時間：2022-11-20 03:54:14
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篇數(shù)字電路設(shè)計論文，希望這些內(nèi)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。
論文摘要：結(jié)合高職院校數(shù)字電路實驗教學現(xiàn)狀，以培養(yǎng)學生的電子設(shè)計能力、實踐能力與創(chuàng)新能力為目標，對數(shù)字電路設(shè)計性實驗進行了研究，提出了構(gòu)建實驗課程體系、加強實驗教師隊伍建設(shè)、完善實驗考核機制等措施，取得了良好的教學效果。
隨著高職院校實驗教學改革的深人，實驗教學已成為高職院校教學工作的重要組成部分。實驗教學已從過去單純的驗證性實驗逐步深人到綜合性、設(shè)計性實驗，從利用實驗來加深對已學理論知識的理解，深人到將實驗作為學生學習新知識、新技術(shù)、新器件，培養(yǎng)學生實踐能力、創(chuàng)新能力的重要目的仁‘〕。
1高職院校實驗教學存在的問題
數(shù)字電路實驗是高職院校電子信息類、機電類專業(yè)必修的實踐性技術(shù)基礎(chǔ)課程，對培養(yǎng)學生的綜合素質(zhì)、創(chuàng)新能力具有重要的地位。在傳統(tǒng)的實驗教學中，數(shù)字電路實驗教學多以驗證性實驗為主，并按實驗指導書的實驗步驟去完成實驗，這種實驗教學模式禁錮了學生的創(chuàng)新思維，失去了“實驗”真正的含義，培養(yǎng)出來的學生實踐技能差，無法達到高職教育人才培養(yǎng)的要求〔2)0
2開設(shè)數(shù)字電路設(shè)計性實驗采取的措施
通過多年來的實驗教學改革實踐，證明了開設(shè)設(shè)計性實驗有利于鞏固課堂所學的理論知識;有利于提高學生電子系統(tǒng)設(shè)計能力、綜合素質(zhì)、創(chuàng)新能力[’]。2005年我校電子技術(shù)實驗教學中心(以下簡稱中心)以“加強基礎(chǔ)訓練，培養(yǎng)能力，注重創(chuàng)新”為指導思想，在面向各類專業(yè)的數(shù)字電路實驗教學中，開設(shè)了以學生為主、教師為輔的數(shù)字電路設(shè)計性實驗教學，取得了良好的教學效果。
2. 1構(gòu)建實驗教學課程體系
數(shù)字電路設(shè)計性實驗是一種較高層次的實驗教學，是結(jié)合數(shù)字電路課程和其它學科知識進行電路設(shè)計，培養(yǎng)學生電子系統(tǒng)設(shè)計能力、創(chuàng)新能力的有效途徑，具有綜合性、創(chuàng)新性及探索性[[4]。數(shù)字電路設(shè)計性實驗是學生根據(jù)教師給定的實驗任務(wù)和實驗條件，自行查閱文獻、設(shè)計方案、電路安裝等，激發(fā)學生的創(chuàng)新思維。設(shè)計性實驗的實施過程，如圖1所示。
為了提高學生的電子設(shè)計能力和創(chuàng)新能力，中心根據(jù)高職教育教學特點與規(guī)律，構(gòu)建了基礎(chǔ)型、提高型、創(chuàng)新型三個遞進層次的數(shù)字電路設(shè)計性實驗課程體系。三個實訓模塊的內(nèi)容堅持以“加強基礎(chǔ)型設(shè)計性實驗，培養(yǎng)學生的電子設(shè)計能力、創(chuàng)新意識”為主線，由單元電路設(shè)計到系統(tǒng)電路設(shè)計，循序漸進，三年不斷線，為不同基礎(chǔ)、不同層次的學生逐步提高電子設(shè)計能力、創(chuàng)新能力的空間，如圖2所示。
基礎(chǔ)型設(shè)計性實驗是課程中所安排的教學實驗，學生在完成了驗證性、綜合性實驗以后，具有了一定的實驗技能，結(jié)合數(shù)字電路的基本原理設(shè)計一些比較簡單的單元電路，學生按照教師給出的實驗要求根據(jù)實驗室所擁有的儀器設(shè)備、元器件，從實驗原理來確定實驗方法、設(shè)計實驗電路等，且在規(guī)定的實驗學時內(nèi)完成實驗。如表1所示。這一階段主要是讓學生熟悉門電路邏輯功能及應(yīng)用，掌握組合邏輯電路、時序電路的設(shè)計方法，培養(yǎng)學生的設(shè)計意識、查閱文獻等能力。
提高型設(shè)計性實驗對高職院校來說，可認為是數(shù)字電路課程設(shè)計。它體現(xiàn)了學生對綜合知識的掌握和運用，課題內(nèi)容是運用多門課程的知識及實驗技能來設(shè)計比較復雜的系統(tǒng)電路，如表2所示。整個教學過程可分10單元，每個單元為4學時，每小組為一個課題。學生根據(jù)教師提供的設(shè)計題目確定課題，查閱文獻、設(shè)計電路、電路仿真、電路安裝調(diào)試、撰寫課程設(shè)計報告等，完成從電路設(shè)計到制作、成品的全部實踐過程。通過這一階段的訓練，學生的軟硬件設(shè)計能力進一步提高，報告撰寫趨于成熟，善于接受新器件，團隊協(xié)作趨于成熟。
創(chuàng)新型設(shè)計性實驗主要為理論基礎(chǔ)知識扎實、實驗技能熟練的優(yōu)秀學生選做，為“開放式”教學，實驗內(nèi)容主要是結(jié)合專業(yè)的科研項目、工程實際及全國或省級電子設(shè)計競賽的課題。通過創(chuàng)新型設(shè)計性實驗，強化學生電子系統(tǒng)設(shè)計能力，充分發(fā)揮學生的潛能，全面提高學生的電子系統(tǒng)設(shè)計能力、創(chuàng)新能力，為參加大學生電子設(shè)計競賽奠定堅實的基礎(chǔ)。
數(shù)字電路設(shè)計性實驗課程體系將數(shù)字電路基本原理、模擬電路、eda技術(shù)等多門課程知識點融合在一起，從單元電路設(shè)計到系統(tǒng)電路設(shè)計，深化了“系統(tǒng)”概念的意識。在每一輪設(shè)計性實驗結(jié)束后進行總結(jié)，開展學生問卷調(diào)查，對設(shè)計性實驗的教學方法、手段等進行全面評估，從而了解設(shè)計性實驗教學的效果。在實驗過程中，實驗教師鼓勵學生從不同角度去分析，大膽創(chuàng)新，設(shè)計不同的方案。
2. 2加強實驗教師隊伍的建設(shè)
近年來，中心依托省級精品課程“數(shù)字電路與邏輯設(shè)計基礎(chǔ)”、省級應(yīng)用電子技術(shù)精品專業(yè)建設(shè)，合理規(guī)劃，制定了實驗教師隊伍培養(yǎng)計劃;專業(yè)教師定期到企業(yè)培訓;專職實驗教師參加實驗教學改革研討和對新知識、新技術(shù)的培訓;同時制定優(yōu)惠政策，吸引企業(yè)中具有豐富實踐經(jīng)驗的工程師、技師到實訓基地擔任實驗教師tb}，形成一支能培養(yǎng)高素質(zhì)技能型人才、能跟蹤電子信息技術(shù)發(fā)展、勇于創(chuàng)新并積極承擔教學改革項目的專兼職結(jié)合的實驗教師隊伍，實現(xiàn)了實驗教師隊伍的整體優(yōu)化。
2. 3開放實驗室
為了保證設(shè)計性實驗教學的有效實施，中心實行時間和內(nèi)容兩方面開放的教學方法。學生除了要完成教學計劃內(nèi)指定實驗外，還可以根據(jù)自己的專業(yè)和興趣，選擇規(guī)定以外的實驗項目。為了提高設(shè)計性實驗的教學效果，學校制定了系列激勵政策，調(diào)動了實驗教師及學生的積極性。
2. 4建設(shè)創(chuàng)新實訓室
為了培養(yǎng)學生的電子設(shè)計能力、創(chuàng)新能力，給優(yōu)秀學生營造良好的自主學習環(huán)境，提供展現(xiàn)創(chuàng)新設(shè)計的舞臺，中心先后投人了30多萬元，更新了實驗儀器設(shè)備，建設(shè)了一個軟件環(huán)境優(yōu)良、硬件條件先進的創(chuàng)新實訓室。該實訓室配置了計算機、函數(shù)信號發(fā)生器、頻率計、掃頻儀、數(shù)字存儲示波器、單片機系統(tǒng)設(shè)計實驗開發(fā)系統(tǒng)、打孔機、制版機等儀器設(shè)備〔7〕。
2. 5完善實驗考核機制
對于數(shù)字電路設(shè)計性實驗的考核，不能僅靠一份實驗報告或作品來評定成績，要關(guān)注設(shè)計方案的可行性、實驗過程中學生的操作能力、創(chuàng)新能力等方面。如以100分計，分別從實驗設(shè)計方案(20分)、實驗方案的實施和完善(40分)、設(shè)計的創(chuàng)新性(20分)、實驗報告或論文、成品(20分)幾個環(huán)節(jié)來評定學生的實驗成績。為了激勵優(yōu)秀學生，激發(fā)創(chuàng)新欲望，中心建立了“創(chuàng)新設(shè)計性實驗優(yōu)秀論文、作品評獎制度”，對經(jīng)專業(yè)教師評審選出的優(yōu)秀論文、創(chuàng)新作品的學生給予表彰、獎勵。
針對硬件課程實踐環(huán)節(jié)在提高學生解決實際問題能力上效果不理想、課程之間銜接不好等問題，基于CDIO工程教育理念，結(jié)合“try”教學方法，基于數(shù)字電路設(shè)計課程的實踐環(huán)節(jié)，提出一種新的教學模式。
關(guān)鍵詞：
CDIO；教學模式；實踐環(huán)節(jié)；課程銜接
由麻省理工學院等4所大學創(chuàng)立的CDIO工程教育理念，是繼承和發(fā)展歐美工程教育改革的一種新的教育理念。該理念包括12條標準，涵蓋了具有可操作性的能力培養(yǎng)、全面實施以及檢驗測評。它以產(chǎn)品研發(fā)到運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式來學習工程的理論、技術(shù)與經(jīng)驗[1-2]。數(shù)字電路設(shè)計是計算機組成原理、接口與通信以及嵌入式類課程的先修課程。如果在數(shù)字電路設(shè)計的教學中沒有考慮好與后續(xù)課程在理論教學與實踐教學內(nèi)容上的銜接，則容易導致學生在后繼課程的學習中遇到困難[3]。
1數(shù)字電路設(shè)計課程實踐環(huán)節(jié)的教學條件和教學現(xiàn)狀
（1）社會對軟件人才的需求量遠大于對硬件人才的需求量，學生出于就業(yè)考慮，容易形成重軟件輕硬件的觀念。（2）硬件課程入門較難，實踐環(huán)節(jié)大都是驗證性的，缺乏探索性，不利于培養(yǎng)學生解決實際問題的能力，從而打擊了學生學習硬件課程的積極性，導致學生形成“好軟怕硬”的思想。（3）傳統(tǒng)教學模式是教師課堂講授，適當結(jié)合驗證性實驗，不能激發(fā)學生的學習積極性。學生學完理論、做完實驗后，仍然缺乏解決實際問題的綜合能力、工程實踐能力及創(chuàng)新能力[4]。傳統(tǒng)教學模式的弊端導致在與計算機組成原理等后繼課程的銜接中，學生不能從系統(tǒng)的高度認識數(shù)字邏輯[3-5]。（4）計算機學院開設(shè)的數(shù)字電路設(shè)計和計算機組成原理等課程，采用同一套實驗設(shè)備，在一定程度上能讓學生的學習具有連續(xù)性。（5）自創(chuàng)的“try”教學方法可適用于數(shù)字電路設(shè)計課程及實踐環(huán)節(jié)的教學[6-8]，但由于算機組成原理和數(shù)字電路設(shè)計兩門課程的內(nèi)容和要求不同，“try”教學方法在應(yīng)用于后者時，應(yīng)有所調(diào)整。
2數(shù)字電路設(shè)計課程實踐環(huán)節(jié)改革方案
2.1實踐環(huán)節(jié)的層次設(shè)計為了獲得更好的教學效果，教師探索了各種方法，其中有案例法、項目驅(qū)動法、任務(wù)驅(qū)動法等[9-12]。從實驗室建設(shè)、實驗手法、課程整合等不同角度來提高實踐環(huán)節(jié)質(zhì)量[13-14]也能夠有效提高教學效果。比較上述方法后，考慮與后續(xù)課程的銜接等因素，根據(jù)CDIO標準3、5、7的要求，結(jié)合自創(chuàng)的“try”教學方法，我們將數(shù)字電路設(shè)計課程的實踐環(huán)節(jié)分成兩個層次，從最簡單的門級電路編程開始，難度由低到高、循序漸進，最終讓學生完成源于實際案例的綜合實驗，初步具備實際工程能力。表1從實驗項目設(shè)計、教學方法等7方面對基本實驗和綜合實驗進行了對比。在教學中，學生學習的主要障礙不是掌握理論方法，而是缺乏理論知識和實踐問題認知的溝通[11]。因此，我們在理論教材中選擇15個知識點，設(shè)計成相關(guān)的任務(wù)和實驗內(nèi)容，如全加器、表決器等，采用“try”教學方法并結(jié)合任務(wù)驅(qū)動法，鼓勵學生多動手多嘗試，通過任務(wù)、查資料、仿真、實物驗證、教師驗收、撰寫實驗報告和總結(jié)這7個步驟完成對15個理論知識點的學習。為了進一步提高學生的實際工程能力，基于科研項目，貼近實際生活，我們編寫了自動售貨機、出租車計費器、電梯控制器等6個綜合實驗。實驗采用分組方式，每組學生自行選擇一個題目，在規(guī)定時間內(nèi)完成該綜合實驗。綜合實驗的教學過程一般包括：教師項目及要求、學生分組并認領(lǐng)項目、組內(nèi)分工、查資料、設(shè)計方案、論證可行性、學生在宿舍仿真、學生在實驗室的硬件開發(fā)板上實物驗證、教師驗收、提交實驗報告、實驗答辯、成績評定等13個環(huán)節(jié)。教師在項目要求的時候，只給出最基本的要求，學生在設(shè)計的過程中可以自行擴充，也就是說，同一個綜合實驗題目，其設(shè)計可繁可簡，不同學生設(shè)計的電路可能會不一樣。
2.2實踐環(huán)節(jié)評價體系的構(gòu)建根據(jù)CDIO標準11，構(gòu)建了實踐環(huán)節(jié)的評價體系。
2.2.1基本實驗評價方法基本實驗評價指標是：①時限；②工作量；③完成質(zhì)量；④驗收程序；⑤實驗報告。其中①、②、④、⑤考核了學生的個人能力和表達能力，指標③、④、⑤考核了學生的專業(yè)知識、建造產(chǎn)品和系統(tǒng)的能力。對這5項指標加權(quán)平均得到該基本實驗項目分數(shù)，如式1所示，其中Sj表示某個基本實驗的得分，Ki表示某個考查指標的系數(shù)，Mi表示在某個考查指標上的得分。由15個基本實驗的得分累加后除以15，得到基本實驗項目的總得分，如式2所示，其中BS表示基本實驗的總得分，Sj表示某一個基本實驗的得分。
2.2.2綜合實驗評價方法綜合實驗評價指標是：①時限；②查資料的能力；③實驗方案；④創(chuàng)新性；⑤設(shè)計說明書；⑥完成質(zhì)量；⑦團隊合作能力；⑧工作量；⑨驗收；⑩實驗報告；實驗答辯。其中①、②、⑤、⑦、⑧、⑨、⑩、項考核了學生的個人自身能力、探究能力、團隊合作能力和表達能力，指標③、④、⑤、⑥、⑨、⑩、考核了學生的專業(yè)知識、建造產(chǎn)品和系統(tǒng)的能力。修改式1可對這11項指標的得分加權(quán)平均，從而得到綜合實驗的分數(shù)。
2.2.3實踐環(huán)節(jié)最終成績評定辦法及選優(yōu)措施實踐環(huán)節(jié)總評成績由基本實驗成績和綜合實驗成績兩部分加權(quán)平均得到,從工作量及投入時間方面考慮，一般建議兩者各占50%。綜合實驗結(jié)束后，根據(jù)學生在實踐環(huán)節(jié)的學習情況和成績，特別是綜合實驗中的表現(xiàn)，向各相關(guān)學科實驗室推薦優(yōu)秀本科生，使他們有機會加入科研項目組，參與教師的科研工作。
3實施效果及分析
為檢驗課改成果，我們設(shè)計了一套課程評價系統(tǒng)，包括一套具有反向題的學生調(diào)查問卷、學評教的數(shù)據(jù)、學生的理論課成績單、實踐環(huán)節(jié)成績單、一套后繼課程教師評價學生掌握先修課程知識的調(diào)查問卷、一套學生所在學科實驗室評價該生的調(diào)查問卷等。評價系統(tǒng)還包括對這些數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，在CDIO模式基本實驗和綜合實驗實驗項目設(shè)計上，學生滿意度達到81.6%，在教學內(nèi)容、教學方法、實驗環(huán)節(jié)考核方法等方面，學生滿意度達到97.4%，比傳統(tǒng)模式提高了20幾個百分點。這些數(shù)據(jù)表明，新教學模式比傳統(tǒng)模式更能激發(fā)學生的實驗興趣，促進他們較大幅度地提高項目設(shè)計能力、動手編程能力、團隊合作能力。我們將2013級計算機科學與技術(shù)專業(yè)的學生分成兩組，采用相同的教學資源和不同的教學方式分別授課，一組采用新模式教學，另一組采用傳統(tǒng)模式教學。經(jīng)過一個學期的學習，2015年1月數(shù)字電路設(shè)計課程理論考試中，在試卷相同的情況下，新模式組成績優(yōu)良率達到52.9%，比傳統(tǒng)模式組高24個百分點；新模式組不及格率為15.7%，比傳統(tǒng)模式組低15個百分點；新模式組平均卷面成績?yōu)?8分，比傳統(tǒng)模式組高6.1分。由此可知，基于新標準并結(jié)合“try”方法的新教學模式能夠提高實踐環(huán)節(jié)的教學質(zhì)量，切實促進學生深入理解理論課的相關(guān)知識點，有助于學生更好地完成課程銜接，為學生后繼課程的學習打下堅實的基礎(chǔ)。追蹤這些學生后繼課程的學習情況，統(tǒng)計2015年6月計算機組成原理課程設(shè)計期末考試成績后發(fā)現(xiàn)：原新模式組優(yōu)良率達到80.3%，比傳統(tǒng)模式組高25個百分點；原新模式組不及格率為0，比傳統(tǒng)模式組低21個百分點。計算機組成原理課程理論考試中，原新模式組平均卷面成績?yōu)?8分，比傳統(tǒng)模式組高5分；原新模式組不及格率為17.4%，比傳統(tǒng)模式組低5個百分點。此數(shù)據(jù)表明，數(shù)字電路設(shè)計課程實踐環(huán)節(jié)采用新教學模式教學有助于學生對后繼課程的學習，特別是實踐環(huán)節(jié)成績有了大幅提升，不及格率也明顯下降。
4結(jié)語
新教學模式基于CDIO理論，結(jié)合“try”教學理念，將數(shù)字電路設(shè)計課程實踐環(huán)節(jié)分為基礎(chǔ)實驗和綜合實驗兩個層次,并包含了配套的成績評定方法和課程評價系統(tǒng)。實踐證明，新教學模式能夠更好地促進課程銜接，有利于培養(yǎng)學生自主學習、主動探索的精神和能力，培養(yǎng)學生的工程實踐能力、溝通交流能力及團隊協(xié)作能力。改革的下一步，是根據(jù)每一門課的特點，把基于CDIO理念的教學模式推廣到課程群其他課程的教學中去，以期從課程層次化、課程間網(wǎng)絡(luò)化等多角度、多層面地把學生培養(yǎng)成為優(yōu)秀的工程技術(shù)人才。
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高等教育的任務(wù)是培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的高級專門人才。隨著高等教育發(fā)展和社會需求的變化，培養(yǎng)大學生的實踐經(jīng)驗和創(chuàng)新能力變得更加重要。對于電子專業(yè)的大學生來說，僅有理論知識是遠遠不夠的，必須把理論和實際結(jié)合起來，將理論轉(zhuǎn)變成應(yīng)用于實際的技能，具備工程實踐能力和創(chuàng)新精神，才能更好地服務(wù)于社會。
全國大學生電子設(shè)計競賽由教育部高等教育司和信息產(chǎn)業(yè)部人事司主辦。競賽要求參賽者在規(guī)定的4天時間里，在競賽組委會派出的專家全程監(jiān)控下，3人一組完成題目選擇、方案論證、電路設(shè)計、電路安裝、軟件設(shè)計、系統(tǒng)調(diào)試和論文寫作等一系列工作。全國大學生電子設(shè)計競賽試題實用性強、綜合性強、技術(shù)水平發(fā)揮余地大。所涉及的電子信息類專業(yè)的課程包括電路分析、高頻電路、數(shù)字電路、模擬電路、單片機原理、EDA、電子測量等；實踐性教學環(huán)節(jié)包括電子線路實驗課、單片機原理實驗課、課程設(shè)計和生產(chǎn)實習等；可選用的器件包括分立元件、集成電路、可編程邏輯器件和單片機等；設(shè)計手段可以采用傳統(tǒng)的，也可以采用現(xiàn)代電子設(shè)計工具，如Pspice輔助分析和CPLD在系統(tǒng)可編程。電子設(shè)計競賽試題既反映了電子技術(shù)發(fā)展的先進水平，又引導高校在教學改革中應(yīng)注重培養(yǎng)學生的工程實踐能力和創(chuàng)新設(shè)計能力。
一、課程體系改革
課堂教學和實驗教學是相輔相成的，是學生學習與掌握知識的重要手段。學生在大學期間的學習，是一個認識、實踐、再認識、再實踐的過程。就認識而言，可以在課堂上認識，也可以在實驗室里認識；而就實踐而言，也同樣可以在課堂上實踐。主課程設(shè)置上可作如下安排：（1）一年級下學期開設(shè)《電路分析》課程并安排實驗課，讓學生掌握基本的分析電路和設(shè)計電路的知識；（2）二年級上學期開設(shè)《電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程并安排實驗課，在學期末進行兩周的電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計，讓學生掌握模擬電路和數(shù)字電路的分析和設(shè)計知識，鍛煉工程實踐能力，使學生對電子專業(yè)產(chǎn)生濃厚的興趣；（3）二年級下學期開設(shè)《高頻電路》《EDA》和《電子電路設(shè)計（Protel）》課程并安排實驗，培養(yǎng)學生利用計算機設(shè)計電路的能力；（4）三年級上學期開設(shè)《單片機原理與接口技術(shù)》和《傳感器原理與應(yīng)用》兩門課程并安排實驗，在學期末進行兩周的單片機課程設(shè)計，讓學生制作一個簡單實用的電子產(chǎn)品，充分調(diào)動學生的積極性，在設(shè)計過程中初步掌握程序編制及單片機電路的設(shè)計方法，了解電子產(chǎn)品的開發(fā)過程；（5）三年級下學期開設(shè)《電子測量》和《單片機應(yīng)用設(shè)計》選修課，以單片機為控制核心并結(jié)合數(shù)字電路和模擬電路設(shè)計多個電子產(chǎn)品，使學生熟練掌握程序編制及單片機電路設(shè)計方法，熟練掌握各種儀器的使用方法，初步具備獨立開發(fā)電子產(chǎn)品的能力，為電子設(shè)計競賽培養(yǎng)后備人才。
大學生電子設(shè)計競賽分為全國性比賽和省級比賽，都是每兩年舉辦一次，單數(shù)年份為全國性比賽，雙數(shù)年份為省級比賽，通常在九月初舉行。參加競賽的同學主要為大三的學生，參賽前已系統(tǒng)地完成電子線路理論課和實驗課的學習，并掌握了一部分單片機和大規(guī)模可編程邏輯器件應(yīng)用的知識，具有一定的理論基礎(chǔ)和動手能力。但是，由于所學各門課程比較獨立，同學們普遍缺乏解決實際工程問題和設(shè)計制作較大規(guī)模應(yīng)用電路的工作經(jīng)驗。因此，在電子設(shè)計競賽前的暑假，需要對參賽隊員進行培訓。由于學生已經(jīng)在《單片機應(yīng)用設(shè)計》選修課中得到鍛煉，培訓可以在此基礎(chǔ)上進行。重點提高學生分析和解決問題的能力、設(shè)計制作較大規(guī)模應(yīng)用電路的工作經(jīng)驗和多學科知識的綜合應(yīng)用能力。在培訓過程中仿照競賽要求將同學分組，從較簡單的應(yīng)用電路開始，要求每組學生完成數(shù)個難度遞增的實驗電路設(shè)計、制作與調(diào)試，并寫出詳細總結(jié)報告。在制作每個電路的訓練過程中，鼓勵學生用不同的方案實現(xiàn)，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。
二、師資隊伍建設(shè)
現(xiàn)行教育體制目前還存在一些問題，重知識傳授而輕素質(zhì)與能力的培養(yǎng)，重理論研究而輕實踐環(huán)節(jié)的訓練，重對傳統(tǒng)的繼承而輕對現(xiàn)狀的突破和創(chuàng)新。認為實驗課只是一個輔助環(huán)節(jié)，實驗課的老師可以隨意配備，任課老師只要會示波器、信號源和穩(wěn)壓電源等簡單儀表的使用就可勝任實驗課的教學任務(wù)，這種觀點是片面的。實驗課不單純是讓學生學會儀表的使用，學會測量幾個實驗數(shù)據(jù)，更重要的是要幫助他們樹立一種系統(tǒng)觀念、培養(yǎng)他們系統(tǒng)分析問題、解決問題的能力，提高工程實踐能力和培養(yǎng)創(chuàng)新精神。這些不僅要求任課老師有深厚的理論基礎(chǔ)，而且還要有較高的業(yè)務(wù)能力。為此，實驗課應(yīng)該配備一支綜合素質(zhì)高、業(yè)務(wù)能力強的實驗教師隊伍。我國現(xiàn)行高等院校大部分實驗教師是青年教師，他們理論基礎(chǔ)較好，但實踐經(jīng)驗缺乏。為了提高教學效果，一方面他們可以向有經(jīng)驗的老教師學習；另一方面，可以到電子企業(yè)考察學習，從實際的工作中獲取實踐經(jīng)驗。
三、培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力
高等教育應(yīng)牢牢把握創(chuàng)新的基本原則，把創(chuàng)新貫徹到人才培養(yǎng)方案的全過程，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新精神與創(chuàng)新能力。這里所說的“創(chuàng)新”是指技術(shù)、工藝流程的應(yīng)用創(chuàng)新和解決現(xiàn)實問題的實用性創(chuàng)新，而非理論創(chuàng)新。
傳統(tǒng)的電子技術(shù)實驗教學一般根據(jù)基礎(chǔ)理論的進程，分為電工基礎(chǔ)實驗、電子線路實驗與綜合系統(tǒng)實驗三個層次，這種層次符合人的認知過程。但在每個層次的實驗內(nèi)容及實驗方法上存在著內(nèi)容陳舊、形式呆板和方法單一等問題。如授課模式基本是沿襲老一套的方式：實驗?zāi)康摹嶒炘怼嶒灧椒ㄅc步驟和實驗注意事項等等。實驗內(nèi)容過于緊貼理論教材，驗證性實驗居多。為了培養(yǎng)創(chuàng)新型的人才，適應(yīng)社會發(fā)展的要求，對傳統(tǒng)的授課內(nèi)容和模式做出了調(diào)整。實驗內(nèi)容在保持驗證性實驗的同時增加一定數(shù)量的綜合性和設(shè)計性實驗，使實驗內(nèi)容多樣化，培養(yǎng)學生的興趣和激發(fā)他們的積極性。實驗?zāi)Ｊ綇募泄潭ǖ膶嶒炚n向開放式模式轉(zhuǎn)變。實驗室全天向?qū)W生開放，實驗教師和一部分實踐能力強的理論授課教師都參與實驗指導。非課余時間學生可提前向?qū)嶒灲處燁A約實習時間和場所，而課余時間隨時可以到實驗室做試驗。將原來的固定實驗時間的方式轉(zhuǎn)變?yōu)樽孕蓄A約實驗時間的方式。一方面，可以緩解實驗室的壓力，使實驗設(shè)備更加有效利用；另一方面，可以緩解指導教師的工作壓力，指導效果更好。這樣，學生可以完成基本的實驗課程，并且能夠進行課外的科技活動，提高了實踐經(jīng)驗和創(chuàng)新能力。
論文摘 要：針對目前“數(shù)字邏輯”課程教學中存在的問題，在分析“數(shù)字邏輯”課程的特點、教學現(xiàn)狀和pbl教學模式內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，文章提出將pbl教學方法應(yīng)用于“數(shù)字邏輯”教學過程中的觀點，并提出“2+2”教學方案。教學實踐表明，將pbl教學模式應(yīng)用于數(shù)字邏輯課程中，提高了學生學習的積極性和主動性，使他們進一步加深了對數(shù)字邏輯的原理、知識、概念的理解，為后續(xù)課程的學習奠定了堅實的基礎(chǔ)。
“數(shù)字邏輯”課程是理工類專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課，從計算機的層次結(jié)構(gòu)上講，“數(shù)字邏輯”是深入了解計算機“內(nèi)核”的一門最關(guān)鍵的基礎(chǔ)課程，同時也是一門實踐性很強的課程[1]。其任務(wù)是使學生掌握數(shù)字邏輯與系統(tǒng)的工作原理和分析方法，能對主要的邏輯部件進行分析和設(shè)計，學會使用標準的集成電路和高密度可編程邏輯器件，掌握數(shù)字系統(tǒng)的基本設(shè)計方法，為進一步學習各種超大規(guī)模數(shù)字集成電路的系統(tǒng)設(shè)計打下基礎(chǔ)。
pbl全稱為problem—based learning，被翻譯成“基于問題學習”或“問題式學習”。其基本思路是以問題為基礎(chǔ)來展開學習和教學過程[2]。pbl教學法是以問題為基礎(chǔ)，以學生為主體，以小組討論形式，在老師的參與和指導下，圍繞某一具體問題開展研究和學習的過程，培養(yǎng)學生獨立思考能力[3]。如今pbl教學已經(jīng)成為美國教育中最重要和最有影響力的教學方法。
1 研究背景
1.1 數(shù)字邏輯課程的內(nèi)容及其教學中存在的問題
數(shù)字邏輯課程的主要內(nèi)容包括數(shù)字邏輯基礎(chǔ)和數(shù)字電路兩個部分，在學習過程中學生應(yīng)把握好這兩條貫穿整個課程的主線。數(shù)字邏輯基礎(chǔ)是研究數(shù)字電
路的數(shù)學基礎(chǔ)，教師在教學中應(yīng)使學生明確數(shù)字電路中邏輯變量的概念，掌握邏輯代數(shù)(布爾代數(shù))的基本運算公式、定理，能夠熟練對邏輯函數(shù)進行化簡。數(shù)字電路是解決邏輯問題的硬件電路，包括組合邏輯電路和時序邏輯電路兩種基本形式。對于每一種電路形式，教師應(yīng)指導學生從基本單元電路入手，熟悉其常用中規(guī)模集成電路的原理及使用方法，掌握數(shù)字電路(組合和時序電路)的分析和設(shè)計方法，并了解數(shù)字系統(tǒng)的現(xiàn)代設(shè)計方法。
我們根據(jù)教學內(nèi)容，總結(jié)數(shù)字邏輯課程具有以下幾個特點：
1) 數(shù)字邏輯課程是一門既抽象又具體的課程。在邏輯問題的提取和描述方面是抽象的，而在邏輯問題的實現(xiàn)上是具體的。因此，學習中既要務(wù)虛，又要務(wù)實。
2) 理論知識與實際應(yīng)用緊密結(jié)合。該課程各部分知識與實際應(yīng)用直接相關(guān)，學習中必須將理論知識與實際問題聯(lián)系起來，真正培養(yǎng)解決實際問題的能力。
3) 邏輯設(shè)計方法靈活。許多問題的處理沒有固定的方法和步驟，很大程度上取決于操作者的邏輯思維推理能力、知識廣度和深度、以及解決實際問題的能力。換而言之，邏輯電路的分析與設(shè)計具有較大的彈性和可塑性。
基金項目：黑龍江省智能教育與信息工程重點實驗室項目；黑龍江省計算機應(yīng)用技術(shù)重點學科(081203)；黑龍江省教育廳科學研究項目(11551125)。
作者簡介：季偉東，男，講師，研究方向為計算機教學、并行計算。
筆者發(fā)現(xiàn)在實際教學過程中存在以下一些問題。
1) 在教學方式上，很多教師仍然在以“滿堂灌”的教學方式為主，整堂課以教師為中心，教師將書本上現(xiàn)成的內(nèi)容、公式、定理、結(jié)論講授給學生，這使學生不能主動地去思考和探索，只能機械地記憶若干公式定理結(jié)論，長期下去會使學生失去學習興趣。
2) 在實驗實踐環(huán)節(jié)上，一些教師側(cè)重理論知識的講授，忽視實驗實踐環(huán)節(jié)，致使學生在面對具體應(yīng)用問題時手忙腳亂，不知道如何運用所學的知識去解決問題。在實驗方案的選擇上，一些教師以傳統(tǒng)實驗為主，擴展性不足，使學生無法與實際工程項目接軌，不能很好地解決實際問題。
1.2 pbl教學的內(nèi)涵
在傳統(tǒng)教學中，我們習慣于把知識的獲得和應(yīng)用看成是教學中兩個獨立的階段。實際上，知識的應(yīng)用并不是知識的套用，在應(yīng)用知識解決有關(guān)問題的過程中，學習者常常需要針對當前的具體問題進行具體分析，在原有知識的基礎(chǔ)上建構(gòu)出解決當前問題的方案。因此，應(yīng)用知識解決問題的過程同樣是一個建構(gòu)過程，在解決問題的過程中，學習者需要對問題背后所隱含的基本關(guān)系、基本規(guī)律做思考、分析、考察，從而建構(gòu)起相應(yīng)的知識。
以問題為導向的教學方法(pbl)是基于現(xiàn)實世界的以學生為中心的教育方式，與傳統(tǒng)的以學科為基礎(chǔ)的教學法有很大不同，pbl 強調(diào)以學生的主動學習為主，而不是傳統(tǒng)教學中的以教師講授為主；pbl 將學習與更大的任務(wù)或問題掛鉤，使學習者投入于問題中；它設(shè)計真實性任務(wù)，強調(diào)把學習設(shè)置到復雜的、有意義的問題情景中，通過學習者的自主探究和合作來解決問題，從而學習隱含在問題背后的科學知識，形成解決問題的技能和自主學習的能力，真正提高學習者分析問題、解決問題的能力。
當今的建構(gòu)主義者越來越重視問題在學習中的作用，以問題為中心，以問題為基礎(chǔ)，讓學生通過解決問題來學習，通過高水平的思維來學習，這是當今教學改革的重要思路。
2 pbl教學模式在數(shù)字邏輯課程中的應(yīng)用
2.1 教材選擇
針對pbl教學法，根據(jù)計算機工程專業(yè)的特點，筆者選擇由歐陽星明主編、華中科技大學出版社出版的《數(shù)字邏輯》(第四版)作為基礎(chǔ)教材，由歐陽星明主編、人民郵電出版社出版的《數(shù)字電路邏輯設(shè)計》作為參考教材。選擇教材的目的是理論和實踐相結(jié)合，每本教材各有其側(cè)重點。
2.2 pbl教學法的教學設(shè)計
在“基于問題學習”模式的課堂中，教師是指導者，學生是活動的主體，它要求學生要會主動地去尋找學習中的問題，然后帶著問題，在自己能力所及的范圍內(nèi)概括和應(yīng)用知識，運用各種已有的知識和科學的方法去分析問題和解決問題。其教學目標立足于培養(yǎng)學生靈活的知識基礎(chǔ)，發(fā)展高層次思維能力、自主學習能力以及合作學習能力。基于問題學習體現(xiàn)在課堂上，最突出的特點就是促使學生積極參與到學習中去，成為積極主動的學習者，從而去努力學習新的知識和技能，并能逐漸把所學知識整合，最終達到用知識來解決問題的目的。
作者在多年教學經(jīng)驗基礎(chǔ)上，針對pbl教學模式，提出“2+2”教學方案，包括4個教學環(huán)節(jié)：提出問題解決問題方案討論總結(jié)評價。
在上述4個環(huán)節(jié)中，教師主要參與提出問題環(huán)節(jié)和總結(jié)評價環(huán)節(jié)，學生主要參與解決問題環(huán)節(jié)和方案討論環(huán)節(jié)。下面具體說明各個環(huán)節(jié)的設(shè)置。
1) 提出問題。
提出問題環(huán)節(jié)是教學方案中的第一個環(huán)節(jié)，也是教師參與的第一個環(huán)節(jié)。在這個環(huán)節(jié)中教師應(yīng)該根據(jù)所講課程內(nèi)容的不同設(shè)計出不同的問題，好的問題是整個學習過程中的關(guān)鍵。一個好的問題能夠充分調(diào)動學生自主學習能力以及合作學習能力，使學生參與到學習過程中，調(diào)動學生學習熱情。
筆者講到組合邏輯電路設(shè)計時，提出的問題是設(shè)計一個全加器，用硬件描述語言vhdl進行描述并在試驗箱上進行實現(xiàn)，同時還給出一個已經(jīng)設(shè)計好的參考例程，共學生參考學習；在講到時序邏輯電路設(shè)計時，提出的問題是設(shè)計一個汽車尾燈控制器，并對選用的邏輯門器件進行了要求。
這個環(huán)節(jié)的實施能夠提高學生的學習積極性，使學生產(chǎn)生學習需求，培養(yǎng)了學生的問題意識。
2) 解決問題。
解決問題環(huán)節(jié)是以學生為主體的環(huán)節(jié)，是學生對老師提出的問題進行解決。在這個環(huán)節(jié)中，老師首先對學生進行分組，根據(jù)學生學習情況，以5～7個人為一組。學生接受任務(wù)后學習興趣提高，小組成員進行分工，采取各種方法來完成任務(wù)。每個小組共同學習，學習好的同學帶動大家一起學習，互相幫助，學生變被動為主動，主動地思考和探索老師所提出的問題，在解決問題的過程中進行學習。在實際解決問題過程中，學生將面臨一些困難，如邏輯器件的選擇上、語言的描述上、具體問題的實現(xiàn)上，等等。
通過這一環(huán)節(jié)，教師也感受到同學們的想象力、創(chuàng)造力和動手能力等都是非常強的。
3) 方案討論。
在方案討論這個環(huán)節(jié)中，學生根據(jù)學習到的知識對自己所設(shè)計的方案進行討論，積極發(fā)言，提出自己的見解，說明自己的理由。教師根據(jù)學生們的發(fā)言，指出其合理的地方，對其不足的地方進行指正，引導學生解決問題。如在全加器的設(shè)計問題中，有的小組采用的是多種邏輯門電路進行設(shè)計，有的小組基于經(jīng)濟問題考慮，只采用與非門電路來進行設(shè)計，每個小組都詳細闡明自己的觀點，對自己的設(shè)計方案進行論證。
在這個環(huán)節(jié)，老師應(yīng)強調(diào)放開思路，開拓創(chuàng)新，
鼓勵學生進行多途徑思考，全方位構(gòu)思。這樣既加強了學生們學習自覺性、開創(chuàng)性，又培養(yǎng)學生更多地進行綜合思考，得到更多的鍛煉，提高分析和解決復雜問題的能力。
4) 總結(jié)評價。
小組必須在規(guī)定時間內(nèi)完成設(shè)計開發(fā)任務(wù)。各個小組分別展示各自成果，其他小組學生提出問題進行互動并相互評價，老師給出點評并比較各自設(shè)計的優(yōu)缺點，最后老師進行總結(jié)評價。這個環(huán)節(jié)中，教師作為主要參與者，一方面要對知識進行系統(tǒng)性的總結(jié)歸納，使學生對知識的掌握具有條理性，另一方面還要對學生進行啟發(fā)式擴展，使學生的知識面更廣，同時對一些難點重點再次進行強調(diào)，增加學生對知識的理解。
3 結(jié)語
數(shù)字邏輯是一門理論聯(lián)系實踐比較強的課程，在教學中采用pbl教學模式，不僅可以提高學生掌握知識的能力和培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維能力，還能提高學生的交流和合作能力。pbl教學可以使得數(shù)字邏輯課程目標更好的實現(xiàn)，能夠引導學生自主學習，在實際的教學中，取得了良好的教學效果。
參考文獻：
[1] 季偉東,張軍. 數(shù)字邏輯課程的探究性教學研究與實踐[j]. 計算機教育,2010(10):76-78.
關(guān)鍵詞：集成電路版圖CAD；實踐教學；課程實驗；課程設(shè)計
Research on practice teaching mode of computer aided design of IC layout course
Shi Min， Zhang Zhenjuan， Huang Jing， Zhu Youhua， Zhang Wei
Nantong University， Nantong， 226019， China
Abstract： In this paper， the practice teaching mode of Computer Aided Design of IC layout course is discussed. According to one trunk line and two related course experiments mode， the experiment contents and methods were designed and implemented. Meanwhile， other efforts including emphasis of extracurricular scientific competition and reform of course practicum， were adopted to pay attention to the cultivation of comprehensive ability for students. The practice teaching mode proved that better teaching effect have been obtained.
Key words： Computer Aided Design of IC layout； practice teaching mode； course experiments； practicum
目前，高速發(fā)展的集成電路產(chǎn)業(yè)使IC設(shè)計人才炙手可熱，而集成電路版圖CAD技術(shù)是IC設(shè)計人才必須具備的重要技能之一。集成電路版圖CAD課程是我校電子科學與技術(shù)專業(yè)和集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)重要的專業(yè)主干課，開設(shè)在大三第二學期，并列入我校第一批重點課程建設(shè)項目。本課程的實踐教學是教學活動的重要組成部分，它是對理論教學的驗證、補充和拓展，具有較強的直觀性和操作性，旨在培養(yǎng)學生的實踐動手能力、組織管理能力、創(chuàng)新能力和服務(wù)社會能力。結(jié)合幾年來的教學實踐，筆者從本課程實驗、課程設(shè)計、課外科技競賽等實踐環(huán)節(jié)的設(shè)計工具、教學內(nèi)容設(shè)計、教學方法和教學手段、師資隊伍建設(shè)以及考核管理等方面進行總結(jié)。探討本課程實踐教學模式可加強學生應(yīng)用理論知識解決實際問題的能力，提升就業(yè)競爭力，對他們成為IC設(shè)計人才具有十分重要的意義。
1 版圖設(shè)計工具
集成電路CAD技術(shù)貫穿于集成電路整個產(chǎn)業(yè)鏈（設(shè)計、制造、封裝和測試），集成電路版圖設(shè)計環(huán)節(jié)同樣離不開CAD工具支持。目前業(yè)內(nèi)主流版圖設(shè)計工具有Cadence公司的Virtuoso，Mentor Graphics公司的IC Flow，Springsoft公司的Laker_L3，Tanner Research公司的L_Edit和北京華大九天公司的Aether等。這些版圖設(shè)計工具的使用流程大同小異，但在自動化程度、驗證規(guī)模、驗證速度等方面有所差異，在售價方面，國外版圖設(shè)計工具貴得驚人，不過近年來這些公司相繼推出大學銷售計劃，降低了版圖設(shè)計工具的價格。高校選擇哪種版圖設(shè)計工具進行教學，則視條件而定。我校電子信息學院有2個省級實驗教學示范中心和1個省部共建實驗室，利用這些經(jīng)費，我們購買了部分業(yè)內(nèi)一流的EDA工具進行教學和科研。目前，我校版圖設(shè)計工具有北京華大九天公司的Aether和Springsoft公司的Laker_L3。
2 兩種相輔相成的實驗教學模式
我校集成電路版圖CAD課程共48學時（理論講授24學時、實驗24學時），實驗環(huán)節(jié)是本課程教學的重要部分，在有限的實驗教學時間內(nèi)既要完成教學內(nèi)容，又要培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力，需要對實驗教學模式進行改革和創(chuàng)新。本課程實驗教學的目的與要求：與理論教學相銜接，熟練使用版圖設(shè)計工具，學會基本元器件、基本數(shù)字門電路、基本模擬單元的版圖設(shè)計，為本課程后續(xù)的課程設(shè)計環(huán)節(jié)做準備。緊緊圍繞“一個規(guī)則（版圖幾何設(shè)計規(guī)則）、兩個流程（版圖編輯流程和驗證流程）、四個問題”這條主線設(shè)計實驗內(nèi)容[1，2]。要解決的4個問題分別是：（1）版圖設(shè)計前需要做哪些準備工作？（2）如何理解一個元器件（晶體管、電阻、電容、電感）的版圖含義[3，4]？（3）如何修改版圖中的幾何設(shè)計規(guī)則檢查錯誤？（4）如何修改版圖和電路圖一致性錯誤？表1為本課程實驗內(nèi)容、對應(yīng)學時及對應(yīng)知識點。筆者設(shè)計了兩種相輔相成的實驗教學模式：系統(tǒng)化實驗教學模式和實例化實驗教學模式。系統(tǒng)化實驗教學從有系統(tǒng)的、完整的角度出發(fā)設(shè)計了實驗教學內(nèi)容，如設(shè)計實驗3（數(shù)字基本門電路版圖閱讀）時，安排了5學時，采用3種版圖閱讀方式：讀現(xiàn)有版圖庫中的單元電路版圖、顯微鏡下讀版圖和讀已解剖的芯片版圖照片。針對同一內(nèi)容，采用不同形式，彼此類比，加深印象，既有實物，又有動手操作，增強了直觀性和感性認識。又如設(shè)計實驗5（模擬單元MOS差分對管版圖設(shè)計）時，安排了5學時，從器件匹配的重要性入手，給出MOS差分對管的電路圖，講解具體器件的形狀、方向、連接對匹配的影響，特別是工藝過程引入器件的失配和誤差，對MOS差分對管的3種版圖分布形式（管子方向不對稱形式、垂直對稱水平柵極形式、垂直對稱垂直柵極形式）進行逐一分析，指出支路電流大小對金屬線的寬度要求，對較大尺寸的對管，采用“同心布局”結(jié)構(gòu)。實例化實驗教學先提出目標實例，圍繞該實例，設(shè)計具體步驟，教師先示范，學生再模仿，如設(shè)計實驗7（集成無源器件版圖設(shè)計）時，由于集成電阻、電容和電感種類很多，不能面面俱到，要求只對多晶硅電阻、平板多晶硅電容和金屬多匝螺旋形電感等常用元件進行版圖分析和設(shè)計。課堂實驗的內(nèi)容和課時是有限的，為此我們設(shè)置了課外實驗項目，感興趣的學生選取一些實驗項目自己完成，指導教師定期檢查。學院開放了EDA實驗中心（2007年該中心被遴選為省級實驗教學示范中心建設(shè)點，2009年12月通過省級驗收），學生對本課程很感興趣，課外使用EDA實驗室進行自主實驗相當踴躍。通過上述的實驗教學方法，特別是課外實驗項目的訓練，學生分析問題、解決問題的能力和科研素養(yǎng)得到了提高。
表1 課程實驗內(nèi)容、對應(yīng)學時及對應(yīng)知識點
表1（續(xù)）
4 基于0.6μmCMOS工藝的數(shù)字門電路版圖設(shè)計 5 理解上華華潤0.6 μm硅柵CMOS幾何設(shè)計規(guī)則；學會CMOS反相器、傳輸門、與非、或非等基本門電路版圖設(shè)計；DRC檢查。
5 基于0.6 μmCMOS工藝的MOS差分對管版圖設(shè)計 4 MOS差分對管版圖設(shè)計，包括匹配原則、同心布局等，DRC檢查。
6 版圖電路圖一致性檢查 3 掌握LVS流程、LVS錯誤修改。
7 集成無源器件版圖設(shè)計 3 多晶硅電阻、平板多晶硅電容和金屬多匝螺旋形電感等常用元件版圖設(shè)計。
3 改革課程設(shè)計環(huán)節(jié)
課程設(shè)計是本課程培養(yǎng)學生工程應(yīng)用能力的綜合性實踐教學環(huán)節(jié)，時間2周，集中指導，提前1個月發(fā)給學生任務(wù)書和指導書，每個班配備2名指導教師，注重過程控制。筆者在教學內(nèi)容、考核等方面進行了改革和創(chuàng)新：在教學內(nèi)容設(shè)計上，給出了必做題和選做題，在選做題中要求每位學生完成數(shù)字電路版圖1題和模擬電路版圖1題，具體題目由抽簽決定，做到1人1題，避免學生抄襲。考核成績由課程設(shè)計成果（占50%）、小論文（占30%）、答辯（占20%）三方面綜合給出。以往的課程設(shè)計報告改為撰寫科技小論文，包括中英文題目、中英文摘要及關(guān)鍵詞、引言、電路原理與分析、版圖設(shè)計過程、分析與討論、結(jié)束語和參考文獻，讓學生學習如何撰寫科技論文。精選優(yōu)質(zhì)小論文放在本課程網(wǎng)上學習資料庫里，供學生相互傳閱和學習。課程設(shè)計答辯具體要求參照畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯要求，包括準備PPT講稿、講解5分鐘、指導教師點評等過程，每位學生至少需要10分鐘時間。學生對課程設(shè)計答辯反映相當好，鍛煉了語言組織和口頭表達能力，而且相互間可以直接交流和學習。我們還挑選課程設(shè)計成績優(yōu)秀的學生參加校內(nèi)集成電路版圖設(shè)計大賽。雖然課程設(shè)計的改革和實踐需要教師付出很多精力和時間，但我們無怨無悔，學生的認可和進步是我們最大的收獲。
4 精心指導學生參加課外科技競賽
目前我校學生參加的集成電路版圖設(shè)計競賽有校級版圖設(shè)計大賽以及行業(yè)協(xié)會和企業(yè)組織的版圖設(shè)計競賽等。由校教務(wù)處主辦，電子信息學院承辦的南通大學版圖設(shè)計大賽是校級三大電子設(shè)計競賽之一，每年8月底舉行，邀請集成電路設(shè)計公司一線設(shè)計人員和半導體協(xié)會專業(yè)人士擔任評委，增加了競賽的專業(yè)性和公正性，目前已經(jīng)舉辦了6屆，反響不錯。從校級版圖設(shè)計大賽獲獎?wù)咧刑暨x一部分學生參加行業(yè)協(xié)會和企業(yè)組織的版圖設(shè)計競賽，如蘇州半導體協(xié)會主辦的集成電路版圖設(shè)計技能競賽、北京華大九天公司主辦的“華大九天杯”集成電路設(shè)計大賽，其中“華大九天杯”集成電路設(shè)計大賽將挑選優(yōu)秀獲獎學生參加華潤上華的免費流片，學生經(jīng)歷從電路設(shè)計、版圖設(shè)計及驗證、流片到測試各個環(huán)節(jié)，提高了綜合訓練能力。
5 加強師資隊伍建設(shè)
要提高課程實踐環(huán)節(jié)的教學質(zhì)量，關(guān)鍵是指導教師要思想素質(zhì)好，專業(yè)理論知識強，科研水平高，因此我們著力建立一支年齡結(jié)構(gòu)、職稱合理的實踐教學隊伍。目前很多年輕教師是從校園走向校園，畢業(yè)后直接上崗指導學習實踐，缺少工程實踐經(jīng)歷和經(jīng)驗。為了提高教師自身的業(yè)務(wù)水平，加強對年輕教師的培養(yǎng)，近十年來，我院每年暑假舉行集成電路CAD技術(shù)實踐培訓班，由經(jīng)驗豐富的教學、科研一線教師主講；不定期地邀請一流IC設(shè)計公司一線設(shè)計人員來院開設(shè)講座；同時挑選年輕骨干教師到一流IC設(shè)計公司學習和實踐，時間至少半年以上；現(xiàn)已聘請IC設(shè)計公司一線設(shè)計人員6人為兼職教師，指導課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計。集成電路CAD技術(shù)日新月異，課程實踐環(huán)節(jié)師資隊伍建設(shè)必須與時俱進。
6 結(jié)束語
我校電子科學與技術(shù)專業(yè)、集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)2012年被評為省重點建設(shè)專業(yè)，也是江蘇省首批培養(yǎng)卓越工程師的專業(yè)。集成電路版圖設(shè)計是這兩個專業(yè)卓越工程師培養(yǎng)計劃的重要內(nèi)容之一，總結(jié)和探討集成電路版圖CAD課程實踐教學意義重大，今后我們要繼續(xù)推進該課程實踐環(huán)節(jié)的建設(shè)與改革，不斷探索，為我國集成電路設(shè)計人才的培養(yǎng)而努力奮斗。
參考文獻
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關(guān)鍵詞：數(shù)字電子技術(shù)，EDA技術(shù)
1.引言
在信息社會中，數(shù)字化是電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢，因此在電子信息及相關(guān)專業(yè)的教學中也越來越看重數(shù)字技術(shù)，《數(shù)字電子技術(shù)》是電子信息及相關(guān)信息類專業(yè)的一門重要基礎(chǔ)課程，其基本理論及實踐技能也是許多后續(xù)課程的基礎(chǔ)。EDA(Electronic DesignAutomation)技術(shù)作為數(shù)字電子技術(shù)的延伸，已經(jīng)引入到電子信息類教學中，不僅可以豐富教學摘要的意義。
2.《數(shù)字電子技術(shù)》課程教學的主要問題
教學手段單一，實驗內(nèi)容枯燥，學生缺乏學習興趣。，EDA技術(shù)。在教學中仍采用理論教學與實驗課分離的教學模式，在理論教學中，《數(shù)字電子技術(shù)》內(nèi)容大多抽象難懂，教師采用“黑板+粉筆”的傳統(tǒng)模式授課，不僅學生覺得枯燥乏味，而且教學效果不理想。而實驗課的實驗內(nèi)容多為驗證性實驗，學生僅僅只需按照實驗步驟連接電路甚至不需要了解原理也可以完成實驗，設(shè)計性、綜合性實驗較少。數(shù)字電路的設(shè)計僅是“紙上談兵”的設(shè)計，學生自然對這門課的實驗毫無興趣。
3. EDA技術(shù)及其功能
3.1 EDA技術(shù)的含義
EDA即電子系統(tǒng)設(shè)計自動化技術(shù)是由計算機輔助設(shè)計和計算機輔助工程發(fā)展而來的，它以大規(guī)模可編程邏輯器件為設(shè)計載體，以硬件描述語言為系統(tǒng)設(shè)計的主要表達方式，以計算機、大規(guī)模可編程邏輯器件的開發(fā)軟件及實驗開發(fā)系統(tǒng)為設(shè)計工具，通過有關(guān)的開發(fā)軟件，自動完成用軟件的方式設(shè)計電子系統(tǒng)的一門新技術(shù)。它可以實現(xiàn)邏輯編譯、邏輯化簡、邏輯分割、邏輯綜合與優(yōu)化以及邏輯布局布線、邏輯仿真，完成對于特定目標芯片的適配編譯、邏輯映射，編程下載等工作，最終形成集成電子系統(tǒng)或?qū)Ｓ眉尚荆粌H為電子技術(shù)設(shè)計人員提供了新的設(shè)計理念，同時也為教學提供了科學而便捷的平臺。
3.2 EDA技術(shù)的功能
EDA技術(shù)的開發(fā)平臺QUARTUS Ⅱ是Altera公司推出的新一代FPGA／CPLD開發(fā)軟件，適合于大規(guī)模復雜的邏輯電路設(shè)計。它是Altera公司的第4代可編程邏輯器件的集成開發(fā)環(huán)境，提供了從輸入設(shè)計到器件編程的全部功能。“自頂向下”設(shè)計方法從系統(tǒng)設(shè)計人手，在頂層進行功能方框圖的劃分和結(jié)構(gòu)設(shè)計。在方框圖一級進行仿真、糾錯，并用硬件描述語言對高層次的系統(tǒng)行為進行描述。在功能一級進行驗證，然后用邏輯綜合優(yōu)化工具生成具體的門級邏輯電路的，其對應(yīng)的物理實驗級可以是印刷電路板或?qū)Ｓ眉呻娐贰?/p>
1)EDA軟件平臺中具有各類元件設(shè)計數(shù)據(jù)庫，同時EDA能夠進行元器件的創(chuàng)建和編輯。為學生掌握各類電子元器件提供了堅實的基礎(chǔ)。
2)EDA軟件平臺中可以完成電路原理圖的設(shè)計，通過這一功能可以完成各類元器件構(gòu)成的電路原理圖。
3)EDA軟件平臺中具有綜合仿真模塊，可以進行多種類型的仿真分析。分析結(jié)果波形圖顯示出來，直觀、清晰。
4 應(yīng)用EDA技術(shù)授課的好處
4.1 提高授課質(zhì)量
有些內(nèi)容選用EDA技術(shù)授課，傳授方式更直觀，教師感到得心應(yīng)手，學生也容易接受。例如，組合邏輯電路中的競爭與冒險這部分內(nèi)容一直是學生學習的一個難點。，EDA技術(shù)。，EDA技術(shù)。在組合電路中，當輸入信號改變狀態(tài)時，輸出端可能出現(xiàn)虛假信號---過渡脈沖的現(xiàn)象稱為競爭冒險。在傳統(tǒng)的教學中，對信號的延時只能采用一些形象的比喻，但初學者對這一概念比較模糊。現(xiàn)在，我們只需用QUARTUS Ⅱ模擬功能進行仿真，就可以很輕松地讓學生理解這一知識點，分析結(jié)果以波形圖顯示出來，豐富直觀的數(shù)據(jù)不但為學生提供方便，而且其得出的結(jié)論接近實踐性，同時節(jié)約了時間。，EDA技術(shù)。顯然，對某些章節(jié)中存在的教師難講、學生難懂的內(nèi)容，這種授課方式可以起到事半功倍的作用。由于教授方式符合客觀認知規(guī)律，教學質(zhì)量得以提高。
4.2 激發(fā)學生學習熱情，增強學習動力
EDA軟件的實驗環(huán)境是一個虛擬環(huán)境，可以避免使用種類繁多的專用集成芯片，簡化實驗電路。學生用硬件描述語言編寫程序，可以在同一可編程邏輯器件上完成各種不同的數(shù)字電路實驗，避免了連線的繁瑣，豐富實驗內(nèi)容。同時，可在實驗設(shè)計構(gòu)想的指導下開發(fā)一個通用的基于EDA的硬件平臺，來實現(xiàn)所有的實驗內(nèi)容，縮短實驗時間，提高實驗效率。符合學生接受知識的客觀規(guī)律，有助于調(diào)動學習的積極性，提高他們掌握所學知識的能力。課堂上師生互動、生動活潑，氣氛非常活躍。學生的學習興趣及學習動力大為增加。
4.3 以實驗教學為載體。構(gòu)造創(chuàng)新人才培養(yǎng)平臺
采用EDA技術(shù)，那么學生必須自己在充分掌握實驗理論的基礎(chǔ)上自己編寫程序，這有別于傳統(tǒng)實驗，學生僅僅只需按照實驗步驟連接電路甚至不需要了解原理也可以完成實驗。這將大大調(diào)動學生的主觀能動性，提高知識應(yīng)用能力。同時EDA工具能給學生創(chuàng)造優(yōu)良的環(huán)境，強化了學生在教學活動中的主體地位，學生做實驗時可以有針對性的選做，使學生具有更大的自由度。也可以在計算機上主動、反復設(shè)疑和實驗，由不同實驗結(jié)果，選擇最佳設(shè)計或?qū)嶒灧桨浮Ｍㄟ^驗證、測試、設(shè)計、糾錯和創(chuàng)新等方面進行不同形式的訓練，使學生的動手實踐能力得到較好的鍛煉，逐步培養(yǎng)學生的綜合設(shè)計能力、創(chuàng)新能力，有利于學生個性和才能的全面發(fā)展。，EDA技術(shù)。在此基礎(chǔ)上還可以開設(shè)設(shè)計性實驗，進行電子實習、電子競賽、職業(yè)技能取證培訓等。
5 結(jié)論
在《數(shù)字電子技術(shù)》的教學過程引入EDA技術(shù)，不僅可以使學生形象、直觀地理解電路的相關(guān)原理和工作過程，還可以通過修改電路的形式或參數(shù)，與學生一起討論電路中出現(xiàn)的各種現(xiàn)象，找出解決問題的方法，這樣不僅可以活躍課堂氣氛，提高學生的學習興趣，學生反應(yīng)易學、新穎、有趣。，EDA技術(shù)。同時理論和實驗結(jié)合緊密，充分發(fā)揮了學生的積極性和創(chuàng)造性，達到了較好的教學效果。
參考文獻
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測控技術(shù)作為新興產(chǎn)業(yè)，是電子技術(shù)中的重要內(nèi)容。測控技術(shù)無論是在科學研究領(lǐng)域，還是在工業(yè)領(lǐng)域，都起到了技術(shù)支撐作用。測控電路在實際的應(yīng)用領(lǐng)域中，可以保證多種電子設(shè)備和產(chǎn)品正常運行。為了保證電子設(shè)備和產(chǎn)品能夠安全穩(wěn)定地運行，本論文針對電子技術(shù)中測控技術(shù)的應(yīng)用展開研究。
關(guān)鍵詞：
測控電路；電子技術(shù)；應(yīng)用
科學技術(shù)的進步讓人們感受到時展越來越快。特別是電子技術(shù)已經(jīng)深深地滲入到人們的生活中，是人們賴以生存的專業(yè)技術(shù)。隨著工業(yè)自動化方向發(fā)展，電子技術(shù)中的測控技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域中得以廣泛應(yīng)用。但是電子設(shè)備實際運行中會出現(xiàn)各種干擾源而導致測控系統(tǒng)的運行難以滿足技術(shù)要求。為了確保測控系統(tǒng)能夠處于運行可靠，就要采用相關(guān)的抗干擾技術(shù)將抗干擾措施制定出來。
一、測控系統(tǒng)干擾源的分析
（一）電磁干擾
當電子設(shè)備處于運行狀態(tài)的時候，就必然會在電子設(shè)備的周圍產(chǎn)生電磁場。其中的主要原因就在于，電子設(shè)備運行中必然會使得電壓和電流產(chǎn)生變化。但是，這種變化或者是連續(xù)發(fā)生的，或者是間歇性的，如果電壓和電流的變化速度過快，就會有電磁場產(chǎn)生[1]。電磁場中的電磁能量并不僅僅在有限的磁場范圍內(nèi)，而是會以電路為主體，不斷地擴展活動范圍，由此而影響了測控電路的正常運行。
（二）地線干擾
地線具有一定的抗阻性。當電流沿著接地線流動的時候，就會使地線上有電壓產(chǎn)生。電流受到阻抗的影響而不斷增大，電壓也會隨之增大而導致地線的負載增加。當測控系統(tǒng)對電子設(shè)備進行測試的時候，如果電子設(shè)備為大功率設(shè)備，在地線中就會有強電流通過，隨之，連接電子設(shè)備的電纜上也會有電流通過，而且電纜中所流通的電流缺乏穩(wěn)定性，導致每一根電纜中所流經(jīng)的電流都會有所不同，這些電纜中的電壓也會各有不同。缺乏穩(wěn)定性的電流和電壓的大量存在，就會產(chǎn)生差模電壓而影響電路的正常運行。因此，應(yīng)在測控電路中增加相應(yīng)的過壓保護電路，以保證整個測控電路以及測控系統(tǒng)的正常運行。（圖1：過壓保護電路）
（三）濕度干擾
電路處于運行中如果環(huán)境濕度過低，就會在電路周圍產(chǎn)生靜電效應(yīng)從而對電子設(shè)備造成干擾，特別是在靜電干擾下使得測控電路中的檢測信號受到干擾而導致元器件失效，最終造成整個測控系統(tǒng)無法正常運行；如果環(huán)境濕度過高，就會引起元器件間的短路和PCB的焊點銹蝕，在高濕度環(huán)境的影響下則這些焊點的接觸電阻就會有所提升，而影響了使用性能的發(fā)揮。如果這些焊點處已經(jīng)被銹蝕，就會導致電子元器件功能減退而引發(fā)電路短路。
二、電子測控技術(shù)的應(yīng)用
（一）合理的電路設(shè)計
所有的元器件在使用之前都要做好測試，并根據(jù)實際應(yīng)用需要而經(jīng)過技術(shù)處理，調(diào)試合格之后方可使用。如果是邏輯元器件，要采用接地技術(shù)，以提高電路的抗干擾能力，確保電路處于正常的運行狀態(tài)。在電路的設(shè)計上，注意邏輯電路與數(shù)字電路要分別單獨使用，且要對電源線進行加粗處理。接地線要盡量選擇網(wǎng)狀的接地線或者環(huán)形的接地線，并在連接接地線之前，要做好加粗處理工作，以確保邏輯電路和數(shù)字電路在數(shù)據(jù)的傳輸和走向能的傳遞上保持方向上的一致[2]。在進行布線的時候，折線的角度不可以超過90度，以在電路運行中能夠?qū)︻l率很高的噪音產(chǎn)生抑制作用。為了避免來自噪聲的干擾，還要采用接入旁路電容的方法，即將旁路電容接入到PCB板上面的IC點。所有接入的引線都要與接受旁路處理的端口相靠近，注意接入的引線長度要合適，避免由于過長而影響技術(shù)處理效果。
（二）屏蔽技術(shù)的應(yīng)用
如果是對電磁場屏蔽，就要對噪聲騷擾源使用接地導體將其包圍起來，可以對電路以有效保護。屏蔽體所使用的導線要以銅或者鋁等具有良好的導電性能的材料為主，控制好中心導線的長度，以避免其從屏蔽體中伸出過長。如果屏蔽體是網(wǎng)狀的，網(wǎng)孔要盡量小，且要采用單端接地的方式，以保證屏蔽體有效地發(fā)揮屏蔽作用。如果既具有干擾能力的電磁場具有很高的干擾強度，在設(shè)計屏蔽電路的時候，就需要采用雙層屏蔽技術(shù)。但是，這種雙層屏蔽技術(shù)在使用中需要注意要加裝濾波電路，且內(nèi)屏蔽盒與外屏蔽盒之間不能夠多處連接，一點連接即可。雙層屏蔽的兩個屏蔽體之間所間隔的距離不可以太大，以確保獲得最好的屏蔽效果，而且屏蔽層之間不可以有間隙，間隙的厚度與單層屏蔽材料的厚度等同[3]。如果干擾電磁波為空間電磁波，很容易對具有較高靈敏度的信號接受設(shè)備造成干擾。對這種空間電磁波可以采用金屬網(wǎng)屏蔽室進行屏蔽，屏蔽效能可以達到45dB至50dB。如果金屬網(wǎng)屏蔽室為雙層的，且有絕緣襯墊安裝在其中，所能夠獲得的屏蔽效能就可以達到75dB至95dB。屏蔽室的連接要正確，以在發(fā)揮屏蔽作用的同時，還確保屏蔽體本身能夠安全運行。此外，可同時根據(jù)電子產(chǎn)品的不同特性在測控電路中增加不同類型的濾波電路，可以將騷擾電磁過濾掉。（圖2：濾波電路）
（三）接地技術(shù)的應(yīng)用
測控系統(tǒng)的接地多會采用三條地線，其一為信號地線，用于低電平電路接地；其二為噪聲地線，包括電動機的地線、繼電保護裝置的地線等等；其三為外接地線，連接在交流電源的接地線上，用于外殼、機架等接地使用。雖然接地技術(shù)可以單獨使用，但是要獲得良好的抗干擾效果，則需要與屏蔽體結(jié)合使用。如果電路處于運行狀態(tài)時，工作頻率沒有超過1兆赫，就可以將屏蔽體的接線用于一點接地設(shè)計，地線的長度要局限于信號波長的1/20[4]。如果工作頻率超過10兆赫，就可以將屏蔽體的接線用于多點接地設(shè)計。所選用的接地線要加粗，特別是連接印刷板上的接地線，要確保接電線所流過的電流要達到印刷板上所流過的電流的3倍之多。如果印刷板上為數(shù)字電路，就需要接地線的線路為閉環(huán)線路。
三、總結(jié)
綜上所述，電子技術(shù)中，測控技術(shù)屬于是新型的技術(shù)，而且隨著電子技術(shù)的發(fā)展，測控技術(shù)也在不斷地更新。各種電子設(shè)備中的測控系統(tǒng)往往會受到各種因素的干擾而導致系統(tǒng)無法可靠運行。特別是電子設(shè)備的使用功能不同，對使用環(huán)境也具有不同的要求，當然，其中的測控電路受到干擾的原因也會有所不同。這就需要提高測控電路的抗干擾能力，在測控電路的設(shè)計中加入相應(yīng)的抗干擾電路，以確保測控系統(tǒng)處于良性運行狀態(tài)。
參考文獻：
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2011全國大學生電子設(shè)計競賽（瑞薩杯）于2011年8月31日早8:00開始，2011年9月3日20:00結(jié)束。筆者作為指導教師參加了此次競賽，并指導學生獲得了河南賽區(qū)一等獎，下面就競賽中的思路和經(jīng)驗和大家做一交流。我們選擇的是高職高專組G題。本次競賽G題要求設(shè)計并制作一臺簡易自動電阻測試儀。能夠?qū)?00Ω、1kΩ、10kΩ、10MΩ四個量程檔進行測量，測量準確度為±（1%讀數(shù)＋2字）；3位數(shù)字顯示（最大顯示數(shù)必須為999），能自動顯示小數(shù)點和單位，測量速率大于5次/秒；100Ω、1kΩ、10kΩ三檔量程具有自動量程轉(zhuǎn)換功能；具有自動電阻篩選功能等任務(wù)。
一、系統(tǒng)方案
電阻測量的方法常用的有直流恒流源測量法、直流恒壓源測量法、分壓法等。多個方案比較后，學生最終選擇分壓法測量作為最終的方案，測量原理就是通過串聯(lián)已知電阻，分壓后，檢測待測電阻電壓來計算其阻值。基本原理如圖1所示：本測量方法的優(yōu)點是測量電路簡單，抗干擾能力強，可靠性高，短時間內(nèi)容易搭建，另一方面可以簡化程序中的算法。本次設(shè)計要求測量量程為100Ω，1kΩ，10kΩ，10MΩ四檔。即要求測量范圍為：1～10MΩ，在全量程范圍內(nèi)測量準確度為±（1%讀數(shù)+2字）。在A/D轉(zhuǎn)換部分的設(shè)計中，采用PIC16F877單片機，該單片機內(nèi)有10位A/D，A/D輸入信號為0～5V時，轉(zhuǎn)換字為D=0～1024，則分辨率為4.8mV/字。設(shè)計的量程分配和測量精度的詳細情況如下表：本設(shè)計自動量程轉(zhuǎn)換功能主要由單片機控制繼電器的通斷來調(diào)節(jié)，原理為單片機根據(jù)采樣來的電壓數(shù)據(jù)來判斷是否要切換到更大或更小的量程，因為本次設(shè)計共四個檔位，前三個檔位為自動切換。采用繼電器可以減小回路中的不必要電阻，這樣在分析電路和程序中算法的設(shè)置可以減少很多麻煩。電位器阻值變化曲線的實現(xiàn)主要由單片機在顯示裝置如12864等液晶裝置中不斷的寫入數(shù)據(jù)和液晶屏的移屏操作來實現(xiàn)。因為不同的電阻反映在電路中是不同的電壓，將采集到的電壓信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號，反饋到液晶屏即可，這就要求AD有更高的處理速度。
二、硬件與程序設(shè)計
本系統(tǒng)包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩部分內(nèi)容：
（一）硬件設(shè)計
根據(jù)上述思路，我們以PIC16F877單片機為核心，配以量程切換電路，測量電路，顯示電路等構(gòu)成簡易的電阻測試儀。PIC16F877是由Microchip公司所生產(chǎn)開發(fā)的新產(chǎn)品，屬于PICmicro系列單片微機，具有Flashprogram程序內(nèi)存功能，可以重復燒錄程序；而其內(nèi)建ICD（InCircuitDebug）功能，可以讓使用者直接在單片機電路或產(chǎn)品上進行如暫停微處理器執(zhí)行、觀看緩存器內(nèi)容等，快速地進行程序除錯與開發(fā)。量程切換電路主要使用了ULN2003八路NPN達林頓連接晶體管，ULN2003特別適用于低邏輯電平數(shù)字電路（諸如TTL，CMOS或PMOS/NMOS）和較高的電流/電壓要求之間的接口。液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用，因此顯示電路采用的是1602液晶顯示屏而沒有用數(shù)碼管顯示。報警電路采用一個普通三極極管加一個蜂鳴器實現(xiàn)，當出現(xiàn)故障時的報警提示功能。
（二）軟件設(shè)計
程序流程圖如下：
三、測試結(jié)果
經(jīng)多組電阻檢測，都能符合題目要求的精度，誤差小于1%。在常溫下，應(yīng)用電阻測試儀對高精度電阻進行測試，結(jié)果見表2。隨機抽取若干電阻，應(yīng)用電阻測試儀對電阻進行篩選。在測試中我們篩選兩組，用小鍵盤對測試儀進行調(diào)節(jié)，兩組分別為100Ω～500Ω和2KΩ～5KΩ。測試結(jié)束后，和標準結(jié)果予以對比。測試結(jié)果見表3。本系統(tǒng)采用PIC單片機實現(xiàn)了一個簡易電阻測試儀，達到了系統(tǒng)基本要求，而且系統(tǒng)穩(wěn)定，測量精度較高，相對誤差小于1%，操作簡單，具有較強的實用性。當然本系統(tǒng)還存在著許多需要改進的地方，比如還可以繼續(xù)提高測量精度，加大測量范圍。因為是采用單片機實現(xiàn)的，利用其可以編程的特性，使測量的值結(jié)合一些數(shù)據(jù)處理方法使測量更加接近真實值。在后續(xù)完善過程中還有許多工作要做。由于競賽要求參賽學生在四天三晚的時間內(nèi)完成題目要求的系統(tǒng)方案設(shè)計、硬件制作、軟件調(diào)試及論文撰寫工作，時間還是比較緊迫，全面檢驗了參賽學生的理論素養(yǎng)、實踐動手能力和工作能力。按照這次競賽的經(jīng)驗來看，三名學生最好來自不同專業(yè)，有各自擅長的領(lǐng)域，在分工協(xié)作上比較有優(yōu)勢。這次獲得一等獎的這組學生就分別來自應(yīng)用電子、電氣自動化和機電一體化專業(yè)，分別負責電路設(shè)計、軟件設(shè)計和硬件設(shè)計。近幾屆競賽的每道試題基本上都直接或間接地利用了單片機、可編程邏輯器件、EDA技術(shù)、嵌入式技術(shù)等，而且特別注重動手能力和創(chuàng)新能力，這對我們的課程設(shè)置、教學改革都有很好地促進，在培訓中除了基礎(chǔ)知識外也要加強這方面的內(nèi)容。最后的答辯環(huán)節(jié)也要引起足夠的重視，在答辯問題和演示器材上提前多做準備對最終的名次很有幫助。
論文關(guān)鍵詞：《數(shù)字電路EDA設(shè)計》,任務(wù)驅(qū)動式教學法
掌握現(xiàn)代EDA設(shè)計技術(shù)是高等學校電子類專業(yè)學生的一項基本要求和必備技能。目前， 《數(shù)字電路EDA設(shè)計》是我院通信技術(shù)、電子信息工程技術(shù)專業(yè)核心主干課程之一，對學生職業(yè)崗位能力培養(yǎng)和社會能力養(yǎng)成起主要支撐作用。課程基于生產(chǎn)實際和崗位能力需求，重構(gòu)傳統(tǒng)知識體系，融入最新EDA技術(shù)發(fā)展，按照完整性、適應(yīng)性和擴展性的原則，根據(jù)職業(yè)成長規(guī)律和學習認知規(guī)律組織教學內(nèi)容，構(gòu)建學習情境。
本課程當前教學情況
根據(jù)傳統(tǒng)教學法設(shè)計本課程，以理論學習為基礎(chǔ)，分為大規(guī)模邏輯器件、VHDL語法學習、Quartus Ⅱ軟件學習等幾部分。 在教學內(nèi)容上，強調(diào)對VHDL語法的學習。這樣不可避免地造成學生學習上的乏味和枯燥，導致學生理論學習和實際脫節(jié)，對所學知識不知所云，對所做項目無從下手，引起學生煩躁、厭學情緒的產(chǎn)生。
針對上述情況，并結(jié)合高職教育中以“培養(yǎng)具備足夠的基礎(chǔ)知識、較強的技術(shù)應(yīng)用能力的實用型人才”的培養(yǎng)目標，我們將目前較為主流的任務(wù)驅(qū)動式教學法引入本門課程的教學設(shè)計中，強調(diào)以能力為本，注重學生綜合素質(zhì)的提高和可持續(xù)發(fā)展。
為此，我們制定一系列由簡到難的任務(wù)，由此展開各知識點的講解，并把課堂直接搬移到機房和EDA實驗室，充分利用機房上課的優(yōu)勢，讓學生邊學邊練，學了就用，理論教學與實驗教學融為一體，學生獨立完成一系列的子任務(wù)，討論完成幾個任務(wù)，使得學生的學習目的更強，學習興趣更高。
任務(wù)驅(qū)動式教學法
任務(wù)驅(qū)動式教學法是一種主動探究型教學模式，其特點是以學生為中心，以任務(wù)為驅(qū)動，比較適合于計算機等信息類課程的教學。所謂任務(wù)驅(qū)動，是指通過完成一項或多項與學科相關(guān)的任務(wù)來學習知識和獲得技能。教師將教學內(nèi)容設(shè)計成一個或多個具體的任務(wù)，由任務(wù)驅(qū)動教學以引導學生思考，提高能力。學生完成任務(wù)的過程，既是學習理論知識的過程，也綜合應(yīng)用知識的過程。【1】
任務(wù)的設(shè)計是有層次的，可以體現(xiàn)在課程教學總目標、單元教學目標、課時教學目標幾個層面上。為了有效地完成“任務(wù)”，需要精心設(shè)計出一個個環(huán)環(huán)相扣的子任務(wù)，用子任務(wù)將課程所要達到的能力、知識、情感目標等滲透進去。通過任務(wù)的最終完成，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。
3．任務(wù)驅(qū)動式教學法在《數(shù)字電路EDA設(shè)計》課程中的應(yīng)用
3.1提出任務(wù)是按成任務(wù)驅(qū)動式教學法的前提
結(jié)合實際情況將所學知識融入到實踐中，選擇與當前教學內(nèi)容密切相關(guān)的任務(wù)作為教學的中心內(nèi)容，以任務(wù)的形式指出當前要完成的工作，讓學生以解決實際任務(wù)的方式完成知識的學習。
在《數(shù)字電路EDA設(shè)計》課程的教學設(shè)計中，可將本課程看成是一個綜合性的設(shè)計任務(wù)——四位搶答器/交通燈的設(shè)計（該任務(wù)為本課程實訓任務(wù)），使學生在學習前就對所學知識的應(yīng)用有大體上的認識，提高學生學習興趣。在具體教學過程設(shè)計中，將這個綜合性的設(shè)計任務(wù)分為若干單元型任務(wù)和開放型任務(wù)。單元型任務(wù)是學生能在課堂上自主完成部分，主要針對基本理論知識的學習；開放型任務(wù)則是綜合性、設(shè)計性較強的設(shè)計，需要學生獨自或組成小組查閱參考資料、相互討論完成的課外任務(wù)，主要針對學生自學能力和協(xié)作能力。
針對本門課程，筆者設(shè)計了五個單元型任務(wù)。每個單元型任務(wù)包括1~2章內(nèi)容，每個單元型任務(wù)又分為若干子任務(wù)，分別針對不同的知識點。而在單元型任務(wù)的基礎(chǔ)上，又設(shè)計了相應(yīng)的開放型任務(wù)，對體現(xiàn)不同知識點的綜合運用。
以“VHDL順序語句”教學為例，我們將該內(nèi)容設(shè)計為“基本邏輯電路設(shè)計”的單元型任務(wù)和“正弦波信號發(fā)生器”的開放型任務(wù)。
在單元型任務(wù)中針對不同知識點又分為若干子任務(wù)：任務(wù)一“兩種加法器的設(shè)計”，完成信號和變量的學習；任務(wù)二“8-3優(yōu)先編碼器的設(shè)計”，完成IF語句的學習，并設(shè)計一個開放型任務(wù)“數(shù)據(jù)分配器的設(shè)計”與之對應(yīng)；任務(wù)三“3-8譯碼器的設(shè)計”，完成CASE語句的學習，并設(shè)計一個開放式任務(wù)“四選一數(shù)據(jù)選擇器”與之對應(yīng)；任務(wù)四“奇偶校驗器的設(shè)計” ，完成LOOP語句的學習，并時設(shè)計一個開放式任務(wù)“移位寄存器”與之對應(yīng)；任務(wù)五“比較器的設(shè)計”，完成NEXT、EXIT等語句學習。
3.2任務(wù)分析是完成任務(wù)驅(qū)動式教學法的關(guān)鍵
任務(wù)提出后，學生對該任務(wù)進行分析討論，教師對學生的討論結(jié)果進行點評，補充、修正，并引導出為實現(xiàn)該任務(wù)所需要的相關(guān)理論知識和相關(guān)資歷。學生通過自主學習或教師指導、講解的方式為完成該任務(wù)做出計劃和決策，并總結(jié)出相關(guān)步驟或解決方案。教師在此過程中起到引導、指導、講解和點評的作用。可采用以下幾種教學方式：
1、 課堂引導學生多方位思考，發(fā)散其思維；
2、 課堂討論，加強學生相互協(xié)作學習的能力；
3、 動畫顯示，增強學生的直觀認識；
我們以上述任務(wù)二“8-3優(yōu)先編碼器的設(shè)計”為例：為完成該任務(wù)，先通過動畫課件顯示的方式使學生對8-3優(yōu)先編碼器進行回顧，讓學生討論并分析該設(shè)計的思路，畫出相應(yīng)流程圖，教師有針對性地對不同設(shè)計方法進行點評并引出相應(yīng)語法部分的學習。
3.3、為實現(xiàn)任務(wù)而進行的自主學習和協(xié)作學習是任務(wù)驅(qū)動式教學法的重點
在設(shè)計好執(zhí)行過程后，學生需要通過各種手段和途徑來完成該任務(wù)。在這個過程中，應(yīng)強調(diào)學生的自主學習和協(xié)作學習的能力。教師在其過程中起到修正或引導學生的作用。對較為簡單的單元型任務(wù)，可采取學生自主完成的方式；而對于難度較大的開放型任務(wù)，可根據(jù)實際情況進行分組課外完成。
我們以上述任務(wù)一“兩種加法器的設(shè)計”為例：在該任務(wù)中，通過教師講解和演示信號和變量，讓學生自行總結(jié)信號和變量的不同，提高學生的自主學習能力。并充分利用機房上課的優(yōu)勢，讓學生自主練習，以加深理解。
3.4、效果評價是任務(wù)驅(qū)動式教學法取得良好效果的必要環(huán)節(jié)
效果評價學生在任務(wù)完成后反思其實現(xiàn)過程，相互評價或自我評價，教師適當做出點評，并幫助學生歸納與總結(jié)。效果評價既是總結(jié)與提高的重要階段，又是培養(yǎng)學生良好的自信心與成就感的絕好時機。教師在效果評價過程中，應(yīng)引導學生不能只根據(jù)任務(wù)完成的最終效果橫向進行，而應(yīng)針對各自的不同情況進行橫向縱向的全面評價。一是針對相同任務(wù)中不同學生的完成情況進行評價，即同一任務(wù)下的橫向評價；二是針對每個學生的在完成不同任務(wù)時所表現(xiàn)出來的自主學習能力和與他人的協(xié)助能力的評價，即同一學生的縱向評價。通過評價讓學生在一種良好的心理狀態(tài)下不斷學習、進步。
4、結(jié)語
采用任務(wù)驅(qū)動式教學法，是對《數(shù)字電路EDA設(shè)計》課程教學改革的一個探討。該教學法符合本課程教學的層次性和實用性的要求，學生在任務(wù)驅(qū)動下不斷地獲得成就感，進而激發(fā)求知欲，培養(yǎng)出獨立探索、勇于實踐的創(chuàng)新精神。其方法更好地體現(xiàn)了高職高專對“工學結(jié)合”的要求。筆者相信隨著教學改革的不斷深入，任務(wù)驅(qū)動式教學法將會得到更廣泛的應(yīng)用。
參考文獻：
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【關(guān)鍵詞】C8051F410 傳感器 控制
智能家居（smart home，home automation）是以住宅為平臺，利用綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、安全防范技術(shù)、自動控制技術(shù)、音視頻技術(shù)將家居生活有關(guān)的設(shè)施集成，構(gòu)建高效的住宅設(shè)施與家庭日程事務(wù)的管理系統(tǒng)，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術(shù)性，并實現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境。針對實際要求，本設(shè)計以C8051F410單片機作為控制核心，并設(shè)計了相關(guān)的采集電路，主要由以下幾個子系統(tǒng)組成：溫濕度采集及控制電路；光照強度檢測電路；甲烷氣體檢測電路；報警電路；視頻采集電路等。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計
本設(shè)計的思路是根據(jù)單片機的工作原理，利用各個傳感器的特性，設(shè)計相關(guān)的電路，用單片機來采集相關(guān)的參數(shù)，并在液晶屏上實時的顯示各種狀態(tài)，并且通過按鍵進行相關(guān)的設(shè)置，超過設(shè)置界限時，進行蜂鳴器報警。具體模塊框圖如圖1所示。
系統(tǒng)工作原理：本設(shè)計采用C8051F410單片機作為控制核心，通過傳感器檢測將所測溫濕度、光照強度、甲烷濃度輸入到單片機，再由單片機輸出到LCD上顯示，同時通過按鍵設(shè)置界限，當測量值超過設(shè)置界限時進行聲音報警；并將攝像頭OV7670采集的圖像輸入到單片機里。
2 電路設(shè)計
2.1 數(shù)字溫濕度傳感器
DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器，它包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，使其成為該類應(yīng)用中，在苛刻應(yīng)用場合的最佳選擇。產(chǎn)品為4針單排引腳封裝，連接方便。一般DHT11的I/O口線要接5 左右的上拉電阻，這樣當單片機引腳輸出低電平的時候，外部電路提供電流給引腳。電路如圖2所示。
2.2 甲烷氣體檢測電路
MQ-5氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導率較低的二氧化錫（SnO2）。當傳感器所處環(huán)境中存在可燃氣體時，傳感器的電導率隨空氣中可燃氣體濃度的增加而增大。將MQ-5輸出的模擬信號送人C8051F410單片機的AD端即可實現(xiàn)將電導率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號。
2.3 光照強度檢測電路
光敏電阻器是利用半導體的光電導效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器，又稱為光電導探測器；入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。還有另一種入射光弱，電阻減小，入射光強，電阻增大。C8051F410單片機上面自帶A/D轉(zhuǎn)換，將光敏電阻AO輸出直接連到單片機的A/D口上即可。
3 系統(tǒng)過程控制
單片機上電以后，系統(tǒng)開始初始化，完畢后，開始進入主循環(huán)，等待中斷，進入中斷后，采集并轉(zhuǎn)換A/D值，再進行鍵盤檢測，是否有鍵按下，若有按鍵按下，判斷按鍵狀態(tài)是否設(shè)置那一部分，若是設(shè)置溫度，則調(diào)用設(shè)置溫度子函數(shù)，若是設(shè)置光照強度，則調(diào)用設(shè)置光照強度子函數(shù)，若是設(shè)置甲烷氣體濃度，則調(diào)用設(shè)置甲烷氣體濃度子函數(shù)，若是濕度上下限，則調(diào)用設(shè)置濕度上下限函數(shù)。若按鍵狀態(tài)是狀態(tài)切換那一部分，則讀取相關(guān)傳感器的數(shù)據(jù)，進行相關(guān)處理，轉(zhuǎn)化為具體數(shù)值，存儲在緩沖區(qū)中并在LCD上顯示。同時判斷是否超過設(shè)置的上下限，若是超過上下限，蜂鳴器開始報警。若是在正常工作范圍內(nèi)，蜂鳴器不報警。最后出中斷，中斷結(jié)束。并利用攝像頭OV7670對室內(nèi)的環(huán)境進行視頻監(jiān)控，完成視頻圖像采集。完畢以后，返回主循環(huán)。
軟件要實現(xiàn)的主要功能是實現(xiàn)對傳感器信號的數(shù)據(jù)采集，然后對數(shù)據(jù)進行計算、分析并送入液晶中顯示。程序開始時，對系統(tǒng)進行初始化，包括單片機的寄存器、定時器、中斷設(shè)置及各模塊初始化等。CPU等待傳感器傳入信號及A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，通過LCD完成當前監(jiān)測參數(shù)的正確顯示。
4 系統(tǒng)性能測試
在進行調(diào)試時，受環(huán)境和條件的限制，整個系統(tǒng)只進行了部分測量值比較實驗：溫度監(jiān)測模塊的測試。測試結(jié)果與數(shù)字溫度計測量值相比較，溫度計采用型號為TP3001筆型溫度計，測量溫度范圍是-50～+300℃（-58～+572H），測量誤差 1℃。測試結(jié)果表1所示，二者偏差在0.2℃左右。
系統(tǒng)測試結(jié)果如下：當室內(nèi)溫度超過設(shè)定閥值（25℃）時，蜂鳴器報警提示；當室內(nèi)濕度高于或低于人體健康范圍內(nèi)40%～60%時，則蜂鳴器提示報警；當居室內(nèi)光照強度過高時200LX時，提示報警信息；通過按鍵設(shè)置甲烷氣體濃度的閥值，當居室內(nèi)甲烷氣體超標時，提示報警信息；通過OV7670對室內(nèi)的環(huán)境進行視頻監(jiān)控，完成視頻圖像采集；通過實驗數(shù)據(jù)對比了設(shè)計的室內(nèi)環(huán)境測量儀的工作性能，測量結(jié)果表明，該儀器測量結(jié)果較精確，能基本滿足對室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測的要求。
5 結(jié)論
本文介紹了一種基于單片機的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測及控制系統(tǒng)的設(shè)計。該系統(tǒng)選用DHT11數(shù)字溫度傳感器、MQ-5型半導體電阻式氣體傳感器、DHT11數(shù)字濕度傳感器、OV7670圖像傳感器和C8051F410單片機，實現(xiàn)了溫濕度、光照強度及甲烷濃度的監(jiān)測，并通過LCD進行顯示并且實現(xiàn)了居室內(nèi)圖像信息的采集，當測量值超過設(shè)定閥值時蜂鳴器開始報警。
參考文獻
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作者簡介
孫冰（1985-），男，吉林省人。現(xiàn)為吉林化工學院助教，主要從事數(shù)字電路、模擬電路、單片機等方面的研究。
論文摘要:介紹了一種具有重組功能的機電系統(tǒng)綜合實驗環(huán)境的建設(shè)方案，學生在該環(huán)境下可根據(jù)自己的需要，靈活地完成多種控制器的機電控制系統(tǒng)方面的綜合實驗。
1 實驗環(huán)境建設(shè)的指導思想
“機電系統(tǒng)綜合實驗”是我校近幾年開設(shè)的集中綜合性實驗課程。它是集機械設(shè)計、數(shù)控技術(shù)、模擬與數(shù)字電路、控制工程、檢測技術(shù)、計算機控制、機械制造等多門課程知識綜合應(yīng)用的、實踐性很強的一門課程。我們現(xiàn)在開設(shè)這門課程中所使用的設(shè)備包括計算機、計算機接口板和數(shù)控X-Y工作臺，其控制系統(tǒng)的架構(gòu)單一、被控對象較少，學生只能被動的使用指定的控制器、功能模塊，針對單一的對被控對象構(gòu)建機電控制系統(tǒng)，這使得學生不能自行選擇被控對象和自主設(shè)計控制系統(tǒng)，束縛了學生創(chuàng)造性思維的發(fā)揮，同時也限制了實驗內(nèi)容的展開。
為了改變上述狀況，結(jié)合學校近期開展的三期本科評建的機會，對該課程的實驗環(huán)境進行改造，其主要工作是建設(shè)一個具有重組功能的機電系統(tǒng)綜合設(shè)計平臺[3]，該平臺可提供多種控制器和檢測元件，可支持盡可能多的被控對象[2]。為此，在建設(shè)過程中采用模塊化設(shè)計[7]，使得基于該平臺的綜合實驗便于功能模塊的組合、擴展，也便于檢查、維護及調(diào)試。學生在這個平臺可針對不同被控對象，靈活地搭建各種控制系統(tǒng)。利用該環(huán)境既可開設(shè)機電控制系統(tǒng)的一般原理性、驗證性實驗，又可完成較大型的綜合及設(shè)計性的實驗。由于該環(huán)境被設(shè)計成開放性的平臺，學生還可根據(jù)自己的興趣愛好，自行設(shè)計并完成各種機電控制系統(tǒng)的實驗。
2 實驗環(huán)境的設(shè)計與結(jié)構(gòu)
要達到上述目標，在建設(shè)時就要考慮到實驗環(huán)境要具有可重組性和開放性。因此，在設(shè)計時按功能模塊將環(huán)境分為六大部份，即電源模塊、控制器模塊、基本功能模塊、傳感器模塊、驅(qū)動模塊、被控對象模塊，每個模塊采用組件式結(jié)構(gòu)，如圖1所示。
2. 1 電源模塊
安裝各種實驗所需的電源:交流220 V、直流24V /5V，為了學生的人身安全，本模塊應(yīng)設(shè)置電源總開關(guān)并進行可靠的接地處理，同時各電源的要有指示燈，以方便學生接線用。
2. 2 控制器模塊
主要用于安裝各種實驗用控制設(shè)備，學生可根據(jù)不同的實驗內(nèi)容、要求、興趣，選擇不同的控制設(shè)備。如計算機、單片機、工控機、PLC可編程控制器，在這個區(qū)域還應(yīng)設(shè)計相應(yīng)的接口電路，為各個控制設(shè)備提供相匹配的各種控制信號。
2. 3 基本功能模塊
該模塊的主要作用是能提供諸如I/O接口、中斷信號、定時/計數(shù)器、A/D、D/A轉(zhuǎn)換等功能，同時還能提供顯示器、紐子開關(guān)、按鍵，并預留電阻、電容、二極管、三極管、晶振插孔以及各種高性能雙列直插式圓腳集成電路插座[6]，并能提供8路數(shù)字信號、2路模擬信號(電壓從0~5 V)、兩路正負脈沖信號，其頻率從1Hz~20 kHz連續(xù)可調(diào)，用于模擬數(shù)控機床及各種外部設(shè)備和各種傳感器輸入信號。
2. 4 傳感器模塊
該模塊的主要作用是提供盡可能多的傳感器及其接口，如:提供光電編碼器、接近開關(guān)傳感器、光敏二極管、光敏三極管、壓電陶瓷傳感器、熱敏電阻、熱電偶、直線位移傳感器、霍爾傳感器等。同時，該模塊還配有相應(yīng)的各類傳感器的信號處理電路。
2. 5 驅(qū)動模塊
該模塊的主要作用是能提供:
(1)隔離電路。在工業(yè)控制中，為了去除干擾，同時為了系統(tǒng)的安全，輸入、輸出信號的隔離是非常必要的，本模塊可設(shè)置多路光電藕合器隔離電路。
(2)驅(qū)動電路。包括直流電機的驅(qū)動電路、步進電機的驅(qū)動電路等。
2. 6 被控對象模塊
該模塊的主要作用是提供被控對象。在該模塊中可提供齒輪減速器、滾珠絲杠螺母副、連軸器以及其它機械構(gòu)件，同時也可提供諸如燈、發(fā)光二極管、繼電器等電器設(shè)備。電機在機電控制實驗中是必不可少的。本系統(tǒng)設(shè)置了一個步進電機以及一個直流伺服電機。
3 特 點
由于本實驗平臺采用模塊化設(shè)計理念和組件式的架構(gòu)原則，雖然結(jié)構(gòu)簡單，然而在進行功能組合時十分方便，最突出的特點是改變了原有實驗控制設(shè)備單一、控制手段缺乏、被控對象不足等狀況，也改變了原有實驗單一死板的實驗內(nèi)容，對實驗方案可進行靈活多樣的變化組合。具體特點如下:
(1)操作簡單、靈活、方便。 學生做實驗時可根據(jù)實驗所需靈活地選擇各個模塊中的不同組件[1]，不必過多的考慮與實驗關(guān)系不大的其他技術(shù)環(huán)節(jié)。這樣，既調(diào)動了學生的學習積極性和創(chuàng)造性，又提高了實驗效率。
(2)學生可根據(jù)不同的課程來選擇不同的實驗內(nèi)容。 由于在各模塊上可以任意選擇、安裝實驗所需的組件，因此使得學生可以直觀地了解控制系統(tǒng)構(gòu)成的各個組成部分的細小環(huán)節(jié)，掌握各種元器件在使用時的接線和控制方法，解決了已往實驗設(shè)備整體封閉、學生只能通過外部來了解系統(tǒng)，而對系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)動作的工作原理不能直觀了解的缺點。
(3)滿足多層次的需求。 由于該環(huán)境是開放的，它既可搭配簡單的控制電路，又可構(gòu)成較復雜的控制系統(tǒng)，因此該環(huán)境具有隨機實驗環(huán)境的特點。學生可就同一實驗內(nèi)容，設(shè)計多種不同起點、不同路徑的實驗方案[4]。讓學生自主選擇實驗?zāi)Ｊ剑O(shè)計實驗方案，并為他們提供多次實驗機會，可以使學生通過不同途徑、不同方式進入同樣內(nèi)容學習的環(huán)境，從而獲得對同一事物或同一問題的多方面的認識與理解，同時也滿足不同層次學生學習的需要[5]。
(4)滿足學生個性化的要求。 自擬實驗方案，自主確定實驗儀器和設(shè)備。
(5)留有拓展空間。 該實驗環(huán)境預留了各種高性能雙列直插式圓腳集成電路插座，可組成各種控制電路，給學生留有廣闊的設(shè)計空間，為學生設(shè)計并實現(xiàn)完成不同功能的各種控制系統(tǒng)創(chuàng)造了條件。
(6)一臺多用。 通過對這些不同設(shè)備的使用，提高了本實驗環(huán)境的綜合實驗性能，實現(xiàn)了設(shè)備一臺多用的目的。
(7)可以靈活組合。實驗功能板具有固定線路與靈活組合相結(jié)合的特點。選擇電源模塊、控制器模塊、基本功能模塊、驅(qū)動模塊、被控對象模塊，就可構(gòu)成開環(huán)控制系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上增加檢測模塊就可構(gòu)成一個半閉環(huán)或閉環(huán)控制系統(tǒng)。
(8)可用于創(chuàng)新實踐的開發(fā)。 如各種創(chuàng)新機器人大賽先期的設(shè)計及調(diào)試工作可在該環(huán)境下進行，既縮短了設(shè)計周期，又降低了開發(fā)成本。
4 可開出的實驗項目
(1)步進電動機控制系列
軟件環(huán)形分配器的設(shè)計實驗
硬件環(huán)形分配器的設(shè)計實驗
光電隔離電路設(shè)計實驗
驅(qū)動電路的設(shè)計實驗
步進電動機正反轉(zhuǎn)控制實驗
步進電動機調(diào)速實驗
(2)數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)綜合實驗系列
控制系統(tǒng)設(shè)計實驗
擴展程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器實驗
設(shè)計顯示電路和鍵盤電路的實驗
擴充I/O接口電路的實驗
其他輔助控制電路設(shè)計實驗
伺服系統(tǒng)控制電路設(shè)計實驗
(3)數(shù)控機床運動軌跡控制綜合實驗系列
數(shù)控技術(shù)逐點比較法插補算法實驗
刀具運動軌跡的控制實驗
(4)工業(yè)控制、傳感器綜合型實驗系列
小型立體倉庫模型控制系統(tǒng)設(shè)計實驗
模擬普通機床數(shù)控化改造實驗
模擬工業(yè)機器人機構(gòu)與伺服系統(tǒng)設(shè)計實驗
自動分揀系統(tǒng)的設(shè)計及控制實驗
單軸運動半閉環(huán)系統(tǒng)設(shè)計實驗
教室的燈光管理實驗
自動檢票系統(tǒng)設(shè)計實驗
(5)可編程控制器實驗系列
基本指令編程練習
三層電梯控制系統(tǒng)的模擬
四層電梯控制系統(tǒng)的模擬
機械手動作的模擬
LED數(shù)碼顯示控制
五相步進電機的模擬控制
十字路通燈控制。
5總 結(jié)
利用具有可重組功能的計算機控制平臺，為完成機電控制方面的實驗提供了一個很好的環(huán)境，使復雜、煩瑣的工作變得簡單、靈活、方便，使原來的只能完成單一實驗的設(shè)備經(jīng)過整合、二次開發(fā)，能滿足多門課程的實驗教學需要，實驗的深度與廣度可根據(jù)需要作靈活調(diào)整。由于環(huán)境建設(shè)采用組件式結(jié)構(gòu)，更換便捷，如需要擴展功能或開發(fā)新實驗，只要在各模塊中添加所需部件即可。各模塊圖線分明、標識清楚、作用明確，使使用者操作、維護方便。
例如，選擇一套步進電機、齒輪減速器、滾珠絲杠螺母副、連軸器、光電編碼器等，就可構(gòu)成一維單軸運動半閉環(huán)控制系統(tǒng);若選用上述兩套設(shè)備就可構(gòu)成二維X-Y傳動系統(tǒng);如果選用三套，就可構(gòu)成三維立體傳動系統(tǒng)，可完成諸如小型立體倉庫、數(shù)控機床運動軌跡控制等綜合實驗，并為開展較大型的綜合性實驗提供了可能。另外，對目前學校已購置了慧魚創(chuàng)新機構(gòu)設(shè)計平臺，我們可以利用該環(huán)境對其控制系統(tǒng)進行改造，即可以用單片機進行控制，也可以用微機等其它設(shè)備進行控制;既可用匯編語言，也可用C語言或其他高級語言來進行控制程序的設(shè)計與編碼。這樣使學生熟悉了各種控制器的設(shè)計方法，提高了他們對電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計能力。同時該環(huán)境也為課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計、學生課外科技活動等提供了實踐創(chuàng)新的平臺。開發(fā)現(xiàn)有實驗資源，加強實驗室建設(shè)，改進實驗教學方法與手段，實現(xiàn)理論教學與實踐的有機結(jié)合，只有這樣才能充分實現(xiàn)學生知識——能力的遷移、轉(zhuǎn)化和創(chuàng)新，這對培養(yǎng)人才具有十分重要的意義。
實踐證明，綜合實驗室的建設(shè)與功能開發(fā)，在實踐教學改革中發(fā)揮著越來越重要的作用。我們將進一步拓展實驗教學時空、創(chuàng)新實驗教學方法，提高實驗教學質(zhì)量，為全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量奠定堅實的基礎(chǔ)。
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論文關(guān)鍵詞：電子系統(tǒng)；設(shè)計方法；設(shè)計能力
隨著科學技術(shù)的發(fā)展、知識經(jīng)濟時代的到來，社會對大學生提出了許多新的要求。大學生應(yīng)該具有扎實的基礎(chǔ)理論知識、較強的實踐能力、創(chuàng)新意識、創(chuàng)業(yè)精神和協(xié)調(diào)能力、強烈的責任感和服務(wù)意識等。
當今世界，電子產(chǎn)品不斷更新發(fā)展，并且向智能化方向發(fā)展，日益突出單片機和FPGA等可編程器件在電子產(chǎn)品設(shè)計和創(chuàng)新中的重要性。新產(chǎn)品的更新?lián)Q代促使用人單位對電子信息專業(yè)的學生有更高的要求：第一，要有扎實的專業(yè)基礎(chǔ)知識，例如學習和掌握“模擬電子技術(shù)”、“數(shù)字電子技術(shù)”、“高頻電子技術(shù)”、“單片機原理”和“微機原理”等主要課程；第二，動手能力要強；第三，要能緊跟電子信息產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，要有較強的適應(yīng)工作的能力，使用先進應(yīng)用軟件的能力，例如會利用諸如Protel、MaxplusII、Multisim、Matlab等工具軟件進行電路設(shè)計和仿真調(diào)試。用人單位對畢業(yè)生的要求除了能夠掌握一定的基礎(chǔ)理論和工具之外，還要求畢業(yè)生具有基于單片機系統(tǒng)的電子產(chǎn)品的設(shè)計經(jīng)驗。
電子設(shè)計競賽正是對人才全面培養(yǎng)、更新教育理念、改革教學方法和內(nèi)容等起到了促進作用，具有極其重要的現(xiàn)實意義。電子設(shè)計競賽的選題引進了新的理論與技術(shù)，是跨學科的、系統(tǒng)的和綜合的。為了有效指導學生參加各類電子競賽，特對綜合電子系統(tǒng)設(shè)計的教學模式、課程內(nèi)容、教學方法及考評進行改革。
一、綜合電子系統(tǒng)設(shè)計課程的性質(zhì)
電子系統(tǒng)設(shè)計主要是指基于單片機控制的完整應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計，包括系統(tǒng)軟硬件設(shè)計及系統(tǒng)調(diào)試等多方面的知識。電子系統(tǒng)設(shè)計課程體系是以“單片機原理及應(yīng)用”課程為核心，由“模擬電子技術(shù)”、“數(shù)字電子技術(shù)”、“傳感器技術(shù)”、“電子設(shè)計自動化”、“可編程邏輯器件及應(yīng)用”、“C語言程序設(shè)計”等相關(guān)課程組成。它是一門綜合性較強的專業(yè)課程，通過本課程的理論學習和動手實驗，培養(yǎng)學生的專業(yè)知識綜合運用能力、系統(tǒng)分析能力和電子產(chǎn)品開發(fā)創(chuàng)新能力。
學生經(jīng)過前期基礎(chǔ)課的學習，通過隨課的驗證性實驗，對于電子信息領(lǐng)域的相關(guān)理論知識有了了解和掌握，在老師的指導下基本能夠進行單元電路的設(shè)計和調(diào)試，通過課程設(shè)計也能完成本課程簡單的綜合性實驗。但一些驗證性實驗多數(shù)是教材內(nèi)容原理的演示和再現(xiàn)，實驗內(nèi)容和方法都是老師指定，學生基本沒有進行系統(tǒng)級的設(shè)計和實訓，綜合實踐能力有待提高，學生沒有發(fā)揮自己的主觀能動性，積極性不高，不利于創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)。
鑒于上述情況，對綜合電子系統(tǒng)設(shè)計的理論內(nèi)容和實踐方法進行改革創(chuàng)新。
二、綜合電子系統(tǒng)設(shè)計理論課內(nèi)容
根據(jù)本課程的實際情況和學生所具備基礎(chǔ)知識，安排如下幾個環(huán)節(jié)：模擬電路單元設(shè)計，數(shù)字系統(tǒng)單元的設(shè)計，微處理器單元電路的設(shè)計以及電子系統(tǒng)抗干擾技術(shù)等環(huán)節(jié)。
結(jié)合全國電子大賽，模擬單元電路主要講述運算放大器的設(shè)計以及正確使用、有源濾波器的設(shè)計方法、外圍電子元器件（電子、電容）的計算和選擇；直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計方法以及參數(shù)元器件的選擇；各種信號產(chǎn)生的方法，重點講述數(shù)字頻率合成DDS的原理和實現(xiàn)技術(shù)。以上這些單元內(nèi)容的安排是結(jié)合歷年來全國電子設(shè)計大賽有關(guān)模擬電路環(huán)節(jié)而選擇的，通過這些內(nèi)容的講解有利于提高學生模擬電子技術(shù)的設(shè)計方法。
數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計單元主要講解數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計方法，突出現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計——EDA設(shè)計方法；可編程邏輯器件的特點及選擇；數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計舉例，比如AD、DA控制器的實現(xiàn)、交通燈控制器的實現(xiàn)、電子密碼鎖的設(shè)計等。通過大量實例的講解使學生能初步掌握用大規(guī)模可編程邏輯實現(xiàn)中等難度的數(shù)字邏輯系統(tǒng)。
微處理器單元主要講述目前流行的各種處理器，例如51內(nèi)核單片機、MSP430單片機、AVR單片機、PIC單片機等型號，介紹它們的特點、應(yīng)用范圍、怎樣根據(jù)項目需求來選擇合適的微處理器；根據(jù)學生目前對微處理器的掌握和學習情況，重點講述基于單片機串行通信的設(shè)計，包括幾種流行的串行通信協(xié)議：SPI協(xié)議、IIC協(xié)議、UART協(xié)議以及one—wire協(xié)議，分析它們的特點，在不具有SPI總線、IIC總線的微處理器中怎樣通過IO口模擬它們的總線協(xié)議；以具有這些總線協(xié)議的集成電路芯片的利用提高學生的C語言編程能力。
在微處理器單元里，另外的重點內(nèi)容多基于單片機的并行通信設(shè)計，包括常用的人機接口電路（鍵盤、LCD、LED顯示），這是在大多數(shù)的電子系統(tǒng)設(shè)備中都具有的，學生有必要掌握它們的設(shè)計方法以及編程技術(shù)。
電子系統(tǒng)抗干擾技術(shù)也是綜合電子系統(tǒng)設(shè)計中非常重要的內(nèi)容。當系統(tǒng)處在比較惡劣的環(huán)境下，抗干擾設(shè)計的好與壞直接決定了系統(tǒng)能否正常工作。微處理器雖然本身的抗干擾能力較強，但是用微處理器構(gòu)造的控制系統(tǒng)仍存在著抗干擾的問題。為防止外界對系統(tǒng)的干擾，并確保電子系統(tǒng)安全可靠運行，必須采取相應(yīng)的抗干擾措施。電子系統(tǒng)的干擾主要來自于供電系統(tǒng)、過程通道及空間電磁波。電子應(yīng)用系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計應(yīng)針對不同的干擾源采取必要的抗干擾措施。具體方法有硬件抗干擾技術(shù)和軟件抗干擾技術(shù)。
在這一章節(jié)里主要講解電磁兼容設(shè)計、器件選型、降熱散熱計算、電路板和電子系統(tǒng)可靠性測試等綜合知識。通過對本小節(jié)的學習，使學生應(yīng)達到以下目標：熟悉系統(tǒng)的各種干擾來源及形式；學會供電系統(tǒng)及過程通道的抗干擾措施；能說出在印制電路板設(shè)計中體現(xiàn)的抗干擾措施；學習設(shè)計軟件陷阱及看門狗電路，從而為綜合電子設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計打下良好的基礎(chǔ)。
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三、精心設(shè)計安排實驗
這門課實踐性很強，除了教師講述的理論內(nèi)容和方法外，安排大量的實驗以及鼓勵學生去參加科技創(chuàng)新和各種電子設(shè)計的比賽，提升學生分析問題、解決問題的能力，從而提高他們的實際動手能力。根據(jù)課程的內(nèi)容合理安排一些設(shè)計性的實驗題目。安排的實驗不同于在學習相應(yīng)的基礎(chǔ)時所做的實驗，要體現(xiàn)獨立思考的能力。
教師布置實驗題目、講述方法，學生以實驗項目為中心，整合理論知識，查閱相關(guān)資料，具體的實驗方案和電路要學生自己去網(wǎng)上或圖書館查閱資料獨立完成。在做實驗前，電路圖以及程序代碼要在課下完成，實驗室只是調(diào)試電路和程序以及老師考核實驗成績。這樣做可以更好地將理論與實踐結(jié)合到實驗項目中去，使學生在動手實踐能力和分析解決問題的能力上有一定的提升；也可以鍛煉學生學會搜集資料、整理資料，提高他們獨立自主的學習能力。同時，教師在帶領(lǐng)學生學習的過程中也在不斷地提升自己，積累經(jīng)驗。
結(jié)合電子設(shè)計競賽，安排各章節(jié)相應(yīng)的實驗項目：模擬電路單元主要是運算放大器和二階有源濾波器的設(shè)計；重點是直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計；數(shù)字系統(tǒng)單元設(shè)計安排了數(shù)字頻率計、交通燈控制器，重點是DDS數(shù)字頻率的合成實驗。微處理器單元安排了基于單片機SPI總線時鐘顯示器和基于單片機并行通信的LCD顯示系統(tǒng)。鑒于目前的實驗條件，這些實驗主要是通過仿真軟件來完成。模擬單元電路里，利用Multisim電子電路仿真軟件來完成運算放大器和有源濾波器以及直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計；在數(shù)字電路系統(tǒng)設(shè)計中，利用MAX+PLUS II軟件完成DDS數(shù)字頻率合成的實驗；微處理器單元，利用PROTEUS軟件完成單片機的并行和串行通信實驗。這樣在不需要任何實驗儀器和元器件的情況下，為學生提供了一個展示才華的平臺，充分發(fā)揮學生的想象力和創(chuàng)造力。
四、綜合電子系統(tǒng)設(shè)計的考核標準
目前我國教育領(lǐng)域使用的最普遍的考核方式仍是閉卷考試。閉卷考試對于考核學生的知識掌握情況是非常重要的，但對于綜合電子系統(tǒng)設(shè)計這門技術(shù)性實踐性和綜合性非常強的課程，不適合采用閉卷考試對學生能力進行考查。
為了真正鍛煉學生的實際動手能力，對這門課的考核采取如下方式：平時上課出勤、答疑以及學習的主動性占20%；實驗占30%（其中課前預習的情況比重占80%）；最后50%的成績是學生的作品。學生可以完成一個老師指定的題目，在確定最佳設(shè)計方案后，到實驗室完成了系統(tǒng)單元電路的仿真，進行安裝、測量和調(diào)試，把實際的設(shè)計作品做出來。也可以根據(jù)學科專業(yè)方向并結(jié)合自身興趣，自主選擇一個課題作為課程的設(shè)計項目，經(jīng)過系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計、電路實現(xiàn)、系統(tǒng)調(diào)試完成一個完整的電子作品；最后通過驗收、答辯、總結(jié)、演講結(jié)束課程的學習。在系統(tǒng)的制作和調(diào)試過程中，讓學生想方設(shè)法采取各種措施解決所遇到的實際問題，不斷調(diào)整參數(shù)，修改和完善設(shè)計方案，得到真正的訓練。
