時間：2022-11-20 03:54:14
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篇數字電路設計論文，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。
論文摘要：結合高職院校數字電路實驗教學現狀，以培養學生的電子設計能力、實踐能力與創新能力為目標，對數字電路設計性實驗進行了研究，提出了構建實驗課程體系、加強實驗教師隊伍建設、完善實驗考核機制等措施，取得了良好的教學效果。
隨著高職院校實驗教學改革的深人，實驗教學已成為高職院校教學工作的重要組成部分。實驗教學已從過去單純的驗證性實驗逐步深人到綜合性、設計性實驗，從利用實驗來加深對已學理論知識的理解，深人到將實驗作為學生學習新知識、新技術、新器件，培養學生實踐能力、創新能力的重要目的仁‘〕。
1高職院校實驗教學存在的問題
數字電路實驗是高職院校電子信息類、機電類專業必修的實踐性技術基礎課程，對培養學生的綜合素質、創新能力具有重要的地位。在傳統的實驗教學中，數字電路實驗教學多以驗證性實驗為主，并按實驗指導書的實驗步驟去完成實驗，這種實驗教學模式禁錮了學生的創新思維，失去了“實驗”真正的含義，培養出來的學生實踐技能差，無法達到高職教育人才培養的要求〔2)0
2開設數字電路設計性實驗采取的措施
通過多年來的實驗教學改革實踐，證明了開設設計性實驗有利于鞏固課堂所學的理論知識;有利于提高學生電子系統設計能力、綜合素質、創新能力[’]。2005年我校電子技術實驗教學中心(以下簡稱中心)以“加強基礎訓練，培養能力，注重創新”為指導思想，在面向各類專業的數字電路實驗教學中，開設了以學生為主、教師為輔的數字電路設計性實驗教學，取得了良好的教學效果。
2. 1構建實驗教學課程體系
數字電路設計性實驗是一種較高層次的實驗教學，是結合數字電路課程和其它學科知識進行電路設計，培養學生電子系統設計能力、創新能力的有效途徑，具有綜合性、創新性及探索性[[4]。數字電路設計性實驗是學生根據教師給定的實驗任務和實驗條件，自行查閱文獻、設計方案、電路安裝等，激發學生的創新思維。設計性實驗的實施過程，如圖1所示。
為了提高學生的電子設計能力和創新能力，中心根據高職教育教學特點與規律，構建了基礎型、提高型、創新型三個遞進層次的數字電路設計性實驗課程體系。三個實訓模塊的內容堅持以“加強基礎型設計性實驗，培養學生的電子設計能力、創新意識”為主線，由單元電路設計到系統電路設計，循序漸進，三年不斷線，為不同基礎、不同層次的學生逐步提高電子設計能力、創新能力的空間，如圖2所示。
基礎型設計性實驗是課程中所安排的教學實驗，學生在完成了驗證性、綜合性實驗以后，具有了一定的實驗技能，結合數字電路的基本原理設計一些比較簡單的單元電路，學生按照教師給出的實驗要求根據實驗室所擁有的儀器設備、元器件，從實驗原理來確定實驗方法、設計實驗電路等，且在規定的實驗學時內完成實驗。如表1所示。這一階段主要是讓學生熟悉門電路邏輯功能及應用，掌握組合邏輯電路、時序電路的設計方法，培養學生的設計意識、查閱文獻等能力。
提高型設計性實驗對高職院校來說，可認為是數字電路課程設計。它體現了學生對綜合知識的掌握和運用，課題內容是運用多門課程的知識及實驗技能來設計比較復雜的系統電路，如表2所示。整個教學過程可分10單元，每個單元為4學時，每小組為一個課題。學生根據教師提供的設計題目確定課題，查閱文獻、設計電路、電路仿真、電路安裝調試、撰寫課程設計報告等，完成從電路設計到制作、成品的全部實踐過程。通過這一階段的訓練，學生的軟硬件設計能力進一步提高，報告撰寫趨于成熟，善于接受新器件，團隊協作趨于成熟。
創新型設計性實驗主要為理論基礎知識扎實、實驗技能熟練的優秀學生選做，為“開放式”教學，實驗內容主要是結合專業的科研項目、工程實際及全國或省級電子設計競賽的課題。通過創新型設計性實驗，強化學生電子系統設計能力，充分發揮學生的潛能，全面提高學生的電子系統設計能力、創新能力，為參加大學生電子設計競賽奠定堅實的基礎。
數字電路設計性實驗課程體系將數字電路基本原理、模擬電路、eda技術等多門課程知識點融合在一起，從單元電路設計到系統電路設計，深化了“系統”概念的意識。在每一輪設計性實驗結束后進行總結，開展學生問卷調查，對設計性實驗的教學方法、手段等進行全面評估，從而了解設計性實驗教學的效果。在實驗過程中，實驗教師鼓勵學生從不同角度去分析，大膽創新，設計不同的方案。
2. 2加強實驗教師隊伍的建設
近年來，中心依托省級精品課程“數字電路與邏輯設計基礎”、省級應用電子技術精品專業建設，合理規劃，制定了實驗教師隊伍培養計劃;專業教師定期到企業培訓;專職實驗教師參加實驗教學改革研討和對新知識、新技術的培訓;同時制定優惠政策，吸引企業中具有豐富實踐經驗的工程師、技師到實訓基地擔任實驗教師tb}，形成一支能培養高素質技能型人才、能跟蹤電子信息技術發展、勇于創新并積極承擔教學改革項目的專兼職結合的實驗教師隊伍，實現了實驗教師隊伍的整體優化。
2. 3開放實驗室
為了保證設計性實驗教學的有效實施，中心實行時間和內容兩方面開放的教學方法。學生除了要完成教學計劃內指定實驗外，還可以根據自己的專業和興趣，選擇規定以外的實驗項目。為了提高設計性實驗的教學效果，學校制定了系列激勵政策，調動了實驗教師及學生的積極性。
2. 4建設創新實訓室
為了培養學生的電子設計能力、創新能力，給優秀學生營造良好的自主學習環境，提供展現創新設計的舞臺，中心先后投人了30多萬元，更新了實驗儀器設備，建設了一個軟件環境優良、硬件條件先進的創新實訓室。該實訓室配置了計算機、函數信號發生器、頻率計、掃頻儀、數字存儲示波器、單片機系統設計實驗開發系統、打孔機、制版機等儀器設備〔7〕。
2. 5完善實驗考核機制
對于數字電路設計性實驗的考核，不能僅靠一份實驗報告或作品來評定成績，要關注設計方案的可行性、實驗過程中學生的操作能力、創新能力等方面。如以100分計，分別從實驗設計方案(20分)、實驗方案的實施和完善(40分)、設計的創新性(20分)、實驗報告或論文、成品(20分)幾個環節來評定學生的實驗成績。為了激勵優秀學生，激發創新欲望，中心建立了“創新設計性實驗優秀論文、作品評獎制度”，對經專業教師評審選出的優秀論文、創新作品的學生給予表彰、獎勵。
針對硬件課程實踐環節在提高學生解決實際問題能力上效果不理想、課程之間銜接不好等問題，基于CDIO工程教育理念，結合“try”教學方法，基于數字電路設計課程的實踐環節，提出一種新的教學模式。
關鍵詞：
CDIO；教學模式；實踐環節；課程銜接
由麻省理工學院等4所大學創立的CDIO工程教育理念，是繼承和發展歐美工程教育改革的一種新的教育理念。該理念包括12條標準，涵蓋了具有可操作性的能力培養、全面實施以及檢驗測評。它以產品研發到運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式來學習工程的理論、技術與經驗[1-2]。數字電路設計是計算機組成原理、接口與通信以及嵌入式類課程的先修課程。如果在數字電路設計的教學中沒有考慮好與后續課程在理論教學與實踐教學內容上的銜接，則容易導致學生在后繼課程的學習中遇到困難[3]。
1數字電路設計課程實踐環節的教學條件和教學現狀
（1）社會對軟件人才的需求量遠大于對硬件人才的需求量，學生出于就業考慮，容易形成重軟件輕硬件的觀念。（2）硬件課程入門較難，實踐環節大都是驗證性的，缺乏探索性，不利于培養學生解決實際問題的能力，從而打擊了學生學習硬件課程的積極性，導致學生形成“好軟怕硬”的思想。（3）傳統教學模式是教師課堂講授，適當結合驗證性實驗，不能激發學生的學習積極性。學生學完理論、做完實驗后，仍然缺乏解決實際問題的綜合能力、工程實踐能力及創新能力[4]。傳統教學模式的弊端導致在與計算機組成原理等后繼課程的銜接中，學生不能從系統的高度認識數字邏輯[3-5]。（4）計算機學院開設的數字電路設計和計算機組成原理等課程，采用同一套實驗設備，在一定程度上能讓學生的學習具有連續性。（5）自創的“try”教學方法可適用于數字電路設計課程及實踐環節的教學[6-8]，但由于算機組成原理和數字電路設計兩門課程的內容和要求不同，“try”教學方法在應用于后者時，應有所調整。
2數字電路設計課程實踐環節改革方案
2.1實踐環節的層次設計為了獲得更好的教學效果，教師探索了各種方法，其中有案例法、項目驅動法、任務驅動法等[9-12]。從實驗室建設、實驗手法、課程整合等不同角度來提高實踐環節質量[13-14]也能夠有效提高教學效果。比較上述方法后，考慮與后續課程的銜接等因素，根據CDIO標準3、5、7的要求，結合自創的“try”教學方法，我們將數字電路設計課程的實踐環節分成兩個層次，從最簡單的門級電路編程開始，難度由低到高、循序漸進，最終讓學生完成源于實際案例的綜合實驗，初步具備實際工程能力。表1從實驗項目設計、教學方法等7方面對基本實驗和綜合實驗進行了對比。在教學中，學生學習的主要障礙不是掌握理論方法，而是缺乏理論知識和實踐問題認知的溝通[11]。因此，我們在理論教材中選擇15個知識點，設計成相關的任務和實驗內容，如全加器、表決器等，采用“try”教學方法并結合任務驅動法，鼓勵學生多動手多嘗試，通過任務、查資料、仿真、實物驗證、教師驗收、撰寫實驗報告和總結這7個步驟完成對15個理論知識點的學習。為了進一步提高學生的實際工程能力，基于科研項目，貼近實際生活，我們編寫了自動售貨機、出租車計費器、電梯控制器等6個綜合實驗。實驗采用分組方式，每組學生自行選擇一個題目，在規定時間內完成該綜合實驗。綜合實驗的教學過程一般包括：教師項目及要求、學生分組并認領項目、組內分工、查資料、設計方案、論證可行性、學生在宿舍仿真、學生在實驗室的硬件開發板上實物驗證、教師驗收、提交實驗報告、實驗答辯、成績評定等13個環節。教師在項目要求的時候，只給出最基本的要求，學生在設計的過程中可以自行擴充，也就是說，同一個綜合實驗題目，其設計可繁可簡，不同學生設計的電路可能會不一樣。
2.2實踐環節評價體系的構建根據CDIO標準11，構建了實踐環節的評價體系。
2.2.1基本實驗評價方法基本實驗評價指標是：①時限；②工作量；③完成質量；④驗收程序；⑤實驗報告。其中①、②、④、⑤考核了學生的個人能力和表達能力，指標③、④、⑤考核了學生的專業知識、建造產品和系統的能力。對這5項指標加權平均得到該基本實驗項目分數，如式1所示，其中Sj表示某個基本實驗的得分，Ki表示某個考查指標的系數，Mi表示在某個考查指標上的得分。由15個基本實驗的得分累加后除以15，得到基本實驗項目的總得分，如式2所示，其中BS表示基本實驗的總得分，Sj表示某一個基本實驗的得分。
2.2.2綜合實驗評價方法綜合實驗評價指標是：①時限；②查資料的能力；③實驗方案；④創新性；⑤設計說明書；⑥完成質量；⑦團隊合作能力；⑧工作量；⑨驗收；⑩實驗報告；實驗答辯。其中①、②、⑤、⑦、⑧、⑨、⑩、項考核了學生的個人自身能力、探究能力、團隊合作能力和表達能力，指標③、④、⑤、⑥、⑨、⑩、考核了學生的專業知識、建造產品和系統的能力。修改式1可對這11項指標的得分加權平均，從而得到綜合實驗的分數。
2.2.3實踐環節最終成績評定辦法及選優措施實踐環節總評成績由基本實驗成績和綜合實驗成績兩部分加權平均得到,從工作量及投入時間方面考慮，一般建議兩者各占50%。綜合實驗結束后，根據學生在實踐環節的學習情況和成績，特別是綜合實驗中的表現，向各相關學科實驗室推薦優秀本科生，使他們有機會加入科研項目組，參與教師的科研工作。
3實施效果及分析
為檢驗課改成果，我們設計了一套課程評價系統，包括一套具有反向題的學生調查問卷、學評教的數據、學生的理論課成績單、實踐環節成績單、一套后繼課程教師評價學生掌握先修課程知識的調查問卷、一套學生所在學科實驗室評價該生的調查問卷等。評價系統還包括對這些數據的統計和分析。統計數據顯示，在CDIO模式基本實驗和綜合實驗實驗項目設計上，學生滿意度達到81.6%，在教學內容、教學方法、實驗環節考核方法等方面，學生滿意度達到97.4%，比傳統模式提高了20幾個百分點。這些數據表明，新教學模式比傳統模式更能激發學生的實驗興趣，促進他們較大幅度地提高項目設計能力、動手編程能力、團隊合作能力。我們將2013級計算機科學與技術專業的學生分成兩組，采用相同的教學資源和不同的教學方式分別授課，一組采用新模式教學，另一組采用傳統模式教學。經過一個學期的學習，2015年1月數字電路設計課程理論考試中，在試卷相同的情況下，新模式組成績優良率達到52.9%，比傳統模式組高24個百分點；新模式組不及格率為15.7%，比傳統模式組低15個百分點；新模式組平均卷面成績為78分，比傳統模式組高6.1分。由此可知，基于新標準并結合“try”方法的新教學模式能夠提高實踐環節的教學質量，切實促進學生深入理解理論課的相關知識點，有助于學生更好地完成課程銜接，為學生后繼課程的學習打下堅實的基礎。追蹤這些學生后繼課程的學習情況，統計2015年6月計算機組成原理課程設計期末考試成績后發現：原新模式組優良率達到80.3%，比傳統模式組高25個百分點；原新模式組不及格率為0，比傳統模式組低21個百分點。計算機組成原理課程理論考試中，原新模式組平均卷面成績為68分，比傳統模式組高5分；原新模式組不及格率為17.4%，比傳統模式組低5個百分點。此數據表明，數字電路設計課程實踐環節采用新教學模式教學有助于學生對后繼課程的學習，特別是實踐環節成績有了大幅提升，不及格率也明顯下降。
4結語
新教學模式基于CDIO理論，結合“try”教學理念，將數字電路設計課程實踐環節分為基礎實驗和綜合實驗兩個層次,并包含了配套的成績評定方法和課程評價系統。實踐證明，新教學模式能夠更好地促進課程銜接，有利于培養學生自主學習、主動探索的精神和能力，培養學生的工程實踐能力、溝通交流能力及團隊協作能力。改革的下一步，是根據每一門課的特點，把基于CDIO理念的教學模式推廣到課程群其他課程的教學中去，以期從課程層次化、課程間網絡化等多角度、多層面地把學生培養成為優秀的工程技術人才。
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高等教育的任務是培養具有創新精神和實踐能力的高級專門人才。隨著高等教育發展和社會需求的變化，培養大學生的實踐經驗和創新能力變得更加重要。對于電子專業的大學生來說，僅有理論知識是遠遠不夠的，必須把理論和實際結合起來，將理論轉變成應用于實際的技能，具備工程實踐能力和創新精神，才能更好地服務于社會。
全國大學生電子設計競賽由教育部高等教育司和信息產業部人事司主辦。競賽要求參賽者在規定的4天時間里，在競賽組委會派出的專家全程監控下，3人一組完成題目選擇、方案論證、電路設計、電路安裝、軟件設計、系統調試和論文寫作等一系列工作。全國大學生電子設計競賽試題實用性強、綜合性強、技術水平發揮余地大。所涉及的電子信息類專業的課程包括電路分析、高頻電路、數字電路、模擬電路、單片機原理、EDA、電子測量等；實踐性教學環節包括電子線路實驗課、單片機原理實驗課、課程設計和生產實習等；可選用的器件包括分立元件、集成電路、可編程邏輯器件和單片機等；設計手段可以采用傳統的，也可以采用現代電子設計工具，如Pspice輔助分析和CPLD在系統可編程。電子設計競賽試題既反映了電子技術發展的先進水平，又引導高校在教學改革中應注重培養學生的工程實踐能力和創新設計能力。
一、課程體系改革
課堂教學和實驗教學是相輔相成的，是學生學習與掌握知識的重要手段。學生在大學期間的學習，是一個認識、實踐、再認識、再實踐的過程。就認識而言，可以在課堂上認識，也可以在實驗室里認識；而就實踐而言，也同樣可以在課堂上實踐。主課程設置上可作如下安排：（1）一年級下學期開設《電路分析》課程并安排實驗課，讓學生掌握基本的分析電路和設計電路的知識；（2）二年級上學期開設《電子技術基礎》課程并安排實驗課，在學期末進行兩周的電子技術基礎課程設計，讓學生掌握模擬電路和數字電路的分析和設計知識，鍛煉工程實踐能力，使學生對電子專業產生濃厚的興趣；（3）二年級下學期開設《高頻電路》《EDA》和《電子電路設計（Protel）》課程并安排實驗，培養學生利用計算機設計電路的能力；（4）三年級上學期開設《單片機原理與接口技術》和《傳感器原理與應用》兩門課程并安排實驗，在學期末進行兩周的單片機課程設計，讓學生制作一個簡單實用的電子產品，充分調動學生的積極性，在設計過程中初步掌握程序編制及單片機電路的設計方法，了解電子產品的開發過程；（5）三年級下學期開設《電子測量》和《單片機應用設計》選修課，以單片機為控制核心并結合數字電路和模擬電路設計多個電子產品，使學生熟練掌握程序編制及單片機電路設計方法，熟練掌握各種儀器的使用方法，初步具備獨立開發電子產品的能力，為電子設計競賽培養后備人才。
大學生電子設計競賽分為全國性比賽和省級比賽，都是每兩年舉辦一次，單數年份為全國性比賽，雙數年份為省級比賽，通常在九月初舉行。參加競賽的同學主要為大三的學生，參賽前已系統地完成電子線路理論課和實驗課的學習，并掌握了一部分單片機和大規模可編程邏輯器件應用的知識，具有一定的理論基礎和動手能力。但是，由于所學各門課程比較獨立，同學們普遍缺乏解決實際工程問題和設計制作較大規模應用電路的工作經驗。因此，在電子設計競賽前的暑假，需要對參賽隊員進行培訓。由于學生已經在《單片機應用設計》選修課中得到鍛煉，培訓可以在此基礎上進行。重點提高學生分析和解決問題的能力、設計制作較大規模應用電路的工作經驗和多學科知識的綜合應用能力。在培訓過程中仿照競賽要求將同學分組，從較簡單的應用電路開始，要求每組學生完成數個難度遞增的實驗電路設計、制作與調試，并寫出詳細總結報告。在制作每個電路的訓練過程中，鼓勵學生用不同的方案實現，培養學生的創新能力。
二、師資隊伍建設
現行教育體制目前還存在一些問題，重知識傳授而輕素質與能力的培養，重理論研究而輕實踐環節的訓練，重對傳統的繼承而輕對現狀的突破和創新。認為實驗課只是一個輔助環節，實驗課的老師可以隨意配備，任課老師只要會示波器、信號源和穩壓電源等簡單儀表的使用就可勝任實驗課的教學任務，這種觀點是片面的。實驗課不單純是讓學生學會儀表的使用，學會測量幾個實驗數據，更重要的是要幫助他們樹立一種系統觀念、培養他們系統分析問題、解決問題的能力，提高工程實踐能力和培養創新精神。這些不僅要求任課老師有深厚的理論基礎，而且還要有較高的業務能力。為此，實驗課應該配備一支綜合素質高、業務能力強的實驗教師隊伍。我國現行高等院校大部分實驗教師是青年教師，他們理論基礎較好，但實踐經驗缺乏。為了提高教學效果，一方面他們可以向有經驗的老教師學習；另一方面，可以到電子企業考察學習，從實際的工作中獲取實踐經驗。
三、培養學生創新能力
高等教育應牢牢把握創新的基本原則，把創新貫徹到人才培養方案的全過程，培養學生的創新意識、創新精神與創新能力。這里所說的“創新”是指技術、工藝流程的應用創新和解決現實問題的實用性創新，而非理論創新。
傳統的電子技術實驗教學一般根據基礎理論的進程，分為電工基礎實驗、電子線路實驗與綜合系統實驗三個層次，這種層次符合人的認知過程。但在每個層次的實驗內容及實驗方法上存在著內容陳舊、形式呆板和方法單一等問題。如授課模式基本是沿襲老一套的方式：實驗目的、實驗原理、實驗方法與步驟和實驗注意事項等等。實驗內容過于緊貼理論教材，驗證性實驗居多。為了培養創新型的人才，適應社會發展的要求，對傳統的授課內容和模式做出了調整。實驗內容在保持驗證性實驗的同時增加一定數量的綜合性和設計性實驗，使實驗內容多樣化，培養學生的興趣和激發他們的積極性。實驗模式從集中固定的實驗課向開放式模式轉變。實驗室全天向學生開放，實驗教師和一部分實踐能力強的理論授課教師都參與實驗指導。非課余時間學生可提前向實驗教師預約實習時間和場所，而課余時間隨時可以到實驗室做試驗。將原來的固定實驗時間的方式轉變為自行預約實驗時間的方式。一方面，可以緩解實驗室的壓力，使實驗設備更加有效利用；另一方面，可以緩解指導教師的工作壓力，指導效果更好。這樣，學生可以完成基本的實驗課程，并且能夠進行課外的科技活動，提高了實踐經驗和創新能力。
論文摘 要：針對目前“數字邏輯”課程教學中存在的問題，在分析“數字邏輯”課程的特點、教學現狀和pbl教學模式內涵的基礎上，文章提出將pbl教學方法應用于“數字邏輯”教學過程中的觀點，并提出“2+2”教學方案。教學實踐表明，將pbl教學模式應用于數字邏輯課程中，提高了學生學習的積極性和主動性，使他們進一步加深了對數字邏輯的原理、知識、概念的理解，為后續課程的學習奠定了堅實的基礎。
“數字邏輯”課程是理工類專業的技術基礎課，從計算機的層次結構上講，“數字邏輯”是深入了解計算機“內核”的一門最關鍵的基礎課程，同時也是一門實踐性很強的課程[1]。其任務是使學生掌握數字邏輯與系統的工作原理和分析方法，能對主要的邏輯部件進行分析和設計，學會使用標準的集成電路和高密度可編程邏輯器件，掌握數字系統的基本設計方法，為進一步學習各種超大規模數字集成電路的系統設計打下基礎。
pbl全稱為problem—based learning，被翻譯成“基于問題學習”或“問題式學習”。其基本思路是以問題為基礎來展開學習和教學過程[2]。pbl教學法是以問題為基礎，以學生為主體，以小組討論形式，在老師的參與和指導下，圍繞某一具體問題開展研究和學習的過程，培養學生獨立思考能力[3]。如今pbl教學已經成為美國教育中最重要和最有影響力的教學方法。
1 研究背景
1.1 數字邏輯課程的內容及其教學中存在的問題
數字邏輯課程的主要內容包括數字邏輯基礎和數字電路兩個部分，在學習過程中學生應把握好這兩條貫穿整個課程的主線。數字邏輯基礎是研究數字電
路的數學基礎，教師在教學中應使學生明確數字電路中邏輯變量的概念，掌握邏輯代數(布爾代數)的基本運算公式、定理，能夠熟練對邏輯函數進行化簡。數字電路是解決邏輯問題的硬件電路，包括組合邏輯電路和時序邏輯電路兩種基本形式。對于每一種電路形式，教師應指導學生從基本單元電路入手，熟悉其常用中規模集成電路的原理及使用方法，掌握數字電路(組合和時序電路)的分析和設計方法，并了解數字系統的現代設計方法。
我們根據教學內容，總結數字邏輯課程具有以下幾個特點：
1) 數字邏輯課程是一門既抽象又具體的課程。在邏輯問題的提取和描述方面是抽象的，而在邏輯問題的實現上是具體的。因此，學習中既要務虛，又要務實。
2) 理論知識與實際應用緊密結合。該課程各部分知識與實際應用直接相關，學習中必須將理論知識與實際問題聯系起來，真正培養解決實際問題的能力。
3) 邏輯設計方法靈活。許多問題的處理沒有固定的方法和步驟，很大程度上取決于操作者的邏輯思維推理能力、知識廣度和深度、以及解決實際問題的能力。換而言之，邏輯電路的分析與設計具有較大的彈性和可塑性。
基金項目：黑龍江省智能教育與信息工程重點實驗室項目；黑龍江省計算機應用技術重點學科(081203)；黑龍江省教育廳科學研究項目(11551125)。
作者簡介：季偉東，男，講師，研究方向為計算機教學、并行計算。
筆者發現在實際教學過程中存在以下一些問題。
1) 在教學方式上，很多教師仍然在以“滿堂灌”的教學方式為主，整堂課以教師為中心，教師將書本上現成的內容、公式、定理、結論講授給學生，這使學生不能主動地去思考和探索，只能機械地記憶若干公式定理結論，長期下去會使學生失去學習興趣。
2) 在實驗實踐環節上，一些教師側重理論知識的講授，忽視實驗實踐環節，致使學生在面對具體應用問題時手忙腳亂，不知道如何運用所學的知識去解決問題。在實驗方案的選擇上，一些教師以傳統實驗為主，擴展性不足，使學生無法與實際工程項目接軌，不能很好地解決實際問題。
1.2 pbl教學的內涵
在傳統教學中，我們習慣于把知識的獲得和應用看成是教學中兩個獨立的階段。實際上，知識的應用并不是知識的套用，在應用知識解決有關問題的過程中，學習者常常需要針對當前的具體問題進行具體分析，在原有知識的基礎上建構出解決當前問題的方案。因此，應用知識解決問題的過程同樣是一個建構過程，在解決問題的過程中，學習者需要對問題背后所隱含的基本關系、基本規律做思考、分析、考察，從而建構起相應的知識。
以問題為導向的教學方法(pbl)是基于現實世界的以學生為中心的教育方式，與傳統的以學科為基礎的教學法有很大不同，pbl 強調以學生的主動學習為主，而不是傳統教學中的以教師講授為主；pbl 將學習與更大的任務或問題掛鉤，使學習者投入于問題中；它設計真實性任務，強調把學習設置到復雜的、有意義的問題情景中，通過學習者的自主探究和合作來解決問題，從而學習隱含在問題背后的科學知識，形成解決問題的技能和自主學習的能力，真正提高學習者分析問題、解決問題的能力。
當今的建構主義者越來越重視問題在學習中的作用，以問題為中心，以問題為基礎，讓學生通過解決問題來學習，通過高水平的思維來學習，這是當今教學改革的重要思路。
2 pbl教學模式在數字邏輯課程中的應用
2.1 教材選擇
針對pbl教學法，根據計算機工程專業的特點，筆者選擇由歐陽星明主編、華中科技大學出版社出版的《數字邏輯》(第四版)作為基礎教材，由歐陽星明主編、人民郵電出版社出版的《數字電路邏輯設計》作為參考教材。選擇教材的目的是理論和實踐相結合，每本教材各有其側重點。
2.2 pbl教學法的教學設計
在“基于問題學習”模式的課堂中，教師是指導者，學生是活動的主體，它要求學生要會主動地去尋找學習中的問題，然后帶著問題，在自己能力所及的范圍內概括和應用知識，運用各種已有的知識和科學的方法去分析問題和解決問題。其教學目標立足于培養學生靈活的知識基礎，發展高層次思維能力、自主學習能力以及合作學習能力。基于問題學習體現在課堂上，最突出的特點就是促使學生積極參與到學習中去，成為積極主動的學習者，從而去努力學習新的知識和技能，并能逐漸把所學知識整合，最終達到用知識來解決問題的目的。
作者在多年教學經驗基礎上，針對pbl教學模式，提出“2+2”教學方案，包括4個教學環節：提出問題解決問題方案討論總結評價。
在上述4個環節中，教師主要參與提出問題環節和總結評價環節，學生主要參與解決問題環節和方案討論環節。下面具體說明各個環節的設置。
1) 提出問題。
提出問題環節是教學方案中的第一個環節，也是教師參與的第一個環節。在這個環節中教師應該根據所講課程內容的不同設計出不同的問題，好的問題是整個學習過程中的關鍵。一個好的問題能夠充分調動學生自主學習能力以及合作學習能力，使學生參與到學習過程中，調動學生學習熱情。
筆者講到組合邏輯電路設計時，提出的問題是設計一個全加器，用硬件描述語言vhdl進行描述并在試驗箱上進行實現，同時還給出一個已經設計好的參考例程，共學生參考學習；在講到時序邏輯電路設計時，提出的問題是設計一個汽車尾燈控制器，并對選用的邏輯門器件進行了要求。
這個環節的實施能夠提高學生的學習積極性，使學生產生學習需求，培養了學生的問題意識。
2) 解決問題。
解決問題環節是以學生為主體的環節，是學生對老師提出的問題進行解決。在這個環節中，老師首先對學生進行分組，根據學生學習情況，以5～7個人為一組。學生接受任務后學習興趣提高，小組成員進行分工，采取各種方法來完成任務。每個小組共同學習，學習好的同學帶動大家一起學習，互相幫助，學生變被動為主動，主動地思考和探索老師所提出的問題，在解決問題的過程中進行學習。在實際解決問題過程中，學生將面臨一些困難，如邏輯器件的選擇上、語言的描述上、具體問題的實現上，等等。
通過這一環節，教師也感受到同學們的想象力、創造力和動手能力等都是非常強的。
3) 方案討論。
在方案討論這個環節中，學生根據學習到的知識對自己所設計的方案進行討論，積極發言，提出自己的見解，說明自己的理由。教師根據學生們的發言，指出其合理的地方，對其不足的地方進行指正，引導學生解決問題。如在全加器的設計問題中，有的小組采用的是多種邏輯門電路進行設計，有的小組基于經濟問題考慮，只采用與非門電路來進行設計，每個小組都詳細闡明自己的觀點，對自己的設計方案進行論證。
在這個環節，老師應強調放開思路，開拓創新，
鼓勵學生進行多途徑思考，全方位構思。這樣既加強了學生們學習自覺性、開創性，又培養學生更多地進行綜合思考，得到更多的鍛煉，提高分析和解決復雜問題的能力。
4) 總結評價。
小組必須在規定時間內完成設計開發任務。各個小組分別展示各自成果，其他小組學生提出問題進行互動并相互評價，老師給出點評并比較各自設計的優缺點，最后老師進行總結評價。這個環節中，教師作為主要參與者，一方面要對知識進行系統性的總結歸納，使學生對知識的掌握具有條理性，另一方面還要對學生進行啟發式擴展，使學生的知識面更廣，同時對一些難點重點再次進行強調，增加學生對知識的理解。
3 結語
數字邏輯是一門理論聯系實踐比較強的課程，在教學中采用pbl教學模式，不僅可以提高學生掌握知識的能力和培養學生的創造性思維能力，還能提高學生的交流和合作能力。pbl教學可以使得數字邏輯課程目標更好的實現，能夠引導學生自主學習，在實際的教學中，取得了良好的教學效果。
參考文獻：
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關鍵詞：集成電路版圖CAD；實踐教學；課程實驗；課程設計
Research on practice teaching mode of computer aided design of IC layout course
Shi Min， Zhang Zhenjuan， Huang Jing， Zhu Youhua， Zhang Wei
Nantong University， Nantong， 226019， China
Abstract： In this paper， the practice teaching mode of Computer Aided Design of IC layout course is discussed. According to one trunk line and two related course experiments mode， the experiment contents and methods were designed and implemented. Meanwhile， other efforts including emphasis of extracurricular scientific competition and reform of course practicum， were adopted to pay attention to the cultivation of comprehensive ability for students. The practice teaching mode proved that better teaching effect have been obtained.
Key words： Computer Aided Design of IC layout； practice teaching mode； course experiments； practicum
目前，高速發展的集成電路產業使IC設計人才炙手可熱，而集成電路版圖CAD技術是IC設計人才必須具備的重要技能之一。集成電路版圖CAD課程是我校電子科學與技術專業和集成電路設計與集成系統專業重要的專業主干課，開設在大三第二學期，并列入我校第一批重點課程建設項目。本課程的實踐教學是教學活動的重要組成部分，它是對理論教學的驗證、補充和拓展，具有較強的直觀性和操作性，旨在培養學生的實踐動手能力、組織管理能力、創新能力和服務社會能力。結合幾年來的教學實踐，筆者從本課程實驗、課程設計、課外科技競賽等實踐環節的設計工具、教學內容設計、教學方法和教學手段、師資隊伍建設以及考核管理等方面進行總結。探討本課程實踐教學模式可加強學生應用理論知識解決實際問題的能力，提升就業競爭力，對他們成為IC設計人才具有十分重要的意義。
1 版圖設計工具
集成電路CAD技術貫穿于集成電路整個產業鏈（設計、制造、封裝和測試），集成電路版圖設計環節同樣離不開CAD工具支持。目前業內主流版圖設計工具有Cadence公司的Virtuoso，Mentor Graphics公司的IC Flow，Springsoft公司的Laker_L3，Tanner Research公司的L_Edit和北京華大九天公司的Aether等。這些版圖設計工具的使用流程大同小異，但在自動化程度、驗證規模、驗證速度等方面有所差異，在售價方面，國外版圖設計工具貴得驚人，不過近年來這些公司相繼推出大學銷售計劃，降低了版圖設計工具的價格。高校選擇哪種版圖設計工具進行教學，則視條件而定。我校電子信息學院有2個省級實驗教學示范中心和1個省部共建實驗室，利用這些經費，我們購買了部分業內一流的EDA工具進行教學和科研。目前，我校版圖設計工具有北京華大九天公司的Aether和Springsoft公司的Laker_L3。
2 兩種相輔相成的實驗教學模式
我校集成電路版圖CAD課程共48學時（理論講授24學時、實驗24學時），實驗環節是本課程教學的重要部分，在有限的實驗教學時間內既要完成教學內容，又要培養學生創新能力，需要對實驗教學模式進行改革和創新。本課程實驗教學的目的與要求：與理論教學相銜接，熟練使用版圖設計工具，學會基本元器件、基本數字門電路、基本模擬單元的版圖設計，為本課程后續的課程設計環節做準備。緊緊圍繞“一個規則（版圖幾何設計規則）、兩個流程（版圖編輯流程和驗證流程）、四個問題”這條主線設計實驗內容[1，2]。要解決的4個問題分別是：（1）版圖設計前需要做哪些準備工作？（2）如何理解一個元器件（晶體管、電阻、電容、電感）的版圖含義[3，4]？（3）如何修改版圖中的幾何設計規則檢查錯誤？（4）如何修改版圖和電路圖一致性錯誤？表1為本課程實驗內容、對應學時及對應知識點。筆者設計了兩種相輔相成的實驗教學模式：系統化實驗教學模式和實例化實驗教學模式。系統化實驗教學從有系統的、完整的角度出發設計了實驗教學內容，如設計實驗3（數字基本門電路版圖閱讀）時，安排了5學時，采用3種版圖閱讀方式：讀現有版圖庫中的單元電路版圖、顯微鏡下讀版圖和讀已解剖的芯片版圖照片。針對同一內容，采用不同形式，彼此類比，加深印象，既有實物，又有動手操作，增強了直觀性和感性認識。又如設計實驗5（模擬單元MOS差分對管版圖設計）時，安排了5學時，從器件匹配的重要性入手，給出MOS差分對管的電路圖，講解具體器件的形狀、方向、連接對匹配的影響，特別是工藝過程引入器件的失配和誤差，對MOS差分對管的3種版圖分布形式（管子方向不對稱形式、垂直對稱水平柵極形式、垂直對稱垂直柵極形式）進行逐一分析，指出支路電流大小對金屬線的寬度要求，對較大尺寸的對管，采用“同心布局”結構。實例化實驗教學先提出目標實例，圍繞該實例，設計具體步驟，教師先示范，學生再模仿，如設計實驗7（集成無源器件版圖設計）時，由于集成電阻、電容和電感種類很多，不能面面俱到，要求只對多晶硅電阻、平板多晶硅電容和金屬多匝螺旋形電感等常用元件進行版圖分析和設計。課堂實驗的內容和課時是有限的，為此我們設置了課外實驗項目，感興趣的學生選取一些實驗項目自己完成，指導教師定期檢查。學院開放了EDA實驗中心（2007年該中心被遴選為省級實驗教學示范中心建設點，2009年12月通過省級驗收），學生對本課程很感興趣，課外使用EDA實驗室進行自主實驗相當踴躍。通過上述的實驗教學方法，特別是課外實驗項目的訓練，學生分析問題、解決問題的能力和科研素養得到了提高。
表1 課程實驗內容、對應學時及對應知識點
表1（續）
4 基于0.6μmCMOS工藝的數字門電路版圖設計 5 理解上華華潤0.6 μm硅柵CMOS幾何設計規則；學會CMOS反相器、傳輸門、與非、或非等基本門電路版圖設計；DRC檢查。
5 基于0.6 μmCMOS工藝的MOS差分對管版圖設計 4 MOS差分對管版圖設計，包括匹配原則、同心布局等，DRC檢查。
6 版圖電路圖一致性檢查 3 掌握LVS流程、LVS錯誤修改。
7 集成無源器件版圖設計 3 多晶硅電阻、平板多晶硅電容和金屬多匝螺旋形電感等常用元件版圖設計。
3 改革課程設計環節
課程設計是本課程培養學生工程應用能力的綜合性實踐教學環節，時間2周，集中指導，提前1個月發給學生任務書和指導書，每個班配備2名指導教師，注重過程控制。筆者在教學內容、考核等方面進行了改革和創新：在教學內容設計上，給出了必做題和選做題，在選做題中要求每位學生完成數字電路版圖1題和模擬電路版圖1題，具體題目由抽簽決定，做到1人1題，避免學生抄襲。考核成績由課程設計成果（占50%）、小論文（占30%）、答辯（占20%）三方面綜合給出。以往的課程設計報告改為撰寫科技小論文，包括中英文題目、中英文摘要及關鍵詞、引言、電路原理與分析、版圖設計過程、分析與討論、結束語和參考文獻，讓學生學習如何撰寫科技論文。精選優質小論文放在本課程網上學習資料庫里，供學生相互傳閱和學習。課程設計答辯具體要求參照畢業設計（論文）答辯要求，包括準備PPT講稿、講解5分鐘、指導教師點評等過程，每位學生至少需要10分鐘時間。學生對課程設計答辯反映相當好，鍛煉了語言組織和口頭表達能力，而且相互間可以直接交流和學習。我們還挑選課程設計成績優秀的學生參加校內集成電路版圖設計大賽。雖然課程設計的改革和實踐需要教師付出很多精力和時間，但我們無怨無悔，學生的認可和進步是我們最大的收獲。
4 精心指導學生參加課外科技競賽
目前我校學生參加的集成電路版圖設計競賽有校級版圖設計大賽以及行業協會和企業組織的版圖設計競賽等。由校教務處主辦，電子信息學院承辦的南通大學版圖設計大賽是校級三大電子設計競賽之一，每年8月底舉行，邀請集成電路設計公司一線設計人員和半導體協會專業人士擔任評委，增加了競賽的專業性和公正性，目前已經舉辦了6屆，反響不錯。從校級版圖設計大賽獲獎者中挑選一部分學生參加行業協會和企業組織的版圖設計競賽，如蘇州半導體協會主辦的集成電路版圖設計技能競賽、北京華大九天公司主辦的“華大九天杯”集成電路設計大賽，其中“華大九天杯”集成電路設計大賽將挑選優秀獲獎學生參加華潤上華的免費流片，學生經歷從電路設計、版圖設計及驗證、流片到測試各個環節，提高了綜合訓練能力。
5 加強師資隊伍建設
要提高課程實踐環節的教學質量，關鍵是指導教師要思想素質好，專業理論知識強，科研水平高，因此我們著力建立一支年齡結構、職稱合理的實踐教學隊伍。目前很多年輕教師是從校園走向校園，畢業后直接上崗指導學習實踐，缺少工程實踐經歷和經驗。為了提高教師自身的業務水平，加強對年輕教師的培養，近十年來，我院每年暑假舉行集成電路CAD技術實踐培訓班，由經驗豐富的教學、科研一線教師主講；不定期地邀請一流IC設計公司一線設計人員來院開設講座；同時挑選年輕骨干教師到一流IC設計公司學習和實踐，時間至少半年以上；現已聘請IC設計公司一線設計人員6人為兼職教師，指導課程設計和畢業設計。集成電路CAD技術日新月異，課程實踐環節師資隊伍建設必須與時俱進。
6 結束語
我校電子科學與技術專業、集成電路設計與集成系統專業2012年被評為省重點建設專業，也是江蘇省首批培養卓越工程師的專業。集成電路版圖設計是這兩個專業卓越工程師培養計劃的重要內容之一，總結和探討集成電路版圖CAD課程實踐教學意義重大，今后我們要繼續推進該課程實踐環節的建設與改革，不斷探索，為我國集成電路設計人才的培養而努力奮斗。
參考文獻
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關鍵詞：數字電子技術，EDA技術
1.引言
在信息社會中，數字化是電子產業發展的必然趨勢，因此在電子信息及相關專業的教學中也越來越看重數字技術，《數字電子技術》是電子信息及相關信息類專業的一門重要基礎課程，其基本理論及實踐技能也是許多后續課程的基礎。EDA(Electronic DesignAutomation)技術作為數字電子技術的延伸，已經引入到電子信息類教學中，不僅可以豐富教學摘要的意義。
2.《數字電子技術》課程教學的主要問題
教學手段單一，實驗內容枯燥，學生缺乏學習興趣。，EDA技術。在教學中仍采用理論教學與實驗課分離的教學模式，在理論教學中，《數字電子技術》內容大多抽象難懂，教師采用“黑板+粉筆”的傳統模式授課，不僅學生覺得枯燥乏味，而且教學效果不理想。而實驗課的實驗內容多為驗證性實驗，學生僅僅只需按照實驗步驟連接電路甚至不需要了解原理也可以完成實驗，設計性、綜合性實驗較少。數字電路的設計僅是“紙上談兵”的設計，學生自然對這門課的實驗毫無興趣。
3. EDA技術及其功能
3.1 EDA技術的含義
EDA即電子系統設計自動化技術是由計算機輔助設計和計算機輔助工程發展而來的，它以大規模可編程邏輯器件為設計載體，以硬件描述語言為系統設計的主要表達方式，以計算機、大規模可編程邏輯器件的開發軟件及實驗開發系統為設計工具，通過有關的開發軟件，自動完成用軟件的方式設計電子系統的一門新技術。它可以實現邏輯編譯、邏輯化簡、邏輯分割、邏輯綜合與優化以及邏輯布局布線、邏輯仿真，完成對于特定目標芯片的適配編譯、邏輯映射，編程下載等工作，最終形成集成電子系統或專用集成芯．它不僅為電子技術設計人員提供了新的設計理念，同時也為教學提供了科學而便捷的平臺。
3.2 EDA技術的功能
EDA技術的開發平臺QUARTUS Ⅱ是Altera公司推出的新一代FPGA／CPLD開發軟件，適合于大規模復雜的邏輯電路設計。它是Altera公司的第4代可編程邏輯器件的集成開發環境，提供了從輸入設計到器件編程的全部功能。“自頂向下”設計方法從系統設計人手，在頂層進行功能方框圖的劃分和結構設計。在方框圖一級進行仿真、糾錯，并用硬件描述語言對高層次的系統行為進行描述。在功能一級進行驗證，然后用邏輯綜合優化工具生成具體的門級邏輯電路的，其對應的物理實驗級可以是印刷電路板或專用集成電路。
1)EDA軟件平臺中具有各類元件設計數據庫，同時EDA能夠進行元器件的創建和編輯。為學生掌握各類電子元器件提供了堅實的基礎。
2)EDA軟件平臺中可以完成電路原理圖的設計，通過這一功能可以完成各類元器件構成的電路原理圖。
3)EDA軟件平臺中具有綜合仿真模塊，可以進行多種類型的仿真分析。分析結果波形圖顯示出來，直觀、清晰。
4 應用EDA技術授課的好處
4.1 提高授課質量
有些內容選用EDA技術授課，傳授方式更直觀，教師感到得心應手，學生也容易接受。例如，組合邏輯電路中的競爭與冒險這部分內容一直是學生學習的一個難點。，EDA技術。，EDA技術。在組合電路中，當輸入信號改變狀態時，輸出端可能出現虛假信號---過渡脈沖的現象稱為競爭冒險。在傳統的教學中，對信號的延時只能采用一些形象的比喻，但初學者對這一概念比較模糊。現在，我們只需用QUARTUS Ⅱ模擬功能進行仿真，就可以很輕松地讓學生理解這一知識點，分析結果以波形圖顯示出來，豐富直觀的數據不但為學生提供方便，而且其得出的結論接近實踐性，同時節約了時間。，EDA技術。顯然，對某些章節中存在的教師難講、學生難懂的內容，這種授課方式可以起到事半功倍的作用。由于教授方式符合客觀認知規律，教學質量得以提高。
4.2 激發學生學習熱情，增強學習動力
EDA軟件的實驗環境是一個虛擬環境，可以避免使用種類繁多的專用集成芯片，簡化實驗電路。學生用硬件描述語言編寫程序，可以在同一可編程邏輯器件上完成各種不同的數字電路實驗，避免了連線的繁瑣，豐富實驗內容。同時，可在實驗設計構想的指導下開發一個通用的基于EDA的硬件平臺，來實現所有的實驗內容，縮短實驗時間，提高實驗效率。符合學生接受知識的客觀規律，有助于調動學習的積極性，提高他們掌握所學知識的能力。課堂上師生互動、生動活潑，氣氛非常活躍。學生的學習興趣及學習動力大為增加。
4.3 以實驗教學為載體。構造創新人才培養平臺
采用EDA技術，那么學生必須自己在充分掌握實驗理論的基礎上自己編寫程序，這有別于傳統實驗，學生僅僅只需按照實驗步驟連接電路甚至不需要了解原理也可以完成實驗。這將大大調動學生的主觀能動性，提高知識應用能力。同時EDA工具能給學生創造優良的環境，強化了學生在教學活動中的主體地位，學生做實驗時可以有針對性的選做，使學生具有更大的自由度。也可以在計算機上主動、反復設疑和實驗，由不同實驗結果，選擇最佳設計或實驗方案。通過驗證、測試、設計、糾錯和創新等方面進行不同形式的訓練，使學生的動手實踐能力得到較好的鍛煉，逐步培養學生的綜合設計能力、創新能力，有利于學生個性和才能的全面發展。，EDA技術。在此基礎上還可以開設設計性實驗，進行電子實習、電子競賽、職業技能取證培訓等。
5 結論
在《數字電子技術》的教學過程引入EDA技術，不僅可以使學生形象、直觀地理解電路的相關原理和工作過程，還可以通過修改電路的形式或參數，與學生一起討論電路中出現的各種現象，找出解決問題的方法，這樣不僅可以活躍課堂氣氛，提高學生的學習興趣，學生反應易學、新穎、有趣。，EDA技術。同時理論和實驗結合緊密，充分發揮了學生的積極性和創造性，達到了較好的教學效果。
參考文獻
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測控技術作為新興產業，是電子技術中的重要內容。測控技術無論是在科學研究領域，還是在工業領域，都起到了技術支撐作用。測控電路在實際的應用領域中，可以保證多種電子設備和產品正常運行。為了保證電子設備和產品能夠安全穩定地運行，本論文針對電子技術中測控技術的應用展開研究。
關鍵詞：
測控電路；電子技術；應用
科學技術的進步讓人們感受到時展越來越快。特別是電子技術已經深深地滲入到人們的生活中，是人們賴以生存的專業技術。隨著工業自動化方向發展，電子技術中的測控技術在工業領域中得以廣泛應用。但是電子設備實際運行中會出現各種干擾源而導致測控系統的運行難以滿足技術要求。為了確保測控系統能夠處于運行可靠，就要采用相關的抗干擾技術將抗干擾措施制定出來。
一、測控系統干擾源的分析
（一）電磁干擾
當電子設備處于運行狀態的時候，就必然會在電子設備的周圍產生電磁場。其中的主要原因就在于，電子設備運行中必然會使得電壓和電流產生變化。但是，這種變化或者是連續發生的，或者是間歇性的，如果電壓和電流的變化速度過快，就會有電磁場產生[1]。電磁場中的電磁能量并不僅僅在有限的磁場范圍內，而是會以電路為主體，不斷地擴展活動范圍，由此而影響了測控電路的正常運行。
（二）地線干擾
地線具有一定的抗阻性。當電流沿著接地線流動的時候，就會使地線上有電壓產生。電流受到阻抗的影響而不斷增大，電壓也會隨之增大而導致地線的負載增加。當測控系統對電子設備進行測試的時候，如果電子設備為大功率設備，在地線中就會有強電流通過，隨之，連接電子設備的電纜上也會有電流通過，而且電纜中所流通的電流缺乏穩定性，導致每一根電纜中所流經的電流都會有所不同，這些電纜中的電壓也會各有不同。缺乏穩定性的電流和電壓的大量存在，就會產生差模電壓而影響電路的正常運行。因此，應在測控電路中增加相應的過壓保護電路，以保證整個測控電路以及測控系統的正常運行。（圖1：過壓保護電路）
（三）濕度干擾
電路處于運行中如果環境濕度過低，就會在電路周圍產生靜電效應從而對電子設備造成干擾，特別是在靜電干擾下使得測控電路中的檢測信號受到干擾而導致元器件失效，最終造成整個測控系統無法正常運行；如果環境濕度過高，就會引起元器件間的短路和PCB的焊點銹蝕，在高濕度環境的影響下則這些焊點的接觸電阻就會有所提升，而影響了使用性能的發揮。如果這些焊點處已經被銹蝕，就會導致電子元器件功能減退而引發電路短路。
二、電子測控技術的應用
（一）合理的電路設計
所有的元器件在使用之前都要做好測試，并根據實際應用需要而經過技術處理，調試合格之后方可使用。如果是邏輯元器件，要采用接地技術，以提高電路的抗干擾能力，確保電路處于正常的運行狀態。在電路的設計上，注意邏輯電路與數字電路要分別單獨使用，且要對電源線進行加粗處理。接地線要盡量選擇網狀的接地線或者環形的接地線，并在連接接地線之前，要做好加粗處理工作，以確保邏輯電路和數字電路在數據的傳輸和走向能的傳遞上保持方向上的一致[2]。在進行布線的時候，折線的角度不可以超過90度，以在電路運行中能夠對頻率很高的噪音產生抑制作用。為了避免來自噪聲的干擾，還要采用接入旁路電容的方法，即將旁路電容接入到PCB板上面的IC點。所有接入的引線都要與接受旁路處理的端口相靠近，注意接入的引線長度要合適，避免由于過長而影響技術處理效果。
（二）屏蔽技術的應用
如果是對電磁場屏蔽，就要對噪聲騷擾源使用接地導體將其包圍起來，可以對電路以有效保護。屏蔽體所使用的導線要以銅或者鋁等具有良好的導電性能的材料為主，控制好中心導線的長度，以避免其從屏蔽體中伸出過長。如果屏蔽體是網狀的，網孔要盡量小，且要采用單端接地的方式，以保證屏蔽體有效地發揮屏蔽作用。如果既具有干擾能力的電磁場具有很高的干擾強度，在設計屏蔽電路的時候，就需要采用雙層屏蔽技術。但是，這種雙層屏蔽技術在使用中需要注意要加裝濾波電路，且內屏蔽盒與外屏蔽盒之間不能夠多處連接，一點連接即可。雙層屏蔽的兩個屏蔽體之間所間隔的距離不可以太大，以確保獲得最好的屏蔽效果，而且屏蔽層之間不可以有間隙，間隙的厚度與單層屏蔽材料的厚度等同[3]。如果干擾電磁波為空間電磁波，很容易對具有較高靈敏度的信號接受設備造成干擾。對這種空間電磁波可以采用金屬網屏蔽室進行屏蔽，屏蔽效能可以達到45dB至50dB。如果金屬網屏蔽室為雙層的，且有絕緣襯墊安裝在其中，所能夠獲得的屏蔽效能就可以達到75dB至95dB。屏蔽室的連接要正確，以在發揮屏蔽作用的同時，還確保屏蔽體本身能夠安全運行。此外，可同時根據電子產品的不同特性在測控電路中增加不同類型的濾波電路，可以將騷擾電磁過濾掉。（圖2：濾波電路）
（三）接地技術的應用
測控系統的接地多會采用三條地線，其一為信號地線，用于低電平電路接地；其二為噪聲地線，包括電動機的地線、繼電保護裝置的地線等等；其三為外接地線，連接在交流電源的接地線上，用于外殼、機架等接地使用。雖然接地技術可以單獨使用，但是要獲得良好的抗干擾效果，則需要與屏蔽體結合使用。如果電路處于運行狀態時，工作頻率沒有超過1兆赫，就可以將屏蔽體的接線用于一點接地設計，地線的長度要局限于信號波長的1/20[4]。如果工作頻率超過10兆赫，就可以將屏蔽體的接線用于多點接地設計。所選用的接地線要加粗，特別是連接印刷板上的接地線，要確保接電線所流過的電流要達到印刷板上所流過的電流的3倍之多。如果印刷板上為數字電路，就需要接地線的線路為閉環線路。
三、總結
綜上所述，電子技術中，測控技術屬于是新型的技術，而且隨著電子技術的發展，測控技術也在不斷地更新。各種電子設備中的測控系統往往會受到各種因素的干擾而導致系統無法可靠運行。特別是電子設備的使用功能不同，對使用環境也具有不同的要求，當然，其中的測控電路受到干擾的原因也會有所不同。這就需要提高測控電路的抗干擾能力，在測控電路的設計中加入相應的抗干擾電路，以確保測控系統處于良性運行狀態。
參考文獻：
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2011全國大學生電子設計競賽（瑞薩杯）于2011年8月31日早8:00開始，2011年9月3日20:00結束。筆者作為指導教師參加了此次競賽，并指導學生獲得了河南賽區一等獎，下面就競賽中的思路和經驗和大家做一交流。我們選擇的是高職高專組G題。本次競賽G題要求設計并制作一臺簡易自動電阻測試儀。能夠對100Ω、1kΩ、10kΩ、10MΩ四個量程檔進行測量，測量準確度為±（1%讀數＋2字）；3位數字顯示（最大顯示數必須為999），能自動顯示小數點和單位，測量速率大于5次/秒；100Ω、1kΩ、10kΩ三檔量程具有自動量程轉換功能；具有自動電阻篩選功能等任務。
一、系統方案
電阻測量的方法常用的有直流恒流源測量法、直流恒壓源測量法、分壓法等。多個方案比較后，學生最終選擇分壓法測量作為最終的方案，測量原理就是通過串聯已知電阻，分壓后，檢測待測電阻電壓來計算其阻值。基本原理如圖1所示：本測量方法的優點是測量電路簡單，抗干擾能力強，可靠性高，短時間內容易搭建，另一方面可以簡化程序中的算法。本次設計要求測量量程為100Ω，1kΩ，10kΩ，10MΩ四檔。即要求測量范圍為：1～10MΩ，在全量程范圍內測量準確度為±（1%讀數+2字）。在A/D轉換部分的設計中，采用PIC16F877單片機，該單片機內有10位A/D，A/D輸入信號為0～5V時，轉換字為D=0～1024，則分辨率為4.8mV/字。設計的量程分配和測量精度的詳細情況如下表：本設計自動量程轉換功能主要由單片機控制繼電器的通斷來調節，原理為單片機根據采樣來的電壓數據來判斷是否要切換到更大或更小的量程，因為本次設計共四個檔位，前三個檔位為自動切換。采用繼電器可以減小回路中的不必要電阻，這樣在分析電路和程序中算法的設置可以減少很多麻煩。電位器阻值變化曲線的實現主要由單片機在顯示裝置如12864等液晶裝置中不斷的寫入數據和液晶屏的移屏操作來實現。因為不同的電阻反映在電路中是不同的電壓，將采集到的電壓信號轉為數字信號，反饋到液晶屏即可，這就要求AD有更高的處理速度。
二、硬件與程序設計
本系統包括硬件設計和軟件設計兩部分內容：
（一）硬件設計
根據上述思路，我們以PIC16F877單片機為核心，配以量程切換電路，測量電路，顯示電路等構成簡易的電阻測試儀。PIC16F877是由Microchip公司所生產開發的新產品，屬于PICmicro系列單片微機，具有Flashprogram程序內存功能，可以重復燒錄程序；而其內建ICD（InCircuitDebug）功能，可以讓使用者直接在單片機電路或產品上進行如暫停微處理器執行、觀看緩存器內容等，快速地進行程序除錯與開發。量程切換電路主要使用了ULN2003八路NPN達林頓連接晶體管，ULN2003特別適用于低邏輯電平數字電路（諸如TTL，CMOS或PMOS/NMOS）和較高的電流/電壓要求之間的接口。液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內容豐富、超薄輕巧的諸多優點，在袖珍式儀表和低功耗應用系統中得到越來越廣泛的應用，因此顯示電路采用的是1602液晶顯示屏而沒有用數碼管顯示。報警電路采用一個普通三極極管加一個蜂鳴器實現，當出現故障時的報警提示功能。
（二）軟件設計
程序流程圖如下：
三、測試結果
經多組電阻檢測，都能符合題目要求的精度，誤差小于1%。在常溫下，應用電阻測試儀對高精度電阻進行測試，結果見表2。隨機抽取若干電阻，應用電阻測試儀對電阻進行篩選。在測試中我們篩選兩組，用小鍵盤對測試儀進行調節，兩組分別為100Ω～500Ω和2KΩ～5KΩ。測試結束后，和標準結果予以對比。測試結果見表3。本系統采用PIC單片機實現了一個簡易電阻測試儀，達到了系統基本要求，而且系統穩定，測量精度較高，相對誤差小于1%，操作簡單，具有較強的實用性。當然本系統還存在著許多需要改進的地方，比如還可以繼續提高測量精度，加大測量范圍。因為是采用單片機實現的，利用其可以編程的特性，使測量的值結合一些數據處理方法使測量更加接近真實值。在后續完善過程中還有許多工作要做。由于競賽要求參賽學生在四天三晚的時間內完成題目要求的系統方案設計、硬件制作、軟件調試及論文撰寫工作，時間還是比較緊迫，全面檢驗了參賽學生的理論素養、實踐動手能力和工作能力。按照這次競賽的經驗來看，三名學生最好來自不同專業，有各自擅長的領域，在分工協作上比較有優勢。這次獲得一等獎的這組學生就分別來自應用電子、電氣自動化和機電一體化專業，分別負責電路設計、軟件設計和硬件設計。近幾屆競賽的每道試題基本上都直接或間接地利用了單片機、可編程邏輯器件、EDA技術、嵌入式技術等，而且特別注重動手能力和創新能力，這對我們的課程設置、教學改革都有很好地促進，在培訓中除了基礎知識外也要加強這方面的內容。最后的答辯環節也要引起足夠的重視，在答辯問題和演示器材上提前多做準備對最終的名次很有幫助。
論文關鍵詞：《數字電路EDA設計》,任務驅動式教學法
掌握現代EDA設計技術是高等學校電子類專業學生的一項基本要求和必備技能。目前， 《數字電路EDA設計》是我院通信技術、電子信息工程技術專業核心主干課程之一，對學生職業崗位能力培養和社會能力養成起主要支撐作用。課程基于生產實際和崗位能力需求，重構傳統知識體系，融入最新EDA技術發展，按照完整性、適應性和擴展性的原則，根據職業成長規律和學習認知規律組織教學內容，構建學習情境。
本課程當前教學情況
根據傳統教學法設計本課程，以理論學習為基礎，分為大規模邏輯器件、VHDL語法學習、Quartus Ⅱ軟件學習等幾部分。 在教學內容上，強調對VHDL語法的學習。這樣不可避免地造成學生學習上的乏味和枯燥，導致學生理論學習和實際脫節，對所學知識不知所云，對所做項目無從下手，引起學生煩躁、厭學情緒的產生。
針對上述情況，并結合高職教育中以“培養具備足夠的基礎知識、較強的技術應用能力的實用型人才”的培養目標，我們將目前較為主流的任務驅動式教學法引入本門課程的教學設計中，強調以能力為本，注重學生綜合素質的提高和可持續發展。
為此，我們制定一系列由簡到難的任務，由此展開各知識點的講解，并把課堂直接搬移到機房和EDA實驗室，充分利用機房上課的優勢，讓學生邊學邊練，學了就用，理論教學與實驗教學融為一體，學生獨立完成一系列的子任務，討論完成幾個任務，使得學生的學習目的更強，學習興趣更高。
任務驅動式教學法
任務驅動式教學法是一種主動探究型教學模式，其特點是以學生為中心，以任務為驅動，比較適合于計算機等信息類課程的教學。所謂任務驅動，是指通過完成一項或多項與學科相關的任務來學習知識和獲得技能。教師將教學內容設計成一個或多個具體的任務，由任務驅動教學以引導學生思考，提高能力。學生完成任務的過程，既是學習理論知識的過程，也綜合應用知識的過程。【1】
任務的設計是有層次的，可以體現在課程教學總目標、單元教學目標、課時教學目標幾個層面上。為了有效地完成“任務”，需要精心設計出一個個環環相扣的子任務，用子任務將課程所要達到的能力、知識、情感目標等滲透進去。通過任務的最終完成，培養學生發現問題、解決問題的能力。
3．任務驅動式教學法在《數字電路EDA設計》課程中的應用
3.1提出任務是按成任務驅動式教學法的前提
結合實際情況將所學知識融入到實踐中，選擇與當前教學內容密切相關的任務作為教學的中心內容，以任務的形式指出當前要完成的工作，讓學生以解決實際任務的方式完成知識的學習。
在《數字電路EDA設計》課程的教學設計中，可將本課程看成是一個綜合性的設計任務——四位搶答器/交通燈的設計（該任務為本課程實訓任務），使學生在學習前就對所學知識的應用有大體上的認識，提高學生學習興趣。在具體教學過程設計中，將這個綜合性的設計任務分為若干單元型任務和開放型任務。單元型任務是學生能在課堂上自主完成部分，主要針對基本理論知識的學習；開放型任務則是綜合性、設計性較強的設計，需要學生獨自或組成小組查閱參考資料、相互討論完成的課外任務，主要針對學生自學能力和協作能力。
針對本門課程，筆者設計了五個單元型任務。每個單元型任務包括1~2章內容，每個單元型任務又分為若干子任務，分別針對不同的知識點。而在單元型任務的基礎上，又設計了相應的開放型任務，對體現不同知識點的綜合運用。
以“VHDL順序語句”教學為例，我們將該內容設計為“基本邏輯電路設計”的單元型任務和“正弦波信號發生器”的開放型任務。
在單元型任務中針對不同知識點又分為若干子任務：任務一“兩種加法器的設計”，完成信號和變量的學習；任務二“8-3優先編碼器的設計”，完成IF語句的學習，并設計一個開放型任務“數據分配器的設計”與之對應；任務三“3-8譯碼器的設計”，完成CASE語句的學習，并設計一個開放式任務“四選一數據選擇器”與之對應；任務四“奇偶校驗器的設計” ，完成LOOP語句的學習，并時設計一個開放式任務“移位寄存器”與之對應；任務五“比較器的設計”，完成NEXT、EXIT等語句學習。
3.2任務分析是完成任務驅動式教學法的關鍵
任務提出后，學生對該任務進行分析討論，教師對學生的討論結果進行點評，補充、修正，并引導出為實現該任務所需要的相關理論知識和相關資歷。學生通過自主學習或教師指導、講解的方式為完成該任務做出計劃和決策，并總結出相關步驟或解決方案。教師在此過程中起到引導、指導、講解和點評的作用。可采用以下幾種教學方式：
1、 課堂引導學生多方位思考，發散其思維；
2、 課堂討論，加強學生相互協作學習的能力；
3、 動畫顯示，增強學生的直觀認識；
我們以上述任務二“8-3優先編碼器的設計”為例：為完成該任務，先通過動畫課件顯示的方式使學生對8-3優先編碼器進行回顧，讓學生討論并分析該設計的思路，畫出相應流程圖，教師有針對性地對不同設計方法進行點評并引出相應語法部分的學習。
3.3、為實現任務而進行的自主學習和協作學習是任務驅動式教學法的重點
在設計好執行過程后，學生需要通過各種手段和途徑來完成該任務。在這個過程中，應強調學生的自主學習和協作學習的能力。教師在其過程中起到修正或引導學生的作用。對較為簡單的單元型任務，可采取學生自主完成的方式；而對于難度較大的開放型任務，可根據實際情況進行分組課外完成。
我們以上述任務一“兩種加法器的設計”為例：在該任務中，通過教師講解和演示信號和變量，讓學生自行總結信號和變量的不同，提高學生的自主學習能力。并充分利用機房上課的優勢，讓學生自主練習，以加深理解。
3.4、效果評價是任務驅動式教學法取得良好效果的必要環節
效果評價學生在任務完成后反思其實現過程，相互評價或自我評價，教師適當做出點評，并幫助學生歸納與總結。效果評價既是總結與提高的重要階段，又是培養學生良好的自信心與成就感的絕好時機。教師在效果評價過程中，應引導學生不能只根據任務完成的最終效果橫向進行，而應針對各自的不同情況進行橫向縱向的全面評價。一是針對相同任務中不同學生的完成情況進行評價，即同一任務下的橫向評價；二是針對每個學生的在完成不同任務時所表現出來的自主學習能力和與他人的協助能力的評價，即同一學生的縱向評價。通過評價讓學生在一種良好的心理狀態下不斷學習、進步。
4、結語
采用任務驅動式教學法，是對《數字電路EDA設計》課程教學改革的一個探討。該教學法符合本課程教學的層次性和實用性的要求，學生在任務驅動下不斷地獲得成就感，進而激發求知欲，培養出獨立探索、勇于實踐的創新精神。其方法更好地體現了高職高專對“工學結合”的要求。筆者相信隨著教學改革的不斷深入，任務驅動式教學法將會得到更廣泛的應用。
參考文獻：
【1】李秀瀅，王建新，彭 靜，Matlab教學中任務驅動式教學法的應用，電氣電子教學學報，2010年4月第32卷第2期，104-113
【2] 孫德四，陳 浩，大學普通化學雙語教學教材建設[J]．安徽工業大學學報(社會科學版)，2007，24(4)：90-9l
【關鍵詞】C8051F410 傳感器 控制
智能家居（smart home，home automation）是以住宅為平臺，利用綜合布線技術、網絡通信技術、安全防范技術、自動控制技術、音視頻技術將家居生活有關的設施集成，構建高效的住宅設施與家庭日程事務的管理系統，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術性，并實現環保節能的居住環境。針對實際要求，本設計以C8051F410單片機作為控制核心，并設計了相關的采集電路，主要由以下幾個子系統組成：溫濕度采集及控制電路；光照強度檢測電路；甲烷氣體檢測電路；報警電路；視頻采集電路等。
1 系統總體設計
本設計的思路是根據單片機的工作原理，利用各個傳感器的特性，設計相關的電路，用單片機來采集相關的參數，并在液晶屏上實時的顯示各種狀態，并且通過按鍵進行相關的設置，超過設置界限時，進行蜂鳴器報警。具體模塊框圖如圖1所示。
系統工作原理：本設計采用C8051F410單片機作為控制核心，通過傳感器檢測將所測溫濕度、光照強度、甲烷濃度輸入到單片機，再由單片機輸出到LCD上顯示，同時通過按鍵設置界限，當測量值超過設置界限時進行聲音報警；并將攝像頭OV7670采集的圖像輸入到單片機里。
2 電路設計
2.1 數字溫濕度傳感器
DHT11數字溫濕度傳感器是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器，它包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。單線制串行接口，使系統集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，使其成為該類應用中，在苛刻應用場合的最佳選擇。產品為4針單排引腳封裝，連接方便。一般DHT11的I/O口線要接5 左右的上拉電阻，這樣當單片機引腳輸出低電平的時候，外部電路提供電流給引腳。電路如圖2所示。
2.2 甲烷氣體檢測電路
MQ-5氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導率較低的二氧化錫（SnO2）。當傳感器所處環境中存在可燃氣體時，傳感器的電導率隨空氣中可燃氣體濃度的增加而增大。將MQ-5輸出的模擬信號送人C8051F410單片機的AD端即可實現將電導率的變化轉換為與該氣體濃度相對應的輸出信號。
2.3 光照強度檢測電路
光敏電阻器是利用半導體的光電導效應制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器，又稱為光電導探測器；入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。還有另一種入射光弱，電阻減小，入射光強，電阻增大。C8051F410單片機上面自帶A/D轉換，將光敏電阻AO輸出直接連到單片機的A/D口上即可。
3 系統過程控制
單片機上電以后，系統開始初始化，完畢后，開始進入主循環，等待中斷，進入中斷后，采集并轉換A/D值，再進行鍵盤檢測，是否有鍵按下，若有按鍵按下，判斷按鍵狀態是否設置那一部分，若是設置溫度，則調用設置溫度子函數，若是設置光照強度，則調用設置光照強度子函數，若是設置甲烷氣體濃度，則調用設置甲烷氣體濃度子函數，若是濕度上下限，則調用設置濕度上下限函數。若按鍵狀態是狀態切換那一部分，則讀取相關傳感器的數據，進行相關處理，轉化為具體數值，存儲在緩沖區中并在LCD上顯示。同時判斷是否超過設置的上下限，若是超過上下限，蜂鳴器開始報警。若是在正常工作范圍內，蜂鳴器不報警。最后出中斷，中斷結束。并利用攝像頭OV7670對室內的環境進行視頻監控，完成視頻圖像采集。完畢以后，返回主循環。
軟件要實現的主要功能是實現對傳感器信號的數據采集，然后對數據進行計算、分析并送入液晶中顯示。程序開始時，對系統進行初始化，包括單片機的寄存器、定時器、中斷設置及各模塊初始化等。CPU等待傳感器傳入信號及A/D轉換結束，通過LCD完成當前監測參數的正確顯示。
4 系統性能測試
在進行調試時，受環境和條件的限制，整個系統只進行了部分測量值比較實驗：溫度監測模塊的測試。測試結果與數字溫度計測量值相比較，溫度計采用型號為TP3001筆型溫度計，測量溫度范圍是-50～+300℃（-58～+572H），測量誤差 1℃。測試結果表1所示，二者偏差在0.2℃左右。
系統測試結果如下：當室內溫度超過設定閥值（25℃）時，蜂鳴器報警提示；當室內濕度高于或低于人體健康范圍內40%～60%時，則蜂鳴器提示報警；當居室內光照強度過高時200LX時，提示報警信息；通過按鍵設置甲烷氣體濃度的閥值，當居室內甲烷氣體超標時，提示報警信息；通過OV7670對室內的環境進行視頻監控，完成視頻圖像采集；通過實驗數據對比了設計的室內環境測量儀的工作性能，測量結果表明，該儀器測量結果較精確，能基本滿足對室內環境監測的要求。
5 結論
本文介紹了一種基于單片機的室內環境監測及控制系統的設計。該系統選用DHT11數字溫度傳感器、MQ-5型半導體電阻式氣體傳感器、DHT11數字濕度傳感器、OV7670圖像傳感器和C8051F410單片機，實現了溫濕度、光照強度及甲烷濃度的監測，并通過LCD進行顯示并且實現了居室內圖像信息的采集，當測量值超過設定閥值時蜂鳴器開始報警。
參考文獻
[1]劉志強，羅慶生.一種智能化溫度檢測系統的設計[J].中國測試技術，2003，29（3）：95-98.
[2]李科學.新編傳感器技術手冊[M].北京：高等教育出版社，2002.102-106.
[3]潘小飛.基于8051F單片機的智能車輛管理系統研制[D].碩士學位論文.西安：西安科技大學，2011.16-18.
[4]劉志強，羅慶生.一種智能化溫度檢測系統的設計[J].中國測試技術，2003，29（3）：95-98.
作者簡介
孫冰（1985-），男，吉林省人。現為吉林化工學院助教，主要從事數字電路、模擬電路、單片機等方面的研究。
論文摘要:介紹了一種具有重組功能的機電系統綜合實驗環境的建設方案，學生在該環境下可根據自己的需要，靈活地完成多種控制器的機電控制系統方面的綜合實驗。
1 實驗環境建設的指導思想
“機電系統綜合實驗”是我校近幾年開設的集中綜合性實驗課程。它是集機械設計、數控技術、模擬與數字電路、控制工程、檢測技術、計算機控制、機械制造等多門課程知識綜合應用的、實踐性很強的一門課程。我們現在開設這門課程中所使用的設備包括計算機、計算機接口板和數控X-Y工作臺，其控制系統的架構單一、被控對象較少，學生只能被動的使用指定的控制器、功能模塊，針對單一的對被控對象構建機電控制系統，這使得學生不能自行選擇被控對象和自主設計控制系統，束縛了學生創造性思維的發揮，同時也限制了實驗內容的展開。
為了改變上述狀況，結合學校近期開展的三期本科評建的機會，對該課程的實驗環境進行改造，其主要工作是建設一個具有重組功能的機電系統綜合設計平臺[3]，該平臺可提供多種控制器和檢測元件，可支持盡可能多的被控對象[2]。為此，在建設過程中采用模塊化設計[7]，使得基于該平臺的綜合實驗便于功能模塊的組合、擴展，也便于檢查、維護及調試。學生在這個平臺可針對不同被控對象，靈活地搭建各種控制系統。利用該環境既可開設機電控制系統的一般原理性、驗證性實驗，又可完成較大型的綜合及設計性的實驗。由于該環境被設計成開放性的平臺，學生還可根據自己的興趣愛好，自行設計并完成各種機電控制系統的實驗。
2 實驗環境的設計與結構
要達到上述目標，在建設時就要考慮到實驗環境要具有可重組性和開放性。因此，在設計時按功能模塊將環境分為六大部份，即電源模塊、控制器模塊、基本功能模塊、傳感器模塊、驅動模塊、被控對象模塊，每個模塊采用組件式結構，如圖1所示。
2. 1 電源模塊
安裝各種實驗所需的電源:交流220 V、直流24V /5V，為了學生的人身安全，本模塊應設置電源總開關并進行可靠的接地處理，同時各電源的要有指示燈，以方便學生接線用。
2. 2 控制器模塊
主要用于安裝各種實驗用控制設備，學生可根據不同的實驗內容、要求、興趣，選擇不同的控制設備。如計算機、單片機、工控機、PLC可編程控制器，在這個區域還應設計相應的接口電路，為各個控制設備提供相匹配的各種控制信號。
2. 3 基本功能模塊
該模塊的主要作用是能提供諸如I/O接口、中斷信號、定時/計數器、A/D、D/A轉換等功能，同時還能提供顯示器、紐子開關、按鍵，并預留電阻、電容、二極管、三極管、晶振插孔以及各種高性能雙列直插式圓腳集成電路插座[6]，并能提供8路數字信號、2路模擬信號(電壓從0~5 V)、兩路正負脈沖信號，其頻率從1Hz~20 kHz連續可調，用于模擬數控機床及各種外部設備和各種傳感器輸入信號。
2. 4 傳感器模塊
該模塊的主要作用是提供盡可能多的傳感器及其接口，如:提供光電編碼器、接近開關傳感器、光敏二極管、光敏三極管、壓電陶瓷傳感器、熱敏電阻、熱電偶、直線位移傳感器、霍爾傳感器等。同時，該模塊還配有相應的各類傳感器的信號處理電路。
2. 5 驅動模塊
該模塊的主要作用是能提供:
(1)隔離電路。在工業控制中，為了去除干擾，同時為了系統的安全，輸入、輸出信號的隔離是非常必要的，本模塊可設置多路光電藕合器隔離電路。
(2)驅動電路。包括直流電機的驅動電路、步進電機的驅動電路等。
2. 6 被控對象模塊
該模塊的主要作用是提供被控對象。在該模塊中可提供齒輪減速器、滾珠絲杠螺母副、連軸器以及其它機械構件，同時也可提供諸如燈、發光二極管、繼電器等電器設備。電機在機電控制實驗中是必不可少的。本系統設置了一個步進電機以及一個直流伺服電機。
3 特 點
由于本實驗平臺采用模塊化設計理念和組件式的架構原則，雖然結構簡單，然而在進行功能組合時十分方便，最突出的特點是改變了原有實驗控制設備單一、控制手段缺乏、被控對象不足等狀況，也改變了原有實驗單一死板的實驗內容，對實驗方案可進行靈活多樣的變化組合。具體特點如下:
(1)操作簡單、靈活、方便。 學生做實驗時可根據實驗所需靈活地選擇各個模塊中的不同組件[1]，不必過多的考慮與實驗關系不大的其他技術環節。這樣，既調動了學生的學習積極性和創造性，又提高了實驗效率。
(2)學生可根據不同的課程來選擇不同的實驗內容。 由于在各模塊上可以任意選擇、安裝實驗所需的組件，因此使得學生可以直觀地了解控制系統構成的各個組成部分的細小環節，掌握各種元器件在使用時的接線和控制方法，解決了已往實驗設備整體封閉、學生只能通過外部來了解系統，而對系統中各環節動作的工作原理不能直觀了解的缺點。
(3)滿足多層次的需求。 由于該環境是開放的，它既可搭配簡單的控制電路，又可構成較復雜的控制系統，因此該環境具有隨機實驗環境的特點。學生可就同一實驗內容，設計多種不同起點、不同路徑的實驗方案[4]。讓學生自主選擇實驗模式，設計實驗方案，并為他們提供多次實驗機會，可以使學生通過不同途徑、不同方式進入同樣內容學習的環境，從而獲得對同一事物或同一問題的多方面的認識與理解，同時也滿足不同層次學生學習的需要[5]。
(4)滿足學生個性化的要求。 自擬實驗方案，自主確定實驗儀器和設備。
(5)留有拓展空間。 該實驗環境預留了各種高性能雙列直插式圓腳集成電路插座，可組成各種控制電路，給學生留有廣闊的設計空間，為學生設計并實現完成不同功能的各種控制系統創造了條件。
(6)一臺多用。 通過對這些不同設備的使用，提高了本實驗環境的綜合實驗性能，實現了設備一臺多用的目的。
(7)可以靈活組合。實驗功能板具有固定線路與靈活組合相結合的特點。選擇電源模塊、控制器模塊、基本功能模塊、驅動模塊、被控對象模塊，就可構成開環控制系統，在此基礎上增加檢測模塊就可構成一個半閉環或閉環控制系統。
(8)可用于創新實踐的開發。 如各種創新機器人大賽先期的設計及調試工作可在該環境下進行，既縮短了設計周期，又降低了開發成本。
4 可開出的實驗項目
(1)步進電動機控制系列
軟件環形分配器的設計實驗
硬件環形分配器的設計實驗
光電隔離電路設計實驗
驅動電路的設計實驗
步進電動機正反轉控制實驗
步進電動機調速實驗
(2)數控機床電氣控制系統綜合實驗系列
控制系統設計實驗
擴展程序存儲器和數據存儲器實驗
設計顯示電路和鍵盤電路的實驗
擴充I/O接口電路的實驗
其他輔助控制電路設計實驗
伺服系統控制電路設計實驗
(3)數控機床運動軌跡控制綜合實驗系列
數控技術逐點比較法插補算法實驗
刀具運動軌跡的控制實驗
(4)工業控制、傳感器綜合型實驗系列
小型立體倉庫模型控制系統設計實驗
模擬普通機床數控化改造實驗
模擬工業機器人機構與伺服系統設計實驗
自動分揀系統的設計及控制實驗
單軸運動半閉環系統設計實驗
教室的燈光管理實驗
自動檢票系統設計實驗
(5)可編程控制器實驗系列
基本指令編程練習
三層電梯控制系統的模擬
四層電梯控制系統的模擬
機械手動作的模擬
LED數碼顯示控制
五相步進電機的模擬控制
十字路通燈控制。
5總 結
利用具有可重組功能的計算機控制平臺，為完成機電控制方面的實驗提供了一個很好的環境，使復雜、煩瑣的工作變得簡單、靈活、方便，使原來的只能完成單一實驗的設備經過整合、二次開發，能滿足多門課程的實驗教學需要，實驗的深度與廣度可根據需要作靈活調整。由于環境建設采用組件式結構，更換便捷，如需要擴展功能或開發新實驗，只要在各模塊中添加所需部件即可。各模塊圖線分明、標識清楚、作用明確，使使用者操作、維護方便。
例如，選擇一套步進電機、齒輪減速器、滾珠絲杠螺母副、連軸器、光電編碼器等，就可構成一維單軸運動半閉環控制系統;若選用上述兩套設備就可構成二維X-Y傳動系統;如果選用三套，就可構成三維立體傳動系統，可完成諸如小型立體倉庫、數控機床運動軌跡控制等綜合實驗，并為開展較大型的綜合性實驗提供了可能。另外，對目前學校已購置了慧魚創新機構設計平臺，我們可以利用該環境對其控制系統進行改造，即可以用單片機進行控制，也可以用微機等其它設備進行控制;既可用匯編語言，也可用C語言或其他高級語言來進行控制程序的設計與編碼。這樣使學生熟悉了各種控制器的設計方法，提高了他們對電氣控制系統的設計能力。同時該環境也為課程設計、畢業設計、學生課外科技活動等提供了實踐創新的平臺。開發現有實驗資源，加強實驗室建設，改進實驗教學方法與手段，實現理論教學與實踐的有機結合，只有這樣才能充分實現學生知識——能力的遷移、轉化和創新，這對培養人才具有十分重要的意義。
實踐證明，綜合實驗室的建設與功能開發，在實踐教學改革中發揮著越來越重要的作用。我們將進一步拓展實驗教學時空、創新實驗教學方法，提高實驗教學質量，為全面提高人才培養質量奠定堅實的基礎。
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論文關鍵詞：電子系統；設計方法；設計能力
隨著科學技術的發展、知識經濟時代的到來，社會對大學生提出了許多新的要求。大學生應該具有扎實的基礎理論知識、較強的實踐能力、創新意識、創業精神和協調能力、強烈的責任感和服務意識等。
當今世界，電子產品不斷更新發展，并且向智能化方向發展，日益突出單片機和FPGA等可編程器件在電子產品設計和創新中的重要性。新產品的更新換代促使用人單位對電子信息專業的學生有更高的要求：第一，要有扎實的專業基礎知識，例如學習和掌握“模擬電子技術”、“數字電子技術”、“高頻電子技術”、“單片機原理”和“微機原理”等主要課程；第二，動手能力要強；第三，要能緊跟電子信息產業的迅速發展，要有較強的適應工作的能力，使用先進應用軟件的能力，例如會利用諸如Protel、MaxplusII、Multisim、Matlab等工具軟件進行電路設計和仿真調試。用人單位對畢業生的要求除了能夠掌握一定的基礎理論和工具之外，還要求畢業生具有基于單片機系統的電子產品的設計經驗。
電子設計競賽正是對人才全面培養、更新教育理念、改革教學方法和內容等起到了促進作用，具有極其重要的現實意義。電子設計競賽的選題引進了新的理論與技術，是跨學科的、系統的和綜合的。為了有效指導學生參加各類電子競賽，特對綜合電子系統設計的教學模式、課程內容、教學方法及考評進行改革。
一、綜合電子系統設計課程的性質
電子系統設計主要是指基于單片機控制的完整應用系統的設計，包括系統軟硬件設計及系統調試等多方面的知識。電子系統設計課程體系是以“單片機原理及應用”課程為核心，由“模擬電子技術”、“數字電子技術”、“傳感器技術”、“電子設計自動化”、“可編程邏輯器件及應用”、“C語言程序設計”等相關課程組成。它是一門綜合性較強的專業課程，通過本課程的理論學習和動手實驗，培養學生的專業知識綜合運用能力、系統分析能力和電子產品開發創新能力。
學生經過前期基礎課的學習，通過隨課的驗證性實驗，對于電子信息領域的相關理論知識有了了解和掌握，在老師的指導下基本能夠進行單元電路的設計和調試，通過課程設計也能完成本課程簡單的綜合性實驗。但一些驗證性實驗多數是教材內容原理的演示和再現，實驗內容和方法都是老師指定，學生基本沒有進行系統級的設計和實訓，綜合實踐能力有待提高，學生沒有發揮自己的主觀能動性，積極性不高，不利于創新性人才的培養。
鑒于上述情況，對綜合電子系統設計的理論內容和實踐方法進行改革創新。
二、綜合電子系統設計理論課內容
根據本課程的實際情況和學生所具備基礎知識，安排如下幾個環節：模擬電路單元設計，數字系統單元的設計，微處理器單元電路的設計以及電子系統抗干擾技術等環節。
結合全國電子大賽，模擬單元電路主要講述運算放大器的設計以及正確使用、有源濾波器的設計方法、外圍電子元器件（電子、電容）的計算和選擇；直流穩壓電源的設計方法以及參數元器件的選擇；各種信號產生的方法，重點講述數字頻率合成DDS的原理和實現技術。以上這些單元內容的安排是結合歷年來全國電子設計大賽有關模擬電路環節而選擇的，通過這些內容的講解有利于提高學生模擬電子技術的設計方法。
數字系統設計單元主要講解數字系統設計方法，突出現代數字系統設計——EDA設計方法；可編程邏輯器件的特點及選擇；數字系統設計舉例，比如AD、DA控制器的實現、交通燈控制器的實現、電子密碼鎖的設計等。通過大量實例的講解使學生能初步掌握用大規模可編程邏輯實現中等難度的數字邏輯系統。
微處理器單元主要講述目前流行的各種處理器，例如51內核單片機、MSP430單片機、AVR單片機、PIC單片機等型號，介紹它們的特點、應用范圍、怎樣根據項目需求來選擇合適的微處理器；根據學生目前對微處理器的掌握和學習情況，重點講述基于單片機串行通信的設計，包括幾種流行的串行通信協議：SPI協議、IIC協議、UART協議以及one—wire協議，分析它們的特點，在不具有SPI總線、IIC總線的微處理器中怎樣通過IO口模擬它們的總線協議；以具有這些總線協議的集成電路芯片的利用提高學生的C語言編程能力。
在微處理器單元里，另外的重點內容多基于單片機的并行通信設計，包括常用的人機接口電路（鍵盤、LCD、LED顯示），這是在大多數的電子系統設備中都具有的，學生有必要掌握它們的設計方法以及編程技術。
電子系統抗干擾技術也是綜合電子系統設計中非常重要的內容。當系統處在比較惡劣的環境下，抗干擾設計的好與壞直接決定了系統能否正常工作。微處理器雖然本身的抗干擾能力較強，但是用微處理器構造的控制系統仍存在著抗干擾的問題。為防止外界對系統的干擾，并確保電子系統安全可靠運行，必須采取相應的抗干擾措施。電子系統的干擾主要來自于供電系統、過程通道及空間電磁波。電子應用系統的抗干擾設計應針對不同的干擾源采取必要的抗干擾措施。具體方法有硬件抗干擾技術和軟件抗干擾技術。
在這一章節里主要講解電磁兼容設計、器件選型、降熱散熱計算、電路板和電子系統可靠性測試等綜合知識。通過對本小節的學習，使學生應達到以下目標：熟悉系統的各種干擾來源及形式；學會供電系統及過程通道的抗干擾措施；能說出在印制電路板設計中體現的抗干擾措施；學習設計軟件陷阱及看門狗電路，從而為綜合電子設計系統設計打下良好的基礎。
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三、精心設計安排實驗
這門課實踐性很強，除了教師講述的理論內容和方法外，安排大量的實驗以及鼓勵學生去參加科技創新和各種電子設計的比賽，提升學生分析問題、解決問題的能力，從而提高他們的實際動手能力。根據課程的內容合理安排一些設計性的實驗題目。安排的實驗不同于在學習相應的基礎時所做的實驗，要體現獨立思考的能力。
教師布置實驗題目、講述方法，學生以實驗項目為中心，整合理論知識，查閱相關資料，具體的實驗方案和電路要學生自己去網上或圖書館查閱資料獨立完成。在做實驗前，電路圖以及程序代碼要在課下完成，實驗室只是調試電路和程序以及老師考核實驗成績。這樣做可以更好地將理論與實踐結合到實驗項目中去，使學生在動手實踐能力和分析解決問題的能力上有一定的提升；也可以鍛煉學生學會搜集資料、整理資料，提高他們獨立自主的學習能力。同時，教師在帶領學生學習的過程中也在不斷地提升自己，積累經驗。
結合電子設計競賽，安排各章節相應的實驗項目：模擬電路單元主要是運算放大器和二階有源濾波器的設計；重點是直流穩壓電源的設計；數字系統單元設計安排了數字頻率計、交通燈控制器，重點是DDS數字頻率的合成實驗。微處理器單元安排了基于單片機SPI總線時鐘顯示器和基于單片機并行通信的LCD顯示系統。鑒于目前的實驗條件，這些實驗主要是通過仿真軟件來完成。模擬單元電路里，利用Multisim電子電路仿真軟件來完成運算放大器和有源濾波器以及直流穩壓電源的設計；在數字電路系統設計中，利用MAX+PLUS II軟件完成DDS數字頻率合成的實驗；微處理器單元，利用PROTEUS軟件完成單片機的并行和串行通信實驗。這樣在不需要任何實驗儀器和元器件的情況下，為學生提供了一個展示才華的平臺，充分發揮學生的想象力和創造力。
四、綜合電子系統設計的考核標準
目前我國教育領域使用的最普遍的考核方式仍是閉卷考試。閉卷考試對于考核學生的知識掌握情況是非常重要的，但對于綜合電子系統設計這門技術性實踐性和綜合性非常強的課程，不適合采用閉卷考試對學生能力進行考查。
為了真正鍛煉學生的實際動手能力，對這門課的考核采取如下方式：平時上課出勤、答疑以及學習的主動性占20%；實驗占30%（其中課前預習的情況比重占80%）；最后50%的成績是學生的作品。學生可以完成一個老師指定的題目，在確定最佳設計方案后，到實驗室完成了系統單元電路的仿真，進行安裝、測量和調試，把實際的設計作品做出來。也可以根據學科專業方向并結合自身興趣，自主選擇一個課題作為課程的設計項目，經過系統規劃、設計、電路實現、系統調試完成一個完整的電子作品；最后通過驗收、答辯、總結、演講結束課程的學習。在系統的制作和調試過程中，讓學生想方設法采取各種措施解決所遇到的實際問題，不斷調整參數，修改和完善設計方案，得到真正的訓練。
