数字电路设计论文范文
时间：2023-03-19 14:17:57
导语：如何才能写好一篇数字电路设计论文，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。
篇1
(1)高速数字电路信号的完整性;
(2)高速数字电路电源的设计两个方面。在本节中,笔者将进行系统的阐述,强化对高速数字电路设计的认识与研究。具体而言,主要在于以下几点内容:
1.1高速数字电路信号的完整性设计
在高速数字电路信号的完整性设计中,最主要的研究要点在于两个方面:一是不同电路信号网传输信号的干扰情况;二是不同信号在电路信号网中的相互干扰情况。也就是说,在电路信号的完整性中,信号干扰是最为关键的因素,无论是对于干扰问题,还是对于反射问题,都是高速数字电路信号完整性设计的研究要点。在理想状态之下,不同阻抗是相等的,存在相互匹配性。所以,在电路设计的过程中,要特别注意阻抗的控制,阻抗过小(过大)都会对线路中的电流及电压造成影响,进而形成信号干扰问题。当然,在高速数字电路的设计中,是很难以让临界阻抗与电路新城相互匹配的状态,这就强调,高速数字电路信号系统,应最可能的处于较为合适的状态,以最大程度上提高高速数字电路的信号质量。
1.2高速数字电路电源的设计
高速数字电路电源设计,是设计技术研究的重点内容之一。对于高速数字电路而言,需要大量的低电压元器件的应用,以更好地确保设计的需求。但是,低压元器件的应用,带来了一个问题,即电源稳定性受到一定的影响,造成电源设计问题的出现。因此,在实际的设计过程中,需要对高速数字电路电源设计作充分的考虑。在电源设计中“,电源完整性”是主要的关键因素,是指电源波形的质量。这一因素的影响主要表现为:
(1)瞬间电流产生过大,即在高速开关状态下,线路器件极易产生过大的瞬间电流;
(2)信号回路阻抗变大,即在电路之中,过多的电感以至于回路阻抗变大,进而产生一定影响。因此,在高速数字电路电源的设计中,最为理想的状态的设计就是在高速数字电路电源系统中,并不存在所谓的“阻抗”。这样一来,不仅不存在阻抗所带来的损耗,而且确保了系统中各电位的恒定,当然,在实际之中,理想状态的设计是不存在,电源系统所形成的干扰噪声,对高速数字电路系统的运行造成较大影响。于是乎,电路设计应对电源的电阻及电感做充分的设计考虑,提高高速数字电路设计的有效性。
2结语
篇2
关键词：时钟，设计，安装
数字电路时钟实验电路的设计方案种类很多，但大多是静态显示电路。本设计是一种动态显示的数字时钟，使用4位LED数码管，可显示小时和分钟，电路功耗低、显示器件寿命长；采用4.19MHz晶振荡作为时基，计时非常准确；用加速输入脉的方法进行调时、调分，使时间调整更加方便准确；全部使用CMOS集成电路，减少整机功耗，提高了可靠性；虽然动态扫描显示的电路相对比较复杂，但作为实验电路，它用到数字电路各部分知识，如振荡电路、分频电路、计数电路、译码电路、动态显示电路及控制电路等，对于刚刚学习过电子技术基础的学生来说，是非常适合的，对电子爱好者学习电子电路设计也是很适用的。
一、电路组成及工作原理
图1为时钟电路的原理图。整个电路可按功能分为1HZ信号发生电路、计数电路、译码电路、动态扫描显示电路及调时、调分控制电路这五部分。免费论文。
篇3
论文关键词：数字电路；电路仿真；考核方式
绍兴文理学院（以下简称“我院”）作为一所地方性本科院校，在国家本科人才培养体系中，承担着培养应用型人才的任务。应用型人才必须掌握较为系统、扎实的专业知识和技能，而且应具备较强的实践能力和二次开发、创新能力。如何提高应用型人才的培养质量，课程教学是一个十分关键的环节。
“数字电路”是我校自动化专业的一门专业基础课程，在整个人才培养方案中起着承上启下的作用，它既有自身的理论体系，又有很强的实践性。传统讲授式的教学方法主要由老师讲解一些事实、原理、特点和推理过程；在描述一个电路时，老师一般只从理论上讲解电路的原理及运行结果，学生只需要认真听讲，课后在练习本上做些习题。这种教学方法虽然注重了教学的系统性和完整性，但学生只能被动地接受知识，学习兴趣得不到有效激发，实践应用能力也得不到充分的培养，已不适用于基于应用型人才培养目标下的“数字电路”课程教学。为了提高我校应用型人才的培养质量，改进传统的教学模式势在必行。本文围绕应用型人才培养目标，总结了“数字电路”在课程教学模式改革方面的实践探索。
一、课堂教学模式改革实施情况
应用型人才的培养必须落实到课程教学中，而课堂教学是学生获取知识、培养能力的重要途径，如何构建有效课堂、体现学生的主体地位，使学生不仅能掌握较为系统的专业知识，而且能提高实践、创新能力，“数字电路”课程在以下几方面进行了改革尝试。
1.应用目标导入式教学模式
应用型的定位应真正体现“以应用为本”、“学以致用”的理念。应用目标导入法是以一种实际应用项目为载体，以完成项目设计过程中的某个阶段性结果为目标，导入其中必备知识的教学方法。
在学习“逻辑函数”这一章节内容时，在以往教学过程中，没有应用目标引入，按教材内容直接讲解“逻辑函数”，学生学习比较盲目，学习的目的性和主观能动性有待提高。本次课堂教学中，先讲解一个简单的“少数服从多数表决电路”的设计过程：逻辑抽象—列出真值表—写出逻辑函数—画出逻辑电路。从设计过程引入逻辑函数在数字电路中的重要作用：逻辑函数是实现逻辑电路的依据，逻辑函数的复杂程度直接决定电路的复杂程度。为了能设计出符合要求的经济而可靠的逻辑电路，引入“逻辑函数”这一章节的教学内容。通过应用目标导入教学内容，学生明确了所学知识的实际应用，不仅激发了学生的学习积极性，而且为知识的实际应用奠定了基础。
2.探究式的教学模式
应用型人才需要具备较强的分析、解决问题的实践能力及二次开发能力。探究式的教学模式是一种以学生为主体，由教师引导学生发现数字电路在实际应用中可能存在的问题、探究解决问题的教学方法。在教学过程中，学生是主体，而教师处起到引导作用，对每个问题如何提出，又怎样展开和论证，都必须精心设计。
在学习“组合逻辑电路中的竞争冒险”这一章节内容时，传统的教学方法是教师直接从理论上讲解竞争冒险的产生原因和消除方法，内容比较抽象，学生不容易理解，属于教学难点。在本次教学过程中，先让学生对某一实际电路写出逻辑函数；然后通过Proteus仿真此电路，分析电路运行结果，引导学生发现问题：电路的仿真输出结果与理论结果不完全符合，产生不符合逻辑的尖峰脉冲或毛刺，即竞争冒险；然后引导学生分析问题：为什么会产生这样的结果？最后让学生根据问题产生的原因，自己分析解决问题的办法，对原有电路进行改进。
本次教学中，结合形象直观的实际应用，通过探究式的互动教学方式，活跃了课堂气氛，激发了学生的学习兴趣，不仅增强了学生对知识的理解，同时培养了学生分析、解决实际问题的能力。
3.基于项目设计的课堂讨论模式
基于项目设计的课堂讨论法就是在课前先布置一个设计项目，然后让学生在课堂上讨论、点评、拓展及改进。这种教学方法可以活跃课堂气氛，充分发挥学生的主观能动性，培养学生的知识应用能力和创新能力。
在学习“组合逻辑电路设计”和“时序逻辑电路设计”等章节内容时，课前先布置三个具有应用背景的设计题目，要求学生分三组，每个学生都必须将三个题目都做在练习本上，同时每一小组的同学分别仿真一个设计项目。在布置设计任务时，为了培养学生的创新能力，教师只规定主要设计任务，而电路具体功能可以让学生自由发挥，合理即可。在课堂上教师对每个题目的设计任务进行新的拓展，要求学生分组讨论，如何对现有电路进行改进，完成新的设计。经过10分钟左右的分组讨论后，每组派三名同学先仿真调试课前布置的设计任务，然后当场修改电路以完成新的设计任务。当有同学在讲台上讲解、设计和调试电路时，下面的同学精神集中，发现错误及时更正，充分发挥了学生的主观能动性，提高了学习效率。通过学生讨论，活跃了课堂气氛，培养了学生分析、解决问题的能力和团队协作精神。同时，学生在设计过程中会产生许多意想不到的错误，而这些错误也可以帮助教师及时补充相关知识点，以帮助学生解决疑难问题。
4.基于proteus的仿真项目驱动
Proteus是英国Labcentwer electronics公司开发的多功能EDA软件，它比较适合仿真数字信号，还能仿真单片机及外围器件。本次课堂教学模式改革中，将“基于proteus的数字电路仿真项目”贯穿于整个教学过程中，把传统的理论教学与实际应用相结合，通过对数字电路的仿真，变抽象的电路为形象的仿真，不仅有助于学生对知识的理解，而且提高了学生的项目设计能力。
二、精选教学内容，拓展课堂内容
应用型人才需要具备扎实的专业知识，但必须强调以应用为主。传统的“数字电路”教学中，偏重于教学的系统性和完整性，教师通常按照教科书的编排顺序组织教学，缺少与实际应用项目的有效配合，学生不能切实体会到工程实际与理论知识之间的关系，实践应用能力得不到有效提高。在本次数字电路教学过程中，根据实际需要对教材内容进行了精选，对于集成电路芯片，删掉了其内部结构方面的教学内容，简单介绍工作原理，重点增加了集成芯片的实际应用案例。同时，为了培养学生的课外实践能力，利用课程网站引入课外应用广泛的芯片，通过介绍资料的查询和阅读方法，拓展课堂内容，增强学生的课外知识，有利于学生今后实际工作的开展。
三、考核方式改革
传统的课程教学质量评价方法滞后，考核形式一般为期末笔试+平时成绩，这种评价方式虽然能反映学生的学习态度及对一些基本概念、知识、理论的掌握情况，但无法全面地反映学生对所学知识的综合运用能力，而且容易出现高分低能，不利于培养具备发现、分析、解决问题能力的应用型人才。新的教学质量评价体系中，强化过程考核和学生实践动手能力的考核，将期末笔试、项目阶段性测评、电子产品制作、平时作业及考勤、实验等六个方面有效结合，综合评定教学效果。学期总评成绩构成为：期末笔试50％+项目阶段性测评10％+电子产品制作10％+平时作业及考勤10％+实验20％。
篇4
论文关键词：脉冲测量，峰值电压，A/D模数转换，采样保持
1 引 言
随着数字电路的发展越来越多的设备上使用数字逻辑电路，而数字电路多以脉冲方波的电流进行驱动和控制。对于电压或电流的测量使用最多的仪器是万用表，但是常见的万用表往往只能测量直流或交流的电压，万用表的交流档测量出来的数值是其有效数值，普通万用表的交流档仅是针对正弦波形的交流电设计的。对于数字电路尤其是以脉冲方波驱动和控制电路或器具而言，使用普通的万用表进行测量显然不准确，这时就需要使用价格昂贵的示波器或是真有效值万用表。无疑给没有试验条件的情况下带来不小的麻烦。
使用常见的微控制器和一些专用的集成电路通过简单的编程就可以实现对数字电路中常见的峰值电压或电流检测，不但简单易用而且成本极低。为了降低开发的难度和电路设计的复杂度，本系统使用Atmega32这款基于增强型的AVR RISC结构的低功耗8 位CMOS微控制器。其具有32K字节的系统内可编程Flash(具有同时读写的能力)，1024 字节EEPROM，2K 字节SRAM，32 个通用I/O 口线，32 个通用工作寄存器A/D模数转换，用于边界扫描的JTAG 接口，支持片内调试与编程，三个具有比较模式的灵活的定时器/ 计数器(T/C),片内/外中断，可编程串行USART，有起始条件检测器的通用串行接口，8路10位具有可选差分输入级可编程增益的ADC ，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个SPI 串行端口，以及六个可以通过软件进行选择的省电模式[1]。可以满足针对数字电路检测的绝大多数要求。
2 硬件组成
因此使用ATMega32单片机即可以满足设计的需要又可以降低开发成本。该单片机具有8路模数转换通道，选择其中一路作为测量直流电的通道，将负载和采样电阻串联后接入电路，根据负载阻值的不同来设定不同的档位，达到不同范围的测量。而另一路则需要先利用ATMega32单片机的ICP捕获功能[2]，捕获脉冲方波的上升沿并且根据这个上升沿信号再产生一个跟随信号作为峰值采用保持芯片LF398的控制信号，当LF398的控制信号为高电平时LF398为采样状态，而控制信号为低电平时LF398为保持状态，因此单片机产生的这个跟随信号正好与要测量的脉冲方波信号为同频同相的信号。当要测量的脉冲方波信号为低电平时，产生的跟随信号也是低电平信号将之前LF398采样到得峰值电平进行保持。这时再利用单片机的A/D模数转换将该峰值进行模数转换进行测量得到了脉冲方波的峰值电压值。两个通道测量的数值均显示在LCD显示屏上结果一目了然。系统的总体结构图如下图1。
由于AVR单片机内部集成A/D模数转换功能，因此可以大大的降低硬件电路的设计复杂度，其外围电路及器件可以尽量的减少。但是在PCB布线的时候应尽量紧凑以避免电磁的干扰。
图1系统的总体结构图
2.1 电源模块
因系统中要使用到峰值采样保持芯片LF398，其供电需要±15伏，因此购买一个18伏的电源作为适配器，需要接7815和7915获得LF398所需的±15伏。在7815后再接7805可获得+5伏的电压给单片机和液晶屏供电。再通过电阻分压的方式与TL431做一个外部的参考电压。该参考电压作为ATMega32单片机的模数转换的参考电压接在单片机的AREF引脚上。
2.2 峰值电压采样保持模块
采用National Semiconductor所生产的LF398芯片作为峰值电压的采样保持芯片。并根据图2保持时间与保持电容的曲线选取所需的保持电容，为能达到理想的保持时间应使用高品质的聚苯乙烯电容[8]。
图2 保持时间与保持电容的选取曲线
LF398的连接示意图如图3所示。引脚3用于连接被测量的脉冲方波的触点，引脚8则接单片机产生的用于控制LF398何时采样和保持的跟随信号控制引脚。引脚5输出的则是被保持住的峰值电压值，将这个模拟量再接回单片机的另一个模数转换通道进行模数转换[8]。
图3 LF398的连接示意图
2.3 显示模块
由于需要显示汉字部分A/D模数转换，系统选用内核驱动芯片为KS0108的12864液晶显示屏，根据要写的字制作字模即可。液晶显示屏使用并口方式连接在Atmega32 单片机的PC端口的8个引脚上。液晶屏上的9~16引脚分别对应接单片机的PC0~PC7引脚。另外液晶屏上还需5个端口。分别是E、RW、DI、CS1、CS2端口分别接在PD端口上的五个引脚即可。液晶屏的供电也来自7805转换后得到的5伏电压。液晶屏和峰值保持电路的接口连接电路图如4所示[3]。
图4液晶屏和峰值保持电路的接口连接电路图
3软件组成
软件部分主要由ICP功能模块、液晶屏显示模块、A/D模数转换模块三大部分组成。开发环境为AVR Studio应用GCC编程。ICP功能使用服务中断的方式，当有上升沿脉冲接入时则发生服务中断并进入中断程序，在服务中断程序中设置延时，设定何时开始和终止跟随信号的产生和关闭。以确保采样保持住的是峰值电压[7]。液晶屏显示模块主要负责液晶屏的初始化和显示功能。A/D模块使用交替法对两个通道进行循环转换，并将数值显示在液晶屏上。
3.1 ICP捕获及跟随控制信号的产生
首先要对ICP端口进行设置和初始化，其目的就是使能ICP捕获中断，同时使能T/C0的溢出中断，跟随控制信号的产生是在捕捉中断处理程序中完成[4]。其端口的初始化程序为：
void init_icp(void)
{
MCUCR= 0x00;
GICR= 0x00;
TIMSK=0X21;//使能ICP捕捉中断；使能T/C0溢出中断
TCCR0=0X02;//8分频，溢出中断T0
TCCR1A=0X00;
TCCR1B=0XC2;
TCNT0=0;
ICR1=0;
TCNT1=0;
SEI();
}
使用ATMega32单片机的PB0引脚作为跟随控制信号产生的引脚，跟随控制信号应在源信号的上升沿之后一定时间后再产生，这样避免采集到的峰值电压偏低，因此要在整个程序中设置两个全局变量，整数f用于设定被测量信号的上升沿之后到产生跟随控制信号的之间的间隔时间，整数b用于设定峰值期间采样的时间，当选择合适容值的保持电容时可以将这两个时间设定值设置的很小以便测量高频率的脉冲信号。为了使A/D转换器满足一定的转换精度[10]，应尽量进行多次采样保持测量以保持测量精度。跟随控制信号的中断服务程序为：
void Icp_timer1(void)
{
ICR1=0;
TCNT1=0;
TCCR1B=0XC2;
delay_nus(f);
TCNT0=1;
i++;
PORTB=i;
delay_nus(b);
PORTB=0;
}
3.2 A/D模数转换
本系统采用8MHz晶振，参考电压为外部AVCC即为5.0伏。设置ADC初始化程序为：
void ADCINI(void)
{
ADCSRA= 0x00;
ADMUX=(adc_mux&0x1f)|(1<<REFS0)|(1<<REFS1);
ADCSRA=(1<<ADEN)|(1<<ADSC)|(1<<ADIE)|(1<<ADPS2)|(1<<ADPS1); //64分频
SEI();
}
转换的程序为：
while(!(ADCSRA&(1<<(ADIF))));//等待转换结束
Ddata=ADCL;
Ddata+=ADCH*256;
Ddata=(unsignedint)(((float)Ddata)*5000/1023);
通过这样的转换后得到的Ddata就是量化后的电压数值单位是毫伏。通过对这个整数求商或是余数得到其各个位上的数值，若想使用引脚AREF上的电压为参考电压时，可使ADMUX=(adc_mux&0x1f)，根据参考电压的稳定性系统会有1~2mV的偏差。这样就所得到的被测脉冲电压的峰值电压了[2,5,6]。
3.3 液晶屏显示模块
硬件方面系统选用的是内核驱动芯片为KS0108的12864液晶显示屏，KS0108驱动芯片是专用于图形点阵显示的液晶显示控制器，每一个KS0108芯片内置8x64字节显示RAM，可直接控制显示64x64点的LCD显示，用户只需要向KS0108的显示RAM中送数据，KS0108就会自动扫描将显示RAM的数据自动在LCD液晶显示器上显示出来。显示操作的指令仅有5条A/D模数转换，使用起来极其方便。在使用液晶屏之前先要对其进行初始化操作[9]，初始化程序为：
void init_lcd(void)//初始化函数
{
set_start_line_L(0); //显示起始行为
set_start_line_R(0); //显示起始行为
write_LCD(LEFT,CMD,DISPLAY_ON);
write_LCD(RIGHT,CMD,DISPLAY_ON);
}
要将数据显示在液晶屏上的话，就是对液晶屏进行写的操作。写液晶屏的操作程序为：
void write_LCD(unsignedchar lr,unsigned char cd,unsigned char data) //写入指令或数据
{
CLI();
LCD_BUSY(lr);
if(cd==CMD) SET_LCD_CMD;
else SET_LCD_DATA;
SET_LCD_WRITE;
SET_LCD_E;
LCD_DIR_PORT= 0xff;
LCD_OP_PORT= data;
asm("nop"); asm("nop");
asm("nop"); asm("nop");
CLEAR_LCD_E;
LCD_OP_PORT= 0xff;
SEI();
}
在主函数中将A/D模数转换后的数值写入到液晶屏上就实现了数值的显示功能，由于是实时显示结果的。所以把显示数值的函数放入到While(1)的死循环中再加上一定的延时程序就完成了实时显示和刷新数值的功能。当没有被测的脉冲方波电压时，由于单片机的ICP引脚没有捕获到上升沿，就不会触发采样保持芯片LF398进行采样保持，因此测量出的数据就是0伏。
4 结语
基于ATMega32单片机和电压采样保持芯片LF398制作的双通道数字电压测量计，主要是利用了AVR单片机强大的集成多通道的A/D模数转换功能。在使用高精度外部参考电压的情况下，A/D模数转换的精度非常的高，误差仅在几毫伏之间。且AVR单片机的抗干扰能力强，基于哈佛结构的AVR单片机具有更高的数据吞吐能力，能完成相当复杂的设计功能，具有普通的单片机所无法比拟的优势。通过细致的制版可以将这个测量计制作的很小便于携带和使用，且测量精度高。对于实验室的学生非常适合。
[参考文献]
[1]刘海成编著．AVR单片机原理及测控工程应用：基于ATmega48/ATmega16 [M]．北京航空航天大学出版社，2008.3.
[2]李泓等编著．AVR单片机入门与实践[M]．北京：电子工业出版社．2001．
[3]金钟夫等编著.AVR ATmega128单片机C程序设计与实践[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008
[4]周兴华编著.AVR单片机C语言高级程序设计[M]. 北京.中国电力出版社, 2008.
[5]张军,宋涛编著AVR单片机C语言程序设计实例精粹[M]. 北京：电子工业出版社，2009
[6]朱飞,杨平编著.AVR单片机C语言开发入门与典型实例[M]. 北京：人民邮电出版社，2009
[7]ATMEL，具有32KB系统内可编程Flash的8位微控制器ATMEGA32数据手册，2007
[8]National Semiconductor ，LF198/LF298/LF398 MonolithicSample-and-Hold Circuits DataSheet，1998
[9]ks0108 12864 液晶的C语言驱动 ,wenku.baidu.com
[10]张萌，和湘，姜斌等.单片机应用系统开发综合实例[M]，北京：清华出版社，2007：285-314.
篇5
关键词：FPGA；原理；硬件设计；应用技术
1 FPGA的简介
当前使用硬件的描述语言完成电路设计，都可以通过简单的汇总和合理的布局，然后快速烧录到FPGA器件上进行基本的测试，这也是当代数字系统设计进行检验的主流技术。这些可编程器件可以用来实现基本逻辑门的电路，也可以实现一些更复杂的组合功能例如数学的方程式、解码器等等。大多数的FPGA器件里，包含着一些记忆性元件，如触发器，或者一些其它的更为完整、性能更为优越的记忆块。
设计师可以根据自己的需要按照可编辑的链接将FPGA器件内部的逻辑模块连接在一起，仿佛一整个电路的实验板被装在一个电子芯片内，这些出厂后的FPGA器件的连接方式以及逻辑块的使用都可以根据设计者不同的设计而进行改变，从而能完成不同的逻辑功能。
当你在进行的电子设计使用到FPGA器件时，你不得不需要努力地解决好电源管理、器件配置、IP集成、完整信号输出等硬件系统的设计问题。在进行硬件设计时，你需要注意以下几个问题：
1.1合理分配I/O信号
无论是哪种情况，在进行I/O信号分配时，都必须牢记以下共同的步骤：
1）用表格列出所有需要分配的I/O信号，并按照他们的重要性依次进行排列，比如电压、端接方法、I/O标准、相关时钟等；
2）检查校验模块之间的兼容性；
3）利用以上的表格和兼容准则，先把受限制最大的信号分配到引脚上，最后分配那些受限最小的信号。因为受限制大的信号往往只能分配到特定的引脚上；
4）将剩余的信号分配到较为合适的地方。
1.2注意静态功耗的降低
虽然静态电流所带来的功耗和动态功耗相比可以忽略不计，但对一些供电设备却十分重要。引发静态电流因素众多，比如没有完全接通或关断的I/O 端口、三态电的驱动器的下拉或上拉电阻，除此之外，保持编程信息也会需要一定静态功率。
2 FPGA应用技术的设计原则
从上文中对FPGA内部的硬件结构分析可看出，FPGA器件的时序逻辑非常丰富，不同于其他的可编程器件。因而对于FPGA来说，应该有一整套能够有效利用其内部丰富的时序逻辑功能的技术，而不同于其他一般的可编程器件的设计技术。由于其独特的优越性，FPGA被越来越多的设计人员所使用，其设计技术被许多的设计者所掌握。在FPGA的实际应用中，使用最合理的设计方法，能很大程度的改善FPGA在应用中出现的漏洞和问题，进而全面提高设计性能。
2.1使用层次化的设计技术
使用层次化的设计的系统一般分成若干顶层模块，而每一个顶层的模块下又有若干个小模块，并以此类推。层次化的设计模块，可以是描述原理图的结构图，也可以是经过逻辑语言所描述、表现的实体。
使用层次化的设计对于系统的模块划分非常的重要，模块划分的不合理，将会导致整个系统的设计不合理，从而使系统的性能下降，这样层次化的系统甚至要比没有经过层次化设计的系统效果更差。
使用层次化设计的主要优点有以下两个方面：增强设计可读性，增加设计重复使用的可能性。
2.2使用同步系统设计技术
所有时序电路具有同一个性质――如果要使所设计的电路正常工作，必须严格的执行事先定义好的逻辑顺序。如果不按照此顺序执行，将会把错误数据写进存储单元，从而导致错误的操作。同步系统的设计方法，也就是使用全分布周期性的同步信号使系统中所有的存储单元进行同时更新，这是执行这一时序有效进行的普遍的设计方法。电路的设计功能是通过产生时钟信号并按照时序严格执行来实现的。
对于静态的同步设计，必须满足下面的两个条件：
1.每一个边缘敏感的部件其时钟的输入应该是一次输入时钟的某一个函数；并仍和一次时钟输入的时钟信号。
2.所有的存储单元都应该是具有边缘敏感特性，在该系统中不存在电平敏感的存储单元。
我们对于FPGA器件的同步设计的理解就是全部状态的改变都是由主时钟所触发，同一个系统不同的功能模块可以是部分异步的，但是模块与模块之间必须是同步的。正如CPU的设计一样，所有的电路都和系统的主时钟是同步的。相比于异步设计，同步设计具有很多的优点，但进行同步设计时仍然需要考虑很多方面的因素。例如，在选取时钟时，需要考虑以下几点：首先，由于大部分的器件都是由时钟的上跳沿触发，这要求时钟信号的延差要很小；其次，时钟信号的频率通常很高；第三，时钟信号一般是负载较重的信号，因此合理地进行负载分配是很重要的。除此之外，在进行FPGA器件的应用时，还要考虑模块的复位电路、时序同步电路等实际问题。
参考文献
[1] 周莉莉，周淑阁，井娥林. FPGA课程教学方法的探讨与研究[期刊论文]. 实验室科学，2013（3）.
[2] 夏陛龙，陈津平，胡春光. 基于FPGA的实时数据采集系统设计[期刊论文]. 计算机工程，2013（11）.
[3] 郑争兵. 双时钟FIFO在多通道高速传输系统中的应用[期刊论文]. 核电子学与探测技术，2013（5）.
[4] 李列文，桂卫华. 面向FPGA的低泄漏功耗SRAM单元设计方法研究[期刊论文]. 高技术通讯，2012（12）.
[5] 郑文荣，孙朝江，刘少伟. 复杂系统的多FPGA可重构设计与实现[期刊论文]. 电子测量技术，2012（9）.
[6] 胡圣领. 基于FPGA的多项式运算器设计[期刊论文]. 现代电子技术，2012（1）.
[7] 孙立波，雷加. 基于SRAM型FPGA测试技术的研究[期刊论文]. 国外电子测量技术，2011（5）.
[8] 周发标，杨海钢，秋小强，王飞. FPGA测试配置完备性的分析评价方法[期刊论文]. 计算机辅助设计与图形学学报，2011（10）.
篇6
论文关键词：项目实训,电子电路,实践课程,改革
1 电子电路实践课程改革的内容
1.1 电子技术实践课程体系的改革
为了体现电子技术实践课程的自主学习、知识综合、创新设计、工程实现、研究探索、项目规划、交流沟通、团队合作的宗旨，拟把电子电路实践课程体系划分为5个模块20多个实验项目构成，如图1所示，每个实验明确局部目标，每个模块完成阶段目标，可配合理论教学，在二年级分阶段性实施教学。实现课程内多知识点融合、跨课程知识体系融合、已学与拓展知识融合与课外研学融合的实践。使学生尽早综合运用知识，尽早接触工程实际，尽早开展探索研究，向前覆盖已学知识，向后拓展未学知识。
1.2 进行实验项目内容的改革
项目内容要突出工程背景、方法多样、综合应用及研究探索。对学有余力的学生引导其尝试运用电子新技术。
选择具有生活和工程背景的内容，让学生在体验“学有所用”的乐趣中，激发兴趣这一原始动力。着重选择实现方法具有多样性，实验结果具有变化和不确定性，展示科学研究的研究和探索性，尽量设计少有现成方案借鉴的项目。
课程内开展设计性实验项目的研究，尽量做到从点到面，分层次地扩大知识面覆盖率。课程之间开展综合性实验项目的研究，在模拟电路、数字电路课程都学完后进行综合电路设计，可以融合模拟电路、数字电路、FPGA、多门课程的知识与技术方法，实现跨课程知识融合，最后完成从单元到系统的综合。
研究项目既然融合了已学的模拟电路或数字电路等知识，则更需要自学FPGA、PSOC、单片机等拓展技术，实现已有知识与拓展知识融合。电子电路可在咫尺之间产生千变万化，鼓励学生学习电子的新器件、新技术与新方法，借助于日臻完善的电子电路及系统设计与实现的软硬件结合的平台，激发学生的想象力和创造力，保持课程内容体系的先进性。
课程团队可以组织指导创新大赛、飞思卡尔大赛、电子设计竞赛等课外研学活动，完成理论到工程认知的转变和创新。
1.3 实验项目考核要求的竌母？通过综合设计性、工程实践性、研究探索性实验项目的实践过程，考察学生在观察分析、设计构思、项目计划、组织管理、工程实现、总结表达等方面的综合能力，激励实践过程中表现出的思维、应变、研究探索、团队合作等综合素质。
考核学生运用基本理论进行项目需求分析的能力，如电路方案的合理性；理论计算和仿真结果是否合理；实验表格是否完整等。
督促学生建立实践的观念，电子电路与系统设计不能纸上谈兵，解决好原理—仿真—硬件实现的关系，即考核学生的动手能力，如硬件电路布局是否清晰，连线是否整齐，是否预留测试接口；仪器使用是否熟练、操作是否规范，功能与性能指标的完成程度、完成时长等。
考核学生对项目各功能构思的技巧性、自主思考与独立解决问题的能力。中学语文论文
考核参数测试方案的合理性（包括各关键点的波形及实测数据）。完成设计的基本要求或提高要求程度如何，实验原始数据必须当堂找老师进行现场验收并登记，以保证考核的公正和严谨性。
通过验收作品，演讲答辩、交流总结等，考核学生实验总结表达、应变、研究探索及团队合作等方面的综合能力。
1.4 实践模式的改革
教师可以采用多样化教学形式、层次化任务驱动、过程化考核激励，引导学生关注实践过程，做精做透每一个实验。如专题讲座、技术展示、案例分析、主题讨论、方案论证、质疑讲评等方法教学，鼓励学生自主选择任务要求、自主设计方案进程、自主构建实验平台、自主展示实践成果，实现学生自主研学、创新实践过程。
1.5 综合优化实践环境的建设
统筹布局，集成打造建成多学科交融、软硬件一体、资源丰富、配置合理、充分开放的先进实验教学环境，满足学生学习、研究、设计、分析、仿真、实验、制作、焊接、测试等不同环节的软硬件需求。
2 课题研究需解决的关键问题
课题研究需解决的关键问题是精心设计一整套实验内容、教学模式与考核方式。最重要的是，它应渗透着实验教学改革的理念，相对做到科学性、基础性与先进性的有机融合，具有较好的实用性和适用性，对综合培养学生知识、能力和素质有较显著效果，有示范性。其中设计的案例应具备的教学思想如下。
2.1 科学性
（1）案例要体现实验的科学研究目的与实际应用背景。（2）案例是精心设计的。（3）教学内容与要求的定位切合学生实际，服务于培养目标。（4）案例经过教学检验证明可行。
2.2 基础性
（1）突出经典的基本概念、基本方法和基本电路。（2）应始于基础，循序渐进地提升要求。不能讲创新就忽视经典基础内容，创新始于基础。（3）要掌握好涉及基本概念、理论和方法的基础单元电路实验，应有指标性要求，训练测量操作与结果分析的规范方法。（4）能激励学生对经典实验对象进行适度的探究。
2.3 先进性
（1）反映新技术和教学改革的可行成果。这是开展人才培养模式改革的具体成果。（2）合理地运用了新技术手段。实验内容反映并运用新技术，实验手段与时俱进，实验教学以多种方式辅助开展。（3）强调实验方法。强化实验过程中的方案比较、定性与定量分析。（4）采用多元考核。注重实验过程与效果，有不同于传统方式的、客观量化的多元考核方式。
2.4 实用性
（1）应该配合学校办学定位和人才培养目标。（2）在综合培养学生的知识、能力和素质上具有可操作性，能体现学科专业培养特色。（3）实验系统与装置应实用、完整、正确，是优质实验教学资源的具体展现。
2.5 互动性
（1）强调师生之间的互动性、交流的生动性，以拓展知识、引发思考。（2）促使学生之间开展探讨、合作，在智力与非智力素质培养上能取得一定育人效果。
2.6 适用性
（1）具备分等级的评价系统，能够提供不同定位的需求。（2）采用模块分层结构，适于不同专业、不同层次要求的实验教学需求。（3）具有相应的分级评价标准，考核适用性较强。
2.7 强调特色
（1）案例是精心设计的，培养目标是明确的，能够实现具体教学目的之达成。（2）案例设计应服务于该校人才培养目标的定位，照搬未必适合该校实际，要有所创新。（3）案例应反映专业培养侧重，有自身特色。
3 结语
对电子技术实践课程的实训项目内容进行改革和探索，是针对新世纪能力型人才培养的需要， 着力提升学生的工程素养，着力培养学生的工程实践能力、工程设计能力和工程创新能力，引导学生了解电路系统在生活和工程实际中的应用，体验电路功能实现方法的多样性及根据工程需求进行技术方案选择的过程。使学生尽早综合运用知识、尽早接触工程实际，熟悉工程实践中应用必要的技术和现代化工具的方法。鼓励学生站在基础、面向未来，关注电子新技术发展，尽早开展探索研究。
参考文献
[1] 候艳红.电路分析课程教学设计的研究与实践[J].考试周刊，2015（81）：104，170.
篇7
【关键词】课程整体设计；单元设计；项目教学法
对于《数字电子技术》这门课程，我将从以下两方面来进行介绍：一是课程整体设计，二是教学单元设计。
一、课程整体设计
主要包括六方面的内容：课程的定位与目标，课程设计理念与思路，学生基础和智能特点分析，课程内容的选取和教学组织安排，教学模式及教学方法手段，课程对教学条件的要求。
1.课程定位与目标
秉承我院“优秀员工的摇篮，职业经理的基地”的办学理念，确定了电子信息工程技术专业的人才培养目标：培养电子信息工程领域具有组装、调试、检测、维护和管理能力的“社会需要、行业认可、企业能用”的高端技能型专门人才。《数字电子技术》这门课是电子信息工程技术专业的一门专业基础课，是为培养电子信息工程技术专业学生的行业通用能力而开设的一门课。
课程作用：为了更好的服务于区域经济，培养符合电子行业需要的高端技能型专门人才，本课程的任务是培养具有较高素养的电子产品装接和辅助设计人员，让学生熟悉常用数字电路的应用，使学生具备数字电子技术方面解决实际问题的能力。
课程目标：包括知识目标、能力目标及素质目标。知识目标：掌握组合逻辑电路的分析方法和设计方法；掌握常用触发器的逻辑功能转换；掌握时序逻辑电路分析和设计。能力目标：学会使用和测试常用集成芯片；初步具有看懂简单数字逻辑图的能力及查阅集成电路产品手册的能力；学会制作与调试小型数字电路。素质目标：树立学生团队协作意识；提高学生之间语言交流能力；提高自我创新及解决实际问题的能力。
2.课程设计理念
以企业真实项目为依托，从企业的真实项目中提炼出与本课程相关的一些项目，如八路抢答器，直流数字电压表等项目，以培养学生职业能力和职业素养为目标，以企业实际生产工作过程为主线，企业参与的多方评价机制。
3.学生基础和智能特点分析
本课程的授课对象为电子信息工程技术专业的大一学生，该学生来源复杂，有理科生、文科生及对口生，该学生的特点是基础和动手能力参差不齐，但有很高的学习热情。基于以上学生基本特点，我们采取的措施主要是：在教学过程中，将学生分成若干个学习小组，每个小组兼有理科生、文科生及对口生，充分发挥理科生逻辑思维较强，文科生语言表达清晰，对口生计算机应用能力较好的优势。以取长补短，实现优势互补。
4.课程内容的选取和教学组织安排
本课程安排了5个综合性的实训项目，声光控制灯电路的制作、八路抢答器电路的制作、电子生日蜡烛电路的制作、流水彩灯电路的制作及直流数字电压表的制作。以上5个实训项目在知识目标和能力目标上都是逐级递深的，这一点也符合我们的认知规律。
教学组织安排：对于每个实训项目，都包含知识目标、能力目标以及子任务，在这里，我就不再一一赘述了。
5.教学模式及教学方法手段
在教学实施过程中，综合采用了多种教学方法：项目教学法、演示法、小组讨论法、角色扮演法、实践教学法及汇报展示法。
下面我以项目教学法为例，具体介绍一下该教学法在教学实施过程中的应用。本课程安排了5个综合性的实训项目，每个项目都以企业真实项目为依托，通过项目教学法，可以使学生对知识的理解实现从量的变化到质的飞跃，还可以培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力。在教学过程中，我们根据内容的不同，灵活采用不同的教学方法，以满足教学。
教学手段包括：多媒体教学与传统板书教学有机结合，可以提高师生之间的互动；利用实训室进行实践教学，提高学生的动手能力；利用仿真软件进行教学，提高教学的直观性。
6.课程对教学条件的要求
师资方面：本课程专任教师共5名，均有丰富的信息类行业企业生产一线的工作阅历，且都具有高级无线电调试师职业资格和电子产品生产调试能力；兼职教师共3名，均有三年以上电子信息类的行业企业生产一线的工作阅历和熟练的电子产品生产调试能力，具有教师基本素质。
实训条件方面：我们有数字电子技术实训室，可供学生进行电路搭建，还有EDA实训室，学生可以进行电路仿真，电子工艺实训室可以给学生提供电路焊接及调试的场所；校外实训基地有河北先控电源设备有限公司、河北鼎尚电子设备有限公司、河北方圆测控有限公司以及京华电子实业有限公司，为学生提供了岗位认知及顶刚实习的校外场所。
学习资源方面：我们选用的教材为高职高专教材，是由本课程专任教师与企业合作开发的校企合作课程，另外还提供了三本参考教材，给教师教学和学生学习提供了很好的辅助作用，网络资源方面，首先包括《数字电子产品设计与制作》精品课建设，已经通过了学院的遴选，现在正在建设期，目前可提供的资料有课程标准、授课计划、项目评分标准、教学课件、习题及参考答案及数字集成电路资料等。
二、教学单元设计
下面我以项目二“八路抢答器电路的制作”这一项目为例，介绍一下教学单元设计。
知识目标：
1.能了解数制与数码的种类及运算；
2.能对较复杂的组合逻辑电路进行分析；
3.会用门电路进行电路设计，实现相应的逻辑功能；
4.了解常用的组合逻辑电路的功能；
5.能分析8路抢答器电路的工作原理。
能力目标：
1.按要求用常用的集成门电路实现较复杂的逻辑功能；
2.能对常用组合逻辑集成电路进行测试；
3.用组合逻辑集成电路设计制作8路抢答器。
子任务：
1.用门电路制作简单逻辑电路；
2.编码器的逻辑功能测试；
3.译码器的逻辑功能的测试；
4.八路抢答器的制作与调试。
教学组织实施过程包括五个环节：资讯、计划、准备、实施及评价环节。
在资讯环节，首先明确学习目标要求，教师对项目所能实现的功能进行演示，学生通过观摩学习，阅读并分析参考资料、工艺文件等相关资料，讨论其功能，激发兴趣，明确项目任务，用时1课时。在资讯环节主要采用了演示教学法。
在计划环节，班组长先组织小组讨论，然后交流对工作任务的认识及相关知识的分析，将工作任务进行分解，初步制订工作计划，用时1课时。在计划环节主要采用了小组讨论教学法。
在准备环节，主要是知识的准备：采用讲授法、演示法、分组讨论等教学方法，使得学生获得相关知识，用时4课时。
在实施环节，首先对电路进行设计，利用仿真软件对电路进行仿真调试，观察和测量电路的性能指标，并调整部分元器件参数，从而达到各项指标的要求，用时4课时。
然后是材料、工具准备：工具人手一套，芯片等元器件利用课余时间分组去市场购买。接着进行搭建电路、焊接、调试、检查，用时10课时。
在评价环节，主要包括四方面的评价：
1.项目积分50%
芯片的使用和检测；电路制作；汇报演讲。
2.课堂表现10%
课堂纪律；学习态度10%。
3.能力表现10%
动手实践；电路分析及调试。
4.企业评价30%
岗位认知；职业道德；工作态度。
通过本课程的学习，学生可以制作出声光控制灯电路、八路抢答器电路、电子生日蜡烛电路、流水彩灯电路及直流数字电压表和观赏台灯等。
课程教学以技术应用能力为培养主线，学生在项目训练和任务的实现来经历电路设计的整个工作过程，掌握必备知识，训练技能。
参考文献
[1]刘亚明.浅谈实验在数字电子技术基础教学中的运用[J].职业技术，2010（01）.
[2]李芝.谈新课改下的教学观的转变[J].中国农村教育，2010（01）.
[3]黄文强，张海玲.“教师服务意识下构建学生自主学习课堂教学模式”的实验研究报告[R].
[4]季晶晶.新教师教学观念的发展变化研究[D].华东师范大学，2010.
篇8
【关键词】竞赛；集成电路；教学改革
Inspiration of 2011’Beijing Student Competition on Integrated Circuit
GENG Shu-qin HOU Li-gang WANG Jin-hui PENG Xiao-hong
VLSI & System laboratory Beijing University of Technology Beijing，China 100124
Abstract：Teaching 21stIntegrated circuit student is history task for teachers.Inspiration of 2011’Beijing Student Competition on Integrated Circuit is presented such as correct idea，right organize procedure，a steady preparation，corporation between university and company，teaching methods.The result of practice is that competition on Integrated circuit can push the procedure of cultivating of student，can push Quality Education，can advance the ability of theory and practice，can improve the ability of resolve problem，can cultivate the spirit of creativity，can enhance the ability of Team Corporation.It leads the point of teaching methods reformation.The student ability of plot and circuit design is increased.
Keywords：competition；Integrated circuit；teaching reformation
集成电路在社会发展中扮演着非同寻常的角色，几乎渗透到了各行各业。随着全球经济一体化的发展，集成电路的制造与开发中心正逐步向我国转移。我们肩负重大的历史使命，是要把我国建设成为集成电路的生产大国进而成为集成电路强国[1]。因此培养二十一世纪集成电路设计人才是我们教师面临的历史任务。北京华大九天软件有限公司致力于开发自主产权的EDA软件，提供高端的SoC解决方案和一站式设计生产服务，为培养集成电路设计人才提供了很好的软件平台。北京市2011首届“华大九天杯”大学生集成电路大赛以充分调动各方面的参与积极性。对学生来说，竞赛为他们提供了一个开阔眼界、互相学习和交流的好机会，这是任何课堂教学都无法替代的；对指导老师来说，竞赛可以促进他们转变陈旧的教学理念，改进落后的课程体系，积极寻求新的教学模式，真正做到教学目标、教学内容和教学方法与时俱进，切实达到面向应用、面向市场、面向社会并最终为社会提供优秀专业人才的最高教学目标[2]。实践表明，开展大学生集成电路设计竞赛，对于推进我国集成电路人才培养、推进素质教育、理论实践结合能力、解决问题的能力、培养学生创新精神、团队协作能力和培养学生的集体荣誉感等方面具有重要意义，同时也对高校的集成电路设计课程和实践教学改革起了一定的引导作用，极大的强化了学生绘制版图和电路设计能力。本人有幸带领学生参加了此次比赛，获得了一些启示。
1.立足现实，拓宽应用
本次大赛的活动宗旨是丰富微电子学专业学生的专业知识，培养学生理论联系实际、独立思考和操作能力，巩固和加深所学专业知识基础，推动京津地区高校微电子学专业的交流和发展，并对国产正版EDA软件的普及和应用起到积极推动作用。
2011年北京大学生集成电路设计大赛分成大学本科和研究生两个级别（本科生组33个组；研究生33个组），每组3人，进行笔试和上机操作。比赛相关规则：笔试阶段，采用闭卷形式，由各参赛队员独立完成，最终成绩计入小组总分；上机操作，以小组形式参加。
2.正确的指导思想
电子学会组织的此次大学生集成电路大赛立足高，紧密结合教学实际，着重基础、注重培养实践能力的原则为大赛成功举行树立了正确的指导思想。
“华大九天杯”集成电路大赛凝聚了各级领导、专家、学者和我校学科部领导、老师及每个参赛队员的心血与汗水。在比赛的前后，我们的指导思想是：参赛获奖不是最终目的，深人持久地开展教育教学改革，充分调动学生学习积极性，吸引更多的学生参加各类竞赛和科技活动，培养更多的优秀专业人才，才是我们的努力方向。集成电路大赛引来了众多企业，他们对参赛学生的青睐，对于与学校合作的重视，也正是我们学校所渴求的。在参赛中与同行各企业充分交流，学校与企业的紧密结合，才能更清楚市场对优秀毕业生的要求，进而能明确培养目标，并在平时的课程教学中加以渗透，在教学中不断改进；在参赛中与其他兄弟院校充分分享经验，不断学习别人的长处，分析参赛中暴露的共性问题，在教育教学中不断改进；在参赛中提高教师的指导水平和改进教育教学方法；在参赛中提高学生的综合素质，培养大批适应现代化建设需要的基础扎实、知识面宽、能力强、素质高、具有创新精神和实践能力的高级应用型人才，才是我们参加北京大学生集成电路设计竞赛的最终目的。
3.准备认真，重在过程
承办方北方工业大学周密的准备工作和热情的服务为大赛成功举行创造了良好的外部环境。北方工业大学和华大九天公司组织的集训为成功参赛奠定了扎实的基础。
在学科部领导和各位老师的努力下，在实验室老师的大力协助下，在华大九天公司培训人员的大力支持下，我们组织了两个阶段的集中培训，并在培训的基础上进行了有针对性的辅导练习，并在参赛前举行了预赛。这些环节对学生和老师起到了很好的引导和督促作用，保证了良好的训练环境，营造了积极向上的参赛氛围。
在电子竞赛的准备过程中，适逢暑假，假期长，学生们可以充分利用暑假时间认真复习电子器件、数字电子电路、集成电路分析与设计等课程的理论知识。同时，学生们还学习华大EDA软件，进行实际电路和版图绘制上机练习，培养了理论联系实践的学风。通过竞赛准备，学生需要综合运用所学知识，解决竞赛中遇到的各种问题，提高了运用理论知识解决实际问题的能力。通过竞赛准备，磨合了小组间的默契配合和分工，增进了师生情谊，提高了团队作战能力。通过竞赛准备，找出了自己在知识上的不足，明确了社会的需要、工作岗位的需要和工作性质，树立了新的奋斗目标，产生了学习新的动力。
4.参赛对嵌入式系统和集成电路设计教学改革的启示
北京大学生集成电路设计竞赛对于培养学生参加实践的积极性、理论联系实际的学风和团队意识有着重要作用，竞赛给学生提供了一个施展才华、发挥创新能力的机会和平台。并对高校集成电路设计课程的教学内容和电子科学与技术的课程体系改革和学生今后工作起到一定的引导作用。
4.1 知识整合的系统教学思想
自从1958年基尔比发明集成电路以后，集成电路一直按照摩尔定律的预测飞速发展。面对集成电路如此迅猛的发展形势，教学工作也要与时俱进，不断改革创新。我承担《嵌入式系统》和《集成电路分析与设计》课程，深深体会到微电子专业的学生学习嵌入式系统与其他专业有所区别，因为芯片的设计方向日益朝着片上系统SOC、片上可编程系统SOPC的方向发展[3]。学生不仅需要有系统的概念[4]，同时需要对典型处理器体系结构有清晰的理解，在设计SOC芯片时才会有系统的设计思想[5]，又会对处理器内部体系架构有清晰的概念。因此，在对微电子专业的学生讲授嵌入式系统时，要紧密结合集成电路设计的要求，结合集成电路分析与设计、数字电子、模拟电子、电子器件等课程的内容，使学生不仅对处理器结构体系清楚，更熟悉各模块电路，如ALU单元电路、筒形移位器、乘法器、寄存器、SRAM、DRAM单元等等。在处理器的，培养学生系统的概念，掌握外部单元电路，如存储器单元电路、系统总线单元、SPI、IIC、UART等等接口电路，从使用者的期望角度出发，来进行芯片的设计，既是使用者，又是设计者。学生在学习集成电路设计的课程时，紧密结合嵌入式系统中的系统体系结构、结合处理器内部的体系结构，具有整体的大的系统性设计概念，整合学生对各个课程的分离的知识内容，培养综合运用所学知识解决系统问题。通过增加实验和上机课时，提高学生将理论与实践紧密结合，培养学生运用所学理论知识解决实际问题的能力。
4.2 改革传统的教学模式
我国的大学课堂教学模式长期以来被德国教育家赫尔巴特的“四段论”与前苏联教育家凯洛夫的“五环节”所主宰，在新的教育环境和教育目标下，他们所倡导的课堂教学结构和施教程序越来越明显地暴露出它的弊端，最突出的是“以教代学”的陈腐教学思想和“注入式”、“满堂灌”的落后教学方法.这种“以教师为中心，以教材为中心”的课堂教学，决定了学生在整个教学过程中所处的被动地位，很大程度地禁锢了学生的创造性思维，对学生自学能力、实践能力和创新能力的培养构成了严重的障碍[2]。
现代教育理论指出：指导学生从实践和探索中通过思考获取知识，又在解决问题的探索活动中，运用已获得的知识和技能是培养智能的最好途径。
本次竞赛上午闭卷完成理论知识的考试。本科生的上机操作内容是根据提供的状态图设计一个计数器电路，然后进行原理图的绘制，再次进行版图绘制，进而进行DRC、LVS等环节验证，并撰写设计报告。学生需要利用数字电路中所学的状态表，构造出逻辑关系式，运用卡诺图化简得到最简电路，最后再绘制单元电路，设计出具体的CMOS电路和版图，并进行验证。同时还需要构造出计数器所需的时钟电路。在上机的开始一个半小时中，指导老师可以参与指导，这样增加了比赛中老师对学生的限时指导内容，更有利于学生的竞赛，符合培养人才的现论要求。
学生基本上完成了从需求分析、电路设计、绘制电路、（仿真）、版图绘制、验证到撰写报告等环节。通过竞赛，使学生能亲自感受一个简单的集成电路设计流程，培养了学生的系统设计概念。学生从早晨9点一直进行到下午六点，在短短的一天内要完成笔试和7个小时的上机电路绘制和验证等工作，小组成员只有密切配合，充分发挥各自的优势，保持坚韧不拔的精神，才能取得最终的胜利。这种方式非常有利于培养学生的合作精神和团队精神，锻炼了学生的毅力和体力。
施教之功，贵在引导。可以看出，竞赛在很大程度上符合现代教育理论的要求，符合学生的认知规律。以学生为主体、教师为主导的教学模式正是以传授知识为前提，以形成技能为基点，以培养智能为重心，以全面发展人才为归宿。在《嵌入式系统》和《集成电路分析与设计》课程教学中，增大课程的实验内容，学生带着问题，进行学习，进行思考、小组讨论，经老师点拨，实现了运用所学理论解决实际问题的过程，既培养了学生的综合能力，又完成了教学任务，符合现代教育论的要求。
施教之旨，在于培养学习方法和思维方式，培养获取新知及再创造之本领。将学生分成小组，布置某一命题，发挥学生的主动性，引导他们查阅资料，分析归纳总结，并在课堂中进行报告或实验演示。学生反映效果很好，获取了知识，又培养了学生自学能力和主动获取知识的方法。
5.引导学生参与科研，撰写学术论文
通过大赛引导大学生形成一股扎扎实实的学习和研究的风气。激发学生在专业领域的学习兴趣，参与到老师平时的科研中，增加动手实践的机会。并在科研中进一步培养学生的研究兴趣，形成良性循环。对于取得的研究成果，可以引导学生撰写论文，并能在广大同学中起到表率作用。
6.结束语
培养二十一世纪集成电路设计人才是我们教师面临的历史任务。北京市2011首届“华大九天杯”大学生集成电路大赛以充分调动各方面的参与积极性。正确的指导思想、科学的组织程序、踏实认真的准备工作以及大赛对校企合作、对教学改革将产生重要的影响。实践表明，开展大学生集成电路设计竞赛，对于推进我国集成电路人才培养、推进素质教育、理论实践结合能力、解决问题的能力、培养学生创新精神、团队协作能力和培养学生的集体荣誉感等方面具有重要意义，同时也对高校的集成电路设计课程和实践教学改革起一定的引导作用，极大的强化了学生绘制版图、电路设计能力和集成电路设计思想。
参考文献
[1]甘学温,赵宝瑛等.集成电路原理与设计[M].北京:北京大学出版社,2007.
[2]陈建英,李涛,撒晓英.抓住竞赛契机 深化计算机专业教学改革[J].西南民族大学学报·自然科学版,2010,36(9):75-77.
[3]Ahmet Bindal,Sandeep Mann,Billal N.Ahmed.An Undergraduate System-on-Chip
(SoC)Course for Computer Engineering Students[J].IEEE TRANSACTIONS ON EDUCATION,2005,48(2)：P279-289.
[4]Lei Jing,Zixue Cheng,Junbo Wang.A Spiral Step-by-Step Educational Method for Cultivating Competent Embedded System Engineers to Meet Industry Demands[J].IEEE TRANSACTIONS ON EDUCATION,1-10.
[5]Xiumin Shi,Ji Zhang,Yanbing Ju.Research and Practice in Undergraduate Embedded System Course[C].The 9th International Conference for Young Computer Scientists,
2569-2663.
致谢：竞赛工作是由国家自然基金赞助（No.60976028）；北京工业大学博士基金赞助（No.X0002014201101，No.X0002012200802 and No.X00020
篇9
（一）建设背景
为了突显网络工程专业特色，加大与其它计算机相关专业的区分度，网络工程专业在保持原有网络工程专业特色的基础上，重点突出物联网和网络安全管理两个专业方向，进一步明确定位学校网络工程专业的人才培养目标。网络工程专业是一门实践性非常强的专业。因此，要实现培养目标，除了需要调整改革现有的专业课程体系外，还必须建立相应的实践教学体系和配套的实践教学环境。为此，网络工程专业以中央支持地方高校发展专项资金的实验室建设为契机，在网络工程管理和网络协议分析两个现有实验室的基础上，新建物联网、信息安全、网络攻防、网络测试等专业实验室。这些实验室建成后，网络工程专业实验室支撑的实践教学内容将基本上涵盖物联网、网络安全管理、网络工程设计三大方向的典型实验、课程设计，乃至实习实训、毕业设计等实践环节。届时，网络工程专业将具备实验设施齐全、内容涵盖面广的专业实验环境。这为构建特色鲜明、层次合理的实践教学体系提供良好的实践条件支持。
（二）体系结构
网络工程专业在保持网络工程设计特色的基础上，重点突出物联网和网络安全管理方向。围绕这三大专业方向，以现有的网络工程基础专业实验室和正在建设的物联网和网络安全方向专业实验室为依托，构建出专业特色鲜明的多层次实践教学体系，网络工程专业实践教学体系学科与专业竞赛、自主创新研究等多种形式，并分布在专业基础实践、专业核心实践、专业方向实践、专业综合实践四个教学层次上。从教学层次的角度看，网络工程专业的实践教学环节包括下列内容。专业基础实践主要指电子技术基础、计算技术基础、软件系统基础三方面的实践教学，主要形式是课程实验、课程设计和实习。专业核心实践主要指网络工程专业核心课程的实践教学，主要形式是课程实验和课程设计。专业方向实践主要指物联网、网络安全管理、网络工程设计三大专业方向的实践教学，主要形式是课程实验和课程设计。专业综合实践主要指学生根据自己选择的专业方向而开展的专业综合实践教学，主要形式包括学科与专业竞赛、自主创新研究、实训与实习、毕业设计（论文）等。
二、实践教学内容
以上述实践教学体系为依据，从四个专业实践层次分别阐述网络工程专业的实践教学内容。
（一）专业基础实践
网络工程专业基础实践环节可分为电子技术基础、计算技术基础、软件系统基础三方面的实践教学内容。电子技术基础实践教学内容包括模拟电路实验、数字电路实验、计算机组成原理实验、硬件工艺实习。模拟电路实验是让学生了解放大电路的原理，并能理解相应的实验现象。数字电路实验是加强学生对数字逻辑的理解能力和数字电路的设计能力。计算机组成原理实验是让学生理解计算机硬件结构的实现原理和方法。硬件工艺实习是让学生综合运用数字电路和模拟电路的相关理论知识，使用电路设计软件设计并利用实际电路元器件实现一个具有实际生产意义的电子电路系统。计算技术基础实践教学内容包括程序设计实验、数据结构实验、算法分析与设计实验、程序设计应用课程设计等。程序设计实验是让学生能够运用所学的程序设计语言编写并调试程序，培养学生的程序设计能力和程序调试能力。数据结构实验是让学生运用理论原理知识编程实现线性表、队列、堆栈、二叉树、图等基本数据结构及其访问操作方法，以及常用的排序和查找算法，进而能够解决相关的实际问题。算法分析与设计实验是让学生掌握分治法、动态规划法、贪心法、回溯法、分支界定法等常用经典算法，从而更好地解决实际问题。程序设计应用课程设计是综合运用程序设计语言、数据结构、算法分析与设计，设计并实现一个具有实际生活意义的程序系统。软件系统基础实践教学内容包括操作系统实验、数据库原理实验、软件工程实验、软件系统开发课程设计。操作系统实验是让学生系统地掌握处理机管理、进程管理、存储管理、文件管理和设备管理五大功能的工作原理与实现方法，进而能够模拟实现操作系统部分功能。数据库原理实验是让学生熟练掌握SQL语言的数据定义、数据操纵、完整性控制等功能，基本掌握数据库的设计方法和数据库应用系统的开发方法。软件工程实验是加深学生对软件开发方法的理解，掌握统一建模语言UML和可视化建模工具RationalRose的基本用法。软件系统开发课程设计是让学生在掌握程序设计技术的基础上，综合运用操作系统、数据库原理、软件工程的理论知识与开发技术，设计并实现一个具有实际应用价值的软件系统。
（二）专业核心实践
网络工程专业核心实践环节主要包括计算机网络、网络编程、无线网络、Linux编程等专业核心课程的实践教学内容。计算机网络实验是让学生学习利用Sniffer和Wireshark等常用网络嗅探工具验证TCP/IP协议报文格式和协议交互过程，从而加强学生对网络协议及其工作原理的理解，加深对计算机网络体系结构的认识。网络编程实验是以套接字编程为基础编写TCP/UDP协议通信程序以及数据包捕获程序，编写SMTP/POP3邮件客户端、FTP客户端、Web网站程序等经典网络应用程序。无线网络实验是让学生掌握各种无线网络设备的安装和配置方法，学会无线局域网的规划设计、安装配置与故障排除。Linux编程是让学生掌握LINUX环境下C语言应用程序开发的基本过程，熟悉基本库函数的使用，具有初步的应用程序设计能力。
（三）专业方向实践
网络工程专业方向实践环节可分为物联网、网络安全管理、网络工程设计三个专业方向的实践教学内容。物联网方向实践教学内容包括射频识别实验、无线传感网实验、物联网开发实验、以及物联网方向课程设计。射频识别实验是让学生掌握射频识别技术的读写卡、多卡读、编码调制、防碰撞算法、通信协议、保密通信等基本原理，能够编写相关应用案例程序。无线传感网实验是让学生能够对温度、湿度、光照、压力、红外等典型传感器节点进行数据采集，并利用Zigbee、蓝牙、WIFI等通信模块，开发无线传感器网络应用程序。物联网开发实验是让学生在掌握嵌入式编程的基础上，结合射频识别和无线传感技术，开发物联网应用中的核心功能模块或简单应用程序。物联网方向课程设计是综合运用物联网方向课程的理论知识与开发技术，设计并实现一个具有一定实用价值的物联网应用系统。网络安全管理方向实践教学内容包括网络安全实验、网络管理实验、网络攻防实验、以及网络安全管理方向课程设计。
网络安全实验是让学生掌握网络嗅探器和端口扫描工具的工作原理和实现方法，理解包过滤、网络地址转换等网络安全策略，掌握防火墙和入侵检测系统的安装、配置和使用方法。网络管理实验是让学生理解SNMP网络管理协议的原理和工作过程，掌握SNMP程序的设计与开发方法。网络攻防实验是让学生熟悉网络探测、缓冲区溢出、网络欺骗、拒绝服务、SQL注入等主流攻击技术的实现方法，从而预防和阻止网络攻击。网络安全管理方向课程设计是综合运用网络安全管理方向课程的理论知识与开发技术，设计并实现一个具有某种安全管理功能的实用网络软件或系统。网络工程设计方向实践教学内容包括网络互联技术实验、网络规划与设计实验、网络故障诊断与排除实验、以及网络工程设计方向课程设计。网络互联技术实验是让学生学会网线制作、VLAN配置、交换机配置、静态路由配置、动态路由配置、ACL配置、NAT配置等，为实际网络部署提供基础。网络故障诊断与测试实验是让学生掌握网络故障诊断与测试工具的使用方法，能够对物理层、数据链路层、网络层、以太网、广域网、TCP/IP、服务器等的故障进行诊断与排除。网络规划与设计实验是让学生学会网络规划工具、需求分析、技术选择、网络拓扑设计、网络编址与命名、路由设计、网络性能保障、安全管理设计等各环节技能。网络工程设计方向课程设计是综合运用网络工程设计方向课程的理论知识与开发技术，针对某个实际应用场景，规划并设计一个具有实用价值的网络工程方案。
（四）专业综合实践
专业综合实践主要指学生根据自己选择的专业方向而开展的专业综合实践教学，主要形式包括学科与专业竞赛、自主创新研究、实训与实习、毕业设计（论文）等。学科与专业竞赛是鼓励学生在老师的指导下，利用课余时间和假期，参与学校、企业、省、教育部、乃至全球等各种级别的大学生学科或专业竞赛，以扩大学生的知识面，培养学生理论联系实际和动手操作的能力。目前适合网络工程专业学生参加的竞赛主要有全国大学生数据建模竞赛、全国大学生电子设计竞赛、ACM大学生程序设计竞赛、“挑战杯”大学生系列科技作品竞赛、全国大学生信息安全竞赛。自主创新研究可分为课内自主研究学习和课外科技创新活动。课内自主研究学习是在部分专业课程内，安排学生开展研究性学习与创新环节，激发学生主动学习的积极性，培养学生的自学能力和自主学习研究能力。课外科技创新活动是学生根据自身兴趣和专业特长组成小组，自主选择研究课题，确定研究目标、技术路线和研究计划，利用课余时间和寒暑假在老师的指导下自主开展科技创新活动，以提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，培养学生的创新意识和创业精神。实训和实习是让学生熟悉或掌握网络相关行业或领域中可能遇到的常用技能，以缩短第一任职岗前培训的时间。该类实践教学内容包括见习环节、实训环节、实习环节等。见习环节是参观一个网络行业相关的企事业单位或部门，见识各类产品和系统的研发过程或应用情况，以增强学生对专业的兴趣和自豪感。实训环节是在校内实验与实训基地，通过与企事业单位的合作，提炼网络设备产品与网络应用系统的典型功能模块，进而设计出一组项目供学生实习训练。
实习环节是与校外企业或培训基地合作，让学生参与到实际的项目研发与实施工作中，从而使学生接触社会，体验未来就业单位的工作环境和实际的项目开发过程。毕业设计（论文）是大学生四年专业知识学习后的一次综合性专业技术实践锻炼机会。毕业设计的周期为14周，主要包括选题、开题、课题研究与指导、撰写毕业论文、毕业论文答辩等环节。毕业设计课题可以由指导老师根据自己的项目课题、研究方向或兴趣好确定，也可以根据学生就业单位的实际工作需要确定。
三、结论
篇10
电子系统的种类较多，从总体上可分为模拟系统、数字系统和模/数混合系统三大类。在数字系统中，又可分为以标准数字集成电路(如TTL、CMOS器件)为核心的电子系统以及以MPU、MCU、PLD、ASIC为核心的电子系统。在模/数混合系统中，以SOC为核心的电子系统发展最为迅猛。以模拟器件为核心的电子系统是基本的，该设计环节对于学生巩固及应用已学电子技术理论和基本技能，进一步提高实际工作能力和培养创新能力具有不可替代的作用。
一、电子系统设计的基本原则
电子电路系统设计时应遵循以下几个基本原则:
(1)满足系统功能和性能指标要求，这是电子电路系统设计时必须满足的基本条件。
(2)电路优化。在满足功能和性能要求的情况下，通过优化的简单电路系统既经济又可靠。
(3)电磁兼容性好。电磁兼容性是现代电子电路系统应具备的基本特性。
(4)可靠性高。电子电路系统的可靠性要求与系统的实际用途、使用环境等因素有关。
(5)系统集成度高。最大限度地提高集成度，是电子电路系统设计应当遵循的一个重要原则。
(6)调试简单方便。
(7)生产工艺简单。生产工艺是电子电路系统设计者应当考虑的一个主要问题，无论是批量产品还是样品，生产工艺对电路的制作与调试都是相当重要的一个环节。
(8)操作简便、性价比高。
二、电子系统的设计方法根据电子系统的功能和结构上的层次性，通常有如下三种设计方法。
1.自顶向下的设计方法这种设计方法就是设计者根据原始设计指标或用户需求，从整体上规划整个系统的功能和性能，然后对系统进行划分，分解为规模较小、功能较简单且相对独立的子系统，并确定它们之间的相互关系。这种划分过程可以不断进行下去，直到划分得到的单元可以映射到物理实现，实现可以是具体的部件、电路和元件，也可以是VLSI的芯片版图。
2.自底向上的设计方法
这种设计方法就是设计者根据要实现系统的各个功能的要求，首先从现有的可用的元件中选出最合适的，设计成一个个的部件，当一个部件不能直接实现系统的某个功能时，需设计出由多个部件组成的子系统去实现该功能，上述过程一直进行到系统所要求的全部功能都实现为止。该方法的优点是可以继承使用经过验证的、成熟的部件与子系统，从而可以实现设计重用，减少设计的重复劳动，提高设计生产率。其缺点是设计过程中设计人员的思想受限于现成可用的元件，故不容易实现系统化的、清晰易懂的以及可靠性高、可维护性好的设计。
3.以自顶向下方法为主导结合使用自底向上的设计方法
随着SOC(单芯片系统)的出现，为了实现设计重用以及对系统进行模块化测试，通常采用以自顶向下方法为主导，并结合使用自底向上的方法，这样既能保证实现系统化的、清晰易懂的以及可靠性高、可维护性好的设计，又能充分利用IP核，减少设计的重复劳动，提高设计生产率，因而得到普遍采用。
三、基于模拟器件的电子系统设计流程
基于模拟器件的电子系统设计的流程如图1所示。模拟电路种类较多导致系统的设计步骤将有所差异，流程图中的环节应随设计的实际作调整或交叉进行、重复。
1.明确设计任务
该阶段是对系统的设计任务进行具体的分析，充分了解系统的性能、指标、内容及要求，掌握系统的基本特征，以便明确系统应完成的任务。
2.总体方案选择
该阶段针对所提出的任务、要求和条件，从全局着眼，用具有一定功能的若干单元电路构成一个整体，来实现系统的各项性能。通常符合要求的总体方案不止一个，设计者应当针对任务、要求和条件，查阅有关资料，广开思路，提出若干种不同的方案，然后逐一分析每一个方案的可行性和优缺点，再加以比较，择优选用。
3.单元电路设计
在确定总体方案后，便可以画出详细框图，设计单元电路。设计单元电路的一般方法和思路如下:
(1)根据设计要求和已选定的总体方案的原理框图，明确对各单元电路的要求，必要时应详细拟定出主要单元电路的性能指标。注意各单元电路之间的相互配合，但要尽量少用或不用电平转换之类的接口电路，以简化电路结构、降低成本。
(2)拟定出各单元电路的要求后，应全面检查一遍，确定无误后方可按一定的顺序分别设计各单元电路。
(3)选择单元电路的结构形式。最简单的办法是从以往学过的和了解的各种电路中选择一个合适的电路，但一般情况下，应查阅有关资料，以丰富知识、开阔眼界，从而找到适合的电路。具体设计时，在符合设计要求的电路基础上适当改进或进行创造性的设计。
4.计算和调整参数
电路设计中参数的计算方法主要在于正确运用课程中已经学过的分析方法，搞清电路原理，灵活运用计算公式。对于一般情况，计算参数应注意以下几点:①各元器件的工作电压、电流、频率和功耗等应在允许范围内，并留有适当裕量;②对于环境温度、交流电网电压等工作条件应按最不利的情况考虑;③对于元器件的极限参数必须留有足够的裕量，一般按额定值的1．5倍左右考虑;④电阻、电容的参数应选计算值附近的标称值;⑤在保证电路达到功能指标的前提下，应尽量减少所用元器件的品种、价格、体积、数量等。
5.元器件的选择
从某种意义上讲，电子电路设计就是选择最合适的元器件，并把它们最好地组合起来。首先要根据具体问题和方案，考虑需要哪些元件、每个元件应该具有哪些功能和性能指标;其次所需的元件哪些实验室有，哪些市场上能买到，价格如何，指导学生关心元器件的信息和新动向，多查资料。以下概括地说明设计中元器件的选择思路。
(1)阻容元件的选择。电阻和电容的种类很多，正确选择电阻和电容很重要，不同电路对电阻和电容的性能要求也不一样。设计是要根据电路的要求选择性能和参数合适的阻容元件，并要注意功耗、容量、频率和耐压范围是否满足要求。
(2)分立元件的选择。分立元件包括二极管、晶体三极管、场效应管、光电管、晶闸管等，根据用途、参数等进行选择。
(3)集成电路的选择。集成电路的品种很多，选用的方法一般是“先粗后细”，即先根据总体方案考虑应该选用什么功能的集成电路，然后考虑具体的性能，最后根据供货、价格等因素选用某种型号的集成电路。
6.审图
在电路的设计过程中必然会有考虑不周的地方，各种计算也会出现误差甚至错误，所以在画出电路总图后，要进行全面审查。审查时要注意先从全局出发检查总体方案是否合适，各单元电路的原理是否正确，电路形式是否合适，再检查各单元电路之间的电平、时序配合是否合适，电路图中有无烦琐可优化之处，接着根据电路图中所标出的各元器件的型号、参数等验算是否能达到性能指标，有无恰当的裕量，同时需注意电路中各元件是否工作在额定值范围内，以免实验时损坏。
7.实验检测
一个电路的设计是一个复杂的过程，在这个过程中需要考虑很多的因素和问题，设计中难免会出一些差错。实验检测是设计电子电路必不可少的环节，通过实验检测可以发现设计中存在的问题，通过解决实验中所发现的问题，逐步完善设计，最终达到设计目标。在实验中所需要检测的内容主要有:各元件的性能和质量、各单元电路的功能和主要指标、各个接口电路的功效、总体电路的功能等。
四、电子电路的安装和调试
电子电路的安装和调试在电子工程技术中占有重要的地位。它是把理论付诸实践的过程，是把人们的主观设想转变为电路和电子设备的过程，是把设计转化为产品的过程。任何一个好的设计方案都是经过安装、调试和多次修改才形成的。安装主要涉及到结构布局、元器件的安排布置、线路的走向及连接等问题。电子电路系统的调试是电子电路设计中的重要内容，它包括电子电路的测试和调整两个方面。测试是对已经安装完成的电路进行参数及工作状态的测量，调整是在测试的基础上对电路元器件的参数进行必要的调整，使电路的各项性能指标达到设计要求。电子电路的调试通常有两种方法，其一是分块调试法，这是采用边安装边调试的方法，其二是统一调试法，即在整个电路系统安装完成之后，进行一次性的统一调试。以上两种方法的调试步骤基本一致，具体有:通电前的检查，主要内容是检查元器件、检查连线、检查电源进线;通电检查;静态调试;动态调试。例如，对于数字电路的动态调试，一般先调整好振荡电路，以便为整个电路提供时钟信号，然后再分别调整控制电路、信号处理电路、输入输出电路及各种执行机构，在调试过程中要注意各部分的逻辑关系和时序关系，应对照设计时的时序图，检查各点的波形是否正常。对于调试过程中出现的故障，常用的诊断方法有直接观察法、静态工作点测量法、信号寻迹法、对比法、元件替换法、旁路法、短路法、断路法、电子干扰的抑制措施等。
