电子设计工程论文范文

导语：如何才能写好一篇电子设计工程论文，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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目前,为了快速实现工业生产的自动化,我国的自动化技术在工业生产中被广泛的应用,这也预示也我国工业迎来了现代化发展的重要阶段。但是,由于我国自动化技术兴起时间较短,其各项技术还不是完全的成熟,在工业生产中也只是应用了CAD、CAM以及OA技术,完成了计算机辅助设计与制造,以及综合办公管理的自动化控制等三个方面的自动化建设[1]。虽然仅仅只有三个方面,但是却在极大的程度上帮助我国的工业生产实现了智能化与自动化,这也是自动化技术能在短时间内就被应用在石油、化工、冶金以及轻、重工业等其他工业领域的原因,并且这些领域也随着自动化技术的应用而提高了自身的生产技术。另外,自动化技术在工业生产自动化的应用,不但实现了工业生产的自动化,还实现了行文、事务处理的自动化,以及辅助决策的自动化,使得工业生产中对于生产设备和流程的管理与控制能力不断提高,增强了工业生产效率。

2将自动化技术引入到电子信息工程设计中的重要作用

2.1使电子信息工程的设计一体化与机械化得以实现

诚如人们知道的,所谓自动化技术,就是全面解放发展生产力,用机械运作来代替人工操作,最大化的节约人力资源成本,提高工作效率,这也是自动化技术被广泛的应用到实际的生产生活中的原因。以从事电子信息工程的设计工作的人员角度来看,要想更好的工作,不仅需要全面的掌握电子设计的原理,还需要了解一切与信息工程设计有关的计算机应用理论。从电子信息工程本身具有的特色来看,其本质就是将计算机、信息以及电子技术相融合产生的一项事物,这就使得其设计工作不论是对机械化的程度,还是自动化程度,都有十分高的要求。所以,将自动化技术引入到当前电子信息工程的设计中,不仅能够促进设计工作的机电一体化,有效的转变当前电子信息工程的设计情况,提高设计工作的效率,还可以最大化的发挥电子信息工程在设计工作上的优势,准确的反映出设计工作的多元化以及功能的标准化。

2.2推进电子信息工程的设计智能化快速实现

在传统的电子信息工程的设计中,主要是依靠人力来处理信息,并对这些信息进行开发、设计、集成与应用的,工作效率十分缓慢,根本无法满足当前工业化发展对于信息的需求。将自动化技术应用于电子信息工程的设计之中,能够从根本上变革当前工业生产对于信息的处理、开发、设计、集成与应用的方式,极大的提高电子信息工程在设计方面的智能化水平[2]。通过将计算机、信息以及网络等自动化技术的融合,能够为处理和应用大批量、高频率和密度的信息提供一条更加便捷的途径,从而提高电子信息工程的整体设计水平,促进电子信息工程的设计智能化建设,提高其工作效率和准确度。

2.3推动电子信息工程设计整体的进步

首先,自动化技术本身就是一种集多项现代化先进科学技术为一身的,具有较高优势的现代技术,这种优势不仅是其他各种单一类型的技术或者技巧无法到达的境界,也是当前电子信息工程在设计时需要依靠自动化技术的主要原因。电子信息工程的设计,对于对信息的处理、运用以及控制技术的精确度要求极高,这一要求是无法依靠人力资源来实现的,所以就需要自动化技术来辅助完成。例如:在设计信号与系统时,设计师必须要全面的掌握信号的分解与信息系统的分析等相关技术,这就需要设计工作必须具备极高的精度,此时,设计师就必须要以自动化技术来提高设计整体的水平,提高精确度[3]。由此不难看出,自动化技术对电子信息工程的整体设计以及精确度水平的提高,具有的重要作用。

3自动化技术应用于电子信息工程设计的表现

将自动化技术应用于电子信息工程的设计工作的重要作用,使其在该领域的应用范围被不断的扩大,应用效果也不断提高。总体来看,自动化技术在当前电子信息的设计中,主要别用于以下几大方面:一是,电路分析的设计和计算机的控制领域,这也是整个电子信息工程设计的核心所在。将自动化技术应用于此领域,可以提高其三相电路、双口网络以及含有点感电路等方面的工作效率,促进设计整体的自动化和智能化[4]。二是,计算机的辅助设计领域,所谓的计算机辅助设计,主要就是通过综合的应用计算机的硬件、软件和网络等,促进设计整体的有效完成。将自动化技术引入其中后,设计这只需要将相关数据输入其中,计算机就可以自行分析计算,极大的提高了工作的效率和设计的精确度。

4结语

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1．档案保管方式不同

传统的项目图纸等实物档案，按照卷册号有序地存放于库房的档案排架上，依照档案库的防火、防霉、防盗等规定进行保管。数字档案的安全保管建立在数据中心的系统安全管理、设备操作管理、访问权限管理、数据备份管理等一系列的安全管理措施之上，侧重于防病毒、防攻击、防灾害等数据安全管理，其安全性明显高于传统档案。

2．档案利用方式不同

传统档案利用需要设计人员亲自到档案馆借阅，且受限于实体档案的数量、档案的借阅情况、档案馆的开馆时间等，利用率较低。数字档案充分利用网络数据传输的便捷性和实时性，随时为用户提供浏览或下载档案服务。数字档案的使用率远远高于纸质档案，使档案充分发挥出其自身的价值。但是，数字档案的频繁访问也对数字档案管理在电力工程设计中的应用分析文/周惠平档案系统的健壮性、数据结构的合理性、档案编研的科学性，提出了更高的要求。

二、在电力工程设计中加强数字档案管理的对策

1．加强档案管理业务平台建设

档案管理服务于电力工程设计工作，所以，数字档案管理平台不是孤立的，而是与协同设计平台集成于同一工作平台。电力设计院的设计人员与档案管理人员，都使用该平台进行设计和档案管理等工作，并通过该平台实时在线沟通。在协同设计平台上设计完成的电力工程，其电子档案基于网络审核合格后，由档案管理人员负责接收、整理和网上归档。应用档案管理业务平台实现在线档案收集，保证了电子文档的真实性、及时性和有效性，并能定期对电子文档进行版本更新，极大地提高了工作效率。

2．构建各类档案信息库

档案数字化是一项细致而繁琐的工作，底图和文书档案需进行扫描，声像档案可采用录像转视频文件、照片生成电子图片等方式，集中进行数字化处理。工程档案采用大流水工作方式数字化后，需进一步进行网上编目，自动生成流水号、文档挂接等工作，构建各类档案信息库。档案管理平台具有电子档案密级和权限划分功能，可以根据密级和权限划分规则，对全部电子档案进行密级和权限划分，从而实现了档案信息库的自动安全管理。

3．实现数字档案的集中统一管理

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关键词：创新能力 培养 课程改革 实践

党的十报告中指出：“全面实施素质教育，深化教育领域综合改革，着力提高教育质量，培养学生社会责任感、创新精神和实践能力”。同志提出的“中国特色、世界水平的现代教育”是“两个一百年”奋斗目标和中华民族伟大复兴梦的重要组成部分。刘延东同志在2014年高校咨询会上也提出：“要把立德树人、提高质量贯穿综合改革全过程，创新人才培养机制，切实落实人才培养中心地位”。当前，高校在人才培养模式、课程教学内容和方法、实践教学环节等方面还存在着一些不足，如何培养创新人才是高校教育工作者需要着重关注和实践的课题。我校电气信息类专业结合2014版培养计划修订，做了部分课程的教学改革与实践尝试，现与大家交流学习。

一、主要改革内容及实施情况

（一）充分发挥培养计划在引领学生创新能力

在2014级电类学生培养计划修订中，对电类三个专业的学科基础课、专业核心课、专业方向课、专业选修课、集中实践教学环节进行课程调整、学时调整。充分发挥培养计划在引领学生创新能力培养中的核心作用。

（1）2014级船舶电子电气工程专业教学计划修订情况

在学科基础课中：一是新增加了“电路原理图与PCB设计”课程（32学时实验）；二是将“单片机原理及应用”课程（36+20）改为“单片机原理及应用”课程（32学时理论）及“单片机原理及应用实验”课程（32学时实验）两门课程；三是将“电路分析”课程（52+16）改为理论与实验分别独立的两门课程。

在专业核心课中：取消了“船舶通信与导航”课，改列为专业选修课。

在专业选修课中：取消了电子综合设计辅导（2学分、24+8学时、第5学期）课，新增加了“电子技术创新实验辅导”实验课程（1学分、32学时实验、第5学期）。

在集中实践教学环节中：一是取消了“电子技术课程设计”（2学分、2周、第3学期）新增了针对性更强的两门“模拟电子技术课程设计”（1.5学分、1.5周、第4学期）及“数字电子技术课程设计”（1学分、1周、第4学期）课；二是将“单片机课程设计”（1学分、1周、第5学期）改成（1.5学分、1.5周、第4学期）；三是取消了“船舶电气设计与检验课程设计”（1学分、1周、第6学期），新增了“船舶机舱测控系统课程设计”（1.5学分、1.5周、第6学期）。

（2）2014级电气工程及其自动化专业教学计划修订情况

在学科基础课中：一是取消了“电气工程导论”课程；二是取消了“计算机辅助设计”，新增加了“电路原理图与PCB设计”课程（32学时实验）；三是将“单片机原理及应用”课程（42+16）改为“单片机原理及应用”课程（32学时理论）及“单片机原理及应用实验”课程（32学时实验）两门课程；四是将“电路分析”课程（52+16）改为理论与实验独立的两门课程。

在专业核心课中：一是将“单片机原理及应用”调整到学科基础课；二是取消了“供配电系统”课程（2.5学分、36+4学时、第7学期），改增为“工厂供电”课程（3学分、40+8、第7学期）；三是将“检测与转换技术”（2学分、26+6学时、第4学期）学分调整为（2.5学分、28+12学时、第4学期）；四是将“自动控制原理”课程（3.5学分、48+8学时、第5学期）学分调整为（4学分、52+12学时、第5学期）。

在专业方向课中：一是取消了“变压器应用技术”课程（2学分、28+4学时、第7学期）；二是取消了“船舶动力装置与辅助机械”（2学分、28+4学时、第6学期）课；

在专业选修课中：一是取消了6门课程，分别是：信号与系统、文献检索、企业管理、电气工程专题讲座、集散控制系统、电子综合设计辅导；二是新增“电子技术创新实验辅导”（1学分、32学时实验、第5学期）、“新能源技术”（1学分、16学时、第5学期）两门课程；三是将“AUTOCAD”课程（2学分、16+16上机、第5学期）改为实验课程（1学分、32学上机、第5学期）。

在集中实践教学环节中：一是取消了“专业综合课程设计”（2学分、2周、第7学期）；二是新增了“测控技术课程设计”（1学分、1周、第5学期）及“电气控制技术课程设计” （1学分、1周、第6学期）两门课程。

（3）2014级电子信息工程专业教学计划修订情况

在学科基础课中：一是取消“计算机辅助设计”（16+16）课，改成了“电路原理图与PCB设计”课程（32学时实验）；二是增加了由专业核心课调整来“单片机原理及应用”课程（32学时理论）及“单片机原理及应用实验”课程（32学时实验）；三是将“电路分析”课程（52+16）改为理论（56）与实验（16） 两门独立的课程。

在专业核心课中：取消了“信息论与编码”（24+8）课程并调整“单片机原理及应用”课程（40+16）到学科基础课。

在专业方向课中：一是在通信系统方向：将“程控交换”（32）课程换成为“移动通信”（22+10）课程；二是在嵌入系统方向：将“ARM处理器原理及应用”改为“嵌入式系统”（22+10），新增“ 计算机操作系统”（16+16（上机））及调整来“ 电子综合设计辅导”（16+16）；而“DSP原理及应用”、 “多媒体技术”、“ 电子设计自动化”调整到专业选修课中；三是取消了电子系统设计方向。

在专业选修课中：一是取消了“复变函数与积分变换”、“JaVa语言程序设计”、“数据结构”、“数据库技术及应用”、“Linux软件设计”、“计算机接口与通信”、“自动控制原理”、“电视原理”8门课程；二是由专业方向课调整来“DSP原理及应用”、“多媒体技术”、“电子设计自动化”3门选修课；三是新增“专业导论”、“学科前沿信息”、“新能源技术”、“现代控制理论[双语] ”、“信息论与编码”、“集成电路设计”、“计算机网络安全”7门课程。

在集中实践教学环节中：一是取消了“电子设计方向专业课程设计”（2学分、2周、第7学期）；二是新增了“工程训练C”（1周，1学分），调整了“模拟电子技术课程设计”（2周，2学分）、“数字电子技术课程设计”（2周，2学分）、“单片机原理及应用课程设计”（4周，2学分）。

（二）加强几门关键课程的课改示范工作，提升课程在电子能力培养中的关键作用

（1）电子综合设计辅导课程的教改实施情况

电子综合设计辅导课程是训练学生综合设计能力的课程。学院2009年起将原来的“电装实习”改成（电子装配）“工程训练”和“电子综合设计辅导”（2学分、24+8学时、第5学期）两门课程，并结合课余电子制作训练作为补充。电子综合设计辅导课程每一年的设计制作内容在原有的基础上都有新增，加强设计内容的新型性和实用性，至今实验室已有50多个设计实训模数电路板。2014版培养计划中“电子综合设计辅导”课程调整为实验课程“电子技术创新实验辅导”（实验30学时）。

电子装配工艺训练对学生的知识基础要求较低，在原2010版教学计划中安排在大一第二学期进行，重点是训练学生的电子电路焊接技术，为以后的电子装配打下基础。教学时数为一周，时间上分散进行，历时半个学期。电子综合设计辅导课程是学生进行电子设计的入门课，除公选课、选修课形式外，兴趣小组形式的学习培养也是一个最有成效的环节，使得对电子设计有基础、有兴趣的同学得到充分发挥与提升能力。对电子制作训练做到有计划性，一般分为四个阶段：

第一阶段：为电子制作基本能力训练。安排在入学后的第二学期，以兴趣小组形式进行。内容主要为：焊接技术训练、认识基本元器件（学会万用表的使用）、识图、音频放大电路制作。

第二阶段：电子制作入门训练。安排在入学后的第三学期，以公选课的形式进行。主要学习绘图、制作与测量（学习Protel（Altium Designer）软件的使用，学会常用电子仪器的使用，利用波形图分析电路的工作状态，分析能力训练），内容有：简单电源电路、电动机驱动电路、光控灯开关电路、温控加热器电路等。

第三阶段：电子设计基础训练。主要是结合理论知识设计电路，安排在入学后的第四学期，以选修课的形式进行。内容有：音响电路（含音调电路、功率放大器电路）、隔离放大器电路、充电器电路等。

第四阶段：电子设计综合能力提高训练。主要为综合设计中、大规模电路，安排在入学后的第五学期，以选修课的形式进行。内容有：抢答器电路、开关电源电路、数控电源电路、无线通信电路、锁相环振荡电路、转速检测电路、充电器电路。

（2）单片机原理及应用课程的教改情况

单片机作为电子自动化控制的主要手段，其作用越来越重要。我院该课程为省级精品课程，课程组老师进行了一系列的教学实践，编写了新的教学文件，每年修改电子教案、课件，出版新的教材与实验指导书，不断完善学习资源，实施电子考试等等，为学生的自动化电子设计起到了重要的支撑作用。在2014版教学计划中理论学时改为32，实验改为独立设课，学时为32，课程设计为1.5周。单片机实验电路板全部为校内老师设计制作，实验室至今有单片机综合应用设计电路板30多件。

（3）新增电子技术实践公选课

针对大学生电子设计竞赛中发现的理论教学与学生实践应用能力脱离现象比较严重的问题，从2014年下半年开始学院在二年级学生中设立“电子技术实践”公选课程，从学生学习电子技术知识的初始阶段就引导学生向技术应用方向发展，培养学生理论联系实际、实际凝练为理论知识的能力，拓展学生的创新思维能力。电子技术实践课程在一定程度上打破课程的专业界限、学科界限，使得知识、技术、信息等多方面融会贯通，在还不能完全打破现有教学模式的情况下，以教学实验班的形式增加一个补充教学环节，以音频功率放大器的设计制作为立足点，从应用目标出发搜索知识点，解决技术问题，培养思维方式。电子技术实践公选课作为教学模式创新探索，在教学过程中最大程度地改变学生被教师控制之下被动地学习的局面，改变单纯死记硬背完成学业的局面，转而让学生养成从解决问题的角度去思考、查找知识，提高学生的主观能动性、创新意识。在教学环节上将实验教学、理论教学、课程设计三点连成一线。在教学效果上力求学以致用，学有所用，以适应大学生电子设计竞赛的要求，适应技能考证的要求，适应用人单位对应用型人才的需求。

（三）编写、修订教材、教案，建立完善教师与学生教学学习资源

编写出版《电子综合设计常用模块与实例指导》、《单片机设计实例集》等实践指导教材；为学生开展考证培训修订《电子工程师考证培训讲义》等；编写新的教学文件及电子教案、课件等，建立完善教师与学生教学学习资源。

一是修订出版了《单片机实验与课程设计指导（Proteus仿真版）》、《电子设计常用模块与实例》、《单片机设计实例选集（一）》、《51系列单片机原理及应用》等实践指导性强的教材；二是在原网络课程的基础上进行了单片机慕课网站的建设，新编了150题左右的作业练习题库；三是修改2014级教学大纲、电子教案及课件；四是设计开发2014级用的新实验电路板并用于每年的学生电子设计竞赛训练。

（四）加强实践能力培训，提高学生的综合能力

加强实践能力培训，提高学科竞赛的获奖数量、提高学生、专利证书数量、提高学生电子工程师/板级工程师/电工等从职证书数量。

（1）加强了学科竞赛的辅导力度。一是组织学生电子协会，每周至少开展一次活动，以加强低年级同学的基础技能训练；二是与飞思卡尔智能汽车竞赛相结合，利用各种提高学生能力的资源，充实学生的实践活动；三是培养充实指导教师力量，2014年学院的指导教师队伍扩大至9人，落实了组队学生与指导教师的互选环节，密切指导教师与参赛学生的联系，特别是在暑期中通过明确训练计划、训练内容增加指导教师的投入精力；四是针对大学生电子设计竞赛中发现的理论教学与学生实践应用能力脱离现象比较严重的问题，从2014年下半年开始在二年级学生中设立电子技术实践公选课程，在教学效果上力求学以致用，学有所用，以适应大学生电子设计竞赛的要求。

（2）重视指导学生、申报专利工作，培养科学研究能力 。通过学生课程设计、毕业设计、电子竞赛、省创新研究项目等实践，指导学生以论文或专利的形式固化研究成果，近年来学生发表的电子设计类论文、实用专利、省大学生科技创新（电子电气类）项目、国家级大学生创新创业训练项目增加明显。

（3）加强校内电子工程师等考证培训工作。学院培训中心通过了市职业技能鉴定条件验收，成立了市“职业技能鉴定所”和电工方面考证员，可进行中、高级电工，中、高级维修电工，初级电子设计工程师、板级设计工程师、单片机C语言程序设计师7种电子电气类证书的证书认定，为学生培训考评提供了极大的便利。

（4）加强了毕业设计真题实做的要求。学院将毕业设计任务早计划、早布置，以提高毕业设计论文的真题实做时间，现一般是在第7学期初就布置任务，毕业论文答辩分二次进行，在较长的时间内可给学生留出较多时间完成高质量的毕业设计论文，学生毕业设计真题实做的比例在90%以上。

（五）落实考证考级替代学分考试的制度

落实考证考级替代学分考试的制度，将提高从职能力的技能考证、考级、竞赛奖等纳入到教学学分中。

学院出台了关于《本科生毕业设计（论文）替代管理办法》（试行）的文件，规定了5类学生学业成果（考证、考级、论文、专利、竞赛奖）或经学院本科毕业设计（论文）工作小组认定可以代替毕业设计（论文）的其他成果可替代毕业设计（论文）学分。

二、实践成果

两年间，学生在电子工程师、电工考证、学科竞赛获奖方面成绩提高明显，取得电子工程师证书30 人；电工证书192人；在大学生电子设计竞赛中，获省一等奖学生为9人，二等奖学生为18人，三等奖学生为21人；在全国（省）飞思卡尔智能汽车竞赛及智能机器人大赛中获一等奖6人，特等奖2人，二等奖9人，三等奖24人。两年间，学生发表电子设计类论文10篇，取得电子设计类实用专利35项。

三、不足分析

一是教学计划改革后课时量压缩造成教师“抢课”现象，并由课程门数增多及投入精力不足造成教学改革的实践效果下降；二是团队精神在学院教改项目中体现不够，大多数教师还是安于老的教学方式，教改积极性不高，大范围的教改项目推进困难。

提高教学质量不仅需要领导重视，更需要教师的人人参与。教学改革不能停留在口号上，更应建立在教师行动上。高校要把提高教师的影响力与学生的竞争力作为学校发展的基本目标，以社会需求为导向，进一步改革人才培养模式，为社会输送合格的创新创业型应用人才。

参考文献：

[1] 唐树森，李维. 电气信息类专业基础课程综合改革的研究与实践[J]. 中国电子教育，2004，03：44-46.

[2] 张军国，刘西瑞，张健，燕飞，阚江明. 以电子设计大赛为契机 加强大学生创新能力与实践能力的培养[J]. 中国林业教育，2009，S1：93-95.

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关键词：VHDL，电路系统，数据选择器

 

1 引言

VHDL (Very HighSpeed Integrated Circuit Hardware Description Language)是美国国防部在20世纪80年代中期开始推出的一种通用的硬件描述语言。作为IEEE的工业标准硬件描述语言，又得到众多EDA公司的支持，VHDL语言在电子工程领域已成为事实上的通用硬件描述语言。VHDL为设计者提供了一种全新的数字系统的设计途径。使用VHDL语言不只是意味着代码的编写，更是为了便于建立层次结构和元件结构的设计，利用VHDL编写的电路模块可被重复利用。故可以简化设计者的设计工作，大大缩短设计时间，减少硬件设计成本，提高工作效率。

2 VHDL的优点

VHDL主要用于描述数字系统的结构、行为、功能和接口。应用VHDL进行工程设计的优点是多方面的：

（1）具有更强的行为描述能力，是系统设计领域最佳的硬件描述语言。

（2）具有丰富的仿真语句和库函数，使得在任何大系统的设计早期就能查验设计系统的功能可行性，随时可对设计进行仿真模拟。

（3）VHDL语句的行为描述能力和程序结构决定了它具有支持大规模设计的分解和已有设计的再利用功能。该功能能满足市场大规模系统高效、高速的需要，可替代多人甚至多个组共同工作。

VHDL的许多优点给硬件设计者带来了极大的方便， 自然被广大用户接受， 得到众多厂商的大力支持。使用VHDL设计数字系统已成为当今电子设计技术的必然趋势[4 ] 。

3 “自顶向下”( Top-Down) 的设计方法

随着数字系统设计规模的急剧加大，“自顶向下”的设计方法成为现代EDA设计的趋势。论文参考。传统的系统硬件设计方法是采用自下而上的设计方法。即系统硬件的设计是从选择具体元器件开始的，并用这些元器件进行逻辑电路设计，完成系统各独立功能模块设计，然后再将各功能模块连接起来，完成整个系统的硬件设计。而在VHDL的设计中，采用“自顶向下”( Top-Down) 的设计方法，设计常用流程图如图1所示，系统被分解为各个模块的集合后，可以对设计的每个独立模块指派不同的工作小组，这些小组可以工作在不同地点，甚至可以分属不同的单位，最后将不同的模块集成为最终的系统模型，并对其进行综合测试和评价。论文参考。“自顶向下”设计的基本步骤为:

(1) 分析系统的内部结构并进行系统划分，确定各个模块的功能和接口;

(2) 编写程序，输入VHDL代码，并将其编译成标准的VHDL文件;

(3) VHDL 源代码进行综合优化处理;

(4) 配置，即加载设计规定的编程数据到一个或多个LCA器件中的运行过程，以定义器件内的逻辑功能块和其互连的功能。

(5) 下载验证，通过编程器或下载电缆载入将步骤(4) 得到的器件编程文件下载到目标芯片中，以验证设计的正确性。

图1 VHDL工程设计流程图

Fig.1 The design flow based on VHDL

4 VHDL的设计举例

下面以4选1数据选择器为例说明使用VHDL的设计过程。4选1数据选择器框图如图2所示。论文参考。

该数据选择器的VHDL描述如下：

entity sel is

port(a,b,c,d,sel_1:IN bit;

out_1:OUT bit);

end sel;

architectureexample of sel is

begin图2 4选1数据选择器

process((a,b,c,d, sel_0, sel_1) Fig.2 The one-in-four selector

begin

if sel_0=‘0’andsel_1=‘0’then

out_1<=a;

elsef sel_0=‘0’andsel_1=‘1’then

out_1<=b;

elsef sel_0=‘1’andsel_1=‘0’then

out_1<=c;

else

out_1<=d;

end if;

end process;

end example;

利用VHDL强大的仿真功能，经过编译后运行仿真，之后可以产生信号波形，用以分析仿真结果。本例中产生波形如图3所示。仿真结果符合设计功能的要求。

图3 仿真结果

Fig.3The waveform of simulation

5 结束语

本文以4选1数据选择器设计为例，说明利用VHDL设计电路系统的基本方法和过程。用VHDL语言实现电路的设计过程，是一个以软件设计为主，器件配置相结合的过程。这种软件设计与硬件设计的结合，以一片器件代替由多片小规模集成数字电路组成的电路，其优势已经越来越明显。在进行系统设计时，如果系统比较复杂，所需器件数目多，并要求体积小、速度快、功耗低时，首先应该考虑使用VHDL进行芯片设计，然后再进行整体设计。

参考文献

[1] Stafan Sjoholm，Lennart Lindh. 边计年,薛宏熙译. 用VHDL设计电子线路[M]. 北京:清华大学出版社,1999.

[2] 潘松，黄继业. EDA技术实用教程[M]. 科学出版社，2002.

[3] 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, 2004.

[4] 赵晨光等. VHDL语言在电子设计实践中的应用. 沈阳航空工业学院学报[J]. 2004，21（1）：57-59.

[5] 张利萍, 胡玉兰. 硬件描述语言VHDL应用设计及实例[J]. 沈阳工业学院学报，2002，21（2）：70-73.

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1在实例中传授理论知识

打破传统上以“讲概念说原理”为主的教学模式，消除电子设计类课程的神秘感及学生的惧怕心理，提高和改进学习效果，使此类课程被更多学生所接受[2]。设计几个较基础的实例，将理论知识融合其中，使学生对课程有着最直接的深刻认识，可收到事半功倍的学习效果。例如：在讲授单片机的I/O口资源时，直接给学生演示键盘控制LED的效果，这样有利于强化学生对I/O口作用的理解，同时也熟知某引脚具备输入或输出功能时的应用。

2课程实践项目的设计

“会考试，不会做”是目前电子信息工程专业学生普遍存在的问题。以实际项目的开发过程和方法为主线，采用“项目驱动、案例导向”模式进行启发式教学，将“边做边学、以做促学”的教学思想贯穿于整个教学过程中。这样，学生不仅加深了对原来只停留在书本上的专业概念和原理的理解，而且每个学生或项目团队都能完成一个完整的、甚至有创造性的作品。充分激发了学生的成就感和自主学习的积极性，有利于显著提高课程教学效果[3-4]。本课题通过建立“三层次实践项目”（基本型项目、提高型项目、研究创新型项目)教学模式和与该模式配套的实践教学管理体系[5]，在每个实践项目中，提出了“基本”与“扩展”内容的不同要求，保证了实践教学的系统性和实践环节的完整性，形成了“基础—提高—创新”的研究型实践教学新体系，从而兼顾了不同层次的学生[6]，使所有学生都能根据自己的知识水平选择适合自己的实验项目，从根本上解决了“单片机只是为少数学生开设的课程”这一问题。单片机实践项目的设计如表1所示。

3课程考核方式

以项目考核代替笔试。以表1中的实践项目完成情况及期末作品（期末作品完全由学生自由选择，可以参考“研究创新型”项目）进行综合评价。为了防止学生拿他人成果作为作品，按毕业设计的要求来验收作品项目———提交完整的设计报告、设计源代码、分组进行答辩，其中设计报告需包括目录、设计题目、设计任务、设计思路（原理组成框图、资源分配）、硬件电原理图和连接图、程序流程图、设计心得和参考资料；设计源代码要有较为详细的注释。这样的做法将是学生对毕业设计过程的一次预练，也有利于督促学生在项目上多花时间和精力，真正掌握单片机的知识及其设计方法。

4项目在课程结束后的延续

在教学过程中发现，很多学生在课程结束后都会存在项目（特别是提高型项目和研究创新型项目）的部分功能未完成或想进一步完善的情况。这时如果继续给学生提供实验室平台和相关资源，将会使学生更进一步。可以按本科毕业设计的难易程度对项目在原有基础上进行功能的添加，修改成毕业设计题目，有助于学生学习的延续，也为毕业设计提前做了准备。

二基于提升毕业设计质量的应用实践

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经过几年的研究与实践，建立起了严谨的、科学的并符合校情的教学质量管理与评估体系及运行机制。建立了比较完整的专业建设评估体系、课程建设评估体系、毕业设计（论文）工作及质量评估体系、实验室评估体系、生产实习评估体系、课程设计评估体系、课堂教学评估体系与运行机制等。建立、健全了教学主要环节的质量标准和教学工作相关规范性管理文件。针对地方院校主要是培养应用型人才，当前应用型人才实践动手能力不强的问题，重点研究了实践教学质量管理与评估。教学质量管理与评估指标体系的研究与建立，采用了线性权重法将三级指标（二级指标）转化为一级指标，权重的选取主要通过德尔菲法和层次分析法得到，同时充分考虑到每项指标在人才培养中的地位、作用和学生的实际。具有如下特点：一是“全员性”，体系涉及到相关领导、教师和学生全员参与；二是“全过程”，体系涉及到重要教学建设、主要教学环节的全过程；三是“全方位”，体系以与重要教学建设、主要教学环节有关的各部门的工作质量来保证教学质量；四是“针对性”，体系指标的设置充分考虑了在应用型人才培养中的作用和学生的实际；五是保证和提高重要教学建设、主要教学环节质量贯穿始终。

开展教学质量管理与评估

评估分四个阶段进行，第一阶段：对过程进行检查，进行学风和教风检查，掌握各专业毕业设计（论文）开题、进度和工作情况；第二阶段：深入毕业答辩现场，跟踪答辩过程；第三阶段：各教学单位组织专业进行自评，同时，学校聘请校内外同行专家对毕业设计（论文）进行审阅；第四阶段：专家组进行复评（逐个专业进行实地考察），总结成绩，查找问题，提出整改建议，反馈交换意见，评出等级，结果向全校公布。通过毕业设计评估，规范了毕业设计工作管理，保证和提高了毕业设计（论文）质量。学校每年都聘请校内外专家对毕业设计（论文）进行抽检评审，结果表明：我校毕业设计（论文）选题结合实际程度高，学生专业知识扎实、运用知识能力强，设计（论文）质量好。近几年，学生结合毕业设计（论文）公开200余篇，部分毕业设计（论文）对厂矿企业起到较大作用。学校定期开展实验室评估、生产实习评估和课程设计评估。实验室评估分三个阶段进行，第一阶段：专家组深入实验室随机听课；第二阶段：各教学单位组织实验室自评；第三阶段：专家组实地考察实验室，得出评估结论，反馈交换意见。生产实习评估分两个阶段进行，第一阶段：专家组深入生产实习现场进行实地抽查，掌握实习的真实情况；第二阶段：专家组逐个单位考察，评出专业等级，反馈交换意见。课程设计评估专家组深入到单位进行检查，检查内容主要是教学文件、指导教师、课程设计选题、课程设计质量四个方面。通过开展实验室、生产实习、课程设计评估，保证了实践教学质量，提高了学生的工程实践能力。学生在全国数学建模、电子设计制作、铸造工艺设计、航模等竞赛中屡获佳奖。毕业生以实践动手能力强受到用人单位的欢迎，人才培养质量得到社会公认，几年来，我校本科毕业生就业率居黑龙江省高校前列。

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关键词： EDA 精品课程 课程改革 人才培养

教育部在精品课程建设的文件中强调要切实加强教师队伍建设，重视教学内容和课程体系的改革，注重实用先进的教学方法和手段，重视教材建设，理论教学和实践教学并重，建立切实有效的激励和评价机制，实现优质教学资源共享，提高学校教学质量和人才培养水平。

EDA（Electronic Design Automation，电子设计自动化）技术是现代集成电路及电子整机系统设计中科技创新和产业发展的关键技术。当前集成电路技术已进入超深亚微米工艺和片上系统（SoC）阶段，集成化、微型化和系统化的趋势使得集成电路设计及以集成电路为核心的电子系统设计成为一个庞大的系统工程，离开EDA技术集成电路及电子系统设计将寸步难行。

EDA技术教学是培养高素质电子设计人才，尤其是IC设计人才的重要途径。EDA技术的迅速发展，使我国高校电子技术的教学面临严峻挑战，它对教学思路、内容、方法和实验手段等都提出了新的要求。近几年，许多高校正在探索新的面向21世纪的教学方法，引进电子技术的新发展成果，开设EDA课程，改进EDA实验手段，少数重点高校还获得了教育部试点投资，建立起了EDA实验室和重点教学基地。概括起来，国内高等院校开展的EDA教学内容主要是在电子、通信类等课程中借助一些EDA工具软件进行演示或要求学生利用工具软件达到设计或分析等要求。例如，在电路分析、数字电路和模拟电路等课程中使用EWB电路辅助设计和分析软件、Matlab专用分析软件和Pspice通用电路分析设计软件等进行电路的交直流分析、频率响应分析、容差分析及电路与电子线路分析设计;在通信电路、通信原理等专业课程，使用SystemView软件进行通信系统动态仿真分析。

1.改革课程体系

在课程体系的改革中，我们以适应社会需求为出发点，修订课程教学大纲，规划和确立该课程的教学内容和培养目标，以培养具有实践能力的创新型人才为宗旨，课程体系具有合理的知识结构。通过对学生就业单位和毕业生的调研，分析企业反馈的信息，可知企业期望学生提高实际动手能力和产品开发能力等，不断调整教学内容，增加实践课程比例，并注重课程内涵建设，做到与时俱进，提高学生的知识综合应用能力和实践动手能力，同时提高学生的工艺设计能力、学习的积极性和主动性，强化生产质量控制和新产品开发的创新能力[1]。

在总结教学经验的基础上，我们修订了教学计划，确立了“在夯实EDA课程的理论基础上，注重实际动手能力和创新能力的培养”的教学思路和方法。在硬件上，不仅搭建了较高水平的实践教学平台：EDA原理的实验平台，主要完成验证性实验和综合性实验（EDA原理及应用实验室），还建立了应用创新实践平台：完成设计性和开发性实验（电子信息综合实验和综合开放实验室）。

在软件上，制定了与实践教学体系相适应的实验教学大纲，编写了实验教材，开发了网上实验教学系统。

为强化实验效果，除传统的实验形式外，还要增加电路仿真实验。利用计算机对EDA原理及应用中的接口过程进行模拟，这样既直观，又能在计算机上实现、显示许多实际中不允许或无法实现的特殊情况，开拓了一条强化教学效果的新路子。

为提高学生对实践教学环节的重视度，培养学生的创新能力和实验能力，保证预期效果，将EDA原理及应用实验教学部分分为上机模拟实践、下载实践、课程设计、毕业实习、毕业设计，各类竞赛的开展也为学生实践能力的培养提供了一个好的平台;通过制度和措施保证实验室全天对学生开放;开发网上实验教学管理系统。

2.改进教学方法与手段

（1）多样化教学方法及其实施目的、过程、效果及学生规模

EDA技术发展快，涉及面广、实践性强，对教师和学生的要求较高。掌握EDA技术，提高解决实际工程问题的能力需要一个不断积累、不断探索的过程。在EDA技术教学方法上，我们进行了革新，改变了过去以教师为中心、以课堂讲授为主、以传授知识为基本目的的传统教学模式，而采用教师讲授与学生实践相结合，理论知识与现实工程问题相结合的灵活的教学方式，留给学生充分的思考和实践时间，鼓励学生勤于思考，善于把握问题实质，不断提高解决实际问题的能力。

讲课时突出重点、难点，注重知识点重组。既注重理论基础，又强调实践实用，既保持学术前沿性，又兼顾趣味性，师生互动。教学中重视培养学生运用知识、解决实际问题的能力，课程中引入大量EDA实际例题，充分调动学生的学习积极性。采用多样化的教学方法，学生规模为300人/学期，多元化教学方法包括：

①交互讨论式教学法：为调动学生独立思考的积极性，理论课教学中教师或学生提出问题，师生之间、学生之间互动讨论，调动学生的积极参与性;在设计与综合实验中，教师引导学生讨论方案、方法等。

②目标驱动教学法：教师给出课外作业、实验项目及目标，学生根据任务目标完成实验的各个环节，如资料查找、实验方案设计、仪器调试、实验结果测量与处理等。这种方法使学生任务目标明确，充分发挥学生的自主性，有利于培养其独立工作能力。

③研究式教学法：采用研究的观点、研究的思路、研究的方法讲授课程内容，设置研究性的作业和实验项目。

④现场不讲授只指导的方法：对于学生能够独立完成的实验项目，指导教师不统一讲授，只对学生提出的问题进行答疑指导。这种方法有利于学生自主学习，让学生独立思考，自主学习。

⑤开放式自主实践教学法：开放实验室，学生自主实验，达到自主学习的目的。

⑥课外科技活动指导方法：分小组进行实践活动，开展合作、研究性学习。

⑦学生参与教师科研项目方法：学生在学习过程中可参与教师的科研，教师指导其学习与研究。

⑧网络辅导方法：学生可通过网站的方式访问本课程的情况，通过链接EDA原理及应用课程，可以看到EDA课程组在该网站上所存放的各种资料，包含课程大纲、上课课件、网络视频、习题分析、难点分析等。

多样化实验教学方法主要体现为不同内容、不同对象、不同背景、不同项目情况下多种形式和多种方法的结合，其主要目的是以学生为中心，因材施教，因内容施教，充分调动学生的实践创新积极性，达到提高教学质量、培养创新能力的目的。例如，在基础实验阶段，主要采取现场授课与指导方法;在学生掌握了基本技术与方法之后，在设计性、综合性、创新性实验中采用只指导不讲授或开放式自主实践方法;在理论课和综合实验中采用互动讨论的方法;安排课外作业或科技活动，则采用课外指导方法;目标驱动法则可应用于各环节之中。各种方法综合运用的目的是，培养学生自主获取知识的能力，让学生充分发挥主观能动性和创造性。多元化教学方法尊重学生的个性和创造性，极大地调动了学生的学习积极性，达到了良好的效果。

（2）教学手段――多媒体优化教学

教师和学生可利用网站上已有的EDA教学大纲、EDA课程课件、教师讲课录像等各种学习资源，学生可进行远程学习与接受辅导;建有多媒体教室，实验室配备投影、实时摄像投影等多媒体教学设备，理论和实验教学均采用多媒体辅助教学，全面实现CAI课件与网络课件的结合，计算机仿真实验与实际实验的结合，课堂教学与远程网上辅助教学的结合，现场实时摄像投影与教师演示的结合。

根据教学的不同阶段、不同内容和课内外情况，采用了上述多媒体优化实验教学。例如，课前学生进行网上预习，课外可通过网络进行同学间、师生间的交流与辅导;实验课上讲授基本内容时采用CAI课件，演示仪器使用时采用实时摄像投影，学生在实验阶段采用计算机和网络辅助，遇到困难，除向教师询问外，还可自主到网上资源库查询。多种媒体优化使用，达到最佳效果。

3.加强实践（验）课教学

为了使EDA原理及应用的实践教学体系能适应新的要求，从有利于培养学生自觉应用理论知识指导实践，强化基本技能训练，为培养高素质人才打下良好的基础角度考虑，课程组经过教学内容和教学体系研究和实践，结合理论课模块化教学模式及专业素质教育要求，执行以下实验课程的改革方案，将整个实验分为课内实验和课程设计“两个阶段”。

第一阶段：课内实验

在整个课程的教授过程中，结合授课内容的具体安排和需要，单独设置了对应的实验课程。EDA原理及应用上机10学时，实验10学时，与理论教学同步进行，包括验证性实验与综合设计型实验。在实验中要求学生独立完成所有实验项目，培养学生的基本实验技能;加深对EDA原理理论的理解;学会使用实验仪器;掌握常用EDA程序的设计和分析。

第二阶段：课程设计

为了培养学生熟练使用现代化设计工具的能力，增强学生的工程实践能力，把培养创新意识和创新能力放在核心位置，EDA原理及应用课程在课内实验之外，增设课程设计环节。

课程由教师辅导、学生课外自学、设计制作、论文写作，答辩等环节组成。通过程序设计、程序仿真及程序下载的设计过程，使学生能够充分理解理论教学的内容，并通过实践教学熟悉电子线路设计和开发的相关工具，为学生今后的科研工作打下坚实的理论及实践基础。

根据“EDA原理及应用”课程建设的需要，设计出一套可以用于课程开发使用的实验板，并便于学生进行二次开发，可以强化授课效果，同时提高学生的实践动手能力，培养学生动手能力和分析问题的能力，进行创造性的学习，培养学生的创造精神，并给学生提供进行创造的环境[2]。实验仪器如下图所示：

结语

通过实施“EDA原理及应用”课程改革，使该课程在我院专业建设中发挥了作用。教学中重视培养学生运用知识、解决实际问题的能力，课程中引入大量EDA实际例题，充分调动学生的学习积极性。近年来，学生在全国电子设计大赛、全国“达盛杯”创新电子设计竞赛中取得了国家级和市级的优异成绩。

参考文献：

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关键词：实验室建设；实验教学；示范中心；电工电子

一、实验中心建设的理念、思路、定位和目标

以高等工程教育、创新人才社会需求、电子信息科学发展的趋势为依据，在“科学人文环境”熏陶下，以开放实验教学为基础，培养学生的“两个基本”(基本的自主学习能力和基本的工程素质)和“三创”(创新的思维、创业的精神、创造的能力)。为了将学生培养成为“厚基础、宽口径、创新性、复合型”的高层次人才，实验中心提出从“重视基础、强化能力”出发，以“发展个性、因材施教”为基本原则，实行“分层培养、启发创新”的教育教学思路。

将实验中心建设成实验教学研究和改革的试验田，创新人才的训练场，建设成果的示范辐射源。构建国内一流，与国际接轨，集基础性、先进性、开放性为一体的，培养学生创新精神和工程实践能力的实践中心。

二、实验教学体系和内容的建设

1．构架塔式结构的实验教学新体系

为了有效地解决传统实验实践教学模式下学生知识面较窄、综合设计能力较弱等问题，我们构筑了一种实践教学新体系。该体系呈塔式结构，分为四个层次，即：基础实验层、提高设计层、综合应用开发层、科技活动层。四个层次均贯穿着研究设计型实验。实验中心为四个层次的实验教学确定了教学目标。

基础实验层培养学生的基本工程素质，基本实验技能，基本分析和处理问题的能力。提高设计层培养学生知识更新、独立分析处理问题的能力以及创新的思维。综合应用开发层培养学生自主学习、系统分析、应用、综合、设计与创新的能力。科技活动层培养学生的创新精神，增强学生的工程设计与综合应用素质。以上四个层次的实验教学有利于“保证大面积成才，强化优秀生培养，促进拔尖生脱颖而出”的分层次培养。

2．培养学生主动学习和创新意识，加强创新性、综合性、研究型的实验内容和项目

为了培养学生的主动学习意识，增强他们的知识获取、知识发现和创新能力，提高学生的综合素质，进一步引导学生深入学习，实验中心针对实验体系中不同层次，设计了一系列创新性、综合性、研究型的实验内容，其比例达到40％。

在基础实验层实行基本命题与扩展命题相结合。基本命题以单元电路为主；扩展命题是在其基础上，对单元电路的功能和性能要求进行扩展。在提高设计层设计了EDA、DSP、单片机、ASIC等领域的若干个专题项目，由学生自己选择。在综合应用开发层设计了涉及多个电子技术领域的若干个综合项目。到目前为止，已有3000名学生完成了近1000个自选题目。科技活动层中的实践题目有些来源于教师承担的科研项目，有些来自社会需求，还有一些来自各类科技竞赛和学生的兴趣及创新要求。我校每届本科生中，有10％学生参加教师的科研活动，20％左右的学生参加省、国家级的各种科技竞赛，80％左右的学生参与校级科技活动，使学生受到了不同层次、不同类别的锻炼。在以上各层次中，实验中心总共开设了23门电工电子类实验课程，供学生选修。

3．瞄准国际水平，组建了新技术实验平台作为提高设计层、综合应用层和科技活动层的支撑平台，实验中心分期组建了11个新技术实验室。这些实验室涵盖了当前电子信息技术的新领域，做到了实验内容及采用的实验技术与当前新技术同步更新。新技术实验室采取集中规划、集中投资、集中建设、集中管理的方式组建，实验室的负责人来自各学院，不脱离所依托的学科，不脱离理论教学和科研，具有比较高的学术水平和工程实践能力，保证了高层次实践教学人员的稳定，有效地实现了理论课程与实践课程的互通和结合。新技术实验室技术先进，创新氛围浓厚，与技术进步合拍，因而深受学生的欢迎，也引起了国内外许多著名企业的兴趣，目前已成为学校本科教学对外联系和展示的窗口。实验中心已经与十多家国际著名公司进行了多项合作，保证了技术和设备的先进性。新技术实验平台使学生不仅有长久的后劲， 而且具有一定的工程素质，能比较快地进入到研究和设计角色中。

三、实验教学方法与手段的改革

1．基本原则

实验中心确立了“保证大面积成才，强化优秀生培养，促进拔尖生脱颖而出”三个层次的分类培养目标，大力提倡教学方式由知识传授型向知识发现和知识创造型的转变；重视设计方法学变革，引入EDA技术，着力培养学生运用现代化设计工具的能力；加强数字化、综合化、系统化实验，对实验教学进行一系列的改革，注重提高学生的实践能力，培养学生的创新、创造精神。在实践教学过程中实现了“四个结合”，即：理论与实践相结合；观察型、验证型实验与综合型、研究型实验相结合：软件仿真与硬件实验相结合；课内与课外相结合。

2．实验教学的模式与方法

实验中心针对不同层次的实验采用了三种不同的实验教学模式：基础层实验――采用“独立设课”的模式；提高设计层实验――采用“理论课与实验课融合”的模式；综合应用开发层和科技活动层――采用“学生自主组队、自选或自定题目，完全开放，以研究创新为主线”的模式。这三种不同的教学模式体现了实验的三性，即观察认知性、设计综合性和研究创新性。

实验教学方法采用多种形式示教与学生实验验证相结合的方式，以夯实基础；大力提倡项目方式，提供一批创新性、综合性、研究型题目，让学生带着问题、带着任务并为解决问题而实验；系统引进了EDA技术，淡化软件和硬件设计的界限，让学生体会和掌握设计方法学的革命所带来的变化――科学化和高效率；各实验室全面实行多媒体教学；建立实验中心网站，设有网上选课系统。新技术实验室已经实现了时间和实验内容的全面开放，基础实验室也正在逐步实现开放。实验中心采取以任务带实验、多媒体教学方法、实验室开放等措施，充分体现了以教师为主导、以学生为主体的原则，调动了学生的主动性和创新性，取得了很好的效果。

基础层实验是塔式结构的底座，主要采用独立设课、必修的方式来实施。在完成仪器设备全面更新、规模扩大后，基础实验的改革重点转向实验内涵，主要表现在实验内容和实验方法的改革与创新。对于一部分实验以任务书取代实验指导书。学生要根据任务书自行设计电路和测试方案，以培养学生分析问题和解决问题的能力。增加设计和综合性实验，将实验题目分为“基本命题”和“扩展命题”两部分。“基本命题”部分是观察认知性质的；“扩展命题”部分则是带有一定探索性的，给学生发展个性、开拓思维留有一定的空间。将计算机仿真技术引入基础实验，引导学生以虚拟仿真与硬件实验相结合的方式进行实验，先做虚拟仿真，后做硬件实验。拓

展实验的时间和空间，实验中心为学生提供了移动式实验箱，该实验箱内装有万用表、烙铁、工具和常用元器件，学生可以带回宿舍、教室做实验，同时也为学生课外实验和科技活动提供了条件。

提高设计层采用“理论课与实验课融合”的模式，引导对比分析，边学边练。

综合应用层和科技活动层采用“学生自主组队、自选或自定题目，完全开放，以研究创新为主线”的模式。实验中心建立了综合实验题库，供学生选择，题库中的项目多数来源于科研和各类科技竞赛。学生也可以自主命题，但需经教师审核。

3．实验考试制度的改革

实验考试制度是保证实验质量的重要环节。针对实验体系中各层次的特点，实验中心制定了相应的实验考试制度，并建立了实验试题库。基础层实验采取平时实验与期终考试相结合。平时占30％，期终考试占70％。笔试和实际操作相结合。在期终考试中，笔试一小时，内容是基本测试原理和测试方法；实际操作一小时，题目由学生抽签而定，并当场搭建电路、演示效果。笔试占40％，实际操作占60％。如果实验成绩不及格，必须重修。提高设计层和综合应用层采取考试与项目作品、报告、论文以及竞赛结果相结合。凡获奖者可免相应实验课程考试。按参加不同级别的科技活动获奖等级确定成绩。获省级三等奖以上，成绩评为85分以上；获校二等奖以上，成绩评为80分以上；其他按项目评定方法给出成绩。项目作品的成绩评定方法：题目合理性，10分；题目难度，20分；设计完整性，20分；作品完成质量，30分；作品工艺界面及可操作性，10分；作品设计与测试报告，10分。

四、实验教材建设

教材是教学内容的载体，是教学水平、教学质量的基本保证，也是课程体系和教学内容改革成果的核心体现。为提高学生的综合设计与工程实践能力，引入新型实践教学理念和模式，实验中心专门组织编写出版了两本实验教材：《现代电子线路与技术实验简明教程》和《电子设计指南》。这两部实验教材均被列入国家级“十五”规划教材，由高等教育出版社出版。近年来，实验中心还由高等教育出版社和西安电子科技大学出版社出版了5本新技术类和2本基础实验类教材。另外，实验中心还编写了10本实验讲义。除了上述教材外，每门实验专题都有相应的多媒体课件，学生可在网上下载。

五、师资队伍建设

培养一支高素质的实验教学队伍是实验室建设的关键。多年来，学校十分重视实验教学队伍的建设，在人才引进、进修、培训、晋升和业绩考核等方面，出台了一系列政策，提升了实验教学教师的地位，极大地调动了实验教学教师的工作能动性和积极性。

实验中心采取以专为主，专兼结合，一人多职。以专为主就是通过学校的政策引导，稳定专职实验教学队伍；专兼结合就是要聘用一部分理论课教师和专业技术人员为实验教学服务；一职多用就是要充分发挥实验教学教师工作的积极性和能动性，使其能够承担几门相关课程的实验教学工作。

目前实验中心教师承担教学研究项目共25项近5年在国内外刊物和会议上发表教学研究论文共100余篇，其中正式刊物上发表教学研究论文85篇；担任主讲的国家级精品课程(实验部分)有4门，省级精品课程有8门：有6人次在英、美、日等国家留学进修，10人次出国参加国际会议。实验中心教师近5年主持和主要参与的科研项目共30项，共获得6项省部级奖励，所完成的项目多数达到了国内先进水平。在核心刊物上发表学术论文200余篇。

六、网络信息化管理平台建设

在实验中心的建设初期，就制定了网络信息化管理的目标，逐步建立了以数字化校园网络为基础的开放实验室综合管理信息平台，服务于实验中心的诸多环节。开放实验综合管理系统的主要特点是：良好的开放性；学生的自主性；提高了实验管理的效率；提高了实验设备的利用率。

七、开放管理运行模式建设

为了激励学生的创新意识，实验中心采用开放运行管理模式，开放的形式表现为六方面：

教学内容的开放。围绕所建立的实验教学新体系，设计了具有“创新性、综合性、研究型”特点的实验内容，开设“工程设计”和“系统综合”的必修实验课。各实验小组(1－3名学生组成)根据教学大纲要求，可以在实验题库中自主选题或自定题目。管理形式开放。实验室的资源在网络上公布，每一个实验只规定最后完成的时间，学生可根据资源空闲状况和自身的条件安排实验时间。通过采取开通中心网站、建立电子教学资源、网络选课、网上预约/申请、身份确认、智能监控、师生交流和设备管理等网络信息技术手段，实现了开放式实验教学管理。实验器材开放。对于基础实验，为每一个学生免费发放一个实验箱，内备有基本的仪表、工具、实验用多功能PCB板或面包插件板、元器件和材料等。对于提高类、系统综合类等实验，实验中心建立了元器件库，实验小组可根据需要申领或经批准后到电子市场购买。实验场地的开放。实验中心的新技术实验室全天开放，基础实验室在完成必需的基本实验后、部分开放。对创新型科技活动开放。学生可利用中心的新技术实验室进行科技创新活动，每年学校进行选拔。对校内外交流培训的开放。实验中心与国际著名电子信息技术的公司企业合作，开设新技术培训，对校内外交流与开放教学。

八、示范中心建设促进学生校园科技活动氛围的形成

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关键词：PCB; 电子线路CAD; 改革; 有效性; 可行性

中图分类号：G642 文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)22-5538-03

The Improvement of Teaching in "CAD of Electronic Circuit" Based on Actual Application

ZHOU QiCzhong, XU Juan

(Yibin University, Yibin 644000, China)

Abstract: To expertly apply "CAD of Electronic Circuit" technology to complete a variety of hardware circuit design, not only need a solid theoretical basis for the circuit, but also need a wealth of PCB (Printed Circuit Board) design knowledge. Aiming at the facts of that the current students are lacking of the knowledge for PCB design, a comprehensive teaching reform approach including teaching contents, teaching styles and examination models is presented in this paper. Through participating in the National Undergraduate Electronic Design Contest, The effectiveness and feasibility of the method proposed in this paper are verified.

Key words: Printed Circuit Board; CAD of electronic circuit; reform; effectiveness; feasibility

随着大规模集成电路技术的发展和应用，电子系统的复杂性越来越高，传统的手工设计已不满足现代电子系统设计要求。这对电子系统设计人员提出了新的挑战，以计算机为基础，利用性能强大的软件开发工具进行电子线路设计的电子线路CAD（Computer Aided Design，计算机辅助设计）技术成为硬件电子工程师必需掌握的技能。这大大增加了《电子线路CAD》课程在电子专业学生能力培养中的重要性。因而，根据课程的特点和实际应用的需要，进行深入的教学研究和有效的教学改革具有非常重要意义。

目前，大量的教育工作者对《电子线路CAD》的教学内容、教学方式和考核形式进行了改革：根据美国著名儿童教育家、伊利诺易大学教授凯兹博士和加拿大儿童教育家、阿尔伯特大学教授查德博士共同创立的一种以学生为本的“项目式教学法”，国内进行了“《电子线路CAD》项目式教学法”探索和改革 [1-2]。从调动学生学习积极性的角度，进行关于“任务驱动法在《电子线路CAD》教学中的应用”的改革[3]， 针对Protel软件的使用，进行了“电子线路CAD―PROTEL课堂教学方法探析”[4]。同时，从学内容设计、教学方法的选用等方面进行分析，以培养学生标准意识、规范意识及质量意识为目的，进行了“电子线路CAD课程的教学探讨”[5-7]。这些改革对促进学生掌握CAD工具（如Protel、Multisim、Orcad等）的基本操作和使用起到很大的帮助，但由于《电子线路CAD》是一门综合性、实践性和创造性都很强的课程。它即不同于的计算机语言类课程（如C语言），只需要熟悉某个计算机语言的语法和基本操应用，又不同于电路基础知识类课程（如模拟电子线路），只需要掌握某个领域内知识。它需要用户以电子线路的相关理论知识为支撑，去操作对应的工具软件，完成一个电子系统的原理图绘制、PCB（Printed Circuit Board, 印刷电路板）设计和结果仿真。除了有工具软件本身操作需要学习的内容外，更重要的还需要有相关PCB电路设计的知识做支撑，比如信号完整性分析、电磁兼容、阻抗匹配、时延匹配等。同样的原理图，工作低频段和工作在高频段的PCB 图设计是有所不同的。现有改革方法侧重于工具软件的教学，忽略了教会学生与PCB设计有关的知识，导致学生在学习以后虽然会设计出原理图，但不能设计出能到达实际工作要求的PCB图。本文从实际需要的角度出发，根据大学生课余时间灵活性强的特点，以课内和课外结合、兴趣和专业结合、理论与实践结合为原则，充分发挥学生的积极主动性，从教学内容、教学方式和考核方式上全面考虑，对《电子线路CAD》教学提出了一种新的改革方法，并以全国大学生电子设计竞赛为实践验证平台，证明了该方法的有效性和可行性。

1 以满足实际需要为原则，结合人才培养目标和培养计划，完善教学内容

开设《电子线路CAD》课程的目的是培养学生硬件电路设计和制作的能力，硬件设计能力包括设计原理图的能力和设计PCB电路的能力。具备设计原理图的能力需要熟悉电子线路CAD工具的操作并掌握模拟电路、数字电路、单片机、高频电路等电路理论知识；具备设计PCB电路的能力需要熟悉电子线路CAD工具的操作并掌握高速电路板设计、信号完整性分析、电磁兼容和PCB制作工艺等工程知识。这是因为电路可分为低速电路和高速电路。低频信号和部分中频信号（一般在30MHz以下）是用“路”的理论进行分析和设计的，即信号间的传递需要通路是导线。高频信号和部分中频信号，需要用“场”的理论进行设计，即信号可以无线传输，必须考虑连线间的串扰和信号传输过程中的反射等因素，如收音机和手机电路等。电路原理图的作用是表述其工作部件的连接关系和工作原理的示意图，并不涉及与实际工作有关的硬件制作问题，因此，在用CAD工具设计原理图的时候，无论高频系统还是低频电路，都可以不加区别地选用标准器件符号进行绘制。但PCB电路是实际电子元件的连接载体，设计过程中必须考虑信号频率、阻抗匹配、时延匹配等参数的影响才能满足实际工作的需要。因此，在应用CAD工具进行PCB设计的过程中，除了熟悉工具软件的操作外，还需要应用高速电路板设计、信号完整性分析、电磁兼容、PCB设计工艺等知识为理论指导进行正确的设计。

《电子线路CAD》课程通常在本科或高职、高专阶段开设，在学时有限的情况下，要保证基础课程的完整性，只能开设完与原理图设计有关的课程，而不能全面开设与PCB设计相关的课程。部分课程（如电磁兼容、信号完整性分析等）往往在研究生阶段纳入培养计划，但很多本专科学生毕业后需要从事PCB设计方面的工作。因此，需要对教学内容进行改革，让学生学习后能满足实际工作的需求。具体改革内容如下：

1.1 让学生了解现有电子线路CAD工具的发展情况

目前电子线路CAD工具软件繁多，在硬件设计方面，有简单易学但功能相对较小的Protel、Orcad、Pispice等，有功能强大，学习相对较难的ADS、Power PCB、CADENCE等，不同的电子公司根据开发产品的实际需求情况，要求员工使用对应的软件。学生应该熟悉其中一到两种，并了解其它软件功能和特点，否则在应聘过程中可能会不满足企业需要而失败。因此在教学过程中应给学生介绍工具软件的发展情况，并通过参考资料的方式提供相关教程的电子文档或学习网站网址，传授学生学习方法。

1.2 补充高速PCB设计的相关知识

随着大规模集成电路技术的发展，电路系统体积越来越小，工作频率越来越高，给硬件设计人员带来了新的挑战。因此需要给学生补充高速电路板PCB设计的相关知识，如高速电路板设计、电磁兼容理论和信号完整性分析等。

1.3 增加多层PCB设计的知识

目前，大多本科教学主要让学生进行单面板和双层板的设计。由于集成电路引脚越来越密集，封装体积越来越小，大部分电子系统都要求用多层电路板进行设计，所以在教学中让学生掌握多层电路板设计的知识非常重要。在高速数字电路设计 中，电源与地层应尽量靠在一起为了减少层间信号的电磁干扰，相邻布线层的信号线走向应取垂直方向。信号布线层数由网络密度，平均管脚密度等基本参数。可以参考如表1所示的经验数据。

1.4 增加元件布局的理论

元件的布局好坏直接影响工作性能，好的布局除了保证电路性能稳定外，还能降低步线难度。电子线路CAD教程中一般只介绍如何操作CAD工具进行布局，如器件旋转、移动等，但缺少介绍布局的理论依据，从而让学生学习后不知道什么样的布局才满足最佳性能要求。为了让学生在布局过程中能有的放矢，应该给学生补充以下知识：

A.遵照“先难后易先大后小，”的布置原则，即核心元器件、重要的单元电路应当优先布局．

B.布局应尽量满足高电压与低电压、大电流与小电流信号完全分开，高频信号与低频信 号分开，模拟信号与数字信号分开总的连线尽可能短，关键信号线最短。

C.根据原理框图，按主信号流向规律安排主要元器件。

D.相同结构电路部分，采用“对称式”结构布局；

1.5 让学生掌握PCB布线的规约

电子线路CAD教程一般以某个软件工具为重点，在布线方面注重教会学生如何把元件间的连线布通，忽略了保证线路能正常工作的理论介绍。表2给出了常见的布线规约及易犯的错误。其它还有3W法则、走线的谐振规则、走线长度最短规则等。在教学中及时根据学生在实际设计中存在的问题，给予指正。

1.6 增加培养学生思考能力的教学内容

在实践过程项目中有针对性地设置故障问题，让学生思考和解决，培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，加强学生动手能力的强化。

2 根据教学内容和学生实际情况，改革教学方法

在规定的学时内，补充与PCB设计有关的教学内容，如果按照传统的教学方法全面讲解，是不可能完成的。甚至因为讲解东西太多，让学生难以接受而影响教学效果。所以，必须改革教学方法，才能达到理想的教学效果。改革的思路是：根据学生课余时间较多的特点，而且有一定自学能力的特点，充分利用开放的实验资源，利用互联网建立教师和学生之间互动的桥梁，发挥学生的积极主动性，让学生兴趣与专业结合，理论与实践结合，课内与课外结合，通过实践训练和理论指导提高其硬件设计能力。具体的措施是：

A.明确学习目的，让学生有具体的学习目标。介绍目前企业对电子线路CAD方面人才的需求情况，提高学生的兴趣，给学生树立明确的目标，让学生有的放矢地进行学习。

B.给学生提供课外学习资料，并教会学生如何利用学校的数据库资源和网络资源，收集相关学校资料，如利用超星图书资源，教会学生查阅和收集资料的能力。

C.给学生介绍学习方法，该自学的让学生在课余时间自学，该讲解的进行讲解，该通过上机和实验进行学习的就让学生通过开放实验进行学习。

D.建立网上预约制度，及时通过网络方式和更新教学资源，提高电子线路CAD方面教学改革的论文和前沿知识的读物，给学生提供良好的学习环境。

E.发挥学生的积极主动性，在以项目点评、小组讨论等方式，在教学过程中及时发现并纠正学生存在的问题。

3 改革考核方式

针对《电子线路CAD》课程理论性、实践性和综合性强的特点，如果只以一次考试决定学生学习成绩，即不能真实体验学生的能力，也利于调动学生的学习积极性。因此应该改革考核方式，从学习积极性、学习效果、动手能力进行全面考评。将考勤、理论设计、安装调试、仿真、思考问题等纳入考核范围，增加平时考核的力度和比重，每个项目有对应的项目考核，每个阶段有阶段考核，综合评定期末成绩。

4 改革效果

本文提出的改革方法在宜宾学院《电子线路CAD》教学中实施开展，学生在PCB方面的设计能力得到较大提高，设计的PCB板性能稳定。在2009年全国大学生电子设计竞赛中获得本科组全国一等奖和二等奖各一项，该优异成绩得获得，有多方面的因素决定的，但电子线路CAD的设计能力也有很重要的作用，比如竞赛题目中要求：在增益为60dB，带宽为直流到10MHz的情况下，静噪声输出小于300mv，学生在PCB设计过程中考虑电磁兼容问题，采取了缩短信号走线和减小线间串扰等布线策略，最后输出静噪声小于70mv，性能远远高于指标要求。实践证明了该改革方案的有效性和可行性。

5 结束语

《电子线路CAD》是一门综合性、应用性和实践性很强的课程，具有易学难通的特点，教学难度比较大，所以任何有效的改革方法都是有意义的。本文从满足目前复杂电子系统的实际需要出发，对其教学内容、教学方式和考核方式进行了改革，在教会学生掌握CAD工具操作的情况下，该方法能让学生学会应用高速电路板设计的理论知识去设计性能稳定的电路系统，并在全国大学生电子设计竞赛中验证了该方法是可行和有效的，能为其他进行相关教学改革的教师提供参考，促进更多教学改革成果的诞生。

参考文献：

[1] 毕秀梅.《电子线路CAD》课程项目式教学法的探索[J].电脑知识与技术,2009,5(16):4235-4237.

[2] 黄淑一.浅谈项目教学法在《电子线路CAD))教学中的应用[J].科技情报开发与经济,2009,19(34):179-181.

[3] 吕殿基.任务驱动法在《电子线路CAD》教学中的应用[J].北京市经济管理干部学院学报,2008,23(2):66-68.

[4] 王海熔.电子线路CAD―PROTEL课堂教学方法探析[J].电脑知识与技术,2010,6(14):3697-3698.

[5] 徐作华,赵丽,谭丽娜. 电子线路CAD课程的教学探讨[J].中国新技术新产品,2010(5).

[6] 奚洋,汪涛.电子线路CAD课程教改初探[J].科教导刊,2009(11):56-61.

篇10

【关键词】压力传感器；电磁敏感性；电磁兼容；模拟退火算法；仿真软件分析

电磁兼容是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力[1-2]。电磁敏感性是指存在电磁骚扰的情况下，装置、设备或系统能够避免性能降低的能力。在具体论文研究中，将针对传感器的电磁兼容问题，提出优化设计方案，确保提升传感器的电磁敏感性。

1.提高传感器电磁敏感性原因

传感器在运行过程中需具有有一定的抗电磁干扰性[3]，电磁干扰除影响传感器的正常工作外，对人体健康也会造成有害的影响，这样的传感器在实际使用中是不安全的[4-5]，所以需要提高传感器的电磁敏感性，使传感器符合电磁兼容要求。文中所指的传感器，对外界的电磁影响可以忽略不计，故只需要研究传感器的抗电磁干扰性，并提高传感器的电磁敏感性。

2.影响传感器电磁敏感性主要因素

2.1电磁干扰源因素。在传感器运行过程中，由于会受到来自外界的无线电发射装备、高速数字电子设备、整机电气设备的静电放电、接触噪声、电路的过度现象、电磁波反射现象等的影响，产生电磁干扰，从而降低传感器的电磁敏感性[6]。2.2电磁耦合途径因素。在传感器设计中，其电路板上的引线、元器件都会产生电流，也都有电位，因此会在电路板上产生电磁场，若是传感器的电路布线和元器件的布置不合理时，会对传感器正常运行产生寄生耦合干扰，外界介质按电磁场的规律向传感器周围空间发射电磁干扰，也会降低传感器的电磁敏感性[7]。

3.传感器电磁敏感性优化设计

3.1运用模拟退火算法优化

传感器电磁兼容通常需要满足GJBl5lA-1997标准，若是仅运用传感器单层外壳屏蔽的方式并不能满足电磁兼容要求，因此可运用模拟退火算法，原理图见图1，不仅能够避免受到初始条件的约束，也可以找出能够解决电磁干扰的最佳方案，从而提高压力传感器的电磁敏感性。图1模拟退火算法原理图1）初始温度t0的选取t0要选取的足够大，Johnson等建议通过计算若干次随机便换目标函数平均增量的方法来确定t0的值。其中，为上述平均增量，x0为初始接收率，一般取0.8～1之间的数。2）温度衰减函数的选取一个常用的温度衰减函数是其中，α取0.5～0.99之间的数，固定控制参数值的衰减步数K，把区间[0,t0]划分为K个小区间，把温度衰减函数取为：3）Markov链的长度Lk的选取固定长度：Lk通常取为问题规模n的一个多项式函数。有接受和拒绝的比率来控制Lk：当温度很高时，Lk应尽量小，随着温度的渐渐下降，Lk逐步增大。4）终止温度tf（停止准则）的选取用循环总数控制法、接收概率控制法等进行选取。

3.2运用仿真软件分析优化

运用Protues（英国LabCenterElectronics公司出版的EDA工具软件）软件进行传感器电磁兼容仿真，仿真分析传感器的电磁敏感性薄弱环节，从而有针对性的进行相应优化，在优化设计后明显缩小了磁场的聚集点范围，大大削弱电磁干扰强度，传感器的电磁敏感性得到了提高，仿真图见图2。

3.3提高电磁敏感性的其它方法

3.3.1电磁屏蔽用屏蔽体将干扰源包封起来，或用屏蔽体将传感器包封，使传感器免受外界空间电磁场的影响。屏蔽技术虽然能有效地阻断电磁干扰的传播通道，但又会使传感器维修不便，并导致重量、体积和成本的增加，所以应采用合理的措施。3.3.2优化信号设计传输信息的电信号需要占用一定的频谱。为尽量减小电磁干扰，对有用信号应规定必要的最小占用带宽，这有赖于优化信号波形。3.3.3完善线路设计应设计和选用自身发射小、抗干扰能力强的电阻线路作为传感器的单元电路。3.3.4合理布局合理布局包括系统设备内各单元之间的相对位置和电缆走线等，其基本原则是使感受器和干扰源尽可能远离，输入与输出端口妥善分隔，高电平电缆及脉冲引线与低电平电缆分别敷设，通过合理布局能使干扰减小到最小程度。3.3.5滤波滤波是借助抑制元件将有用信号频谱以外不希望通过的能量加以抑制，它既可以抑制干扰源的发射，又可以抑制干扰源频谱分量对敏感设备、电路或元件的影响，滤波能十分有效地抑制传导干扰。3.3.6接地与搭接不管是否与大地有实际连接，只要为电源和信号电流提供了回路和基准电位，就通称为接地。电子设备接地是抑制噪声和防止干扰的重要措施之一。设计中如能周密设计地线系统，使用接地、滤波和屏蔽等措施，能有效提高传感器的电磁敏感性。

4.实例仿真分析解决电磁干扰

取三只传感器，按GJBl51A、GJBl52A条件进行试验，分析比较传感器在优化设计前和试验中的零位输出值，相关数据见表1。由表1可以看出，优化设计后的传感器其电磁敏感性得到了很大的提高。

5.结论

综上所述，传感器由于受到电磁干扰的影响，会降低传感器的电磁敏感性，因此需要对传感器进行优化设计，可运用模拟退火优化算法和仿真软件分析来预测传感器频能量分布的聚集点与畸变点，合理调整传感器设计方案，并对传感器做好电磁屏蔽、优化信号设计、完善线路设计、合理布局、滤波、接地与搭接等，对提高传感器的电磁敏感性，解决传感器的电磁干扰，能发挥积极的应用价值。

作者:雷钢 王长虹 齐虹 刘亚娟 刘涛 单位:中国电子科技集团公司第四十九研究所

参考文献

[1]曹俊,郑洁.共轨压力传感器的电磁兼容性试验研究[J].车辆与动力技术,2014.

[2]陈竹健,杨敏,夏状东.机车用压力传感器电磁兼容设计[J].机车电传动,2016.

[3]陈得民.机动车MEMS压力传感器电磁兼容测试[J].上海计量测试,2015.

[4]杨开宇,谭天洪,高印寒等.基于HFSS仿真分析的控制箱电磁兼容[J].实验室研究与探索,2014.

[5]李彦芳,杨晓斌,郑璐等.一种高精度压力传感器的设计与实现[J].电子设计工程,2016.