時間：2023-05-30 10:56:24
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇電路與系統，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
【關鍵詞】電路;計算;系統理論;思考
一、引言
伴隨著科學技術水平的不斷提高，社會經濟的快速發展，電工和電氣工程各技術領域均獲得了突飛猛進的發展，特別是各種新微型電子器件的出現，信息的滲透以及擴展，再加上電子計算機的快速發展，使得電工程理論也發生了相應的變革。在這種形勢下，加強電路與系統理論的研究也變得尤為重要。
二、經典電路和近代電路理論研究
在電路和系統理論的發展以及形成階段經歷了自經典到近代這一過程。電路最早出現于物理學中的電磁學，控制系統、電力系統以及通信系統在形成與發展過程中，其共同基礎均為電路理論。從方法論來看，電路理論主要經歷了頻域分析與時域分析交替發展階段，在早期電路理論傾向于時域分析，但因遇到較復雜的高階段微分方程或者輸入時，于時域進行求解的話比較困難，對此，到后期開始轉向于頻域分析。而隨著計算機的普及以及廣泛應用，在微分方程的求解過程中所遇到的難題可借助于計算機得到有效的解決，此時時域分析也重新得到了關注以及重視，頻域和時域相結合的這一理論也日漸完善。
戰后年代控制系統、電力系統以及通信系統均獲得很大突飛猛進的發展，尤其是控制系統與通信系統發展特別迅速，已上升成為了新理論體系，分別為控制論與信息論。在控制系統與通信系統中所運動的信息為時間序列，其帶有一定的隨機性，具備統計分布特征，而這些特征也為電路理論的研究提供了一些新的課題，再加上計算機的廣泛應用，不同新微型電子設備器件的相繼出現，產生了一種新的電路理論，即近代電路理論，該理論所含內容非常多，比如非互易電路理論、非線性電路理論、多端電路理論、時變電路理論以及有源電路理論等，其特點主要如下：
第一，在時域分析上，將δ（t）引入至此起到了一定的革命性作用;在變換域分析上，自頻域向復頻域發展，接著再發展至Z域，拓寬了信號分析領域。
第二，時域分析和頻域分析之間的有機結合，小波變換分析法的應用;計算方法的改變，系統步驟解法的應用，該方法滿足計算機程序求解需求。
第三，動力學體系以及代數拓撲等的引入，不僅為計算機應用于電路提供了相應的理論參考依據，同時在此基礎上還提出了相關的研究方式，即時變系統研究與非線性系統研究。
近代電路理論就電路規律性方面的相關內容提出了新見解，即認為電荷守恒定律與能量守恒定律為基本電路定律，只有基于集中化這一條件下才可將電壓定律以及電流定律表現出來，因電路現象物理實質為電磁場，對此這一觀點在某種意義上更能將電路中所產生的這一電磁過程闡明，同時有利于和經典電力學理論中能量守恒定律以及質量守恒定律進行對比，構建統一且科學的電路和系統理論。
三、電路和系統理論研究分析
所謂系統就是指由不同互相作用以及聯系的事物所構成的一個具備某種作用的整體，其中動物神經組織與太陽系等為自然系統，計算機網與供電網等為人工技術系統，此外還包含有思維意識系統以及社會系統等，于電工程范圍內，當前現有的系統有控制系統、電力系統以及通信系統。
和系統定義聯系密切的有信號，信號這一概念最早提出于通信這一學科中，何謂信號，簡單地講就是信號其實就是消息存在形式，而信號的內容則為消息，從某種意義上來講，信號具有隨機性和統計分布特征，結合近代觀點來看，信息將系統所包括的能量以及物質在時間與空間中分布不均勻程度反映了出來，由此可見，信號為形式，消息為內容，而信息則為內涵。除此之外，和系統還存在聯系的有網絡以及電路，電路作為電工設備所構成的一個總體，為電流通過提供了相關途徑。若電路具備復雜結構，則這種電路叫做網絡，于現代電路學理論中網絡或者電路被看作是實際電路科學抽象。電路和系統之間除了存在某種聯系以外，二者還各有特色，但是不管是系統，還是電路，均由元件組合所構成。電路這種結構為具體性，即對信號實施某一種加工處理;而系統則為信號通過的所有線路。在系統理論中所強調的是于特定條件下必須要具備某一種功能，即傳輸特性;而電路所強調的則是系統自身特性的實現應該有的參數以及結構。對此，從某種意義上來講，系統涉及到的問題為全局性，而電路涉及到的問題為局部性，信號、系統以及電路之間關系就如同火車車廂、鐵路以及鐵軌間的關系。近幾年，隨著社會經濟發展速度的加快，信息技術水平的額提高，電路與系統理論在問題科學思想的研究上互相遞饋以及滲透;于問題方法論上互相統一以及協調，微電子工業的快速發展已使電系統、電器件以及電路融為了一體。
四、結束語
綜上所述，隨著社會的進步和科學的發展，電路與系統理論這門學科已成為了一門具備深厚理論基礎以及廣泛實踐基礎的學科，該學科和其他領域學科相同，所引用的研究方式、概念以及理論內容等均在不斷更新，該學科已經在電子工程以及電氣工程各技術部門獲得了明顯的應用價值，且也在自身各發展階段融合了當前關于自然科學理論中的優秀成果。電路與系統理論兼有兩個方面的淵源，即理論與實踐;同時還兼有兩個方面的背景，即學術與工業。除此之外，電路與系統理論還和國民經濟、社會進步等學科領域存在著密切的聯系。
參考文獻
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【關鍵詞】數字電路與系統實驗；本科工程教育；研究性教學；交互式教學
【Abstract】The research-based teaching requires teachers to organize teaching by explore ways to cultivate students’curiosity and creativity.Using the FPGA technology students’learning interest and study effect can be inspired and improved in experiment teaching of digital circuits and system. Though the reform and exploration， the students’ability of exploration research and engineering skills can be improved for the national undergraduate electronic design contest.In this paper，under the guidance of research-based teaching，application of FPGA technology to the digital circuits and system experiment teaching be carried on the investigative teaching method and the exploration practice.
【Key words】Digital circuits and system experimental course；Research-based teaching；Bachelor engineering education；Interactive teaching
0 引言
課程教學是高等教育的主渠道，推動課程體系創新和教學內容、方法、手段的改革，已逐漸成為高等教育創新性人才培養目標改革的趨勢之一[1-3]。電子信息類實驗教學是高等院校理工類專業學生重要的專業基礎課，也是學生在大學教育階段的主要工程性實踐環節，它對培養學生的素質和能力十分重要，實驗教學效果對學生專業技能的培養以及就業都將產生直接影響[4-8]。
數字電路與系統實驗課程是數字電路理論課程學習到工程師轉換的一座重要的實踐橋梁。我們采用研究性教學模式為了進一步提升學生的創新意識和創新能力，創立類似科學研究的氛圍，以引起學生深刻體驗和共鳴。通過該實踐環節的磨礪，使學生鞏固和加深對數字電路和模數混合系統的理解，增強工程應用和工程實踐能力，為學生參加全國大學生電子設計大賽打下了堅實的基礎。電工電子實驗系列課程是南京郵電大學獨立設置的實驗實踐課程，也是重要的學科基礎課程；同時也是理論性、實踐性和工程技術性都很強的必修課程；是江蘇省重點建設課程和省級精品課程。本文在研究性教學思想的指導下， 應用FPGA技術對數字電路與系統實驗教學進行研究性教學實踐， 探索實施研究性教學的教學方法。
1 授課內容的變化
目前CPLD/FPGA有著越來越廣闊的應用前景，它和DSP及CPU并稱為電子系統的三大基石。CPLD/FPGA具有體系結構先進、支持在線編程、應用靈活、集成度高、功能強大、設計周期短、開發成本低、開發工具先進、產品標準化程度高、性能穩定以及可在線檢驗等優點，被廣泛應用于通信、儀器儀表、工業控制、信息處理等系統的設計與生產中。而掌握CPLD/FPGA設計技術已成為當今硬件工程師和IC設計工程師的必備技能。
在授課內容上體現了繼承與發展。即：繼承基于中小規模集成的電路設計并實現數字電路，發展目前產業常用的CPLD/FPGA實現數字電路。通過本課程授課內容的更新，使學生通過本課程掌握VHDL的程序設計方法與CPLD/FPGA的硬件設計與實現方法，培養在硬件、軟件方面獨立分析問題、解決問題的能力。
通過授課內容的變化，使學生既掌握設計與調測基于中小規模集成電路的方法，鍛煉學生的基本電路的調測和差錯能力，同時訓練學生掌握新技術、新工藝和新軟件，為學生解決復雜工程問題提供必要的知識積累。
2 授課形式的變化
依托我校電子科學與技術國家級實驗中心平臺，并結合授課教師的科研背景，我們編寫了偏重與基礎實驗技術與工程應用的普通高等院校電工電子實驗實踐系列教材，通過具有代表性的工程案例，強化電工電子實驗課程的工程技術性，并形成電工電子實驗技術知識體系。同時積極完善該課程的教學視頻、電子教案、綜合芯片數據表文件、實驗案例以及工程案例等線上資源，保證課程的系統性與完整性。
在授課形式上打通理論課和實踐課程的鴻溝，將數字電路理論課中的設計報告和研究報告在實踐課程中加以實現。要求實驗報告都要以科技論文的形式書寫，盡早鍛煉學生的實驗設計能力和文字表達能力，提升學生的研究和溝通能力。
3 考核形式的變化
針對研究性教學的形式，我們構建了多元化的考核方式。評分標準既包括了平時實驗報告的提交與報告質量、實驗操作情況、期中考試成績和期末考試成績，同時還包括了交互式學習的內容。在傳統的“平時+期中+期末”考核方式的基礎上，加入了平時實驗操作成績?？荚嚭推谥袦y驗允許學生攜帶自行準備的參考資料進入考場，同時試卷分為實踐部分（60分）和實驗技術與實驗理論部分（40分）。同時，由學生自主完成各種創新實驗，培養學生的工程實踐能力和創新能力。這種靈活的考核模式，有利于學生鍛煉工程實踐能力，完備學生的電子電路設計與實現的知識體系。
4 結束語
針對學生在工程實踐、創新能力薄弱的難題和瓶頸，我們在電工電子實驗實踐課程中引入研究型教學模式，以有效地培養學生的創新能力。改進教學內容，切實倡導以學生為主體的教學模式，促使學生主動學習，獨立思考，營造了良好的學習氛圍。該教學改革的實施有力地推動了我校實踐教學課程教學體系的改革與創新，學生參加創新實踐活動積極踴躍，表現出極大的熱情和自信，參加競賽并獲各類獎項越來越多。我校在大學生電子設計大賽、挑戰杯、全國大學生機器人大賽和美國機器人公開賽等重要賽事中，屢創佳績，近3年來獲得省級以上大學生電子類設計競賽獎共計近200項，其中國家級90余項?；谘芯啃偷臄底蛛娐放c系統實驗實踐課程改革有效地提升了學生的綜合素質和創新能力。
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關鍵詞：鐵路信號；模擬調試系統；研究
1 鐵路信號模擬調試系統構成
鐵路信號模擬調試系統主要以下幾部分構成，即系統連接電纜-信號適配箱-計算機三大部分，其中信號適配箱中包含接線端子、信號燈狀態采集電路、軌道電路狀態模擬電路、道岔狀態采集電路、系統工作電源、主控電路模塊及USB接口。系統主體部分為信號適配箱，其主要功能是對外部系統進行狀態驅動和采集信號。信號燈狀態采集電路主要用于采集信號狀態；軌道電路狀態模擬電路主要用于模擬軌道電路空閑和占用的狀態；道岔狀態采集電路主要用于采集道岔狀態；主控電路模塊通過USB接口連接計算機，主要用于采集整個系統的工作狀態，然后將這個模擬狀態傳達給電路模塊；系統的工作電源一般為+5V、-15V、+15V。系統的操作通過計算機對信號適箱進行控制來完成，而另一端的實現通過接線端子與實驗電纜連接來實現。用戶可以通過計算機對系統進行控制以完成實驗。
2 鐵路信號模擬調試系統的硬件設計
該系統硬件接口主要采取單片機來代替控制器實現采集狀態及輸出控制。適配箱拓撲結構如圖1所示。
當上位機要與多路外設進行通信時，應該應用設備級聯結構，木版通過RS-485總線連接外部設備，全部數據通過主控電路，之后使用USB接口實現與上位機進行通信。不但可以保證各外設與上位機之間可以有效通信，同時也可以隨著應用環境的變化而調整外設數目，如果需要增加設備，就可以直接與主控電路直接級聯，因此其靈活性較強，適合進行廣泛應用。模擬電路和采集電路的具體數目的確定是通過主控電路中的8位開關離散量決定的，要求連續編號，主控電路與上位機的通信要通過USB接口來實現，主控電路與模擬電路、主控電路與采集電路的通信都是通過RS-485總線來完成的。一個采集電路或者模擬電路需要設置兩個RS-485總線接口，其中一個接口是為了與主控電路通信，而另一個則是為了拓展其電路的數目。主控電路供電通過USB接口來實現，而模擬電路及采集電路的供電電源模塊來實現。
（1）主控電路。主控電路結構如圖2所示。主控電路的功能是與采集電路、模擬電路及上位機進行通信。在USB接口模塊中，CH375芯片與上位機的USB數據線相連接，CH375芯片與單片機連接，其中數據線連接P2，地址線連接P0，讀寫連接讀寫，中斷連接中斷0。單片機控制CH375；而在RS-485也與單片機相連接，Max485引腳1、2、3與單片機的地線及串行線相連接。模擬電路及采集電路與RS-485進行通信用Max485譯碼表示。
（2）采集電路。采集電路主要包括道岔狀態采集電路及信號燈狀態采集，其光電隔離通過霍爾電流傳感器來實現。其工作原理為光耦采集。在隔離電路中，因為道岔狀態采集的隔離電路與信號燈狀態采集的隔離電路在二級隔離電路上是一致的，那么在設計采集電路時就可以設置成道岔狀態采集一級隔離電路、信號燈狀態夏季一級隔離電路及采集隔離電路。前兩個主要的功能是對外部信號進行一級隔離，因為二者信號采集內容不同，因此其電路也會有所區別。道岔狀態采集隔離電路是對交流信號進行采集，因此在進行信號輸入時要將二極管加入實現控制。采集隔離電路的RS-485總線端也用Max485譯碼表示，Max485引腳1、2、3與單片機的地線及串行線相連接。而邏輯芯片的編程需要通過連入單片機的讀寫、P0、P2、復位信號，對光耦的讀選通進行控制。
（3）模擬電路。模擬電路的RS-485總線端也用Max485譯碼表示，Max485引腳1、2、3與單片機的地線及串行線相連接。邏輯芯片與單片記得時鐘、P0、地址鎖存信號、讀寫進行信號連接。而繼電器鎖存采用MIC580ln芯片，要想將信號接入到邏輯芯片中需要將MIC580ln芯片選通、清零、數據及地址鎖存信號，也就是繼電器的寫選通要用單片機來實現，最終利用繼電器控制將軌道電路空閑及占用狀態模擬出來。
3 鐵路信號模擬調試系統軟件工作的具體流程
（1）主控電路流程。向上位機進行采集電路數目的發送及對電路數目信息進行模擬。計算機對繼電器進行控制，并進行數據發送時，主控電路會從計算機中讀取地址及數據，檢驗過后傳送到RS-485總線中。
（2）采集電路流程。其主要流程就是通過光耦將輸入數據信息進行光電隔離，然后再傳送到邏輯芯片上。采集電路從RS-485總線中讀取指令數據，當與其地址保持一致時，就會從邏輯芯片上讀取56路的數據，然后再傳回到RS-485總線中。
（3）模擬電路流程。如果C51單片機與RS-485總線地址一致時，就可以直接將數據傳送到邏輯芯片上。邏輯芯片接受完數據就會用控制信號對繼電器進行控制。
4 結束語
文章主要研制了鐵路信號模擬調試系統，對信號設備的檢測具有重要的意義，其準確性、有效性及快速性決定了其可以進行推廣應用。
參考文獻
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關鍵詞:計算機專業;電路系列課程;教學改革
我校計算機專業從1980年開始創辦,是廣西高校中最早開辦的計算機專業,經過近30年的發展,到今天已有六個相關專業,其中計算機科學與技術、信息安全、網絡工程、數字媒體四個專業開設了電路系列課程。由于我校一直秉承以電子信息產業為背景,注重寬口徑教學,培養工程應用性人才的辦學理念,對電路系列課程一直非常重視,培養的計算機專業學生不僅專業能力突出,也具有較好的軟硬件綜合能力,在用人單位中具有良好口碑,就業率穩步上升。2007年我們對計算機專業電路系列課程開始了新一輪的改革,經過兩年多的改革實踐,學生對我們的一系列教改措施如何評價,他們有何反饋性的意見,他們是否認為受益?為了從學生的角度收集各方面材料,以便為電路系列課程教學的深入改革提供更為可靠的依據,我們于2009年12月對大二、大三、大四計算機相關專業本科學生開展了問卷調查。我們隨機發放了400份調查問卷,共回收了387份,其中未答完問卷2份,有效份數為385份[1-2]。
1問卷設計
本次問卷調查的目的在于了解學生的學習方法、對電路系列課程的內容整合、教學方法手段改革后的意見反饋、學習電路系列課程的收獲等,因此問卷主要包括以下內容:
1) 學生的課程學習重視程度。了解學生用于課程理論教學和實踐教學的時間,參與輔導答疑的次數等,從而了解學生對課程的重視程度。
2) 學生對課程教學的滿意度。了解學生對課程內容的整合,實驗項目開設,教師教學方法態度等的滿意程度。
3) 學生對課程資源和學習支持服務系統的認同度。了解學生對課程教材、實驗指導書、網絡學習平臺的使用情況。
4) 學生對考核機制的認同度。了解學生對理論教學教考分離、實驗獨立考核、增加創新實踐學分等考核機制的認同度。
5) 學習電路系列課程的收獲。了解電路系列課程對學生后續專業課程的學習、自身素質、就業的影響程度。
2調查結果分析
2.1學生的課程重視程度分析
學生的學習方法和學習習慣的調查結果如表 1所示。
上表數據顯示,絕大部分學生對理論課程不作課前預習,說明大家還是習慣被動接受知識,這也是課堂互動性不能完全發揮的原因之一。對于實驗課程,大部分學生能課前預習,說明實驗課程改革有一定效果。電路系列課程的所有實驗是在我校的教學實踐部開設,我校教學實踐部的電路電子實驗中心是國家級實驗教學示范中心,有著嚴格的實驗制度,發生任何理由的遲到現象都被拒之門外。實驗改革措施之一是實驗獨立考核,獨立學分,即實驗不及格必須重修。這樣就杜絕了因實驗不及格,通過理論課程考高分將總評成績拉及格的現象。措施之二是增加實驗課時,改革實驗內容。電路與電子技術基礎(電路+模電)和數字電路與EDA的實驗都是24學時,分別是理論課時的一半。實驗內容中刪減簡單、驗證性與陳舊性的小實驗,增加系統性強的各種綜合性實驗,同時加強開放設計性實驗。措施之三是鼓勵學生參加課外科技團隊,參加各類電子設計大賽,獲得創新實踐學分。改革后,學生對實驗教學的重視程度有明顯增強,70%以上的學生會在實驗課前預習。
60%以上的學生能在課后進行復習和獨立完成作業,并查閱課外參考書。說明學生比較重視電路系列課程的學習,有較好的學習習慣。其原因也有因實驗課程的重視從而提高了理論課程的學習興趣和重視程度。參加輔導老師答疑的學生超過30%,輔導老師會每周一次在固定時間和辦公地點給學生答疑,學生在學習中所遇到的問題,會通過自己的努力來解決,也會積極詢問老師以獲得幫助。
2.2學生對課程教學的滿意度分析
課程教學的調查結果如表2所示。
在電路系列課程改革中,我們主要進行了理論課程內容的整合和調整,實驗教學體系和手段改革,加強教師教學基本功,努力提升多媒體教案質量。在理論課程改革中,首先是將電路與模電的內容合為一門課,即電路與電子技術基礎;數字電路與電子電路EDA合為一門課,即數字電路與EDA,兩門課程課時分別壓縮為48學時。其次是克服課時少,內容多的矛盾。在內容講授上突出宏觀全局,突出定性分析,由于電子設備逐漸集成化,授課時不在分立元件電路上深摳細節耗費時間,分析器件與模塊少講內部原理,主要突出外部特性,并強調模塊的應用、連接和匹配。此外在教學中從工程需要的角度去進行理論講解,再回到工程應用中,變理論的抽象性為理論的應用性[3]。
實驗教學改革在前2.1節已述。
提高教師素質的主要措施是授課效果好的老教師與青年教師結為教學對子,或老教師對青年教師至少進行教學指導一年以上。學院鼓勵教師參加一年一度的全校青年教師教學基本功大賽、教學新人競賽以及優秀任課教師評比。學生評教低于70分必須參加學校組織的教學技能培訓班。
多媒體課件的質量好壞極大地影響授課效果,授課教師積極利用專業優勢,與數字媒體專業學生經過一年多的努力,分別制作了單機版與網絡版的電路系列課程教學軟件。其中網絡版課件參加2009年度全區教學軟件比賽獲一等獎。
從調查結果看,80%左右學生認為理論和實驗教學的內容安排是合理的,對教師的上課進度和效果也比較滿意。
2.3學生對課程資源和學習支持服務系統的認同度分析
課程資源和學習支持服務系統的調查結果如表3所示。
電路系列課程中,電路與電子技術基礎為自編講義,正在試用中,數子電路與EDA是自編教材,實驗指導書是自編教材。從調查結果看,大部分學生還是非常滿意我們編寫的教材和實驗指導書。
電路系列課程網絡學習平臺包含了豐富的內容,大致包括有:1)教學大綱、教學實施方案,考試大綱;2)教材、參考教材的電子圖書、Word電子教案;3)多媒體教學課件;4)學科論壇與在線答疑;5)習題庫與試題庫。從統計結果看,課程網站的利用率還是比較高的。同時,在調查表的“有何建議”一項中,同學提出授課錄像沒有完善和部分習題、試題沒有詳細的答案,這都是需要我們完善的地方。
2.4學生對考核機制的認同度分析
考核機制的調查結果如表4所示。
理論教學“教考分離”是指理論課程的考試試卷是由教務處指定非任課教師出題,考試題按課程網站上的考試大綱并從網站中的習題與試題庫中選題。目前學校的大部分課程是任課教師自己出題,并在考前進行針對性復習,“教考分離”與之相比顯然難度要高,估計這是近一半的學生不支持“教考分離”的原因。然而“教考分離”更能體現出考試的公平公正與改革的效果,這是我們需要堅持的。
實驗獨立考核是指實驗課程的考核與理論課程的考核不掛鉤。學校也只有部分專業基礎課采用這樣的考核方式。近90%學生支持實驗獨立考核。
創新實踐學分是指參加校級和校級以上的計算機類、電子設計類等大賽并獲獎,就可以得到一定的創新實踐學分。調查發現,能獲得創新實踐學分的學生主要是高年級學生。我們考慮將數字電路與EDA課程提前開設,將單片機與嵌入式系統、微機原理和計算機控制技術的系列相關課程開設時間提前,將利于學生更好地參與電子類科技活動。
2.5學習電路系列課程的收獲
學習收獲的調查結果如表5所示。
學習電路系列課程的收獲這項調查主要是針對大三大四的學生,40%學生認為電路系列課程對計算機專業后續專業課程有一定作用,當然計算機專業的后續課程中與軟件編程相關的專業課更多,但是就業市場更需要的是有較好的軟硬件綜合能力的創新人才。從調查結果看有不少同學已經意識到加強電路系列課程學習,參與創新科技團隊,將有助于提高綜合素質,擴大就業范圍。
3結語
我校的計算機專業電路系列課程教學改革從2007年開始,迄今為止,在兩年多的時間內,我院依據專業特點,明確培養目標,從教學體系、教學內容、教學方法和手段、考核方式等方面進行了改革與探索。這次調查表明,改革增強了計算機專業學生對電路系列課程的興趣和學習重視程度,有效地提高了教學效果,同時調查也對進一步改革工作提供了啟示,我們將堅定信心,繼續努力,爭取獲得更大的改革成效。
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Investigation and Analysis of Teaching Innovation on the Electrocircuit
Curriculum of Computer Science
YANG Qing, ZHOU Ping
(Computer & Control Institute, Guilin University of Electronic Technology, Guilin 541004, China)
[關鍵詞]實驗教學；創新能力；實踐能力；研究生教育
[中圖分類號] G643 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2017）01-0168-02
研究生教育屬于國民教育序列中的高等教育，對國家創新人才培養以及提高國家科技競爭力具有決定性意義。研究生教育不僅要求學生在本門學科內掌握堅實的基礎理論和系統的專門知識，而且要求具備從事科學研究和教學工作或獨立承擔專門技術工作的能力和創新能力。因此，與本科及其之前的教育不同，研究生教育的核心是培養學生的科研能力、工程實踐能力以及創新能力。為更好地實現培養目標，提高培養質量，當前國內外很多工科類大專院校在研究生階段的課程系統中開設有實驗課程。大量的事實證明，研究生實驗能力的高低，決定其科技創新水平的高低。而創新是研究生培養質量的標志和靈魂，離開了創新，就談不上高質量高素質的研究生教育。
一、優化教學內容
“測控電路與裝置”是我院儀器科學與技術學科研究生選修課，主要介紹測控系統常用硬件電路與裝置的原理及實現技術，其完整的教學體系包括信號運算與處理電路、信號轉換與模擬電路、信號激勵與檢測電路、測控系統設計以及新型集成電路的應用等，內容涵蓋了基本的原理電路和大規模集成芯片的應用。
為了培養研究生的實驗能力，我們摒棄了傳統的以教員講授為主、學生被動接受知識為輔的教學模式，對教學內容進行優化，體現由“學科系統式”向“應用系統式”的轉變、由“微觀局布式”向“宏觀整體式”的轉變、由“面面俱到式”向“精選式”的轉變，將教學內容用若干個基礎驗證實驗、綜合設計實驗和創新型實驗貫穿起來。我們利用基礎驗證實驗培養學生掌握堅實的基礎知識，培養和激發學生創新意識，利用綜合設計實驗培養學生的知識綜合應用能力，利用創新型實驗培養學生的創新和解決實際問題的能力。
實驗內容的劃分可用圖1表示?；A驗證實驗包括：運算放大器的特性與參數、運算電路的特性與參數調整、信號變換電路的特性與調整等；綜合設計實驗包括：基本信號處理電路設計與調整、函數發生器電路設計與調整、直流穩壓電路的設計與調整、濾波電路的設計與調整等；創新性實驗包括：信號產生電路設計與應用、數據采集電路設計與應用、線性系統性能分析、CPLD和FPGA芯片的應用等實驗。實際教學過程中，這些實驗的具體內容、要求，以及使用的器件或芯片等會根據研究生的知識掌握程度和技術的發展進行更新或調整，并鼓勵研究生自主設計，自己動手，自由探索，開設創新性實驗。
二、創新教學實施方法
教學過程由基礎講授、實驗、撰寫報告、匯報交流或檢查評估等環節組成。教員在基礎內容講授的基礎上，布置實驗內容、要求及注意事項。研究生根據實驗內容和要求進行仿真實驗或實際實驗，仿真實驗利用Multisim軟件在計算機上進行，實際實驗內容利用具體的元器件和電路實驗。實驗由研究生一人一組進行，實驗完成后要寫出實驗報告并制作PPT課件，在課堂進行交流。對于綜合性和創新性實驗，還要由教員和全體學員共同評估項目的完成情況，作為課程考核平時成績的評定依據。2015年研究生“測控電路與裝置”課程教學實施計劃，我們安排了運算放大器的特性與參數、運算電路的特性與參數調整、信號變換電路的特性與調整3個基礎驗證性實驗，綜合實驗安排了RC有源濾波器設計與調整、信號處理電路調試與仿真，最后以信號產生電路的設計、仿真與調試為創新性實驗，鼓勵研究生自主設計與創新。
創新過程可能發生在設計過程，也可能發生在仿真和調試過程中。例如，在DDS仿真電路中，U1似乎是多余的，因為它沒有任何連接，而且從原理上講DDS電路也是不需要MCU的，那么U1在電路中的作用是什么呢？在進行DDS仿真實驗時，我們發現MultiSim不支持ROM的設置，即利用MultiSim無法直接設置正弦數據存儲器的值，但是研究發現，在進行MCU仿真時，MultiSim允許將程序編譯下載到MCU的外部程序存儲器，于是我們可以將整個DDS電路看作MCU的電路，并利用MCU的程序編譯過程實現對U2的加載，進而實現DDS電路的仿真。
三、完善實驗環境
培養研究生的實驗能力對教員的素質和教學的實驗條件提出了更高的要求。教員不僅要熟練掌握教學內容，還要具有豐富的相關學科知識，能正確解答研究生在實驗過程中提出的問題。同時，實驗條件也應滿足教學要求，包括虛擬仿真實驗所需的計算機和電路仿真軟件，以及實際實驗中用到的實驗平臺、儀器儀表、元件器件等。
虛擬仿真實驗利用計算機和電路仿真軟件MultiSim進行。針對實際電路實驗，我們建立了相應的實驗平臺。該實驗平臺除了可完成熱電偶、光敏電阻、霍爾器件等基本元器件測試以及基本的模擬、數字電路實驗外，還可對實驗內容三個層次完成運算放大器特性與參數調整、差動放大器性能分析、波形轉換電路實驗、信號產生電路實驗、濾波電路實驗、數據采集系統設計與分析、線性系統的頻域響應分析、典型環節時域響應分析、電工電子創新設計、機電一體化綜合創新設計以及智能飛行器創新系統設計等實驗項目。
四、構建綜合考核評價體系
實驗教學考核評價體系的構建應該將鼓勵創新放在首位?！皽y控電路與裝置”課程考核成績主要由實驗設計與操作的成績、平時成績、創新設計成績三部分構成。其中，實驗設計與操作成績包括實驗方案設計報告、實驗操作情況、實驗報告等三部分成績，主要考核研究生的工程實踐能力、團隊協作能力和創新能力；平時成績主要包括課堂專題討論情況、答疑討論情況、定期匯報報告情況等幾部分，主要考核學員的理論知識綜合應用能力和總結表達能力；設立創新設計成績，支持和鼓勵有創新意識的研究生積極進行創新實驗活動。通過這種綜合性的考核方法能夠盡可能地考核學員的各種能力，督促研究生學員有意識地加強創新實踐能力的鍛煉。
五、教學效果分析
采用實驗教學為“測控電路與裝置”課程教學帶來了生機和活力，提高了課程的教學效果和研究生的實驗能力。主要體現在：
1.實驗教學實現了以研究生為主體的良好教學環境，使研究生在主動完成實驗內容的過程中積極探索，主體意識明顯增強，學習積極性大大提高；
2.轉變了研究生的學習觀念，激發了研究生的學習主動性，提高了動手實踐能力、協調能力及解決問題和應變的能力，自我探究能力也在不斷提高；
3.在完成實驗的過程中，有很多問題需要討論和相互協作，研究生之間、教員與研究生之間溝通加強，增強了團隊的合作意識；
4.通過實驗結果的總結和討論，提高了研究生的語言和文字表達能力，最大限度地開發了研究生的獨立思考能力，提升了研究生對于科研創新的信心。
從幾年的教學效果和研究生的反饋信息來看，研究生樂意接受這種以實驗能力培養為主的教學形式，課程取得了很好的實效，同時，也為理工科課程的研究生創新實踐能力培養提供了一些有益的借鑒經驗：
首先，要加強課程體系建設，從課程體系上深化研究生實驗能力的培養。
其次，在基礎實驗的框架下，針對不同專業背景或不同知識掌握程度的研究生，制訂深度不同、程度合理的實驗內容，因材施教，讓能者在專業上得到長足發展。
另外，隨著高校實驗教學改革的深入開展，創新和改革實驗教學方式和考試方式更有待深入細致的探索和實踐，尤其需要采用多元化方式激勵研究生投入更多的創新思維到實驗設計中去，并且不斷在實踐教學中檢驗和發展改革效果與運行機制。
[ 參 考 文 獻 ]
>> Linux平臺下的ALSA聲音編程 基于Sphinx的機器人語音識別系統構建與研究 linux平臺下智能卡的支持方案 Linux平臺下的MySQL存儲管理技術研究 Linux平臺下FTP客戶端的設計思路 自主學習平臺下英語語音教學模式的構建 TensorFlow平臺下的手寫字符識別 Linux平臺下數據包過濾防火墻的研究與實踐 基于SkyEye的虛擬嵌式平臺下Linux內核移植技術的研究 Windows和Linux平臺下的腰椎治療儀實時仿真 嵌入式Linux平臺下隨機序列算法的設計 IP多播技術在Linux平臺下電子教室中的應用與研究 基于ARM11在Linux平臺下網絡通信的設計與實現 Linux系統平臺下會計軟件的發展前景展望 虛擬機linux平臺下基于Xshell的遠程登錄服務的設計與實現 在Linux平臺下基于MPI的并行PC集群搭建的實現 基于Sphinx4的語音解碼模塊設計 云服務安全平臺研究開發與語音識別應用 基于車聯網平臺下自然語音辨識系統的研發 .NET平臺下中文語音合成技術的研究與實踐 常見問題解答 當前所在位置：l。提交文件后，會產生由4個數字和后綴名組成的文件，假設其中包括的兩個文件為8521.dic字典文件和8521.lm語言模型文件即我們所需要的文件?？梢杂脙蓚€線程處理這一過程，從而提高程序的性能：一個線程用來監聽和處理語音命令，一個線程用來執行命令對應的應用程序，如圖1所示。
假設C語言源程序名為hello_ps.c則可以編寫如下的Makefile文件：
#Makefile for hello_ps.c
obj=hello_ps
modeldir=$（shell pkg-config--variable=modeldir pocketsphinx）
flags=$（shell pkg-config--cflags--libs pocketsphinx sphinxbase）
$（obj）：$（obj）.c
gcc $（obj）.c-o $（obj）-DMODELDIR=\"$（modeldir）\"$（flags）
運行make命令編譯即可產生hello_ps文件。然后運行./hello_ps-lm 8521.lm -dict 8521.dic就可以測試了。
五、結束語
本文介紹了語音識別引擎pocketsphinx在Linux環境下的應用程序編程，語音識別有著廣泛的應用。如我們常見的聲控撥號電話，語音識別鎖等等。語音識別技術是非常重要的人機交互技術，有著非常廣泛的應用領域和市場前景色。
參考文獻：
[1]Carnegie Mellon University./wiki/
[2]/wiki/%E8%AF%AD%E9%9F%B3%E8%AF%86%E5%88%AB
關鍵詞EDA技術;硬件基礎課;教學改革
中圖分類號:G642文獻標識碼:B
1引言
在計算機科學技術飛速發展的今天,EDA技術帶來了全新的硬件設計理念與結構體系,其應用領域越來越廣泛。歐美國家工科大學普遍要求計算機專業學生必須掌握一種硬件描述語言,國家教委指導委員會提議:“EDA技術是電子技術類教學改革的重要方向”。作為計算機學科的硬件基礎課程,“電路與電子學”、“數字邏輯與數字系統”的教學內容,應有意識地將EDA技術和PLD器件納為教學計劃,將EDA工具貫穿整個教學過程,這樣才能保證教學內容緊跟前沿技術的發展,有利于培養學生創新能力與綜合素質。
2重構教學內容
EDA技術分為三個層次,如圖1所示。將EDA技術引入教學內容時,必須按照此層次循序漸進,與之相應的課程體系結構如圖2所示。當完成該課程體系的學習及相關實驗后,學生應該能掌握現代計算機系統設計原理和方法,具備熟練應用相關軟硬件工具的能力。要在學時不變甚至減少的硬件基礎課教學中引入EDA技術,就必須根據專業學科的特點,在傳統內容與新技術、理論教學與課堂實踐中進行優化側重,對教學內容進行重構。
(1) 重構“電路與電子學”(大一下學期)。
計算機專業“電路與電子學”教學內容的廣度、難度可以比電子工程專業稍弱,但如果加大EDA的教學內容,則同樣可以提升學生的電路設計能力。因此,課堂教學刪除了部分傳統內容,去掉了支路電流法、回路電流法、三相電路、半導體器件導電原理、反饋的方框圖計算法;精簡了阻容耦合放大電路(包括多級放大)、小信號動態圖解法、差分電路分析等內容。
根據專業特點,相應加強了直接耦合放大電路、電流源電路和系統穩定性的教學內容。此外,增加了20學時的Multisim仿真及電路設計實驗課,學生在課余時間完成設計和仿真驗證,在有限的實驗室課時內只進行硬件的接線、調試工作,這樣既節約了課時,又提高了學生的動手能力。EDA技術與傳統硬件實驗相結合,提供了一種全新的實驗教學體系。通過訓練,學生基本掌握了設計-仿真D實際的現代模擬電路設計方法,為下一步可編程邏輯器件的學習打下基礎。
(2) 重構“數字邏輯與數字系統”(大二上學期)
隨著技術的進步,90%以上電子產品采用了數字技術,這個領域的一般教科書都因摩爾定律而縮短了它的適用期。因此,“數字邏輯與數字系統”課程必須舍棄一些陳舊內容用以講授新知識、新方法。課堂教學刪除了門電路、555電路、中規模集成芯片和觸發器的內部電路、狀態化簡、編碼技巧、異步時序、可編程器件PLA、PAL、GAL應用等內容;精簡了卡諾圖和布爾代數化簡等傳統手工設計方法。
教學中始終強調外部邏輯功能和時序特性的描述與分析,突出EDA技術和數字邏輯功能模塊的設計,增加了數字系統的設計與優化、可編程邏輯器件CPLD/FPGA的原理與應用、有限狀態機理論等內容。在教學中以邏輯代數與VHDL語言并行為基礎,依據整體“自頂向下”,細節“自底向上”的教學模式。整個課程中的用例多取自于計算機基本邏輯部件,如譯碼器、運算器、移位器、計數器,直到存儲器、控制器,最后給出數字系統的實例DCPU的邏輯構成。通過該課程的學習,初步建立了CPU的設計理念,為將來“組成原理與結構”、硬核嵌入式系統(ARM、MIPS)、軟核嵌入式系統(NiosII)的學習奠定基礎。
為鞏固基礎知識,實踐教學首先安排中小規模集成芯片的應用性實驗,而不是簡單驗證,如用三態門構成總線,用譯碼器設計端口尋址電路,用74LS163、74LS148及七段發光二極管實現計數顯示電路等。之后,安排基于EDA技術的邏輯功能模塊的設計,如用FPGA/CPLD實現譯碼器、加法器、計數器監視電路等。為進一步培養學生的實踐能力和創新能力,在大二結束的小學期里,安排有三周的課程設計,要求用EDA技術完成五個綜合性實驗,包括頻率計、電子鐘、鍵盤掃描電路、交通信號燈控制器和數字音樂播放器。實踐課都是開放式的實驗環境,可自主選擇器件,實現設計方案,改變了計算機硬件基礎課“按圖接線、查線排故、測看結果”的實驗過程。此外,嚴格的實驗驗收制度及考核標準,如考核工具是否熟練使用,設計方案是否靈活多變等,都有效減少了設計抄襲現象的發生。
3EDA教學點設置
EDA技術所涉及的內容較多,對于計算機專業的學生,學習掌握軟件工具的能力很強,EDA工具的使用只需要給學生相關內容的PPT即可,不用額外花費課時講解。但是,如何根據專業學科特點,在有限的課堂教學中將EDA技術合理切入到理論教學中,使兩者有機地融為一體卻是至關重要的。
(1)Pspice/Multisim仿真平臺切入到“電路與電子學”課程
通常,在理論教學完成一段時間后才會有相應的實驗教學,這樣導致學生當時在課堂上被激發出的興趣及靈感逐漸消退。在“電路與電子學”課堂中及時切入EDA仿真平臺,既可以增加學生對知識的感性認識,活躍課堂氣氛,又能夠將教學中的難點用直觀的圖形和曲線表述,降低教學難度,加深對理論概念的理解,起到了事半功倍的作用。在該課程中,仿真平臺的切入點有以下四處:
第一,在直流分析中通過EDA仿真平臺確定戴維南等效電路。首次介紹Pspice/Multisim時,應當讓學生對仿真軟件產生極大的興趣,可以在講仿真的前一次課中埋下伏筆,布置一道有難度的課后習題,使學生先進行分析。上課時使用EDA仿真,當瞬間分析出戴維南等效電阻和端口開路電壓時,學生們都非常驚奇。此后,當遇到難題,或對答案產生疑問時,利用EDA工具仿真就成為了習慣。當然,仿真軟件絕不能代替理論分析,要求作業中必須有分析步驟就可以保證這一點。
第二,根據我校的特色,考慮到通信系統中諧振電路的重要性,在交流分析中,仿真了諧振頻率特性曲線,幫助學生理解掌握品質因數、帶寬、諧振頻率三者之間的關系。
第三,在放大電路一章中,利用EDA仿真軟件易于改變電路參數值的特點,觀察電路在不同靜態工作點下產生的非線性失真。實踐證明,雖然教學內容精簡了小信號動態圖解法的理論分析,但學生依然能很清楚地掌握電路參數的變化對放大性能的影響。
第四,仿真RC正弦波振蕩器電路,觀察輸出由小到大起振并穩定在某一幅值的全過程,觀察反饋電阻Rf對輸出波形的影響。若Rf值稍大,電路不起振或振幅較小;Rf值稍小,則出現非線性失真。這種直觀的圖形加深了學生對信號發生電路的理解和對運放構成的非線性應用的認識。
(2)VHDL/QuartusII 切入“數字邏輯與數字系統”課程
而近年來全國工程教育認證標準發生較大的變化，電子科學與技術專業的電類課程設置，逐漸被光學類課程所取代，影響了各高校專業培養方案的制定。本文通過總結國內各高校電子科學與技術專業基礎與核心課程設置的經驗，分析本科專業對應于電子科學與技術一級學科所屬的各二級學科的基礎知識，對于將集成電路設計設置為電子科學與技術專業核心課程，來完善電子科學與技術專業課程體系設置進行了探討。
1 全國工程教育認證標準
全國工程教育認證是我國高等教育為了融入世界得到全球高等教育界的認可而開展的認證，自2007年開始試點實行。近些年來，全國工程教育認證標準已經成為各高校制定專業培養方案的導向標準。
2011年之前的標準 2011年之前的全國工程教育認證標準指出，電子科學與技術專業的本科生運用所掌握的理論知識和技能，從事信號與信息處理的新型電子、光電子和光子材料及其元器件，以及集成電路、集成電子系統和光電子系統，包括信息光電子技術和光子器件、微納電子器件、微光機電系統、大規模集成電路和電子信息系統芯片的理論、應用及設計和制造等方面的科研、技術開發、教育和管理等工作。
可以看出，2011年之前的全國工程教育認證標準對于電子科學與技術專業的知識要求非常強調電學方面的基礎知識，特別是集成電路和集成電子系統方面的知識，光學方面的知識只是作為輔助。
2012年之后的標準 2012年之后的全國工程教育認證標準指出，電子科學與技術專業包括電動力學、固體物理、微波與光導波技術、激光原理與技術等知識領域的核心內容。2012年之后的全國工程教育認證標準對于電子科學與技術專業的知識要求較以前有了大幅度的簡化，同時也可以看出，電子科學與技術專業的標準更多地強調了光學方面的知識，而減少了電學方面的知識要求，對于集成電路方面的知識沒有做具體要求，只是提出各高?？梢愿鶕约旱奶亻L設置特色課程。這個標準似乎更適合光電子科學與技術這樣的本科專業，當然目前國內并沒有光電子科學與技術這樣的本科專業，卻有光信息科學與技術和光電信息科學與工程這樣的本科專業，也就是說此要求跟光學專業的要求是比較接近且有所交叉重疊的。
2 國內高校本科專業課程設置
《電子科學與技術分教指委本科指導性專業規范》指出，電子科學與技術專業涵蓋的學科范圍廣闊，以數學和近代物理為基礎，研究電磁波、荷電粒子及中性粒子的產生、運動、變換及其不同媒質相互作用的現象、效應、機理和規律，并在此基礎上研究制造電子、光電子各種材料及元器件，以及集成電路、集成電子系統和光電子系統，并研究開發相應的設計、制造技術。
清華大學的電子科學與技術本科專業課程設置與2012年之后的全國工程教育認證標準更為接近，在對電學方面的基礎知識進行要求的同時更加強調了光學方面的基礎知識，而復旦、同濟、上海交大、浙江大學、東南大學等眾多高校的電子科學與技術本科專業更多地強調了集成電路、集成電子系統方面的知識，多數都把集成電路方面的知識作為必修的考試科目專業知識。
3 學科知識體系的對應關系
《授予博士、碩士學位和培養研究生的學科、專業目錄》中指出，工科類一級學科電子科學與技術，涵蓋了物理電子學、電路與系統、微電子與固體電子學、電磁場與微波技術等4個二級學科。電子科學與技術本科專業應該涵蓋一級學科所屬各二級學科物理電子學、電路與系統、微電子與固體電子學、電磁場與微波技術等方面的基礎知識，也就是說本科專業應該涵蓋固體物理或半導體物理、半導體器件、集成電路、電磁場等方面的基礎知識是比較合理的，這樣既有利于本科學生將來在本學科領域的繼續深造學習，也有利于適應社會需要而就業。
4 結束語
綜上所述，集成電路設計這樣的課程應該作為電子科學與技術專業核心課程進行設置，有條件的高校還可以分別設置模擬集成電路設計和數字集成電路設計這樣的課程作為專業核心課程。這樣既能滿足本科指導性專業規范的要求，也能滿足為后續碩士博士研究生階段的繼續深造打下基礎，還能適應國家大力發展集成電路設計與制造產業的要求。這樣就需要中國工程教育認證協會對全國工程教育認證的電子科學與技術專業標準做出修改，不再過多強調光學方面的基礎知識，而是更多地要求集成電路與集成電子系統方面的知識，這樣能引導國內各高?；貧w到加強電學方面的知識教育的道路上來。
在我國大力支持集成電路設計產業發展的大環境下，本文對于將集成電路設計設置為電子科學與技術專業核心課程，來完善電子科學與技術專業課程體系設置進行了探討。本文探討的內容希望能夠為全國工程教育認證電子科學與技術專業標準的設定提供參考，也可以為兄弟院校相關專業的課程設置提供借鑒。
參考文獻
[1]中國工程教育認證協會.工程教育專業認證標準（試行）[S].2011.
[2]中國工程教育認證協會.工程教育認證標準[S].2012.
關鍵詞：干擾光源；PIC16F688；施密特觸發器；時間間隔校驗算法；連續編碼濾波算法
中圖分類號：TP368.1 文獻標識碼：A文章編號：1007-9599 (2011) 12-0000-02
MCU-based Infrared Remote Control Decoding Filter Module Design
Li Yong,Guo Qinghua
(China Coal Technology&Engineering Group Corp,Chongqing Institute,Chongqing400039,China)
Abstract:In this paper,for the control of the microcontroller core,using the appropriate hardware and software filtering algorithm to filter the infrared remote control receiver output signal in real-time dynamic processing,parsing out the actual control signals and input to output is compatible with BL9149 pin.The infrared remote control decoding module that filter out the interference signal,to improve the performance against outside interference sources;while real-time control performance to requirements.
Keywords:Interference source;PIC16F688;Schmitt trigger;Interval checksum algorithm;Continuous coding filtering algorithm
一、引言
BL9148B是用作通用紅外遙控發射器的CMOS集成電路。該電路與紅外遙控解碼芯片BL9149相匹配可以完成多種功能控制。由于基于BL9148B的遙控發射器，以其體積小、重量輕、功耗低等優點在智能儀表領域、家電領域、醫學儀器領域等各種電子設備的遙控操作中得到了廣泛的使用。由于各廠家所生產的紅外遙控接收頭性能參差不齊，當環境中存在日光或燈光等包含紅外光譜段的干擾光源時，部分紅外遙控接收頭對該干擾光源非常敏感，致使BL9149在無紅外遙控發射器的控制下，使被控制的電子設備進入了遙控狀態。
為解決BL9149無濾波功能而導致的誤動作，本文以單片機為控制核心，利用相應的硬件濾波功能和軟件濾波算法對紅外遙控接收頭的輸出信號進行實時地動態處理，解析出真實的控制信號并輸入到與BL9149相兼容的輸出管腳。該紅外遙控解碼模塊即濾除了干擾信號，解決了誤動作；同時也滿足了對電子設備進行實時控制的要求。
二、紅外遙控解碼模塊的硬件設計
本文設計的紅外遙控解碼模塊系統框圖如圖1所示，采用易受干擾的VS0068紅外遙控接收頭，PIC16F688單片機、74LS04非門電路，還包括采樣指示電路、復位電路，各部分詳述如下文所述。
圖1：紅外遙控解碼模塊系統框圖
Fig1：Infrared remote control decoding module system diagram
（一）紅外遙控接收頭電路與硬件濾波電路設計
紅外遙控接收頭VS0068是將光敏二極管、放大電路和解調電路組合到一起的一體化接收頭，完成紅外遙控信號的接收、放大和解調等功能。所有紅外遙控器的輸出都是編碼后的串行數據對30~56KHZ的方波進行幅度調制而產生的?；贐L9148B的紅外遙控發射器其輸出的編碼脈沖是經過38KHZ的方波進行調制而生成。
紅外遙控接收頭VS0068將接收到的BL9148B所輸出的載波脈沖信號，經解調后輸入到NPN三極管Q1的基極，經Q1將VS0068的輸出電平轉換為TTL電平，Q1集電極的輸出RXIN即為還原后的0或1的脈沖編碼，如圖2所示。該脈沖編碼經過74LS04非門電路所組成的施密特觸發器，進行相應的脈沖消抖和波形整形。
圖4:接收頭電路與硬件濾波電路
Fig4:Receiver circuit and the hardware filter circuit
（二）采樣電路與輸出電路的設計
如圖4所示，經解調和硬件濾波處理后的脈沖編碼信號Sout，輸入到PIC16F688單片機的外部中斷引腳INT和端口PORTC的IO引腳RC3；端口PORTC的IO引腳RC0-RC2作為解碼模塊的輸出端口，為與BL9149相兼容輸出引腳順序分別表示為HP1、HP2、HP3，如圖5所示。其中RC5引腳用于驅動發光二極管LED，用于指示有效的中斷數據采集。
圖5：采樣電路與輸出電路
Fig5：Sampling circuit and output circuit
三、紅外遙控解碼模塊的軟件設計
解碼模塊軟件流程如圖6所示。首先對單片機進行初始化，包括中斷接口設置以及各重要數據變量的初始值設置；然后等待中斷程序采樣Sout口的脈沖編碼數據，通過采樣時間間隔校正算法后，將數據存入到指定的FIFO鏈表list中，同時驅動發光二極管指示有效數據已采集；主程序再對讀取的數據進行連續編碼濾波后，進入到解碼輸出濾波算法中進行解析并將有效信號輸出到輸出端口，輸出端口的高電平保持時間，根據需要可以進行相應的延時設置。
圖6：解碼模塊軟件流程
Fig6：Decoding module software process
（一）采樣時間間隔校驗算法
BL9148B的基本發送波形為12位bit，如圖7所示。每個發送周期按C1、C2、C3、H、S1、S2、D1、D2、D3、D4、D5、D6的次序串行發送，總長度為48t，其中t=0.42ms；因此針對一個bit，標注的時間周期為4t即t1=1.68ms。其中C1-C3為固定的用戶碼，一般設置為100；H、S1、S2為連續發送或單次發送設置碼，為了避免干擾，一般設置為連續發送模式，即100；D1-D6為鍵輸入碼，針對本解碼模塊，只針對D1-D3三鍵輸入進行解碼分析。
圖7：基本發送波形
Fig7：Basic sending waves
圖8：連續發送波形
Fig8：The continuous sending waves
BL9148B的連續信號發送模式的波形，如圖8所示；當按下連續鍵時，輸出碼將連續發送。在兩組信號之間停頓208t。針對一組信號，兩個基本波形之間的時間間隔為80t即t2=33.6ms。
采樣時間間隔校驗算法對每一組信號的t1時間間隔和t2時間間隔進行了嚴格的校驗。由于發送信號存在不穩定因素，采樣時間間隔校正算法設置了一定的冗余度：t1的校驗范圍設置為1.68ms±0.2ms；t2的校驗范圍設置為33.6ms±3ms。具體的采樣時間間隔校驗算法流程如圖9所示。
圖9：時間間隔校正算法
Fig9：Time-interval calibration algorithm
（二）連續編碼濾波算法
當數據存滿指定的FIFO鏈表list[4]時，設鏈表中存儲的遙控編碼數據分別為d1，d2，d3，d4。連續編碼濾波函數Fc（d1，d2，d3，d4）如式（1-1）所示。當d1，d2，d3，d4中連續的三個或四個數據均相等時，則連續編碼濾波函數Fc返回true，確認采樣的數據符合連續編碼規則；否則返回false，確認采樣的數據不符合連續編碼規則。
（1-1）
（三）解碼輸出濾波算法
本紅外解碼模塊只針對D1、D2、D3三鍵輸入有效。對當采樣的數據符合連續編碼規則后，則需對12位bit：C1、C2、C3、H、S1、S2、D1、D2、D3、D4、D5、D6進行解析。其中
C1、C2、C3、H、S1、S2必須對應為100100，然后調用解碼輸出濾波函數Fout，如式（1-2）進行解碼輸出。當D4，D5，D6均為0時，設置輸出端口HP1=D1，HP2=D2，HP3=D3；當D4，D5，D6中存在非零值，則認為采樣的數據為干擾數據，輸出端口均輸出0。
（1-2）
“電路分析”與“信號與系統”課程是兩門獨立的傳統課程，但是這兩門課程有著相同的地方，它們都是方法的研究，電路分析從電路的角度研究其中的規律，信號與系統進一步從電路的系統研究其中的分析方法，所以信號與系統是電路分析的繼續與深化。正因如此，兩門課程在具體內容上有很多重合之處。因此將兩門課程進行有機的整合，從分析方法的角度學習電路與電路的系統，從電路系統的角度學習電路的分析方法，把“電路”的內容作為“信號與系統”的基礎，把“信號與系統”的內容作為“電路”的繼續與延伸，在內容上兩者不再重復，而是基礎與深化。特別是針對計算機專業的特點，電路課程的學時少，比起電子專業要求略弱，因此更有必要將這兩門課程整合在一起，最大限度地提高課堂教學的效率。
2.當前課程改革的狀態
根據調研，西安電子科技大學教授張永瑞率先面向計算機科學與技術專業在西安電子科技大學建設了電路、信號與系統課程，并于2010年在機械工業出版社出版了《電路、信號與系統》教材。北京郵電大學“電路、信號與系統”教研室面向通信與信息管理專業出版了《電路與信號》北京市精品課程教材及其相關實驗教材，這些有益的嘗試為我院面向計算機專業整合電路、信號與系統課程，建設院平臺課“電路、信號與系統”提供了學習研究的好材料，我們將予以認真的研讀與借鑒。
3.電路、信號與系統課程大綱建設總結
電路信號與系統大綱按照電路三分之二，信號與系統三分之一分配學時，即總學時48，其中電路分析32，信號與系統16。
電路分析包含直流電路、動態電路和交流電路三部分，涵蓋了電路分析的最主要的內容。電路分析還有一塊屬于運算電路，這部分內容這次安排在“信號與系統”的連續時間信號與系統的復頻域分析之中，如此這門課程將包括電路分析的全部基本內容。電路分析部分章節還設計了電路仿真的內容及實際或工程應用的內容，教師可以指導學生作為課外了解內容完成。電路分析各章節基本均安排了實驗內容，部分章節還設計了電路仿真實驗。
信號與系統部分包括了連續系統的主要內容，即連續時間信號與系統的時域、頻域和復頻域分析。這三部分內容作為電路分析內容的延伸，與電路分析內容相輔相成，能夠較好地完成針對計算機專業的電路、信號與系統的主要內容的講解。由于學時較少，沒有安排離散時間信號與系統的分析內容，但對于計算機專業重點掌握連續時間信號與系統的分析也夠用了。
實驗部分共16學時，全部安排在電路分析部分之中，以保證學生較全面地掌握電路分析的主要內容。信號與系統部分由于學時較少，征求了一下其他教師的意見，大綱這次暫時沒有安排。實驗以硬件實驗為主，安排6次，重要內容均有實驗，要求學生全面掌握；軟件部分準備2次實驗，安排在直流電路和動態電路之中。交流部分由于學時較少，軟、硬件均未安排實驗，教師可以讓學生作為課外實踐來完成。另外，信號與系統部分的MATLAB仿真應用作為了解內容，教師可以靈活掌握。
考核：按照校教務處的要求卷面成績占總成績的50%或以上。平時成績占總成績的50%或以下。平時成績主要培養和考核學生的自主學習能力和實驗動手能力，因此自主學習考核內容包含自主學習報告、自主實驗報告、發現性學習論文等，占總成績的20%，實驗成績占總成績的20%，其他出勤、課外作業等占總成績的10%。
學時分配：下表為各部分教學內容學時分配表
4.教材建設的設想
電路分析、信號與系統兩門課整合后的課程名為“電路、信號與系統”，教材內容包含正文、實際應用或工程應用、仿真應用和實驗幾部分。
正文部分的內容主要為：第1章電路、信號與系統概論；第2章電路模型與電路定律；第3章電阻電路的等效變換；第4章電阻電路的一般分析，第5章電路定理；第6章一階動態電路的分析；第7章正弦穩態電路的分析；第8章基本交流穩態電路的分析；第9章信號與系統的基本概念；第10章連續時間信號與系統的時域分析；第11章連續時間信號與系統的頻域分析；第12章連續時間信號與系統的復頻域分析。
實際應用或工程應用部分是在重點章節中加入電路分析的應用范例。
仿真應用部分是在重點章節中加入電路仿真應用的范例。主要使用作為美國國家準工業標準的集成電路仿真軟件PSPICE,以及系統仿真軟件MATLAB,等等。
實驗部分穿插在各章之中，包括函數發生器與示波器的使用等。
5.精品課程建設的設想
電路、信號與系統這門課要想建設成為精品課程，需要在以下幾個環節上下工夫：（1）特色教材；（2）互動網站；（3）教學理念；（4）教學團隊。
課程網站作為學生課外的補充學習平臺，要起到輔助學生學習的作用，能讓學生通過瀏覽網站獲得課堂上學不到的東西，進行自主學習，從而激發學生學習興趣，提高學生的能力。除傳統的教學內容和題庫外，還應有疑難點解惑、學生自測與自動評分系統、學生在線答疑、習題解答與提示、與其他同類課程網站的鏈接，等等。
關鍵字：電路圖；分析；故障；診斷
中圖分類號：u26 文獻標識碼：a
一、案例
故障現象：一輛08年款北京現代悅動1.8gls at轎車，已行駛10萬公里，在起動時無論是否踩下加速踏板起動機能帶動發動機正常運轉，但發動機不能起動。
故障原因：進氣壓力傳感器損壞。
故障分析：發動機不能起動的原因一般為三類：①缺電，②缺油，③漏氣。
故障診斷：首先用北京現代汽車專業診斷儀檢查發動機電控系統有無故障碼，結果診斷儀界面顯示為“系統正?！保贆z查進氣管路有無不密封，重點檢查各軟管的連接處是否密封良好，曲軸箱強制通風軟管有無漏氣和破裂，未發現漏氣處。接著對發動機線路及油路進行外觀檢查，均未發現異常。
對發動機進行跳火試驗，拔下各缸點火線圈并裝上火花塞試火，發現各缸均無高壓火花，初步判定該車的無法起動故障是因點火系統故障引起的。找來北京現代悅動轎車維修手冊，查閱發動機電控系統電路圖，該車型為微機控制獨立點火系統點火觸發信號由霍爾傳感器（曲軸位置傳感器）產生。
用數字萬用表對點火線圈的供電線及搭鐵線路進行檢測，點火線圈電源端子電壓為12.5v，點火線圈供電線路正常。考慮到四組點火線圈和點火控制器同時損壞的可能性非常低，于是用數字萬用表檢測其霍爾傳感器，對霍爾傳感器的供電線路進行檢測時發現，其電壓只有0.8v，而正常值為5v。從電路圖上看出該電源線是取自發動機電腦的，看來是由于發動機電腦輸出給霍爾傳感器的參考電壓有誤，在確認電腦供電線路及搭鐵點電阻正常的情況下更換了發動機電腦。
對發動機電腦進行更換后發動機仍然無法起動，修到這里故障診斷陷入了困境，難道新換上的發動機電腦也是已經損壞的？為了驗證新換上的發動機電腦是否正常，將該電腦拆換到另一輛悅動轎車上，結果試車發動機正常起動，且工作正常，這說明發動機電腦是正常的，故障原因肯定在電路上。
再次查閱電路圖資料，在分析電路圖是發現發動機電腦提供給霍爾傳感器的5v電源線還同時給進氣壓力傳感器供電，對于該車，進氣系統采用的是maps，沒有使用mafs。于是拔下進氣壓力傳感器插頭，檢查其電源線電壓，結果顯示為5v（正常），在進氣壓力傳感器插頭斷開的情況下檢測霍爾傳感器電壓也為5v（正常），重新插回進氣壓力傳感器插頭，再次測得霍爾傳感器電源線電壓為0.8v?？磥硎沁M氣壓力傳感器有短路的現象，拔下進氣壓力傳感器插頭發動機能順利起動，插回進氣壓力傳感器插頭發動機又出現無法起動的現象。更換一個新的進氣壓力傳感器后故障排除。
故障小結：由于進氣壓力傳感器內部短路使得ecu提供給霍爾傳感器和進氣壓力傳感器的5v參考電源線搭鐵，因此，霍爾傳感器就得不到正常的電源供應，也就無法產生霍爾電壓信號，發動機電控系統因沒有點火觸發信號也就使得點火系統無法產生高壓火，發動機就不能起動了。
雖然電控系統電路的結構和工作原理復雜，但是其電路圖分析思路與普通的串并聯電路基本相同。例如：幾乎所有的汽車電工都會在大燈不亮的情況下去檢查一下喇叭或其它燈光是否正常，而不是去檢測大燈開關和大燈保險絲等，因為大家都知道這樣是在走彎路。大燈與喇叭并聯，如果喇叭能正常工作，說明故障僅僅在照明系統支路上，如果喇叭也不能工作，說明故障點在干路上。在電路圖分析過程中重點就是要把握某個干路上有哪些支路，當發現電路上的多個支路同時出現故障時，首先就要考慮到這幾個支路會不會是在同一干路上，因為這部分干路出現故障使得其同一條線路上的所有支路都不能工作。
上述故障是由于進氣壓力傳感器損壞引起的，在故障檢修過程中走了不少彎路。之所以走了彎路是因為在故障檢修過程中沒有深入的分析電路圖，沒有充分的運用好電路圖這個重要的“工具”。
二、結論
了解和掌
汽車電路圖的表達方法是進行汽車電路圖識讀的基礎，由于各國廠商在有關汽車電路圖繪制的技術標準、文字標注上的差別，使得各國汽車廠在電路圖的繪制、連接關系的表達、表示符號和文字標注等方面不盡相同，特別是各種進口汽車（含合資品牌車型）的一些圖形符號還很不一致，給電路圖讀者帶來很多不便，但汽車電氣和電控系統基本原理是相通的。而且，識讀汽車汽車電路圖是有規律可循的，讀電路圖時存在一些通用的技巧和經驗。
回路分析時，根據各部件的連接點，順著系統電路圖進行走圖，其電路途徑為：電源用電設備搭鐵回路。應先找出各系統的電源輸出端及公共接地線。電源線的交接點。是本系統并聯入電路的接點，進入開關的導線。必須注意開關在不同位置的通斷狀態以及輸出導線的去向。各用電裝置與電源之間必須構成回路，各用電裝置之間不能相互牽制。
在汽車電路圖的識讀過程中分以下四個步驟：①讀懂汽車電路圖中的圖形符號及文字符號，了解電路全貌。②根據系統電路特點，找出電路的各組成系統。③根據各部件的連接點，分析單個系統的電流回路。④分析各個系統電流回路之間的相互聯系。尤其是第四步，是電路綜合故障診斷過程中的關鍵環節。
在電控系統電路圖分析當中不能局限于分析單個回路或者局部電路，在電控系統綜合故障診斷中，將電路圖分解成單個回路去看是沒有太大意義的，在分析某部分電路時要考慮到與之串聯或并聯的的電路對其產生的影響。例如，自診斷系統報出多個傳感器或執行器的故障碼時，應將這些故障碼結合電控系統電路圖進行分析，如果這些元件都在同一個電源回路或同一個搭鐵回路上，那故障點就一定在這部分的主電源線或主搭鐵線上。
總之，在電控系統電路出現故障是應把電路圖分析作為最重要的環節，在電路圖分析當中應重點考慮與其串聯或并聯的回路對工作異常部分電路的影響。
參考文獻
[1]何琨.發動機電控系統檢修[m].北京：清華大學出版社，2012.
關鍵詞：FPGA；溫控；NiosⅡ；PID
中圖分類號：TH789文獻標識碼：A文章編號：1007-9599 （2011） 06-0000-01
Temperature Control Design of High and Low Temperature Test Box Based on NiosⅡ
Lin Hui,Liu Xianqiang,Yu Lingfeng
(School of Optoelectronic Information,University of Electronic Science&Technology,Chengdu610054,China)
Abstract:This paper provides a temperature control method for high-low test box based on the FPGA of NiosⅡ platform.This system who is high accuracy,high reliability,flexible programming,easy upgrades and stability,is mainly designed by using NiosⅡembedded processor,PID and PLL technology.
Keywords:FPGA;Temperature control;NiosⅡ;PID
高低溫試驗箱常用于工業產品高、低溫的可靠性試驗，也是軍品必備的常規實驗平臺。但國內的高低溫試驗箱有價格昂貴，尤其是高精度控制的試驗箱更是價格不菲，而且穩定性差等缺點。為了克服這些缺陷，本設計使用了Altera公司的CycloneⅡ的EP2C35系列器件作為硬件開發平臺，對溫控系統采用增量式數字PID控制算法進行處理，提高了運算速度和回路的調節時間，從而提高高低溫實驗箱的精度和實時性。
一、系統整體設計
系統的整體設計主要包括兩部分：硬件部分和軟件部分。硬件部分主要是由鍵盤、LCD、AD、輸出電路、傳感器和電源模塊組成。軟件部分主要是實現PLL分頻、PID算法以及PWM波形的產生等。如下圖1所示。
（一）系統硬件的設計
選用Altera公司的EP2C35系列器件作為開發核心器件，采用SOPC技術通過在FPGA中植入嵌入式系統處理器NiosⅡ作為核心控制電路，利用FPGA中的可編程邏輯資源和IP軟核來構成該嵌入式系統處理器的用戶接口模塊，借助于Avalon總線，實現對鍵盤的輸入、SDRAM的程序運行、Flash的程序存儲、LCD的顯示和AD轉換器反饋信號的采集等硬件的控制，從而實現溫度的調節和設定。
（二）系統軟件的設計
軟件部分主要是利用FPGA的可編程能力實現對溫度調節中采集到的信號進行處理。
1.PID算法的實現
本設計采用增量式數字PID控制算法，其算法流程圖如下圖2所示。
其中，R（k）為給定值，C（k）為實際輸出值，E（k）為控制器PID的輸入，在實際編程時 可預先算出，存入預先固定的單元，設初值E（k-1）和E（k-2）為0。
2.PWM波形的實現
PWM是利用數字輸出對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術，基于FPGA實現的PWM控制器具有結構簡單、控制精度高、開關頻率可調、接口簡單、響應速度快、可現場編程等特點。其主要的Verilog程序如下：
always@（poscdge clk8s or posedge clk30ms）begin
if（clk8s）count
elsecount
end
assign pwm_out=（count
3.PLL分頻
在SOPC Builder中設計一個NiosⅡ軟核，處理器的頻率設定為100MHz，而系統的晶振頻率為50MHz，所以這里需要一個PLL倍頻作用來滿足NiosⅡ軟核對頻率的需要，并為SDROM提供100MHz的時鐘，還為NiosⅡ和PWM等提供定時采樣信號所需的時鐘。PLL的設計使用QuartusⅡ軟件自帶的LPM來直接實現
二、結束語
本設計通過對NiosⅡ的軟硬件調試以及板級仿真，實現了對溫度的精確、實時控制，滿足設計的初期要求，具有較強的實用性。
參考文獻：
[1]翟堯杰.嵌入式PID神經網絡調節器的研究[D].廣東:廣州大學,2010
[2]夏宇聞.Verilog數字系統設計教程[M].北京:北京航空航天大學出版社,2005
