数字电路与逻辑设计范文
时间：2023-03-29 09:14:48
导语：如何才能写好一篇数字电路与逻辑设计，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：高职教育；项目化教学；形成性考核
作者简介：张丽（1981-），女，江苏南通人，南通农业职业技术学院机电系，讲师。（江苏 南通 226007）
中图分类号：642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）26-0051-02
“数字电路与逻辑设计”是机电专业中的一门专业基础课，它的特点是逻辑性、实践操作性强。它的先导课程有“电路分析”、“模拟电子技术”和“protel99SE”，后续课程有“单片机技术”、“家电原理”和“电子测量技术”，在整个学科体系中起着承前启后的重要作用。
一、“数字电路与逻辑设计”课程设计的理念
以职业能力培养为出发点，应遵循“手脑并用”、“做学合一”、“理论与实际并行”、“知识与技能并重”的教学原则，突出以“能力为本位”的课程模式，以应用和就业为导向，以培养职业技能为目的。以学生为主体，教师为主导，才能充分发挥学生的自主学习积极性。把握学生的认知过程和接受能力的规律，注重对学生创新意识和创新能力、综合意识与综合能力、实践意识与实践能力的培养。以理论联系实际为指导，重点提升学生运用知识的能力，使之养成良好的学习习惯，把握行为引导法促进学生能力提升的发展性教育理念。
二、高职教育及高职学生的特点
高职学生的特点是基础知识薄弱、理论学习困难、学习情绪化、对感兴趣的事物接受能力强。
高职教育的特点是面向岗位群，机电专业面向的岗位主要有：
生产现场操作及维修岗位：要求具有机电产品生产现场的工艺实施能力；机电工具设备的使用与操作能力；对机电产品进行装配、检测与调试的能力；要求仪表的使用、计算机测试、系统分析或产品故障分析的技术能力要强。
机电产品、设备安装及调试岗位：能够对机电设备进行安装、调试、运行管理与设备维护，并能对一般控制系统进行维护与改造。
机电产品、设备技术管理及服务岗位：要求技术管理人员具备看懂机械图纸和电气图纸的能力；具有机电一体化设备的使用、维护、管理能力，具有一定的生产管理、技术管理等知识。机电设备销售与售后服务技术人员具有机电设备的原理、装配工艺等知识，具有机电设备的检测与维修能力。
三、“数字电路与逻辑设计”项目化教学的必要性
传统的教学法是从知识点的掌握到电路的分析再到电路的设计，由局部到整体，自下而上。它以教师为中心，以课堂为中心，以教材为中心，忽视了学生积极性、主动性的发挥，实践以模仿为主，突出技能性训练，缺少设计性、创新性，教学效果不是很理想。
因此，必须根据不同的岗位职业能力要求，确定课程的职业能力目标：会用各种表示方法描述数字电路逻辑功能，会分析常用电路的功能；能完成数字电路的设计，能分析和排除电路中出现的故障；能通过对数字集成电路芯片资料的阅读，了解数字集成电路的逻辑功能和使用方法；能熟练掌握数字电路中常用仪器仪表的使用；能画出所设计的数字逻辑集成电路的电原理图，能列出所设计的电路的元器件清单，会撰写所设计电路的测试说明。
根据课程的职业能力要求确定课程的知识目标：掌握逻辑代数基础知识；了解集成逻辑门电路内部构造；掌握组合、时序逻辑电路的分析设计；理解触发器的工作特性；掌握脉冲波形的产生和整形；A/D及D/A转换。
在此基础上采用项目教学法，它是从实际问题出发来讲电路的构造、元器件的选择，再到知识的运用，由整体到局部，自上而下，宏观把握，以学生为中心，以项目为中心，以实际经验为中心，紧紧围绕工作任务完成的需要来选择和组织课程内容，突出工作任务与知识的联系，让学生在职业实践活动的基础上掌握知识，增强课程内容与岗位职业能力要求的相关性，大大提高了学生的就业能力。
四、“数字电路与逻辑设计”课程设计思路
为落实以培养学生职业能力为目标的课程实施，给出课程总体设计思路：坚持以高职教育培养目标为依据，遵循“以应用为目的，以必需、够用为度”的原则，以“掌握概念、强化应用、培养技能”为重点，力图做到“精选内容、降低理论、加强基础、突出应用”。
课程设计以电子产品的制作为载体，以便于与企业共同开发该课程：项目一，声光控制灯电路制作；项目二，竞赛抢答器制作；项目三，电子生日蜡烛制作；项目四，流水彩灯制作；项目五，31/2位直流数字电压表的制作。
项目的选择以课程标准中的教学内容为依据，既与数字电路知识紧密结合，又能够充分体现当前的工程实际情况，同时具有一定的创新空间，学生可以运用学过的知识进行创造发挥。
通过任务引领的项目活动将必备的知识、技能、行为、态度内化融合，使学生具备本专业的高素质劳动者和高级技术应用人才所必须的数字集成电路设计、制作与测试的基本知识和基本技能，同时培养学生爱岗敬业、团结协作的职业精神。
五、“数字电路与逻辑设计”教学内容的设计
该课程的总体目标：使学生具备本专业的高素质劳动者和高级技术应用型人才所必需的电子设计基本知识，具备灵活运用常用数字集成电路实现逻辑功能的基本技能；为学生全面掌握电子设计技术和技能，提高综合素质，增强职业变化的适应能力和继续学习能力打下一定基础；通过问题的解决，培养学生团结协作、敬业爱岗、吃苦耐劳的品德和良好的职业道德观。
1.内容的选取
以项目二竞赛抢答器的制作为例来说明：
根据总体目标确定该项目的知识目标、技能目标、素质目标。
知识目标：掌握编译码器知识、触发器知识、计数器知识、脉冲波形的产生和整形知识、单稳态触发器知识、复习逻辑代数知识。
技能目标：掌握编译码器、计数器功能、选择连接及使用；掌握555定时器的连接及使用；运用仿真软件画仿真图；具备查阅集成芯片产品手册的能力。
素质目标：培养耐心细致的工作态度，培养严谨扎实的工作作风，培养学生竞争与合作意识。
2.教学内容的序化
（1）任务下达。将项目分解为五个子任务：译码电路的设计与制作、抢答电路的设计与制作、倒计时电路的设计与制作、声响电路的设计与制作、控制电路的设计与制作。
以子任务抢答电路设计与制作为例。知识目标：学习掌握二进制编码器、二进制优先编码器、BCD编码器、BCD优先编码器。能力目标：掌握编码器功能、选择连接及使用、运用仿真软件画仿真图、具备查阅集成芯片产品手册的职业能力。素质目标：培养耐心细致的工作态度、严谨扎实的工作作风、竞争与合作的意识。
对该子任务进行分析：选手抢答情形即选手A首先按下按钮，显示屏上显示A抢答成功，其他选手再按按钮无效，选手A松开按钮后，显示屏上A抢答成功的状态保持不变，直到主持人清零，进行下一轮抢答。抢答电路的重要功能：锁存功能。既要能“锁”，也要能“存”。“锁”——其他选手，“存”——抢答成功的选手信息。通过类比的方式引入编码的概念，对该任务进行仿真后下达任务卡。
（2）资讯。让学生回顾以往解决相关问题的方法，给出用门电路实现的方法；让学生检索常用编码器的数据手册，通过手册了解芯片的功能和基本使用，掌握编码器的测试方法，通过测试加深对芯片的功能和使用方法的了解。
教学重点：二进制编码器与优先编码器的异同点。教学难点：编码器的使用。对芯片进行测试后进行芯片用法分析。
（3）计划决策。通过类似电路分析，启发学生思路；引导学生讨论该任务中编码器的选型，分析采用二进制编码器设计的缺陷；重点讨论如何解决优先编码器的硬件电路已经固定好的优先级；深入各小组听取学生决策意见；根据任务要求，各小组讨论出任务实施方案，设计出系统框图，指导老师确认方案的可行性。
（4）任务实施。任务的实施过程主要以学生为主体，学生三人一组，将学习能力较好、中等、较弱的学生合理分配到各组，教师指导、答疑。
（5）检查评估。根据各小组的演示给出综合评价（部分实现、全部实现、有创新功能）；抽取设计较佳和较差电路进行点评；教师给出优化电路，要求学生课后进行分析。
3.教学手段、方法
项目二的教学方法：基于问题教学法 （从实际问题抢答竞赛出发）；基于兴趣的教学法 （向学生进行任务的虚拟仿真flash演示）；理论实践二位一体教学法 （编码器功能知识的掌握与电路搭建）；可视化教学法（芯片功能的测试将传统测试方法与专用的数字芯片测试仪结合）；小组讨论法（3人分组）；启发式教学法（任务分析部分）；类比教学法（编码概念引入部分）；探究法（任务实施过程中）。
本门课程教学手段、方法：任务驱动法、行为导向项目教学法；工学结合，现场教学法（项目中每个任务的综合）；传统教学手段（讲解法、示范法、模仿法、练习法）；多媒体教学手段（PPT课件、flash仿真、网络教学及互动平台）。
六、“数字电路与逻辑设计”考核评价方式
建立终结性评价和过程性评价相结合的评价方式。终结性评价中知识考核占30%，综合考核占70%。过程性评价以项目为单位，其中教师评价占40%，学习档案占30%，小组评价和自我评价各占15%。
七、总结
以职业岗位活动调研为前提进行职业能力需求分析；以职业能力需求分析为导向确定课程职业能力目标；根据职业能力目标的需求确定知识目标；根据岗位工作过程和认识规律构建教学模块；以职业能力训练项目作为课程目标和教学内容的载体；以真实的职业活动实例作为训练素材；通过项目教学真正实现“教、学、做”三者的融合；建立以形成性考核为主的课程考核体系。
参考文献：
[1]胡锦.数字电路与逻辑设计[M].第2版.北京：高等教育出版社，2002.
篇2
关键词:可编程器件;计数器;数字电路;VHDL
中图分类号:TN47文献标识码:A
文章编号:1004-373X(2009)19-189-02
Design of Digital Circuit Based on Programmable Logic Devices
LIU Caihong,CHEN Xiuping
(Northwest Minorities University,Lanzhou,730030,China)
Abstract:The traditional design method of digital systems has fundamentally changed because of the emergence of programmable logic devices,it is necessary to introduce the design of digital circuit based on the programmable logic device.The realization methods of counter as examples,described two ways to achieve counter by schematic and hardware description language as input methods.The method of compiled simulation was described,and given the simulation results.The design of digital circuit based on the programmable logic device easier to understand and grasp by the use of familiar device.
Keywords:programmable logic devices;counter;digital circuit;VHDL
0 引 言
可编程逻辑器件PLD(Programmable Logic Device)是一种数字电路,它可以由用户来进行编程和进行配置,利用它可以解决不同的逻辑设计问题。PLD由基本逻辑门电路、触发器以及内部连接电路构成,利用软件和硬件(编程器)可以对其进行编程,从而实现特定的逻辑功能。可编程逻辑器件自20世纪70年代初期以来经历了从PROM,PLA,PAL,GAL到CPLD和FPGA的发展过程,在结构、工艺、集成度、功能、速度和灵活性方面都有很大的改进和提高[1]。
随着数字集成电路的不断更新和换代,特别是可编程逻辑器件的出现,使得传统的数字系统设计方法发生了根本的改变[2]。可编程逻辑器件的灵活性使得硬件系统设计师在实验室里用一台计算机、一套相应的EDA软件和可编程逻辑芯片就可以完成数字系统设计与生产[3]。
1 Max+plus Ⅱ简介
Max+plus Ⅱ是一种与结构无关的全集成化设计环境,使设计者能对Altera的各种CPLD系列方便地进行设计输入、快速处理和器件编程。Max+plus Ⅱ开发系统具有强大的处理能力和高度的灵活性,其主要优点:与结构无关、多平台、丰富的设计库、开放的界面、全集成化、支持多种硬件描述语言(HDL)等。
数字系统的设计采用自顶向下、由粗到细,逐步分解的设计方法,最顶层电路是指系统的整体要求,最下层是具体的逻辑电路的实现。自顶向下的设计方法将一个复杂的系统逐渐分解成若干功能模块,从而进行设计描述,并且应用EDA 软件平台自动完成各功能模块的逻辑综合与优化,门级电路的布局,再下载到硬件中实现设计[4],具体设计过程如下。
1.1 设计输入
Max+plus Ⅱ支持多种设计输入方式,如原理图输入、波形输入、文本输入和它们的混合输入。
1.2 设计处理
设计输入完后,用Max+plus Ⅱ的编译器编译、查错、修改直到设计输入正确,同时将对输入文件进行逻辑简化、优化,最后生成一个编程文件,这是设计的核心环节。
1.3 设计检查
Max+plus Ⅱ为设计者提供完善的检查方法设计仿真和定时分析,其目的是检验电路的逻辑功能是否正确,同时测试目标器件在最差情况下的时延,这一查错过程对于检验组合逻辑电路的竞争冒险和时序逻辑电路的时序、时延等至关重要。
1.4 器件编程
当电路设计、校验之后,Max+plus Ⅱ的Programmer 将编译器所生成的编译文件下载到具体的CPLD器件中,即实现目标器件的物理编程[5]。
2 以计数器为例介绍具体的设计方法
计数器是非常常用的时序逻辑电路。计数器类型有多种,实现计数器的方法也有很多。可以买到大部分类型的中规模集成的计数器直接使用,也可以用触发器搭建符合要求的计数器。但是采用以上方法实现的计数器灵活性不够,不能随时进行修改,通用性差。这里介绍基于可编程逻辑器件的实现方法。
2.1 设计输入
采用原理图输入的思维方式比较适合一直采用传统设计方法人的使用。原理图输入如图1所示。
图1 原理输入图
采用硬件描述语言输入的方法对于没有传统设计方法经验的人更容易入门,修改起来也更方便。给出了一个可逆计数器的实现实例[6],程序的核心部分如下[7]:
PROCESS (clk)
VARIABLE cnt:INTEGER RANGE 0 TO 255;
VARIABLE direction:INTEGER;
BEGIN
IF(updown=′1′)THEN
direction:=1;
ELSE
direction:=-1;
END IF;
IF(clk′EVENT AND clk=′1′)THEN
cnt:=cnt+direction;
END IF;
qd
end process;
2.2 设计处理
原理图或程序完成之后,选择好器件并进行引脚定义,然后编译优化得到编程文件的界面如图2所示[8]。
2.3 设计检查
编译结束后,建立波形文件进行仿真,注意波形文件需要先保存,保存文件名和源文件一致才能进行仿真[9]。结果如图3所示。
图2 编译优化得到编程文件的界面
图3 仿真结果
仿真结果达到设计目的,符合设计要求。这时可以把编译生成的*.pof文件下载到选定的器件使用。用以上方法实现的器件,修改起来非常方便,只需要修改程序重新编译下载即可,任何类型的计数器都可以在可编程逻辑器件实现。
3 结 语
随着电子技术的高速发展,CPLD 和FPGA 器件在集成度、功能和性能(速度及可靠性)方面已经能够满足大多数场合的使用要求。用CPLD,FPGA等大规模可编程逻辑器件取代传统的标准集成电路、接口电路和专用集成电路已成为技术发展的必然趋势。
可编程逻辑器件是逻辑器件家族中发展最快的一类器件,它出现使得产品开发周期缩短、现场灵活性好、开发风险变小,随着工艺、技术及市场的不断发展,PLD产品的价格将越来越便宜、集成度越来越高、速度越来越快,再加上其设计开发采用符合国际标准的、功能强大的通用性EDA工具,可编程逻辑器件的应用前景将愈来愈广阔[10]。
参考文献
[1]徐伟业,江冰,虔湘宾.CPLD/FPGA的发展与应用之比较[J].现代电子技术,2007,30(2):4-7.
[2]郑宝华.基于CPLD的大屏幕扫描电路设计[J].现代电子技术,2008,31(24):17-19.
[3]赵延,葛利嘉,双涛.基于FPGA的UART设计实现及其验证方法[J].现代电子技术,2008,31(17):162-164.
[4]王淑文.基于CPLD的数字系统设计[J].现代电子技术,2007,30(12):184-186.
[5]杨晖,张凤言.大规模可编程逻辑器件与数字系统设计[M].北京:北京航空航天大学出版社,2001.
[6]潘松.VHLD 实用教程[M].西安:西安电子科技大学出版社,2000.
[7]宋万杰.CPLD技术及其应用[M].西安:西安电子科技大学出版社,2000.
[8]林明权.VHDL数字控制系统设计范例[M].北京:电子工业出版社,2003.
篇3
关键词：模电；数电；定义；特点；区别与联系
1 模拟电路与数字电路的定义
模拟电路主要处理模拟信号，如果输入信号有一个微小的变化，输出信号必有一个与之相对应的变化。数字电路主要处理数字信号，它的变化只有高、低电平两个状态，如果输入信号发生一个微笑的变化，输出信号一般不会立即发生变化，需要累积到一定值输出端才会发生变化。
2 模拟电路与数字电路的特点
1.模拟电路的特点：
①处理模拟信号，模拟信号即在时间和幅值上均连续的信号。在一个信号周期内，模拟电路的电流和电压保持持续变化。
②电路中元器件的动作方式为线性变化，如放大器。
③模拟电路是电子技术的基础，应用十分广泛。手机等电子产品的无线收发模块都是模拟电路。自然界中的物理量均为连续量，连续信号的处理离不开模拟电路。
④输出信号随输入信号的微小变化而变化。
2.数字电路的特点：
①处理数字信号，数字信号即在时间和幅值上均离散的信号。在一个信号周期内，数字电路的电流和电压呈现脉冲变化。
②数字电路可对数字信号进行算数运算及逻辑运算。基本逻辑运算有与或非三种，复合逻辑运算有常用的与非、或非、与或非、异或等等。因此，它具有逻辑推理和逻辑判断的能力。
③数字信号只有0、1两种状态，可用晶体管的饱和和截止分别表示，意味着其输出量不随输入量的微小变化而变化，需累积到一定程度才发生变化，由此可以看出，数字电路实现简单，系统可靠，不易受外界的影响而变化。
④数字电路的突出优点之一是集成度高，功耗低，速度快。用数字集成电路不仅缩小了体积，提高了生产技术，更推动了数字电路的发展。
3 模拟电路与数字电路的区别
简单的来说，模拟电路和数字电路中信号的表达方式不同。自然界中许多物理量，如温度、压力等为连续变化，处理此种信号的电路为模拟电路。也有一种物理量，在时间和幅值上均不连续，处理此种信号的电路为数字电路。一个简单的例子帮助我们理解，如对光照强度的感受，模拟电路可直接处理信号，输出随光照强度变化而变化，数字电路则将此信号经过抽样、量化等一系列工作转化为数字信号方可处理。由此总结区别如下：
1.工作的信号不同。模拟电路处理的是模拟信号，一般都具有连续变化的特点；数字电路则处理的是数字信号，它的变化总发生在离散的瞬间，数字信号通常用脉冲的有无来表示，有脉冲为“1”――高电平，无脉冲则为“0”――低电平。
2.电路的作用不同。模拟电路是通过放大器等元器件实现模拟信号的比例放大，其要求输出信号尽量不失真；数字电路处理0、1两种电平的信号，实现输入输出的数字量之间一定的逻辑关系。
3.分析方法不同。模拟电路通常采用图解法和微变等效电路法，如负反馈放大器的框图分析法，即把放大器分解成基本放大电路和反馈网络两部分；数字电路的主要分析方法在组合逻辑电路中有逻辑关系式，真值表等，在时序逻辑电路中有状态转换真值表，状态转换图，卡诺图等。
4.电流和电压的变化方式不同。模拟电路中，电流和电压是呈持续变化的；数字电路中，电流和电压是呈脉冲变化的。
5.三O管的工作状态不同。模拟电路中其作用是放大，这就意味着工作在放大区；数字电路中其相当于开关，这就意味着工作在截止区和饱和区，即“0”、“1”状态。
4 模拟电路与数字电路的联系
从我们可以直接看的到的层面上来说，模拟电路和数字电路的最直接联系就是它们同属于电子电路，只不过处理的信号不同罢了。对接触过数电和模电的我们都清楚，数电是建立在模电的基础之上，换句话来说，数字电路从根本上来说都是模拟电路。模拟电路处理模拟信号，数字电路处理数字信号，但自然界中多为模拟量，所以数字信号通常由模拟信号获得，它是将模拟信号抽样后数字化得到的。模拟电路和数字电路的诸多联系总结如下：
1.它们的基本元器件大都相同，无论是模拟电路，还是数字电路，都是已三极管为基础，不断增加其他功能以实现复杂化。
2.数字电路是在模拟电路的基础上发展而来，数字电路处理的数字信号也是由模拟信号经过采样、保持、量化、编码而来。
3.把模拟信号转换为数字信号的转换器称为A/D转换器，把数字信号转换为模拟信号的转换器称为D/A转换器。如果想要用数字电路处理模拟信号，那么在系统中置入A/D转换器再输入信号就可以了，反之，需要在系统中置入D/A转换器。举例来讲，在自动控制系统中，被控制量，如温度、压力等均为连续量，经A/D转换器转换为数字量即可用数字电路进行处理。
参考文献
1.王敏.模拟电路与数字电路的区别辨析[J].电子世界
2.张剑平.《模拟电子技术教程》.清华大学出版社
3.朱定华.《现代数字电路与逻辑设计》.清华大学出版社
4.岳怡.《数字电路与数字电子技术》.西北工业大学出版社
作者简介
篇4
关键词：工程认证；复杂工程问题；过程控制；考核方式
一电子类课程设计相关概述
2016年6月我国成为《华盛顿协议》正式成员，标志着我国高等工程教育进入了新阶段。五邑大学顺应大趋势，加入了高等教育工程认证的行业。作为电子信息工程系的骨干教师，本人参加了五邑大学前期工程认证培养方案形成、大纲编制、专家答辩等各项工作，深知实施工程认证困难重重。根据2018年培养方案，电子信息工程系整合现有实践教学，将原来的《模拟电子课程设计》和《数字电路课程设计》进行了课程整合，形成了《电子电路综合设计》实践课程[1,2]。工程认证，要求以学生为本，目标导向，持续改进，更侧重于对学生能力的培养。根据《电子电路综合设计》课程所涉及的毕业要求指标点，学生完成课程学习后需获得以下方面的能力：（1）通过对具体功能电路的分析、设计和制作，使学生掌握电子电路系统设计的基本方法、基本手段、基本工具和基本技能，来培养学生分析和解决电子电路复杂工程问题的能力；（2）通过团队合作，实物展示，汇报过程，撰写报告的形式，来培养学生良好的团队合作能力、口头表达能力和书面表达能力。为了体现团队合作能力和口头表达能力，在课程形式的设置上又增加了分组和答辩等相应环节，这使得我们不得不重新设计课程设计教学模式、教学方法和考核形式。
二电子类课程设计教学现状
以《数字电路课程设计》为例，近年来，课程设计的任务是设计彩灯控制器，在功能上可以通过控制电路实现彩灯电路不同花型的变换，指导教师给出任务要求及主要元器件清单，学生们根据要求自行设计电路并制作、调试，最后根据作品的实际效果和设计报告，指导教师给出相应的成绩等级。客观地说，本课程的实际开展效果还是不错的，但结合工程认证的要求，当前的课程设计还存在一定程度的问题，主要体现在以下几个方面。（1）学生的学习状态不佳。虽然在学习综合课程设计时，学生已经学习过《电子工艺实习》《模拟电子技术》《数字电路与逻辑设计》等相关课程，但学生掌握的仅是一些最基本的电子知识，不了解如何应用所学的理论知识；与之相关的理论可也配备有相应的实验，但实验多以验证性实验为主，没有真正意义上设计过电子电路，缺少系统设计的概念。课程设计涉及的知识面广且难度大，使一部分学生产生一定的厌学情绪。学生缺少学习兴趣，动手实践的意愿不强，学习状态不佳。（2）元器件功能拓展性不足，方案设计创新性不够。在课程设计过程中，一般老师会推荐一些元器件型号，因此大部分学生在进行元器件选型时，思路仅局限于这些指定的型号，而忽略了教师同时提出的可用类似功能器件进行设计的要求。如指导教师给出NPN三极管以驱动LED，很少有同学会想到对驱动电路进行简单改动，用PNP三极管来驱动。另外，学生在进行实物演示时，可以看到方案设计的版本偏少，有些学生比较盲从，没有去比较方案为何要这样设计，不同的方案有何优劣，方案设计创新度不够[3,4]。（3）考核形式单一。传统的电子类课程设计类课程考核形式较为单一，只对学生的出勤、设计结果和实验报告进行考核。这种考核方式存在的问题归纳起来有三点，一是缺少过程考核，忽视了对学生在实验过程中的态度、积极性与创新性的考核；二是缺少差别性评价，学生在设计过程中的设计难度、沟通能力、书面表达能力、口头表达能力等不易量化的因素也没有纳入考核范围，同时教师无法准确评估同一小组内不同成员的贡献率。三是评价标准不明确，教师的主观性较大，评定的标准不能具体量化。
三电子类课程设计改革策略
电子类课程设计以学生获得知识能力为目标，采用课堂讲授、启发式，讨论式多种教学模式，将案例教学、任务驱动教学、学生实验、答疑指导等授课方式贯穿教学的全过程。根据课程实施过程，可以将教学内容分为以下5部分，分别为：案例讲解和任务布置、方案设计和评估、实物制作和性能测试、实物验收和撰写报告、答辩和设计报告评分。在电子类课程设计的教学实施过程中，即要体现以解决复杂工程问题为目的的各项能力的培养，又要将《工程教育专业认证标准》中给出的12条毕业要求具体对应到具体的教学环节中。基于工程认证，电子类课程设计从如下四个方面进行了改革。
（1）在课程组织形式上，采用了分组进行的方式。常用的分组方法是教师随机分组和学生自愿分组。教师随机分组不利于发挥每位同学的潜力，形成学习合力；学生自愿分组容易出现“学霸”受欢迎、“学渣”没人理的情况，不利于对团结合作能力的培养。为了克服教师随机分组和学生自愿分组所带来的弊端，电子类课程设计采用基于课前调查的综合型分组策略，兼顾学生意愿，教师指导的分组方法。[5]具体来说，《数字电路课程设计》直接相关的前导课程是《数字电路与逻辑设计》，通过对《数字电路与逻辑设计》课程学习成绩的调查，可以判断学生进入课程前的学习基础；通过对《数字电路与逻辑设计实验》成绩的调查，可以从一个侧面了解学生的实践动手能力。通过调查学生的历史学习能力，结合其自我评价及分组意愿，教师可以指导分组，通过优势互补来提升小组的整体能力。对个人能力突出的学生，可以充当项目负责人，在课程设计过程中考察整个团队分工是否合理，能否妥善解决冲突等；而基础相对薄弱的学生，可以充当项目参与人，在课程设计过程中考察对项目及自己承担任务的理解，与团队成员有无有效沟通等。学生只有明确了各自的任务和目标，才能激发学生的学习兴趣并提升教学参与程度，充分发挥教学过程中学生的主体地位[6]。
篇5
关键词：模拟与数字电路；电子技术综合实验；实验园地；虚拟仪器实验
中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）08-0151-03
一、背景
以模拟与数字电路为基础内容的电子技术实验是高等学校理工科专业学生重要的必修专业基础课，也是电子、计算机、自动化等工科专业的学生在大学教育阶段所要经历的一个重要的工程性实践环节，在培养学生素质和能力方面占有十分重要的地位[1]。而电子技术综合实验课程作为一门综合性的实践课程，与理论课程并行开设，其实验内容不再限制于某一门课程，而是把多门相关课程的知识相互渗透，有机融合。在一个实验项目或设计课题中，可以融合模拟电子技术、数字电子技术、EDA技术、单片机原理等知识模块，让学生运用多种技术完成一个完整的电子系统的设计，使学生对电子系统的设计过程有深入的理解，同时培养工程实践方面的基本素养。除了传统实验教学中的实验项目，课题设计还可以采用电子设计竞赛、科研项目、学生创新实践等方式，在“开放”的状态下进行，充分体现学生的主体性[2]。众所周知，软件学院的办学宗旨是要基于“精英型软件人才”的培养目标，一般的软件学院通常拥有软件工程和网络工程两个专业方向，而我院为了强化“精英型软件人才”的培养目标，在本科二年级时又开设了嵌入式和物联网两个专业方向，这两个专业方向的学习需要有更好的硬件基础，这也是我院面向本科一个年级800人开设模拟与数字电路理论与实验课程，并且实验教学采取独立设课的方式的重要原因。嵌入式与物联网专业与电子技术等硬件课程的联系要较为紧密一些，对于目前的模拟与数字电路教学，从事这两个专业方向学习的学生往往会感到学得不够多，不够深入。许多有志于这两个专业方向学习的学生，在做完基础的模拟与数字电路实验后希望，还能有机会到实验室做一些额外的、提高性的实验。而不从事这两个专业方向学习的软件工程和网络工程专业的学生，往往体会不到学习电子技术等硬件课程的重要意义，简单的认为在软件学院学习，只要把“软”的东西搞明白就可以了，不应在“硬”上浪费时间。因此，结合我院目前本科生的教学体系、培养目标以及开设的相关硬件课程如：51单片机接口与汇编、fpga设计、通信原理、计算机组成原理等与硬件电路密切相关的课程，构建“电子技术综合实验教学体系”就显得有重大的意义，能够使基础的硬件教学与软件学院的教学体系和培养目标建立起联系，体现了硬件实验教学相对于软件专业方向学习的重要性和关联性，实现软硬兼顾。除此以外，目前在全国众多的软件学院中，另外，还没有发现一所软件学院提出构建“软件学院电子技术综合实验教学体系”的教学改革活动。著名的大学如北京大学是将软件与微电子学院放在一起合办，尽管如此，北京大学也没有面向软件工程、网络工程将近800人的、规模庞大的模拟与数字电路的实验课程，因此，我院进行构建“软件学院电子技术综合实验教学体系”的教学改革实践就显得特别有意义，能够起到“示范性”的作用。
二、研究基础
我院自2008年开始在本科生的教学体系中引入独立的模拟与数字电路实验课程以来，取得了许多积极的教学成果：（1）有力的辅助了模拟与数字电路理论课的教学，使抽象的理论课不再生涩难懂。（2）通过动手搭电路的实验很好的煅练了学生的操作能力，通过实验学生的实践能力得以提高。（3）对我院其他专业方向的如计算机组成原理等理论与实验课程的教学提供了有力的支持。（4）教学模式不断改进，部分实验，如仪器使用的教学方式完成了由传统的“老师讲，学生跟着做”到以学生为主体，旨在培养学生“自主学习和创新意识”的开放式教学。在数字实验部分设立了“选做”实验项目，面向能快速完成必做实验部分的、有兴趣做更多学习和尝试的学生。（5）规范实验教学的流程，引入了实验报告册，在报告册中明确规定实验的预习、操作、总结部分的要求。（6）在现有课程教学基础上，结合我院嵌入式工程专业的培养目标，开设了一门提高性质的开放式电路设计实验课程“嵌入式电路设计开发与应用实践”。
但现在的实验教学仍有许多不足之处：（1）实验内容陈旧，所用元器件型号过时，需要更新。（2）实验项目仍然偏少，不够丰富，可供选择的余地小，大大的限制了学生自主性的发挥，不利于创新型、研究型的学习。因此，验证性、综合性、设计性的实验项目均应增加。（3）教学模式僵化，手段单一，仍以传统的老师在课堂上按部就班的指导，学生跟着按实验步骤进行操作验证为主，学生没有自由发挥、进行创新型学习的机会。实验室目前仍没有完全实现开放，而学生的专业学习任务较重，课程设置多，很难有整块的时间和专门的机会通过更多的实验训练获得提高。（4）实验课程考核的方式单一，除了批阅实验报告之外，成绩评定主要以学生完成实验的快慢为主，即主要考核学生的学习态度，认真预习的程度及实验动手操作能力的高低。（5）尚未形成一个有效的综合教学体系，使模拟与数字电路实验课程能更好地融入我院的整体教学体系当中。
三、研究思路
基于以上的原因及分析，应结合目前我院的教学体系及专业培养方向，以现有的模拟与数字电路实验教学为基础，以“开放式”教学为主要依托，构建“电子技术综合实验教学体系”，以求根本解决我院目前模拟与数字电路实验教学中存在的各种问题。
1.建设电子技术综合实验园地[3]。建设电子技术综合实验园地是本研究课题要实现的基础目标，是构建我院电子技术综合实验教学体系的基础。
实验园地中的实验项目如图1所示分为以下几大组成部分：①实验基本技能训练园地，实验基本技能训练园地主要包括：如何进行实验预习，如查找资料，对实验进行理论分析；实验操作中的FAQ；实验总结报告的书写要求；电路设计仿真软件的入门；嵌入式C、汇编语言的集成开发环境的使用；VHDL、Verilog等硬件设计语言及ISE开发编译环境的使用；EDA技术基础如电路板的原理图、PCB板图的设计；电路焊接的基本技能培训等。将实验基本技能训练部分的资源放置于我院的ftp课程网站或学院网站上，根据具体实验的要求或学生自已的需求下载使用。②专用仪器设备园地，在专用仪器设备园地中，可获得示波器、万用表、函数信号发生器、直流稳压电源、电子技术实验箱、实验操作面板等仪器设备的使用说明书，操作实例，操作课件等。③基础模拟与数字电子技术实验园地，按照基础模拟与数字电子技术通用的理论教学，实验园地可分为四大模块[4]：模块A：常用电子元器件，包括电阻、电容、电感、二极管、三极管、场效应管等，模块A是模拟与数字电子技术的共同基础。模块B：模拟电路模块，包括基本放大器、差动放大器、功率放大器、运算放大器、反馈放大器、信号发生器、直流稳压电源等，该模块是模拟电子技术的主要内容，着重让学生掌握模拟电路的基本概念、基本原理和基本分析方法。模块C：数字逻辑和数字电路模块，主要包括逻辑代数基础、逻辑门电路、组合逻辑电路、时序逻辑电路、脉冲产生与整形、大规模集成电路（半导体存储器、A/D和D/A等）。模块C是数字电子技术的主要内容，旨在让学生掌握数电的基本知识及常用数字集成电路，学会逻辑分析和逻辑设计的方法。模块D：可编程逻辑器件模块，目前常用的可编程逻辑器件包括EPROM、GAL、FPGA、E2PROM，模块D是数字电路领域发展较快的一项技术，通过与EDA技术的结合，使通过软件编程的方法实现硬件设计成为可能。④演示实验教学园地，将演示实验教学园地分为三大模块：模块A：实物演示实验教学，实物演示实验教学是从实验结果入手的教学方法，有助于从总体设计方面建立深入的宏观印象，趣味性的结果还有助于激发学生的实验学习创造的兴趣，使学生在充分理解了现有实现方法的基础上，积极探求不同的实验思路和解决方案。“实物”既可以包括实验教师为某项实验所设计的专用演示电路实验板，也可以包括学生创新实践过程中的设计产品，当然也可以是实验电路搭接后结果的视频演示。演示实验教学系统也可以通过多媒体PPT课件，WORD或PDF文档、视频的形式集中于我院的FTP课程网站或学院网站上，根据具体实验的要求或学生自已的需求下载使用。模块B：虚拟仪器实验，建设基于Labview的3D电子技术虚拟实验室。可以满足学生进行常用仪器设备的熟悉与使用，验证性实验的虚拟仿真等。如图2所示为实验中心自主开发的“三维虚拟实验室”软件系统，目前该系统正在研制。
通过对实物如仪器设备、电子元件等的虚拟，使学生对电子技术实验形成全方位的了解，为深入实验做准备，虚拟实验还可以减少针对仪器设备、电子器件的误操作，降低设备器件的损耗，延长使用寿命，减少维修维护的工作量。虚拟实验的教学可以不受时间、空间的限制，学生可以在实验室开放的时间到实验室来做实验，也可以在公共机房安装有该软件系统的PC机上完成实验任务，甚至可以在宿舍、网吧、图书馆等有网络环境的地方通过网络进行实验教学，真正实现实验教学的“开放式”。模块C：电路仿真实验，许多EDA软件就具有电路仿真功能，针对简单的验证性实验，电路仿真往往显得特别有效，如RC电路的实验，实现过程非常简单。如果在进入实验室之前就能利用EDA软件针对不同电阻R和电容C进行电路仿真，根据仿真的结果确定所需要的电阻、电容，就可以大大节省查找器件的时间，降低了在实验室中找不到该器件的风险，提高的实验学习的效率，有助于开放教学过程中更高效的使用实验室。相比于实物演示教学和虚拟实验教学，电路仿真更显得专业化。⑤提高性实验园地，提高性实验园地的建设是构建“电子技术综合实验教学体系”的关键，是使电子技术综合实验教学能与软件学院的教学体系和培养目标建立联系的重要环节，体现硬件实验教学相对于软件专业方向学习的重要性和关联性，实现软硬兼顾。结合我院本科生教学体系及专业培养方向的实际，以及我院目前开设的51单片机接口与汇编、fpga设计、通信原理、计算机组成原理等与硬件电路密切相关的课程，提高性实验教学园地包括三大模块：模块A：单片机硬件实验，实验方式为，设计电路原理图进行电路仿真（可选）编写C、汇编程序编译成HEX文件用编程器写入MCU实验箱上搭接电路实现功能制作PCB板（可选）。单片机硬件实验可以实现基础的模拟与数字电路、单片机原理及应用、EDA电路设计技术及软件编程与测试等多门专业课程的综合。模块B：FPGA硬件实验，实验方式为，设计电路原理图进行电路仿真（可选）编写VHDL、Verilog语言程序编译生成bit文件烧写到可编程器件内搭接电路实现数字逻辑设计或系统功能。FPGA硬件实验可以实现基础的模拟与数字电路（尤其是数字逻辑）、计算机组成原理及体系结构、EDA电路设计技术及软件编程与测试等多门专业课程的综合。模块C：通信原理硬件实验，通信原理理论课程是我院网络工程系开设的一门专业课，为了深入这门课程，必须具备坚实的模拟（包括低频、高频电子线路）和数字电子技术基础。目前，我院尚无完善的硬件实验课程与之匹配，因此可在提高性实验园地中加入这一模块。通信原理硬件实验可以实现基础的模拟与数字电路（尤其是高频电子线路与数字逻辑）、网络技术及软件编程与测试等多门专业课程的综合。
四、结论
由以上分析得出如图3所示的“软件学院电子技术综合实验教学体系”的基本构思。
实验教师应是电子技术综合实验园地的建设者，在利用园地中的各种实验项目及资源做好基础及提高性实验教学的基础上，承担实验园地中实验方案与任务书的设计工作，在实验项目开发的过程中，针对不同水平的学生，逐渐形成验证性，综合性，设计性实验教学的层次。做为电子技术综合实验园地的使用者的学生，在传统的课堂教学与“开放式”教学相结合的基础上，逐渐与实验教师建立新型的教与学的关系，如：学生自已选择现有的实验项目，尽可能的独立完成实验，实验教师仅起到辅助指导的作用；教师根据学生的水平，将现有的多个验证性实验综合，形成实验方案，引导学生独立完成；学生独立设计实验方案，寻求实验教师的建议及帮助，尽可能的完全独立自主的完成电路设计及实验验证。实验园地的建设会为基础、提高性实验教学提供更多的实验素材，有助于丰富实验教学内容。教学中产生的问题有助于丰富实验园地中的实验项目的建设，使教师、学生在进行实践教学的过程中有更多的选择，有助于扩展学生的知识面，提高实验教师的教学水平。总之，三者之间的良性互动将创造一个良好的教学实践环境，切实提高实验教学水平和教学质量。
鸣谢：本文受到2013年大连理工大学教学改革项目“立足精英型软件人才培养目标的电子技术综合实验教学体系的构建”项目资助。
参考文献：
[1]侯加林.全面实施电子技术实验改革提高学生创新能力[J].实验室研究与探索，2009，28（1）.
[2]姜宁.高校电子技术综合实验开放式教学研究[D].陕西：延安大学，2011.
篇6
关键词：EDA软件；数字电路；教学；实验
中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)24-1250-03
Research on EDA Software in Teaching of Digital Electronics Technology
WANG Yang,HU Jiang,QIAN Yu-lu
(Department of Electronics and Information,Zhejiang Wanli University,Ningbo 315100,China)
Abstract:Digital electronics technology is an important professional course.It can be propitious to teaching, experiments and course design etc., if EDA software is applied to teaching of Digital electronics technology. It can help students master this course better. Finally, its teaching effect is satisfying.
Key words: EDA software; digital electronics technology; teaching; experiment
1 引言
《数字电子技术》是电子信息类本科生的一门专业基础必修课。课程的主要任务是使学生掌握数字电子技术的基本概念和基本理论，掌握数字电路的分析和设计方法，应用常用的中、小规模数字集成电路进行逻辑电路设计等。EDA是Electronic design automation的缩写，即电子设计自动化，是人们进行电子产品设计、开发和制造过程中非常关键的一步。随着现今计算机的普遍应用，将EDA软件应用到数字电路的教学中，形成虚拟的实验环境，对于数字电路的理论教学、实验、课程设计等环节都有显著的帮助，利于学生们更好的掌握《数字电子技术》这门课程。本文主要是分析了EDA软件与数电课程结合应用的一些心得，通过EDA工具的使用，提高了学生的学习兴趣，达到很好的教学效果，同时利于后续相关课程的学习。
2 EDA软件在数电理论教学中的应用
在进行数字电路的理论教学时，对于常用时序逻辑功能器件的讲解[1]，如对计数器的介绍会牵涉到许多概念，像同步置数（清零）、异步置数（清零）等，这些概念学生在掌握的过程中很容易混淆，但若利用了EDA工具中的Multisim 软件，一边讲解，一边演示，会很好的帮助学生理解和掌握。这里我们以4位集成二进制同步加法计数器74LS161器件为例，利用同步置数法构成一个五进制的计数器。利用同步置数端LD归零，SN-1=S4=100，LD=Q2n由Multisim 软件得到图1(a) 所示电路，其中ENR和ENT为使能端，CLR为清零端，将它们接在高电平上； A/B/C/D均接地端；QDQCQBQA为信号从高位到低位的计数器输出端，其中QC通过74LS04器件的一个非门和同步置数端LOAD相连。当SN-1=QDQCQBQA=0100时，就会有一个0信号给予同步置数端LOAD，在下一个时钟脉冲的上升沿到达时置入了0000状态。利用Multisim 软件可以将整个过程演示出来，对图1(a)进行仿真，可以看到数码管上数字的变化为图1(b)所示；打开示波器XSC1得到图1(c)。由图1(b)、1(c)学生们可以清楚的看到如图1(a)实现了一个五进制的计数器功能，其中0001、0010、0011、0100这4个状态是由74LS161进行加1实现的，0000状态是由同步置数得到的。
同样利用Multisim 软件，我们也可以演示利用74LS161器件的异步清零法构成的计数器，这样学生们可以很清楚的比较置数法和清零法二者的差别，更好的对这部分的内容进行理解和掌握。因此，将EDA软件应用于数电理论教学中，对于理论教学有很好的辅助作用，加深了学生们对于理论课程的理解，获得良好的教学效果。
3 EDA软件在数电实验中的应用
对于数字电路的学习，是离不开实验教学这个环节的，为了能够更好的做好实验，通常要求学生在作实验前预习实验内容和实验步骤等。但仅仅只是粗略的看看实验指导书，学生很难对整个实验有系统的认识，在实际的实验中会过多的依赖教师，这样很难达到实验教学的目的，有时甚至会影响到学生们对于这门课程的学习兴趣。若我们将Multisim软件与数电实验结合起来，在实验前鼓励学生利用它建立一个虚拟实验室[2]，做一次虚拟实验，帮助学生更好的完成实验。这里我们以555集成定时器构成多谐振荡器的实验为例。实验的内容是利用555集成定时器构成的多谐振荡器来产生T=tPH+tPL=1.25s的脉冲信号，其中tPH=1s 。由Multisim软件，利用电容器的充放电特性，可以得到如图2(a)的图形，对其仿真后，打开示波器XSC2，可以看出我们得到了一个tPH=1s，占空系数为80％的脉冲信号，如图2(b)所示。
从这个虚拟实验中，学生可以很好的理解555集成定时器元件各个管脚的功能，实验电路的设计方法，及实验结果的情况等。因此，通过利用Multisim软件进行虚拟实验，可以让学生更加熟悉实验内容，减少实验中不必要的错误。在虚拟实验中得到的结果可以在实际中检验；同时在虚拟实验中遇到的问题，可以带着问题去到实验室里做实验，这样大大增加了学生的兴趣，提高了实验效果。
4 EDA软件在数电课程设计中的应用
课程设计的环节对于数字电路教学来说也是非常重要的[3]，它可以帮助学生加深对于整个课程的系统理解；提高学生理论联系实际的能力；增加学生实际解决问题的能力；促进学生的创新意识和创新能力。将Multisim工具应用于其中，可以帮助学生更好的完成自己的课程设计。例如以设计简易数字频率计为课程设计的题目，要求在面包板上实现该电路。要完成这个课程设计，首先学生必须了解测频的基本原理，如图3所示，被测频率fx的信号u1(t)自输入通道经过整形、放大等形成与周u1(t)期个数相同的计数脉冲进入主控门电路，在门控双稳态电路开门信号的控制下，将计数脉冲送入计数、锁存、译码、驱动与显示电路，由半导体发光数码管显示出被测频率fx值。控制电路是控制、协调各单元电路的工作程序[4]，完成频率的测量。
在清楚电路设计原理的基础上，学生通常是利用现有的元器件，在面包板上完成电路的设计、搭建、调试、测试等工作，但这样会存在一些问题，如元器件的损坏、接触不良；面包板某部分短路；实验仪器的精度不够等，这些都会影响学生的设计进度，给学生增加了一些不必的设计难度，但若学生利用Multisim工具，就会大大简化他们的设计难度。由数字频率计的设计原理，可以在Multisim软件中虚拟出整个设计过程。首先，由电路原理得到电路图，通过仿真，不断达到设计指标，最终可以得到如图4(a)所示的电路图。
然后，可以利用Multisim 8的面包板功能，将其整个电路搭建在虚拟面包板上，如图4(b)就搭建了上述的设计中的时基电路部分。选择和实验室中相同大小的面包板，学生就可以利用软件的这个功能将完整的电路搭建在这块虚拟面包板上，利用软件的“DRC和连接检查”功能检查无错误后，就可将其搬到实际的面包板上即可。
5 EDA软件在数电课程中的其它应用
为了更好的培养应用型电子技术人员，我们在数字电路教学的过程中，常会对学生介绍一些课外知识，如PCB板设计等，但是这些讲解有时会较空洞，因为学生很难将仿真的电路与实际的PCB版图联系在一起，但是我们利用EDA工具中的Ultiboard 8软件，可以解决这个难题。例如以采样计数电路为例，首先，利用Multisim软件可以得到它的电路图形，如图5(a)所示；然后利用Ultiboard软件可以画出它的PCB版图[5]，如图5(b)所示；利用Ultiboard软件的3D演示功能，学生们可以清楚的看到该PCB版图制版后的模样，如图5(c)所示。这样对于学生的理解具有很大的帮助，提高了学生的学习兴趣，取得了很好的教学效果。
综上所述，利用EDA软件可以帮助学生对于数字电路这门课程的学习，不论是在理论教学、实验教学中，还是在课程设计中，都起到了很好的辅助作用，加深学生们对于课程的理解、认识，获得良好的教学效果，同时也为今后学习相关课程，如VHDL语言、DSP技术等，打下了坚实的基础。
参考文献：
[1] 覃善华,欧阳义芳,吴伟明,等.EWB在《数字电路》教学中的应用.现代电子技术,2004,1:100-102.
[2] 史庆军.EWB在数字电路仿真分析中的应用[J].电子技术应用,2000,12:41-43．
[3] 王毓银.数字电路逻辑设计[M].北京:高等教育出版社,2002.
篇7
电子设计类实践课程的教学目的是要学生掌握电子电路的基本设计方法、验证方法，同时培养学生的实践能力。本文以交通灯控制电路为例，介绍了电子电路的一般设计方法。设计过程中使用Multisim软件对理论设计结果进行电路仿真，并对结果进行了分析。通过验证，该交通灯可以实现现有道路十字路口的交通指挥功能，具有较高的可靠性和一定的实用性。使用Multisim软件进行电路的设计和仿真，不仅省时，而且可以节约大量的实验资源，而且可以给枯燥的课堂教学提供生动的教学演示，激发学生的学习兴趣，提高教学效果。
【关键词】
Multisim；交通灯；电子设计；仿真
电子设计实践是我校开设的一系列电子技术实践类课程，包括电子技术课程设计、电子技术综合训练等。课程要求学生应用电子技术课程所学理论知识进行电子电路的综合设计，完成电路仿真、图纸绘制与实际电路的焊接等。重视理论与实践教学相结合是学好此类课程的一个重要方法[1]。因此，就要求学生在完成理论学习之后，要进行系统的实验验证与综合设计，对所学知识从“系统”的角度进行完善，从而促进学生对动手、分析和解决问题的能力培养。电子技术高速发展的今天，各种新型电子器件、电子电路日新月异，仅靠现有实验条件将无法满足电子设计实践课程中电子电路的设计和调试要求[2]，对于这样一类学科基础课程的教学效果而言，无疑将受到很大影响，甚至在一定程度上影响了学生创新能力的培养[3]。NI公司的Multisim软件具有强大的电路分析和电路仿真等基础功能，并且界面友好、生动，将其虚拟的设计环境引入到理论与实践教学中，对解决这一问题有着较强的实践意义。
1Multisim软件概述
Multisim13是美国NI公司推出的最新电路设计与仿真工具软件，与早期版本相比，其性能提升的同时，用户可以根据自己的需求自定义仪器；仿真时的虚拟信号可以通过计算机输出到实际的硬件电路上；实际硬件电路的结果可通过数据线传输回计算机进行分析、处理。Multisim13仿真软件主要可以完成电路原理图设计、仿真分析等功能，可对实际模拟/数字电路及模数混合电路进行有效的设计与仿真分析。用户可以通过其人性化的界面，使用其庞大的虚拟器件、仪表库，进行绝大部分的电子电路设计与仿真，各种虚拟仪表非常逼真地与电路原理图放置在同一操作界面上进行各项参数和波形的测试，以图形化的方式消除了传统电路仿真的复杂性，帮助教育工作者、学生和工程师使用先进电路分析技术。同时，该软件可将电路原理图转换输出至PCB设计界面，进行相应的电子电路制板操作[4]。因此，利用Multisim13进行电子电路设计类课程教学时，学生可在虚拟环境中完成原理图设计，包括元件的选择、创建，电路参数的调整以及仿真结果的分析等环节，仿真过程中，可以随时对设计结果进行修正，并利用虚拟的测试仪表进行相关电路特性的测试[5,6]；完成理论设计之后，即可采购元件，进行电路的安装、调试，优化了电路设计过程，且可以保证达到设计要求。
2简易交通灯信号控制电路设计
本文以一简易交通灯信号控制电路为例，说明Multisim13在电子设计课程中应用。该交通灯电路具体功能要求如下：（1）十字路口车辆东西-南北方向交替通行，通行时间一致且可在电路中设置、修改；（2）变换通行车道前，要求当前通行车道黄灯闪烁亮灯5s，每秒一次；（3）亮灯时间均采用LED倒计时的方法显示。
2.1主要单元电路器件的选择
2.1.1计数单元的选择由设计要求可知，所有亮灯时间均需要采用LED显示器进行倒计时显示，因此本文采用同步十进制可逆计数器74LS190N构成所需模态的减计数器。在Multisim设计界面，使用快捷键Ctrl+W调出放置元件对话框，在弹出的对话框中的Group栏中选择TTL，Family栏中选择74LS系列，并在Component栏中找到“74LS190N”并选中，点击“确定”即可放置所需的计数器元件。设计中，设置拨码开关，可按要求改变预置数的数值。
2.1.2逻辑切换控制单元由设计要求可知，红、黄、绿三色交通灯需要在计时过程中实现有规律的切换，且红色和绿色LED灯都需要保持显示一定的时间，黄灯则为闪烁5s，每秒一次。设计中采用双JK触发器“7473N”实现输出状态保持，并配合门电路实现三色灯转换逻辑。在Multisim设计界面，使用快捷键Ctrl+W调出放置元件对话框，在弹出的对话框中的Group栏中选择TTL，Family栏中选择74STD系列，并在Component栏中找到“7473N”并选中，点击“确定”即可放置所需的触发器元件。
2.2交通灯信号控制电路系统设计简易交通灯信号控制电路系统的总体设计结果如图1所示。在Multisim电路设计界面，放置如图1所示所有需要的元件。电路运行仿真时，假设东西方向绿灯亮、南北方向红灯亮，通行时间45s通过上方LED倒计时显示。时间显示数字“5”时，东西方向车道（当前通行车道）的绿灯切换为黄灯，每秒闪烁亮灯一次，以此提醒司机通行时间将结束，请减速缓行并停车；倒计时结束1s后，LED倒计时显示预置的通行时间45s，通行车道切换完成。如此循环，实现十字路通信号灯的循环切换控制。通行时间可由用户通过拨码开关自行设置（范围1~99），具体运行效果同前。为了便于快速仿真，电路中的时钟信号频率为1kHz，实际电路制作时，应设置相应的时钟信号产生电路，以便产生标准的秒信号。
3结论
通过Multisim软件实现此类电路的设计时，学生可以直观的看到设计结果，并且可以随时对设计中的问题进行修改，大大缩减电路设计周期，且避免利用实物进行实验时的不必要浪费，节约成本。在多媒体教学演示过程中，电路的分析过程清晰、直观、形象、生动，使教学过程中寓教于乐，激发学生的学习热情。我们还利用该软件对电子技术类课程进行传统教学模式改革，使实践与理论有机结合，有效提高学生在电子电路问题的分析、设计中的应变能力，提高学生的实践兴趣和创新精神，同时也有效提高了电子设计类课程的教学效果。
参考文献
[1]晏湧,蓝波.“任务驱动”教学法在模拟电子技术实验中的应用[J].实验技术与管理,2010(11):253-254.
[2]张亚君,陈龙,牛小燕.Multisim在数字电路与逻辑设计实验教学中的应用[J].实验技术与管理,2008,25(8):108-110,114.
[3]刘君,杨晓苹,吕联荣,等.Multisim11在模拟电子技术实验中的应用[J].实验室研究与探索,2013,32(2):95-98.
[4]沙春芳.Multisim10在模拟电子技术教学中的应用[J].中国现代教育装备,2011(3):125-126.
[5]雷跃,谭永红.用Multisim10提升电子技术实验教学水平[J].实验室研究与探索,2009,28(4):24-27.
篇8
基本情况
姓
名：xxx
政治面貌：预备党员
民
族：汉
籍
贯：xxx
出生年月：xxx
E-mail：xx
联系电话：xxx
英语水平：CET-6
综合排名：1/80
就读学校：xx
所在学院：xxx
本科专业：xxx
通讯地址：xxx
邮编：xxx
获奖情况
2015年
xxx大学物理竞赛二等奖
2015年
第三十二届全国部分地区大学生物理竞赛非物理A类一等奖
2014—2015学年度
校级一等奖学金
2014—2015学年度
校级三好学生
2016年
美国大学生数学建模竞赛Successful
Participant
2016年
电子工程学院“科技月创意代码”比赛最佳创意奖
2015—2016学年度
校级二等奖学金
2015—2016学年度
校级三好学生
2017年
美国大学生数学建模竞赛Honorable
Mention
2017年
全国大学生电子设计竞赛国家二等奖
科研及竞赛活动经历
1.
xxxx大学大学生创新创业训练计划项目（基于xxxxxxx功能实现）
2016.5--2017.5
本项目旨在研究无人机的飞行原理，设计一个面向用户的喷绘绘制软件用于控制无人机完成自动喷绘，并对无人机进行改装，以完成喷绘任务。无人机使用APM2.8飞控，绘制软件使用C++（PC版）和HTML/PHP（网页版）编写。
作为该项目小组骨干技术成员，主要负责前期无人机的调试和试飞，以及绘制软件的代码编写。
2.
全国大学生电子设计竞赛
2017.2--2017.9
院内选拔赛成果是以MSP430G2553单片机为核心的频率特性分析仪。在院内培训期间，又相继完成了短距视频信号无线通信网络、数字频率计、可控增益放大器、频谱仪等。最终参赛选题为调幅信号处理实验电路，载波频率为160-500MHz，调制信号为300-5000Hz，中频为10.7MHZ，技术难点在于前端低噪放的设计和中频的自动增益控制，我们的作品最终获得国家二等奖。
作为小组的主要成员，主要负责电路的设计和调试，以及部分代码编写任务。
3.
美国大学生数学建模竞赛
2017.1
2017年获得Honorable
Mention奖。题目为设计收费站出口扇入区的形状。我们将问题分为4个指标：汽车通过时间、收费站吞吐量、建造成本、事故率，主要采用了排队论与泊松过程的理论进行分析。
作为小组的主要成员，主要负责建模和编程任务。
4.
电子工艺实习（平衡车设计）
2016.9
本实习主要是制作一个以STM32F103单片机为核心的，使用PID控制算法进行平衡调节的平衡小车。通过改进PID算法，以适应小车的特性，实现了能够在受到强烈干扰的情况下恢复平衡，获得任课老师的高度认可。
5.
数字电路与逻辑设计实验（猜拳游戏的设计与实现）
2016.10--2016.11
本实验旨在熟悉FPGA的开发，使用VHDL语言设计一个猜拳游戏机。独立完成该实验，获得任课老师的高度认可。
6.
数字信号处理实验
2016.11--2016.12
本实验旨在熟悉FFT、FIR、IIR的硬件设计，使用汇编语言和C语言设计一个高通滤波器。选择设计一个50阶FIR滤波器，独立完成该实验，获得任课老师的高度认可。
7.
xx学院微信公众号后台维护
2015.10--2017.4
从2015年以来，我一直负责xxx学院微信公众号的后台技术维护，主要工作有编写、编辑网页，修改菜单，添加临时功能（晚会微信墙等）。（xxxx学院微信的公众号后台服务器使用的是PHP语言。）
社团活动参与情况
xx大学电子工程学院学生会宣传部
干事
xx大学电子工程学院研究生会微信平台部
干事
xx大学红十字会志愿服务部
副部长
编程语言和软件应用情况
掌握C（包括嵌入式开发）、C++、JAVA等软件编程语言，VHDL硬件编程语言，以及HTML、JSP、PHP、JavaScript等Web开发语言。能够运用Matlab、ADS、Multisim等软件，并掌握基本办公软件和Adobe系列软件（Ps、Pr、Au、Ai、Dw、ID）的运用。
篇9
关键词：实践教学；计算机工程；硬件课程教材设计；嵌入式系统
中图分类号：G642 文献标识码：B
文章编号：1672-5913 (2007) 24-0029-03
1引言
2005年底，我国高校有771个“计算机科学与技术”专业点，44万多在校生。根据各校的办学理念和培养目标，本专业又可分为五个专业方向：计算机科学、计算机工程、软件工程、信息系统和信息技术。各个方向的课程设置及教学要求均有所侧重，对于传统的工科院校中的计算机应用技术专业而言，其方向介于计算机科学(CS)和计算机工程(CE)之间，且更偏向于计算机工程。计算机工程方向是计算机科学与电子工程的交叉学科，电类基础课程较多，大多数院校均开设电路与系统、电工电子学等相关课程。此外，计算机硬件系列课程包括数字逻辑、计算机组成原理和计算机系统结构三门核心课程。
从根本上讲，计算机学科是一门技术学科，工程技术的含义远大于科学的涵义，因而本专业具有实践性非常强的特点，强调实践教学体系。许多优秀的计算机专业学生(例如比尔・盖茨)的成长历程也说明了计算机实践能力培养的重要性，因此新世纪的计算机教育不仅要重视扎实的专业基础理论学习，更要强调硬件开发、软件设计的能力培养。
2中外计算机专业硬件课程实践教学对比
为探索工科院校计算机专业硬件系列课程实践教学改革的方向及实施方法，本文分析了美国斯坦福大学、马里兰大学计算机工程专业的课程设置及实践课程规划，将其与哈尔滨工程大学计算机科学与技术专业的本科生培养计划进行比较，详细结果如表1所示。表2列出了这几所典型大学计算机专业硬件相关课程实践学时与理论学时的分配情况。
表1 几所典型大学计算机工程专业硬件相关课程
表2 几所大学计算机工程专业硬件相关课程实践学时分析
通过表1和表2的结果可以看出，我们目前的课程设置情况是合理的，与国际领先大学的计算机工程专业课程设置相符。对于计算机工程专业普遍开设的三门硬件系列课程数字逻辑、计算机组成原理和计算机系统结构均开设了相应的课内实验或课程设计，对理论课所传授内容的补充和深化，不但增强学生对课程的理解，同时加强了学生的工程实践意识，培养学生从事计算机工程相关工作的能力。本专业学生需要学习数字系统和计算机系统的相关知识以及软件设计方面的知识，前者包括数字逻辑设计、计算机组织、计算机体系结构及对程序设计的支持，后者包括操作系统、编译器以及程序设计语言的组织等理论。
然而，进一步分析比较各高校的实验与课程设计的内容可以发现，我们目前的实验内容设置和课程设计项目设计还比较陈旧，没有及时根据业界技术的发展进步进行调整，因而未能给理论课提供有力的支撑。综上所述，我们认为我国高等学校计算机专业硬件系列课程实践教学内容改革的要求是迫切的，需要根据工业界的技术发展进行实验内容调整，实验平台更新和课程设计项目的重新设计，而设计出符合这一要求的计算机专业硬件课程实践教材成为这一改革的首要任务。
3硬件课程实践教材的设计
实验课教材的设计应从科学技术人员基本技能训练的总体要求出发，统一安排实验教学，不能过分强调某一门课程的实验教学，而要强调综合能力的培养。实验课涉及到四种主要能力(观察能力、思维能力、操作能力、表达能力)的发展必须要协调，其中任何一种能力都不可能单独地得到发展。教学实验不仅要让学生学会本专业必要的基本实验方法，掌握基本实验仪器设备的操作技术，还要让他们学会正确分析实验结果、处理数据，要加强培养正确的科学态度和严密的逻辑思维能力。不但让学生懂得“应该怎么做”，而且要懂得“为什么要这么做”，更要创造性地思索“还能做什么”。
3.1开放式实验对教材的要求
开放式实验教学方法要求给学生独立思考与动手的充分自由。一般的实验教材，重点在介绍一个个实验上，是教师想出的实验让学生去实现，并且对于实验线路、实验方法、实验仪器都做了细致的规定，有的讲义还把实验步骤写得非常细，这样学生根本不必动脑筋，只要依葫芦画瓢即可。这样的教材束缚了学生的学习积极性，不符合开放式实验教学的要求。开放式实验教学使用的教材应具有以下特点：基本实验详细，作为引导学生入门的手段；选做实验、综合实验要粗线条，多留些空白，让学生有充分思考的余地；要把教材内容的重点从介绍一个个实验转移到介绍实验理论、实验方法上来，实验选题只要介绍一些典型的例子，选题本身可以留给学生创新。
3.2基于FPGA的硬件系统设计实验教程
目前，基于FPGA的教学实验平台及参考书很多，但是根据我们的调查，适合作为高等学校本科教学使用的较少。因此，改革后的课程体系应更注重对学生创新能力的培养，通过开放性的实验内容、开放性的实践环节设计，使学生在探索、研究中学习，切实提高理论联系实践解决问题的能力。
利用目前先进的基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array)器件的实验平台，可以安排数字逻辑、计算机组成原理以及计算机系统结构课程的实验与实践内容，培养学生的动手能力和系统观点，而且开发速度快，可靠性高，实验的可重复性好。硬件系列实验与实践课程应包括基于FPGA的硬件设计所涉及的基本知识、循序渐进的实验设计、切实可行的实验步骤、重点模块的代码及关键实践环节指导。借鉴国外大学(例如，美国斯坦福大学和马里兰大学)计算机工程专业开设的数字系统设计方面的课程内容，结合我国高等院校的本科教学的实际需求及所能提供的实验环境，精心编写实验大纲内容及设计实验用例。通过浮点运算电路设计、状态机设计、某个RISC模型机部分模块的设计等实验用例的训练，学生可以建立计算机的整机概念，了解数据在计算机中的表示、传送路径、处理以及控制信息是如何完成对计算机系统的控制。而且，通过流水线设计及Cache设计实验，学生可以了解现代微处理器设计技术。
教程应当配合高等学校的数字逻辑、计算机组成原理、计算机系统等课程的实践教学环节，突出实用性，所设计的实验可操作性强，与实践结合紧密。不仅着眼于基于FPGA的EDA设计方法，更着眼于介绍基于基本的数字逻辑组成的功能部件的基础上如何构造微处理器，即计算机专业本科教学的重点和特色是计算机的硬件系统组织，而不仅仅是介绍通用的数字电路和数字系统的设计方法，这是我们与微电子等专业相区别之处，也是计算机专业毕业生的特长。
4在硬件课程实践中加强嵌入式系统设计
随着嵌入式系统应用飞速地发展，社会对掌握嵌入式技术的人才产生了大量需求，使嵌入式软、硬件工程师成为未来几年最为热门的职业之一。在嵌入式系统硬件设计方面，随着半导体和微电子工艺技术的进步以及可编程逻辑器件技术的迅速发展，利用先进的EDA工具平台，在硬件设计中加入包含自主知识产权的硬件逻辑设计，并以FPGA的形式实现功能强大的嵌入式系统，已成为当前嵌入式电子产品设计的主流。实验课的目的是培养学生良好的实验素养、基本实验技能、独立工作能力、操作能力等。
目前，我校已经与国内外多家嵌入式系统领域实力较强的研究机构和企业建立了稳固的合作关系，与美国Xilinx公司成立了FPGA技术联合实验室。对嵌入式系统均有丰富和深厚的理论基础和实际的项目研发经验，并具有传统计算机硬件实验教学的经验。另外，从2003年设立嵌入式系统研究方向以来，我校已经先后投入了300多万元采购了各种先进的嵌入式实验设备和微机，从硬件环境上已经初步完成了计算机硬件实验教学改革的准备工作。我们的目标是提高学生计算机硬件实验的效果，实现“软硬件实验环境一体化、实验平台综合化、实验内容系统化”。构建软硬件一体化实验环境有利于培养学生软硬件综合素质；综合的实验平台可以进行多课程内容交叉的综合实验，有利于培养学生的综合设计能力；实验内容的系统化有利于培养学生的系统化设计的思想。
5结论
当前实验教学改革的趋势是开放实验室，实行开放式实验教学。各个学校的具体做法可能不完全相同，但对于实验教学改革的基本思路是接近一致的。大家都认为过去实验教学过于死板，基本上采取“抱着走”的教学方法，大大压抑了学生实验学习的积极性，教学效果不理想。经过几年的教学改革实践，现在比较一致的看法是：实验教学不能完全依附于课堂教学，而应该在紧密配合课堂教学的前提下，独立设课，开放实验室，发展实验教学本身的特点，发挥实验教学培养学生独立工作能力的优势，倡导开放式实验教学法。计算机专业硬件课程的实践教学需要根据工业界的技术发展进行实验内容调整，实验平台更新和课程设计项目的重新设计。实践教程应当配合高等学校的数字逻辑、计算机组成原理、计算机系统等课程的实践教学环节，与实践结合紧密。为适应社会对嵌入式系统设计和应用人才的迫切需求，还应在传统的计算机硬件实践课程中增加嵌入式系统设计方面的内容。
参考文献
[1] 教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会. 高等学校计算机科学与技术专业发展战略研究报告暨专业规范(试行)[M]，北京：高等教育出版社，2006.
[2] 范印哲. 教材设计与编写[M]. 北京：高等教育出版社，1998.
[3] 巨瑛梅. 当代国外教学理论[M]. 北京：教育科学出版社，2004.
[4] 大学计算机课程报告论坛组委会. 大学计算机课程报告论坛文集[M]. 北京：高等教育出版社，2007.
[5] 乌美娜. 教学设计[M]. 北京：高等教育出版社，1994.
作者简介
姚爱红(1972-)，女，工学博士，副教授。研究方向：计算机系统结构、嵌入式系统设计技术。
篇10
关键词：微处理器；硬件逻辑；开发系统；管脚映射
中图分类号：TP386.1 文献标识码：B 文章编号：1004-373X(2008)02-068-03
A Design for Universal Research System of Microcontroller Based on CPLD
TANG Xuhui
(School of Electronics & Communication Engineering,Shenzhen Polytechnic College,Shenzhen,518055,China)オ
Abstract：This Paper proposes a method which can map correlative function pins of different type microcontroller to same periphery interface applied circuit flexibly,by CPLD or FPGA and loading different configuration files.It can realize change different types of microprocessor quickly in the circumstances of no changing any hardware of the research system.It can solve the existent problem of different microprocessor needs corresponding research system.
Keywords：microprocessor;CPLD or FPGA;research system;pin mappingオ
1 引 言
在现代通信系统、电子产品设计应用中大都离不开功能强大的微处理器,在应用微处理器进行电子产品设计时,首先就需要选择合适的微处理器型号。除考虑他的功能、价格等因素外,同时还要考虑他的设计难易程度。为了详细了解一款微处理器的性能和设计应用技术,开发人员通常都需要事先对微处理器厂家或者第三方设计厂家提供的针对此微处理器芯片设计的开发系统进行前期的研究分析和评估。
然而,由于不同微处理器的对外接口、芯片管脚、模块和软件设计方法等都各不相同,因此厂家针对不同的微处理器设计不同的开发实验板,以至于开发人员在研究不同的微处理器时需要购买不同的开发实验板或实验系统。这对于广大科研人员来说,无形中就加大他们的经济投入。
虽然不同微处理器的应用技术存在差别,但在开发实验板的实现原理上都大致相同,现有的开发实验板的实现功能框图可描述为如图1所示。
可见,微处理器提供的各主要功能单元的应用在开发实验板上都要提供相关的模块,以供设计者参考设计。但是不同的微处理器的对外管脚和封装不同,当微处理器型号更换时,整个单板的硬件需要重新设计，尽管开发板中其他接口电路可能是完全相同。这造成了重复设计和人力物力资源的浪费。
2一种新型的可支持多种微处理器的通用开发实验系统
针对上述情况,提出一种新型设计思路实现支持多种微处理器芯片的通用开发实验系统。本开发系统的实现技术方案框图如图2所示。
本开发系统主要包括微处理器插座（含插座转换器）、控制转换模块、控制逻辑加载单元、微处理器电源选择模块、微处理器时钟选择模块、微处理器扩展口、微处理器配置模块、电源模块、时钟模块、复位模块、微处理器各功能模块接口应用电路等功能模块。下面逐一详细说明。
2.1微处理器插座（含插座转换器）
微处理器插座（含插座转换器）主要用来放置不同的微处理器芯片。他主要围绕一个标准的间距宽为600 mil的48PIN的双列直插式插座来实现。在此插座的四周扩展有多个焊接过孔,用来连接主板和插座转换器。当微处理器芯片是DIP封装时,只需将其直接插入主板上的此48PIN双列直插式插座；当微处理器芯片是PLCC封装时,则芯片需要置于A型插座转换器内再将插座转换器插入微处理器插座上。A型插座转换器主要包含一个PLCC插座和双排插针,双排插针直接可以插入微处理器插座上,主要用来完成PLCC封装向DIP封装转换的功能。当微处理器芯片是SMT封装（SOP，QFP，BGA等）时,则需要将微处理器芯片简单焊接在B型插座转换器上。B型插座转换器主要包含一个小的PCB板和多排插针,微处理器芯片可以焊接在此PCB板上,多排插针则可以固定于此双列直插式插座和他周围扩展的用来连接主板和插座转换器的焊接过孔上。经过这样的处理,通过微处理器插座结合插座转换器可以方便地实现在同一块开发实验板上快速灵活地更换不同的微处理器芯片。
2.2 控制转换模块
主要由硬件逻辑芯片CPLD或者FPGA来实现。用于实现灵活的微处理器信号管脚映射的功能。一方面,来自于微处理器的大部分管脚信号（除了电源信号、内部时钟振荡器信号或其他模拟信号之外）连接到此硬件逻辑芯片的部分I/O脚上；另一方面,支持微处理器的各种通用接口应用电路的信号也连接到此硬件逻辑芯片的部分I/O脚上；通过对此硬件逻辑芯片加载运行不同的硬件逻辑软件,同一通用接口应用电路可以连接到不同种类微处理器的相关信号管脚上。比如,对于UART接口电路,都可以由MAX 3232实现。MAX 3232上的串口输入/输出信号管脚是固定的,但是不同微处理器的串口输入/输出信号管脚则可能不同（比如有的处理器RXD是10脚,TXD是11脚；而有的处理器的RXD是12脚,TXD是13脚）,通过控制转换模块的管脚映射功能可以根据微处理器的型号分别将MAX 3232的输入脚连接到微处理器的相应引脚（第10脚或第12脚）。于是不同种类微处理器的UART接口都可以连接到同一个UART接口应用电路上。实现相同的开发实验板可灵活支持多个处理器的目的。
控制转换模块的另外一个功能是输出控制信号,控制将输入到微处理器电源选择模块和微处理器时钟选择模块的不同种类微处理器的电源信号和时钟信号输出给相应的电源模块和时钟模块,以保证微处理器的正常工作。
2.3 控制逻辑加载单元
主要完成将计算机后台提供的不同硬件逻辑软件加载到控制转换模块中的硬件逻辑芯片里。当控制转换模块采用CPLD实现时,控制逻辑加载单元实际上只包括一个逻辑加载头。当控制转换模块采用FPGA实现时,由于FPGA内容的掉电易失性,因此此时控制逻辑加载单元除了包括一个逻辑加载头外,还包括一个带有FLASH的控制系统。此控制系统通过串口完成将后台主机上的FPGA加载文件烧写到控制系统的FLASH中。这样,整个系统只需加载一次FPGA内容,下次上电后就无需再加载。
2.4 电源模块及电源选择模块
电源模块输出的电源电压包括5 V，3.3 V，2.5 V和1.8 V等。以保证微处理器及其各模块的正常工作。电源选择模块主要完成将电源信号分配到不同种类微处理器的电源引脚的功能。输入的不同电源信号（5 V，3.3 V或其他电源信号）来自开发实验主板统一的电源模块。选择控制信号则来自于控制转换模块输出的电源控制信号。为减少单板面积,微处理器电源选择模块内部主要由模拟开关芯片（比如ADG731，MAX396等）实现。没有将微处理器的电源信号管脚直接连接到控制转换模块的I/O脚的原因是逻辑芯片的I/O脚输出电流和功率很小,不能满足各处理器芯片实际工作的需要。为了节省成本,微处理器所需的不同电源信号可以采用线缆通过人工操作的方式接入。这样带来的问题是不能实现完全意义上的微处理器自动配置。
2.5 时钟模块及时钟选择模块
时钟模块由一个有源晶振电路实现,其输出的时钟信号送入控制转换模块的逻辑芯片的时钟输入脚。而且时钟信号通过分频后不但可提供给微处理器的时钟引脚,也可以提供给其他各接口应用电路使用。
时钟选择模块主要完成将外部时钟振荡信号分配到不同微处理器的内部时钟振荡器信号输入脚的功能。选择控制信号则来自于控制转换模块输出的时钟控制信号。由于时钟振荡信号非数字信号,所以不能通过控制转换模块的I/O脚来实现,内部也是主要由模拟开关芯片实现。
2.6 微处理器扩展口模块
主要包括一些多排插针和一个单板连接器。多排插针主要方便于开发者，可采用电缆连接的方式将微处理器的一些控制信号或输入/输出信号连接到自己开发的产品单板上。单板连接器则方便于本开发实验系统的功能升级。针对一些微处理器独特的功能模块,比如以太网接口电路和微处理器外存储模块电路（包括FLASH/ROM和RAM等）等；或者随着技术不断更新,随新型微处理器出现的新型功能模块；他们都可采用小板的方式通过此连接器方便地提供给本开发实验系统。
这里需要特别提及的是：以太网接口应用电路和微处理器扩展的存储系统等模块与微处理器型号紧密相关。不同的微处理器提供这些模块的控制接口的方式差别很大,是不能采用单板上的同一个模块来与不同类型微处理器直接相连的方式。比如,有的微处理器提供的以太网功能包括MAC和PHY的功能,外部只需要提供变压器电路和RJ45水晶头就可以实现以太网通信的功能。但有的处理器提供的以太网处理功能只包括MAC芯片,外部还要提供PHY器件结合变压器电路和RJ45水晶头才能实现完整的以太网通信功能。而对于微处理器扩展的存储系统,由于不同微处理器处理机制不同,有的是地址信号线和数据信号线公用,有的则不是；有的需要锁存有的则不需要；因此对应的外部接口电路也完全不一样。因此这些微处理器扩展的外部存储接口电路（包括FLASH、ROM和RAM等）以单独的小板的方式来提供。
另外,在此模块上也提供微处理器的仿真接口。这里主要是指JTAG接口,不同微处理器的JTAG信号管脚是不一样的,通过控制转换模块的管脚映射功能,他们都可以映射到同一个JTAG接口电路相关信号上。有的微处理器的仿真接口是直接通过串口实现。这样就只需利用UART接口应用电路就可以实现。
2.7 微处理器配置模块
主要包括拨码开关和一些上下拉电阻。由于大部分微处理器都指定某些管脚作为模式选择管脚,用来选择微处理器的工作模式。因此通过此配置模块提供的信号管脚高低电平配置功能,就可以方便地实现不同种类微处理器的相应不同工作模式的灵活配置。
2.8 复位模块及接口应用电路
由复位芯片提供复位信号给控制转换模块的逻辑芯片或者单板上的其他各接口应用电路。通过控制转换模块处理后的复位信号再送给微处理器的复位脚。
微处理器各接口应用电路主要用来提供一些器件电路用以验证处理器提供的这些功能模块,或者用于研究这些功能模块所对应的软硬件实现技术等。
另外一种可替代的实现方案,其是将已实现了微处理器插座管脚灵活映射功能的微处理器最小系统独立出来,作为扣板或者小板来提供,通过连接器直接与开发系统主板连接或者安装在主板上。开发实验系统主板上主要提供微处理器的各功能模块电路或者一些对外接口。因此,此方案实现的通用开发实验系统主要包括：主板和最小系统扣板（或小板）。
3 主要创新点和现实意义
3.1 主要创新点
(1) 通过硬件逻辑芯片和后台加载不同的硬件逻辑配置软件,实现控制不同种类微处理器的相关功能管脚能够灵活映射连接到同一接口应用电路上；从而达到在不改变开发实验系统其他任何硬件结构的情况下实现微处理器型号的快速更换,保证了本开发系统的通用性。
(2) 通过设计科学、合理的微处理器插座和插座转换器实现多种不同封装的微处理器芯片的灵活更换。
(3) 通过将实现了微处理器插座管脚灵活映射功能的微处理器最小系统独立出来以小板或扣板的方式来提供给用户,方便用户产品的微处理器升级换代,同时也方便用户进行微处理器的器件选型。
3.2 现实意义
由上述设计可知,对于不同微处理器,都可以采用本文所提供的开发实验系统来进行研究开发。而无需在研究一款新的微处理器时,就买一套新的开发实验板,给那些需要研究不同微处理器的软硬件应用技术的企业和个人节省了巨大的成本开销。由于不同的开发实验板的熟悉使用也需要一个过程,若只采用本开发实验系统,这一熟悉过程也就不需要了。从而大大节省了开发新产品的时间。
另外,若采用将微处理器最小系统作为扣板独立出来单独提供给用户,不但可为用户的开发应用方便地实现微处理器的升级换代。而且也为用户提供软件的开发成本、器件物料成本等多种因素进行全面的分析比较。
参 考 文 献
［1］何立民.单片机应用系统设计系统配置与接口技术\[M\]. 北京：北京航空航天大学出版社,1999.
［2］胡汉才.单片机原理及其接口技术\[M\].北京：清华大学出版社,1996.
［3］卢毅,赖杰.VHDL与数字电路设计［M］.北京：科学出版社,2001.
［4］曹汉房.数字电路与逻辑设计\[M\].武汉：华中科技大学出版社,2004.
［5］邵贝贝.单片机嵌入式应用的在线开发方法\[M\].北京：清华大学出版社,2004.
［6］Bill Lucas.Configuring the System and Peripheral Clocks in the MC9S08GB/GT\[S\].Freescale Semiconductor,2003.
