电路设计基础知识范文

导语：如何才能写好一篇电路设计基础知识，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。

篇1

【关键词】断相与相序保护；水泵保护器；延时继电器；曝气；除铁锰

1.前言

大功率广播电台大都远离繁华的城区，台区生活用水都靠自台解决，即从深井内抽水供台区使用。953台区仅有一路水源，多次出现潜水泵和供水系统故障导致全台停水，曾经冬季潜水泵故障造成长时间停水，导致供暖、供水管道冻坏，经济损失严重。为保障台区供水连续性，确保台区干部职工生活及安全播出工作不受影响，在水泵房附近又新建一个水泵房，为台区提供备份水源。两路水源经水质化验，铁锰均超标，长时间饮用会严重影响身体健康。为保障台区干部职工身体健康，必须增加除铁锰设备，如果两个水泵房都安装除铁锰设备，必然增加投入及维护成本。为此，在原水泵房内安装除铁锰设备，采取多种保护措施，自主设计组装供水系统，两个水泵房定时切换将井水送到原水泵房内进行除铁锰过滤，过滤水送到存水箱中，通过恒压变频供水系统将净水送到台区。

2.两路水源共用一套除铁锰过滤系统控制电路

2.1 两台潜水泵自动/手动启停控制

1#水泵房为原有水泵房，2#水泵房为新建的，它们各有一口80米深井，各用一台潜水泵（三相电动机功率5.5kW、扬程100米、流量10T/H）从井内向上抽水。为保障台区不间断供水，两台潜水泵互为主备，为防止主用泵长期运行磨损严重，备用泵长期不用，造成锈蚀等损失，1#、2#潜水泵实行定时交替切换，确保两台潜水泵运行时间均等，延长电动机和水泵使用寿命，潜水泵电机功率5.5kW，功率不大，采取直接工频启动方式。图1所示两台潜水泵供水控制原理图。

图1中1#水泵房、2#水泵房中潜水泵将井水通过管道送入1#水泵房曝气水箱中，两泵房间敷设6芯控制电缆。下面通过主电路和控制电路结构来介绍两台潜水泵自动/手动控制原理：

2.1.1 主电路结构

（1）1#水泵房潜水泵控制柜：三相交流电源经过QF1空开分为两路：一路接QF3空开1#潜水泵交流接触器KM1热继电器FR1（主要用于三相交流电动机的过载与断相保护）1#潜水泵电动机；另一路为A相电源和零线接QF2空开气泵交流接触器KM2气泵（空气压缩机）。

（2）2#水泵房潜水泵控制柜：三相交流电源经过QF空开2#潜水泵交流接触器KM热继电器FR2#潜水泵电动机。

2.1.2 控制电路结构

（1）1#水泵房潜水泵控制柜：QF3空开后端接XJ1（型号XJ3-G断相与相序保护继电器，三相电路中任一相开路或反相时，XJ1立即动作，断开控制回路，达到保护电动机的目的），A相电源经F1保险接自动/手动开关SA1 1.3，处于自动位置时，SA1 1.3-2接到RT延时继电器（型号JS14S，按预定时间接通或分断电路，本系统采用1～999分钟，设置720分钟）RT-1，电源零线接RT-2；RT带电计时工作，A相电源经RT8-6常闭接点1#潜水泵KM1线圈曝气水箱浮球开关（高停低启）热继电器FR1常闭接点XJ15-6常开接点中间继电器KA1常开接点（DF-96B水泵保护器通过放置在深井中的三条水位检测探头，检测井内是否水，通过对中间继电器KA1线圈加电和失电，防止井水被抽干，造成潜水泵空转损坏）电源零线；若上述保护正常及曝气水箱缺水时，KM1线圈带电吸合，1#潜水泵运转，向曝气水箱内注水。SA1处于手动位置时，A相电源接1#潜水泵手动开关SA2-3，因2#潜水泵启停控制采用2#水泵房水泵控制电源，两泵房潜水泵电源不能合用一个电源，所以增加联动开关SA1和SA2进行有效隔离。

在QF2空开后端，A相电源接气泵交流接触器KM2线圈气泵控制开关SA0 1.3-4（手动位置）电源零线；气泵工作，将产生的气体通过管道送入曝气水箱中，曝气水箱具有贮存井水，对后续用水量起到缓解的作用，曝气是对井水进行前期处理，改善供水水质，使之达到要求。除铁锰过滤器是利用滤料表面活性滤膜的催化作用，当曝气含氧水流经过砂滤层时，由于滤料的接触催化作用，水中的铁、锰离子开始氧化，使水中的铁锰离子在滤料表面形成含有结晶水的活性氧化膜，依靠物理截留吸附作用去除。曝气除铁是向水中充氧使二价的重碳酸亚铁氧化成三价的氢氧化铁，其反应式为：。

SA0处于自动位置时，A相电源KM2线圈SA0 1.3-21#潜水泵KM1常开接点一端控制线2#潜水泵KM常开接点一端；2#潜水泵KM常开接点另一端控制线1#潜水泵KM1常开接点另一端电源零线；实现1#潜水泵和2#潜水泵工作时，气泵就立即启动，对曝气水箱进行曝气。

运行状态及故障指示电路：

KM1辅助常开接点闭合，HL1指示灯亮，指示1#潜水泵工作；KM1辅助常闭接点闭合，KM2辅助常开接点闭合，相当于KM辅助常开接点闭合，HL2指示灯亮，指示2#潜水泵工作；KA1常闭接点闭合，HL3指示灯亮，指示1#井内缺水；FR1常开接点闭合，HL4指示灯亮，指示1#潜水泵电动机过载；KM2辅助常开接点闭合，HL5指示灯亮，指示气泵工作。

（2）2#水泵房潜水泵控制柜：QF空开后端接XJ断相与相序保护继电器，C相电源F保险SA本地启停开关KM交流接触器线圈控制线1#水泵房潜水泵控制柜RT 3-4常开触点控制线2#水泵房潜水泵控制柜控制线1#水泵房曝气水箱浮球开关（高停低启）控制线FR常闭接点控制线XJ 5-6常开接点中间继电器KA常开接点电源零线。

运行状态及故障指示电路：

KM辅助常开接点闭合，HL1指示灯亮，指示2#潜水泵工作；XJ7-8常闭接点闭合，HL2指示灯亮，指示三相电源缺相或反相；KA常闭接点闭合，HL3指示灯亮，指示2#井内缺水；FR常开接点闭合，HL4指示灯亮，指示2#潜水泵电动机过载。

（3）自动/手动启动2#潜水泵：

①自动启动：RT预设时间到，RT8-6常闭接点断开，KM1线圈失电释放，1#潜水泵停转，停止向曝气水箱注水；RT 3-4常开接点吸合，经两条控制线接入2#水泵房潜水泵控制电路中，使C相电源F保险SA启停开关KM交流接触器线圈控制线1#水泵房潜水泵控制柜RT3-4常开接点控制线2#水泵房潜水泵控制柜控制线1#水泵房曝气水箱浮球开关（高停低启）控制线FR常闭接点控制线XJ 5-6常开接点中间继电器KA常开接点电源零线，若上述保护正常及曝气水箱缺水时，KM2得电吸合，2#潜水泵运转。

②手动启动：SA1开关置于手动位置，1#潜水泵控制A相电源经SA1 1.3-4接到SA2 3上，2#潜水泵控制C相电源经SA1 7-8接到SA2 1上。如果选择1#潜水泵，SA2置于1#潜水泵位置，SA2 3-4接通，KM1线圈得电，1#潜水泵工作；选择2#潜水泵，SA2置于2#潜水泵位置，SA2 1-2接通，KM线圈得电，2#潜水泵工作。

2.2 除铁锰过滤设备工作原理

通过市场考察除铁锰设备，根据台区实际用水量最大5m3/H，决定采用5m3/H除铁锰过滤系统，系统出水水质可达到我国生活饮用水卫生标准铁含量

除铁锰过滤设备工作流程：1#、2#井水定时交替送到曝气水箱中，增压水泵控制箱控制1#、2#增压水泵（型号SGL40-160三相电动机功率2.2kW、扬程32米、流量6.3m3/H）定时交替运行，为除铁锰过滤系统提供流量及压力；增压水泵启动需满足两个条件：一是存水箱中的水低于最低水位时，即浮球开关接点导通；二是曝气水箱中的水在最高水位时，浮球开关接点导通。除铁锰滤罐内装有质量优良、晶粒致密、机械强度大、化学活性强、不易破碎、不溶于水的天然锰矿砂，具有最强的截污能力、最大的氧化催化作用和最小的反冲洗流失率，用于降低含氧井水的铁、锰离子。多路阀头采用微电脑控制，人为设置定时，进行正冲和反冲，使除铁锰滤罐保持最佳状况；除铁、锰过滤后的水再经过精密过滤器进一步过滤，滤除处理后流失的滤料或未过滤除掉的大于5μm的污染物颗粒，再经紫外线杀菌器进行杀菌后，变成净水后送入存水箱，再通过恒压变频供水系统将水供给台区。

2.3 原水增压水泵启动控制电路

为保障除铁锰系统可靠运行，两台增压水泵采用多种保护措施，可进行手动/自动切换控制。图3所示增压水泵控制原理图。

增压水泵控制柜原理：

（1）主电路：三相交流电源经过QF1空开分为两路供电，一路接1#水泵交流接触器KM1热继电器FR11#水泵电动机；另一路接2#水泵交流接触器KM2热继电器FR22#水泵电动机。

（2）控制电路：QF1空开后端接XJ断相与相序保护继电器，C相电源F保险（自动/手动）开关SA1 1.3，SA1开关处于自动位置时，SA1 1.3-2接通，HL1（自动）指示灯与零线构成回路发光，C相电源接延时继电器RT-1，RT-2接零线，RT带电计时工作（预设720分钟），同时SA1 5-6接通，使C相电源RT3-5常闭接点2#泵KM2常闭接点1#泵KM1线圈FR1常闭接点曝气水箱浮球开关（高启低停）存水箱浮球开关（高停低启）缺相保护器XJ常闭接点电源零线；若FR1热继电器保护正常、曝气水箱不缺水、存水箱缺水时，KM1得电吸合，1#泵运转。当RT预设时间到时，RT3-5常闭接点断开，KM1线圈失电释放，1#泵停转；RT3-4常开接点吸合，C相电源RT3-41#泵KM1常闭接点2#泵KM2线圈FR2常闭接点曝气水箱浮球开关（高启低停）存水箱浮球开关（高停低启）缺相保护器XJ 5-6常开接点电源零线；若FR2热继电器保护正常、曝气水箱不缺水、存水箱缺水时，KM2得电吸合，2#泵运转。

SA1开关处于手动位置时，HL2（手动）指示灯与零线构成回路发光，C相电源接到SA2（1#/2#）开关公共端，SA2开关置于1#泵位置，KM1得电吸合，1#泵运转；置于2#泵位置，KM2得电吸合，2#泵运转。不论在自动还是手动方式下，KM1带电吸合，1#水泵指示灯HL3发光；KM2带电吸合，2#水泵指示灯HL4发光。

2.4 恒压供水系统控制

根据台区用户实际需求和维护便利设计恒压变频供水控制系统，采用微机供水控制器作主控单元，与远传压力表、交流接触器、转换开关、热继电器、中间继电器、变频器等部件组成恒压变频供水控制系统。远传压力表安装在水泵出水管上，实时显示当前水压，反馈输出相应电信号送至微机供水控制器，控制变频器的输出。

恒压变频控制供水系统具有自动化程度高，停电或停水自动停机，来电来水自动开机。根据用水量，自动调整水泵转速，无需人工操作。定时换泵，当1#泵工作时间达到设定值后，控制器自动停止1#泵，启动2#泵，保证两台水泵运行时间均等，延长电动机和水泵使用寿命。具有手动/自动两种工作方式，操作简单，实用性强，确保台区供水连续性。

3.结束语

实现两水泵房潜水泵定时交替对曝气水箱供水，共用一套除铁锰过滤系统，实现设备24小时无人值守供水，确保台区用水的连续性及保障职工身体健康。该系统采用缺相、反相保护、缺水保护、过载保护等功能，设备运行稳定可靠，使用和维护方便。

参考文献

[1]中华人民共和国国家标准.生活饮用水卫生标准. GB 5749-2006.

篇2

模拟电路课程支撑的能力包括：阅读电子元器件技术文件和电原理图的能力、单元电路设计能力、电路综合设计能力、计算机辅助设计能力、编写设计文件的能力。依据能力目标的不同，可以划分不同的任务类型，并据此确定任务目标，设计任务结构。

关键词：模拟电路电路设计教学模式

以大规模集成工艺为依托的各种数字电路问世以来，由于其相对模拟电路的高可靠性和灵活性，逐渐取代了各种传统的模拟电路的应用领域。但是现实的物理世界毕竟是模拟的，因此，任何数字化系统都包含有模拟电路部分，模拟电路并没有因数字电路的兴起而被完全取代。模拟电路课程仍然是电子工程、电气工程、自动控制、通信等涉电类专业的核心课程之一。

模拟电路课程的重要性还在于无论从工程技术还是专业能力结构而言，模拟电子技术都处于较为底层的位置，通过该课程的学习获取的知识、经验、工程技术方法是顺利学习上述专业几乎所有其它专业课程的基础。

模拟电路是教学难度相对较大的课程。其学习的困难性在于，学生是第一次接触以半导体器件为核心的有源电路；模拟电路“数字化”、结构化程度低，表现出的物理现象和涉及的数学工具又较为复杂；模拟电路的工程技术方法很难实现程序化，常常需要依赖经验知识解决问题。

电路设计是电子技术人员的工作邻域和具有典型性的工作过程，模拟电路设计过程相当完整地体现了模拟电路技术应用能力的内容和要求。构建基于模拟电路设计的学习任务，依据设计工作过程组织教学活动，能够较好地实现培养模拟电子技术应用能力的教学目标。

1、工作过程、能力与任务类型

一个较完整的电子系统电路设计的工作过程，包括：技术指标分析，方案设计，单元电路设计与参数调整，电路综合联调与性能测试。通过对模拟电路设计工作内容和过程的分析，完成电路原理设计过程必须具备的、应由模拟电路课程支撑的能力包括：阅读电子元器件技术文件和电原理图的能力、单元电路设计能力、电路综合设计能力、计算机辅助设计能力、编写设计文件的能力。因此模拟电路课程的学习任务有4种类型：识读电原理图和技术资料、单元电路设计与电路综合、计算机仿真测试、编制设计文件。

单元电路设计与电路综合是基本任务，它引领其它类型任务和整个项目的实施完成。

不同类型的任务可以根据设计任务的需要和本身的复杂程度，作为单独的任务存在，与相关的设计任务共同组成学习项目，也可以作为完成设计的准备知识存在于设计任务之中。例如，反馈放大器设计可以作为一个学习项目，由识读反馈放大电路原理图、反馈放大电路性能分析、反馈放大电路设计3个关联的任务组成。

识读电原理图和阅读元器件技术文件是基本能力。电路设计，特别是在原理设计和电路结构设计时，极少原理性的创新，绝大多数是对已有电路的适用性改进和重新组合，这种改进和组合需要阅读已有的设计资料，借鉴他人的技术经验和成果；为提高电路性能，降低成本，提高工作效率，往往需要在电路中采用新出现的电子元器件，例如集成电路芯片，需要阅读生产方提供的产品规格书及典型应用电路。识读电原理图和技术文件对于形成和提高电路设计能力具有基础性的意义。

目前，电子电路计算机辅助设计（EDA）包括电子工程设计的全过程，例如系统结构模拟、电路特性分析、在系统可编程器件开发、绘制电路图和制作PCB。在电子工程设计中有着不可替代的重要作用，是电子工程技术人员必须具备的专业技术能力之一。在模拟电路课程的学习任务中，主要是指应用计算机完成电路图绘制、电路性能和参数的仿真测试与分析、编制设计文件等工作。

在电路设计的实际工作过程中，编写设计文件是重要的工作内容和不可缺少的环节。没有设计文件，无法进行初步设计完成以后的后继工作。对于学习任务而言，编写设计文件，是一个总结和提高的过程，有利于培养交流沟通能力和养成严谨的工作态度。设计文件也是判断和评价项目或任务完成情况的重要依据。

2、任务目标

(1)电路识读任务，是对针对设计任务收集技术资料（主要是可供设计参考的电路）并进行分析，属于电路设计的准备工作，任务的目的是为完成设计任务建立必要的知识储备。大致分为互相关联的3个层次：1)识别元器件符号、功能和主要技术指标。依据符号识别电路中的元器件是读图的基础，作为专业入门课程，对此应该给与一定程度的注意，要能够识别和了解符号的含义、主要器件功能和技术指标。根据电路中使用的核心器件，往往可以判断电路的功能。2)区分电路单元，判断电路功能。较复杂的电路系统都由单元电路构成，功能单一的单元电路也可以进一步分解为部分电路，例如放大器可分为输入级、中间级和输出级；稳压器可分为整流和稳压部分。对部分电路功能的分析，得出对整个系统功能的判断，并作为下一步工程估算的基础。3)指出电路的结构特点，估算分析电路技术指标。分析电路形式与结构，可以得出电路大致的技术性能指标，定性判断元器件参数对电路性能的影响。例如对放大器输入级、输出级电路形式和结构的分析，可以大致得出放大器的输入、输出特性；对中间级的分析，可以大致判断放大能力；依据级间耦合方式，可以判断放大器频率响应范围；甚至电源电压也可以据以分析放大器输出信号幅值。

(2)设计任务目标包括典型单元电路设计与电子线路综合设计，在定性分析的基础上实现定量估算，自顶向下完成初步的设计。依据设计工作过程，可以分解为以下阶段目标。1)正确理解任务要求，分析各项技术指标的含义。仔细研究任务的工程背景和要求，正确分析和理解各项技术指标的含义，分析实现任务要求的技术途径，这是完成设计的前提条件。2)设计总体框图，分配技术指标。参考与任务相同或相近的电路方案，选用能够满足技术指标要求的核心器件，完成方案论证。对于同一个任务，实现的方案可以有多个，应具备将不同方案加以分析、比较的能力，从中确定一种相对较优的方案。

依据选定的方案按照功能划分成若干个互相联系的模块，将技术指标和功能分配给各个模块。3)单元电路设计。依据模块的功能和技术指标要求，参考典型电路，确定电路结构，计算元器件参数完成单元电路的初步设计。4)仿真测试。模拟电路，比如放大器、滤波器等的参数比较繁琐，需要进行多次调整才能达到技术指标要求。要能够在计算机上对单元电路仿真测试，修改电路参数，观测性能指标，直至满足技术指标要求。5)电路联调，测试技术指标。在单元电路完成逐步设计的基础上，通常依据信号流向，逐级完成级联和调试直至全部电路调试完成，系统技术指标达到设计要求。这个过程是电路综合的过程，也可以在计算机上模拟仿真实现。

(3)仿真测试调整任务的目标是在电子电路设计过程中实现较为精确的量化分析。其作用主要表现在3个方面。[3]1)验证电路方案设计的正确性。当要求的系统功能确定之后，首先采用系统仿真或结构模拟的方法验证系统方案的可行性，进而对构成系统的各单元电路结构进行模拟分析，以判断电路结构设计的正确性及性能指标的可实现性。2)电路特性的优化设计。分析恶劣温度条件下的电路特性，计算分析器件容差对电路的影响量，用于确定最佳元器件参数、电路结构以及适当的系统稳定裕度，实现电路的优化设计。3)实现电路的模拟测试。电子电路的设计过程中大量的工作是元器件参数计算、各种数据测试及特性分析。在工程估算的基础上，通过仿真测试与分析加以调整，能有效提高设计工作的效率。4)技术文件编写要求在完成电路设计的同时编写尽可能详细的符合工程标准的技术文件，包括方案设计说明、原理框图、电原理图、原理与技术说明、元器件参数计算、技术指标与特性测试数据、元器件清单等。

3、任务结构及实施

一个典型的电路设计任务由工程背景描述、任务要求、基础知识学习、设计方法与步骤、电路设计等学习单元组成。

3.1工程背景描述

工程背景描述的内容主要包括电路功能、工程应用背景、技术发展背景介绍。工程背景描述的实质是“提出问题”，工程背景描述尽可能选择具有典型性的电子工程问题为实例，解决关于学习目标的问题。

3.2 任务要求

设计任务必须具备明确的工程应用背景，必须提出具体的设计要求（技术指标）。例如交流放大器设计任务，应明确提出工作频率、信号源、输出特性、输入特性、工作稳定性等要求等技术指标。提出任务要求，应依据由浅入深循序渐进的原则，从体现基本功能的一两个技术指标开始，逐步增加技术指标数量，提高设计难度。

3.3基础知识学习

基础知识学习包括任务分析、相关理论知识学习、参考方案与参考电路分析及相应的基础练习等。基础知识的学习包括理论知识、技术知识、经验知识和经验技能的学习。理论知识是重要的，因为它是能力的组成部分，同时对于学生的发展能力起到更为持续和关键的作用。在工程实践中学习和使用的理论知识才能被真正掌握并形成能力，因此应该以实现电路设计任务为依据，确定理论知识的学习内容和学习深度，力求将理论与实践、数学方法与物理概念更紧密地结合起来。

提供设计参考的电路必须是工程电路，但学习是一个循序渐进的过程，基础知识的学习会使用原理电路为学习对象，原理电路不能仅有电路结构和元器件标号，也要标注元器件主要参数，使学生在定性分析阶段就能对电路参数有直观的影像，逐步建立数量观念，这对于初次接触模拟电路的学生是十分重要的。

3.4设计方法与步骤

不同功能和结构的电路，具体的设计内容、方法与步骤各不相同。甚至同样功能的电路，技术要求不同，设计时考虑的重点、设计依据、电路结构等均有区别，但工程估算是贯穿整个设计过程始终的基本方法。

以反馈放大器为例，设计步骤如下:

选择反馈组态，选择反馈深度，选择反馈级数，确定放大级数，确定输入级、中间级、输出级的电路结构，计算电路参数，仿真测试和参数调整。容易理解，上述步骤都必定建立在必要的工程估算的基础之上。

3.5 电路设计

这是学生在相对独立的情况下，完成电路设计的过程。尽量采用与前面4个学习单元及撰写设计文件交叉进行的方式实施。

不同类型的学习任务，其结构不尽相同。但区别主要是在(4)、(5)两部分。

不同类型的学习任务以“定性分析、工程估算与仿真测试调整相结合”的方法实现。

4、结语

电路设计在知识的运用上不同于单纯的电路分析与计算，依据模拟电路原理设计过程构建学习任务，组织和实施教学过程，不仅能够有效控制理论知识学习深度，促使学生较为自主地获取经验知识，并在获取知识的同时实现知识转换为技术应用能力，更有利于实现培养学生模拟电路技术应用能力的教学目标。

参考文献

[1] Sergio Franco.基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计[M].西安交通大学出版社,2009.

[2] 谢自美 等.电子线路综合设计[M].华中科技大学出版社,2006.

[3] 赵世强 等. 电子电路EDA技术[M].西安电子科技大学出版社,2000.

[4] M.Herpy.模拟集成电路[M].高等教育出版社,1984.

篇3

集成电路设计实践引入研究型实践教学模式，可以使相关领域的学生真正实现学有所用，不仅学习了集成电路设计的软件知识，同时可以将课堂的理论知识通过工艺模型、电路设计、仿真方法来复现，从而更深入的理解理论知识，而且可以通过一些电路实例来解释生活中的一些现象，激发学习的兴趣。集成电路设计是实践性很强的一个方向，要求将工艺、器件、电路、版图四个方面的理论课程融会贯通，而传统的实践教学旨在加强学生对软件的认识，忽略对理论内容的加深与贯通。通过研究型实践教学模式的开展，可以在保证教学大纲不变的前提下，通过选择适用性较强的实践内容，使学生一方面能够将各门理论课的知识加深及贯通，另一方面可以使学生接触到用人单位感兴趣的课题内容，有利于学生加强实践的动力和持续进步。通过研究型实践，对学校而言，可以培养更优秀学生；对学生而言，可以掌握前沿知识、促进就业。研究型实践成果的实现为学生的晋升、发展提供支持。学生的实践研究成果如能公开发表或获奖，能解决实际工作中的问题，这无形中为学生在工作岗位上的晋升、发展增加筹码。这在最大程度上激发学生的实践兴趣，是其他任何实践模式都不可比拟的。同时，研究型实践教学鼓励学生多看文献、多写总结报告，这也为学生撰写本科毕业论文打下良好的基础。

2研究型实践教学模式的具体实施

2.1课程结构优化

指导学生接触各类资料，能够提出问题，进而解决问题以掌握知识、应用知识，完成对知识的一个探求过程；对实验内容进行适当调整和完善，使课程体系更全面更科学，更能贴近行业发展，更能体现学生的主动性。

2.2采用课堂讨论进行专题研讨的教学方法

在研究型实践教学模式中，师生互动有助于学生对基本概念、基本理论、基本方法的理解和掌握。根据课程需要，结合国内外的研究现状和发展趋势，采用与行业内吻合的实验软件，挑选合适的电路原型做仿真设计，并共同探讨电路的优化方案。

2.3专业资料查询能力培养

为学生提供研究资料或指导学生进行资料查询、整理，鼓励学生从图书馆、书店、网络等各种途径查阅文献资料，以充实自己的研究基础。提醒学生要对已收集的资料进行批判性的研究，去伪存真，指导学生从这些资料中总结、分析、解释与实践研究课题相关的理论、知识经验以及前人的研究成果。

2.4指导学生撰写专题论文（报告）

在研究型实践教学过程中，指导学生通过论文、调查报告、工作研究、分析报告、可行性论证报告等形式记录实践研究成果。在撰写论文时，要求学生要了解实践课题研究报告的一般撰写格式；要先拟订论文的写作提纲，组织好论文的结构，做到纲举目张；会用简练、严谨、准确的语言表达自己的思想，不追求文章的长短。指导学生开展专题电路讨论，由学生根据自己感兴趣的课题来查找文献资料，进行研究，完成电路设计和仿真，最后完成专题论文的撰写。

2.5鼓励学生参与课题研究

为调动学生参与科研创新活动的积极性，激发学生的创新思维，提高学生实践创新能力，鼓励学生参加老师的课题，锻炼学生的动手能力，培养“研究型”的思维模式。

3研究型实践教学模式对教师和学生的要求

3.1研究型实践教学模式对教师的要求

研究型实践教学模式的实施对任课教师提出了新的要求：一是要熟练地掌握课程的基础知识和内在结构，还要掌握与课程相关的专业基础知识和实践的基本技能；二是要掌握学科最新信息，不断更新知识，了解课程所涉及学科的最新动态和取得的最新研究成果；三是要熟练运用科学研究的方法和手段。这些都对教师提出了更高的要求。

3.2研究型实践教学模式对学生的要求

篇4

关键词：集成电路专业；实践技能；人才培养

中图分类号：G642.0 文献标志码： A 文章编号：1002-0845（2012）09-0102-02

集成电路产业是关系到国家经济建设、社会发展和国家安全的新战略性产业，是国家核心竞争力的重要体现。《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》明确将集成电路作为新一代信息技术产业的重点发展方向之一。

信息技术产业的特点决定了集成电路专业的毕业生应该具有很高的工程素质和实践能力。然而，目前很多应届毕业生实践技能较弱，走出校园后普遍还不具备直接参与集成电路设计的能力。其主要原因是一些高校对集成电路专业实践教学的重视程度不够，技能培养目标和内容不明确，导致培养学生实践技能的效果欠佳。因此，研究探索如何加强集成电路专业对学生实践技能的培养具有非常重要的现实意义。

一、集成电路专业实践技能培养的目标

集成电路专业是一门多学科交叉、高技术密集的学科，工程性和实践性非常强。其人才培养的目标是培养熟悉模拟电路、数字电路、信号处理和计算机等相关基础知识，以及集成电路制造的整个工艺流程，掌握集成电路设计基本理论和基本设计方法，掌握常用集成电路设计软件工具，具有集成电路设计、验证、测试及电子系统开发能力，能够从事相关领域前沿技术工作的应用型高级技术人才。

根据集成电路专业人才的培养目标，我们明确了集成电路专业的核心专业能力为：模拟集成电路设计、数字集成电路设计、射频集成电路设计以及嵌入式系统开发四个方面。围绕这四个方面的核心能力，集成电路专业人才实践技能培养的主要目标应确定为：掌握常用集成电路设计软件工具，具备模拟集成电路设计能力、数字集成电路设计能力、射频集成电路设计能力、集成电路版图设计能力以及嵌入式系统开发能力。

二、集成电路专业实践技能培养的内容

1.电子线路应用模块。主要培养学生具有模拟电路、数字电路和信号处理等方面的应用能力。其课程主要包含模拟电路、数字电路、电路分析、模拟电路实验、数字电路实验以及电路分析实验等。

2.嵌入式系统设计模块。主要培养学生掌握嵌入式软件、嵌入式硬件、SOPC和嵌入式应用领域的前沿知识，具备能够从事面向应用的嵌入式系统设计能力。其课程主要有C语言程序设计、单片机原理、单片机实训、传感器原理、传感器接口电路设计、FPGA原理与应用及SOPC系统设计等。

3.集成电路制造工艺模块。主要培养学生熟悉半导体集成电路制造工艺流程，掌握集成电路制造各工序工艺原理和操作方法，具备一定的集成电路版图设计能力。其课程主要包含半导体物理、半导体材料、集成电路专业实验、集成电路工艺实验和集成电路版图设计等。

4.模拟集成电路设计模块。主要培养学生掌握CMOS模拟集成电路设计原理与设计方法，熟悉模拟集成电路设计流程，熟练使用Cadence、Synopsis、Mentor等EDA工具，具备运用常用的集成电路EDA软件工具从事模拟集成电路设计的能力。其课程主要包含模拟电路、半导体物理、CMOS模拟集成电路设计、集成电路CAD设计、集成电路工艺原理、VLSI集成电路设计方法和混合集成电路设计等。此外，还包括Synopsis认证培训相关课程。

5.数字集成电路设计模块。主要培养学生掌握数字集成电路设计原理与设计方法，具备运用常用的集成电路EDA软件工具从事数字集成电路设计的能力。其课程主要包含数字电路、数字集成电路设计、硬件描述语言、VLSI测试技术、ASIC设计综合和时序分析等。

6.射频集成电路设计模块。主要培养学生掌握射频集成电路设计原理与设计方法，具备运用常用的集成电路EDA软件工具从事射频集成电路设计的能力。其课程主要包含CMOS射频集成电路设计、电磁场技术、电磁场与

天线和通讯原理等。

在实践教学内容的设置、安排上要符合认识规律，由易到难，由浅入深，充分考虑学生的理论知识基础与基本技能的训练，既要有利于启发学生的创新思维与意识，有利于培养学生创新进取的科学精神，有利于激发学生的学习兴趣，又要保证基础，注重发挥学生主观能动性，强化综合和创新。因此，在集成电路专业的实验教学安排上，应减少紧随理论课开设的验证性实验内容比例，增加综合设计型和研究创新型实验的内容，使学有余力的学生能发挥潜能，有利于因材施教。

三、集成电路专业实践技能培养的策略

1.改善实验教学条件，提高实验教学效果。学校应抓住教育部本科教学水平评估的机会，加大对实验室建设的经费投入，加大实验室软、硬件建设力度。同时加强实验室制度建设，制订修改实验教学文件，修订完善实验教学大纲，加强对实验教学的管理和指导。

2.改进实验教学方法，丰富实验教学手段。应以学生为主体，以教师为主导，积极改进实验教学方法，科学安排课程实验，合理设计实验内容，给学生充分的自由空间，引导学生独立思考应该怎样做，使实验成为可以激发学生理论联系实际的结合点，为学生创新提供条件。应注重利用多媒体技术来丰富和优化实验教学手段，如借助实验辅助教学平台，利用仿真技术，加强新技术在实验中的应用，使学生增加对实验的兴趣。

3.加强师资队伍建设，确保实验教学质量。高水平的实验师资队伍，是确保实验教学质量、培养创新人才的关键。应制定完善的有利于实验师资队伍建设的制度，对实验师资队伍的人员数量编制、年龄结构、学历结构和职称结构进行规划，从职称、待遇等方面对实验师资队伍予以倾斜，保证实验师资队伍的稳定和发展。

4.保障实习基地建设，增加就业竞争能力。开展校内外实习是提高学生实践技能的重要手段。

实习基地是学生获取科学知识、提高实践技能的重要场所，对集成电路专业人才培养起着重要作用。学校应积极联系那些具有一定实力并且在行业中有一定知名度的企业，给能够提供实习场所并愿意支持学校完成实习任务的单位挂实习基地牌匾。另外，可以把企业请进来，联合构建集成电路专业校内实践基地，把企业和高校的资源最大限度地整合起来，实现在校教育与产业需求的无缝联接。

5.重视毕业设计，全面提升学生的综合应用能力。毕业设计是集成电路专业教学中最重要的一个综合性实践教学环节。由于毕业设计工作一般都被安排在最后一个学期，此时学生面临找工作和准备考研复试的问题，毕业设计的时间和质量有时很难保证。为了进一步加强实践环节的教学，应让学生从大学四年级上半学期就开始毕业设计，因为那时学生已经完成基础课程和专业基础课程的学习，部分完成专业课程的学习，而专业课教师往往就是学生毕业设计的指导教师，在此时进行毕业设计，一方面可以和专业课学习紧密结合起来，另一方面便于指导教师加强对学生的教育和督促。

选题是毕业设计中非常关键的环节，通过选题来确定毕业设计的方向和主要内容，是做好毕业设计的基础，决定着毕业设计的效果。因此教师对毕业设计的指导应从帮助学生选好设计题目开始。集成电路专业毕业设计的选题要符合本学科研究和发展的方向，在选题过程中要注重培养学生综合分析和解决问题的能力。在毕业设计的过程中，可以让学生们适当地参与教师的科研活动，以激发其专业课学习的热情，在科研实践中发挥和巩固专业知识，提高实践能力。

6.全面考核评价，科学检验技能培养的效果。实践技能考核是检验实践培训效果的重要手段。相比理论教学的考核，实践教学的考核标准不易把握，操作困难，因此各高校普遍缺乏对实践教学的考核，影响了实践技能培养的效果。集成电路专业学生的实践技能培养贯穿于大学四年，每个培养环节都应进行科学的考核，既要加强实验教学的考核，也要加强毕业设计等环节的考核。

对实验教学考核可以分为事中考核和事后考核。事中考核是指在实验教学进行过程中进行的质量监控，教师要对学生在实验过程中的操作表现、学术态度以及参与程度等进行评价；事后考核是指实验结束后要对学生提交的实验报告进行评价。这两部分构成实验课考核成绩，并于期末计入课程总成绩。这样做使得学生对实验课的重视程度大大提高，能够有效地提高实验课效果。此外，还可将学生结合教师的科研开展实验的情况计入实验考核。

7.借助学科竞赛，培养团队协作意识和创新能力。集成电路专业的学科竞赛是通过针对基本理论知识以及解决实际问题的能力设计的、以学生为参赛主体的比赛。学科竞赛能够在紧密结合课堂教学或新技术应用的基础上，以竞赛的方式培养学生的综合能力，引导学生通过完成竞赛任务来发现问题、解决问题，并增强学生的学习兴趣及研究的主动性，培养学生的团队协作意识和创新精神。

在参加竞赛的整个过程中，学生不仅需要对学习过的若干门专业课程进行回顾，灵活运用，还要查阅资料、搜集信息，自主提出设计思想和解决问题的办法，既检验了学生的专业知识，又促使学生主动地学习，最终使学生的动手能力、自学能力、科学思维能力和创业创新能力都得到不断的提高。而教师通过考察学生在参赛过程中运用所学知识的能力，认真总结参赛经验，分析由此暴露出的相关教学环节的问题和不足，能够相应地改进教学方法与内容，有利于提高技能教学的有效性。

此外，还应鼓励学生积极申报校内的创新实验室项目和实验室开放基金项目，通过这些项目的研究可以极大地提高学生的实践动手能力和创新能力。

参考文献：

[1]袁颖，等.依托专业特色，培养创新人才[J]. 电子世界，2012（1）.

[2]袁颖，等.集成电路设计实践教学课程体系的研究[J]. 实验技术与管理，2009（6）.

[3]李山，等.以新理念完善工程应用型人才培养的创新模式[J]. 高教研究与实践，2011（1）.

[4]刘胜辉，等.集成电路设计与集成系统专业课程体系研究与实践[J]. 计算机教育，2008（22）.

篇5

关键词：电子设计；教学改革；大学生创新；考核机制；微课程

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）30-0126-03

Teaching Reform and Exploration of Electronic Design Course

MA Hong-xing， FAN Rong， ZANG Ling， DING Li-ming

（Beifang University of Nationalities，Yinchuan 750021，China）

Abstract：Electronic design course plays an important role in electronic information engineering， information engineering， automation and other professional， as well as the design and completion of electronic innovative projects of university students. Faced with the problems in the teaching process of electronic design， we have carried out reform and exploration in the teaching content， the arrangement of class hours and the examination system. These reforms make the course and the circuit， electronic circuits， digital circuits， SCM and other courses of theoretical teaching， and college students to declare the project and the completion of the project is more closely linked. From the view of the teaching effect， the electronic design courses after rescheduled not only promotes the related courses of study， but also helps the students' practical ability， innovation ability.

Key words： electronic design； teaching reform； college students' innovation； examination system； micro curriculum

1 引言

电子设计课程是电子信息工程、信息工程、电气工程及其自动化、自动化、测控等专业的一门必修专业课程，通过该课程的学习，学生可对电路、数字电路、模拟电路等课程的理论深入学习和强化，培养出学生电路设计中的分析能力和解决问题能力；同时，对诸如单片机、微机原理等其它后续专业课程的学习打下扎实的实践基础；另外，也是相关专业大学生创新能力培养中不可或缺的一门承上启下的课程，是学生由理论过渡到实践，再到创新的课程，可促进大学生创新能力的培养与提高；也为相关专业的学生从事电子系统设计和开发应用打下坚实的基础[1-5]。

2 当前电子设计课程教学存在问题

目前，电子设计课程中存在着诸如课程衔接不够，或者重复教学，或者滞后于实际需要等诸多问题，归纳起来，主要有下面这些方面。

第一，为了提高教学质量，培养学生的动手能力与创新能力，学院在电路、电子线路、数字电路的实践教学中安排有大量的实验器材、也投入了很多人力和物力，也曾在数字电路中做过相关改革，如在数字电路实验课程中加入电子作品制作等，但因诸如经费问题、课时问题、学生不易理解和掌握等问题而未坚持下来；电路与模拟电路的相关实验，因其特殊性，只能在实验室环境中进行相关实验，无法很好地加以拓展。

第二，电子设计课程在培养方案中是安排在大二第二学期和大三第一学期，此时学生已经将电路、电子线路、数字电路等相关课程修完，初步具备了电路设计的基本知识，但是学生在学习这些课程的时候，由于受课时限制等原因，这些课程基本上都属于理论教学，学生设计与仿真电路的环节很少，或者几乎没有。因此，在电子设计课程教学过程中，还要花费较多的学时做一些基本电路的仿真，但由于这些课程开设有前有后，在实际教学过程中发现学生已经对自己所学的电路、电子线路、数字电路等课程的内容有所遗忘，再次讲解又会耽搁教学时间，实际教学效果不好。

第三，学校在大二已经开展大学生创新项目申报工作，由于学生在申报之前接触的电子基础知识的欠缺及电子作品制作流程的不了解，学生比较困惑于创新项目的申报与完成，最终导致学生所申报的创新项目题目要么比较简单，要么比较难于实现，要么不切实际，严重影响了大学生创新的积极性，导致创新项目质量不高，创新力度不够，学校陷入投入经费虽然大，产出却很小的困境。

3 电子设计课程教学改革

O置电子设计课程的目标是使学生在学习电路、电子线路、数字电路的基础上，掌握电子电路系统的分析与设计的方法和流程，熟悉现代电路系统设计过程中常用的辅助工具及其使用方法，培养学生电子电路系统的设计能力和创新意识，促进大学生电子类创新项目的申报、制作和完成，提高大学生的创新能力。因此，要根据电子设计课程的目标，在其课时安排、授课内容、考核机制、教学模式等方面进行改革与探索。

3.1 课时安排

目前，电子设计课程教学课时为32个课时，涉及的内容有两大块，第一为电子电路的仿真，包括电路、模拟电路、数字电路、单片机电路及综合电路的设计与仿真；第二为电路板的制作。

但在实际教学过程中发现，在做电路、模拟电路、数字电路时，由于电子设计课程安排在电路、模拟电路、数字电路之后，学生在设计与仿真电路时，已对原理不甚清楚，特别是综合电路设计时，电路设计原理掌握不到位，电子设计课程的任课老师还得安排一些课时来使学生继续学习电路方面的基础知识，严重影响电子设计课程的教学任务，达不到学生在电路设计方面技能的提高，实际教学效果不是很好。另外，电子设计课程最终要锻炼学生的电路设计能力，因而在实际教学过程中会加入一些综合电路的设计，由于课时及经费问题，都流于电子设计软件中电路的仿真与PCB制作，并有形成实物，也与大学生创新项目关系不大。

由此可见，电子设计课程一方面要达到教学目的，提高教学质量；另一方面要与大学生电子创新项目的完成相辅相成。因此，可将电子设计课程的内容分解为多个部分，将每一部分都嵌入到相关课程中，如表1所示。

这些课时安排也不要绝对，可根据实际需要来适当调整，但实际教学中，最终的电子设计课时不能少于14学时，否则达不到教学目的。

3.2教学内容

由于电子设计课程更加侧重于电路的设计与仿真，注重实践，因而实际电路设计与理论有些出入，可由于电子设计的基础内容为电路、电子线路、数字电路，这些课程教学过程中由于理论授课课时紧张，而实验又以最基本的实验为主，不会或者很少加入电路设计与仿真，致使学生基本处于电路的理论分析阶段，对电路的设计与仿真理解与掌握不够，因此在电子课程教学过程中又要花费大量的课时来对电路、电子线路、数字电路中的一些基础电路再次进行仿真，最终影响电子设计课程的其它内容教学。

授人以鱼，不如授人以渔，针对这种情况，在实际教学中，我们对其内容进行下面的修改。

第一，结合表1中的课时安排，我们对电子设计课程的相关内容做了相应调整，将基础电路的设计与仿真嵌入到相关课程的理论教学中，使得学生在理论学习的教程中，注重实际电路的设计与仿真，从而将电子设计课程的基础电路设计与仿真溶入到其它课程的理论教学中，使得学生理论与实践学习同时进行，并使电路仿真来促进各门课程的理论学习是，从而达到实践与理论相互促进，学生的电路设计与仿真不在囿于课时限制，变成一种自主学习行为。

第二，根据第3学期的大学生创新项目申报工作，在实际教学内容中加入创新项目申报讲座内容，重点讲解如何进行创新项目的选题，申报，注意事项及电子作品制作流程。通过这样的讲座形式，使得学生知道在后续课程中会有相关课程来引导创新项目的完成工作，不在困惑于创新项目的申报，从而选题更合理，申报更有目的性，创新质量更高。

第三，电子设计课程中，增加综合电路的设计与仿真制作。该项内容重点围绕学生的创新项目，包括电路的设计、仿真、PCB制作、电子作品实物等。

通过教学内容的改革，使得电子设计课程教学不再是因教学而教学，更注重于实际、并将所学课程前后连贯起来。通过这样的教学，使得学生学以致用，提高了学生的学习积极性。

3.3考核机制

原有电子设计课程的考核以课堂考勤及期末课堂考试为主，不注重学生的学习过程。考核机制改革后，更注重学生的学习过程，过程分值参见表1所示，其各分值又根据情况细化，如表2所示。

通过考核机制改革，学生的学习成绩取决于整个课程的学习态度及学习过程，考核方式由最终的考试为主，转向学习过程考核，杜绝了一部分学生临阵磨刀的作法，在一定程度了更体现出了以人为本的思想，使得考核更为客观，公平。

4 课程改革效果及不足

通过上述教学改革，选取两个行政班进行电子教学改革实验，一个班为普通教学班，一个班为改革班，教学效果如表3所示。

通过上表，可以看到，普通教学班在电路、电子线路、数字电路等课程的教学过程中，成绩平均分要低于改革班，究其原因是，在这些课程的学习教程中，由于加入了仿真实验课时，促进了学生的学习兴趣，一部分学生会额外增加学习时间，理论与实践相互促进。更为关键的一点是，在大学生创新项目的申报工作中，学生的创新项目题目难度适中，并且都能完成最基本的功能，几乎没有撤项的情况出现，而在普通班的创新项目完成度不是太好，有部分项目完成不了，需要撤项。

5 结论

电子设计课程在电子信息及其相关专业中扮演着重要的角色，更在大学生电子类创新项目的完成中起着重要的作用。面对电子设计课程实际教学过程中存在的问题，在教学内容、课时安排及考核机制方面进行了改革与探索，使得电子设计课程的教学过程与电路、电子线路、数字电路、单片机等课程的理论教学相结合，并且与大学生创新项目的申报与完成的联系更为紧密，有助于大学生的实践能力，创新能力的培养。

参考文献：

[1] 刘颖，侯建军，黄亮.“电子技术课程设计”精品课程建设与改革实践[J].电气电子教学学报，2008.30（2）：3-4.

[2] 杨志忠.电子技术课程设计[M].北京：机械工业出版社，2009.

[3] 王波，张岩，王美玲，等.电子技术课程设计教学改革的探索[J].实验室研究与探索，2013（10）：380-382.

篇6

关键词：教学改革 实践教学 VHDL语言

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）09（a）-0117-02

VHDL语言[1-2]（VHDL，VHSIC （Very High Speed Integrated Circuit）Hardware Description Language）是一种标准的数字系统硬件电路设计语言，于1983年由美国国防部（DOD） 为实现其高速集成电路计划发起创建的一种高速集成电路硬件描述语言，其目的是为了给数字电路的描述与模拟提供一个基本的标准。VHDL语言在1985年完成第一版，1987年成为IEEE标准（IEEE STD1076-1987），1993年增修为（IEEE STD1076-1993）标准。VHDL语言为高级硬件行为描述型语言，为所有可编程逻辑器件厂商（如Xilinx和Altera公司等）所支持，已成为电路设计人员和电子设计工程师必须掌握的工具语言。硬件逻辑设计技术[3]是电子信息类专业的重要专业课，该课程包括课堂理论教学和实验两个模块，其特点是软硬件结合，该课程的综合知识面宽及工程实践性强。电子信息类专业的学生掌握硬件逻辑设计能力无论是对学生完成毕业设计或工程创新，还是促进学生就业都有重要意义。因此，硬件逻辑设计的实践性教学在电子信息类专业实践教学中的地位日益显著，如何开设好VHDL语言及硬件逻辑设计是当前硬件设计语言课程中的一个非常重要的问题[4-6]。

1 教学目标

《VHDL语言及数字逻辑设计》课程属电子信息类专业技术类选修课，是将控制，仿真与芯片设计相结合的一门硬件设计语言。通过本课程的学习，使学生通过对VHDL语言及EDA技术的学习和实践训练，获得现代硬件数字逻辑设计的软件化设计方法，了解并初步掌握数字系统硬件电路设计领域的最新技术；通过有针对性、分层次、分阶段地实施实践教学，激发并调动学生创造性思维能力，强化学生的实践动手能力和创新能力，为学生在硬件逻辑设计领域的进一步深入探索和进行创新奠定工程基础，以及应用VHDL及EDA工具开发设计数字系统的基本方法及技术，为学生完成毕业设计及将来的工作等打下扎实的基础。

另外，本课程的教学难点是，一方面要把握学生的数字电路基础水平；另一方面要高度概括VHDL语言的专业课内容，深入浅出，还要照顾到彼此之间的联系，尤其是面向应用。因此，首先讲清楚确知学习VHDL语言的意义和FPGA的工作原理，并进一步讲清VHDL语言的基本结构和以及VHDL语言中主要描述语句的特点和用途，并设计一些基本逻辑电路实例，目的在于让学生熟悉VHDL语言的整个过程，能运用VHDL语言编程及进行仿真，并掌握其中的关键技术。这样便于学生进一步学习和理解VHDL语言的应用，增强学生在工作中的竞争能力，达到可以用VHDL语言设计数字逻辑电路和数字应用系统，并在CPLD/FPGA可编程逻辑器件上实现自己的设计。

2 教学内容

VHDL语言如今已经广泛被应用到FPGA/CPLD和ASIC中的设计。VHDL语言具有很强的电路描述和建模能力，能从多个层次对数字系统进行建模和描述，从而大大简化了硬件逻辑设计任务，提高了硬件设计效率和可靠性。而且VHDL语言具有与具体硬件电路无关和与硬件设计平台无关的特性，并具有良好的电路行为描述的能力，在语言易读性和层次化结构化设计方面表现了强大生命力和应用潜力。因此，我们选择VHDL语言作为这门课的课堂教学内容。

《VHDL语言及硬件逻辑电路设计》课程内容的主要教学思路是，以VHDL硬件描述语言为硬件设计表达手段，以Xilinx公司的ISE软件为硬件设计开发工具，并以FPGA/CPLD可编程逻辑器件开发系统为教学实践平台，来实现学生对数字电路系统的开发设计，培养学生自顶而下的层次化设计思想，提高学生应用实践创新能力。

在教学内容上，删去了一些FPGA/CPLD可编程器件结构内容的过多讲解，重点讲解VHDL语言内容，并利用有限的课时补充了硬件逻辑电路设计方面的一些最新进展，以利于学生开阔视野和提高学习兴趣；针对VHDL语言语法丰富的特点，增加了大量课堂实例，并结合应用对VHDL语言中关键要点进行详细说明，便于学生理解和掌握VHDL课程内容；在开发软件方面以Xilinx公司的ISE软件作为平台，并针对硬件仿真，重点是让学生学会并熟练掌握用ISE软件进行数字系统仿真的基本过程和操作；在实践训练方面，精心设计了课堂练习/课后习题和配套实验，提高学生实践动手能力，从而达到良好的教学效果。

3 多层次式教学模式

《VHDL语言及硬件逻辑电路设计》课程是一门工程实践性很强的课程，我们提出以实践训练为主，边学边练的硬件逻辑设计教学模式，重点加大对学生实践能力、解决实际问题能力及团体合作精神等综合素质的培养，使“数字逻辑电路设计实践教学”在本科培养中发挥更重要的作用。在教学过程中，提出多层次的实践教学模式，通过大量的多层次实例教学让学生主动建构知识、增长技能、发展能力。

我们将《VHDL语言及硬件逻辑电路设计》课程的实践教学分为三个层次。

第一层次是课堂实验教学，这一阶段主要培养的是学生的主动学习能力，通过课堂实验练习使学生掌握和熟练使用开发工具，具备基本的硬件编程能力。课堂实验教学是针对教师在讲授理论内容后，对应设计相应知识内容的实验项目，并编写课堂实验指导书。在理论课部分内容方面，首先讲解VHDL语言的基本单元，如VHDL语言设计的基本单元、构成、子结构描述（元件说明，元件安装）等，在VHDL语言的数据类型方面，主要讲解VHDL语言的客体及分类、整数类型和数组类型，表达式与运算符；其次，介绍VHDL语言主要描述语句，如顺序描述语句和并发描述语句；最后介绍基本逻辑电路的设计，如组合逻辑电路的设计，时序电路的设计，存储器和有限状态机设计等。那么针对课程的理论内容，设计的实验主要有：（1）ISE工具的使用；（2）编码器和译码器等组合逻辑电路的设计；（3）有限状态机和计数器等时序电路的设计；（4）RAM和FIFO等存储器的设计。通过这些基础知识点的实验练习，能让学生较好的熟悉VHDL语言的基础知识和语句的基本应用，从而较好的掌握VHDL语言中的关键内容，加深了对VHDL语言知识点的感性认识和全面掌握，达到可以用VHDL语言设计数字逻辑电路和数字应用系统。在课堂上通过对算法实例的程序执行仿真模拟。

第二个层次是综合性设计实验，这一层次的实验要求学生已经掌握基本的VHDL语言知识并能综合地运用所学内容，主要培养学生动手实践能力、解决实际问题能力及团队合作能力。综合性设计实验以硬件开发板实验为主，主要包括跑马灯、VGA显示、波形发生器、通用异步收发器、SRAM接口设计等题目。在实验中，教师要求学生每4人为一组进行实践练习。在实验过程中，要求学生能上机编写代码并调试VHDL程序，每组学生对实验过程和实验结果进行分析和总结，并提交硬件实验报告。在实验课中，教师根据各个小组提交的实验报告，首先安排各小组进行实践动手经验交流，然后选择一些优秀小组中的代表上台做实验心得汇报，并现场进行问题分析和技术总结，加深了对VHDL语言中知识点的感性认识和全面掌握。通过这些活动，不但让学生熟悉了硬件设计的开发环境，提高了硬件设计编程技巧，而且还能激励学生主动学习VHDL语言的兴趣，提高学生的分析和解决实际问题的能力，并培养学生团体合作能力。

第三个层次是课程设计实验，这一阶段要求学生独立完成硬件工程课题的设计与实现，在强调学生独立设计实现的同时，更加注重学生综合能力的培养。课程设计题目采取开放式选题，可由教师提供背景明确和启发性强的题目，也可以由学生自主选择题目并提交相应的课程题目设计目标、任务和方法，经教师审核批准后作为课程设计题目。另外学生也可以根据个人兴趣选择不同类型的课程设计题目后，由学生自行拟定实验方案，查阅文献资料和编写VHDL程序，自主解决实验问题，并对对实验结果进行分析总结，撰写课程设计研究报告。通过这些课程设计实验设计，在培养学生自主学习及主动学习的同时，也锻炼学生的动手能力和表达能力。

4 结语

VHDL语言及数字逻辑设计课程是一门工程实践性很强的课程，通过有多层次地实施实践教学，充分发挥实践教学的优势，激发了学生的学习热情，强化学生的实践动手能力和创新能力，并培养学生独立思考、自主创新的学习习惯，取得了较好的教学效果。该实践教学体系遵循人才培养的客观规律，将多层次实验从简单到复杂、从基础实验练习到综合创新实验，贯穿于整个VHDL语言及数字逻辑设计课程学习过程，使学生在循序渐进的实践教学过程中成长。

参考文献

[1] 侯伯亨，顾新.VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计[M].西安：西安电子科技大学出版社，2009.

[2] 谭会生，张昌凡，EDA技术及应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2011.

[3] 曾志廉，何清平，通用FPGA试验系统的设计与应用[J].计算机信息，2007（11）：234-235.

[4] 叶波，赵倩.“集成电路系统设计”课程教学改革探讨[J].中国电力教育，2010（16）：109-110.

篇7

语音信号的抽样和重构，在理论方面涉及到滤波器的设计和抽样定理［2，3］，实践方面涉及到滤波器和抽样定理的具体实现，还包含模拟电路和数字电路的基础知识，是理论和实际紧密结合的。因此，将其作为电子课程设计的题目，可以使学生充分巩固和加深理解基础核心课程的知识，提高自学能力和解决实际问题的能力。本文将其作为“电子线路课程设计”的教学平台进行构建的。

1语言信号抽样和重构系统设计

语音信号的抽样与重构系统是对经过抗混叠滤波后的语音信号进行8kHz自然抽样，然后把抽样信号进行重构，恢复出原信号，并将信号通过扬声器输出。系统构成如图1所示，包括电源电路、语音信号的输入电路、抽样时钟产生电路、信号抽样电路、信号重构电路和功率放大电路等。

1)电源电路电源电路可以提供±12V和±5V的直流电源。实现方法是将220V交流电经过变压器和整流桥变成+15V和－15V的直流电［1，2］。先将+15VDC输入到模块LM7812和LM7805，转变成为+12VDC和+5VDC输出;而将－15VDC输入到LM7912和LM7905，转变成－12VDC和－5VDC输出。

2)语音信号的输入电路语音信号的输入电路包括语音信号的采集和抗混叠滤波。根据奈奎斯特抽样定理，设计的抽样频率为8kHz。为避免频谱混叠，对信号要进行抗混叠滤波［4］。因此，将语音信号通过麦克风转换为电信号后，对信号进行放大和滤波。低通滤波器的参数如下:截止频率为3400Hz、通带衰减3dB、阻带衰减40dB，用滤波器设计软件Filterlab进行设计［5］。

3)抽样时钟产生电路抽样时钟产生电路的功能是产生8kHz的双极性方波信号。通过参数设计，芯片NE555可以用来产生频率和占空比可变的单极性方波信号。但后续抽样电路需要的是双极性的方波信号，故还需进行极性转换，可以采用运算放大器实现。

4)信号抽样电路信号抽样电路的功能是对语音信号进行自然抽样，可以使用四通道双向模拟开关芯片CD4066实现。双极性方波信号接到控制端，控制模拟开关的通断控制音频信号的通过，达到抽样目的。

5)抽样重构电路抽样后信号的重构过程，就是一个内插过程，是通过低通滤波器实现的。这里的滤波器参数与抗混叠滤波器参数相同。

6)功率放大电路功率放大电路的功能是对重构后信号进行功率放大，驱动扬声器，核心芯片为LM386。

2课程设计流程安排及要求

第一阶段:教师讲解设计的整体功能及系统划分，学生初步了解整个设计的组成和结构。同时完成学生的分组，二人一组自愿组合，第二阶段:学生根据设计内容，查找相关资料，独立完成电路设计。利用Multisim对各单元电路进行仿真，完成设计报告。设计报告内容包括系统概述、单元电路设计、分析和仿真［6］。其设计任务包括:①介绍系统设计的思路与总体方案;②介绍单元电路参数的选择和计算;③给出仿真电路图和仿真结果;④给出工作分工和元器件明细表;⑤给出引用的参考文献。第三阶段:焊接之前，要求学生画出布局布线图，包括元器件在实验板上的摆放和排列、器件所有管脚之间的连接以及电源和地的安排等。布局布线图完成后便进行电路的焊接和调试，最后完成总结报告。总结报告包括:①系统功能描述;②各单元电路的调试和实际改进的电路图;③系统测试结果，给出重要测试点的实测波形;④课程收获和建议。

篇8

关键词：仿真实验室；Proteus；硬件实验

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 （2013） 09-0000-02

1 引言

随着计算机技术的发展，仿真虚拟实验室的综合运用，社会对学生的综合素质要求也不断提高，学生需要很强的动手能力和实验能力[1]。使用Proteus软件构建硬件仿真虚拟实验室系统，不仅成本低，而且学生还可以按照自己的思路设计硬件系统，完成大多数实验，从而提高学生的积极性和动手能力[2-3]。利用Proteus构建硬件仿真虚拟实验室，不仅成本低，设备管理和维护简单，还可以培养学生的动手能力，提高学生的创造性和积极性。

2 虚拟仿真实验室结构

2.1 Proteus仿真实验室概念

所谓虚拟仿真实验室是指利用计算机仿真技术，在计算机上学习电路、微机原理、嵌入式系统等课程，并进行对应的实验（设计、仿真、调试、运行）。以虚拟设备代替实体设备、以软件代替硬件，就是虚拟仿真实验室的本质 [4]。

2.2 Proteus仿真实验室系统架构

图1 Proteus虚拟仿真系统架构

如图1所示基于Proteus的虚拟仿真实验室的系统架构，该Proteus是建立在计算机网络平台上的一个综合设计实验系统。本Proteus仿真虚拟系统是一个从概念到产品的完整系统，从图中可以看出，该仿真系统可以实现原理图设计、单片机编程、系统仿真、PCB设计。

2.3 计算机网络平台

由图1可以看出，本课题的虚拟仿真实验室的基础是计算机网络平台，通过该计算机网络平台，学校内师生可以在任何地点、任何时间对其进行访问和使用学习。因此，将Proteus仿真系统服务器存放在校内的网络中心，与学校各师生进行网络连接，可以保证本Proteus仿真系统的开放性，使得学校内更多的师生可以使用该平台，充分发挥其多学科实验覆盖的特性。该计算机网络平台的拓扑结构图如图2所示。

图2 计算机网络平台拓扑结构

2.4 Proteus软件平台

Proteus是一种功能强大的电子设计自动化软件，使用Proteus软件，可以实现原理图设计、模拟电路设计、数字电路设计、MCU混合仿真和PCB系统设计，除此之外，Proteus还可以进行仿真嵌入式系统的实验，其最大的特点在于Proteus可以提供x86、单片机、ARM等系统的仿真实验。

2.5 Proteus试验系统

Proteus是该虚拟仿真实验室中最核心的一部分，为了增强学生的认知度以及提高学生的动手能力和教师的教学能力，在仿真试验中，应该首选利用Proteus绘制原理图、编译程序。而且在教学试验中，为了提高教学的说服力，教师可以将自己编译好的程序用编程器烧录至Rom中，然后对目标实验板进行运行并观察结果，这样可以给学生提供仿真和验证的机会，避免了理论脱离实际。

3 虚拟仿真实验室实验内容

通过对高校计算机硬件基础课程教学内容的研究与分析，充分发挥Proteus仿真实验室的优势，本课题对x86、单片机的教学内容进行拆分，把本仿真实验内容分为三类：基础性实验、综合性实验、创造性实验。

基础性实验包括MCU最小系统实验、汇编语言程序设计实验、中断实验、计数器实验等以验证性实验，该实验主要以提高学生对理论知识的吸纳和提高学生的动手能力为主，目的在于使得学生能够掌握书本的基础知识。

综合性实验包括模拟交通灯控制设计、电子万年历设计、波形发生器设计、直流电机控制设计等以培养学生综合能力的实验。该实验室基于基础性实验之上的实验，是在学生完成硬件课程的基础知识学习后开设的综合性实验，主要内容是教师给定一个课题，学生按照课题的要求，对系统进行分析、电路设计、软件设计、仿真调试、PCB设计与制作等。

创新性实验是建立在基础性实验和综合性实验之上的一种创新实验。学生在完成硬件课程学习的基础上，利用本创新性实验完成毕业设计等工作，学生可以根据自己的想法通过该系统完成设计与仿真，并对其进行研究。

4 虚拟仿真实验室实验方法

传统的硬件实验中，一般不存在硬件电路的设计，主要是因为传统x86、单片机的硬件部分大多数都是由电路板或者实验箱提供的，因此实验多为验证性实验，缺乏创新性实验，不利于培养学生的动手能力和创新能力。然而，基于Proteus的虚拟仿真实验中，所有的硬件和软件都可以由学生自主创新设计与实现，硬件的修改与软件修改一样简单，大大节省了实验的成本和时间。

5 虚拟仿真实验室教学目标

通过本课题的基于Proteus的硬件虚拟仿真实验室可以实现以下3个目标：

5.1 实验教学系统的重大改革。通过本系统可以进行基础性实验、综合性实验、创新性实验，使得硬件实验得到根本性的改变。在本系统中，电路设计、程序设计、仿真实验、PCB设计与制作集为一体，教师和学生不再受时间、地点、设备的限制，充分享受实验带来的知识和乐趣。

5.2 教师教学模式改革。教师在课堂上引入本仿真实验系统后，有利于教学课程的改革，将理论与实际联系在一起，使得学生在最大程度上接收与掌握理论知识。

5.3 有效培养学生的创新能力和综合能力。当前学生急需培养实验动手能力和创新能力，在传统的实验当中，忽视了学生的设计能力培养，基本没有设计到学生的创新能力培养。因此普遍存在着学生学习的理论知识不知道如何运用到实际生活中去。

6 结束语

构建基于Proteus的硬件虚拟仿真实验室系统，不仅可以减少学校的硬件投入，更可以帮助学生更好的掌握理论教学知识，加深对原理的理解。学生通过该系统进行基础性实验、综合性实验、创新性实验，加强学生的综合能力的培养和创新能力的培养。而且，本系统也有利于促进教学系统的改革。

参考文献：

[1]刘萌，郑煊.基于Proteus的单片机虚拟实验室的构建[J].山东教育学院学报，2009，6（4）：12-15.

[2]田建伟，胡德安.一种单片机虚拟实验室的建立方法[J].现代电子技术，2009（14）：67-69.

[3]胡敬朋，王聪.基于Proteus的电子产品仿真设计[J].电气电子教学学报，2009，5（4）：121-123.

篇9

1.1应用EDA的必要性

EDA技术是现代电子信息工程领域中的一门新技术，它能够利用软件的方式对系统进行硬件设计，具有高层综合和优化的功能，能在系统级对设计系统进行优化。这样当电路较为复杂时，采用EDA技术能简化设计过程，同时能设计出一些特定的芯片。由于采用的硬件描述语言进行开发设计，利用EDA工具设计相关硬件的版图文件，最终在FPGA/CPLD或半单体晶片上制作成具体的硬件电路，这样学生能接触平时很少接触到硬件设计相关知识，并加强数字电路的理解。

1.2EDA在电子技术类课程中的应用

针对信息类专业相关专业课程原来各自有比较完整的但相对封闭的知识体系且都有实验教学环节的特点，将这些课程的理论教学与实验环节有机组合，将较独立的《EDA技术与应用》、《电子电路CAD》、《单片机原理与应用》、《电力电子技术》课程以及相关课程设计等环节衔接起来，构成一个基于EDA技术应用的设计性、综合性实验教学体系。在《EDA技术与应用》课程中，将EDA工具（虚拟电子工作台EWB）引入到数字电子技术教学和数字电子技术课程设计中。利用计算机仿真的方法对电子电路的原理、性能进行仿真和测试，掌握电子电路的调试方法和排除故障的途径；进一步熟悉各种测试仪器的使用方法；提高对所学知识的综合应用能力，使学生在较短的时间内掌握设计和分析电子电路的先进手段，提高了数字电子技术课程的总体水平。

EDA与电子技术课程设计的开设，为传统课程注入了新的活力，提高了学生的学习兴趣，这不仅为本课程的教学奠定了良好的基础，也为后续各门专业课程提供了基础知识的保证。在后续的课程中，运用EDA技术进一步掌握各种电路原理和设计方法，通过PTOTEL软件绘制出原理图并且设计出PCB板，最后安装元件焊接，完成电路板的制作；另外在《单片机原理与应用》中，学生又学会用单片机实现电路的设计，这时可以让学生将原来课程中设计的电路改用另一种方式来完成；在电力电子技术课程中，可以进一步设计基础电路和简单的控制系统。几乎所有的课程都会涉及到基础电路原理分析、控制芯片以及系统架构等内容，都需要电路支持，构成一个完整电路系统。这个电路系统从基本电路设计到最后做成PCB板都可以用EDA技术中的电路板制作方式或者PROTEL软件中的方法。

由于EDA基础逻辑电路部分设计加入到数字电路课程中，会占用部分课时。这要求我们对相关课程教学做出部分调整。在数字电路的基础性实验课程部分，采用传统的数字电路设计实验设备与EDA技术分别完成相同的逻辑功能设计，让学生通过对比加强对数字电路的认识。在教学方式方面，除采用多媒体教学方式以加大单位时间内的教学容量外，建议增加学生自学的环节。教师制定相关的自学指导和学习方案，引导学生进一步学习EDA技术，如带有嵌入式IP核的ASIC设计。

2结束语

篇10

【关键词】EDA教学；电子信息；教学改革

引言

职业技术学院以培养适应社会各层面需求的、与时代相适应的、具有综合能力和全面素质的、直接在生产第一线服务的应用型人才为根本任务。一贯以来培养目标是以专业技术知识为基础，以实践为核心，注重理论联系实际，培养学生创新能力。让学生掌握一门扎实的专业基础知识和技能，使学生有较强的知识转化能力。

1.传统的专业基础课教学存在的主要问题

电子类职业学校的专业课都开设了专业基础课，这些专业基础课涉及的知识面广，基本概念、基本原理、分析方法多，因此学生在学习中，总是觉得很吃力，学完之后，又不知道如何运用知识。问题的症结是学生刚刚接触专业的知识，没有基础，而且传统的教学用单一的方法从理论上阐述，学生学起来感到抽象，难以理解和掌握，所以学生难以学好专业课。但专业基础课学好后，对学生的后续专业课的学习起着至关重要的作用。高等职业院校的电子专业基础理论课具有入门难、逻辑思维能力要求高的特点，比如《电工技术基础》的公式多、定理多、计算量大，《电子技术基础》概念多，单元电路分析计算难，电子专业基础课理论性，实践性强，与学生在高中学习的基础知识联系不多，每次课的新知识多，信息量大，抽象且枯燥无味，往往学生进入专业基础课的学习都会感到难以适应，久而久之导致恶性循环，以至于失去学习专业课的兴趣和信心。

2.传统的EDA课程教学存在的主要问题

随着EDA技术的普及，职业技术学院也相继开设了相关的课程比如《EDA电子设计自动化》，《Protel电路设计》，《可编程控制技术》等，涉及的主要软件有NI Multisim 10、protel99se、MAX plusII等等。NI Multisim 10用软件的方法虚拟电子与电工元器件，虚拟电子与电工仪器和仪表，实现了“软件即元器件”、“软件即仪器”。NI Multisim 10是一个原理电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件。

NI Multisim 10的元器件库提供数千种电路元器件供实验选用，同时也可以新建或扩充已有的元器件库，而且建库所需的元器件参数可以从生产厂商的产品使用手册中查到，因此也很方便的在工程设计中使用。PROTEL是PORTEL公司（后更名为Altium）推出的EDA软件，是电子设计者的首选软件，在电子行业的CAD软件中，它当之无愧地排在众多EDA软件的前面，是个完整的板级全方位电子设计系统，它包含了电路原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计（包含印制电路板自动布线）、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server（客户/服务器）体系结构，同时还兼容一些其它设计软件的文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL等，其多层印制线路板的自动布线可实现高密度PCB的100%布通率，它较早就在国内开始使用，在国内的普及率也最高，几乎所有的电子公司都要用到它，许多大公司在招聘电子设计人才时在其条件栏上常会写着要求会使用PROTEL。Max+plusⅡ是Altera公司提供的FPGA/CPLD开发集成环境，Max+plusⅡ界面友好，使用便捷，在Max+plusⅡ上可以完成设计输入、元件适配、时序仿真和功能仿真、编程下载整个流程，它提供了一种与结构无关的设计环境，是设计者能方便地进行设计输入、快速处理和器件编程。但是，一般这些课程会被安排在专业基础课学习完毕以后，在第三或第四学期，学生在学习到这些仿真软件时往往已经忘却了许多重要的基本知识。除此以外，传统的教学方法在EDA应用软件的教学中只注重命令的介绍，或者说强调命令的操作步骤，而不重视命令以外的东西。由于教师本身的学业水平及其素质问题，功能性教学方法被广泛采用。采用这种方法学生不可能在教学规定的时间内宏观地、整体地去把握事物的内涵，所学的知识缺乏连贯性，独立操作软件的水平不高，只能简单模仿和死记硬背。同时该方法往往是以教师为中心，课堂上教师讲得多，学生参与少，不能适应培养高技能人才的需要。

3.改革的主要思路

传统的电子专业基础课教学和EDA技术教学存在明显的缺陷。在具体实施过程中教师应积极参加教研教改项目，以教改促进课程教学整体质量的提高。比如，在专业基础课的教学中不能照搬传统的一套教学方法，从数学推导或理论分析来得到相关的结论。一方面，应该借助电子仿真软件EDA开展教学，直观的形象显示有助于培养学生的观察能力和分析问题的能力，有助于教学重点和难点的讲解，可培养学生的学习兴趣，激发学习动机。另一方面结合其它课程设计的方法来提高EDA软件的使用，如《电路基础》、《数字电路》、《模拟电路》、《高频电子线路》等课程的设计以前都是手工完成设计部分的工作，现在都安排在EDA技术中心利用EDA软件来完成。通过大量实际训练，使学生掌握EDA在本专业各项设计与电路制作中的应用。在接触各种实际的和模拟的设计电路课题的过程中，提高分析、解决问题的能力。最后，推广职业认证考试高职教育应该依照国家职业分类标准及对学生就业有实际帮助的相关职业证书的要求，

调整教学内容和课程体系，把职业资格证书涉及的相关课程纳入教学计划之中，将证书考试大纲与专业教学大纲相衔接，创新人才培养模式，强化学生技能训练，使学生在获得学历证书的同时，顺利获得相应的职业资格证书，增强学生就业竞争能力。通过比赛提高学生的学习积极性，促进课程改革建设的深入。

结束语

实践证明，职业技术学院的专业基础课程和EDA教学方式的改革是势在必行的，只有通过改革才能把这两门课程教学实施得更好，才能达到高职高专院校培养适应社会各层面需求的、与时代相适应的、具有综合能力和全面素质的、直接在生产第一线服务的应用型人才的目标。当然，笔者提出的把两种课程糅合在一起贯穿执行的教学方式还不够细致和完善，这当中还存在很多方面的问题需要在以后的教学环节去检验和解决。

参考文献

[1]俞文英.关于电子专业基础课的教学探讨[J].洛阳师范学院学报,2003(5).

[2]李曙峰,冀云.EDA课程教学改革实践探索[J].科技致富向导,2011(23).

[3]孙怀东.EDA技术在电子技术课程教学中的应用[J].三明学院学报,2007(04).