電子信息工程學院,助教;李華(1972-),男,河南鄭州人,鄭州大學西亞斯國際學院電子信息工程學院,助教。(河南鄭州451150)
中圖分類號:G642.41 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2012)11-0046-02
電子設計自動化(EDA:Electronic Design automation)是將計算機技術應用于電子設計過程中而形成的一門新技術,[1]它已經被廣泛應用于電子電路的設計和仿真、集成電路的版圖設計、印刷電路板(PCB)的設計和可編程器件的編程等各項工作中。
隨著半導體技術及電子信息工業(yè)的不斷發(fā)展,電子設計自動化技術在信息行業(yè)中的應用范圍越來越廣泛,應用領域也涉及產業(yè)鏈中的幾乎任何一個環(huán)節(jié)。一方面是社會上對電子設計自動化人才的急需,另一方面是我國高校中電子設計自動化人才培養(yǎng)的落后,兩者之間的矛盾也促使眾多的高校開始在電子信息、微電子技術等專業(yè)中開設“電子設計自動化”課程。如今,該課程已成為眾多信息類學科的專業(yè)必修課,這為我國電子設計自動化人才的培養(yǎng)和充實做出了巨大的貢獻。
“電子設計自動化”課程教學效果直接影響著人才培養(yǎng)的質量,因此,優(yōu)秀的教學方法和教學質量是教學過程中必須重視的。筆者根據近幾年的教學經歷,總結經驗,開拓創(chuàng)新,形成了一套特有的教學方法,旨在培養(yǎng)出基礎牢、思路清、知識廣、能力強的電子設計自動化人才。
一、“電子設計自動化”課程教學的特點
電子設計自動化是一個較為寬泛的概念,它涵蓋了電路設計、電路測試與驗證、版圖設計、PCB板開發(fā)等各個不同的應用范圍。而當前“電子設計自動化”課程設置多數側重電路設計部分,即采用硬件描述語言設計數字電路。因此,該課程的教學具非常突出的特點。
1.既要有廣度,又要有深度
有廣度即在教學過程中需要把電子設計自動化所包含的各個不同的應用環(huán)節(jié)都要讓學生了解,從而使學生從整個產業(yè)鏈的角度出發(fā),把握電子設計自動化的真正含義,以便于他們建立起一個全局概念。有深度即在教學過程中緊抓電路設計這個重點,著重講解如何使用硬件描述語言設計硬件電路,使學生具備電路設計的具體技能,并能夠應用于實踐和工作當中。
2.突出硬件電路設計的概念
在眾多高校開設的“電子設計自動化”課程中,多數是以硬件描述語言VHDL作為學習重點的。而VHDL語言是一門比較特殊的語言,與C語言、匯編語言等存在很大的不同。因此,在教學過程中首先要讓學生明白這門語言與前期所學的其他語言的區(qū)別,并通過實例,如CPU的設計及制造過程,讓學生明白VHDL等硬件描述語言的真正用途,并將硬件電路設計的概念貫穿整個教學過程。
3.理論與實踐并重
“電子設計自動化”是一門理論性與實踐性都很強的課程,必須兩者并重,才能收到良好的教學效果。在理論學習中要突顯語法要點和電路設計思想,[2]并通過實踐將這些語法與設計思想得以加強和鞏固,同時在實踐中鍛煉學生的創(chuàng)新能力。
二、“電子設計自動化”課程教學方法總結
良好的教學方法能起到事半功倍的效果。因此,針對“電子設計自動化”課程的教學特點,筆者根據近幾年的教學經驗總結了一些行之有效的教學方法。
1.以生動的形式帶領學生進入電子設計自動化的世界
電子設計自動化對學生來說是一個全新的概念。如何讓他們能夠快速地進入到這個世界中,并了解這個世界的大概,從而對這個領域產生興趣,是每個老師在這門課授課之前必須要做的一件事情。教師可以采用一些現代化的多媒體授課技術,讓學生更直觀地了解電子設計自動化。由于電子設計自動化是一個很抽象的概念,因此,可以通過播放視頻、圖片等一些比較直觀的內容來讓學生了解這個領域。從學生最熟悉的電腦CPU引入,通過一段“CPU從設計到制造過程”的視頻,讓學生了解集成電路設計與制造的流程與方法,并引出集成電路這個概念。
通過早期的集成電路與現在的集成電路的圖片對比,引出EDA的概念,并詳細講解EDA對于集成電路行業(yè)的發(fā)展所作的巨大貢獻。在教學過程中,通過向學生介紹一些使用EDA技術實現的當前比較主流的產品及其應用,提高學生對EDA的具體認識。這些方法不僅使學生對EDA相關的產業(yè)有了相應的了解,更激發(fā)了學生的學習興趣,使學生能夠踴躍地投入到“電子設計自動化”的學習中。
2.以實例展開理論教學
“電子設計自動化”的學習內容包含三大部分:[3]硬件描述語言(以VHDL語言為學習對象)、開發(fā)軟件(以QUARTUS II為學習對象)和實驗用開發(fā)板(以FPGA開發(fā)板為學習對象)。
硬件描述語言的學習屬于理論學習部分,是重中之重。對于一門編程語言的學習來說,語法和編程思想是學習要點。在傳統的編程語言學習的過程中,通常都是將語法作為主線,結合語法實例逐漸形成編程思想。這種學習方法會使學生陷入到學編程語言就是學習語法的誤區(qū)中,不僅不能學到精髓,還會因為枯燥乏味而產生厭倦感。
如何能使學生既能掌握電路設計的方法,又輕松掌握語法規(guī)則是一個教學難題。筆者改變傳統觀念,將編程思想的學習作為教學主線,在理論學習過程中,以具體電路實例為基礎,引導學生從分析電路的功能入手,熟悉將電路功能轉換為相應的程序語句的過程,并掌握如何將這些語句按照規(guī)則組織成一個完整無誤的程序。在此過程中,不斷引入新的語法規(guī)則。由于整個過程中學生的思考重點都放在電路功能的實現上,而語法的學習就顯得不那么突兀,也不會產生厭倦感。由于語法時刻都需要用到且容易忘記,因此在后期的實例講解過程中需要不斷地鞏固之前所學過的語法現象,以避免學生遺忘,以此讓學生明白,學習編程語言的真正目的是為了應用于電路設計。通過一些實踐,學生體會到語言學習的成就感,進一步提高了學習興趣,此方法收到了良好的教學效果。
3.將硬件電路設計的概念貫穿始終
硬件描述語言與軟件語言有本質區(qū)別。很多學生由于不了解硬件描述語言的特點,在學習過程中很容易將之前所學的C語言等軟件編程語言的思維慣性的應用于VHDL語言的學習過程中,這對于掌握硬件電路設計的實質有非常大的阻礙。因此,在教學過程中,從最初引入到最后設計電路,都要始終將硬件電路設計的概念和思維方式貫穿其中。
在講述應用實例時,需要向學生分析該例中的語句和硬件電路的關系,并強調這些語句與軟件語言的區(qū)別。以if語句為例,在VHDL語言中,if語句的不同應用可以產生不同的電路結構。完整的if語句產生純組合電路,不完整的if語句將產生時序電路,如果應用不當,會在電路中引入不必要的存儲單元,增加電路模塊,耗費資源。[4]而對于軟件語言,并沒有完整if語句與不完整if語句之分。為了讓學生更深刻地理解不同的if語句對應的硬件電路結構特性,可以通過一個小實例綜合之后的電路結構圖來說明。
如以下兩個程序:
(1)entity muxab is
port(a,b:in bit;
y:out bit);
end;
architecture behave of muxab is
begin
process(a,b)
begin
if a>b then y
elsif a
end if;
end process;
end;
(2)entity muxab is
port(a,b:in bit;
y:out bit);
end;
architecture behave of muxab is
begin
process(a,b)
begin
if a>b then y
else y
end if;
end process;
end;
(1)(2)兩個程序唯一的不同點在于:程序(1)中使用的是elsif語句,是一個不完整的if語句描述,而程序(2)使用的是else語句,是一個完整的if語句描述。這一條語句的區(qū)別卻決定了兩個程序的電路結構有很大的不同。(1)綜合的結果是一個時序電路,電路結構復雜,如圖1所示。而(2)綜合的結果是一個純組合電路,電路結構非常簡單,如圖2所示。通過綜合后的電路圖比較,學生更深刻理解這兩類語句的區(qū)別。
強化硬件電路設計的思想,可以促使學生逐漸形成一種規(guī)范、高效、資源節(jié)約的設計風格,培養(yǎng)一個優(yōu)秀的硬件電路設計工程師。
4.通過實踐拓展強化學生動手能力
“電子設計自動化”是一門實用性很強的課程,學生在學完該課程后必須具備一定的硬件電路設計和調試的能力,因此在教學中需要不斷地用實踐訓練來強化學生在課堂所學習的理論知識,并使他們達到能夠獨立設計較復雜硬件電路的能力。
筆者在教學過程中鼓勵學生將課程實踐和畢業(yè)設計內容相結合的方法,讓學生強化實踐能力,收到了良好的效果。學習“電子設計自動化”課程的學生基本上都是即將進入大四,此時他們的畢業(yè)設計已經開始進入選題,開始了初步設計的過程。筆者先在實驗課堂向學生布置一些常用硬件電路設計的題目,比如交通燈、自動售貨機、電梯控制器等,讓學生體會電子設計自動化課程的實用性,激發(fā)他們的思考和學習興趣。在此基礎上分組組建實踐小團隊,讓每組學生共同完成一個較復雜的電路系統,比如遙控小車、溫度測控系統等,鼓勵他們將所做的內容與畢業(yè)設計對接。其中大部分同學通過這些訓練都可以掌握硬件電路設計的基本方法和流程,有一部分同學還能設計出比較出色的作品。此過程不僅讓學生體會到了學習知識的快樂,也培養(yǎng)了他們的團隊協作精神,為他們以后的繼續(xù)深造和工作做了鋪墊。
三、結束語
掌握“電子設計自動化”課程的特點,有針對性地改善教學方法,充分調動學生的學習積極性,強化理論和實踐教學相結合,一方面使學生把握課程的全局性,了解和熟悉電子設計自動化行業(yè)的狀況和最新動態(tài);另一方面培養(yǎng)學生具有扎實的理論基礎和良好的動手能力,培養(yǎng)出厚基礎、重實踐、有創(chuàng)新的高素質人才,具有重要的社會意義。
參考文獻:
[1]潘松,黃繼業(yè).EDA技術與VHDL(第二版)[M].北京:清華大學出版社,2007.
[2]Roth,C.H.數字系統設計與VHDL[M].金明錄,劉倩,譯.北京:電子工業(yè)出版社,2008.
因為電子設計自動化的實踐性與技能性,使得電子設計自動化需要人們真正去動手完成,而不是單純的只靠理論就能學好的,它不像文學,管理等的學科只要將課本上和老師講的知識掌握了就算是學會了這門學科[2]。電子設計自動化是一門純理科性質的學科,它需要在實踐中發(fā)現問題和學習知識。所以,許多高校專門為這門學科設立了實驗課程,在實驗課上學生可以使用實驗中的程序和軟件自己設計電路,自己完善設計作品。電子設計自動化需要用到計算機和許多高科技的東西,這些東西的價格十分昂貴,一些儀器也需要很多的錢才能購買得起。所以在建立電子自動化實驗系統后,要對其進行充分的開發(fā)和利用,設計一些快捷有效的途徑,來減少在使用過程中對材料的使用次數,這樣就能節(jié)省一些資金。電子設計自動化實驗系統發(fā)揮的作用是非常強大的,它不僅讓人民在其中學到該有的知識,還可以對一些電路進行檢驗,檢驗其是否合格與有效,正是因為該系統所含有的高技能和高有用性,讓電子設計自動化實驗系統的建立充滿難題,只有真正有技術的才能將該系統進行開發(fā)和建立。許多高校在該課程上的教學能力以及電子工程師本人的能力,最重要的一個衡量標準就是是否對電子設計自動化實驗系統進行了開發(fā)和利用,其使用系統是否有先進的設備和軟件,包括其系統的硬件和軟件等[3]。電子設計自動化在很多領域都有其運用,因為它可是實現自動化,并且含有高的穩(wěn)定性,甚至可以完成人類親手無法完成的工作,這樣就節(jié)約很多的勞動力,也降低了作業(yè)的危險性。對該系統進行開發(fā),就可以更多的完成一些其他高危險率和高勞動量的工作。在這個以科技進步為主的世界,更多的對相關項目進行創(chuàng)新和開發(fā),才能讓國家的實力有明顯的提升。
2電子設計自動化實驗系統的主要內容和開發(fā)
2.1電子設計自動化技術內容
電子設計自動化實驗系統在電子設計上的作用是無可比擬的,它的用途體現在多個方面。該系統的開發(fā)是讓其往更加全面具體,高效快速的方面發(fā)展。電子設計自動化實驗系統可以運用于電子設計自動化教學及一些科學實驗的項目開發(fā)。電子設計自動化通過從計算機內部進行設計,從界面上進行表現的一種工具,糅合了計算機編程,計算機圖形學,數學物理,以及人工智能等各種基礎計算機知識和高科技技術等的精華,將這些結合在一起形成了一個新興的高智能的軟件工具。它已經被廣泛應用電子的各個方面,如于通信系統的開發(fā),集成電路的版圖設計,電子電路的設計,印刷電路板的設計和可編程器件的編程等。所以,不難看出,電子設計自動化技術一般包括軟件設計工具,硬件描述語言,實驗開發(fā)系統和可編程邏輯器件。
2.2電子設計自動化實驗系統環(huán)境的建立和開發(fā)原則
對于高校來說,電子設計自動化實驗系統的建立與開發(fā),需要遵循一些原則和注意事項,才能讓該系統發(fā)揮其所有作用。首先,需要建設一個一流的系統環(huán)境,要有可以過關的硬件和軟件設置,擁有最先進的計算機技術和有能力的指導,才能滿足學生的所有需求。有的電子設計自動化實驗系統的建立沒有先進的技術,也沒有正確的指導,使得使用的人們無法正常完成自己的實驗,白白浪費了很多的資源和材料。其次,對于建設和開發(fā)需要使用到的設備和儀器必須有嚴格的質量把關,那些由質量問題的儀器要堅決更換和不使用,這樣才能保證在以后的使用中不會因為儀器和設備的問題使項目和實驗功虧一簣,或是讓實驗結果出現誤差及延誤。同時,還要借鑒先進的經驗,去那些建立得好的高校和試驗站取經,交流經驗,或是去國外引進新的技術和開發(fā)軟件,這樣會使該系統在建立中少走一些彎路。最后,最重要的是要進行自我開發(fā)和創(chuàng)新,鼓勵學生和老師對該系統的開發(fā),設計出更好的技術和軟件,才能促進科技的發(fā)展。在進行試驗和項目時,要注意勤儉節(jié)約,不要浪費,對于那些不用的可以試著去改裝,讓其變得有用。在電子設計自動化實驗系統建好后,可以開放給所有感興趣的學生進行實驗,老師在一旁進行指導,好的環(huán)境氛圍對于學生的學習起著至關重要的作用。這些原則的遵守可以讓電子設計自動化實驗系統的建立更加順利。
2.3電子設計自動化實驗系統的硬件開發(fā)設計舉例
電子設計自動化實驗開發(fā)系統硬件開發(fā)也是一個炙手可熱的科技上的創(chuàng)新,一個好的的硬件對于該實驗系統的安全性和運行性有著不可替代的作用,硬件系統包括基本的計算機和其他器件等。例如現在較為運用廣泛的器件是FPGA/CPLD器件,它可以提供計算機在進行電路設計時有一個具體的編程環(huán)境,FPGA/CPLD器件的組成較為復雜,包括很多不同功能的模塊和電路。對于該系統的硬件在引進其他先進的設備的同時,也可以借鑒他人的先進技術,改革創(chuàng)新,研究屬于自己硬件。
2.4電子設計自動化實驗系統的軟件開發(fā)
該系統的軟件主要是指可編程邏輯器件,用于對電路的編程和自動化的實現,對于該軟件的開發(fā)有很多的技術軟件可以使用。如現在比較流行的是FPGAAExpressh等用于開發(fā)芯片的軟件,這種軟件可以實現多種功能,它的邏輯綜合與布線能力很強,在電路設計時,電路線路在計算機上的圖線非常清晰和顏色鮮明,同時它可以自動儲存及方便邏輯仿真功能。一些公司根據該系統原則與使用條件,發(fā)明了更加先進的開發(fā)軟件,為開發(fā)提供的無限的可能和便利。
3結語
人類已經進入了信息社會,電子信息產品已經透射到我們生活的各個角落,包括國防軍工用品、通信、醫(yī)療、計算機及周邊視聽產品、玩具等。傳統的電子線路設計工作需要有完備的元器件及儀器設備,在實驗室中繁復調整測試才能完成。這需要消耗大量的時間、精力以及實驗成本。傳統的電子線路設計方法和手段,已經難以適應電子技術飛速發(fā)展的需要。
隨著社會的發(fā)展和技術的進步,人美對電子相關行業(yè)提出了更高的要求:精確、穩(wěn)定、輕巧、保密、可靠;同時,電子行業(yè)又具有產品更新快,研發(fā)周期短的特點,為了滿足不斷發(fā)展的市場需求,加快產品結構的升級,在核心技術領域取得重大突破,電子行業(yè)必須采用新的研究方法和技術。隨著計算機的發(fā)展,計算機在電子設計中占有了很大的比重。計算機輔助技術(ComputerAidedDesign,CAD)技術,以及在其基礎上發(fā)展起來的電子設計自動化(ElectronicDesignAutomztion,EDA)技術已成為電子領域的重要學科,并逐漸成為一個新型的產業(yè)部門。
一、傳統電子產品設計中遇到的問題
1、傳統的電子產品,從設計、調試到驗證完成,一般采用面包板或專門的焊機板,通過手工裝配,再進行電路的反復測量、評估電路性能。當電路設計非常復雜時,采用這種傳統的設計方法,極易產生連線錯誤、器件損壞等人為錯誤,常會造成人力、財力、時間的浪費。尤其是設計集成電路時,傳統的設計方法無法模擬集成電路的真實特性。
2、電子產品的各項性能的分析,特別是消耗和破壞性的分析與測試。
3、設計過程中的大量的復雜的計算。
二、電子設計自動化的發(fā)展過程及解決的問題
在20世紀70年代到80年代中期,計算機技術和電子技術的發(fā)展促進了計算機雇主設計(CAD)理論的研究和應用,是CAD技術成為電子設計領域的新興學科。20世紀80年代中期開始,隨著高性能計算機技術的發(fā)展,尤其是微型計算機技術的發(fā)展,CAD技術邁向了其高級階段,出現了電子設計自動化(EDA)。
電子設計自動化技術(EDA)是指以計算機為工作平臺,融合應用電子技術、計算機技術、信息處理技術、及智能化技術,進行鏈子線路與系統的功能設計、邏輯設計、性能分析、系統優(yōu)化直至印制電路板的自動設計,它可以完成電子工程設計的全過程。利用EDA工具,電子設計工程師可以從概念、算法等開始設計電子系統,大量工作可以通過計算機完成,并可以將電子產品從電路設計、性能分析到設計出IC版圖或PCB版圖的整個過程在計算機上自動處理完成。其基本特征是以計算機硬件和相關軟件為工作平臺、最大限度地提高電子線路或系統的設計質量和效率,從而節(jié)省人力、物力和開發(fā)城本,縮短開發(fā)周期。
三、電子設計自動化的主要特點
1、設計過程自動化
在EDA的應用中,可以利用EDA應用軟件,實現由系統層到電路層再到物理層的整個設計過程的自動化。在設計過程中,設計人員可以按照電子線路或系統的指標要求,采用完全獨立于芯片廠商及其產品結構的描述語言,在功能級對設計產品進行定義,并利用應用軟件提供的仿真技術驗證設計結果。具體地講,設計人員可以從概念、算法、協議等開始設計電子系統通過計算機機上自動完成。
2、高度開發(fā)的集成環(huán)境
利用計算機技術的支持,在計算機平臺上安裝功能不同的軟件,形成一個功能強大的EDA設計環(huán)境。在這個環(huán)境中,可以控制和管理設計方案、設計過程和設計數據,甚至可以讓這些軟件共享設計資源。這種高度開放的集成環(huán)境,包含了電路設計開發(fā)過程,而且其文件類型在不同的EDA軟件中是可以共享的。
3、高度智能化的操作
在EDA技術中,由于應用軟件的智能化設計,各種設計向導和提示十分完備,使電子設計人員不必學習更高深的專業(yè)理論知識,更不必進行手工運算,在應用軟件環(huán)境中,就可以完成線路或系統的設計,并得到精確的仿真結果。
【關鍵詞】EDA技術;實際情況;措施;建議
前言:
隨著時代的進步,科技網絡等不斷的發(fā)展,人類進入到信息高速發(fā)展的時代,電子產品成為人們必須具備的生活用品,電子產品以及各項附加的功能讓人們的生活變得更加精彩,然而隨著生活水平的提高,傳統的電子技術水平遠遠不能滿足人們的需求,電子技術需要進行不斷的拓展,為了推動電子技術不斷創(chuàng)新發(fā)展,電子工程設計中必須有效加強對EDA技術的研究與應用,促進電子工程設計不斷超越當前科技水平,實現快速發(fā)展。
1.EDA技術的概念和特點
1.1 EDA技術的概述
EDA技術,簡稱電子設計自動化技術,所指的就是以計算機為工作的主要載體,把計算機技術、信息處理技術、應用電子技術以及信息智能化技術等技術發(fā)展中的最高研究效果充分運用到工作領域中,實現自動設計完成電子產品。
最初在發(fā)展中并沒有EDA技術的概念,它是由可編程邏輯器件發(fā)展而來的,可以說,EDA技術是可編程邏輯器件的發(fā)展和延伸。在EDA技術的歷史發(fā)展過程中,最初是通過技術人員手動完成設計、布線等集成電路的工作,當然,這也是歷史的局限性造成的,在手工完成集成電路的年代,電子集成電路相對要簡單很多,然后,在二十世紀七十年代時,科技人員開始試圖進行電子設計自動化的初步開發(fā),在不斷的實踐中,終于實現了電子設計自動化技術的初步運用,隨后在五年的時間中,電子設計自動化完成了重要的創(chuàng)新和改革,逐漸取得了重大的進步,在不斷的發(fā)展中,電子設計自動化技術逐步被應用形成了商業(yè)化的應用,并在電子工程設計中取得了很大的成就。時至今日,電子設計自動化技術在電子工程設計的過程中,出現錯誤的頻率不斷降低,促進了電子工程設計的不斷發(fā)展。
EDA技術的在不斷的發(fā)展過程中,不僅僅在電子工程設計中取得了重大的成就,在航空航天、機械、化工等許多領域,都實現了EDA技術的應用,并且取得的成就也非常的令人矚目,鑒于EDA技術應用的廣泛性,必須主動研究在電子工程設計中運用EDA技術,促進電子工程設計不斷發(fā)展,有效實現電子女工程設計水平的提升。
1.2 EDA技術的主要特點
在不斷實踐中能夠發(fā)現,EDA技術具有很大的優(yōu)越性和特點,首先,EDA技術具備廣泛性的特點,EDA技術能夠實現在各個領域的不同應用,促進各個行業(yè)技術的提升,第二,EDA技術能夠實現非常廣闊范圍的語言運用,也就是說,EDA技術能夠分析的東西和范圍比較廣泛,第三,也就是在電子工程設計中的最大的特點,設計和工藝能夠完全的分離,意思就是在EDA技術中沒有工藝,它也能夠實現非常有品質的自動化,第四,對環(huán)境沒有要求,不受時間的限制,例如,傳統的電腦編程在工作的過程中是不能停下做別的事情,因為一旦停下,就容易讓電腦編程出現問題,非常影響工作的效率,但是EDA技術完全不受時間和環(huán)境的控制,在工作的過程中,如果想進行另外的工作,只要在電腦上保存就可以,這個特點在電子工程設計中有著非凡的意義,實現了電子工程設計對科學技術的深入應用,促進電子工程設計的發(fā)展[1]。第五,為了保證電子工程設計對EDA技術應用的合理性,它會在設計的最后階段對設計進行分析,如果l現設計中有不合理的地方,能夠實現快速糾正,第六,在電子工程設計中對EDA技術的應用,是不局限于一個人的應用,可以有效實現多人進行不同的設計。EDA技術的有許多的特點,在這里只分析這六種對電子工程設計進步起到推動性作用的特點,提高EDA技術不斷在電子工程設計中深入發(fā)展,促進其聯系的緊密型,二者在不斷發(fā)展中,實現共同進步。
2.EDA技術在電子工程設計中的應用
2.1 在電路性能優(yōu)化中運用EDA技術
現階段,EDA技術在電子工程設計以及各個領域都取得了重大的進展,應用的領域也不局限于傳統的范疇,在許多新型的行業(yè)中,EDA技術也取得一些進展,根據目前的情況分析,EDA技術在電子工程設計領域取得的成就非常令人矚目,下面主要分析電子工程領域中EDA技術的不斷應用,促進了電路性能的不斷優(yōu)化,電子產品之所以能夠在眾多的產品中脫穎而出,是由于它能夠不斷實現不同功能的應用,但是實現這些不同功能應用歸根結底是由于EDA技術有效實現了電路性能的不斷優(yōu)化。而電路性能中比較重要的組成就是電子的元器件,在EDA技術的不斷探索和運用中,EDA技術有效改善了電子元器件容差的問題,讓電子元器件有非常好的容差,有效保障了電路的穩(wěn)定運行的態(tài)勢,EDA技術的應用控制了溫度,讓溫度不能影響元器件,促進元器件實現了最優(yōu)的運行模式,實現了電子產品效益的提升[2]。
2.2 在電路仿真分析中對EDA技術進行運用
EDA技術子電子產品工程設計中不斷應用,有效檢測了電路仿真分析的科學性和合理性。在實踐的過程中,設計師首次把電子工程設計方案完成后,首次運用EDA技術對方案進行科學合理性分析,在首次實踐之后,設計師發(fā)現EDA技術在電子工程設計中有很大的優(yōu)越性,并且,EDA技術不僅僅在電路仿真分析中能夠起到非常重要的作用,對不同的工作,EDA技術能夠同樣檢測其是否具備科學合理的特性,EDA技術在電路仿真分析中的運用,讓設計師可以快速的找到問題的所在,能夠讓設計師及時解決問題,避免出現損失[3]。因此,EDA技術在電子工程設計中應用程度的拓展,促進了電子產品的質量不斷提高,在一定程度上推動我國電子工程設計水平不斷向前發(fā)展。
結語:總而言之,EDA技術的不斷應用,能夠不斷提高電子工程設計中的工作效率,提高電子產品的性能,促進我國電子工程設計領域以及各個領域的不斷發(fā)展。在不斷分析和研究中可以發(fā)現,我國電子行業(yè)在實現EDA技術的深入應用之后,促進了我國電子領域的不斷改革和創(chuàng)新。
參考文獻:
[1]周瑩.探討EDA技術在電子設計中的應用[J].電子技術與軟件工程,2013,19:200.
關鍵詞:EDA技術;高職院校;教學實踐;分析和探究
中圖分類號:TN79-4 文獻標識碼:A 文章編號:1674-7712 (2013) 12-0000-01
一、引言
新形勢下,隨著現代化科技的蓬勃發(fā)展,以及電子技術在各行業(yè)的應用規(guī)模不斷擴大,促使電子設計自動化(EDA)技術在高職教學實踐中的應用也越來越受到人們的普遍關注及重視。從當前來看,EDA技術在教學、科研,以及產品設計和制造等方面均有著極為重要的作用。一方面,EDA技術能夠借助各類電路設計與仿真,實現對產品的焊接、測試、生產和研制;另一方面,它還能夠廣泛應用于各種建筑裝潢、效果圖處理、汽車及飛機模型構建,以及影視特技處理等方面之中,對于高職院校的實踐教學來說同樣具有不容忽視的意義。為此,本文主要結合現階段高職教學實踐中的EDA技術應用所涉及的一些相關知識點進行討論,現具體報道如下。
二、EDA技術的概念及主要特征
(一)EDA技術的概念
電子設計自動化(Electronic Design Automation,EDA)技術,主要是指人們通過利用各種電子工程設計自動化軟件來完成大規(guī)模電子設計的一種技術。從當前來看,EDA技術不但能夠為數字系統提供新型的設計思路以及方法,具有革命性意義;同時,伴隨著其設計自動化程度的提高,也能夠實現數字系統向高度復雜性和集成性的方向轉變。從EDA技術興起的角度來看,它先后共經歷了三個階段,即計算機輔助設計(CAD)階段、計算機輔助工程(CAE)階段,以及當前的電子設計自動化(EDA)階段。
(二)EDA技術的主要特征
EDA技術發(fā)展至今,可總結出以下幾點主要特征,包括自頂向下的設計方法、基于HDL的輸入語言,以及綜合能力強、開發(fā)環(huán)境開放與數據庫標準化等。其中,就其設計方法而言,EDA技術主要采用自頂向下的方法進行設計,具體是先通過分解模塊,再分派小組負責不同位置的進程或單元,最后實現匯總單元形成系統來完成設計的。而基于HDL語言的硬件輸入和描述,則能夠增強其電路描述與建模的能力,從而實現硬件設計任務的簡化,保證設計效率及可靠性。另外,EDA技術的綜合能力強、開發(fā)環(huán)境開放和數據庫標準化特點,則體現在它能夠被廣泛應用于各種系統平臺,且能夠適合于電子類課程的教學與實驗當中。
三、EDA技術在高職教學實踐中的重要作用
在電子信息技術迅猛發(fā)展的今天,各高職院校在日常教學以及設計實踐當中,已越來越離不開EDA技術。EDA技術不但能夠為高職教學實踐創(chuàng)造良好的設計條件,而且也是當代電子技術設計人員所必須掌握的技能之一。不過從現階段來看,大多數高職院校在采用EDA技術進行教學和實踐研究時,往往將精力集中放在準備實驗上,而忽視了對儀器的充分使用,即沒有充分發(fā)揮學生的自主動手能力。長此以往,勢必會給學生熟練掌握電子信息技術技能造成影響,導致學生無法更好地滿足工作崗位的基本要求,職業(yè)能力有所降低。可見,提高EDA技術在高職教學實踐中的應用,對于提高學生的自主動手能力、崗位競爭能力具有極為重要的作用。
四、EDA技術在高職教學實踐中的應用分析
(一)基于EDA技術的設計
在此階段,需要用到的元器件主要是發(fā)光二極管(6個)和開關(2個),可分別用于模擬汽車尾燈和轉彎控制信號。其中,汽車尾燈用的發(fā)光二極管,應設計為左、右各3個;而模擬轉彎控制信號的開關,則設計為1個用于控制右轉彎和1個用于控制左轉彎。在汽車行駛時,尾燈均處于熄滅狀態(tài)。若此時汽車轉彎,則尾燈根據其轉彎方向點亮;若是向右轉彎,右邊尾燈依次從左到右循環(huán)點亮,左邊尾燈保持全滅狀態(tài);反之,則依次由左到右循環(huán)點亮汽車左部3個尾燈。若是遇到需要緊急剎車或是停車時,汽車尾燈同時作明滅閃爍。
(二)EDA技術在高職教學中的實踐應用
1.設計任務的討論方式。根據上述設計任務,讓學生以小組的形式進行討論和資料收集。資料來源的形式可以是從圖書館借閱、從網站上下載,或是參考教材內容等。重點需要查閱的知識包括數字電子技術、EDA設計技術、圖形輸入法和VHDL語言等。在資料收集完成后,由學生以小組為單位進行討論,并對各自的觀點進行篩選和匯總,當討論完成后,對具體實施方案的相關安排進行討論和設計。
2.設計任務的分配方式。根據EDA技術自頂向下的設計特點,擬將任務分成控制模塊、右轉彎模塊、左轉彎模塊和頂層模塊等4個模塊。首先,應對各模塊的輸入量和輸出量進行系統地確認;在對模塊輸入進行描述時,可采用圖形輸入法(或是語言描述輸入法)來實現,分別對每個模塊進行正確的編輯、編譯以及仿真。其次,完成對各模塊的封裝工藝。再者,通過新建原理圖文件來調出并連接各模塊的封裝圖;最后,完成編譯和仿真,并按照用戶自定義或自主分配的方式來完成引腳的分配。
3.實驗結果。將左、右轉向開關用導線分別連接到鎖定管腳的試驗箱的撥碼開關上,左、右轉向的尾燈則分別連接到其LED上,完成后再對結果進行下載和觀察。
4.分析總結。在設計任務完成后,由學生對自身成績與不足進行及時整理,并對以后的任務設計提出更高的要求。通過學生自主討論以及總結的方式,能夠讓學生更為明確EDA技術的重要性及必要性,從而提高對EDA技術的掌握能力。
五、結束語
本文通過結合EDA技術的概念和主要特征,以及其在高職教學實踐當中的重要性和具體應用加以討論,可以看出,EDA技術除了能夠幫助學生更好地掌握各類電子儀器設備的基本性能之外,還能夠有效提高其自主學習能力,幫助學生深化理解相關的電子設計技術及理論知識。而且在推動教學目標的實現和高端實用人才的培養(yǎng)上,也具有極為重要的作用。
參考文獻:
[1]崔宗超.EDA技術在高職院校電類專業(yè)中的應用探討[J].濟源職業(yè)技術學院學報,2004,03(30).
[2]高昀.EDA技術在教學實踐中的研究與應用[D].電子科技大學,2009,05(01).
為了培養(yǎng)出能在通信與信息領域從事科學研究、工程設計、設備制造等高級工程技術人才,我校通信與信息工程學院數字系統設計教學團隊經過多年的實踐和總結,提煉出了較完善的數字系統設計課程群的體系結構,規(guī)劃了課程內容,理順了課程之間的銜接,建設了完善的數字系統設計的實驗平臺,提高了教學水平和人才的培養(yǎng)質量。
一、打破單一課程限制
利用課程之間的教學時間關系,打破單一課程限制。比如在數字電路實驗教學時間內,有步驟地推進FPGA初級應用訓練,在FPGA的教學時間內,有目的的聯系數字信號處理等專業(yè)背景課程,強化FPGA應用能力。
《電子系統綜合設計與仿真》是新開設的課程,其定位是電子技術應用培養(yǎng)體系的最終環(huán)節(jié)。該課程要求學生不受具體硬件平臺和開發(fā)手段限制,完成具有專業(yè)背景的開發(fā)課題,需要系統性地應用電子設計的綜合知識。因此在前續(xù)課程中,如單片機、FPGA、嵌入式、DSP等,在規(guī)劃課程內容,講解應用設計實例,安排實驗環(huán)節(jié)的訓練時,突出實際的應用。
二、加強理論與實踐,科技活動與教學的融合
通過理論與實踐的融合,對教學方法和手段進行改革,將課程的實踐內容采用“串講理論+答疑+網絡資源+專題講座”的方式進行,這樣學生上完實驗課后,帶著疑問進入正式的理論課,提高了學生理論學習的深度。
學生的科技活動,如校級、市級和國家級的電子競賽和創(chuàng)新計劃等,是對實際工作環(huán)境的最好模擬和最佳訓練。教學團隊的老師從各屆競賽題目中分析和提煉知識點,引入到《電子設計自動化》《可編程邏輯器件與應用》等課程的教學和實驗中。《電子系統綜合設計與仿真》的綜合性項目設計題目就包括精心選擇提煉的各類電子競賽試題。通過教學與學生科技活動的有機結合,訓練學生在共同任務下的團隊協作能力和溝通能力,訓練學生把想法變成現實的能力,將有效解決學生就業(yè)和創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)問題。
三、改革實驗考核制度,檢查培養(yǎng)效果
由于課程群的大部分課程實驗學時所占比重很大。在這樣一個在面向學生“能力培養(yǎng)”、采用全新的實驗實踐教學模式下,實驗課程如何考核?實踐動手能力培養(yǎng)的效果如何檢驗?如何通過考核方式來促進學生的學習?通過多年的探索我總結出了多樣化的考核形式。
分組代表考核:對于《數字電路與邏輯設計》《單片機原理與應用》課程,學生幾個人一組,以小組為單位上實驗課。實驗現場考試時,考試題目采取抽簽的方式,每個小組現場選一個人參加考試,他的考試成績代表這個組的考試成績。這樣增加了學生的學習壓力,提高了學生的學習積極性。
自選題目考核:對于《可編程邏輯器件與應用》《嵌入式系統開發(fā)與設計》《DSP原理與應用》課程提供多個難易程度不同的題目,由學生自行選擇,教師根據完成情況和題目難易度給出評分。此方法能夠有效的對學生能力進行評估。
現場演示+答辯考核:對于《電子設計自動化》《電子綜合設計與仿真》采用測試演示+每組答辯30分鐘的形式。此方法激發(fā)了學生對科技創(chuàng)新實踐的興趣,同時也能夠培養(yǎng)學生的組織能力、團隊精神和領導才能,使他們的創(chuàng)新思維能力和綜合實驗能力顯著提高。
四、加大投入,完善實驗教學平臺
我校近五年對重慶市市級實驗教學示范中心-電路實驗中心進行了超過600萬的建設投入。2008年完善了電工電子、數字電路和單片機等多門課程所需的實驗設備。2009年又購買了31套TMS320VC5509 DSP實驗箱、31套TMS320DM6446 DSP的全功能評估板、15套Arm270嵌入式開發(fā)平臺、1套Labview軟件和62臺計算機,建設后的DSP和ARM實驗室如圖3所示。這樣,就構建了較完善的電子信息技術校級基礎教育大平臺,建成了傳統實驗教學、開放實驗教學基地兩級實驗教學平臺,為數字系統設計課程群的實踐教學模式的改革和多樣化的發(fā)展提供了硬件保障。
五、自主研發(fā)與校企合作,豐富實驗手段
我校通信與信息工程學院數字系統設計教學團隊自主研發(fā)了如圖6所示的“EDA綜合實驗箱”,可同時支持單片機和FPGA實踐教學,并支持兩種技術的聯調。從硬件平臺上保證了單片機實驗教學和FPGA實驗教學的綜合應用,解決了長期困擾實驗環(huán)節(jié)受硬件設備影響的問題。
通過與美國Cypress Semiconductor Corporation公司關于片上系統CYPRESS PSoC和美國TI公司關于MSP430的16位低功耗單片機的課程研發(fā)合作,豐富了外部資源,加強了電子技術應用課程體系的建設。
六、建設效果
數字系統設計課程群經過了多年的建設、改革和實踐,獲得了較大的成功。通過教改項目和精品課程的立項和建設,擴展了教師的教學思路,優(yōu)化了教學手段,提升了教師教學水平和教學效果。近五年來,教學團隊承擔各級別的教改項目近20項,申報并建設了《數字電路與邏輯設計》市級精品課程和《數字電路與邏輯設計》市級雙語示范課程課程。2011年,“數字系統設計課程群教學團隊”被評選為重慶市立項建設的市級教學團隊。
學生在課外科技競賽方面也取得了豐碩的成果。2008年以來,參加重慶市盛群單片機電子設計大賽,獲得創(chuàng)意獎1項、重慶市一等獎3項、二等獎2項、三等獎3項。2009年全國大學生電子設計競賽(重慶賽區(qū))獲本科組全國一等獎。2010年,“高教社&XILINX杯”重慶市大學生電子設計競賽本科組二等獎7人、三等獎2人;“挑戰(zhàn)杯”全國大學生課外學術科技作品競賽全國二等獎2項、全國三等獎1項、重慶賽區(qū)一等獎2項。“2011年全國大學生電子設計競賽”獲全國一等獎1項,重慶市一等獎2項。
參考文獻:
[1] 曹瑞.基于EDA技術進行數字電路設計的研究[J].微計算機信息.2007,(20).
通信技術專業(yè)主要課程 主要課程:英語、高等數學、計算機文化基礎、C語言、工程數學、電路、電子技術、信號與系統、通信電子線路、計算機原理與接口、數字信號處理、通信原理、電子設計自動化、電子測量技術、光纖通信技術、程控交換技術、計算機網絡與通信、移動通信系統及終端設備、通信網絡、接入網技術等課程。
主要實踐性教學環(huán)節(jié):電子設計自動化(EDA)、微機原理與應用、電子測量技術、數字通信原理、通信網絡、光通信系統、移動通信系統、移動通信終端設備、程控交換原理、電子整機裝配、CATV安裝與調試、通信系統綜合實驗等,以及各校的主要特色課程和實踐環(huán)節(jié)。
通信技術專業(yè)就業(yè)前景 通信技術是信息科學技術中發(fā)展極具活力的一個領域,尤其是數字移動通信、光纖通信、網絡通信使人們在傳遞信息和獲得信息方面達到了前所未有的便捷程度。通信工程具有極廣闊的發(fā)展前景。
本專業(yè)畢業(yè)生可在通信運營商、現代通信設備制造企業(yè)、電子信息類等產業(yè),從事通信與電子技術的開發(fā)、研究、應用、管理、設備調測維護、通信工程設計與施工等工作。也可攻讀信息與通信工程和電子信息學科等方向的碩士、博士學位。
隨著通信技術應用的日趨廣泛,和信息化社會的逐漸發(fā)展,未來勢必會給中國信息產業(yè)帶來更大的發(fā)展空間。所以通信技術專業(yè)人才成為我國參與國際間競爭的一個重要因素。在未來若干年,我國勢必會更加重視通信專業(yè)人才的培養(yǎng),重視通信技術專業(yè)的教育,提高教育水平。
通信技術專業(yè)就業(yè)方向 本專業(yè)畢業(yè)生主要面向通信和電子、信息等行業(yè)的運營商、生產型企業(yè)從事通信設備、電子設備、系統和網絡的研究、設計、開發(fā)、運營和技術管理以及通信設備的營銷、裝配、調試、維修和檢驗等技術工作。
從事行業(yè):
畢業(yè)后主要在新能源、計算機軟件、互聯網等行業(yè)工作,大致如下:
1 新能源;
2 計算機軟件;
3 互聯網/電子商務;
4 通信/電信/網絡設備;
5 電子技術/半導體/集成電路;
6 通信/電信運營、增值服務;
7 計算機服務(系統、數據服務、維修);
8 其他行業(yè)。
從事崗位:
畢業(yè)后主要從事android開發(fā)工程師、硬件工程師、技術支持工程師等工作,大致如下:
1 android開發(fā)工程師;
2 硬件工程師;
3 技術支持工程師;
4 ios開發(fā)工程師;
5 網絡工程師;
6 項目經理;
7 嵌入式軟件工程師;
【關鍵詞】電工教學;EDA技術;應用
1.EDA技術簡介
EDA技術的全稱是Electronic Design Automation,即電子設計自動化。這是一類在原先的CAD技術上發(fā)展和成熟起來的計算機輔助設計系統。它將計算機技術和信息智能處理分析技術融為一體,是進行電路設計和分析的理想平臺。借助這一工具,可以將相關的概念、協議和算法等在計算機上完成,并實現從設計、模擬分析計算到PCB版圖的流程的自動化。按照EDA所面向的范圍不同,可分為三大類的EDA設計,即:系統級的EDA設計、物理實現級的EDA設計和電路級的EDA設計。
2.EDA常用軟件介紹
2.1 Multisim系列軟件
Multisim是美國國家儀器公司開發(fā)的一款以Windows為基礎的電路設計和模擬的仿真工具。Multisim的前身是建安大EWB公司,后該公司被美國國家儀器有限公司所收購。由于這一軟件利用交互式的原理構建復雜的電路和進行仿真,尤其是融合了SPICE技術后為工程師在設計電路時無需在SPICE方面具有良好的專業(yè)基礎便可進行相關的設計。這一特點特別適合與對電工方向的學生進行模擬教學。因此這一軟件在國內的電工教學中有著廣泛的應用,可以進行器件建模及仿真、電路的構建及仿真、系統的組成及仿真和儀表儀器原理及制造仿真等,還可以模擬一些電路元件,如二極管、三極管、功率管等。
2.2 PSPICE軟件
PSPICE(Personal Simulation Program with IC Emphasis)是在Spice基礎上發(fā)展起來的,主要應用在微機系列的通用電路分析當中。這是一類經典的電路設計自動化軟件,能進行模擬電路分析數字電路分析和模擬數字混合電路分析。這一軟件主要的構成部分包括6個大的板塊:電路輸入程序、激勵源編輯、結果輸出仿真、提取模型參數和電器元件庫。除了可以進行經典的電路相關分析外,對蒙特卡洛隨機模擬、電路的優(yōu)化設計,以及數模仿真等方面都表現優(yōu)異。
由于該款軟件在模擬電路設計和電路元器件方面的模擬分析功能強大,因此在電工方向的教學中也得到了廣泛的使用。
2.3 OrCAD
OrCAD也是一套EDA仿真軟件系統,在電路分析和設計中也有比較廣泛的應用。這套軟件系統能夠主要包括三個大的組成部分:內置元器件信息系統的原理圖輸入器、模擬和混合信號仿真和印制電路板設計。這一軟件最大的優(yōu)點在于具有完備的支持數據庫,可自動進行集成元件的信息搜索,從已安裝的元件庫中自動查找和選擇電器元件,并生成元件匹配信息的電子表格。在對外接口和設計管理方面也有獨到的優(yōu)勢,可以建立用戶自定義的功能模塊,并可轉換為菜單中的系統專用功能模塊。對外接口中最強大的功能在于可提供超過40種的增行和層次格式,包括epif,vhdl,verilog spice,pads和pcad/protel/tango等。
2.4 Protel
PROTEL是PORTEL公司在上世紀80年代末推出的EDA軟件,在電子行業(yè)的CAD軟件中是電子設計者的首選軟件,它較早就在國內開始使用,在國內的普及率也最高。這款軟件一直都在不斷的升級和完善,設計流程、集成化PCB設計、可編程器件(如FPGA)設計和基于處理器設計的嵌入式軟件開發(fā)功能整合在一起的產品,一種同時進行PCB和FPGA設計以及嵌入式設計的解決方案,具有將設計方案從概念轉變?yōu)樽罱K成品所需的全部功能。Protel系列軟件一般都包含5個模塊:原理圖設計、PCB設計自動布線器、原理圖混合信號仿真和PLD設計。這款軟件已經有多個較新的版本,如Altium Designer等。
2.5 MATLAB/Simulink
MATLAB/Simulink是一類通用的仿真平臺,通過利用軟件框架內所提供的工具來搭建仿真模型,這類模擬思路在科研領域有非常廣泛的應用。在電工教學領域,使用的版本多為Simulink5.1,其中主要是利用SimPowerSystems這一仿真模塊庫。在這個模塊庫中包含了電路設計和仿真中涉及的基本電器元件和分析算法。利用這一工具可方便展開的對電路的設計和分析。因此在教學中,這類軟件也有被應用。
3.電工教學中EDA技術的應用
上述幾類常用的EDA技術各有其優(yōu)勢和特色。在電工教學中具體使用哪一類軟件作為教學的首選,取決于各院校在課程的設置和培養(yǎng)目標,各自所側重點的不同而選擇不同的EDA軟件。就筆者統計的資料來看,在各類設置有數字電子技術這門課程的學校為了便于教學,大多會采用操作更為簡便、界面更加直觀的EDA軟件,比如MATLAB、Multisim系列、Altium Designer等。結合實際應用的需要,筆者推薦選用Protel系列軟件作為電工電子技術課堂教學的首選。因該系列軟件企業(yè)中具有非常廣泛的應用,讓學生在校期間就熟練掌握該軟件的模擬仿真和分析的技巧對于學生畢業(yè)后的實際工作更加有利。在本節(jié)中,將簡介Protel系列中Altium Designer Winter 09在電工電子技術課堂教學中的應用。
電工電子技術課程包含的內容涉及面非常廣泛,其中既有實驗性質的內容也有非常抽象的概念。利用Altium Designer Winter 09來作為課堂教學軟件能夠很直觀的將一些難以理解的抽象概念感性化,對于提高學生的學習積極性和鍛煉動手能力都大有裨益。本節(jié)中將舉出一個應用的例子。
正弦波振蕩電路的虛擬仿真:
在這一實驗中,需要觀察和計算的內容有基波頻率,并模擬正弦波。實驗電路圖如圖1所示。
實施步驟:1調用仿真庫中Texas InstrumentsTI Operational Amplifier IntLib,電路中各節(jié)點和元件的參數設置按圖1所示進行;2選擇分析類型,分別選取瞬時分析和傅立葉分析;3分析參數設置,瞬時分析起始時間設置為0,終止時間設置為6毫秒,步長100ns,最大步長設置為1us,傅立葉基波頻率分析時諧波次數設置為6次;4模擬分析。實驗結果如圖2和圖3所示。
在課堂教學中那個,可通過改變電路中電阻和電容數值的方法改變該電路的模擬仿真結果。教師在示范了基本的操作后,可將這些參數的更改和模擬作為課后作業(yè),讓學生課后練習熟練使用Altium Designer Winter 09之用。
4.結語
在教學中遇到的其他抽象概念教師可以自行設計實驗,讓一些抽象的概念能夠在仿真平臺上以直觀的方式讓學生理解,總之利用Altium Designer Winter 09是可以滿足課堂教學的仿真和模擬需要的。在電工教學過程利用Altium Designer Winter 09可以讓課程不那么枯燥,對以后學生步入工作崗位也是良好的過度。因此建議使用這一軟件作為電工課程教學的首選平臺。
參考文獻
關鍵詞: 數字系統設計課程群 教學改革 教學成效
現今的時代是信息化的時代,信息化的特征就是對所有信息進行數字化的處理,并由此構成數字系統。所謂數字系統,即對數字信息進行傳送、加工、處理的電子設備。一個數字系統既可能是一個小而簡單的,又可能是一個龐大而復雜的系統,如:數字鐘是一個數字系統,數據采集系統、信息網絡系統也是一個數字系統。隨著電子技術的高速發(fā)展,采用傳統設計手段完成復雜數字系統設計越來越力不從心。以FPGA/CPLD為代表的大規(guī)模集成可編程邏輯器件(PLD)和電子設計自動化(EDA Electronic Design Automation)設計方法,代表著現代數字系統設計的發(fā)展方向。
重慶郵電大學數字系統設計課程群教學團隊從培養(yǎng)能在通信與信息領域從事科學研究、工程設計、設備制造等高級工程技術人才的目的出發(fā),經過多年的實踐和總結,提出了層次型的數字系統設計課程體系,完善了數字系統系列課程內容,理順了課程之間的銜接,提出了數字系統設計系列課程的建設要體現三個特性:理論體系的系統性、學科知識的前沿性和工程實踐的應用性,并已將課程改革寫入專業(yè)的培養(yǎng)方案,在2011年9月獲得重慶市優(yōu)秀教學團隊的稱號。
1.構建系統的課程體系。
教學團隊以現代設計手段和方法為主線,重塑了教學課程體系,構建了以經典數字電路課程教學為基礎,以現代電子技術應用和設計課程教學為提升的理論和實踐教學課程相融合的體系結構,在經典數字電路教學中注重理論體系的邏輯性,在電子技術應用和數字系統設計中強調學科知識的前沿性和工程實踐的應用性。具體層次見圖1。
圖1 數字系統設計課程體系圖
1.1注重數字電路基礎教學,培養(yǎng)學生專業(yè)課程素養(yǎng)。
“數字電路與邏輯設計”是一門重要的專業(yè)基礎課,是關于數字系統經典電路的分析設計方法的課程,因此,課程的教學以構筑學生的知識結構為主線、訓練邏輯思維能力為主體。
針對不同專業(yè)培養(yǎng)要求,數電課程在理論和實驗教學上采取了不同教學方法和手段,如:通信與信息類專業(yè)側重系統級應用,實驗以綜合設計為主;計算機類側重外部邏輯關系和可編程PLD、淡化內部電路原理,實驗以應用為主;自動化類側重控制觀念和電氣特性,重視A/D、D/A內容,實驗以應用控制型為主。
針對我校通信學院和光電學院強化班學生的特點和教學要求,教學團隊開展了數電課程的雙語教學,旨在讓學生提前掌握專業(yè)詞匯,提高閱讀外文文獻和自學現代電子技術的能力。自2005年在光電學院強化班進行試點開始,至今已送出6屆1000多名學生。
1.2強化現代數字系統設計教學,培養(yǎng)學生工程實踐能力。
由“可編程邏輯器件與應用”、“單片機原理與應用”、“電子設計自動化”、“DSP原理與應用”、“嵌入式系統開發(fā)與設計”、“電子系統綜合設計與仿真”6門課程構成現代設計方法和理論層次。該層次以培養(yǎng)學生的工程實踐能力為目標,在課程內容的具體設置中,教學團隊提出開放的思路、打破單一課程限制。如:在數字電路實驗教學時間內,有步驟地推進FPGA初級應用訓練(原理圖的設計訓練);在FPGA教學時間內,有目的地聯系數字信號處理、通信原理等專業(yè)背景課程,強化FPGA在數字系統、通信領域等各方面的應用能力。
其中,“電子系統綜合設計與仿真”為重點建設課程,課程涵蓋知識面廣泛,強調系統綜合性設計。特別根據電子競賽相關內容模塊,添加了電源設計、信號源設計等內容,培養(yǎng)學生綜合運用所學知識進行實用數字系統設計的能力。
2.采取多樣化的教學方法和手段,增強教學效果。
2.1形象、生動的理論教學方法。
通過長期的教學研討,團隊形成了案例教學法、比喻教學法、啟發(fā)教學法、思維訓練法等多種方法綜合使用的教學方法,極大地調動了學生的積極性和興趣。以“數字電路與邏輯設計”課程為例,談談各種教學方法。
2.1.1案例教學法。如數字電路課程教學中,學完組合邏輯與觸發(fā)器后,以三人搶答器為例,先從組合邏輯電路的設計入手,分析其功能,找出其缺陷,再添加觸發(fā)器,改進其功能,增強學生的學習興趣,引發(fā)學生設計電路和改進電路的意識和愿望;在講了組合邏輯電路的競爭冒險之后,以MULTISM為仿真軟件,演示組合邏輯電路競爭冒險的險象及消除方法,要求學生課后查找資料,提交仿真作業(yè);在講完計數器后,以電子鐘設計為例,串講前面所講的譯碼器、計數器、數碼管,極大地調動了學生的興趣。
2.1.2比喻教學法。在講卡諾圖化簡時以“擒賊先擒王”來說明圈圈得越大越好;“不打落水狗”來說明保證每個圈中至少有一個小方格不被重復圈過。
2.1.3啟發(fā)教學法。觸發(fā)器的講解過程中,從RS觸發(fā)器入手,講其特點、優(yōu)點,引導學生發(fā)現其電路的缺點,從而提出改進電路鐘控RS觸發(fā)器,再進一步分析其電路優(yōu)點和缺點,進一步啟發(fā)學生提出改進電路,引出鐘控JK觸發(fā)器、鐘控D觸發(fā)器,進一步引出主從觸發(fā)器。隨著電路一步一步地改進,又會帶來新的問題,引發(fā)學生思考,提高學生的學習興趣。此時,再以人生哲理為例,引發(fā)學生從電子技術的改進過程中思考人生。
2.1.4思維訓練法。在講中規(guī)模計數器設計任意模值的計數器過程中,以畫狀態(tài)轉移圖為工具,引導學生從復位法、置位法及進位輸出置最小數、級聯等多種方法設計電路,實現學生設計電路的思維訓練,從而完成數字電路時序邏輯電路設計教學任務——任意模制的計數器均可實現。
2.2以自學為主的實驗教學方法。
為了加強學生系統設計能力以及工程實踐能力,團隊經過多年的摸索,對數字系統設計系列課程實驗教學進行了大力度的改革。
2.2.1加大實驗課時,調整理論、實驗課時所占比例。如數字電路與邏輯設計(56學時理論+24學時實驗)、可編程邏輯器件與應用(16學時理論+16學時實驗)、嵌入式系統(16學時理論+16學時實驗)、DSP原理與應用(20學時理論+20學時實驗)、電子系統綜合設計與仿真(30學時理論+26學時實驗)。
2.2.2從2006年開始我們通過中央與地方共建資金、學校撥款、企業(yè)捐助的方式,建立了基礎教學平臺和開放實驗教學基地兩級實驗教學平臺。實驗教學上采取傳統實驗與開放實驗相結合的形式。教師講授基礎入門知識,除必須完成的實驗項目外,學生可以根據自身學習情況自行安排實驗時間、實驗內容。
以“可編程邏輯器件與應用”課程為例,必做實驗包括:QUARTUSⅡ簡介與應用、帶使能端的計數器的設計、數控分頻器的設計等,采用傳統實驗方式,由教師講授基本原理和設計思路,學生按部就班完成。該部分實驗要求學生主動性較少,主要目的在于設計流程、軟件開發(fā)、硬件平臺的掌握。選作實驗包括:基于LPM-ROM的四位乘法器設計、序列檢測器的設計、數碼管掃描顯示電路、硬件電子琴設計、數字頻率計的設計等。學生還可以自行擬定題目,與教師商量后進行。該部分實驗采用開放實驗教學,以學生自主學習為主,強調學生的實踐精神和動手設計能力。
3.日常教學與科技活動有機融合
教學團隊把相關課程與各類課外創(chuàng)新活動結合起來,多渠道促進學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
首先,我們從課程學習中選擇優(yōu)秀的學生進行進一步的培訓。建立系統化的現代數字系統設計課程教學體系和開放實驗教學,能夠提升多數學生創(chuàng)新能力和一定的電子設計和應用能力,具有參加各類科技活動最基本的素質。在此基礎上,選拔條件更加出眾的學生進行后續(xù)的集中培訓。
其次,根據各屆競賽的題目和要求修改課程教學內容。例如:在“EDA”、“可編程邏輯器件與應用”等課程會根據的新技術的發(fā)展增加相應的技術講座。“電子系統綜合設計與仿真”為新開設課程,重點在于系統性應用綜合知識,在基本模塊講完后,進行綜合性實際項目的設計,其中就包括精心選擇的各類電子競賽試題。各類科技活動對推動課程教學的各項改革起到了促進作用。
最后,我們與中國電子協會合作,進行全國電子設計工程師認證培訓。多渠道提升學習動力,營造科技氛圍。
4.建設高水平師資隊伍
我校通過引進、國內外進修培訓,以及采用“以科研促教學”、“以科技競賽促師資隊伍”、“理論實踐教學雙肩挑”的模式,加快教師隊伍的成長,形成了一支以中青年為主,職稱、學歷和知識結構合理的教師隊伍。教學團隊在特色專業(yè)建設,教學方法與手段改革,精品課程建設,教材建設(自編教材12本),自制實驗設備(自行研發(fā)設備6項),尤其是指導學生課外科技活動、組織和參加各種科技競賽等方面取得了很大的成績,具有較強的示范作用。
5.結語
數字系統設計系列課程的教學改革獲得了較大的成功,課堂教學成效得到了顯著的提升,尤其在課外科技競賽方面取得了豐碩的成果。2005年以來,教學團隊教師指導參加全國大學生電子設計競賽,獲得全國一等獎2項、二等獎2項,重慶市一等獎6項、二等獎5項。2008年以來,參加重慶市盛群單片機電子設計大賽,獲得創(chuàng)意獎1項、一等獎3項、二等獎7項、三等獎5項。2010年,參加“高教社&XILINX杯”重慶市大學生電子設計競賽本科組7人獲得二等獎、2人獲得三等獎;參加“挑戰(zhàn)杯”全國大學生課外學術科技作品競賽,獲得全國二等獎2項、三等獎1項,重慶賽區(qū)一等獎2項。人才的培養(yǎng)是一項系統而艱巨的工程,我們仍需要不斷地探索,尋求如何不斷提升學生的綜合設計能力與實踐能力。
參考文獻:
[1]姜威,姚富安,劉勇,南新志.實用電子系統設計基礎[M].北京:北京理工大學出版社,2008.1.
[2]潘松,黃繼業(yè).EDA技術實用教程(第三版)[M].北京:科學出版社,2006.9.
[3]鄒虹,賀麗芳等.數字電路與邏輯設計[M].北京:人民郵電出版社,2008.3.
[4]張鵬,石鑫,應俊.HOLTEK HT46系列單片機C語言實例教程[M].北京:北京郵電大學出版社,2010:61.