电路设计流程范文

导语：如何才能写好一篇电路设计流程，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：模拟 集成电路 设计 自动化综合流程

中图分类号：TN431 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）03（a）-0062-02

随着超大规模集成电路设计技术及微电子技术的迅速发展，集成电路系统的规模越来越大。根据美国半导体工业协会（SIA）的预测，到2005年，微电子工艺将完全有能力生产工作频率为3.S GHz，晶体管数目达1.4亿的系统芯片。到2014年芯片将达到13.5 GHz的工作频率和43亿个晶体管的规模。集成电路在先后经历了小规模、中规模、大规模、甚大规模等历程之后，ASIC已向系统集成的方向发展，这类系统在单一芯片上集成了数字电路和模拟电路，其设计是一项非常复杂、繁重的工作，需要使用计算机辅助设计（CAD）工具以缩短设计时间，降低设计成本。

目前集成电路自动化设计的研究和开发工作主要集中在数字电路领域，产生了一些优秀的数字集成电路高级综合系统，有相当成熟的电子设计自动化（EDA）软件工具来完成高层次综合到低层次版图布局布线，出现了SYNOPSYS、CADENCE、MENTOR等国际上著名的EDA公司。相反，模拟集成电路自动化设计方法的研究远没有数字集成电路自动化设计技术成熟，模拟集成电路CAD发展还处于相当滞后的水平，而且离实用还比较遥远。目前绝大部分的模拟集成电路是由模拟集成电路设计专家手工设计完成，即采用简化的电路模型，使用仿真器对电路进行反复模拟和修正，并手工绘制其物理版图。传统手工设计方式效率极低，无法适应微电子工业的迅速发展。由于受数/模混合集成趋势的推动，模拟集成电路自动化设计方法的研究正逐渐兴起，成为集成电路设计领域的一个重要课题。工业界急需有效的模拟集成电路和数模混合电路设计的CAD工具，落后的模拟集成电路自动化设计方法和模拟CAD工具的缺乏已成为制约未来集成电路工业发展的瓶颈。

1 模拟集成电路的设计特征

为了缩短设计时间，模拟电路的设计有人提出仿效数字集成电路标准单元库的思想，建立一个模拟标准单元库，但是最终是行不通的。模拟集成电路设计比数字集成电路设计要复杂的得多，模拟集成电路设计主要特征如下。

（1）性能及结构的抽象表述困难。数字集成电路只需处理仅有0和1逻辑变量，可以很方便地抽象出不同类型的逻辑单元，并可将这些单元用于不同层次的电路设计。数字集成电路设计可以划分为六个层次：系统级、芯片级（算法级），RTL级、门级、电路级和版图级，电路这种抽象极大地促进了数字集成电路的设计过程，而模拟集成电路很难做出这类抽象。模拟集成电路的性能及结构的抽象表述相对困难是目前模拟电路自动化工具发展相对缓慢，缺乏高层次综合的一个重要原因。

（2）对干扰十分敏感。模拟信号处理过程中要求速度和精度的同时，模拟电路对器件的失配效应、信号的耦合效应、噪声和版图寄生干扰比数字集成电路要敏感得多。设计过程中必须充分考虑偏置条件、温度、工艺涨落及寄生参数对电路特性能影响，否则这些因素的存在将降低模拟电路性能，甚至会改变电路功能。与数字集成电路的版图设计不同，模拟集成电路的版图设计将不仅是关心如何获得最小的芯片面积，还必须精心设计匹配器件的对称性、细心处理连线所产生的各种寄生效应。在系统集成芯片中，公共的电源线、芯片的衬底、数字部分的开关切换将会使电源信号出现毛刺并影响模拟电路的工作，同时通过衬底祸合作用波及到模拟部分，从而降低模拟电路性能指标。

（3）性能指标繁杂。描述模拟集成电路行为的性能指标非常多，以运算放大器为例，其性能指标包括功耗、低频增益、摆率、带宽、单位增益频率、相位余度、输入输出阻抗、输入输出范围、共模信号输入范围、建立时间、电源电压抑制比、失调电压、噪声、谐波失真等数十项，而且很难给出其完整的性能指标。在给定的一组性能指标的条件下，通常可能有多个模拟电路符合性能要求，但对其每一项符合指标的电路而言，它们仅仅是在一定的范围内对个别的指标而言是最佳的，没有任何电路对所有指标在所有范围内是最佳的。

（4）建模和仿真困难。尽管模拟集成电路设计已经有了巨大的发展，但是模拟集成电路的建模和仿真仍然存在难题，这迫使设计者利用经验和直觉来分析仿真结果。模拟集成电路的设计必须充分考虑工艺水平，需要非常精确的器件模型。器件的建模和仿真过程是一个复杂的工作，只有电路知识广博和实践经验丰富的专家才能胜任这一工作。目前的模拟系统验证的主要工具是SPICE及基于SPICE的模拟器，缺乏具有高层次抽象能力的设计工具。模拟和数模混合信号电路与系统的建模和仿真是急需解决的问题，也是EDA研究的重点。VHDL-AMS已被IEEE定为标准语言，其去除了现有许多工具内建模型的限制，为模拟集成电路开拓了新的建模和仿真领域。

（5）拓扑结构层出不穷。逻辑门单元可以组成任何的数字电路，这些单元的功能单一，结构规范。模拟电路的则不是这样，没有规范的模拟单元可以重复使用。

2 模拟IC的自动化综合流程

模拟集成电路自动综合是指根据电路的性能指标，利用计算机实现从系统行为级描述到生成物理版图的设计过程。在模拟集成电路自动综合领域，从理论上讲，从行为级、结构级、功能级直至完成版图级的层次的设计思想是模拟集成电路的设计中展现出最好的前景。将由模拟集成电路自动化综合过程分为两个过程。

模拟集成电路的高层综合、物理综合。在高层综合中又可分为结构综合和电路级综合。由系统的数学或算法行为描述到生成抽象电路拓扑结构过程称为结构级综合，将确定电路具体的拓扑结构和确定器件尺寸的参数优化过程称为电路级综合。而把器件尺寸优化后的电路图映射成与工艺相关和设计规则正确的版图过程称为物理综合。模拟集成电路自动化设计流程如图1所示。

2.1 模拟集成电路高层综合

与传统手工设计模拟电路采用自下而上（Bottom-up）设计方法不同，模拟集成电路CAD平台努力面向从行为级、结构级、功能级、电路级、器件级和版图级的（Top-down）的设计方法。在模拟电路的高层综合中，首先将用户要求的电路功能、性能指标、工艺条件和版图约束条件等用数学或算法行为级的语言描述。目前应用的SPICE、MAST、SpectreHDL或者不支持行为级建模，或者是专利语言，所建模型与模拟环境紧密结合，通用性差，没有被广泛接受。IEEE于1999年3月正式公布了工业标准的数/模硬件描述语言VHDL-AMS。VHDL-1076.1标准的出现为模拟电路和混合信号设计的高层综合提供了基础和可能。VHDL一AMS是VHDL语言的扩展，重点在模拟电路和混合信号的行为级描述，最终实现模拟信号和数模混合信号的结构级描述、仿真和综合125，28]。为实现高层次的混合信号模拟，采用的办法是对现有数字HDL的扩展或创立新的语言，除VHDL.AMS以外，其它几种模拟及数/模混合信号硬件描述语言的标准还有MHDL和Verilog-AMS。

2.2 物理版图综合

高层综合之后进入物理版图综合阶段。物理综合的任务是从具有器件尺寸的电路原理图得到与工艺条件有关和设计规则正确的物理版图。由于模拟电路的功能和性能指标强烈地依赖于电路中每一个元件参数，版图寄生参数的存在将使元件参数偏离其设计值，从而影响电路的性能。需要考虑电路的二次效应对电路性能的影响，对版图进行评估以保证寄生参数、器件失配效应和信号间的祸合效应对电路特性能影响在允许的范围内。基于优化的物理版图综合在系统实现时采用代价函数表示设计知识和各种约束条件，对制造成本和合格率进行评估，使用模拟退火法来获取最佳的物理版图。基于规则的物理版图综合系统将模拟电路设计专家的设计经验抽象为一组规则，并用这些规则来指导版图的布线布局。在集成电路物理综合过程中，在保证电路性能的前提下，尽量降低芯片面积和功耗是必要的。同时应当在电路级综合进行拓扑选择和优化器件尺寸阶段对电路中各器件之间的匹配关系应用明确的要求，以此在一定的拓扑约束条件下来指导模拟集成电路的版图综合。

模拟电路设计被认为是一项知识面广，需多阶段和重复多次设计，常常要求较长时间，而且设计要运用很多的技术。在模拟电路自动综合设计中，从行为描述到最终的版图过程中，还需要用专门的CAD工具从电路版图的几何描述中提取电路信息过程。除电路的固有器件外，提取还包括由版图和芯片上互相连接所造成的寄生参数和电阻。附加的寄生成分将导致电路特性恶化，通常会带来不期望的状态转变，导致工作频率范围的缩减和速度性能的降低。因此投片制造前必须经过电路性能验证，即后模拟阶段，以保证电路的设计符合用户的性能要求。正式投片前还要进行测试和SPICE模拟，确定最终的设计是否满足用户期望的性能要求。高层综合和物理综合从不同角度阐述了模拟集成电路综合的设计任务。电路的拓扑选择和几何尺寸可以看成电路的产生方面，物理版图综合得到模拟集成电路的电路版图，可以认为电路的几何设计方面。

参考文献

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关键词：无刷直流电动机 反电势 DSP

中图分类号：TM33 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）05-0177-02

随着微机控制技术的发展，特别是以单片微机及数字信号处理器DSP为控制核心的微机控制技术的迅速发展，现代调速系统已进入到全数字化的调速系统时代。根据调速系统方案在MPLAB系统开发平台上运用汇编语言对电机进行反电动势过零检测法编程、调试，实现无刷直流电动机的数字控制。

1 关于电机参数的计算

1.1 调节计算

由于驱动系统在采集低速下感应电动势困难，电动机在低于800转/分时相电压难以测量，运行很不稳定，通过试验把最低转速定为800转/分。

电动机为5对磁极，电角度每转一周，即机械角度每转72度进行一次速度计算更新，所以速度调节周期要略大于速度计算周期，争取达到速度计算更新与速度调节同步。本试验设置速度调节周期为15ms。电流比例调节为每0.0001s一次，与电机频率相同。

1.2 感应电动势的计算

每次PWM时基中断以后对参考电流与三相电压采样一次，通过A/D转换转变成数字。由于在过零点的左右两侧符号不同，可以直接检测不通电相与三相电压和的差值，如果符号变化则说明经过了过零点。这样我们可以直接用3倍的感应电动势减去三相电压和。

1.3 滤除换相干扰

换相瞬间会产生电磁干扰，此时检测相电压会产生较大误差。又因为换相后感应电动势不会立即进入过零点，所以一般会延迟1-2个PWM周期，延迟后再进行过零检测。

由于刚换流时B相绕组反电势为负值，因此绕组中性点相对于负极N的电压超过直流母线电压的2/3，比换流前的/2要增大很多，B相绕组电流会随着自身反电势减小和相电压增大而加快衰减，特别是转速较高时B相绕组电流的衰减将会非常迅速。C相绕组具有较大的反相电压，因此绕组电流会增长很快，但增大的速度会随着B相绕组反电势的减小而减小。A相绕组相电压首先因中性点电压上升而减小，相电流也会因此减小。但随着B相绕组反电势减小，A相相电压又不断回升，A相绕组电流减小得到抑制并又回升，等到B相电流衰减到0时，B相绕组没有电流续流二极管关断，中性点电压恢复到/2的水平，并且A相和C相绕组电流大小相等，这时控制又进入两相斩波导通状态[1]。

1.4 换相时刻计算及其补偿

延迟时间的估算：通过电角度转过一周所用的PWM周期数除以12得到转过电角度所用的平均时间，以这个时间作为下一转六个过零点与相应的换相点之间的延迟时间。

反电势法必然存在转子位置检测误差Δθ，并最终影响无刷电机换流角（用γ1表示）。而且，由于相电压中往往含有大量干扰信号，影响电压比较器的正常工作，因此需要用无源滤波器对相电压或端电压信号进行深度滤波。随着电机工作频率的变化，滤波器的相移也会变化并影响无刷电机换流角，用γ2表示。则总的换流角γ=γ1+γ2。通常γ为负值，表示超前换流[2]。

在本试验中，通过示波器观测并与一些经验补偿角度对照，得出以下补偿角度的表格[3]。

1.5 电动机的启动

本试验采用预定位启动。

启动时先对任意两相通电，使起转到换相临界点，通过延迟1s等待电动机停止震荡。延迟后立即换相，使电动机转动。

根据动力学方程

解得电动机转一转所需的时间为：

这里延迟时间的初值设定为4.8ms。

由于无刷直流电动机在启动时电流大约是额定电流的4.5倍，所以应避免启动电流过大，如要限制启动电流大小，本试验采用改变端电压大小的软件方法限定占空比，使启动电流不超过预先设定值。假设直流母线电压作用于定子电枢绕组的时间为两相功率管导通时间，那么在忽略电枢电阻压降情况下直流母线电压主要作用于电枢电感，其公式为：

因此，如果限制定子电枢电流最大值等于允许采样电流最大值（小于启动电流值），那么可以由式（3）得到电机启动时直流母线电压占空比最大值。

根据式（4）和PWM开关周期可以确定电机零速启动时最大占空比。

这里本试验初始启动限制占空比设定为29.89%。

2 程序框图

主程序如（图1）所示。

3 结语

探讨了反电动势过零检测法补偿，通过试验观测波形针对补偿，提高了换相点精度。根据反电动势过零检测法原理，利用软件测量法替代了硬件比较电路，节约了成本，提高了系统的可靠性。

参考文献

[1]谢宝昌，任永德.电动机的DSP控制技术及其应用.北京：北京航空航天大学出版社，2005

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【关键词】EDA技术;QuartusⅡ;电子设计;VHDL

1.引言

集成电路设计不断向超大规模、低功率、超高速方向发展，其核心技术是基于EDA技术的现代电子设计技术。EDA（Electronic Design Automation，电子设计自动化）技术，以集成电路设计为目标，以可编程逻辑器件（如CPLD、FPGA）为载体，以硬件描述语言（VHDL、VerilogHDL）为设计语言，以EDA软件工具为开发环境，利用强大计算机技术来辅助人们自动完成逻辑化和仿真测试，直到既定的电子产品的设计完成。其融合了，大规模集成电路制造技术、计算机技术、智能化技术，可以进行电子电路设计、仿真，PCB设计，CPLD/FPGA设计等。简言之，EDA技术可概括为在开发软件（本文用QuartusⅡ）环境里，用硬件描述语言对电路进行描述，然后经过编译、仿真、修改环节后，最终下载到设计载体（CPLD、FPGA）中，从而完成电路设计的新技术。

以EDA技术为核心的现代电子设计方法和传统的电子设计方法相比有很大的优点，两种设计方法的流程如下图：

图1 传统电子设计流程图

图2 基于EDA的现代电子设计流程图

比较两种设计方法，基于EDA技术的现在电子设计方法采用自上而下的设计方法，系统设计的早期便可进行逐层仿真和修改，借助计算机平台，降低了电路设计和测试的难度，极大程度地缩短了电子产品的设计周期、节约了电子产品的设计成本。DEA技术极大的促进了现代电子技术的发展，已成为现代电子技术的核心。

2.QuartusⅡ软件开发环境介绍

QuartusⅡ软件是Alter公司开发的综合性EDA工具软件，提供了强大的电子设计功能，充分发挥了FPGA、CPLD和结构化ASIC的效率和性能，包含自有的综合器及仿真器，支持原理图、VHDL、VerilogHDL等多种设计输入，把设计、布局布线和验证功能以及第三方EDA工具无缝的集成在一起。QuartusⅡ与Alter公司的上一代设计工具MAX+plusⅡ具有一定的相似性，和继承性。使熟悉MAX+plusⅡ开发环境的设计人员可以快速熟练应用。相比之下，QuartusⅡ软件功能更为强大、设计电路更为便捷，支持的器件更多。增强了自动化程度，缩短了编译时间，提升了调试效率。从而缩短了电子产品的设计周期。利用QuartusⅡ软件进行电子电路设计流程如图3所示。

图3 QuartusⅡ设计流程图

3.在QuartusⅡ环境下的EDA方法设计实例

下面本文在QuartusⅡ环境下，以下降沿D触发器的设计为例来说明基于EDA技术的现代电子设计方法（本文以QuartusⅡ9.0为例）。

3.1 在计算机上安装QuartusⅡ9.0版本软件

QuartusⅡ9.0对计算机硬件配置要求不高，现阶段的主流配置完全可以满足其要求。QuartusⅡ9.0安装过程很简单，按照提示操作即可。

3.2 D触发器功能分析

从D触发器真值表可以看出，当时钟信号clk不论是高电平还是低电平，其输出q的状态都保持不变，当时钟信号clk由高电平变为低电平时，输出信号q和输入信号d的状态相同。

表1 D触发器真值表

输入d 时钟clk 输出q

× 0 不变

× 1 不变

0 下降沿 0

1 下降沿 1

3.3 D触发器的VHDL描述设计

下面给出D触发器的VHDL描述：

library ieee;

use ieee.std_logic_1164.all;

entity dff1 is

port（d，clk：in std_logic;

q：out std_logic）;

end dff1;

architecture bhv of dff1 is

begin

process（clk）

begin

if clk='1' then

q<=d;

end if;

end process;

end bhv;

上面程序在QuartusⅡ9.0环境下，经保存后进行编译，然后可进行波形仿真。

3.4 设计仿真

VHDL描述程序编译后，建立矢量波形文件，之后可以进行波形仿真，得到如下波形仿真图（如图4所示）：

图4 D触发器仿真波形图

此仿真波形符合D触发器真值表，说明电路设计正确。如果波形仿真不符合真值表，说明电路设计有问题，此时可以回到3.3步骤修改VHDL描述程序，直至仿真结果正确为止。

波形仿真正确后，可得出相应的逻辑电路图，D触发器电路图（如图5所示）如下：

图5 D触发器逻辑电路图

3.5 配置下载测试

整个电路设计、编译仿真无误后，按照FPGA开发板说明书进行引脚锁定，重新进行编译后，然后通过下载电缆线，将产生的sof文件下载至FPGA中，对电路进行测试、验证，完成电路的最终设计。

4.结束语

本文以QuartusⅡ开发环境下的实际电路设计为例，介绍了基于EDA技术的现代电子设计方法。通过设计过程可知，DEA技术在现代电子电路设计中的重要性。在电子技术飞速发展的信息时代，EDA技术也在不断发展。电子产品设计者有必要熟练掌握硬件描述语言、可编程逻辑器件以及各种主流软件开发环境，这样才可以在最短的时间内完成高质量的电子产品设计任务。

参考文献

[1]阎石.数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社（第五版），2006.

[2]刘江海.EDA技术[M].武汉：华中科技大学出版社，2009.

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>> “射频集成电路设计”课程教学改革初探 应用于相控阵收发组件的射频微波集成电路设计探讨 纳米尺度互连线寄生参数的仿真及应用于CMOS射频集成电路设计 模拟集成电路设计教学探讨 《集成电路设计》课程教学改革与探索 集成电路设计本科教学改革探索 集成电路设计与集成系统专业人才培养模式的探究 集成电路设计与集成系统专业CDIO培养模式的研究与实践 集成电路设计专业课程体系改革与实践 《数字集成电路设计原理》课程教学探索 集成电路设计作为专业核心课程设置的探讨 集成电路设计方法及IP设计技术的探讨 集成电路设计的本科教学现状及探索 模拟集成电路设计教学方法探讨 《专用集成电路设计》教学方法初探 结合集成电路设计大赛谈创新能力的培养 同步数字集成电路设计中的时钟偏移分析 《2012中国集成电路设计业发展报告》的统计及结论 模拟集成电路设计的自动化综合流程研究 以工程需求为导向的集成电路设计闭环教育研究 常见问题解答 当前所在位置：l.

[3]http：//.cn/Info/html/n14730_1.htm.

[4]http：///info/20121026/227691.shtml.

[5]冯卫东.美科学家证实电路世界第四种基本元件存在[N/OL].科技日报，2008-05-06.

[6]李九生.“微波与射频技术”课程新式教学理念应用[J].科技信息，2010，（6）.

[7]李金凤，王健，刘欢.“射频集成电路设计”课程教学改革初探[J].考试周刊，2012，(15).

[8]张银蒲.基于射频方向课程群的教学改革与创新[J].唐山学院学报，2013，（1）.

[9]王立华.虚拟网络分析仪在射频电路设计中的应用[J].电子测量技术，2012，（4）.

收稿日期：2013-09-10

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2001年我国新增“集成电路设计与集成系统”本科专业，2003年至2009年，我国在清华大学、北京大学、复旦大学等高校分三批设立了20个大学集成电路人才培养基地，加上原有的“微电子科学与工程”专业，目前，国内已有近百所高校开设了微电子相关专业和实训基地，由此可见，国家对集成电路行业人才培养的高度重视。在新形势下，集成电路相关专业的“重理论轻实践”、“重教授轻自学轻互动”的传统人才培养模式已不再适用。因此，探索新的人才培养方式，改革集成电路设计类课程体系显得尤为重要。传统人才培养模式的“重理论、轻实践”方面，可从课程教学学时安排上略见一斑。例如：某高校“模拟集成电路设计”课程，总学时为80，其中理论为64学时，实验为16学时，理论与实验学时比高达4∶1。由于受学时限制，实验内容很难全面覆盖模拟集成电路的典型结构，且实验所涉及的电路结构、器件尺寸和参数只能由授课教师直接给出，学生在有限的实验学时内仅完成电路的仿真验证工作。由于缺失了根据所学理论动手设计电路结构，计算器件尺寸，以及通过仿真迭代优化设计等环节，使得众多应届毕业生走出校园后普遍不具备直接参与集成电路设计的能力。“重教授、轻自学、轻互动”的传统教学方式也备受诟病。课堂上，授课教师过多地关注知识的传授，忽略了发挥学生主动学习的主观能动性，导致教师教得很累，学生学得无趣。

2集成电路设计类课程体系改革探索和教学模式的改进

2014年“数字集成电路设计”课程被列入我校卓越课程的建设项目，以此为契机，卓越课程建设小组对集成电路设计类课程进行了探索性的“多维一体”的教学改革，运用多元化的教学组织形式，通过合作学习、小组讨论、项目学习、课外实训等方式，营造开放、协作、自主的学习氛围和批判性的学习环境。

2．1新型集成电路设计课程体系探索

由于统一的人才培养方案，造成了学生“学而不精”局面，培养出来的学生很难快速适应企业的需求，往往企业还需追加6～12个月的实训，学生才能逐渐掌握专业技能，适应工作岗位。因此，本卓越课程建设小组试图根据差异化的人才培养目标，探索新型集成电路设计类课程体系，重新规划课程体系，突出课程的差异化设置。集成电路设计类课程的差异化，即根据不同的人才培养目标，开设不同的专业课程。比如，一些班级侧重培养集成电路前端设计的高端人才，其开设的集成电路设计类课程包括数字集成电路设计、集成电路系统与芯片设计、模拟集成电路设计、射频电路基础、硬件描述语言与FPGA设计、集成电路EDA技术、集成电路工艺原理等；另外的几个班级，则侧重于集成电路后端设计的高端人才培养，其开设的集成电路设计类课程包括数字集成电路设计、CMOS模拟集成电路设计、版图设计技术、集成电路工艺原理、集成电路CAD、集成电路封装与集成电路测试等。在多元化的培养模式中，加入实训环节，为期一年，设置在第七、八学期。学生可自由选择，或留在学校参与教师团队的项目进行实训，或进入企业实习，以此来提高学生的专业技能与综合素质。

2．2理论课课堂教学方式的改进

传统的课堂理论教学方式主要“以教为主”，缺少了“以学为主”的互动环节和自主学习环节。通过增加以学生为主导的学习环节，提高学生学习的兴趣和学习效果。改进措施如下：

（1）适当降低精讲学时。精讲学时从以往的占课程总学时的75％～80％，降低为30％～40％，课程的重点和难点由主讲教师精讲，精讲环节重在使学生掌握扎实的理论基础。

（2）增加课堂互动和自学学时。其学时由原来的占理论学时不到5％增至40％～50％。

（3）采用多样化课堂教学手段，包括团队合作学习、课堂小组讨论和自主学习等，激发学生自主学习的兴趣。比如，教师结合当前本专业国内外发展趋势、研究热点和实践应用等，将课程内容凝练成几个专题供学生进行小组讨论，每小组人数控制在3～4人，课堂讨论时间安排不低于课程总学时的30％［3］。专题内容由学生通过自主学习的方式完成，小组成员在查阅大量的文献资料后，撰写报告，在课堂上与师生进行交流。课堂理论教学方式的改进，充分调动了学生的学习热情和积极性，使学生从被动接受变为主动学习，既活跃了课堂气氛，也营造了自主、平等、开放的学习氛围。

2．3课程实验环节的改进

为使学生尽快掌握集成电路设计经验，提高动手实践能力，探索一种内容合适、难度适中的集成电路设计实验教学方法势在必行。本课程建设小组将从以下几个方面对课程实验环节进行改进：

（1）适当提高教学实验课时占课程总学时的比例，使理论和实验学时的比例不高于2∶1。

（2）增加课外实验任务。除实验学时内必须完成的实验外，教师可增设多个备选实验供学生选择。学生可在开放实验室完成相关实验内容，为学生提供更多的自主思考和探索空间。

（3）提升集成电路设计实验室的软、硬件环境。本专业通过申请实验室改造经费，已完成多个相关实验室的软、硬件升级换代。目前，实验室配套完善的EDA辅助电路设计软件，该系列软件均为业界认可且使用率较高的软件。

（4）统筹安排集成电路设计类课程群的教学实验环节，力争使课程群的实验内容覆盖设计全流程。由于集成电路设计类课程多、覆盖面大，且由不同教师进行授课，因此课程实验分散，难以统一。本课程建设小组为了提高学生的动手能力和就业竞争力，全面规划、统筹安排课程群内的所有实验，使学生对集成电路设计的全流程都有所了解。

3工程案例教学法的应用

为提升学生的工程实践经验，我们将工程案例教学法贯穿于整个课程群的理论、实验和作业环节。下面以模拟集成电路中的典型模块多级放大器的设计为例，对该教学方法在课程中的应用进行详细介绍。

3．1精讲环节

运算放大器是模拟系统和混合信号系统中一个完整而又重要的部分，从直流偏置的产生到高速放大或滤波，都离不开不同复杂程度的运算放大器。因此，掌握运算放大器知识是学生毕业后从事模拟集成电路设计的基础。虽然多级运算放大器的电路规模不是很大，但是在设计过程中，需根据性能指标，谨慎挑选运放结构，合理设计器件尺寸。运算放大器的性能指标指导着设计的各个环节和几个比较重要的设计参数，如开环增益、小信号带宽、最大功率、输出电压（流）摆幅、相位裕度、共模抑制比、电源抑制比、转换速率等。由于运算放大器的设计指标多，设计过程相对复杂，因此其工作原理、电路结构和器件尺寸的计算方法等，这部分内容需要由主讲教师精讲，其教学内容可以放在“模拟集成电路设计”课程的理论学时里。

3．2作业环节

课后作业不仅仅是课堂教学的巩固，还应是课程实验的准备环节。为了弥补缺失的学生自主设计环节，我们将电路结构的设计和器件尺寸、相关参数的手工计算过程放在作业环节中完成。这样做既不占用宝贵的实验学时，又提高了学生的分析问题和解决问题的能力。比如两级运算放大器的设计和仿真实验，运放的设计指标为：直流增益＞80dB；单位增益带宽＞50MHz；负载电容为2pF；相位裕度＞60°；共模电平为0．9V（VDD＝1．8V）；差分输出摆幅＞±0．9V；差分压摆率＞100V／μs。在上机实验之前，主讲教师先将该运放的设计指标布置在作业中，学生根据教师指定的设计参数完成两级运放结构选型及器件尺寸、参数的手工计算工作，仿真验证和电路优化工作在实验学时或课外实训环节中完成。

3．3实验环节

在课程实验中，学生使用EDA软件平台将作业中设计好的电路输入并搭建相关仿真环境，进行仿真验证工作。学生根据仿真结果不断优化电路结构和器件尺寸，直至所设计的运算放大器满足所有预设指标。其教学内容可放在“模拟集成电路设计”或“集成电路EDA技术”课程里［4］。

3．4版图设计环节

版图是电路系统和集成电路工艺之间的桥梁，是集成电路设计不可或缺的重要环节。通过集成电路的版图设计，可将立体的电路系统变为一个二维的平面图形，再经过工艺加工还原为基于硅材料的立体结构。两级运算放大器属于模拟集成电路，其版图设计不仅要满足工艺厂商提供的设计规则，还应考虑到模拟集成电路版图设计的准则，如匹配性、抗干扰性以及冗余设计等。其教学内容可放在课程群中“版图设计技术”的实验环节完成。通过理论环节、作业环节以及实验的迭代仿真和版图设计环节，使学生掌握模拟集成电路的前端设计到后端设计流程，以及相关EDA软件的使用，具备了直接参与模拟集成电路设计的能力。

4结语

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【关键词】CDIO 《电路设计软件》 教学改革

1 引言

作为通信、电子及其相关专业课程体系中的核心课程，《电路设计软件》的特点是集理论性和实践性于一体。课程教学的目的是要求学生既要掌握电路设计软件的基本操作方法，又要具备PCB设计的基本能力。在传统教学中，教师往往注重软件的基本操作过程，以至于忽略了学生工程设计能力的培养。通过对电子科技大学成都学院（以下称本院）通信工程系2012级～2013级的15名学生进行问卷调查，结果显示，其中12名学生对软件操作的流程非常熟悉，然而，一旦涉及让学生独立设计简单项目，却仅仅只有4人能够独立开展。由此可知，传统的教学方式已经不再适应时代的人才需求，完善当前的教学方法势在必行。随着社会对大学生动手能力的要求越来越高，CDIO的工程教学模式被许多高校广泛采用。大量案例证明，该模式对于提升学生的动手能力和创新能力都是行之有效的。因此，在《电路设计软件》课程中，拟采用该教学方式进行实践。

2 课程特点分析

《电路设计软件》是一门以实验教学为主的课程，主要的教学内容包括：电路设计软件的使用方法、工程项目的开发流程等。因此，课程教学的首要任务是让学生熟悉软件的操作方法。然而，该环节并非教学的主要目的，仅仅只能作为课程教学的初级目标。而实际工程项目中，掌握电路设计的能力和方法，熟悉基础的设计原理与规范至关重要，故教学中也应该将重心放在该环节中。所以，培养学生的实际工程设计能力，既是教学重点，也是教学难点。针对该难点，拟采取从实际项目出发，让学生参与到电路设计的工程项目中，主动探索问题、发现问题、解决问题，从而达到提升理论知识水平、提高强动手能力的目的。

3 基于CDIO的教学改革方案

CDIO工程教育模式的本质是让学生在“做中学”和“学中做”。因此，在教学培养方案的修订中，必须针对课程的不同知识点，开展各级项目。本课程的实例项目体系如图1所示。

图1 电路设计软件课程实例项目体系

3.1电路设计软件操作基础教学

基础教学是本院《电路设计软件》CDIO教学中的首要环节。具体的教学措施是实例引入，即在实验中将相应的知识点都用实例来说明，如电路原理图设计、报表的生成、pcb版图创建以及布线操作等。通过对各个实例的亲自操作，让学生便能够掌握软件操作基本方法。同时，为培养学生的团队意识，拟采用分组教学模式，将学生按照3～5人分组，每组配合完成每次的课堂操作练习实例。考虑学生基础问题，这些实例的选择首先是基于实际工程案例，同时兼顾学生入门要求，对难度进行控制，详细描述实例的工程应用状况，让学生明白要做什么，在做什么。针对每个实例操作相应地对每组学生进行分数评定。在实验操作过程中，对普遍出现的问题进行集中讲解，个别错误一对一讨论，以这种方式确保学生对实例的理解以及操作的掌握，为后续教学过程打好基础。

3.2电路设计技巧教学

技巧教学集中在电路设计技巧进阶，目的是让学生在掌握了软件操作技巧之后，能够更进一步对电路原理与相对高级的设计技巧有一定了解，为下一板块即项目任务板块打好基础。在传统教学中，这一部分内容往往被忽视，而在实际的工程实践中，要能够设计出满足性能要求的电路板，该方面的能力是必需的。因此，在教学中要引入一定的电路设计理论教学模块，从而培养学生创新设计能力，主要包含软件高级操作技巧，元件相关高级编辑技巧，PCB布局技巧，PCB布线技巧。同时以分组方式对各组成员完成情况进行成绩评定。在电路设计领域，设计技巧难度差异非常大。本部分教学内容经过精挑细选，力求在展示设计高级技巧的同时，全面贴合学生的实际基础水平，以“项目讲座”到“自学提高”模式，充分激发学生自我专研精神与学习兴趣，从而培养学生电路设计的实践能力。

3.3电路设计项目任务教学

贴合学生实际，精选出完整的项目任务。让学生团队完成从需求分析、方案制定，到设计出图、产品调试、成品交付的整个实际产品流程。教学内容包含分组选题与任务下达、方案讨论与定型以及资料收集整理与原理图设计、pcb版图设计布局布线、项目验收与考核。项目选择贴合专业方向，体现工程实际需求，以难度为基准进行项目分集，分为一级项目、二级项目以及三级项目。学生团队可以根据自己的基础情况进行选题，同时鼓励学生创新思路，自主提出项目研究方向，充分激发学生自我专研精神，培养学生实践开发能力。

3.4 考核形式的多样化

CDIO教学模式主要体现在让学生感受工程项目实践的过程。因此，传统的以单一上机考试成绩为评定标准的考核形式应当弱化，取而代之的是将单一成绩转变为综合成绩评定，即项目实施中的每个环节都参与到考核中。例如，在电路设计中，针对学生的原理图设计的合理性，进行阶段性的成绩评定，并以一定比例纳入总成绩。本院的《电路设计软件》课程中，成绩分布比例拟修订为：期末成绩比重为40%，考核方式为上机考试;平时成绩分为三个部分：软件基础部分15%，软件设计技巧部分15%，项目任务部分30%。

4 教学案例分析

以本院13级通信工程专业两个班为教学测试对象，为方便比较，将其定义为A班和B班。测试时间为2014―2015学年第2期。教学模式的选择上，A班沿用传统模式、B班则采用CDIO教学模式。最终，两个班都以一个含耦合电感电路的简单项目设计仿真为测试题目。学生的最终成绩，由4名本系电气工程专家根据项目完成质量，进行综合评定。考核具体情况如图2所示。

图2. A班与B班最终成绩对比

由图2可知，在实施CDIO教学模式后，B班学生在高分段、良好段以及合格段均全面高于传统模式下的A班。由此可以证明，该课程CDIO教学方案的措施，是能够促进教学质量大幅度提高的，值得推广。

5 结语

在《电路设计软件》课程教学中，引入CDIO教学模式，能够有效地培养学生钻研能力，培养学生的创造性思维，提升学生的实践动手能力。在未来的教学中，该教学模式还需要不断完善，因此，教师还需精心设计各个环节的实例与项目任务，从多个方面介绍设计软件操作、设计技巧、工程实践需求等方面，力求让学生的能力得到不断提高。

【参考文献】

[1]魏雄，陆玲.OrCAD和PADS Layout电路设计与实践[M].西安：西安电子科技大学出版社， 2010.

篇7

关键词：电子设计自动化；课程特点；教学方法

作者简介：董素鸽（1983-），女，河南叶县人，郑州大学西亚斯国际学院电子信息工程学院，助教；李华（1972-），男，河南郑州人，郑州大学西亚斯国际学院电子信息工程学院，助教。（河南郑州451150）

中图分类号：G642.41     文献标识码：A     文章编号：1007-0079（2012）11-0046-02

电子设计自动化（EDA：Electronic Design automation）是将计算机技术应用于电子设计过程中而形成的一门新技术，[1]它已经被广泛应用于电子电路的设计和仿真、集成电路的版图设计、印刷电路板（PCB）的设计和可编程器件的编程等各项工作中。

随着半导体技术及电子信息工业的不断发展，电子设计自动化技术在信息行业中的应用范围越来越广泛，应用领域也涉及产业链中的几乎任何一个环节。一方面是社会上对电子设计自动化人才的急需，另一方面是我国高校中电子设计自动化人才培养的落后，两者之间的矛盾也促使众多的高校开始在电子信息、微电子技术等专业中开设“电子设计自动化”课程。如今，该课程已成为众多信息类学科的专业必修课，这为我国电子设计自动化人才的培养和充实做出了巨大的贡献。

“电子设计自动化”课程教学效果直接影响着人才培养的质量，因此，优秀的教学方法和教学质量是教学过程中必须重视的。笔者根据近几年的教学经历，总结经验，开拓创新，形成了一套特有的教学方法，旨在培养出基础牢、思路清、知识广、能力强的电子设计自动化人才。

一、“电子设计自动化”课程教学的特点

电子设计自动化是一个较为宽泛的概念，它涵盖了电路设计、电路测试与验证、版图设计、PCB板开发等各个不同的应用范围。而当前“电子设计自动化”课程设置多数侧重电路设计部分，即采用硬件描述语言设计数字电路。因此，该课程的教学具非常突出的特点。

1.既要有广度，又要有深度

有广度即在教学过程中需要把电子设计自动化所包含的各个不同的应用环节都要让学生了解，从而使学生从整个产业链的角度出发，把握电子设计自动化的真正含义，以便于他们建立起一个全局概念。有深度即在教学过程中紧抓电路设计这个重点，着重讲解如何使用硬件描述语言设计硬件电路，使学生具备电路设计的具体技能，并能够应用于实践和工作当中。

2.突出硬件电路设计的概念

在众多高校开设的“电子设计自动化”课程中，多数是以硬件描述语言VHDL作为学习重点的。而VHDL语言是一门比较特殊的语言，与C语言、汇编语言等存在很大的不同。因此，在教学过程中首先要让学生明白这门语言与前期所学的其他语言的区别，并通过实例，如CPU的设计及制造过程，让学生明白VHDL等硬件描述语言的真正用途，并将硬件电路设计的概念贯穿整个教学过程。

3.理论与实践并重

“电子设计自动化”是一门理论性与实践性都很强的课程，必须两者并重，才能收到良好的教学效果。在理论学习中要突显语法要点和电路设计思想，[2]并通过实践将这些语法与设计思想得以加强和巩固，同时在实践中锻炼学生的创新能力。

二、“电子设计自动化”课程教学方法总结

良好的教学方法能起到事半功倍的效果。因此，针对“电子设计自动化”课程的教学特点，笔者根据近几年的教学经验总结了一些行之有效的教学方法。

1.以生动的形式带领学生进入电子设计自动化的世界

电子设计自动化对学生来说是一个全新的概念。如何让他们能够快速地进入到这个世界中，并了解这个世界的大概，从而对这个领域产生兴趣，是每个老师在这门课授课之前必须要做的一件事情。教师可以采用一些现代化的多媒体授课技术，让学生更直观地了解电子设计自动化。由于电子设计自动化是一个很抽象的概念，因此，可以通过播放视频、图片等一些比较直观的内容来让学生了解这个领域。从学生最熟悉的电脑CPU引入，通过一段“CPU从设计到制造过程”的视频，让学生了解集成电路设计与制造的流程与方法，并引出集成电路这个概念。

通过早期的集成电路与现在的集成电路的图片对比，引出EDA的概念，并详细讲解EDA对于集成电路行业的发展所作的巨大贡献。在教学过程中，通过向学生介绍一些使用EDA技术实现的当前比较主流的产品及其应用，提高学生对EDA的具体认识。这些方法不仅使学生对EDA相关的产业有了相应的了解，更激发了学生的学习兴趣，使学生能够踊跃地投入到“电子设计自动化”的学习中。

2.以实例展开理论教学

“电子设计自动化”的学习内容包含三大部分：[3]硬件描述语言（以VHDL语言为学习对象）、开发软件（以QUARTUS II为学习对象）和实验用开发板（以FPGA开发板为学习对象）。

硬件描述语言的学习属于理论学习部分，是重中之重。对于一门编程语言的学习来说，语法和编程思想是学习要点。在传统的编程语言学习的过程中，通常都是将语法作为主线，结合语法实例逐渐形成编程思想。这种学习方法会使学生陷入到学编程语言就是学习语法的误区中，不仅不能学到精髓，还会因为枯燥乏味而产生厌倦感。

如何能使学生既能掌握电路设计的方法，又轻松掌握语法规则是一个教学难题。笔者改变传统观念，将编程思想的学习作为教学主线，在理论学习过程中，以具体电路实例为基础，引导学生从分析电路的功能入手，熟悉将电路功能转换为相应的程序语句的过程，并掌握如何将这些语句按照规则组织成一个完整无误的程序。在此过程中，不断引入新的语法规则。由于整个过程中学生的思考重点都放在电路功能的实现上，而语法的学习就显得不那么突兀，也不会产生厌倦感。由于语法时刻都需要用到且容易忘记，因此在后期的实例讲解过程中需要不断地巩固之前所学过的语法现象，以避免学生遗忘，以此让学生明白，学习编程语言的真正目的是为了应用于电路设计。通过一些实践，学生体会到语言学习的成就感，进一步提高了学习兴趣，此方法收到了良好的教学效果。

3.将硬件电路设计的概念贯穿始终

硬件描述语言与软件语言有本质区别。很多学生由于不了解硬件描述语言的特点，在学习过程中很容易将之前所学的C语言等软件编程语言的思维惯性的应用于VHDL语言的学习过程中，这对于掌握硬件电路设计的实质有非常大的阻碍。因此，在教学过程中，从最初引入到最后设计电路，都要始终将硬件电路设计的概念和思维方式贯穿其中。

在讲述应用实例时，需要向学生分析该例中的语句和硬件电路的关系，并强调这些语句与软件语言的区别。以if语句为例，在VHDL语言中，if语句的不同应用可以产生不同的电路结构。完整的if语句产生纯组合电路，不完整的if语句将产生时序电路，如果应用不当，会在电路中引入不必要的存储单元，增加电路模块，耗费资源。[4]而对于软件语言，并没有完整if语句与不完整if语句之分。为了让学生更深刻地理解不同的if语句对应的硬件电路结构特性，可以通过一个小实例综合之后的电路结构图来说明。

如以下两个程序：

（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）两个程序唯一的不同点在于：程序（1）中使用的是elsif语句，是一个不完整的if语句描述，而程序（2）使用的是else语句，是一个完整的if语句描述。这一条语句的区别却决定了两个程序的电路结构有很大的不同。（1）综合的结果是一个时序电路，电路结构复杂，如图1所示。而（2）综合的结果是一个纯组合电路，电路结构非常简单，如图2所示。通过综合后的电路图比较，学生更深刻理解这两类语句的区别。

强化硬件电路设计的思想，可以促使学生逐渐形成一种规范、高效、资源节约的设计风格，培养一个优秀的硬件电路设计工程师。

4.通过实践拓展强化学生动手能力

“电子设计自动化”是一门实用性很强的课程，学生在学完该课程后必须具备一定的硬件电路设计和调试的能力，因此在教学中需要不断地用实践训练来强化学生在课堂所学习的理论知识，并使他们达到能够独立设计较复杂硬件电路的能力。

笔者在教学过程中鼓励学生将课程实践和毕业设计内容相结合的方法，让学生强化实践能力，收到了良好的效果。学习“电子设计自动化”课程的学生基本上都是即将进入大四，此时他们的毕业设计已经开始进入选题，开始了初步设计的过程。笔者先在实验课堂向学生布置一些常用硬件电路设计的题目，比如交通灯、自动售货机、电梯控制器等，让学生体会电子设计自动化课程的实用性，激发他们的思考和学习兴趣。在此基础上分组组建实践小团队，让每组学生共同完成一个较复杂的电路系统，比如遥控小车、温度测控系统等，鼓励他们将所做的内容与毕业设计对接。其中大部分同学通过这些训练都可以掌握硬件电路设计的基本方法和流程，有一部分同学还能设计出比较出色的作品。此过程不仅让学生体会到了学习知识的快乐，也培养了他们的团队协作精神，为他们以后的继续深造和工作做了铺垫。

三、结束语

掌握“电子设计自动化”课程的特点，有针对性地改善教学方法，充分调动学生的学习积极性，强化理论和实践教学相结合，一方面使学生把握课程的全局性，了解和熟悉电子设计自动化行业的状况和最新动态；另一方面培养学生具有扎实的理论基础和良好的动手能力，培养出厚基础、重实践、有创新的高素质人才，具有重要的社会意义。

参考文献：

[1]潘松,黄继业.EDA技术与VHDL(第二版)[M].北京:清华大学出版社,2007.

[2]Roth,C.H.数字系统设计与VHDL[M].金明录,刘倩,译.北京:电子工业出版社,2008.

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关键词：CDIO理念；数字电路设计；实践环节教学

一、引言

CDIO理念是由麻省理工学院等四所大学所创立，是一种全新的课程教学理念，主要涵盖12项标准，关注学生可操作性能力培养，使学生能够在主动、积极的学习态度下，更加灵活、深入地参与到课程教学实践活动中。CDIO理念在数字电路设计实践环节教学改革中的应用，有助于学生综合实践能力的提升，对学生未来的工作与发展能够产生重要的影响。本文基于CDIO理念的内容，分析数字电路设计实践环节教学的相关方式，以期能够不断提升学生的综合实践水平。

二、CDIO理念在数字电路设计实践环节教学中应用的价值

CDIO理念在数字电路设计实践环节中的应用，符合课程教学的客观要求，能够为学生未来的发展奠定良好的基础。第一，符合课程教学的客观要求。硬件课程入门相对较难，实践环节是提升学生理论知识联系实践的重要方式，将CDIO理念融入数字电路设计实践环节中，有助于丰富课程教学的内容，转变单一的教师讲授课程教学方式，在充分激发学生实践探究兴趣、实践参与热情的基础上，培养学生问题分析能力、问题解决能力，为学生数字电路设计综合能力的提升奠定良好的基础。[1]第二，符合社会用人的实际需求。信息化时代背景下，社会中用人单位对数字电路设计人才的需求不断增加，将CDIO理念融入教学实践环节中，通过针对性的情境设计、案例分析等方式，能够使学生在实验参与、实验设计的过程中，形成一定的综合问题分析能力，培养学生的创新意识与创新能力，为学生未来的工作与发展奠定良好的基础。

三、基于CDIO理念的数字电路设计实践环节教学改革对策

素质教育理念下，基于CDIO理念的数字电路设计实践教学环节教学，可以通过基于课程教学的目标，循序渐进开展综合实验活动；开展合作探究的活动，增强学生实际电路设计能力等方式循序渐进的展开。第一，基于课程教学的目标，循序渐进开展综合实验活动。明确的课程教学目标设计，能够使各项数字电路设计实践教学环节能够循序渐进的展开，对学生知识的逐渐学习以及能力的不断提升，能够产生积极的影响。教师可以结合课程教学内容进行教学目标的设计，基于CDIO标准中3、5、7的要求，结合尝试教学的方法，鼓励学生多尝试、多参与。[2]教师可以将数字电路设计课程教学实践环节分成两个层次，从最基础的入门级电路编程开始，难度逐渐提升，最后使每一位学生均能够完成实际的案例综合实验，初步具备实际的工程能力。实验教学环节中，教师需要秉持着良好的教学态度，平等对待每一位学生，给予学生充足的实验参与时间，并引导学生积极表述自己的观点，保证综合实验教学活动开展的效果。第二，开展合作探究的活动，增强学生实际电路设计能力。尝试性实验的方式能够缓解学生的心理压力，教师需要给与学生更多的鼓励与支持。素质教育理念下不仅仅关注学生知识与技能的掌握情况，同时也比较关注学生合作意识、探究意识以及创新意识的培养。[3]素质教育理念下，教师可以通过开展合作探究活动的方式，将2名到4名学生划分为一个小组，并且通过任务、资料查找、实验验收以及撰写实验报道等方式，不断提升学生的实际工程能力，使各项数字电路设计实践教学活动能够更加贴近于科研项目研究流程，贴近于学生的实际生活。[4]比如教师可以为学生布置“编写出租车计费器、电梯控制器以及自动售货机”的相关任务。学生通过分组合作的方式，每一位学生负责完成一个项目，学生需要通过小组合作的方式，在规定的时间内完成项目合作。学生需要明确分工每一个人的工作，通过方案的设计、可行性的论证以及相关资料的查找等方式，完成实验设计工作。在实验参与的过程中，形成一定的合作意识与探究能力，学会合作、学会分析。学生完成合作实验项目后，还需要进行实验报告的撰写，培养学生的逻辑分析能力。

四、结束语

信息化时代背景下，人才综合实践能力将会直接影响人才的综合发展情况。教师可以通过基于课程教学的目标，循序渐进开展综合实验活动；开展合作探究的活动，增强学生实际电路设计能力等方式，将CDIO理念与数字电路设计实践教学环节相互融合，为学生带来全新的数字电路设计实践学习体验，使每一位学生都能够在实验参与、实验设计的过程中，形成一定的综合问题分析能力，真正体验实践教学的价值，促进学生的全面发展。

参考文献：

[1]郝勇静，孟晓彩，谢娟，等.基于CDIO教育理念的工科物理化学课程教学改革与实践[J].邯郸职业技术学院学报，2013，04（12）:74-76.

[2]潘劲松.基于项目式教学的《高等数学》课程整体设计研究——以湖南机电职业技术学院电类专业为例[J].职业时空，2016，01（23）:43-46+55.

[3]李道真，吴晓娟，郝艳荣，等.本科模拟电路理论及实验课程教学内容和教学方法的改革与实践[J].华北航天工业学院学报，2011，S1（13）:90-91+97.

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电路设计

当有了产品的排布规划后，电子工程师开始设计电路。一般可以把电路分为两个主要的组成部分：基本电路和重要电路。基本电路包含一些被动组件和主动组件。被动组件包括电阻、电容、电感、二极管等；主动组件包含专用集成电路（ASIC）,中央处理器（CPU）,控制器（Controller）,内存（Memory）,传感器（Sensor）,驱动器（driver）,逻辑芯片（LogicIC）,电源芯片（PowerIC）等。重要电路包含前端（AFE）、中央处理器专用集成电路（CPUASIC）、固件内存（FirmwareMemory）、接口（Interface）等。然后将需要要完成的电路分割成多个单元，并画出一个能表示各个单元功能的原理框图。在设计过程中，要考虑到可靠、经济等因素，对每一单元电路进行可行性分析和优缺点分析。

在设计电路的过程中需要注意以下几点：

（1）详细拟定单元电路的性能指标以及与前后级之间的关系，分析电路的组成形式。具体制作时，可以模拟成熟的先进电路，也可以进行创新，但都必须保证性能要求。单元电路本身不仅要制作合理，各个单元之间也要互相配合，要注意各个部分的输入信号、输出信号以及控制信号之间的关系。

（2）组件的工作电流、电压、频率和功耗等参数应能满足电路指标的要求。

（3）元器件的极限参数必须留有充裕量，一般应大于额定值的1.5倍。

绘制电路图

当我们的电路设计完成后，机构结构部分的设计也已经初步完成了，这样接下来我们就要开始绘制电路图了。绘制电路图前需要一个布线控制图（controldrawing）。件，哪个地方可以放多高的组件等讯息。有了布线控制图（Controldrawing）,再加上我们前面完成的系统框图、各部分电路设计、器件选择完成的基础上，就可以进行电路图的绘制。电路绘制有很多的注意事项，重点需要注意以下几点：

（1）布局合理、排列均匀。每一单位电路的组件尽量集中布置在一起。

（2）注意信号的流向。一般从输入端或信号源开始，按照信号的流向依次排向各单元电路，而反馈通路的信号则与此相反。

（3）PCB板上的信号走线尽量不换层，数字器件和仿真器件要分开，尽量远离。

（4）贴片（SMT）或双列直插（DIP）有极性元件的正极需统一方向，标识清楚。PCB的每条路线（TRACE）都要有一个作为测试用的测试点（TESTPAD）。

（5）跟EMI工程师讨论确定主要零件的摆放、power的规划、高速讯号走线、模拟讯号的走线。这是因为即使在整个PCB板中的布线完成得都很好，但由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰，会使产品的性能下降，有时甚至影响到产品的成功率，好的布局可增加生产速度，降低不良率，降低产品成本，提升产品竞争力。

硬体（H/W）和韧体（F/W）的配合

设计完成了还不够，要让各功能实现还需要韧体（F/W）的配合，H/W工程师必须了解如何控制自己所设计的机台,而控制的方式就要提供输入输出映射（IOMapping）给F/W工程师,让F/W工程师知道怎么控制，IOMapping是指在专用集成电路（ASIC）上有可控制的IO端，且这些IO端口是由硬体工程师自己去定义要控制哪些部分。

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    引言

    本次设计主要采用TI公司生产的32位浮点数字信号处理芯片TMS320VC33作为系统的主控芯片；采用Analog公司生产的16位模数转换芯片AD976作为模数转换芯片；采用Linear公司生产的八阶开关电容式低通滤波器LTC1064－2作为硬件滤波芯片。本系统功能的实现主要分为两个部分即：硬件电路设计和DSP软件程序设计。

    1. 硬件电路设计

    考虑到系统功能的实现，硬件电路设计主要分为四个部分即：信号前置处理和信号滤波处理、信号AD转换、DSP功能实现，计算机接口电路。系统框图如图1：

    1.1 信号前置处理和滤波处理

    信号前置主要是通过DG419二选一模拟开关对两个量程的信号进行切换选通，DG419的控制端由DSP直接控制，模拟信号通过DG419送给LF356运算放大器，进行信号的放大和一级滤波。这里用运算放大器人为作了一个二阶滤波器，将信号整形处理幅值为±10V的准备供给AD的电压信号。通过前置处理的模拟信号经过DG419进行选择由DSP控制分成两种情况即通过LTC1064－2滤波通道或者直接送给AD976，通过LTC1064－2的将前置信号的高频滤掉，滤波器的转折频率由DSP提供的滤波时钟控制。

    1.2 模数转换

    信号经前置整形和滤波后的±10V电压信号送到模数转换器AD976，一个模拟量经AD转换后产生16位数字电压量，在转换结束后由AD976的BUSY管脚的状态给后面的74HC574一个锁存脉冲，将16位数字量信号锁存到74HC574上，等待DSP来读取数据。这里面AD976的转换及前置DG419的信号选通都是由DSP主控的，从时间上能够保证读取AD转换后的有效数据。

    1.3 DSP功能实现

    TMS320VC33是TI公司生产的高性能浮点数字信号处理芯片，根据DSP芯片本身的特点需要考虑几个方面：

    (1) 电源供给

    DSP本身使用3.3V工作电压，使用1.8V锁向环电压，需要采用TI公司推荐的电源芯片TPS767D318将＋5V电源电压转换成3.3V和1.8V。

    (2) 晶振产生电路

    根据使用的晶振不同采用的晶体振荡起振电阻和电容不同，这里采用10M晶振，起振电阻和电容分别选用470欧姆和15pF电容。

    (3) 锁向环电路

    锁向环需要采用推荐电路，注意用的电阻分别为100欧姆和103电容。

    (4) 电平转换电路

    由于DSPVC33只能接受3.3V电平信号，因此需要用电平转换芯片74LVT245进行电平转换，同时考虑对74LVT245的读写逻辑操作。

    1.4 计算机接口电路设计

    计算接口电路框图如图2所示。

   

    计算机接口电路主要完成计算机与DSP通信的功能。计算机通过给DSP一个硬件中断向DSP发送数据，当DSP响应硬件中断后通过程序将中断清除。计算机通过逻辑控制数据判断FIFO状态，决定读取FIFO数据的时间。这样完成了DSP与上位计算机的接口。

      

 

    2． DSP软件程序设计

    DSP软件程序设计主要完成发送通道选择采样时钟、滤波时钟；采集AD数据；处理AD数据（包括数字滤波和数据整理）；保存数据到FIFO存储器；处理硬件中断。DSP软件程序流程图如图3、图4、图5所示。