数字集成电路设计基础范文

导语：如何才能写好一篇数字集成电路设计基础，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 集成电路设计 教学方法 教学探索

中图分类号：TN79 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2015）19-0006-02

1958年，美国德州仪器公司的基尔比发明了第一块集成电路，随着半导体工艺和集成电路设计技术的发展，集成电路的规模可以达上亿个晶体管。集成电路具有速度快、体积小、重量轻等优点，广泛应用于汽车、医疗设备、手机和其他消费电子，其2012年集成电路设计市场应用结构如图1所示。

自2006年以来，我国集成电路的产值为126亿美元，占全球产业总产值的5.1%，2013年我国集成电路的产值为405亿美元，占全球产业总产值的13.3%。2006年到2013年的年复合增长率达到18%，远超过全球集成电路产业整体增速。我国集成电路行业的产值如表1所示。

近年来，半导体集成电路产业在国家政策支持下发展迅速，因此对集成电路设计人才的需求剧增。为了满足社会日益发展的需要，国家在高校内大力推广集成电路设计相关的课程，并且取得了较好的效果，使人才缺口减小，但是还是不能满足国内对集成电路设计人才实际数量的需求。为了更好地加快集成电路设计人才的的培养，本文针对《数字集成电路原理》教学中存在的问题，并且根据教学的现状，探索出集成电路设计的教学改革。

一、数字集成电路设计原理教学中的现状

集成电路设计相对于以分立器件设计的传统的电子类专业而言，偏向于系统级的大规模集成电路设计，因此，微电子专业和集成电路设计专业的学生注重设计方法的形成，避免只懂理论、不懂设计的现象。即使学生掌握了设计的方法，能够进行一些小规模的集成电路设计，但是设计出来的产品不能用，不能满足用户的需求。这就成了数字集成电路设计原理面临的问题。

二、数字集成电路设计原理教学改善的方法

（1）针对上述的问题，在多年教学的基础上，在教学方法上进行改进，改变传统的以教师为中心，以课堂讲授为主的教学方式，采用项目化教学来解决数字集成电路设计中只懂理论、不懂设计的现状。注重数字集成电路设计原理与相关课程之间的内部联系，提高学生的学习兴趣，通过将一个项目拆分成几个小项目，使学生在项目中逐渐加深了对知识点理解，并且将课程的主要内容相互衔接与融合，形成完整的集成电路设计概念。学生分成5-8人一组，通过小组的方式加强了学生的相互合作能力，让学生更有责任感和成就感。学生应用相关的EDA软件来完成项目的设计，能够掌握硬件描述语言、综合应用等数字集成电路设计工具。

（2）通过PDCA戴明环的方式改善了集成电路设计的产品可用度不高的问题。在集成电路设计过程中，通过跟踪课内外学生设计中反应的问题，对项目难易度的进行调整，提高学生计划、分析、协作等多方面的能力。结合新的技术或者领域，对项目进行适当的调整。通过PDCA戴明环的方式来持续改进教学内容和方法，使其满足社会对数字集成电路设计人才的需求。PDCA戴明环如图2所示。

（3）开展校企合作的方式，进一步提高教学质量和学生的综合素质，促进企业和学校的共同发展。这种方式实现了学校与企业的优势互补，资源共享，培养出更加适合社会所需要的集成电路设计人才，也能够让学校和企业形成无缝对接。

三、小结

随着大规模集成电路设计的发展，更多的设计工具和设计方法出现，因此，使用最新的设计工具，合理设置《数字集成电路设计原理》的教学内容，可以提高学生的设计能力和培养学生的创新能力。通过对《数字集成电路设计原理》课程教学的探索，改变了以教师为中心的传统采理论课教学方式，充分发挥了学生的能动性和协作能力，使学生理论与实践都能够满足集成电路设计人才的要求。

参考文献：

[1]殷树娟，齐巨杰. 集成电路设计的本科教学现状及探索[J].中国电力教育，2012，（4）：64-65.

[2]王铭斐，王民，杨放.集成电路设计类EDA技术教学改革的探讨[J].电脑知识与技术， 2012，8（9）：4671-4672.

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关键词：工程需求；集成电路设计；实践；验证

中图分类号：G647 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）44-0089-02

集成电路设计是学科交叉特性显著的一个学科，且其发展日新月异，技术更新非常快，而其主要的更新点体现在工艺水平、设计思想和设计手段上。例如，在设计SOC等大规模集成电路时，设计者首先要全方位地把握系统的主体框架，另外还要注重各个环节中的细节，有效利用EDA软件来精确地实现设计并验证其正确性。目前大多数高校开设的集成电路设计课程融入了多媒体教学，但多媒体教学多局限于PPT课件教学，虽然在教学内容上与过去的板书教学相比得到了很大的扩充，但从教学体系上说对于工程化设计流程的介绍缺乏连贯性、完整性，各个知识点的介绍相对来说较为孤立，学生对所学知识的理解无法融会贯通，对工程化设计的理解停留在概念的层面上。目前课程安排中普遍采用理论教学为主，存在实践环节过少、实践环节不成完备体系等问题。学生工程实践能力不能得到有效提升，用人单位需要花大量的时间和人力对应届学生进行培训；学生容易产生挫折情绪，不能快速适应岗位需求。本教改通过对目前国内急需集成电路设计人才的现状的思考，对集成电路设计课程的教学进行改革，实施以工程需求为导向，以工程界典型数字集成电路设计和验证流程为主线的闭环式教学。在国家急需系统级集成电路设计实用型工程人才的指导思想下，在工科院校要培养能为社会所用工程人才的办学宗旨下，以开发学生潜力、提高学生自主学习积极性为目的，结合用人单位的用人需求，我院集成电路设计课程尝试闭环教育，即课程的章节设置参照工程界数字集成电路系统的典型设计流程，知识内容涵盖从设计到流片生产甚至测试的每一个环节，而每一个重要环节都有工程实验与之相对应，形成完备的闭环知识体系。本教改项目闭环教育可分为理论教育环节和实验教育环节。

一、理论教育环节

闭环教育中的理论教育以工程界大型数字集成电路设计的典型流程为教学切入点，然后以该流程为主线介绍各个阶段涉及的理论知识和可供使用的EDA软件，每次进入下一设计阶段的讲解前，都会重新链接至流程图，见图1所示。反复出现的设计流程图，一方面可以加深学生对设计流程的印象；另一方面针对当前内容在流程中出现的位置，突出当前设计阶段与系统设计的整体关联，加强学生对各个设计阶段的设计目的、设计方法、EDA软件中参数设定偏重点的理解。这种教育方法区别于传统的单纯的由点及面的教育方法，避免出现只见树木不见森林的情况，能够在注重细节的同时加强整体观念。

二、实践教育环节

实践教育环节主要是指与理论教育相配套结合的系列实验。针对每个设计阶段都安排相应的较为全面的实验，与该阶段的理论知识形成闭环。而且，所有的实验基本可按照从系统设计开始到流片、测试的完整设计流程串接起来。

图1 大型数字集成电路设计的典型流程

实验指导书撰写了前端设计内容，在数字集成电路系统初期的系统分析、功能模块划分、具体硬件语言描述编译阶段，加入以硬件语言描述、编译、仿真为偏重的上机实验，目的是学习良好的系统全局观，掌握过硬的代码编写能力，并将设计下载至FPGA中作为初步的硬件设计验证手段；撰写了后端设计内容，采用Cadence公司的自动布局布线器SE进行布局布线，介绍面向数字化集成电路的标准化单元概念及其相关工艺库文件的作用，着重讲授从网表到版图的转化过程以及需要注意的问题，如电源网络的合理布局、时钟网络的时序匹配及平衡扇出等方面的考虑。利用版图编辑器Virtuoso Layout进行版图验证，介绍标准单元版图与定制版图的区别、版图设计与工艺制程的关系，重点在于使学生在对版图建立感性认识的同时对IP保护有更深层次的理解。Verilog仿真器进行版图后仿真实验，强调版图寄生参数对系统功能、时序的影响，后仿真时序文件反标的含义；明确后仿真对于保证设计正确性的意义；培养认真负责的验证思想。

实践教育环节大致分为前端设计阶段、后端设计阶段、测试阶段。

1.前端设计阶段。在数字集成电路系统初期的系统分析、功能模块划分、具体硬件语言描述编译阶段，加入以硬件语言描述、编译、仿真为偏重的上机实验，目的是学习良好的系统全局观，掌握过硬的代码编写能力，并将设计下载至FPGA中作为初步的硬件设计验证手段。

2.后端设计阶段。针对数字集成电路的特点，安排面向MPW流片的实验，介绍将电路转化为高可靠性版图的主要步骤。该实验分三个阶段：①采用Cadence公司的自动布局布线器SE进行布局布线，介绍面向数字化集成电路的标准化单元概念及其相关工艺库文件的作用，着重讲授从网表到版图的转化过程以及需要注意的问题，如电源网络的合理布局、时钟网络的时序匹配及平衡扇出等方面的考虑；②版图编辑器Virtuoso Layout进行版图验证，介绍标准单元版图与定制版图的区别、版图设计与工艺制程的关系，重点在于使学生在对版图建立感性认识的同时对IP保护有更深层次的理解；③Verilog仿真器进行版图后仿真实验，强调版图寄生参数对系统功能和时序的影响、后仿真时序文件反标的含义，明确后仿真对于保证设计正确性的意义，培养认真负责的验证思想。

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【关键词】数字集成电路；设计方法；同步数字系统

【中图分类号】TN402【文献标识码】A【文章编号】1006-4222（2016）04-0197-02

数字电路设计是一个正在不断发展着的学科，针对其设计方法一般包括了两种：①同步设计；②异步设计。从目前市场上的产品来看，大多数的数字电路都是采用同步设计的设计方法，究其原因，同步设计主要元器件是触发器，该技术较为成熟。但是随着人们需求的不断变化，异步设计也已经开始慢慢走近人们的视野之中。本文将首先对数字电路的设计流程进行简单的论述。

1数字电路流程设计

伴随着熟悉电路的发展，慢慢的，它已经有了较为完整的体系，主要包括了系统架构、RTL设计、综合优化、布局布线、版图设计等几个方面。下面依次对这几个方面进行介绍。系统架构是整个设计最基础的环节，同时也是十分重要的环节，因为只要有了一个好的系统构架那么设计起来就会十分的方便。在这个环节中需要对模块进行划分，同时也需要对接口进行定义等。下一个环节便是RTL设计。这一环节是核心环节因为在这一阶段需要用相应的语言来将电路描述出来。综合优化就是将RTL转化为相应的硬件电路。这个环节中往往是和工艺厂商进行合作，从而搭建出合适的电路。数字电路的布局布线与模拟电路相比要简单许多，因为很对芯片制造后，生产者就会给出基准单元库。然后利用EDA软件，根据这些相应的限制自动布局布线。最后一个环节也就是版图设计环节。就是在布局布线设计完成之后，结合基准单元生成具体版图，然后通过验证后，教给工厂代加工制造芯片。

2同步数字系统设计

在文章开始，笔者就提到同步设计法受到众多设计人员的青睐。下面本文就将严格按照上文中提到过的几种设计阶段对同步设计法进行详细的介绍：

2.1同步电路的优越性

之所以被称之为同步系统就是因为触发器的状态是有统一始终控制的。各个存储状态的改变都是在时钟的控制之下完成的。所以同步系统具有着多种好处。①同步电路保证各个存储单元都有着相同的初始态，并且只有在时钟沿到来之时，存储单元的状态才会发生转变，这样很大程度上就使得电路较为稳定，能够避免温度等对电路的影响。②能够很容易实现流水线，对于提高芯片的效率等方面具有较大的好处。

2.2触发器

触发器是同步电路的基本单元，尤其指的是D触发器。对于触发器而言，最重要的特点就是只有当时钟沿到来的时候，触发器才会将存储状态转变，也就是将数据端的数据保存起来。当时钟沿不到达时，触发器不会采取动作，这样就是同步电路较为稳定的原因之一。触发器在组成时，可以采用MOS管进行搭建，也可以采用简单的逻辑器件进行构建。

2.3RTL级描述

由于数字电路需要具备的功能越来越多同时规模也变的越来越大，那么系统这一理念也变得越来越强大。使用Ver-ilogHDL可以对系统进行行为级以及RTL级描述。行为级描述就是为了确认系统是否可行、可靠，同时也会检查算法是否正确。在进行RTL级设计的时候需要注意到描述的可综合性以及测试验证功能的完备性。描述的可综合性详细来说就是设计人员大多使用mod-elsim进行编译仿真。这款软件虽然简单实用，但同时也具备着不容忽视的弱点，就是VerilogHDL的容错性较强，不能区分出行为级描述以及RTL级描述。这就意味着设计人员的设计最终可能无法被综合成硬件电路。为了解决这一问题。设计人员就需要多多关注指令都能够被综合成什么样的电路，同时关注哪些指令不可被综合。RTL级描述中，功能需要是完备的。这就比可综合性困难的多。因为到目前为止并没有能保证功能完备性的验证体系。为了避免这个问题的出现。设计人员需要从以下的方面入手：①对于系统级规划中模块尽量按照其功能进行划分，这样就能够在进行RTL级描述时严格按照规划设计。②保持良好的编程习惯。③成立专人的测试部门，这样既有测试人员又有着设计人员。在测试人员的把关之下，很多的问题以及漏洞就会被发现。

2.4利用DesignCompiler综合优化

DC综合这一过程是数字电子线路设计的前端。在这个综合设计的过程中那个，DC需要进最大的努力进行优化，但是这之后可能依然有一些违例路径的存在。这时候就需要人工返回RTL级，进行修改然后再综合，不断的循环。

2.5利用SOCEncounter布局布线

同步数字设计的后端就涵盖了布局布线、时序验证、后仿等多个环节。对比模拟电路，数字电路布局布线较为简单尤其再利用一些软件之后能够大大的减轻人们的压力、提高工作效率，节省时间。

3小结

本文对于数字电路设计方法之中的同步设计法进行了详细的介绍，同时对于在设计过程中可能出现的问题以及解决方案都进行了论述，希望对于今后设计人员对数字电路的设计有所帮助。

参考文献

[1]孔德立.数字集成电路设计方法的研究[D].西安电子科技大学，2012.

[2]陈明亮.数字集成电路自动测试硬件技术研究[D].电子科技大学，2010.

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1（略）1.1.1（略）

1.1.2嵌入式系统软件、固件，驱动开发精通汇编编程，熟悉计算机原理与体系结构及数字集成电路设计（ARM或MIPS，DSP）；掌握Linux设备驱动程序开发的方法．

1.2专业课程体系划分将专业课程体系划分为3个层次．

1.2.1专业基础课主要是从事本专业必须的基本理论知识，为以后不同专业方向的学习、知识面扩展以及个性发展打下良好的基础．设置了电路、模拟电子技术、数字电子技术、信号与系统、固体物理和半导体物理、高频电子线路、计算机程序设计基础等课程．

1.2.2工具类课程主要是为在集成电路领域和嵌入系统应用中从事设计、制造、应用和开发等工作者提供必要的开发工具．在集成电路方向设置了硬件描述语言、电子设计自动化、单片机原理及应用等课程，在嵌入系统方向设置了嵌入式操作系统、SOPC设计原理、单片机原理及应用等课程，对培养学生创造思维和创新精神，提高实践动手能力起到积极的推动作用．

1.2.3专业课是学生以后从事的专业方向，主要根据集成电路产业和嵌入式系统发展现状和社会需求，在集成电路方向设置了模拟集成电路设计、数字集成电路设计、集成电路测试与封装、集成电路综合开发技术等课程，在嵌入系统方向设置了嵌入式系统接口设计、HDL模型功能验证基础、嵌入式系统综合开发技术等课程．

2搭建宽口径高实效实践教学平台

为突出模块化集成教学思想和分层次渐进式自主实践理念，层层提升，层层深化，构建多元化教学环境．从基础性实验、基础工程实践训练开始，经专业性和综合性延伸，直至创新性研究，形成新的实践教学平台（图略）．该平台由基础实验平台、基础工程实践平台、专业工程实践平台、综合工程实践平台构成．

2.1基础实验平台将电路实验、数字电子和模拟电子实验构建成基础实验平台，在第3，4学期进行，在充分考虑电子、电路等理论课程特点的基础上，在实验内容上自成体系，突出理论与实验结合、验证性实验与设计性实验结合、虚拟实验与操作实验结合的教学方法进行实验教学．

2.2基础实践平台基础实践平台包括单片机工程实践基地、EDA工程实践基地、电子工程实践基地、通信工程实践基地、电气控制工程实践基地、DSP控制工程实践基地、应用电子工程实践基地、电气CAD工程实践基地、电子工艺工程实践基地、计算机装配工程实践基地．在第4，5学期分2个阶段进行，每阶段5周，把实践基地分成2组，分别进行循环．拓宽了学生所学知识的实际运用能力，使实践与理论结合得更加紧密．

2.3专业实践平台专业实践平台包括智能控制工程实践基地、传感器与检测工程实践基地、控制系统工程实践基地、ARM工程实践基地、SOPC平台、高频电子线路、微波与天线、单片机应用工程（高级）实践基地、ASIC工程实践基地、测控专业工程实践基地．在第6，7学期分2个阶段完成，每阶段5周，学生可以根据所学专业的特点及兴趣，从专业实践基地中任选6个基地进行循环实践．

2.4综合实践平台综合实践平台属于教师与学生共用的科研创新平台，是开放式实验、实践基地．配备几乎所有其它实践基地的仪器设备，使实践内容相互补充，实现了从浅入深、从通到专、从点到面、从传统到现代、从一般到特殊、从基础到专业的渐近式学习过程．满足了毕业设计、科技活动、科技创新、电子设计大赛的需要，实现了专业课实验集中化、系统化、设计化、综合化和全面化的要求，最大限度地利用工程实践设备，利用率接近100%．

3通过电子竞赛促进学生科技创新能力的培养

几年来，大力提倡和支持学生科技创新活动．通过全面开放实验室，建立由学生自我管理的电子创新实验室，成立学生电子协会、电之光大学生科技创新团队，组织开展假期社会实践等，大力开展第二课堂活动，鼓励学生参加各类学科竞赛、科技创作和相关社团活动．电子设计竞赛是电子信息类专业提高学生综合素质的有效途径，精选了一批理论基础扎实、实践经验丰富、专业面宽的教师组成教练队伍，精心制订训练计划和竞赛方案，为竞赛提供了培训实验场地、实验仪器设备和元器件材料，使竞赛有了可靠的保证．提倡“重在参与”，鼓励“敢于竞争，勇于创新”的竞赛精神，为参加竞赛的学生专门进行系统地培训．培训内容主要有电子设计与制作技能训练、单片机开发应用和电子系统集成与设计等．经过综合考核，选出优秀的学生进行强化训练，并进行实战模拟，最后组织其参加全国大学生电子设计竞赛．通过这些活动，学生的实践动手能力有了显著提高．在数学建模竞赛、省级大学生电子竞赛、全国大学生电子设计竞赛、嵌入式设计大赛等大学生赛事中，电子专业的学生均取得优异成绩，自1999年以来，该专业有10余人获国家奖励，100余人获省级奖励．同时，学生课外科技活动的开展也促进了电子信息类课程改革和实践教学体系的不断完善，促进了青年教师实践能力和综合素质的提高．

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关键词：IP技术 模拟集成电路 流程

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）03（b）-00-02

1 模拟集成电路设计的意义

当前以信息技术为代表的高新技术突飞猛进。以信息产业发展水平为主要特征的综合国力竞争日趋激烈，集成电路（IC，Integrated circuit）作为当今信息时代的核心技术产品，其在国民经济建设、国防建设以及人类日常生活的重要性已经不言

而喻。

集成电路技术的发展经历了若干发展阶段。20世纪50年代末发展起来的属小规模集成电路（SSI），集成度仅100个元件；60年展的是中规模集成电路（MSI），集成度为1000个元件；70年代又发展了大规模集成电路，集成度大于1000个元件；70年代末进一步发展了超大规模集成电路（LSI），集成度在105个元件；80年代更进一步发展了特大规模集成电路，集成度比VLSI又提高了一个数量级，达到106个元件以上。这些飞跃主要集中在数字领域。

（1）自然界信号的处理：自然界的产生的信号，至少在宏观上是模拟量。高品质麦克风接收乐队声音时输出电压幅值从几微伏变化到几百微伏。视频照相机中的光电池的电流低达每毫秒几个电子。地震仪传感器产生的输出电压的范围从地球微小振动时的几微伏到强烈地震时的几百毫伏。由于所有这些信号都必须在数字领域进行多方面的处理，所以我们看到，每个这样的系统都要包含一个模一数转换器（AD，C）。

（2）数字通信：由于不同系统产生的二进制数据往往要传输很长的距离。一个高速的二进制数据流在通过一个很长的电缆后，信号会衰减和失真，为了改善通信质量，系统可以输入多电平信号，而不是二进制信号。现代通信系统中广泛采用多电平信号，这样，在发射器中需要数一模转换器（DAC）把组合的二进制数据转换为多电平信号，而在接收器中需要使用模一数转换器（ADC）以确定所传输的电平。

（3）磁盘驱动电子学计算机硬盘中的数据采用磁性原理以二进制形式存储。然而，当数据被磁头读取并转换为电信号时，为了进一步的处理，信号需要被放大、滤波和数字化。

（4）无线接收器：射频接收器的天线接收到的信号，其幅度只有几微伏，而中心频率达到几GHz。此外，信号伴随很大的干扰，因此接收器在放大低电平信号时必须具有极小噪声、工作在高频并能抑制大的有害分量。这些都对模拟设计有很大的挑战性。

（5）传感器：机械的、电的和光学的传感器在我们的生活中起着重要的作用。例如，视频照相机装有一个光敏二极管阵列，以将像点转换为电流；超声系统使用声音传感器产生一个与超声波形幅度成一定比例的电压。放大、滤波和A/D转换在这些应用中都是基本的功能。

（6）微处理器和存储器：大量模拟电路设计专家参与了现代的微处理器和存储器的设计。许多涉及到大规模芯片内部或不同芯片之间的数据和时钟的分布和时序的问题要求将高速信号作为模拟波形处理。而且芯片上信号间和电源间互连中的非理想性以及封装寄生参数要求对模拟电路设计有一个完整的理解。半导体存储器广泛使用的高速/读出放大器0也不可避免地要涉及到许多模拟技术。因此人们经常说高速数字电路设计实际上是模拟电路的

设计。

2 模拟集成电路设计流程概念

在集成电路工艺发展和市场需求的推动下，系统芯片SOC和IP技术越来越成为IC业界广泛关注的焦点。随着集成技术的不断发展和集成度的迅速提高，集成电路芯片的设计工作越来越复杂，因而急需在设计方法和设计工具这两方面有一个大的变革，这就是人们经常谈论的设计革命。各种计算机辅助工具及设计方法学的诞生正是为了适应这样的要求。

一方面，面市时间的压力和新的工艺技术的发展允许更高的集成度，使得设计向更高的抽象层次发展，只有这样才能解决设计复杂度越来越高的问题。数字集成电路的发展证明了这一点：它很快的从基于单元的设计发展到基于模块、IP和IP复用的

设计。

另一方面，工艺尺寸的缩短使得设计向相反的方向发展：由于物理效应对电路的影响越来越大，这就要求在设计中考虑更低层次的细节问题。器件数目的增多、信号完整性、电子迁移和功耗分析等问题的出现使得设计日益复杂。

3 模拟集成电路设计流程

3.1 模拟集成电路设计系统环境

集成电路的设计由于必须通过计算机辅助完成整个过程，所以对软件和硬件配置都有较高的要求。

（1）模拟集成电路设计EDA工具种类及其举例

设计资料库―Cadence Design Framework11

电路编辑软件―Text editor/Schematic editor

电路模拟软件―Spectre，HSPICE，Nanosim

版图编辑软件―Cadence virtuoso，Laker

物理验证软件―Diva，Dracula，Calibre，Hercules

（2）系统环境

工作站环境；Unix-Based作业系统；由于EDA软件的运行和数据的保存需要稳定的计算机环境，所以集成电路的设计通常采用Unix-Based的作业系统，如图1所示的工作站系统。现在的集成电路设计都是团队协作完成的，甚至工程师们在不同的地点进行远程协作设计。EDA软件、工作站系统的资源合理配置和数据库的有效管理将是集成电路设计得以完成的重要保障。

3.2 模拟集成电路设计流程概述

根据处理信号类型的不同，集成电路一般可以分为数字电路、模拟电路和数模混合集成电路，它们的设计方法和设计流程是不同的，在这部分和以后的章节中我们将着重讲述模拟集成电路的设计方法和流程。模拟集成电路设计是一种创造性的过程，它通过电路来实现设计目标，与电路分析刚好相反。电路的分析是一个由电路作为起点去发现其特性的过程。电路的综合或者设计则是从一套期望的性能参数开始去寻找一个令人满意的电路，对于一个设计问题，解决方案可能不是唯一的，这样就给予了设计者去创造的机会。

模拟集成电路设计包括若干个阶段，设计模拟集成电路一般的过程。

（l）系统规格定义；（2）电路设计；（3）电路模拟；（4）版图实现；（5）物理验证；（6）参数提取后仿真；（7）可靠性分析；（8）芯片制造；（9）测试。

除了制造阶段外，设计师应对其余各阶段负责。设计流程从一个设计构思开始，明确设计要求和进行综合设计。为了确认设计的正确性，设计师要应用模拟方法评估电路的性能。

这时可能要根据模拟结果对电路作进一步改进，反复进行综合和模拟。一旦电路性能的模拟结果能满足设计要求就进行另一个主要设计工作―电路的几何描述（版图设计）。版图完成并经过物理验证后需要将布局、布线形成的寄生效应考虑进去再次进行计算机模拟。如果模拟结果也满足设计要求就可以进行制造了。

3.3 模拟集成电路设计流程分述

（1）系统规格定义

这个阶段系统工程师把整个系统和其子系统看成是一个个只有输入输出关系的/黑盒子，不仅要对其中每一个进行功能定义，而且还要提出时序、功耗、面积、信噪比等性能参数的范围要求。

（2）电路设计

根据设计要求，首先要选择合适的工艺制程；然后合理的构架系统，例如并行的还是串行的，差分的还是单端的；依照架构来决定元件的组合，例如，电流镜类型还是补偿类型；根据交、直流参数决定晶体管工作偏置点和晶体管大小；依环境估计负载形态和负载值。由于模拟集成电路的复杂性和变化的多样性，目前还没有EDA厂商能够提供完全解决模拟集成电路设计自动化的工具，此环节基本上通过手工计算来完成的。

（3）电路模拟

设计工程师必须确认设计是正确的，为此要基于晶体管模型，借助EDA工具进行电路性能的评估，分析。在这个阶段要依据电路仿真结果来修改晶体管参数；依制程参数的变异来确定电路工作的区间和限制；验证环境因素的变化对电路性能的影响；最后还要通过仿真结果指导下一步的版图实现，例如，版图对称性要求，电源线的宽度。

（4）版图实现

电路的设计及模拟决定电路的组成及相关参数，但并不能直接送往晶圆代工厂进行制作。设计工程师需提供集成电路的物理几何描述称为版图。这个环节就是要把设计的电路转换为图形描述格式。模拟集成电路通常是以全定制方法进行手工的版图设计。在设计过程中需要考虑设计规则、匹配性、噪声、串扰、寄生效应、防门锁等对电路性能和可制造性的影响。虽然现在出现了许多高级的全定制辅助设计方法，仍然无法保证手工设计对版图布局和各种效应的考虑全面性。

（5）物理验证

版图的设计是否满足晶圆代工厂的制造可靠性需求？从电路转换到版图是否引入了新的错误？物理验证阶段将通过设计规则检查（DRC，Design Rule Cheek）和版图网表与电路原理图的比对（VLS，Layout Versus schematic）解决上述的两类验证问题。几何规则检查用于保证版图在工艺上的可实现性。它以给定的设计规则为标准，对最小线宽、最小图形间距、孔尺寸、栅和源漏区的最小交叠面积等工艺限制进行检查。版图网表与电路原理图的比对用来保证版图的设计与其电路设计的匹配。VLS工具从版图中提取包含电气连接属性和尺寸大小的电路网表，然后与原理图得到的网表进行比较，检查两者是否一致。

参考文献

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关键词：本科教育；微电子；课程体系；结构优化

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）04-0033-03

一、引言

微电子技术是随着集成电路，尤其是超大型规模集成电路而发展起来的一门新的技术。微电子技术包括系统电路设计、器件物理、工艺技术、材料制备、自动测试以及封装、组装等一系列专门的技术，是高科技和信息产业的核心技术。微电子产业是基础性产业，对国民经济有着巨大贡献，并渗透到其他很多学科，是发展现代高新技术和国民经济现代化的重要基础。作为电子通信类高校，南京邮电大学建校近50年来，正朝着信息科技类大学进军。随着电子、通信和信息等产业的飞速发展，国内外都需要大量的微电子学人才，我校成立微电子学专业，旨在为我国的ASIC设计方面，培养急需的人才[1-6]。我国“十五”计划纲要明确提出大力发展半导体集成电路产业，为了满足社会的发展和需求，我校微电子专业成立于2001年，并于2007年招收第一批本科生。在学校各级领导的重视和关心下，专业建设取得了飞速发展。本科人才培养方案是各专业人才培养目标、培养规格以及培养过程和方式的总体设计，是学校组织本科教学、规范教学环节、实现人才培养目标的纲领性文件，对人才培养质量具有决定性的影响。当今的高校教育不仅需要培养大量理论基础较扎实、具有开拓创新精神的专业型人才，也更需要培养大量工程应用型人才。所谓“应用型人才”主要是指德、智、体、美等方面全面发展的，能够将专业知识和技能应用于所从事的专业社会实践的高级专门人才。“应用型人才培养模式是以能力为中心，以培养技术应用型专门人才为目标的”。它更加注重的是实践性、应用性和技术性。即基础知识比高职高专学生深厚、实践能力比传统本科生强，是本科应用型人才最本质的特征。本科应用型人才培养模式是根据社会、经济和科技发展的需要，在一定的教育思想指导下，人才培养目标、制度、过程等要素特定的多样化组合方式。

二、深化完善本科教学体系改革的措施探讨

人才培养方案制（修）订工作对于学校实现人才培养目标、进一步深化完善本科教学体系改革具有重要意义，人才培养方案制（修）订需要全面贯彻国家中长期教育改革和发展规划纲要，认真落实教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见等文件要求，不断适应国家和社会发展需要，进一步深化教育教学改革，优化人才培养过程，提高人才培养质量，促进学生全面发展。具体的改革措施探讨如下。

1.进一步明确本专业的特点和优势。培养方案是高等学校实现人才培养目标、开展人才培养工作的总体设计和实施方案，为全面贯彻教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见，以执行最新颁布的普通高等学校本科专业设置管理规定为契机，推动我校新一轮专业建设和教学改革，以不断适应知识经济、科技、社会发展对各类高素质创新人才的需要，根据我校教育教学改革的实际，及时总结人才培养经验，以“本科教学工程”建设工作为抓手，积极参与教育部“卓越工程师教育培养计划”及“工程教育专业认证”，进一步更新教育观念，深化教育教学改革，提高本科教育质量，构建和完善适合我校办学指导思想、具有我校办学特色的本科创新人才培养体系，根据新《目录》规定的各专业培养目标、培养要求、主干学科、核心课程、主要实践性教学环节、主要专业实验，紧密结合近年“本科教学工程”改革实践，开展本科专业培养方案的修订。本专业培养适应社会发展需要，道德文化素养高，社会责任感强，身心健康，掌握扎实的自然科学基础知识和必备的专业知识，具有良好的学习能力、实践能力、专业能力和创新意识，能在微电子器件、工艺和集成电路设计及相关的电子信息科学领域从事科学研究、产品研发、工程设计、技术管理等工作的专门技术人才。主要专业方向为微电子器件、工艺和集成电路设计。注重集成电路设计、集成电路版图设计、微电子器件设计和MEMS设计。

2.课程设置进一步优化。课程的设置是否合理对人才的培养起到了至关重要的作用，尤其是现今提出的对专业人才的更高要求，需要进一步优化课程体系，合理安排课程内容。首先，在课程设置方面，当前，南邮本科微电子专业经过几年的发展，取得了不少成绩。但世界范围内微电子产业飞速发展的特点决定了高校微电子学科的教学必须紧紧跟随产业发展的步伐。我们在看到以前所取得的成绩的同时也必须看到其中所存在的一些问题，并积极进行改革创新。我校的微电子专业在设立初期，经过各方专家的反复讨论和论证，建立了一套统一的专业课程和教学大纲。这套课程满足该专业最基本的专业要求。但由于微电子专业设立时间不长，仍属于起步阶段，由于硬件条件和师资力量的缺乏和不到位，无法设立多样的课程体系和科目，所以目前的教学仍然是基本上按统一的教学大纲和教学要求组织。随着学校办学规模的扩大，通达微电子学院的设立，选修微电子专业课程的学生人数不断增加，原有的教学课程体系和科目还需要进一步细化、深化、推广。为此，在课程设置上，我们必须对已经投入使用的培养方案进行分析和总结、不断地进行修订和完善，将整个学科的课程结构体系、到具体到每一门课程的知识体系，都进行优化设计，以期在最短的学时内使学生掌握牢固的知识。最终使学生获得以下几方面的能力：掌握扎实的数学、物理等方面的基本理论和基本知识；系统掌握量子与固体物理、半导体物理与器件物理、半导体集成电路设计和制造的基本知识，具有独立进行微电子器件、工艺和集成电路设计的基本能力；了解电子信息类专业的一般原理和知识，受到科学实验与科学思维的训练，具有本学科与跨学科的科学研究与技术开发的基本能力；在综合类实践、实验中具有较强的独立设计、分析和调试系统的能力，能够完成综合性和探索性工作的能力；养成良好的学习习惯，对终身学习有正确认识，具有不断学习和适应发展的能力；其次，对于理论课程的内容，针对南京邮电大学的学科特点和电子科学与工程学院的实际情况，以及本专业的特色建设，主要专业方向为微电子器件、工艺和集成电路设计。注重集成电路设计、集成电路版图设计、微电子器件设计和MEMS设计。以能力培养为基础来设计，并考虑学生毕业后从事的职业，根据工作的要求对教学中的课程进行专项的能力和综合能力培养。在通识教育类课程中设置了高等数学、大学物理、物理实验、程序设计等。专业教育类课程中设置了信号与系统、数字电路与逻辑设计、模拟电子技术及电工电子实验等。这些是所有涉及到电类专业的学生都必须学习的课程。在微电子专业的专业课中安排了固体物理、半导体物理、半导体集成电路工艺、半导体器件物理、通信原理，这些课程都是基础理论课程，是为微电子专业的学生打下基本的专业基础。考虑到工程认证的需要，在集成电路与CAD的课程设置上，专门增加了16小时的实验，加强学生的实验和操作技能。在集成电路分析与设计的课程设置中，专门将模拟和数字分开，设置了各48小时的模拟集成电路分析与设计、数字集成电路分析与设计，这不同于其他院校的课程设置，应该也算是我专业的一个特色和优势。使学生掌握初步的集成电路设计知识，加强了学生的集成电路分析和设计的能力。除了已经设置的32小时的VLSI设计实验课和32小时的微电子专业实验，还增加了32小时的工艺实验，这也大大加强了实验和上机比例。具体来讲，已经在建设的ASIC设计实验室的基础上开展了ASIC设计实验课程的教学，并筹备建立了微电子专业实验室，拥有了一批工作站、计算机等硬件资源和ISE、MAXPlus II、Synopsys Cadence等软件资源、学会一到两种EDA工具的使用方法。建设微电子器件和半导体物理专业实验课程，在广泛调研的基础上购置了必要的仪器设备、编写了实验教程、开展了半导体材料实验和晶体管测试实验；基于以上措施，建立一整套完备的、覆盖微电子产业前端和后端工序的微电子实验课程体系。开展了器件和工艺设计实验。掌握一定微电子实验能力是微电子专业本科生应当具备的基本素质。在微电子专业的专业选修课中设置了VLSI版图设计基础、片上系统设计、微电子器件设计、MEMS与微系统设计、新型微电子器件、通信集成电路等多门课程，涵盖了微电子方向的器件设计、电路设计、工艺设计等各个方面。更好地体现了应用型人才的培养方向和目标。再者，实践课程的内容上，由于微电子专业是一个实践性较强、实践内容多的专业，从集成电路的生成流程来看，其实践内容包括系统和电路设计、器件设计、工艺设计、版图设计、实际流片和测试。实践课程的设置对培养学生解决问题能力、判断能力和创新能力极为关键；需要工程认证的专业的实验实践课程必须要达到30%以上。因此，还拟通过建立微电子专业实验室，开设微电子和半导体测试实验课，在培养学生理论知识的同时，加强实践能力的培养，培养既有较深理论基础，又有一定动手能力的全面发展的学生。在实践型环节的课程设置中，通识基础课和学科基础课中安排了电类学科所必须的程序设计、电装实习、电子电路课程设计等。在专业基础课和专业课中，设置了软件设计、微电子课程设计等，尤其是微电子课程设计，将进行较大的改革，要求改革后设计内容都是与本专业紧密相关，全面运用到所学的专业知识。

3.师资队伍的建设。本专业现在拥有专业教师14名，完全满足本科的专业教学需要，但从事集成电路设计方向的老师比较缺乏。还有，学生的个性不同，使学生在学习的兴趣、主动性等方面差异很大；随着社会竞争的日益激烈和社会需求的不断变化，又使学生的未来发展面临很大挑战，学生的需求随之呈现多样化。因此，多元化的培养规格应当成为共识。将学生的具体情况和社会需求相结合，这就要求我们必须打破现有的统一模式，根据学生的实际和社会需求建立多样化的课程体系，实施分类教学，在保证打好扎实的专业基础的前提下，设立尽可能多的适应当今社会发展的方向性课程。建立既具有深厚扎实的理论知识功底，又具有精通实践、有很强的动手操作能力和解决生产实际问题能力的教师队伍迫在眉睫。近几年，我学院在引进高水平的师资力量方面进行了不懈的努力，微电子专业教师的队伍在不断扩大，教师的专业方向也在不断丰富，能够胜任并有选择性地担任各主要方向的专业课教学。但仍然缺乏学科带头人，缺乏一个凝聚人心的事业平台，学术梯队。这就要加速建设学科带头人、重点骨干教师和优秀青年教师4个层次的学术梯队。通过培养和引进，形成一批整体素质高、学术实力强、结构合理、具有团结协作精神的学术梯队，使其在学科建设中发挥突出作用。鼓励教师积极申报各类项目，积累一定的设计、实验和操作经验。鼓励教师与公司、研究所合作，鼓励教师到国内外高校去做访问学者，积极参加国内外举办的国际会议，从而了解专业的最新发展、前沿问题，开阔眼界。

三、小结

总的来说，微电子学是发展现代高新技术和国民经济现代化的重要基础。培养方案是高等学校实现人才培养目标、根据我校教育教学改革的实际，及时总结人才培养经验，以“本科教学工程”建设工作为抓手，积极参与教育部“卓越工程师教育培养计划”及“工程教育专业认证”，进一步更新教育观念，深化教育教学改革，提高本科教育质量，迫在眉睫。其中需明确我校的特点和优势，以通信集成电路设计为主要方向，同时兼顾工艺设计与器件设计。相信通过培养方案、课程设置、师资等各方面的建设，一定会培养出高质量的微电子学领域人才，为我国的微电子工业做出贡献。

参考文献：

[1]杨宏，王鹤.微电子机械技术的发展与现状[J].微电子学，2001，31（6）：392-394.

[2]李文石，钱敏，黄秋萍.施敏院士论微电子学教育[J].教育家，2003，（3）：11-16.

[3]刘瑞，伍登学，邬齐荣等.创建培养微电子人才教学实验基地的探索与实践[J].实验室研究与探索，2004，23（5）：6-8，23.

[4]李斌，黄明文.微电子技术专业创新教育探索[J].中山大学学报论丛，2002，22（1）：108-109.

[5]严兆辉.微电子的过去、现在和未来[J].武汉工程职业技术学院学报，2003，15（2）：30-34.

[6]蒋元平.学科建设的内涵诠释和实现策略[J].中国西部科技，2007，（1）.

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在洗衣机工作中，水是洗衣的必备条件，水的合理用量决定了洗涤效果。因此检测水量成为洗衣机工作中的一项重要内容。本文介绍一款洗衣机控制器的水位检测电路，通过原理及参数选择等方面的内容讲解，使大家对该电路起到更深的了解。

【关键词】振荡频率 传感器 反相器

在洗衣机控制器中，原先采用水位开关，通过开关信号来判定水量是否满足设定值，该方案大多采用于双缸洗衣机及一些小容量的全自动洗衣中，无法检测水位频率，只能读取其中一个设定值。随着家电智能技术的不断发展，精确感知洗涤水量成为洗衣机设计一种趋势。目前，在洗衣机设计中使用较多是谐振式水位传感器，通过电控板上的逻辑电路来实现水位检测的功能，该检测电路可靠性、实用性较高，本文介绍的就是这方面的内容。

1 电路设计

1.1 电路原理图

水位检测电路如图1所示，该电路是将水位传感器采集的水位信号转化为洗衣机控制器MCU所需的信号。电路中采用4069反相器集成IC为核心元器件进行电路设计。4069为反相器集成IC，内部由六个反相器组成，如图1。本电路利用其中三个反相器（a、b、c）进行设计，未被使用的反相器输入端均接地，其中4069第8脚为方波信号输出脚，输出给洗衣机控制器MCU检测端口。

1.2 电路工作原理

谐振式水位传感器通过水压气管与洗衣机桶内侧相连，随着水位的变化，感知的气压也发生变化，内部电感线圈的电感量也随之变化，根据公式f=1/2π的原理，气压越大，电感量越大，谐振频率越小，反之则越高。如图1传感器等效电路图，水位传感器内部由电感L1与电容C1、C2组成，电感和电容组成选频网络，并与4069检测电路形成三点自激振荡电路，将电感信号的变化转变为频率信号，便于控制器MCU芯片的采集，从而检测到桶内水位的变化。为了使整个LC回路实现自激振荡，需使反相器偏置在高增益线性放大区，形成放大器，因此需要在反相器两端并联一个电阻R3。

在电路中，水位传感器内部作为一个π型选频网，形成180度的相位差，并且信号经过4069反相器也产生了180度的相位差，导致整个振荡回路形成360度相位差，但在实际处理中，反相器存在延迟，导致额外的相位移，为确保整个振荡环路总相位差在360度，水位传感器π选频网络必须根据反相器的延时情况，生成小于180度的相位差，因此本电路中采用了R2、R1两个电阻分别串于反相器（a、b）的输入输端，通过调整电阻的参数来调节振荡环路增益和相位差。

反相器（a、b）与电阻R1、R2、传感器构成振荡电路，参与波形的处理，输出近似于方波的信号，见图3，而第三个反相器（c）针对这个波形进行了最后的整形，使其输出理想的方波信号，控制器主芯片通过采集这个方波频率来判断水位的高低。

2 元器件的选择

为了提高水位检测电路的可靠性，需对所用元器件进行必要的选型工作，确保元器件的选型更加符合电路的设计要求。

IC1选用4069集成IC，内部由六个COS/MOS反相器电路组成，一般选择可靠性较高的品牌型号。

电阻R3两端与IC1的第12、13脚相连，即在并联在反相器（a）之间，电阻R3一般选择阻值较大的型号，该电路中选用阻值为100KΩ。

电阻R1、R2作为限流电阻，起到限制反相器输出的功能，R1选择560Ω，R2选择3.3K。电阻R2处于反相器的输入端，R1处于输出端，注意R2的阻值须大于R1，否则会导致输入信号的幅值变小，抗干扰能力下降，容易导致电路无法正常工作。

电阻R4与电容C3对输出的方波进行滤波，减少噪声干扰。电阻选择150Ω，电容选择0.001uf。注意电容C3容量的大小选择非常重要，往往因选择较大导致方波变形，使信号失真，该电容容量值一般在0.001uf左右，既能起到滤波的作用，也能确保方波信号不失真。

3 工作中的波形

为确保输出理想的信号，在电路中设置了3个测试点（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ），对信号处理的重要环节进行波形测量与分析。

水位传感器采集了水量的变化，并以正弦波的方式输出，现对传感器输出端a点波形进行测量，如图2。

正弦波输入至4069（a、b）反相器中，如图1，反相器对正弦波进行了处理，输出波形失真为近似方波的信号，如图3。

信号经过第三个反相器（c）整形，并经过R4及C3滤波等处理，输出的方波信号，如图4。

4 结束语

水位检测作为洗衣机工作的关键内容，贯穿整个洗涤过程，直接影响消费者所关心的洗净度与用水量，因此水位电路设计的合理性、实用性显得尤为重要。相信随着家电智能化的迅速发展，这种低成本，实用性较强的电路将越来越多地使用在产品中。

参考文献

[1]王尔乾.数字逻辑与数字集成电路[M].北京：清华大学出版社，2002.

[2]董海青.集成电路设计基础[M].北京：机械工业出版社，2013.

[3]孙肖子.CMOS集成电路设计基础[M].北京：高等教育出版社，2008.

作者简介

颜东亮，男，江苏省建湖县人。现为无锡小天鹅股份有限公司飞翎电子工程师，主要从事洗衣机控制器设计工作。

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关键词：数字电子技术；教材；探索

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）03-0098-02

随着数字电子技术、集成电路设计、制造技术的高速发展和广泛应用，大量学科纷纷出现在高等教育的课程设置中，如DSP、嵌入式系统、SOPC、PLD、EDA、硬件描述语言等。这些课程引领电子技术的发展方向，把作为这一领域专业基础课的《数字电子技术》的地位和重要性也推到了前所未有的高度，同时也对数字电子技术课程的教学内容提出了极大的挑战！然而，难以乐观的是目前国内多数著名高校该课程的教材多少年来随着版本的更新，内容变化并不大。可喜的是，近年来有个别教师对《数字电子技术》教材做了非常大胆的改革，比如，有教材大篇幅地增加了可编程逻辑器件及应用，使学生在课堂上的大部分时间用于学习掌握现代电子技术设计方法；也有教材将微型计算机原理和数字电子技术合二为一，将微处理器结构作为数字电子技术的一个应用实例，这样不仅消除了传统数字电子技术内容零散的缺陷，同时也将微型计算机原理课程和数字电子技术课程有机地结合在一起，并可以减少学时数，方便课程安排。作者早在参考文献[1]中也提出这种改革方案，但由于教学内容的大量改动往往牵扯到教学计划和几门课程的改革等问题，影响面比较大。因此，多年来各著名高校依然按兵不动。本文在尽量不影响教学计划的前提下，针对目前的多数教材内容提出几点建议。

一、数字电子技术的发展和课程重要性介绍

国内外多数教材的开篇都是直入主题，对《数字电子技术》课程的重要性、电子技术的发展、课程特点及学习方法等问题很少介绍。这样使得学生在刚开课时就接受大量新概念，毕竟数字电子技术是走进数字时代的第一入门课程，由模拟世界到数字世界有些转弯太急。另外，开篇不介绍电子技术发展和一个典型应用，往往使学生学到最后都会感觉内容零散，慢慢失去了学习兴趣。这种大转折性课程有必要介绍电子技术的发展和广泛应用，介绍电子技术的发展，不仅使学生可以了解该学科前沿技术及目前应用状态，启发学生创新能力，也可以让学生体会EDA软件在现代电子技术设计中的作用，在课程学习过程中自发学习和利用EDA软件进行仿真实验，激发学生学习兴趣，引起学生对课程的足够重视，同时也给学生一个适应过程。教材中介绍课程的重要性是非常必要的，数字电子技术已逐渐渗透到各个行业及领域，推动着世界步入数字化时代，进入21世纪，数字电子技术将继续促进人类在各个领域的全面进步。作为走向数字化时代的第一门课程，重要性不言而喻。另外，应该强调学生应该学习一些什么？课程各章节的重要性和相互关系等。《数字电子技术》作为一个转折性和走向数字化时代的基础课程，也能鼓励之前学习较差的学生，将《数字电子技术》课程作为一个新的学习起点，走向美好未来。另外，电子技术课程也是很多高校某些专业的考研课程，对于以后想考研的学生提前告知也可以引起学生对该课程的高度重视。《数字电子技术》课程实践性很强，要在教材中强调高度重视实验环节，介绍使用EDA软件进行电路的设计和分析方法。鼓励学生在实验中遇到问题时要有积极主动分析问题和解决问题的心态，在不断解决问题的中提高自信和科研动手能力。

二、理论教学和实验内容的配合

目前多数教材不包含实验内容，而且EDA内容介绍很少甚至没有，实验与教学配合不是很紧密。如果教材中实验内容像每章后的作业一样安排，在教材中每章之后直接给出验证性实验和设计性实验内容，并增加EDA仿真实验，使学生一开始就学习和利用现代电子设计不可或缺的一些EDA工具，使数字电子技术的教学环节采取“黑板+PPT+EDA仿真”的模式，这样不仅使课程与实验衔接紧密，加深学生对所学理论知识的理解，利用课外学时也解决了实验时间有限的问题。同时，EDA仿真环境的开放性为设计性和探索性实验提供了实验环境，克服了实物实验中硬件损耗带来的资金压力和实验平台数量和开放时间的限制，对提高学生的综合素质、培养学生的自主学习和创新能力、激发学生主动探索未知事物的学习热情具有特殊的作用。当然，走进实验室熟悉硬件、搭接电路、调试电路等实验过程对于培养学生实际动手能力、分析问题和解决问题的能力具有重要意义。

三、增强实际应用例子

参考微处理器硬件电路，更新教材内容，使理论与实际相结合。《数字电子技术》的重点是分析和设计电路，也是微处理器课程的重要基础。如果能将部分内容和后续微处理器课程结合将会极大提高学生学习兴趣。目前教材中的很多应用实例陈旧且不结合实际，参考文献[1]中详细说明了存在的问题，在此举例说明并提出建议，例如：组合逻辑电路中的中规模集成器件（MSI）及应用，几乎所有的教材都是介绍概念、具体某器件符号图、功能表及应用等，介绍的多数器件型号比较陈旧且应用介绍与实际都有很大距离。比如，编码器从学生熟悉的键盘引出编码的概念和编码器的作用后，多数教材给出的集成编码器型号在实际中很少用到，应该增加实际键盘扫描原理电路介绍和实用的键盘编码器，比如16键盘编码电路74C922（CMOS工艺技术制造，工作电压3-15V，“二键锁定”功能，编码输出为三态输出，可直接与微处理器数据总线相连，内部能完成4x4矩阵键盘扫描）。译码器应用几乎所有教材都是介绍用74LS138译码器实现逻辑函数、多路分配器等，而没有介绍其最为重要的地址译码作用，如果介绍三态门时增加或增强总线结构，在译码器应用中就很容易引入地址译码器的地址译码作用。其实，在介绍数字电子技术相关内容时，将其应用延伸到微型计算机的结构，比如，中断控制逻辑需要的优先编码器、地址译码器、总线结构、键盘编码、存储器、时钟和复位电路等，在《数字电子技术》课程最后将很容易搭建起一个计算机简化结构模型。这不仅将《数字电子技术》零散的内容融为一体，而且在学习各个部分时，学生也会更有兴趣，也有助于后续课程相应内容的理解和学时压缩。

四、思考经典应用

很多教材或多或少都引用了之前教材的一些经典应用实例，导致再版或新出版教材都没有慎重考虑也照搬前人的实例，结果造成大多数的《数字电子技术》教材中都存在有问题的设计实例。比如，串行序列检测电路设计，在参考文献[2]中作者已提出该问题并引起了一些老师的重视，但多数教材问题依然存在；还有同步JK触发器，个别教材认为在CP=J=K=1时，JK触发器状态翻转一次，有教师就针对该问题发表了论文，认为根据JK触发器状态变化关系：00不变、11翻转、其它随J变。因此，CP=J=K=1时，JK触发器状态应该按照Qn+1=■n=1的规律并以各级门电路延迟时间之和为时间间隔，不断地翻转，直到CP有效高电平结束为止。其实这些说法都不正确，通过理论分析和仿真实验可以证明，CP=J=K=1时，JK触发器输出为：，Qn=■n=1，0n和■n不再互补，而且当CP变为低电平时，输出不确定。这是因为触发器中构成反馈的两个门的输入，在CP=J=K=1时，都为Qn，■n=0。这些问题说明即使是多数教材中都引用的内容也需要编写教材的老师仔细推敲和思考。

五、增强可编程逻辑器件原理以及应用介绍

许多大规模、超大规模及专用集成电路产品的问世，特别是高密度可编程逻辑器件的快速发展，使得现代数字控制系统几乎成为两片系统――微处理器+可编程逻辑器件。作为工科院校专业基础课程之一的《数字电子技术》，其大部分内容和实际应用显然存在较大差别，不适应现代电子技术发展和应用需要，改革教材内容迫在眉睫。教材中的经典内容比如，数字逻辑基础、集成逻辑门、存储器等需要保留，对小规模集成逻辑门的解剖有利于理解集成器件的外特性和性能指标，正确使用器件合理设计电路，也利于掌握同一数字逻辑系列大规模集成器件的使用方法；触发器、基于门或触发器的组合或时序电路的分析和设计、中规模器件电路、脉冲产生与整形等要进一步精简；扩充可编程逻辑器件应用，增强现代电子设计方法的介绍和实验训练非常必要，很多教材虽然增强了PLD内容，但教学并没跟上。本文在尽量不影响教学计划的前提下，对目前的教材内容提出几点建议，旨在逐步更新课程内容，适应现代电子技术飞速发展和应用的需要。期望和同行们共同探索出更好的教材和教学改革方案。

参考文献：

[1]宁改娣，杨拴科，王建校.数字电子技术课程教学改革探讨[C].中国电子教育学会会刊.2000.

[2]宁改娣，杨栓科.串行序列检测同步时序电路设计探讨[C].西安交通大学2003.8.全国高校电子经验交流会论文集。

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【关键词】数字电路课程；实践平台；工程设计；实验

1概述

在教学过程中，具备数字系统设计实践工程能力，涉及相关数字系统课程体系教学与实践，在各高校的电气、电子信息类专业中，数字电路是一门专业基础课程，随着数字技术应用领域的不断扩大，在后续专业课程中，显而易见，随着电子产品数字化部分比重增大，它在数字系统设计中基础性地位越来越突出。

因此，培养适合现代电气、电子、信息技术发展的卓越人才，创新数字电路的课程几次理论与工程实践教学迫在眉睫。

根据我校近几年电气、电子课堂教学的实践情况，数字电路课程应该以面向应用的数字电路设计为核心，在熟练掌握基本电路教学内容的基础上引入先进的数字系统设计方法的课程教学和实践内容。

工程实践过程中，逐步从自底向上的设计方法逐步转变到自顶向下的设计方法中来，以教师科研应用来拓展，以全面培养优秀数字设计卓越技术人才[1]。

2探索构建数字电路教学中的多层次的创新实践平台

2.1多层次的数字电路创新实验平台构思。

面向卓越人才培养的数字电路课程创新实践教学，可以分层次进行在各个教学阶段逐步推进，包括：面向基础的数字设计的基本原理与工程创新实验教学模块、面向应用的数字电路课程设计教学和结合科研项目的创新实践平台[2][6]。

多层次的数字电路创新实验平台架构如图1所示。

2.2数字设计的基础原理与实验教学。

数字电路基础原理和实验教学是数字系统设计的课程体系的基础入门阶段，是培养数字逻辑代数与逻辑电路的重要过程，大类可分为时序逻辑电路和组合逻辑电路，其中时序逻辑电路主要包括：锁存器、触发器和计数器，组合逻辑电路包括，编译码器、多路复用器、比较器、加（减）法器、数值比较器和算术逻辑单元等。教学的目的是训练学生掌握组合和时序逻辑电路坚实理论基础，使学生掌握数字电路的基本概念、基本电路、基本分析方法和基本实验技能，不但要注重基本数字电路与系统设计理论的理解，同时让学生在学习中逐步了解面向应用和现代科技进步数字电路新的设计理念[2][3]。

2.3面向应用的数字电路课程设计实践教学。

随着电子设计自动化技术（EDA）和可编程器件（CPLD）的不断发展和应用，以EDA技术为主导的数字系统理念已经成为企业工程技术的核心。数字电路课程设计主要培养学生利用中小规模数字集成电路器件和大规模可编程器件进行数字电路设计和开发能力。在卓越工程师培养背景下，结合前阶段数字电路课程理论教学和实验教学的实际情况及EDA技术的发展状况，适时进行数字电路课程设计和EDA技术课程的综合衔接，以及课程深度融合[4]。主要内容包括：

2.3.1基于Multisim等相关软件的数字系统仿真实验。可以构建虚拟数字实验系统，不但较好地模拟实物外观外，还可以利用系统提供的实验平台开展实验的设计、仿真，进行实验内容的逻辑验证。

2.3.2基于通用和专用数字芯片的数字系统设计。其主要特点是有很好的直观性和具体性。

2.3.3基于硬件描述语言（HDL）的数学系统硬件描述。采用硬件描述语言实现数字逻辑设计，基于EDA环境仿真和验证。可以结合上述（1）和（2）的优点，采用硬件设计软件化技术应用于数字电路课程设计的实验教学中，通过综合性实验的自行设计和实验，对实验内容、实验规模、实验方法进行了综合创新设计[5]。

2.4结合科研项目的数字设计实验创新平台。

在高等院校，教师即承担教学任务，同时有各自的科学研究方向，同学们可以根据自己的研究兴趣，加入教师的科研团队，形成教学与科研互利的良性循环。面向卓越工程师培养的数字系统设计，可以借助横向或纵向科研项目形成综合教学体系。比如：搭建在线可编程门阵列（FPGA）创新实验平台，形成数字电路、电路线路课程设计、可编程逻辑器件以及集成芯片系统设计，形成面向数字系统设计的课程体系[3]。同时，应用高校与知名企业建立的校企合作平台，把企业界的研究信息和研发需求引入到教学平台，开拓了学生的研究思路和视野，提升了学生设计复杂数字系统的能力；目前，我校正在与国际知名的半导体公司Xilinx、Altera和Cypress陆续建立卓越人才大学培养计划，利用大学设置小学期，在FPGA和PSoC开发平台上进行了面向实际应用的数字系统设计，在实践平台上不仅有学校的任课教师，还有知名企业派来的一线工程师指导同学们的实践，相比改革前，取得很好的实践效果，同学们的数字系统设计水平得到了提高，同时在编程、接口、通信协议等方面也有了深刻的认识。

对于优秀的学生，借助全国各种形式的大学生电子（信息）设计竞赛这个创新平台，组织他们积极参与，激发他们的学习研究兴趣和创新意识，综合所应用的数字系统设计知识，发挥竞赛团队的协作精神。每年，我们都有部分优秀学生通过努力，创新设计的作品获得专业认可，并取得了良好的参赛成绩，也使得数字设计课程体系的建设上了一个新的台阶。

3基于创新平台的课程体系优化与实践

卓越工程师培养要求的数字电路系统设计课程体系协调好相关电气、电子类专业上下游相关理论课程、实验综合性设计同时得到协调发展。如何实践论文所提到的创新实验平台，应该引进现代数字设计理念，重点把EDA软件、设计工具、开发平台与传统的数字电路基础理论教学相衔接。我们在这几年对数字系统设计课程体系、创新实践教学内容等方面的进行了改革与探索，取得了一定的成效。经过这几年的实践，我们逐步构建了面向应用的数字系统设计课程优化体系[5]，如图2所示。

4不断探索数字电路理论教学内容的改革与实践

4.1以数字电路设计为目的强化基本逻辑电路理论教学。

在进行复杂数字系统设计之前应该熟练掌握这些常用基本组合和时序逻辑电路，包括电路的功能、电路的描述以及电路的应用场合等。

树立电路设计思想首先需要熟练掌握一些基本的逻辑功能电路。其次，树立电路设计思想需要理论讲解与实践相结合，逐步熟悉硬件描述语言的描述方式。数字系统设计强调采用硬件描述语言来对电路与系统进行描述、建模、仿真等[2][3]。

4.2掌握面向应用的数字系统工程设计方法。

学生在掌握数字电路基本概念和一般电路的基础上，进一步掌握数字系统设计的方法、途径和手段。其主要内容包括：数字系统与EDA的相关概念、可编程逻辑器件、硬件描述语言、电路元件的描述、数字系统的设计方法、开发环境与实验开发平台以及应用实例的介绍等。这些课程内容涉及面较广，为了提高教与学的效果，探索总结了以下的教学重点内容，并作为教学实践中的教学切入点[1]。

随着电子技术不断发展与进步，现代数字系统设计在方法、对象、规模等方面已经完全不同于传统的基于固定功能的集成电路设计[1][2]。现代数字系统设计采用硬件描述语言（HDL）描述电路，用可编程逻辑器件（PLD）来实现高达千万门的目标系统。这一过程需要也应该有先进的设计方法。根据硬件描述语言的特性和可编程逻辑器件的结构特点以及应用的需要，在教学过程中阐述了先进设计方法。例如：采用基于状态机的设计方法设计复杂的控制器（时序电路），应用或设计锁相环或延时锁相环来处理时钟信号，应用自行设计（IPcore）软核来提高数据吞吐量[1][2][3]。

4.3深化数字电路实验教学改革。

实验实践教学过程中，注重基础训练与实践创新相结合的实验教学改革思路，加强学生工程思维训练、新平台工具的使用、遇到逻辑问题的综合分析能力，理论与实践相结合的分析能力。在实践过程中的提高创新性和综合性能力，面向应用的数字电路创新平台建设，需要不断提高课程试验、实验和实践过程在教学中的比例，在符合认知规律的同时，逐步加强来源与实际需要的综合性数字设计实验。

5结语

数字电路是电气、电子信息类专业的一门重要的专业基础课程，论文针对当今卓越工程师培养的要求，以及在教学过程中遇到的主要问题，探讨了面向应用的数字电路课程创新实践平台。提出了多层次的数字电路创新实验平台结构和面向应用的数字系统设计课程优化体系。目的在于，通过课程及相关课程体系改革与创新，使得学生更快、更好的适应现代数字技术发展的需求。

参考文献

[1]孔德明.《数字系统设计》课程教学重点的探讨，科技创新导报，2012.1，173-174.

[2]任爱锋，孙万蓉，石光明.EDA实验与数字电路相结合的教学模式的实践，实验技术与管理，2009.4，200-202.

[3]叶波，赵谦，林丽萍.FPGA课程教学改革探索，中国电力教育，2010，24，130-131.

[4]秦进平，刘海成，张凌志等.电类专业数字系统综合实验平台研制，实验技术与管理，2012.6，75-78.

篇10

摘 要：在研究可供计算机与电子类专业学生随身携带的系列便携式实验教学设备的基础上，探讨一种新型的自主实验教学模式。介绍研发该系列设备的基本设想、便携式EDA实验板的设计以及该模式的理念与内容，在有限的资源下为学生提供充足的实验条件，营造良好的学习与课外科技创新氛围，并有效缓解实验场地、设备等资源不足的矛盾。

关键词：自主实验教学模式；计算机与电子类专业便携式实验设备；案例开发；考核评价体系

作者简介：徐成，男，博导，教授，研究方向为嵌入式系统。

1 研究背景

作为计算机与电子类专业教学体系的重要组成部分，实验教学在整个教学过程中是至关重要、不可缺少的环节[1]，学生综合素质的提高及创新能力的培养更离不开实验教学[2]。近年来，国内外各高校高度重视实验教学，不断增加资金与师资力量的投入，推行实验教学改革，以提高教学质量。国外高校的计算机与电子类专业已实行“开放式”实验教学：实验室的场地、时间及设备全面开放，提供充分的条件，培养学生的个性与素质。而国内各高校的计算机与电子类专业近年也在不同程度上进行了实验教学改革，“开放性”、“设计性”、“综合性”等概念被引入，减少验证性实验，增加设计综合性实验的改革方式已被大家所公认。

当今计算机与电子技术的进步在给各行各业带来方便的同时也促进了实践教学的改革，其中集成电路的飞速发展使得实验设备的便携化与普及化成为可能且形成趋势。而传统的计算机实验教学已不能满足时代的要求，如何进行改革，加强学生的动手能力，成为教师共同探讨的话题[3]。基于上述原因，我们从实验教学设备的研制到实验案例开发，以及教材编写直至实验教学模式进行了全面改革，研究并探索出一种适合计算机与电子类专业的自主实验教学模式。

2 自主实验教学模式理念

自主实验教学模式，是指紧跟新技术自制系列便携式实验设备，并配备给学生人手一台，在此基础上学生可“自主”安排实验的内容、时间、空间，教师则集中管理、答疑和考核。

该模式通过研制供计算机与电子类专业学生可随身携带的系列便携式实验教学设备，实现实验设备的低成本、便携化和普及化，满足学生人手一台，将该专业学生系列硬件实验的传统实验环节延伸到学生宿舍等实验室之外的普通场所，改观了资源短缺的矛盾，为学生提供充足的实验条件，并使各层次学生在课余时间不受地点限制，充分利用实验设备，自主思考，主动参与，营造好的学习与课外科技创新氛围，以获取较好的实验教学效果。该模式以案例开发为驱动，精编涵盖认知型、设计型和综合型实验的指导教材，并以学生为主体，鼓励学生在实验内容上进行自主创新，而不局限于实验教材。该模式以教师为主导，集中管理，建立合理的评价体系，避免传统实验中过分关注实验报告和出勤率而造成学生不注重实验过程的单一考核方式，注重实验过程中学生的自主性、知识运用能力与探索思考能力，并从知识、能力和素质三方面对学生进行全面考核评价。

自主实验教学模式坚持的是以教师为主导，学生为主体，利用可供计算机与电子类专业学生可随身随带的系列便携式实验教学设备，让学生在时间、空间、内容等方面进行自主性实验与学习的教学理念。

3 自主实验教学模式研究内容

自主实验教学模式研究的内容包括研制可供计算机与电子类专业学生随身携带的系列便携式实验教学设备、设定硬件类课程体系、开发案例、编写实验教材、组织管理实验教学活动以及建立科学合理的考核评价体系。

3.1 自制便携式实验设备

目前，计算机与电子类专业实验教学存在一些问题与不足，内容如下。

1) 实验设备成本高，限于资金问题，只能满足多个学生共用一实验平台，并且只能在指定时间到指定实验室进行实验，无法实现开放与自主实验教学。

2) 现有同类教学设备没能很好针对我们计算机专业特定课程的教学需求而设计，系统复杂、冗余功能较多，使入门学生产生畏惧，对硬件学习缺乏信心。

3) 实验平台所用技术相对落后，需要多种附加配件，缺乏便携性，使学生实验的时间、地点和相关环境受到了限制。

基于以上问题，开发设计系列硬件类便携式实验设备，是加快教学改革步伐的关键。在自主实验教学模式的理念下，通过研究相关新技术，我们完成了研制便携式实验设备的方案设计与论证，并对其具体实施及完善。预计自制的系列硬件类实验设备有便携式EDA实验平台、便携式单片机开发板、便携式ARM开发板等，使主要硬件实验设备实现便携化和普及化，为自主实验教学提供硬件环境，推进自主实验教学模式的研究与探索。

目前，我们已研制出便携式EDA实验平台并投入实验教学。该平台可用于数字电路与逻辑设计实验、计算机组成原理实验、数字集成电路设计基础实验、USB串并通信实验、基于IP核的数字系统设计、CPU设计等实验课程。其资源布局和实物图分别如图1和图2所示。该平台集成当前新技术，其下载、通信与供电仅需一条UBS线，保持与时俱进的科技活力，方便笔记本电脑用户随时随地使用；平台小巧轻便，面积比2张银行卡还要小(约为12×8cm2)，便于随身携带；平台操作简单、实用，成本低，可满足学生人手一台的需求，打破了传统EDA实验箱体积大，成本高，需购买配套电源线、下载线及通信转接卡，无法满足学生人手一台的格局，为学生学习数字逻辑、计算机组成原理、集成电路设计等系列硬件类课程提供了充分的实验条件，为实验教学改革增添了新的篇章。

图1 便携式EDA实验平台资源布局图 图2 便携式EDA实验平台实物图

3.2 计算机与电子类专业自主教学模式下的硬件类课程体系设置

目前，国内不同高校计算机与电子类专业硬件实验教学体系及内容各不相同。有的将实验贯穿于理论课程中；有的为主干课程的实验内容单列实验课；还有的是将基础实验与理论课程同步开设，另增设侧重于设计型、综合型、研究与探索型实验内容的综合与创新实验课程[4]。随着教学改革的推进，以“加强基础训练、注重能力培养、强调素质提高、突出创新意识”为基准和原则[5]，从满足社会的需要，培养具备足够动手实践能力的学生出发，我们结合研制的系列硬件类便携式实验平台的技术特点，综合考虑该专业硬件类课程间的衔接等问题，重新构建了“理论教学的‘精讲多练’(基础)实验教学的‘做中学’(提高)创新工程设计训练(综合运用)”这种适合计算机与电子类专业硬件类课程教学的三级实验体系。

理论教学设置了相应的“课程实验”，学生利用仿真软件以及人手一台的针对不同硬件课程的自制便携式实验平台，学习基本专业软件的应用，搭建基本概念模型，达到理解基本概念，促进理论学习的目的。实验课程则在实验教师的指导下，进一步强化训练，系统学习实验技能与技巧，培养学生的综合实验技能。其中“做中学”是指学生充分利用人手一台的便携实验平台，在实践中摸索学习，进而启发创造思维的过程。工程设计训练是利用最新的平台和工具进行实际工程设计训练，注重专业知识的融合，诱导并培养学生的创新意识。

要实现自主实验教学模式这一目标，不仅要实现教育理念的转变，还要将最新的计算机知识带到课程体系中[6]。该专业的硬件类实验内容涉及数字逻辑、计算机组成原理、集成电路设计、单片机、接口技术、嵌入式系统应用等，不同课程配备不同种类的便携式实验平台。其中数字逻辑、计算机组成原理是该专业必修的硬件基础核心课程，设置了相应的课程实验、实验课程以及工程训练，其他硬件类课程则设置相应的课程实验，所有课程学完后有一综合设计训练，可综合运用所有硬件知识。

以上体系设置与内容安排使硬件类课程教学具有鲜明的层次性，实现了基础、提高与创新的教学目标，使实践教学递进化推进，培养的学生能满足社会需求。

3.3 针对自制便携式设备的案例开发

开发高品质的实验案例是实验教学有效开展的基础，一个设计型、综合型和研究型实验案例的开发具备两个要素：可操作性和创新性。基于此，我们在自制便携式实验平台的基础上，结合专业课程的特点，从设计性、综合性实验出发，组织学生参与开发适用于计算机与电子类专业实验教学的案例，激发学生的自主创新能力，引导学生迅速入门并顺利开展实验教学活动。

目前，我们已组织了部分具有创新精神的学生，对正处于试验阶段的便携式EDA实验平台进行案例开发。同时引入案例开发的其他有效途径，如将优秀毕业设计、优秀大学生创新训练项目、学科竞赛作品转化为案例，鼓励优秀学生自选题目，并将其转化为教学案例等。在我院2008-200年上学期的嵌入式系统应用课程中，学生所获全国嵌入式系统竞赛一等奖的作品“互动视窗”、学生的自选课题塔吊遥控器等，作为案例被引入课程教学中，有利于激发学生的学习自主性。

3.4 自主实验教学活动的组织开展

自主实验教学活动的内容包括实验教材的编写、实验过程、实验答疑及实验考核，并可延伸至创新训练项目与学科竞赛等活动。教师组织学生以所开发的实验案例为题材，编写涵盖认知型、设计型和综合型实验的适合计算机与电子类专业的硬件实验教材，以提高实验项目的综合性、应用性和探索性。实验的开展过程中，学生人手一台实验设备，实验内容、时间及空间可由其“自主”安排，实现随时、随地实验，教师则组织集中答疑，及时帮助学生解除疑惑，了解学生的实验自主性与思考问题的过程。学生完成实验后，撰写相应的实验报告，提交并参与实验检查、考核或答问，最后教师通过实验答疑环节中学生的表现、实验报告及考核问答过程，对学生的实验进行综合评价。

在便携式实验设备基础上，我们进行的一系列自主实验教学活动，探讨在案例教学方式下如何引导学生自主创新学习，激发学生的兴趣与潜力，以及在自主开放实验环境下如何引导学生进行创新性项目的开展，培养学生的创新思维与实践能力的新教学理念。同时实现对传统实验教学内容的扩展，即通过自主实验教学来引导部分优秀学生参加创新项目训练及学科竞赛，激发学生的潜能，培养学生解决实际问题的能力，提高综合素质。

3.5 自主实验教学模式下的考核评价体系

考核评价体系是自主实验教学的重要研究部分，前面做得再好，落实不到位，只能让少数学生受益而不能达到预期效果。引导、鼓励能对想学的自觉学生发挥作用，但很多学生仍缺乏主动性，惰性思想较重。而考核应在提高学生的创新能力上发挥积极的导向作用[7]，因此如何落实实验教学各环节，如何监督到位、检查到位是一个重点研究内容，工作开展如下。

1) 在自主实验教学模式下，对学生日常实验活动开展调查，分析在实验教学活动开展过程中学生、教师所扮演的不同角色，组织教师和学生分别对实验教学的各个环节进行讨论，参考计算机与电子类专业的实验教学大纲，探讨在学生自主实验、教师集中管理的新模式下如何制定实验考核评价方案。

2) 通过针对性较强的教学案例的引导和自主实验教学活动的开展，从实验开展、答疑及考核问答等各个实验环节对学生的自主性和将知识运用于实践的能力进行综合评价，避免传统实验以实验报告和出

勤为主的单一考核方式，有利于培养学生解决实际问题的能力。

3) 研制一个人人过关的硬件语言应用的考核系统，为研究并建立自主实验教学模式下的综合考核评价体系增添砝码。

针对自主实验教学模式建立合理的评价体系，注重实验过程中学生是否正确运用基础知识及学生的探索思考能力，我们从知识、能力和素质三个方面对学生的自主实验进行全面的考核评价，尽可能以科学合理的考核评价体系考核学生的自主实验，从而最大化挖掘其潜能。

4 总结与展望

湖南大学信息科学与工程学院计算机与电子类专业实验教学改革与创新取得了佳绩：实验载体“便携式通用数字逻辑设计与EDA综合实验板”申请了国家专利，硬件课程计算机系统组成与系统结构2009年成为国家精品课程；硬件实验室“湖南大学信息技术实验室”2006年获湖南省普通高校实践教学示范实验室建设资格，2009通过合格验收并得到评估专家的一致好评。

实验教学改革尽管有了好的开端，但仍有很大的提升空间。除实验教学外，创新训练、学科竞赛、毕业论文等环节的作用亦不可忽略。该自主实验教学模式将传统实验环节延伸到实验室之外的普通场所，改善了学习条件和氛围，促进了实验教学改革、创新训练及学科竞赛活动的开展，有利于培养学生的创新思维与实践能力，将推广应用于我院的计算机科学与技术、通信工程、电子及人工智能等其他一级学科的专业。

参考文献：

[1] 陈琦. 计算机实验教学改革的思考和探索[J]. 教学研究,2005,28(6):547-548.

[2] 刘广聪,李振坤,陈靖宇. 计算机专业实验教学模式改革探析[J]. 广东工业大学学报:社会科学版,2005,5(2):41-43.

[3] 夏建川,张秀娟,方芸. 计算机实践教学改革探讨[J]. 高教论坛,2009(2):78-80.

[4] 李文军,衣杨,舒忠梅,等. 计算机专业实验教学改革的实践与探索[J]. 实验室研究与探索,2007,26(12):290-294.

[5] 蒋新革,乎西旦. 自动控制课程实验教学改革的研究与实践[J]. 实验技术与管理,2003,20(6):137-139.

[6] 姚玉霞,刘晓彦,随庆茹,等. “计算机组成与体系结构”实践教学改革与探索[J]. 计算机教育,2010(4):142-143.

[7] 李汉萍. 高校计算机基础实验教学改革探讨[J]. 考试周刊,2007(18):83-84.

Research on Self-determination Experiment Teaching Mode in Computer and Electronics Specialty

XU Cheng, LI Renfa, ZENG Juanli, FANG Kaiqing

(Information Science and Engineering Institute, Hunan University, Changsha 410082, China)