導(dǎo)語：如何才能寫好一篇數(shù)字集成電路設(shè)計基礎(chǔ)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞 集成電路設(shè)計 教學(xué)方法 教學(xué)探索

中圖分類號：TN79 文獻標識碼：A 文章編號：1002-7661（2015）19-0006-02

1958年，美國德州儀器公司的基爾比發(fā)明了第一塊集成電路，隨著半導(dǎo)體工藝和集成電路設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，集成電路的規(guī)模可以達上億個晶體管。集成電路具有速度快、體積小、重量輕等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于汽車、醫(yī)療設(shè)備、手機和其他消費電子，其2012年集成電路設(shè)計市場應(yīng)用結(jié)構(gòu)如圖1所示。

自2006年以來，我國集成電路的產(chǎn)值為126億美元，占全球產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值的5.1%，2013年我國集成電路的產(chǎn)值為405億美元，占全球產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值的13.3%。2006年到2013年的年復(fù)合增長率達到18%，遠超過全球集成電路產(chǎn)業(yè)整體增速。我國集成電路行業(yè)的產(chǎn)值如表1所示。

近年來，半導(dǎo)體集成電路產(chǎn)業(yè)在國家政策支持下發(fā)展迅速，因此對集成電路設(shè)計人才的需求劇增。為了滿足社會日益發(fā)展的需要，國家在高校內(nèi)大力推廣集成電路設(shè)計相關(guān)的課程，并且取得了較好的效果，使人才缺口減小，但是還是不能滿足國內(nèi)對集成電路設(shè)計人才實際數(shù)量的需求。為了更好地加快集成電路設(shè)計人才的的培養(yǎng)，本文針對《數(shù)字集成電路原理》教學(xué)中存在的問題，并且根據(jù)教學(xué)的現(xiàn)狀，探索出集成電路設(shè)計的教學(xué)改革。

一、數(shù)字集成電路設(shè)計原理教學(xué)中的現(xiàn)狀

集成電路設(shè)計相對于以分立器件設(shè)計的傳統(tǒng)的電子類專業(yè)而言，偏向于系統(tǒng)級的大規(guī)模集成電路設(shè)計，因此，微電子專業(yè)和集成電路設(shè)計專業(yè)的學(xué)生注重設(shè)計方法的形成，避免只懂理論、不懂設(shè)計的現(xiàn)象。即使學(xué)生掌握了設(shè)計的方法，能夠進行一些小規(guī)模的集成電路設(shè)計，但是設(shè)計出來的產(chǎn)品不能用，不能滿足用戶的需求。這就成了數(shù)字集成電路設(shè)計原理面臨的問題。

二、數(shù)字集成電路設(shè)計原理教學(xué)改善的方法

（1）針對上述的問題，在多年教學(xué)的基礎(chǔ)上，在教學(xué)方法上進行改進，改變傳統(tǒng)的以教師為中心，以課堂講授為主的教學(xué)方式，采用項目化教學(xué)來解決數(shù)字集成電路設(shè)計中只懂理論、不懂設(shè)計的現(xiàn)狀。注重數(shù)字集成電路設(shè)計原理與相關(guān)課程之間的內(nèi)部聯(lián)系，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，通過將一個項目拆分成幾個小項目，使學(xué)生在項目中逐漸加深了對知識點理解，并且將課程的主要內(nèi)容相互銜接與融合，形成完整的集成電路設(shè)計概念。學(xué)生分成5-8人一組，通過小組的方式加強了學(xué)生的相互合作能力，讓學(xué)生更有責(zé)任感和成就感。學(xué)生應(yīng)用相關(guān)的EDA軟件來完成項目的設(shè)計，能夠掌握硬件描述語言、綜合應(yīng)用等數(shù)字集成電路設(shè)計工具。

（2）通過PDCA戴明環(huán)的方式改善了集成電路設(shè)計的產(chǎn)品可用度不高的問題。在集成電路設(shè)計過程中，通過跟蹤課內(nèi)外學(xué)生設(shè)計中反應(yīng)的問題，對項目難易度的進行調(diào)整，提高學(xué)生計劃、分析、協(xié)作等多方面的能力。結(jié)合新的技術(shù)或者領(lǐng)域，對項目進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。通過PDCA戴明環(huán)的方式來持續(xù)改進教學(xué)內(nèi)容和方法，使其滿足社會對數(shù)字集成電路設(shè)計人才的需求。PDCA戴明環(huán)如圖2所示。

（3）開展校企合作的方式，進一步提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的綜合素質(zhì)，促進企業(yè)和學(xué)校的共同發(fā)展。這種方式實現(xiàn)了學(xué)校與企業(yè)的優(yōu)勢互補，資源共享，培養(yǎng)出更加適合社會所需要的集成電路設(shè)計人才，也能夠讓學(xué)校和企業(yè)形成無縫對接。

三、小結(jié)

隨著大規(guī)模集成電路設(shè)計的發(fā)展，更多的設(shè)計工具和設(shè)計方法出現(xiàn)，因此，使用最新的設(shè)計工具，合理設(shè)置《數(shù)字集成電路設(shè)計原理》的教學(xué)內(nèi)容，可以提高學(xué)生的設(shè)計能力和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。通過對《數(shù)字集成電路設(shè)計原理》課程教學(xué)的探索，改變了以教師為中心的傳統(tǒng)采理論課教學(xué)方式，充分發(fā)揮了學(xué)生的能動性和協(xié)作能力，使學(xué)生理論與實踐都能夠滿足集成電路設(shè)計人才的要求。

參考文獻：

[1]殷樹娟，齊巨杰. 集成電路設(shè)計的本科教學(xué)現(xiàn)狀及探索[J].中國電力教育，2012，（4）：64-65.

[2]王銘斐，王民，楊放.集成電路設(shè)計類EDA技術(shù)教學(xué)改革的探討[J].電腦知識與技術(shù)， 2012，8（9）：4671-4672.

篇2

關(guān)鍵詞：工程需求；集成電路設(shè)計；實踐；驗證

中圖分類號：G647 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）44-0089-02

集成電路設(shè)計是學(xué)科交叉特性顯著的一個學(xué)科，且其發(fā)展日新月異，技術(shù)更新非?？欤渲饕母曼c體現(xiàn)在工藝水平、設(shè)計思想和設(shè)計手段上。例如，在設(shè)計SOC等大規(guī)模集成電路時，設(shè)計者首先要全方位地把握系統(tǒng)的主體框架，另外還要注重各個環(huán)節(jié)中的細節(jié)，有效利用EDA軟件來精確地實現(xiàn)設(shè)計并驗證其正確性。目前大多數(shù)高校開設(shè)的集成電路設(shè)計課程融入了多媒體教學(xué)，但多媒體教學(xué)多局限于PPT課件教學(xué)，雖然在教學(xué)內(nèi)容上與過去的板書教學(xué)相比得到了很大的擴充，但從教學(xué)體系上說對于工程化設(shè)計流程的介紹缺乏連貫性、完整性，各個知識點的介紹相對來說較為孤立，學(xué)生對所學(xué)知識的理解無法融會貫通，對工程化設(shè)計的理解停留在概念的層面上。目前課程安排中普遍采用理論教學(xué)為主，存在實踐環(huán)節(jié)過少、實踐環(huán)節(jié)不成完備體系等問題。學(xué)生工程實踐能力不能得到有效提升，用人單位需要花大量的時間和人力對應(yīng)屆學(xué)生進行培訓(xùn)；學(xué)生容易產(chǎn)生挫折情緒，不能快速適應(yīng)崗位需求。本教改通過對目前國內(nèi)急需集成電路設(shè)計人才的現(xiàn)狀的思考，對集成電路設(shè)計課程的教學(xué)進行改革，實施以工程需求為導(dǎo)向，以工程界典型數(shù)字集成電路設(shè)計和驗證流程為主線的閉環(huán)式教學(xué)。在國家急需系統(tǒng)級集成電路設(shè)計實用型工程人才的指導(dǎo)思想下，在工科院校要培養(yǎng)能為社會所用工程人才的辦學(xué)宗旨下，以開發(fā)學(xué)生潛力、提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)積極性為目的，結(jié)合用人單位的用人需求，我院集成電路設(shè)計課程嘗試閉環(huán)教育，即課程的章節(jié)設(shè)置參照工程界數(shù)字集成電路系統(tǒng)的典型設(shè)計流程，知識內(nèi)容涵蓋從設(shè)計到流片生產(chǎn)甚至測試的每一個環(huán)節(jié)，而每一個重要環(huán)節(jié)都有工程實驗與之相對應(yīng)，形成完備的閉環(huán)知識體系。本教改項目閉環(huán)教育可分為理論教育環(huán)節(jié)和實驗教育環(huán)節(jié)。

一、理論教育環(huán)節(jié)

閉環(huán)教育中的理論教育以工程界大型數(shù)字集成電路設(shè)計的典型流程為教學(xué)切入點，然后以該流程為主線介紹各個階段涉及的理論知識和可供使用的EDA軟件，每次進入下一設(shè)計階段的講解前，都會重新鏈接至流程圖，見圖1所示。反復(fù)出現(xiàn)的設(shè)計流程圖，一方面可以加深學(xué)生對設(shè)計流程的印象；另一方面針對當(dāng)前內(nèi)容在流程中出現(xiàn)的位置，突出當(dāng)前設(shè)計階段與系統(tǒng)設(shè)計的整體關(guān)聯(lián)，加強學(xué)生對各個設(shè)計階段的設(shè)計目的、設(shè)計方法、EDA軟件中參數(shù)設(shè)定偏重點的理解。這種教育方法區(qū)別于傳統(tǒng)的單純的由點及面的教育方法，避免出現(xiàn)只見樹木不見森林的情況，能夠在注重細節(jié)的同時加強整體觀念。

二、實踐教育環(huán)節(jié)

實踐教育環(huán)節(jié)主要是指與理論教育相配套結(jié)合的系列實驗。針對每個設(shè)計階段都安排相應(yīng)的較為全面的實驗，與該階段的理論知識形成閉環(huán)。而且，所有的實驗基本可按照從系統(tǒng)設(shè)計開始到流片、測試的完整設(shè)計流程串接起來。

圖1 大型數(shù)字集成電路設(shè)計的典型流程

實驗指導(dǎo)書撰寫了前端設(shè)計內(nèi)容，在數(shù)字集成電路系統(tǒng)初期的系統(tǒng)分析、功能模塊劃分、具體硬件語言描述編譯階段，加入以硬件語言描述、編譯、仿真為偏重的上機實驗，目的是學(xué)習(xí)良好的系統(tǒng)全局觀，掌握過硬的代碼編寫能力，并將設(shè)計下載至FPGA中作為初步的硬件設(shè)計驗證手段；撰寫了后端設(shè)計內(nèi)容，采用Cadence公司的自動布局布線器SE進行布局布線，介紹面向數(shù)字化集成電路的標準化單元概念及其相關(guān)工藝庫文件的作用，著重講授從網(wǎng)表到版圖的轉(zhuǎn)化過程以及需要注意的問題，如電源網(wǎng)絡(luò)的合理布局、時鐘網(wǎng)絡(luò)的時序匹配及平衡扇出等方面的考慮。利用版圖編輯器Virtuoso Layout進行版圖驗證，介紹標準單元版圖與定制版圖的區(qū)別、版圖設(shè)計與工藝制程的關(guān)系，重點在于使學(xué)生在對版圖建立感性認識的同時對IP保護有更深層次的理解。Verilog仿真器進行版圖后仿真實驗，強調(diào)版圖寄生參數(shù)對系統(tǒng)功能、時序的影響，后仿真時序文件反標的含義；明確后仿真對于保證設(shè)計正確性的意義；培養(yǎng)認真負責(zé)的驗證思想。

實踐教育環(huán)節(jié)大致分為前端設(shè)計階段、后端設(shè)計階段、測試階段。

1.前端設(shè)計階段。在數(shù)字集成電路系統(tǒng)初期的系統(tǒng)分析、功能模塊劃分、具體硬件語言描述編譯階段，加入以硬件語言描述、編譯、仿真為偏重的上機實驗，目的是學(xué)習(xí)良好的系統(tǒng)全局觀，掌握過硬的代碼編寫能力，并將設(shè)計下載至FPGA中作為初步的硬件設(shè)計驗證手段。

2.后端設(shè)計階段。針對數(shù)字集成電路的特點，安排面向MPW流片的實驗，介紹將電路轉(zhuǎn)化為高可靠性版圖的主要步驟。該實驗分三個階段：①采用Cadence公司的自動布局布線器SE進行布局布線，介紹面向數(shù)字化集成電路的標準化單元概念及其相關(guān)工藝庫文件的作用，著重講授從網(wǎng)表到版圖的轉(zhuǎn)化過程以及需要注意的問題，如電源網(wǎng)絡(luò)的合理布局、時鐘網(wǎng)絡(luò)的時序匹配及平衡扇出等方面的考慮；②版圖編輯器Virtuoso Layout進行版圖驗證，介紹標準單元版圖與定制版圖的區(qū)別、版圖設(shè)計與工藝制程的關(guān)系，重點在于使學(xué)生在對版圖建立感性認識的同時對IP保護有更深層次的理解；③Verilog仿真器進行版圖后仿真實驗，強調(diào)版圖寄生參數(shù)對系統(tǒng)功能和時序的影響、后仿真時序文件反標的含義，明確后仿真對于保證設(shè)計正確性的意義，培養(yǎng)認真負責(zé)的驗證思想。

篇3

【關(guān)鍵詞】數(shù)字集成電路；設(shè)計方法；同步數(shù)字系統(tǒng)

【中圖分類號】TN402【文獻標識碼】A【文章編號】1006-4222（2016）04-0197-02

數(shù)字電路設(shè)計是一個正在不斷發(fā)展著的學(xué)科，針對其設(shè)計方法一般包括了兩種：①同步設(shè)計；②異步設(shè)計。從目前市場上的產(chǎn)品來看，大多數(shù)的數(shù)字電路都是采用同步設(shè)計的設(shè)計方法，究其原因，同步設(shè)計主要元器件是觸發(fā)器，該技術(shù)較為成熟。但是隨著人們需求的不斷變化，異步設(shè)計也已經(jīng)開始慢慢走近人們的視野之中。本文將首先對數(shù)字電路的設(shè)計流程進行簡單的論述。

1數(shù)字電路流程設(shè)計

伴隨著熟悉電路的發(fā)展，慢慢的，它已經(jīng)有了較為完整的體系，主要包括了系統(tǒng)架構(gòu)、RTL設(shè)計、綜合優(yōu)化、布局布線、版圖設(shè)計等幾個方面。下面依次對這幾個方面進行介紹。系統(tǒng)架構(gòu)是整個設(shè)計最基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)，同時也是十分重要的環(huán)節(jié)，因為只要有了一個好的系統(tǒng)構(gòu)架那么設(shè)計起來就會十分的方便。在這個環(huán)節(jié)中需要對模塊進行劃分，同時也需要對接口進行定義等。下一個環(huán)節(jié)便是RTL設(shè)計。這一環(huán)節(jié)是核心環(huán)節(jié)因為在這一階段需要用相應(yīng)的語言來將電路描述出來。綜合優(yōu)化就是將RTL轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的硬件電路。這個環(huán)節(jié)中往往是和工藝廠商進行合作，從而搭建出合適的電路。數(shù)字電路的布局布線與模擬電路相比要簡單許多，因為很對芯片制造后，生產(chǎn)者就會給出基準單元庫。然后利用EDA軟件，根據(jù)這些相應(yīng)的限制自動布局布線。最后一個環(huán)節(jié)也就是版圖設(shè)計環(huán)節(jié)。就是在布局布線設(shè)計完成之后，結(jié)合基準單元生成具體版圖，然后通過驗證后，教給工廠代加工制造芯片。

2同步數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計

在文章開始，筆者就提到同步設(shè)計法受到眾多設(shè)計人員的青睞。下面本文就將嚴格按照上文中提到過的幾種設(shè)計階段對同步設(shè)計法進行詳細的介紹：

2.1同步電路的優(yōu)越性

之所以被稱之為同步系統(tǒng)就是因為觸發(fā)器的狀態(tài)是有統(tǒng)一始終控制的。各個存儲狀態(tài)的改變都是在時鐘的控制之下完成的。所以同步系統(tǒng)具有著多種好處。①同步電路保證各個存儲單元都有著相同的初始態(tài)，并且只有在時鐘沿到來之時，存儲單元的狀態(tài)才會發(fā)生轉(zhuǎn)變，這樣很大程度上就使得電路較為穩(wěn)定，能夠避免溫度等對電路的影響。②能夠很容易實現(xiàn)流水線，對于提高芯片的效率等方面具有較大的好處。

2.2觸發(fā)器

觸發(fā)器是同步電路的基本單元，尤其指的是D觸發(fā)器。對于觸發(fā)器而言，最重要的特點就是只有當(dāng)時鐘沿到來的時候，觸發(fā)器才會將存儲狀態(tài)轉(zhuǎn)變，也就是將數(shù)據(jù)端的數(shù)據(jù)保存起來。當(dāng)時鐘沿不到達時，觸發(fā)器不會采取動作，這樣就是同步電路較為穩(wěn)定的原因之一。觸發(fā)器在組成時，可以采用MOS管進行搭建，也可以采用簡單的邏輯器件進行構(gòu)建。

2.3RTL級描述

由于數(shù)字電路需要具備的功能越來越多同時規(guī)模也變的越來越大，那么系統(tǒng)這一理念也變得越來越強大。使用Ver-ilogHDL可以對系統(tǒng)進行行為級以及RTL級描述。行為級描述就是為了確認系統(tǒng)是否可行、可靠，同時也會檢查算法是否正確。在進行RTL級設(shè)計的時候需要注意到描述的可綜合性以及測試驗證功能的完備性。描述的可綜合性詳細來說就是設(shè)計人員大多使用mod-elsim進行編譯仿真。這款軟件雖然簡單實用，但同時也具備著不容忽視的弱點，就是VerilogHDL的容錯性較強，不能區(qū)分出行為級描述以及RTL級描述。這就意味著設(shè)計人員的設(shè)計最終可能無法被綜合成硬件電路。為了解決這一問題。設(shè)計人員就需要多多關(guān)注指令都能夠被綜合成什么樣的電路，同時關(guān)注哪些指令不可被綜合。RTL級描述中，功能需要是完備的。這就比可綜合性困難的多。因為到目前為止并沒有能保證功能完備性的驗證體系。為了避免這個問題的出現(xiàn)。設(shè)計人員需要從以下的方面入手：①對于系統(tǒng)級規(guī)劃中模塊盡量按照其功能進行劃分，這樣就能夠在進行RTL級描述時嚴格按照規(guī)劃設(shè)計。②保持良好的編程習(xí)慣。③成立專人的測試部門，這樣既有測試人員又有著設(shè)計人員。在測試人員的把關(guān)之下，很多的問題以及漏洞就會被發(fā)現(xiàn)。

2.4利用DesignCompiler綜合優(yōu)化

DC綜合這一過程是數(shù)字電子線路設(shè)計的前端。在這個綜合設(shè)計的過程中那個，DC需要進最大的努力進行優(yōu)化，但是這之后可能依然有一些違例路徑的存在。這時候就需要人工返回RTL級，進行修改然后再綜合，不斷的循環(huán)。

2.5利用SOCEncounter布局布線

同步數(shù)字設(shè)計的后端就涵蓋了布局布線、時序驗證、后仿等多個環(huán)節(jié)。對比模擬電路，數(shù)字電路布局布線較為簡單尤其再利用一些軟件之后能夠大大的減輕人們的壓力、提高工作效率，節(jié)省時間。

3小結(jié)

本文對于數(shù)字電路設(shè)計方法之中的同步設(shè)計法進行了詳細的介紹，同時對于在設(shè)計過程中可能出現(xiàn)的問題以及解決方案都進行了論述，希望對于今后設(shè)計人員對數(shù)字電路的設(shè)計有所幫助。

參考文獻

[1]孔德立.數(shù)字集成電路設(shè)計方法的研究[D].西安電子科技大學(xué)，2012.

[2]陳明亮.數(shù)字集成電路自動測試硬件技術(shù)研究[D].電子科技大學(xué)，2010.

篇4

1（略）1.1.1（略）

1.1.2嵌入式系統(tǒng)軟件、固件，驅(qū)動開發(fā)精通匯編編程，熟悉計算機原理與體系結(jié)構(gòu)及數(shù)字集成電路設(shè)計（ARM或MIPS，DSP）；掌握Linux設(shè)備驅(qū)動程序開發(fā)的方法．

1.2專業(yè)課程體系劃分將專業(yè)課程體系劃分為3個層次．

1.2.1專業(yè)基礎(chǔ)課主要是從事本專業(yè)必須的基本理論知識，為以后不同專業(yè)方向的學(xué)習(xí)、知識面擴展以及個性發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)．設(shè)置了電路、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、信號與系統(tǒng)、固體物理和半導(dǎo)體物理、高頻電子線路、計算機程序設(shè)計基礎(chǔ)等課程．

1.2.2工具類課程主要是為在集成電路領(lǐng)域和嵌入系統(tǒng)應(yīng)用中從事設(shè)計、制造、應(yīng)用和開發(fā)等工作者提供必要的開發(fā)工具．在集成電路方向設(shè)置了硬件描述語言、電子設(shè)計自動化、單片機原理及應(yīng)用等課程，在嵌入系統(tǒng)方向設(shè)置了嵌入式操作系統(tǒng)、SOPC設(shè)計原理、單片機原理及應(yīng)用等課程，對培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造思維和創(chuàng)新精神，提高實踐動手能力起到積極的推動作用．

1.2.3專業(yè)課是學(xué)生以后從事的專業(yè)方向，主要根據(jù)集成電路產(chǎn)業(yè)和嵌入式系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀和社會需求，在集成電路方向設(shè)置了模擬集成電路設(shè)計、數(shù)字集成電路設(shè)計、集成電路測試與封裝、集成電路綜合開發(fā)技術(shù)等課程，在嵌入系統(tǒng)方向設(shè)置了嵌入式系統(tǒng)接口設(shè)計、HDL模型功能驗證基礎(chǔ)、嵌入式系統(tǒng)綜合開發(fā)技術(shù)等課程．

2搭建寬口徑高實效實踐教學(xué)平臺

為突出模塊化集成教學(xué)思想和分層次漸進式自主實踐理念，層層提升，層層深化，構(gòu)建多元化教學(xué)環(huán)境．從基礎(chǔ)性實驗、基礎(chǔ)工程實踐訓(xùn)練開始，經(jīng)專業(yè)性和綜合性延伸，直至創(chuàng)新性研究，形成新的實踐教學(xué)平臺（圖略）．該平臺由基礎(chǔ)實驗平臺、基礎(chǔ)工程實踐平臺、專業(yè)工程實踐平臺、綜合工程實踐平臺構(gòu)成．

2.1基礎(chǔ)實驗平臺將電路實驗、數(shù)字電子和模擬電子實驗構(gòu)建成基礎(chǔ)實驗平臺，在第3，4學(xué)期進行，在充分考慮電子、電路等理論課程特點的基礎(chǔ)上，在實驗內(nèi)容上自成體系，突出理論與實驗結(jié)合、驗證性實驗與設(shè)計性實驗結(jié)合、虛擬實驗與操作實驗結(jié)合的教學(xué)方法進行實驗教學(xué)．

2.2基礎(chǔ)實踐平臺基礎(chǔ)實踐平臺包括單片機工程實踐基地、EDA工程實踐基地、電子工程實踐基地、通信工程實踐基地、電氣控制工程實踐基地、DSP控制工程實踐基地、應(yīng)用電子工程實踐基地、電氣CAD工程實踐基地、電子工藝工程實踐基地、計算機裝配工程實踐基地．在第4，5學(xué)期分2個階段進行，每階段5周，把實踐基地分成2組，分別進行循環(huán)．拓寬了學(xué)生所學(xué)知識的實際運用能力，使實踐與理論結(jié)合得更加緊密．

2.3專業(yè)實踐平臺專業(yè)實踐平臺包括智能控制工程實踐基地、傳感器與檢測工程實踐基地、控制系統(tǒng)工程實踐基地、ARM工程實踐基地、SOPC平臺、高頻電子線路、微波與天線、單片機應(yīng)用工程（高級）實踐基地、ASIC工程實踐基地、測控專業(yè)工程實踐基地．在第6，7學(xué)期分2個階段完成，每階段5周，學(xué)生可以根據(jù)所學(xué)專業(yè)的特點及興趣，從專業(yè)實踐基地中任選6個基地進行循環(huán)實踐．

2.4綜合實踐平臺綜合實踐平臺屬于教師與學(xué)生共用的科研創(chuàng)新平臺，是開放式實驗、實踐基地．配備幾乎所有其它實踐基地的儀器設(shè)備，使實踐內(nèi)容相互補充，實現(xiàn)了從淺入深、從通到專、從點到面、從傳統(tǒng)到現(xiàn)代、從一般到特殊、從基礎(chǔ)到專業(yè)的漸近式學(xué)習(xí)過程．滿足了畢業(yè)設(shè)計、科技活動、科技創(chuàng)新、電子設(shè)計大賽的需要，實現(xiàn)了專業(yè)課實驗集中化、系統(tǒng)化、設(shè)計化、綜合化和全面化的要求，最大限度地利用工程實踐設(shè)備，利用率接近100%．

3通過電子競賽促進學(xué)生科技創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

幾年來，大力提倡和支持學(xué)生科技創(chuàng)新活動．通過全面開放實驗室，建立由學(xué)生自我管理的電子創(chuàng)新實驗室，成立學(xué)生電子協(xié)會、電之光大學(xué)生科技創(chuàng)新團隊，組織開展假期社會實踐等，大力開展第二課堂活動，鼓勵學(xué)生參加各類學(xué)科競賽、科技創(chuàng)作和相關(guān)社團活動．電子設(shè)計競賽是電子信息類專業(yè)提高學(xué)生綜合素質(zhì)的有效途徑，精選了一批理論基礎(chǔ)扎實、實踐經(jīng)驗豐富、專業(yè)面寬的教師組成教練隊伍，精心制訂訓(xùn)練計劃和競賽方案，為競賽提供了培訓(xùn)實驗場地、實驗儀器設(shè)備和元器件材料，使競賽有了可靠的保證．提倡“重在參與”，鼓勵“敢于競爭，勇于創(chuàng)新”的競賽精神，為參加競賽的學(xué)生專門進行系統(tǒng)地培訓(xùn)．培訓(xùn)內(nèi)容主要有電子設(shè)計與制作技能訓(xùn)練、單片機開發(fā)應(yīng)用和電子系統(tǒng)集成與設(shè)計等．經(jīng)過綜合考核，選出優(yōu)秀的學(xué)生進行強化訓(xùn)練，并進行實戰(zhàn)模擬，最后組織其參加全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽．通過這些活動，學(xué)生的實踐動手能力有了顯著提高．在數(shù)學(xué)建模競賽、省級大學(xué)生電子競賽、全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽、嵌入式設(shè)計大賽等大學(xué)生賽事中，電子專業(yè)的學(xué)生均取得優(yōu)異成績，自1999年以來，該專業(yè)有10余人獲國家獎勵，100余人獲省級獎勵．同時，學(xué)生課外科技活動的開展也促進了電子信息類課程改革和實踐教學(xué)體系的不斷完善，促進了青年教師實踐能力和綜合素質(zhì)的提高．

篇5

關(guān)鍵詞：IP技術(shù) 模擬集成電路 流程

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）03（b）-00-02

1 模擬集成電路設(shè)計的意義

當(dāng)前以信息技術(shù)為代表的高新技術(shù)突飛猛進。以信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平為主要特征的綜合國力競爭日趨激烈，集成電路（IC，Integrated circuit）作為當(dāng)今信息時代的核心技術(shù)產(chǎn)品，其在國民經(jīng)濟建設(shè)、國防建設(shè)以及人類日常生活的重要性已經(jīng)不言

而喻。

集成電路技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了若干發(fā)展階段。20世紀50年代末發(fā)展起來的屬小規(guī)模集成電路（SSI），集成度僅100個元件；60年展的是中規(guī)模集成電路（MSI），集成度為1000個元件；70年代又發(fā)展了大規(guī)模集成電路，集成度大于1000個元件；70年代末進一步發(fā)展了超大規(guī)模集成電路（LSI），集成度在105個元件；80年代更進一步發(fā)展了特大規(guī)模集成電路，集成度比VLSI又提高了一個數(shù)量級，達到106個元件以上。這些飛躍主要集中在數(shù)字領(lǐng)域。

（1）自然界信號的處理：自然界的產(chǎn)生的信號，至少在宏觀上是模擬量。高品質(zhì)麥克風(fēng)接收樂隊聲音時輸出電壓幅值從幾微伏變化到幾百微伏。視頻照相機中的光電池的電流低達每毫秒幾個電子。地震儀傳感器產(chǎn)生的輸出電壓的范圍從地球微小振動時的幾微伏到強烈地震時的幾百毫伏。由于所有這些信號都必須在數(shù)字領(lǐng)域進行多方面的處理，所以我們看到，每個這樣的系統(tǒng)都要包含一個模一數(shù)轉(zhuǎn)換器（AD，C）。

（2）數(shù)字通信：由于不同系統(tǒng)產(chǎn)生的二進制數(shù)據(jù)往往要傳輸很長的距離。一個高速的二進制數(shù)據(jù)流在通過一個很長的電纜后，信號會衰減和失真，為了改善通信質(zhì)量，系統(tǒng)可以輸入多電平信號，而不是二進制信號?，F(xiàn)代通信系統(tǒng)中廣泛采用多電平信號，這樣，在發(fā)射器中需要數(shù)一模轉(zhuǎn)換器（DAC）把組合的二進制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為多電平信號，而在接收器中需要使用模一數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）以確定所傳輸?shù)碾娖健?/p>

（3）磁盤驅(qū)動電子學(xué)計算機硬盤中的數(shù)據(jù)采用磁性原理以二進制形式存儲。然而，當(dāng)數(shù)據(jù)被磁頭讀取并轉(zhuǎn)換為電信號時，為了進一步的處理，信號需要被放大、濾波和數(shù)字化。

（4）無線接收器：射頻接收器的天線接收到的信號，其幅度只有幾微伏，而中心頻率達到幾GHz。此外，信號伴隨很大的干擾，因此接收器在放大低電平信號時必須具有極小噪聲、工作在高頻并能抑制大的有害分量。這些都對模擬設(shè)計有很大的挑戰(zhàn)性。

（5）傳感器：機械的、電的和光學(xué)的傳感器在我們的生活中起著重要的作用。例如，視頻照相機裝有一個光敏二極管陣列，以將像點轉(zhuǎn)換為電流；超聲系統(tǒng)使用聲音傳感器產(chǎn)生一個與超聲波形幅度成一定比例的電壓。放大、濾波和A/D轉(zhuǎn)換在這些應(yīng)用中都是基本的功能。

（6）微處理器和存儲器：大量模擬電路設(shè)計專家參與了現(xiàn)代的微處理器和存儲器的設(shè)計。許多涉及到大規(guī)模芯片內(nèi)部或不同芯片之間的數(shù)據(jù)和時鐘的分布和時序的問題要求將高速信號作為模擬波形處理。而且芯片上信號間和電源間互連中的非理想性以及封裝寄生參數(shù)要求對模擬電路設(shè)計有一個完整的理解。半導(dǎo)體存儲器廣泛使用的高速/讀出放大器0也不可避免地要涉及到許多模擬技術(shù)。因此人們經(jīng)常說高速數(shù)字電路設(shè)計實際上是模擬電路的

設(shè)計。

2 模擬集成電路設(shè)計流程概念

在集成電路工藝發(fā)展和市場需求的推動下，系統(tǒng)芯片SOC和IP技術(shù)越來越成為IC業(yè)界廣泛關(guān)注的焦點。隨著集成技術(shù)的不斷發(fā)展和集成度的迅速提高，集成電路芯片的設(shè)計工作越來越復(fù)雜，因而急需在設(shè)計方法和設(shè)計工具這兩方面有一個大的變革，這就是人們經(jīng)常談?wù)摰脑O(shè)計革命。各種計算機輔助工具及設(shè)計方法學(xué)的誕生正是為了適應(yīng)這樣的要求。

一方面，面市時間的壓力和新的工藝技術(shù)的發(fā)展允許更高的集成度，使得設(shè)計向更高的抽象層次發(fā)展，只有這樣才能解決設(shè)計復(fù)雜度越來越高的問題。數(shù)字集成電路的發(fā)展證明了這一點：它很快的從基于單元的設(shè)計發(fā)展到基于模塊、IP和IP復(fù)用的

設(shè)計。

另一方面，工藝尺寸的縮短使得設(shè)計向相反的方向發(fā)展：由于物理效應(yīng)對電路的影響越來越大，這就要求在設(shè)計中考慮更低層次的細節(jié)問題。器件數(shù)目的增多、信號完整性、電子遷移和功耗分析等問題的出現(xiàn)使得設(shè)計日益復(fù)雜。

3 模擬集成電路設(shè)計流程

3.1 模擬集成電路設(shè)計系統(tǒng)環(huán)境

集成電路的設(shè)計由于必須通過計算機輔助完成整個過程，所以對軟件和硬件配置都有較高的要求。

（1）模擬集成電路設(shè)計EDA工具種類及其舉例

設(shè)計資料庫―Cadence Design Framework11

電路編輯軟件―Text editor/Schematic editor

電路模擬軟件―Spectre，HSPICE，Nanosim

版圖編輯軟件―Cadence virtuoso，Laker

物理驗證軟件―Diva，Dracula，Calibre，Hercules

（2）系統(tǒng)環(huán)境

工作站環(huán)境；Unix-Based作業(yè)系統(tǒng)；由于EDA軟件的運行和數(shù)據(jù)的保存需要穩(wěn)定的計算機環(huán)境，所以集成電路的設(shè)計通常采用Unix-Based的作業(yè)系統(tǒng)，如圖1所示的工作站系統(tǒng)?，F(xiàn)在的集成電路設(shè)計都是團隊協(xié)作完成的，甚至工程師們在不同的地點進行遠程協(xié)作設(shè)計。EDA軟件、工作站系統(tǒng)的資源合理配置和數(shù)據(jù)庫的有效管理將是集成電路設(shè)計得以完成的重要保障。

3.2 模擬集成電路設(shè)計流程概述

根據(jù)處理信號類型的不同，集成電路一般可以分為數(shù)字電路、模擬電路和數(shù)?；旌霞呻娐?，它們的設(shè)計方法和設(shè)計流程是不同的，在這部分和以后的章節(jié)中我們將著重講述模擬集成電路的設(shè)計方法和流程。模擬集成電路設(shè)計是一種創(chuàng)造性的過程，它通過電路來實現(xiàn)設(shè)計目標，與電路分析剛好相反。電路的分析是一個由電路作為起點去發(fā)現(xiàn)其特性的過程。電路的綜合或者設(shè)計則是從一套期望的性能參數(shù)開始去尋找一個令人滿意的電路，對于一個設(shè)計問題，解決方案可能不是唯一的，這樣就給予了設(shè)計者去創(chuàng)造的機會。

模擬集成電路設(shè)計包括若干個階段，設(shè)計模擬集成電路一般的過程。

（l）系統(tǒng)規(guī)格定義；（2）電路設(shè)計；（3）電路模擬；（4）版圖實現(xiàn)；（5）物理驗證；（6）參數(shù)提取后仿真；（7）可靠性分析；（8）芯片制造；（9）測試。

除了制造階段外，設(shè)計師應(yīng)對其余各階段負責(zé)。設(shè)計流程從一個設(shè)計構(gòu)思開始，明確設(shè)計要求和進行綜合設(shè)計。為了確認設(shè)計的正確性，設(shè)計師要應(yīng)用模擬方法評估電路的性能。

這時可能要根據(jù)模擬結(jié)果對電路作進一步改進，反復(fù)進行綜合和模擬。一旦電路性能的模擬結(jié)果能滿足設(shè)計要求就進行另一個主要設(shè)計工作―電路的幾何描述（版圖設(shè)計）。版圖完成并經(jīng)過物理驗證后需要將布局、布線形成的寄生效應(yīng)考慮進去再次進行計算機模擬。如果模擬結(jié)果也滿足設(shè)計要求就可以進行制造了。

3.3 模擬集成電路設(shè)計流程分述

（1）系統(tǒng)規(guī)格定義

這個階段系統(tǒng)工程師把整個系統(tǒng)和其子系統(tǒng)看成是一個個只有輸入輸出關(guān)系的/黑盒子，不僅要對其中每一個進行功能定義，而且還要提出時序、功耗、面積、信噪比等性能參數(shù)的范圍要求。

（2）電路設(shè)計

根據(jù)設(shè)計要求，首先要選擇合適的工藝制程；然后合理的構(gòu)架系統(tǒng)，例如并行的還是串行的，差分的還是單端的；依照架構(gòu)來決定元件的組合，例如，電流鏡類型還是補償類型；根據(jù)交、直流參數(shù)決定晶體管工作偏置點和晶體管大小；依環(huán)境估計負載形態(tài)和負載值。由于模擬集成電路的復(fù)雜性和變化的多樣性，目前還沒有EDA廠商能夠提供完全解決模擬集成電路設(shè)計自動化的工具，此環(huán)節(jié)基本上通過手工計算來完成的。

（3）電路模擬

設(shè)計工程師必須確認設(shè)計是正確的，為此要基于晶體管模型，借助EDA工具進行電路性能的評估，分析。在這個階段要依據(jù)電路仿真結(jié)果來修改晶體管參數(shù)；依制程參數(shù)的變異來確定電路工作的區(qū)間和限制；驗證環(huán)境因素的變化對電路性能的影響；最后還要通過仿真結(jié)果指導(dǎo)下一步的版圖實現(xiàn)，例如，版圖對稱性要求，電源線的寬度。

（4）版圖實現(xiàn)

電路的設(shè)計及模擬決定電路的組成及相關(guān)參數(shù)，但并不能直接送往晶圓代工廠進行制作。設(shè)計工程師需提供集成電路的物理幾何描述稱為版圖。這個環(huán)節(jié)就是要把設(shè)計的電路轉(zhuǎn)換為圖形描述格式。模擬集成電路通常是以全定制方法進行手工的版圖設(shè)計。在設(shè)計過程中需要考慮設(shè)計規(guī)則、匹配性、噪聲、串?dāng)_、寄生效應(yīng)、防門鎖等對電路性能和可制造性的影響。雖然現(xiàn)在出現(xiàn)了許多高級的全定制輔助設(shè)計方法，仍然無法保證手工設(shè)計對版圖布局和各種效應(yīng)的考慮全面性。

（5）物理驗證

版圖的設(shè)計是否滿足晶圓代工廠的制造可靠性需求？從電路轉(zhuǎn)換到版圖是否引入了新的錯誤？物理驗證階段將通過設(shè)計規(guī)則檢查（DRC，Design Rule Cheek）和版圖網(wǎng)表與電路原理圖的比對（VLS，Layout Versus schematic）解決上述的兩類驗證問題。幾何規(guī)則檢查用于保證版圖在工藝上的可實現(xiàn)性。它以給定的設(shè)計規(guī)則為標準，對最小線寬、最小圖形間距、孔尺寸、柵和源漏區(qū)的最小交疊面積等工藝限制進行檢查。版圖網(wǎng)表與電路原理圖的比對用來保證版圖的設(shè)計與其電路設(shè)計的匹配。VLS工具從版圖中提取包含電氣連接屬性和尺寸大小的電路網(wǎng)表，然后與原理圖得到的網(wǎng)表進行比較，檢查兩者是否一致。

參考文獻

篇6

關(guān)鍵詞：本科教育；微電子；課程體系；結(jié)構(gòu)優(yōu)化

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）04-0033-03

一、引言

微電子技術(shù)是隨著集成電路，尤其是超大型規(guī)模集成電路而發(fā)展起來的一門新的技術(shù)。微電子技術(shù)包括系統(tǒng)電路設(shè)計、器件物理、工藝技術(shù)、材料制備、自動測試以及封裝、組裝等一系列專門的技術(shù)，是高科技和信息產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)。微電子產(chǎn)業(yè)是基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，對國民經(jīng)濟有著巨大貢獻，并滲透到其他很多學(xué)科，是發(fā)展現(xiàn)代高新技術(shù)和國民經(jīng)濟現(xiàn)代化的重要基礎(chǔ)。作為電子通信類高校，南京郵電大學(xué)建校近50年來，正朝著信息科技類大學(xué)進軍。隨著電子、通信和信息等產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，國內(nèi)外都需要大量的微電子學(xué)人才，我校成立微電子學(xué)專業(yè)，旨在為我國的ASIC設(shè)計方面，培養(yǎng)急需的人才[1-6]。我國“十五”計劃綱要明確提出大力發(fā)展半導(dǎo)體集成電路產(chǎn)業(yè)，為了滿足社會的發(fā)展和需求，我校微電子專業(yè)成立于2001年，并于2007年招收第一批本科生。在學(xué)校各級領(lǐng)導(dǎo)的重視和關(guān)心下，專業(yè)建設(shè)取得了飛速發(fā)展。本科人才培養(yǎng)方案是各專業(yè)人才培養(yǎng)目標、培養(yǎng)規(guī)格以及培養(yǎng)過程和方式的總體設(shè)計，是學(xué)校組織本科教學(xué)、規(guī)范教學(xué)環(huán)節(jié)、實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標的綱領(lǐng)性文件，對人才培養(yǎng)質(zhì)量具有決定性的影響。當(dāng)今的高校教育不僅需要培養(yǎng)大量理論基礎(chǔ)較扎實、具有開拓創(chuàng)新精神的專業(yè)型人才，也更需要培養(yǎng)大量工程應(yīng)用型人才。所謂“應(yīng)用型人才”主要是指德、智、體、美等方面全面發(fā)展的，能夠?qū)I(yè)知識和技能應(yīng)用于所從事的專業(yè)社會實踐的高級專門人才。“應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式是以能力為中心，以培養(yǎng)技術(shù)應(yīng)用型專門人才為目標的”。它更加注重的是實踐性、應(yīng)用性和技術(shù)性。即基礎(chǔ)知識比高職高專學(xué)生深厚、實踐能力比傳統(tǒng)本科生強，是本科應(yīng)用型人才最本質(zhì)的特征。本科應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式是根據(jù)社會、經(jīng)濟和科技發(fā)展的需要，在一定的教育思想指導(dǎo)下，人才培養(yǎng)目標、制度、過程等要素特定的多樣化組合方式。

二、深化完善本科教學(xué)體系改革的措施探討

人才培養(yǎng)方案制（修）訂工作對于學(xué)校實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標、進一步深化完善本科教學(xué)體系改革具有重要意義，人才培養(yǎng)方案制（修）訂需要全面貫徹國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要，認真落實教育部關(guān)于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見等文件要求，不斷適應(yīng)國家和社會發(fā)展需要，進一步深化教育教學(xué)改革，優(yōu)化人才培養(yǎng)過程，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，促進學(xué)生全面發(fā)展。具體的改革措施探討如下。

1.進一步明確本專業(yè)的特點和優(yōu)勢。培養(yǎng)方案是高等學(xué)校實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標、開展人才培養(yǎng)工作的總體設(shè)計和實施方案，為全面貫徹教育部關(guān)于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見，以執(zhí)行最新頒布的普通高等學(xué)校本科專業(yè)設(shè)置管理規(guī)定為契機，推動我校新一輪專業(yè)建設(shè)和教學(xué)改革，以不斷適應(yīng)知識經(jīng)濟、科技、社會發(fā)展對各類高素質(zhì)創(chuàng)新人才的需要，根據(jù)我校教育教學(xué)改革的實際，及時總結(jié)人才培養(yǎng)經(jīng)驗，以“本科教學(xué)工程”建設(shè)工作為抓手，積極參與教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”及“工程教育專業(yè)認證”，進一步更新教育觀念，深化教育教學(xué)改革，提高本科教育質(zhì)量，構(gòu)建和完善適合我校辦學(xué)指導(dǎo)思想、具有我校辦學(xué)特色的本科創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系，根據(jù)新《目錄》規(guī)定的各專業(yè)培養(yǎng)目標、培養(yǎng)要求、主干學(xué)科、核心課程、主要實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)、主要專業(yè)實驗，緊密結(jié)合近年“本科教學(xué)工程”改革實踐，開展本科專業(yè)培養(yǎng)方案的修訂。本專業(yè)培養(yǎng)適應(yīng)社會發(fā)展需要，道德文化素養(yǎng)高，社會責(zé)任感強，身心健康，掌握扎實的自然科學(xué)基礎(chǔ)知識和必備的專業(yè)知識，具有良好的學(xué)習(xí)能力、實踐能力、專業(yè)能力和創(chuàng)新意識，能在微電子器件、工藝和集成電路設(shè)計及相關(guān)的電子信息科學(xué)領(lǐng)域從事科學(xué)研究、產(chǎn)品研發(fā)、工程設(shè)計、技術(shù)管理等工作的專門技術(shù)人才。主要專業(yè)方向為微電子器件、工藝和集成電路設(shè)計。注重集成電路設(shè)計、集成電路版圖設(shè)計、微電子器件設(shè)計和MEMS設(shè)計。

2.課程設(shè)置進一步優(yōu)化。課程的設(shè)置是否合理對人才的培養(yǎng)起到了至關(guān)重要的作用，尤其是現(xiàn)今提出的對專業(yè)人才的更高要求，需要進一步優(yōu)化課程體系，合理安排課程內(nèi)容。首先，在課程設(shè)置方面，當(dāng)前，南郵本科微電子專業(yè)經(jīng)過幾年的發(fā)展，取得了不少成績。但世界范圍內(nèi)微電子產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展的特點決定了高校微電子學(xué)科的教學(xué)必須緊緊跟隨產(chǎn)業(yè)發(fā)展的步伐。我們在看到以前所取得的成績的同時也必須看到其中所存在的一些問題，并積極進行改革創(chuàng)新。我校的微電子專業(yè)在設(shè)立初期，經(jīng)過各方專家的反復(fù)討論和論證，建立了一套統(tǒng)一的專業(yè)課程和教學(xué)大綱。這套課程滿足該專業(yè)最基本的專業(yè)要求。但由于微電子專業(yè)設(shè)立時間不長，仍屬于起步階段，由于硬件條件和師資力量的缺乏和不到位，無法設(shè)立多樣的課程體系和科目，所以目前的教學(xué)仍然是基本上按統(tǒng)一的教學(xué)大綱和教學(xué)要求組織。隨著學(xué)校辦學(xué)規(guī)模的擴大，通達微電子學(xué)院的設(shè)立，選修微電子專業(yè)課程的學(xué)生人數(shù)不斷增加，原有的教學(xué)課程體系和科目還需要進一步細化、深化、推廣。為此，在課程設(shè)置上，我們必須對已經(jīng)投入使用的培養(yǎng)方案進行分析和總結(jié)、不斷地進行修訂和完善，將整個學(xué)科的課程結(jié)構(gòu)體系、到具體到每一門課程的知識體系，都進行優(yōu)化設(shè)計，以期在最短的學(xué)時內(nèi)使學(xué)生掌握牢固的知識。最終使學(xué)生獲得以下幾方面的能力：掌握扎實的數(shù)學(xué)、物理等方面的基本理論和基本知識；系統(tǒng)掌握量子與固體物理、半導(dǎo)體物理與器件物理、半導(dǎo)體集成電路設(shè)計和制造的基本知識，具有獨立進行微電子器件、工藝和集成電路設(shè)計的基本能力；了解電子信息類專業(yè)的一般原理和知識，受到科學(xué)實驗與科學(xué)思維的訓(xùn)練，具有本學(xué)科與跨學(xué)科的科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)的基本能力；在綜合類實踐、實驗中具有較強的獨立設(shè)計、分析和調(diào)試系統(tǒng)的能力，能夠完成綜合性和探索性工作的能力；養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，對終身學(xué)習(xí)有正確認識，具有不斷學(xué)習(xí)和適應(yīng)發(fā)展的能力；其次，對于理論課程的內(nèi)容，針對南京郵電大學(xué)的學(xué)科特點和電子科學(xué)與工程學(xué)院的實際情況，以及本專業(yè)的特色建設(shè)，主要專業(yè)方向為微電子器件、工藝和集成電路設(shè)計。注重集成電路設(shè)計、集成電路版圖設(shè)計、微電子器件設(shè)計和MEMS設(shè)計。以能力培養(yǎng)為基礎(chǔ)來設(shè)計，并考慮學(xué)生畢業(yè)后從事的職業(yè)，根據(jù)工作的要求對教學(xué)中的課程進行專項的能力和綜合能力培養(yǎng)。在通識教育類課程中設(shè)置了高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、物理實驗、程序設(shè)計等。專業(yè)教育類課程中設(shè)置了信號與系統(tǒng)、數(shù)字電路與邏輯設(shè)計、模擬電子技術(shù)及電工電子實驗等。這些是所有涉及到電類專業(yè)的學(xué)生都必須學(xué)習(xí)的課程。在微電子專業(yè)的專業(yè)課中安排了固體物理、半導(dǎo)體物理、半導(dǎo)體集成電路工藝、半導(dǎo)體器件物理、通信原理，這些課程都是基礎(chǔ)理論課程，是為微電子專業(yè)的學(xué)生打下基本的專業(yè)基礎(chǔ)?？紤]到工程認證的需要，在集成電路與CAD的課程設(shè)置上，專門增加了16小時的實驗，加強學(xué)生的實驗和操作技能。在集成電路分析與設(shè)計的課程設(shè)置中，專門將模擬和數(shù)字分開，設(shè)置了各48小時的模擬集成電路分析與設(shè)計、數(shù)字集成電路分析與設(shè)計，這不同于其他院校的課程設(shè)置，應(yīng)該也算是我專業(yè)的一個特色和優(yōu)勢。使學(xué)生掌握初步的集成電路設(shè)計知識，加強了學(xué)生的集成電路分析和設(shè)計的能力。除了已經(jīng)設(shè)置的32小時的VLSI設(shè)計實驗課和32小時的微電子專業(yè)實驗，還增加了32小時的工藝實驗，這也大大加強了實驗和上機比例。具體來講，已經(jīng)在建設(shè)的ASIC設(shè)計實驗室的基礎(chǔ)上開展了ASIC設(shè)計實驗課程的教學(xué)，并籌備建立了微電子專業(yè)實驗室，擁有了一批工作站、計算機等硬件資源和ISE、MAXPlus II、Synopsys Cadence等軟件資源、學(xué)會一到兩種EDA工具的使用方法。建設(shè)微電子器件和半導(dǎo)體物理專業(yè)實驗課程，在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上購置了必要的儀器設(shè)備、編寫了實驗教程、開展了半導(dǎo)體材料實驗和晶體管測試實驗；基于以上措施，建立一整套完備的、覆蓋微電子產(chǎn)業(yè)前端和后端工序的微電子實驗課程體系。開展了器件和工藝設(shè)計實驗。掌握一定微電子實驗?zāi)芰κ俏㈦娮訉I(yè)本科生應(yīng)當(dāng)具備的基本素質(zhì)。在微電子專業(yè)的專業(yè)選修課中設(shè)置了VLSI版圖設(shè)計基礎(chǔ)、片上系統(tǒng)設(shè)計、微電子器件設(shè)計、MEMS與微系統(tǒng)設(shè)計、新型微電子器件、通信集成電路等多門課程，涵蓋了微電子方向的器件設(shè)計、電路設(shè)計、工藝設(shè)計等各個方面。更好地體現(xiàn)了應(yīng)用型人才的培養(yǎng)方向和目標。再者，實踐課程的內(nèi)容上，由于微電子專業(yè)是一個實踐性較強、實踐內(nèi)容多的專業(yè)，從集成電路的生成流程來看，其實踐內(nèi)容包括系統(tǒng)和電路設(shè)計、器件設(shè)計、工藝設(shè)計、版圖設(shè)計、實際流片和測試。實踐課程的設(shè)置對培養(yǎng)學(xué)生解決問題能力、判斷能力和創(chuàng)新能力極為關(guān)鍵；需要工程認證的專業(yè)的實驗實踐課程必須要達到30%以上。因此，還擬通過建立微電子專業(yè)實驗室，開設(shè)微電子和半導(dǎo)體測試實驗課，在培養(yǎng)學(xué)生理論知識的同時，加強實踐能力的培養(yǎng)，培養(yǎng)既有較深理論基礎(chǔ)，又有一定動手能力的全面發(fā)展的學(xué)生。在實踐型環(huán)節(jié)的課程設(shè)置中，通識基礎(chǔ)課和學(xué)科基礎(chǔ)課中安排了電類學(xué)科所必須的程序設(shè)計、電裝實習(xí)、電子電路課程設(shè)計等。在專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課中，設(shè)置了軟件設(shè)計、微電子課程設(shè)計等，尤其是微電子課程設(shè)計，將進行較大的改革，要求改革后設(shè)計內(nèi)容都是與本專業(yè)緊密相關(guān)，全面運用到所學(xué)的專業(yè)知識。

3.師資隊伍的建設(shè)。本專業(yè)現(xiàn)在擁有專業(yè)教師14名，完全滿足本科的專業(yè)教學(xué)需要，但從事集成電路設(shè)計方向的老師比較缺乏。還有，學(xué)生的個性不同，使學(xué)生在學(xué)習(xí)的興趣、主動性等方面差異很大；隨著社會競爭的日益激烈和社會需求的不斷變化，又使學(xué)生的未來發(fā)展面臨很大挑戰(zhàn)，學(xué)生的需求隨之呈現(xiàn)多樣化。因此，多元化的培養(yǎng)規(guī)格應(yīng)當(dāng)成為共識。將學(xué)生的具體情況和社會需求相結(jié)合，這就要求我們必須打破現(xiàn)有的統(tǒng)一模式，根據(jù)學(xué)生的實際和社會需求建立多樣化的課程體系，實施分類教學(xué)，在保證打好扎實的專業(yè)基礎(chǔ)的前提下，設(shè)立盡可能多的適應(yīng)當(dāng)今社會發(fā)展的方向性課程。建立既具有深厚扎實的理論知識功底，又具有精通實踐、有很強的動手操作能力和解決生產(chǎn)實際問題能力的教師隊伍迫在眉睫。近幾年，我學(xué)院在引進高水平的師資力量方面進行了不懈的努力，微電子專業(yè)教師的隊伍在不斷擴大，教師的專業(yè)方向也在不斷豐富，能夠勝任并有選擇性地擔(dān)任各主要方向的專業(yè)課教學(xué)。但仍然缺乏學(xué)科帶頭人，缺乏一個凝聚人心的事業(yè)平臺，學(xué)術(shù)梯隊。這就要加速建設(shè)學(xué)科帶頭人、重點骨干教師和優(yōu)秀青年教師4個層次的學(xué)術(shù)梯隊。通過培養(yǎng)和引進，形成一批整體素質(zhì)高、學(xué)術(shù)實力強、結(jié)構(gòu)合理、具有團結(jié)協(xié)作精神的學(xué)術(shù)梯隊，使其在學(xué)科建設(shè)中發(fā)揮突出作用。鼓勵教師積極申報各類項目，積累一定的設(shè)計、實驗和操作經(jīng)驗。鼓勵教師與公司、研究所合作，鼓勵教師到國內(nèi)外高校去做訪問學(xué)者，積極參加國內(nèi)外舉辦的國際會議，從而了解專業(yè)的最新發(fā)展、前沿問題，開闊眼界。

三、小結(jié)

總的來說，微電子學(xué)是發(fā)展現(xiàn)代高新技術(shù)和國民經(jīng)濟現(xiàn)代化的重要基礎(chǔ)。培養(yǎng)方案是高等學(xué)校實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標、根據(jù)我校教育教學(xué)改革的實際，及時總結(jié)人才培養(yǎng)經(jīng)驗，以“本科教學(xué)工程”建設(shè)工作為抓手，積極參與教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”及“工程教育專業(yè)認證”，進一步更新教育觀念，深化教育教學(xué)改革，提高本科教育質(zhì)量，迫在眉睫。其中需明確我校的特點和優(yōu)勢，以通信集成電路設(shè)計為主要方向，同時兼顧工藝設(shè)計與器件設(shè)計。相信通過培養(yǎng)方案、課程設(shè)置、師資等各方面的建設(shè)，一定會培養(yǎng)出高質(zhì)量的微電子學(xué)領(lǐng)域人才，為我國的微電子工業(yè)做出貢獻。

參考文獻：

[1]楊宏，王鶴.微電子機械技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀[J].微電子學(xué)，2001，31（6）：392-394.

[2]李文石，錢敏，黃秋萍.施敏院士論微電子學(xué)教育[J].教育家，2003，（3）：11-16.

[3]劉瑞，伍登學(xué)，鄔齊榮等.創(chuàng)建培養(yǎng)微電子人才教學(xué)實驗基地的探索與實踐[J].實驗室研究與探索，2004，23（5）：6-8，23.

[4]李斌，黃明文.微電子技術(shù)專業(yè)創(chuàng)新教育探索[J].中山大學(xué)學(xué)報論叢，2002，22（1）：108-109.

[5]嚴兆輝.微電子的過去、現(xiàn)在和未來[J].武漢工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2003，15（2）：30-34.

[6]蔣元平.學(xué)科建設(shè)的內(nèi)涵詮釋和實現(xiàn)策略[J].中國西部科技，2007，（1）.

篇7

在洗衣機工作中，水是洗衣的必備條件，水的合理用量決定了洗滌效果。因此檢測水量成為洗衣機工作中的一項重要內(nèi)容。本文介紹一款洗衣機控制器的水位檢測電路，通過原理及參數(shù)選擇等方面的內(nèi)容講解，使大家對該電路起到更深的了解。

【關(guān)鍵詞】振蕩頻率 傳感器 反相器

在洗衣機控制器中，原先采用水位開關(guān)，通過開關(guān)信號來判定水量是否滿足設(shè)定值，該方案大多采用于雙缸洗衣機及一些小容量的全自動洗衣中，無法檢測水位頻率，只能讀取其中一個設(shè)定值。隨著家電智能技術(shù)的不斷發(fā)展，精確感知洗滌水量成為洗衣機設(shè)計一種趨勢。目前，在洗衣機設(shè)計中使用較多是諧振式水位傳感器，通過電控板上的邏輯電路來實現(xiàn)水位檢測的功能，該檢測電路可靠性、實用性較高，本文介紹的就是這方面的內(nèi)容。

1 電路設(shè)計

1.1 電路原理圖

水位檢測電路如圖1所示，該電路是將水位傳感器采集的水位信號轉(zhuǎn)化為洗衣機控制器MCU所需的信號。電路中采用4069反相器集成IC為核心元器件進行電路設(shè)計。4069為反相器集成IC，內(nèi)部由六個反相器組成，如圖1。本電路利用其中三個反相器（a、b、c）進行設(shè)計，未被使用的反相器輸入端均接地，其中4069第8腳為方波信號輸出腳，輸出給洗衣機控制器MCU檢測端口。

1.2 電路工作原理

諧振式水位傳感器通過水壓氣管與洗衣機桶內(nèi)側(cè)相連，隨著水位的變化，感知的氣壓也發(fā)生變化，內(nèi)部電感線圈的電感量也隨之變化，根據(jù)公式f=1/2π的原理，氣壓越大，電感量越大，諧振頻率越小，反之則越高。如圖1傳感器等效電路圖，水位傳感器內(nèi)部由電感L1與電容C1、C2組成，電感和電容組成選頻網(wǎng)絡(luò)，并與4069檢測電路形成三點自激振蕩電路，將電感信號的變化轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率信號，便于控制器MCU芯片的采集，從而檢測到桶內(nèi)水位的變化。為了使整個LC回路實現(xiàn)自激振蕩，需使反相器偏置在高增益線性放大區(qū)，形成放大器，因此需要在反相器兩端并聯(lián)一個電阻R3。

在電路中，水位傳感器內(nèi)部作為一個π型選頻網(wǎng)，形成180度的相位差，并且信號經(jīng)過4069反相器也產(chǎn)生了180度的相位差，導(dǎo)致整個振蕩回路形成360度相位差，但在實際處理中，反相器存在延遲，導(dǎo)致額外的相位移，為確保整個振蕩環(huán)路總相位差在360度，水位傳感器π選頻網(wǎng)絡(luò)必須根據(jù)反相器的延時情況，生成小于180度的相位差，因此本電路中采用了R2、R1兩個電阻分別串于反相器（a、b）的輸入輸端，通過調(diào)整電阻的參數(shù)來調(diào)節(jié)振蕩環(huán)路增益和相位差。

反相器（a、b）與電阻R1、R2、傳感器構(gòu)成振蕩電路，參與波形的處理，輸出近似于方波的信號，見圖3，而第三個反相器（c）針對這個波形進行了最后的整形，使其輸出理想的方波信號，控制器主芯片通過采集這個方波頻率來判斷水位的高低。

2 元器件的選擇

為了提高水位檢測電路的可靠性，需對所用元器件進行必要的選型工作，確保元器件的選型更加符合電路的設(shè)計要求。

IC1選用4069集成IC，內(nèi)部由六個COS/MOS反相器電路組成，一般選擇可靠性較高的品牌型號。

電阻R3兩端與IC1的第12、13腳相連，即在并聯(lián)在反相器（a）之間，電阻R3一般選擇阻值較大的型號，該電路中選用阻值為100KΩ。

電阻R1、R2作為限流電阻，起到限制反相器輸出的功能，R1選擇560Ω，R2選擇3.3K。電阻R2處于反相器的輸入端，R1處于輸出端，注意R2的阻值須大于R1，否則會導(dǎo)致輸入信號的幅值變小，抗干擾能力下降，容易導(dǎo)致電路無法正常工作。

電阻R4與電容C3對輸出的方波進行濾波，減少噪聲干擾。電阻選擇150Ω，電容選擇0.001uf。注意電容C3容量的大小選擇非常重要，往往因選擇較大導(dǎo)致方波變形，使信號失真，該電容容量值一般在0.001uf左右，既能起到濾波的作用，也能確保方波信號不失真。

3 工作中的波形

為確保輸出理想的信號，在電路中設(shè)置了3個測試點（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ），對信號處理的重要環(huán)節(jié)進行波形測量與分析。

水位傳感器采集了水量的變化，并以正弦波的方式輸出，現(xiàn)對傳感器輸出端a點波形進行測量，如圖2。

正弦波輸入至4069（a、b）反相器中，如圖1，反相器對正弦波進行了處理，輸出波形失真為近似方波的信號，如圖3。

信號經(jīng)過第三個反相器（c）整形，并經(jīng)過R4及C3濾波等處理，輸出的方波信號，如圖4。

4 結(jié)束語

水位檢測作為洗衣機工作的關(guān)鍵內(nèi)容，貫穿整個洗滌過程，直接影響消費者所關(guān)心的洗凈度與用水量，因此水位電路設(shè)計的合理性、實用性顯得尤為重要。相信隨著家電智能化的迅速發(fā)展，這種低成本，實用性較強的電路將越來越多地使用在產(chǎn)品中。

參考文獻

[1]王爾乾.數(shù)字邏輯與數(shù)字集成電路[M].北京：清華大學(xué)出版社，2002.

[2]董海青.集成電路設(shè)計基礎(chǔ)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2013.

[3]孫肖子.CMOS集成電路設(shè)計基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2008.

作者簡介

顏東亮，男，江蘇省建湖縣人。現(xiàn)為無錫小天鵝股份有限公司飛翎電子工程師，主要從事洗衣機控制器設(shè)計工作。

篇8

關(guān)鍵詞：數(shù)字電子技術(shù)；教材；探索

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2012）03-0098-02

隨著數(shù)字電子技術(shù)、集成電路設(shè)計、制造技術(shù)的高速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，大量學(xué)科紛紛出現(xiàn)在高等教育的課程設(shè)置中，如DSP、嵌入式系統(tǒng)、SOPC、PLD、EDA、硬件描述語言等。這些課程引領(lǐng)電子技術(shù)的發(fā)展方向，把作為這一領(lǐng)域?qū)I(yè)基礎(chǔ)課的《數(shù)字電子技術(shù)》的地位和重要性也推到了前所未有的高度，同時也對數(shù)字電子技術(shù)課程的教學(xué)內(nèi)容提出了極大的挑戰(zhàn)！然而，難以樂觀的是目前國內(nèi)多數(shù)著名高校該課程的教材多少年來隨著版本的更新，內(nèi)容變化并不大。可喜的是，近年來有個別教師對《數(shù)字電子技術(shù)》教材做了非常大膽的改革，比如，有教材大篇幅地增加了可編程邏輯器件及應(yīng)用，使學(xué)生在課堂上的大部分時間用于學(xué)習(xí)掌握現(xiàn)代電子技術(shù)設(shè)計方法；也有教材將微型計算機原理和數(shù)字電子技術(shù)合二為一，將微處理器結(jié)構(gòu)作為數(shù)字電子技術(shù)的一個應(yīng)用實例，這樣不僅消除了傳統(tǒng)數(shù)字電子技術(shù)內(nèi)容零散的缺陷，同時也將微型計算機原理課程和數(shù)字電子技術(shù)課程有機地結(jié)合在一起，并可以減少學(xué)時數(shù)，方便課程安排。作者早在參考文獻[1]中也提出這種改革方案，但由于教學(xué)內(nèi)容的大量改動往往牽扯到教學(xué)計劃和幾門課程的改革等問題，影響面比較大。因此，多年來各著名高校依然按兵不動。本文在盡量不影響教學(xué)計劃的前提下，針對目前的多數(shù)教材內(nèi)容提出幾點建議。

一、數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展和課程重要性介紹

國內(nèi)外多數(shù)教材的開篇都是直入主題，對《數(shù)字電子技術(shù)》課程的重要性、電子技術(shù)的發(fā)展、課程特點及學(xué)習(xí)方法等問題很少介紹。這樣使得學(xué)生在剛開課時就接受大量新概念，畢竟數(shù)字電子技術(shù)是走進數(shù)字時代的第一入門課程，由模擬世界到數(shù)字世界有些轉(zhuǎn)彎太急。另外，開篇不介紹電子技術(shù)發(fā)展和一個典型應(yīng)用，往往使學(xué)生學(xué)到最后都會感覺內(nèi)容零散，慢慢失去了學(xué)習(xí)興趣。這種大轉(zhuǎn)折性課程有必要介紹電子技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，介紹電子技術(shù)的發(fā)展，不僅使學(xué)生可以了解該學(xué)科前沿技術(shù)及目前應(yīng)用狀態(tài)，啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新能力，也可以讓學(xué)生體會EDA軟件在現(xiàn)代電子技術(shù)設(shè)計中的作用，在課程學(xué)習(xí)過程中自發(fā)學(xué)習(xí)和利用EDA軟件進行仿真實驗，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引起學(xué)生對課程的足夠重視，同時也給學(xué)生一個適應(yīng)過程。教材中介紹課程的重要性是非常必要的，數(shù)字電子技術(shù)已逐漸滲透到各個行業(yè)及領(lǐng)域，推動著世界步入數(shù)字化時代，進入21世紀，數(shù)字電子技術(shù)將繼續(xù)促進人類在各個領(lǐng)域的全面進步。作為走向數(shù)字化時代的第一門課程，重要性不言而喻。另外，應(yīng)該強調(diào)學(xué)生應(yīng)該學(xué)習(xí)一些什么？課程各章節(jié)的重要性和相互關(guān)系等?！稊?shù)字電子技術(shù)》作為一個轉(zhuǎn)折性和走向數(shù)字化時代的基礎(chǔ)課程，也能鼓勵之前學(xué)習(xí)較差的學(xué)生，將《數(shù)字電子技術(shù)》課程作為一個新的學(xué)習(xí)起點，走向美好未來。另外，電子技術(shù)課程也是很多高校某些專業(yè)的考研課程，對于以后想考研的學(xué)生提前告知也可以引起學(xué)生對該課程的高度重視。《數(shù)字電子技術(shù)》課程實踐性很強，要在教材中強調(diào)高度重視實驗環(huán)節(jié)，介紹使用EDA軟件進行電路的設(shè)計和分析方法。鼓勵學(xué)生在實驗中遇到問題時要有積極主動分析問題和解決問題的心態(tài)，在不斷解決問題的中提高自信和科研動手能力。

二、理論教學(xué)和實驗內(nèi)容的配合

目前多數(shù)教材不包含實驗內(nèi)容，而且EDA內(nèi)容介紹很少甚至沒有，實驗與教學(xué)配合不是很緊密。如果教材中實驗內(nèi)容像每章后的作業(yè)一樣安排，在教材中每章之后直接給出驗證性實驗和設(shè)計性實驗內(nèi)容，并增加EDA仿真實驗，使學(xué)生一開始就學(xué)習(xí)和利用現(xiàn)代電子設(shè)計不可或缺的一些EDA工具，使數(shù)字電子技術(shù)的教學(xué)環(huán)節(jié)采取“黑板+PPT+EDA仿真”的模式，這樣不僅使課程與實驗銜接緊密，加深學(xué)生對所學(xué)理論知識的理解，利用課外學(xué)時也解決了實驗時間有限的問題。同時，EDA仿真環(huán)境的開放性為設(shè)計性和探索性實驗提供了實驗環(huán)境，克服了實物實驗中硬件損耗帶來的資金壓力和實驗平臺數(shù)量和開放時間的限制，對提高學(xué)生的綜合素質(zhì)、培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力、激發(fā)學(xué)生主動探索未知事物的學(xué)習(xí)熱情具有特殊的作用。當(dāng)然，走進實驗室熟悉硬件、搭接電路、調(diào)試電路等實驗過程對于培養(yǎng)學(xué)生實際動手能力、分析問題和解決問題的能力具有重要意義。

三、增強實際應(yīng)用例子

參考微處理器硬件電路，更新教材內(nèi)容，使理論與實際相結(jié)合?！稊?shù)字電子技術(shù)》的重點是分析和設(shè)計電路，也是微處理器課程的重要基礎(chǔ)。如果能將部分內(nèi)容和后續(xù)微處理器課程結(jié)合將會極大提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。目前教材中的很多應(yīng)用實例陳舊且不結(jié)合實際，參考文獻[1]中詳細說明了存在的問題，在此舉例說明并提出建議，例如：組合邏輯電路中的中規(guī)模集成器件（MSI）及應(yīng)用，幾乎所有的教材都是介紹概念、具體某器件符號圖、功能表及應(yīng)用等，介紹的多數(shù)器件型號比較陳舊且應(yīng)用介紹與實際都有很大距離。比如，編碼器從學(xué)生熟悉的鍵盤引出編碼的概念和編碼器的作用后，多數(shù)教材給出的集成編碼器型號在實際中很少用到，應(yīng)該增加實際鍵盤掃描原理電路介紹和實用的鍵盤編碼器，比如16鍵盤編碼電路74C922（CMOS工藝技術(shù)制造，工作電壓3-15V，“二鍵鎖定”功能，編碼輸出為三態(tài)輸出，可直接與微處理器數(shù)據(jù)總線相連，內(nèi)部能完成4x4矩陣鍵盤掃描）。譯碼器應(yīng)用幾乎所有教材都是介紹用74LS138譯碼器實現(xiàn)邏輯函數(shù)、多路分配器等，而沒有介紹其最為重要的地址譯碼作用，如果介紹三態(tài)門時增加或增強總線結(jié)構(gòu)，在譯碼器應(yīng)用中就很容易引入地址譯碼器的地址譯碼作用。其實，在介紹數(shù)字電子技術(shù)相關(guān)內(nèi)容時，將其應(yīng)用延伸到微型計算機的結(jié)構(gòu)，比如，中斷控制邏輯需要的優(yōu)先編碼器、地址譯碼器、總線結(jié)構(gòu)、鍵盤編碼、存儲器、時鐘和復(fù)位電路等，在《數(shù)字電子技術(shù)》課程最后將很容易搭建起一個計算機簡化結(jié)構(gòu)模型。這不僅將《數(shù)字電子技術(shù)》零散的內(nèi)容融為一體，而且在學(xué)習(xí)各個部分時，學(xué)生也會更有興趣，也有助于后續(xù)課程相應(yīng)內(nèi)容的理解和學(xué)時壓縮。

四、思考經(jīng)典應(yīng)用

很多教材或多或少都引用了之前教材的一些經(jīng)典應(yīng)用實例，導(dǎo)致再版或新出版教材都沒有慎重考慮也照搬前人的實例，結(jié)果造成大多數(shù)的《數(shù)字電子技術(shù)》教材中都存在有問題的設(shè)計實例。比如，串行序列檢測電路設(shè)計，在參考文獻[2]中作者已提出該問題并引起了一些老師的重視，但多數(shù)教材問題依然存在；還有同步JK觸發(fā)器，個別教材認為在CP=J=K=1時，JK觸發(fā)器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次，有教師就針對該問題發(fā)表了論文，認為根據(jù)JK觸發(fā)器狀態(tài)變化關(guān)系：00不變、11翻轉(zhuǎn)、其它隨J變。因此，CP=J=K=1時，JK觸發(fā)器狀態(tài)應(yīng)該按照Qn+1=■n=1的規(guī)律并以各級門電路延遲時間之和為時間間隔，不斷地翻轉(zhuǎn)，直到CP有效高電平結(jié)束為止。其實這些說法都不正確，通過理論分析和仿真實驗可以證明，CP=J=K=1時，JK觸發(fā)器輸出為：，Qn=■n=1，0n和■n不再互補，而且當(dāng)CP變?yōu)榈碗娖綍r，輸出不確定。這是因為觸發(fā)器中構(gòu)成反饋的兩個門的輸入，在CP=J=K=1時，都為Qn，■n=0。這些問題說明即使是多數(shù)教材中都引用的內(nèi)容也需要編寫教材的老師仔細推敲和思考。

五、增強可編程邏輯器件原理以及應(yīng)用介紹

許多大規(guī)模、超大規(guī)模及專用集成電路產(chǎn)品的問世，特別是高密度可編程邏輯器件的快速發(fā)展，使得現(xiàn)代數(shù)字控制系統(tǒng)幾乎成為兩片系統(tǒng)――微處理器+可編程邏輯器件。作為工科院校專業(yè)基礎(chǔ)課程之一的《數(shù)字電子技術(shù)》，其大部分內(nèi)容和實際應(yīng)用顯然存在較大差別，不適應(yīng)現(xiàn)代電子技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用需要，改革教材內(nèi)容迫在眉睫。教材中的經(jīng)典內(nèi)容比如，數(shù)字邏輯基礎(chǔ)、集成邏輯門、存儲器等需要保留，對小規(guī)模集成邏輯門的解剖有利于理解集成器件的外特性和性能指標，正確使用器件合理設(shè)計電路，也利于掌握同一數(shù)字邏輯系列大規(guī)模集成器件的使用方法；觸發(fā)器、基于門或觸發(fā)器的組合或時序電路的分析和設(shè)計、中規(guī)模器件電路、脈沖產(chǎn)生與整形等要進一步精簡；擴充可編程邏輯器件應(yīng)用，增強現(xiàn)代電子設(shè)計方法的介紹和實驗訓(xùn)練非常必要，很多教材雖然增強了PLD內(nèi)容，但教學(xué)并沒跟上。本文在盡量不影響教學(xué)計劃的前提下，對目前的教材內(nèi)容提出幾點建議，旨在逐步更新課程內(nèi)容，適應(yīng)現(xiàn)代電子技術(shù)飛速發(fā)展和應(yīng)用的需要。期望和同行們共同探索出更好的教材和教學(xué)改革方案。

參考文獻：

[1]寧改娣，楊拴科，王建校.數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)改革探討[C].中國電子教育學(xué)會會刊.2000.

[2]寧改娣，楊栓科.串行序列檢測同步時序電路設(shè)計探討[C].西安交通大學(xué)2003.8.全國高校電子經(jīng)驗交流會論文集。

篇9

【關(guān)鍵詞】數(shù)字電路課程；實踐平臺；工程設(shè)計；實驗

1概述

在教學(xué)過程中，具備數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計實踐工程能力，涉及相關(guān)數(shù)字系統(tǒng)課程體系教學(xué)與實踐，在各高校的電氣、電子信息類專業(yè)中，數(shù)字電路是一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，隨著數(shù)字技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴大，在后續(xù)專業(yè)課程中，顯而易見，隨著電子產(chǎn)品數(shù)字化部分比重增大，它在數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計中基礎(chǔ)性地位越來越突出。

因此，培養(yǎng)適合現(xiàn)代電氣、電子、信息技術(shù)發(fā)展的卓越人才，創(chuàng)新數(shù)字電路的課程幾次理論與工程實踐教學(xué)迫在眉睫。

根據(jù)我校近幾年電氣、電子課堂教學(xué)的實踐情況，數(shù)字電路課程應(yīng)該以面向應(yīng)用的數(shù)字電路設(shè)計為核心，在熟練掌握基本電路教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上引入先進的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計方法的課程教學(xué)和實踐內(nèi)容。

工程實踐過程中，逐步從自底向上的設(shè)計方法逐步轉(zhuǎn)變到自頂向下的設(shè)計方法中來，以教師科研應(yīng)用來拓展，以全面培養(yǎng)優(yōu)秀數(shù)字設(shè)計卓越技術(shù)人才[1]。

2探索構(gòu)建數(shù)字電路教學(xué)中的多層次的創(chuàng)新實踐平臺

2.1多層次的數(shù)字電路創(chuàng)新實驗平臺構(gòu)思。

面向卓越人才培養(yǎng)的數(shù)字電路課程創(chuàng)新實踐教學(xué)，可以分層次進行在各個教學(xué)階段逐步推進，包括：面向基礎(chǔ)的數(shù)字設(shè)計的基本原理與工程創(chuàng)新實驗教學(xué)模塊、面向應(yīng)用的數(shù)字電路課程設(shè)計教學(xué)和結(jié)合科研項目的創(chuàng)新實踐平臺[2][6]。

多層次的數(shù)字電路創(chuàng)新實驗平臺架構(gòu)如圖1所示。

2.2數(shù)字設(shè)計的基礎(chǔ)原理與實驗教學(xué)。

數(shù)字電路基礎(chǔ)原理和實驗教學(xué)是數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的課程體系的基礎(chǔ)入門階段，是培養(yǎng)數(shù)字邏輯代數(shù)與邏輯電路的重要過程，大類可分為時序邏輯電路和組合邏輯電路，其中時序邏輯電路主要包括：鎖存器、觸發(fā)器和計數(shù)器，組合邏輯電路包括，編譯碼器、多路復(fù)用器、比較器、加（減）法器、數(shù)值比較器和算術(shù)邏輯單元等。教學(xué)的目的是訓(xùn)練學(xué)生掌握組合和時序邏輯電路堅實理論基礎(chǔ)，使學(xué)生掌握數(shù)字電路的基本概念、基本電路、基本分析方法和基本實驗技能，不但要注重基本數(shù)字電路與系統(tǒng)設(shè)計理論的理解，同時讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中逐步了解面向應(yīng)用和現(xiàn)代科技進步數(shù)字電路新的設(shè)計理念[2][3]。

2.3面向應(yīng)用的數(shù)字電路課程設(shè)計實踐教學(xué)。

隨著電子設(shè)計自動化技術(shù)（EDA）和可編程器件（CPLD）的不斷發(fā)展和應(yīng)用，以EDA技術(shù)為主導(dǎo)的數(shù)字系統(tǒng)理念已經(jīng)成為企業(yè)工程技術(shù)的核心。數(shù)字電路課程設(shè)計主要培養(yǎng)學(xué)生利用中小規(guī)模數(shù)字集成電路器件和大規(guī)?？删幊唐骷M行數(shù)字電路設(shè)計和開發(fā)能力。在卓越工程師培養(yǎng)背景下，結(jié)合前階段數(shù)字電路課程理論教學(xué)和實驗教學(xué)的實際情況及EDA技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，適時進行數(shù)字電路課程設(shè)計和EDA技術(shù)課程的綜合銜接，以及課程深度融合[4]。主要內(nèi)容包括：

2.3.1基于Multisim等相關(guān)軟件的數(shù)字系統(tǒng)仿真實驗?？梢詷?gòu)建虛擬數(shù)字實驗系統(tǒng)，不但較好地模擬實物外觀外，還可以利用系統(tǒng)提供的實驗平臺開展實驗的設(shè)計、仿真，進行實驗內(nèi)容的邏輯驗證。

2.3.2基于通用和專用數(shù)字芯片的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計。其主要特點是有很好的直觀性和具體性。

2.3.3基于硬件描述語言（HDL）的數(shù)學(xué)系統(tǒng)硬件描述。采用硬件描述語言實現(xiàn)數(shù)字邏輯設(shè)計，基于EDA環(huán)境仿真和驗證?？梢越Y(jié)合上述（1）和（2）的優(yōu)點，采用硬件設(shè)計軟件化技術(shù)應(yīng)用于數(shù)字電路課程設(shè)計的實驗教學(xué)中，通過綜合性實驗的自行設(shè)計和實驗，對實驗內(nèi)容、實驗規(guī)模、實驗方法進行了綜合創(chuàng)新設(shè)計[5]。

2.4結(jié)合科研項目的數(shù)字設(shè)計實驗創(chuàng)新平臺。

在高等院校，教師即承擔(dān)教學(xué)任務(wù)，同時有各自的科學(xué)研究方向，同學(xué)們可以根據(jù)自己的研究興趣，加入教師的科研團隊，形成教學(xué)與科研互利的良性循環(huán)。面向卓越工程師培養(yǎng)的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計，可以借助橫向或縱向科研項目形成綜合教學(xué)體系。比如：搭建在線可編程門陣列（FPGA）創(chuàng)新實驗平臺，形成數(shù)字電路、電路線路課程設(shè)計、可編程邏輯器件以及集成芯片系統(tǒng)設(shè)計，形成面向數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的課程體系[3]。同時，應(yīng)用高校與知名企業(yè)建立的校企合作平臺，把企業(yè)界的研究信息和研發(fā)需求引入到教學(xué)平臺，開拓了學(xué)生的研究思路和視野，提升了學(xué)生設(shè)計復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)的能力；目前，我校正在與國際知名的半導(dǎo)體公司Xilinx、Altera和Cypress陸續(xù)建立卓越人才大學(xué)培養(yǎng)計劃，利用大學(xué)設(shè)置小學(xué)期，在FPGA和PSoC開發(fā)平臺上進行了面向?qū)嶋H應(yīng)用的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計，在實踐平臺上不僅有學(xué)校的任課教師，還有知名企業(yè)派來的一線工程師指導(dǎo)同學(xué)們的實踐，相比改革前，取得很好的實踐效果，同學(xué)們的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計水平得到了提高，同時在編程、接口、通信協(xié)議等方面也有了深刻的認識。

對于優(yōu)秀的學(xué)生，借助全國各種形式的大學(xué)生電子（信息）設(shè)計競賽這個創(chuàng)新平臺，組織他們積極參與，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)研究興趣和創(chuàng)新意識，綜合所應(yīng)用的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計知識，發(fā)揮競賽團隊的協(xié)作精神。每年，我們都有部分優(yōu)秀學(xué)生通過努力，創(chuàng)新設(shè)計的作品獲得專業(yè)認可，并取得了良好的參賽成績，也使得數(shù)字設(shè)計課程體系的建設(shè)上了一個新的臺階。

3基于創(chuàng)新平臺的課程體系優(yōu)化與實踐

卓越工程師培養(yǎng)要求的數(shù)字電路系統(tǒng)設(shè)計課程體系協(xié)調(diào)好相關(guān)電氣、電子類專業(yè)上下游相關(guān)理論課程、實驗綜合性設(shè)計同時得到協(xié)調(diào)發(fā)展。如何實踐論文所提到的創(chuàng)新實驗平臺，應(yīng)該引進現(xiàn)代數(shù)字設(shè)計理念，重點把EDA軟件、設(shè)計工具、開發(fā)平臺與傳統(tǒng)的數(shù)字電路基礎(chǔ)理論教學(xué)相銜接。我們在這幾年對數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計課程體系、創(chuàng)新實踐教學(xué)內(nèi)容等方面的進行了改革與探索，取得了一定的成效。經(jīng)過這幾年的實踐，我們逐步構(gòu)建了面向應(yīng)用的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計課程優(yōu)化體系[5]，如圖2所示。

4不斷探索數(shù)字電路理論教學(xué)內(nèi)容的改革與實踐

4.1以數(shù)字電路設(shè)計為目的強化基本邏輯電路理論教學(xué)。

在進行復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計之前應(yīng)該熟練掌握這些常用基本組合和時序邏輯電路，包括電路的功能、電路的描述以及電路的應(yīng)用場合等。

樹立電路設(shè)計思想首先需要熟練掌握一些基本的邏輯功能電路。其次，樹立電路設(shè)計思想需要理論講解與實踐相結(jié)合，逐步熟悉硬件描述語言的描述方式。數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計強調(diào)采用硬件描述語言來對電路與系統(tǒng)進行描述、建模、仿真等[2][3]。

4.2掌握面向應(yīng)用的數(shù)字系統(tǒng)工程設(shè)計方法。

學(xué)生在掌握數(shù)字電路基本概念和一般電路的基礎(chǔ)上，進一步掌握數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的方法、途徑和手段。其主要內(nèi)容包括：數(shù)字系統(tǒng)與EDA的相關(guān)概念、可編程邏輯器件、硬件描述語言、電路元件的描述、數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計方法、開發(fā)環(huán)境與實驗開發(fā)平臺以及應(yīng)用實例的介紹等。這些課程內(nèi)容涉及面較廣，為了提高教與學(xué)的效果，探索總結(jié)了以下的教學(xué)重點內(nèi)容，并作為教學(xué)實踐中的教學(xué)切入點[1]。

隨著電子技術(shù)不斷發(fā)展與進步，現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計在方法、對象、規(guī)模等方面已經(jīng)完全不同于傳統(tǒng)的基于固定功能的集成電路設(shè)計[1][2]?，F(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計采用硬件描述語言（HDL）描述電路，用可編程邏輯器件（PLD）來實現(xiàn)高達千萬門的目標系統(tǒng)。這一過程需要也應(yīng)該有先進的設(shè)計方法。根據(jù)硬件描述語言的特性和可編程邏輯器件的結(jié)構(gòu)特點以及應(yīng)用的需要，在教學(xué)過程中闡述了先進設(shè)計方法。例如：采用基于狀態(tài)機的設(shè)計方法設(shè)計復(fù)雜的控制器（時序電路），應(yīng)用或設(shè)計鎖相環(huán)或延時鎖相環(huán)來處理時鐘信號，應(yīng)用自行設(shè)計（IPcore）軟核來提高數(shù)據(jù)吞吐量[1][2][3]。

4.3深化數(shù)字電路實驗教學(xué)改革。

實驗實踐教學(xué)過程中，注重基礎(chǔ)訓(xùn)練與實踐創(chuàng)新相結(jié)合的實驗教學(xué)改革思路，加強學(xué)生工程思維訓(xùn)練、新平臺工具的使用、遇到邏輯問題的綜合分析能力，理論與實踐相結(jié)合的分析能力。在實踐過程中的提高創(chuàng)新性和綜合性能力，面向應(yīng)用的數(shù)字電路創(chuàng)新平臺建設(shè)，需要不斷提高課程試驗、實驗和實踐過程在教學(xué)中的比例，在符合認知規(guī)律的同時，逐步加強來源與實際需要的綜合性數(shù)字設(shè)計實驗。

5結(jié)語

數(shù)字電路是電氣、電子信息類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，論文針對當(dāng)今卓越工程師培養(yǎng)的要求，以及在教學(xué)過程中遇到的主要問題，探討了面向應(yīng)用的數(shù)字電路課程創(chuàng)新實踐平臺。提出了多層次的數(shù)字電路創(chuàng)新實驗平臺結(jié)構(gòu)和面向應(yīng)用的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計課程優(yōu)化體系。目的在于，通過課程及相關(guān)課程體系改革與創(chuàng)新，使得學(xué)生更快、更好的適應(yīng)現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)發(fā)展的需求。

參考文獻

[1]孔德明.《數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計》課程教學(xué)重點的探討，科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2012.1，173-174.

[2]任愛鋒，孫萬蓉，石光明.EDA實驗與數(shù)字電路相結(jié)合的教學(xué)模式的實踐，實驗技術(shù)與管理，2009.4，200-202.

[3]葉波，趙謙，林麗萍.FPGA課程教學(xué)改革探索，中國電力教育，2010，24，130-131.

[4]秦進平，劉海成，張凌志等.電類專業(yè)數(shù)字系統(tǒng)綜合實驗平臺研制，實驗技術(shù)與管理，2012.6，75-78.

篇10

摘 要：在研究可供計算機與電子類專業(yè)學(xué)生隨身攜帶的系列便攜式實驗教學(xué)設(shè)備的基礎(chǔ)上，探討一種新型的自主實驗教學(xué)模式。介紹研發(fā)該系列設(shè)備的基本設(shè)想、便攜式EDA實驗板的設(shè)計以及該模式的理念與內(nèi)容，在有限的資源下為學(xué)生提供充足的實驗條件，營造良好的學(xué)習(xí)與課外科技創(chuàng)新氛圍，并有效緩解實驗場地、設(shè)備等資源不足的矛盾。

關(guān)鍵詞：自主實驗教學(xué)模式；計算機與電子類專業(yè)便攜式實驗設(shè)備；案例開發(fā)；考核評價體系

作者簡介：徐成，男，博導(dǎo)，教授，研究方向為嵌入式系統(tǒng)。

1 研究背景

作為計算機與電子類專業(yè)教學(xué)體系的重要組成部分，實驗教學(xué)在整個教學(xué)過程中是至關(guān)重要、不可缺少的環(huán)節(jié)[1]，學(xué)生綜合素質(zhì)的提高及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)更離不開實驗教學(xué)[2]。近年來，國內(nèi)外各高校高度重視實驗教學(xué)，不斷增加資金與師資力量的投入，推行實驗教學(xué)改革，以提高教學(xué)質(zhì)量。國外高校的計算機與電子類專業(yè)已實行“開放式”實驗教學(xué)：實驗室的場地、時間及設(shè)備全面開放，提供充分的條件，培養(yǎng)學(xué)生的個性與素質(zhì)。而國內(nèi)各高校的計算機與電子類專業(yè)近年也在不同程度上進行了實驗教學(xué)改革，“開放性”、“設(shè)計性”、“綜合性”等概念被引入，減少驗證性實驗，增加設(shè)計綜合性實驗的改革方式已被大家所公認。

當(dāng)今計算機與電子技術(shù)的進步在給各行各業(yè)帶來方便的同時也促進了實踐教學(xué)的改革，其中集成電路的飛速發(fā)展使得實驗設(shè)備的便攜化與普及化成為可能且形成趨勢。而傳統(tǒng)的計算機實驗教學(xué)已不能滿足時代的要求，如何進行改革，加強學(xué)生的動手能力，成為教師共同探討的話題[3]?；谏鲜鲈?，我們從實驗教學(xué)設(shè)備的研制到實驗案例開發(fā)，以及教材編寫直至實驗教學(xué)模式進行了全面改革，研究并探索出一種適合計算機與電子類專業(yè)的自主實驗教學(xué)模式。

2 自主實驗教學(xué)模式理念

自主實驗教學(xué)模式，是指緊跟新技術(shù)自制系列便攜式實驗設(shè)備，并配備給學(xué)生人手一臺，在此基礎(chǔ)上學(xué)生可“自主”安排實驗的內(nèi)容、時間、空間，教師則集中管理、答疑和考核。

該模式通過研制供計算機與電子類專業(yè)學(xué)生可隨身攜帶的系列便攜式實驗教學(xué)設(shè)備，實現(xiàn)實驗設(shè)備的低成本、便攜化和普及化，滿足學(xué)生人手一臺，將該專業(yè)學(xué)生系列硬件實驗的傳統(tǒng)實驗環(huán)節(jié)延伸到學(xué)生宿舍等實驗室之外的普通場所，改觀了資源短缺的矛盾，為學(xué)生提供充足的實驗條件，并使各層次學(xué)生在課余時間不受地點限制，充分利用實驗設(shè)備，自主思考，主動參與，營造好的學(xué)習(xí)與課外科技創(chuàng)新氛圍，以獲取較好的實驗教學(xué)效果。該模式以案例開發(fā)為驅(qū)動，精編涵蓋認知型、設(shè)計型和綜合型實驗的指導(dǎo)教材，并以學(xué)生為主體，鼓勵學(xué)生在實驗內(nèi)容上進行自主創(chuàng)新，而不局限于實驗教材。該模式以教師為主導(dǎo)，集中管理，建立合理的評價體系，避免傳統(tǒng)實驗中過分關(guān)注實驗報告和出勤率而造成學(xué)生不注重實驗過程的單一考核方式，注重實驗過程中學(xué)生的自主性、知識運用能力與探索思考能力，并從知識、能力和素質(zhì)三方面對學(xué)生進行全面考核評價。

自主實驗教學(xué)模式堅持的是以教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體，利用可供計算機與電子類專業(yè)學(xué)生可隨身隨帶的系列便攜式實驗教學(xué)設(shè)備，讓學(xué)生在時間、空間、內(nèi)容等方面進行自主性實驗與學(xué)習(xí)的教學(xué)理念。

3 自主實驗教學(xué)模式研究內(nèi)容

自主實驗教學(xué)模式研究的內(nèi)容包括研制可供計算機與電子類專業(yè)學(xué)生隨身攜帶的系列便攜式實驗教學(xué)設(shè)備、設(shè)定硬件類課程體系、開發(fā)案例、編寫實驗教材、組織管理實驗教學(xué)活動以及建立科學(xué)合理的考核評價體系。

3.1 自制便攜式實驗設(shè)備

目前，計算機與電子類專業(yè)實驗教學(xué)存在一些問題與不足，內(nèi)容如下。

1) 實驗設(shè)備成本高，限于資金問題，只能滿足多個學(xué)生共用一實驗平臺，并且只能在指定時間到指定實驗室進行實驗，無法實現(xiàn)開放與自主實驗教學(xué)。

2) 現(xiàn)有同類教學(xué)設(shè)備沒能很好針對我們計算機專業(yè)特定課程的教學(xué)需求而設(shè)計，系統(tǒng)復(fù)雜、冗余功能較多，使入門學(xué)生產(chǎn)生畏懼，對硬件學(xué)習(xí)缺乏信心。

3) 實驗平臺所用技術(shù)相對落后，需要多種附加配件，缺乏便攜性，使學(xué)生實驗的時間、地點和相關(guān)環(huán)境受到了限制。

基于以上問題，開發(fā)設(shè)計系列硬件類便攜式實驗設(shè)備，是加快教學(xué)改革步伐的關(guān)鍵。在自主實驗教學(xué)模式的理念下，通過研究相關(guān)新技術(shù)，我們完成了研制便攜式實驗設(shè)備的方案設(shè)計與論證，并對其具體實施及完善。預(yù)計自制的系列硬件類實驗設(shè)備有便攜式EDA實驗平臺、便攜式單片機開發(fā)板、便攜式ARM開發(fā)板等，使主要硬件實驗設(shè)備實現(xiàn)便攜化和普及化，為自主實驗教學(xué)提供硬件環(huán)境，推進自主實驗教學(xué)模式的研究與探索。

目前，我們已研制出便攜式EDA實驗平臺并投入實驗教學(xué)。該平臺可用于數(shù)字電路與邏輯設(shè)計實驗、計算機組成原理實驗、數(shù)字集成電路設(shè)計基礎(chǔ)實驗、USB串并通信實驗、基于IP核的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計、CPU設(shè)計等實驗課程。其資源布局和實物圖分別如圖1和圖2所示。該平臺集成當(dāng)前新技術(shù)，其下載、通信與供電僅需一條UBS線，保持與時俱進的科技活力，方便筆記本電腦用戶隨時隨地使用；平臺小巧輕便，面積比2張銀行卡還要小(約為12×8cm2)，便于隨身攜帶；平臺操作簡單、實用，成本低，可滿足學(xué)生人手一臺的需求，打破了傳統(tǒng)EDA實驗箱體積大，成本高，需購買配套電源線、下載線及通信轉(zhuǎn)接卡，無法滿足學(xué)生人手一臺的格局，為學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)字邏輯、計算機組成原理、集成電路設(shè)計等系列硬件類課程提供了充分的實驗條件，為實驗教學(xué)改革增添了新的篇章。

圖1 便攜式EDA實驗平臺資源布局圖 圖2 便攜式EDA實驗平臺實物圖

3.2 計算機與電子類專業(yè)自主教學(xué)模式下的硬件類課程體系設(shè)置

目前，國內(nèi)不同高校計算機與電子類專業(yè)硬件實驗教學(xué)體系及內(nèi)容各不相同。有的將實驗貫穿于理論課程中；有的為主干課程的實驗內(nèi)容單列實驗課；還有的是將基礎(chǔ)實驗與理論課程同步開設(shè)，另增設(shè)側(cè)重于設(shè)計型、綜合型、研究與探索型實驗內(nèi)容的綜合與創(chuàng)新實驗課程[4]。隨著教學(xué)改革的推進，以“加強基礎(chǔ)訓(xùn)練、注重能力培養(yǎng)、強調(diào)素質(zhì)提高、突出創(chuàng)新意識”為基準和原則[5]，從滿足社會的需要，培養(yǎng)具備足夠動手實踐能力的學(xué)生出發(fā)，我們結(jié)合研制的系列硬件類便攜式實驗平臺的技術(shù)特點，綜合考慮該專業(yè)硬件類課程間的銜接等問題，重新構(gòu)建了“理論教學(xué)的‘精講多練’(基礎(chǔ))實驗教學(xué)的‘做中學(xué)’(提高)創(chuàng)新工程設(shè)計訓(xùn)練(綜合運用)”這種適合計算機與電子類專業(yè)硬件類課程教學(xué)的三級實驗體系。

理論教學(xué)設(shè)置了相應(yīng)的“課程實驗”，學(xué)生利用仿真軟件以及人手一臺的針對不同硬件課程的自制便攜式實驗平臺，學(xué)習(xí)基本專業(yè)軟件的應(yīng)用，搭建基本概念模型，達到理解基本概念，促進理論學(xué)習(xí)的目的。實驗課程則在實驗教師的指導(dǎo)下，進一步強化訓(xùn)練，系統(tǒng)學(xué)習(xí)實驗技能與技巧，培養(yǎng)學(xué)生的綜合實驗技能。其中“做中學(xué)”是指學(xué)生充分利用人手一臺的便攜實驗平臺，在實踐中摸索學(xué)習(xí)，進而啟發(fā)創(chuàng)造思維的過程。工程設(shè)計訓(xùn)練是利用最新的平臺和工具進行實際工程設(shè)計訓(xùn)練，注重專業(yè)知識的融合，誘導(dǎo)并培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。

要實現(xiàn)自主實驗教學(xué)模式這一目標，不僅要實現(xiàn)教育理念的轉(zhuǎn)變，還要將最新的計算機知識帶到課程體系中[6]。該專業(yè)的硬件類實驗內(nèi)容涉及數(shù)字邏輯、計算機組成原理、集成電路設(shè)計、單片機、接口技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用等，不同課程配備不同種類的便攜式實驗平臺。其中數(shù)字邏輯、計算機組成原理是該專業(yè)必修的硬件基礎(chǔ)核心課程，設(shè)置了相應(yīng)的課程實驗、實驗課程以及工程訓(xùn)練，其他硬件類課程則設(shè)置相應(yīng)的課程實驗，所有課程學(xué)完后有一綜合設(shè)計訓(xùn)練，可綜合運用所有硬件知識。

以上體系設(shè)置與內(nèi)容安排使硬件類課程教學(xué)具有鮮明的層次性，實現(xiàn)了基礎(chǔ)、提高與創(chuàng)新的教學(xué)目標，使實踐教學(xué)遞進化推進，培養(yǎng)的學(xué)生能滿足社會需求。

3.3 針對自制便攜式設(shè)備的案例開發(fā)

開發(fā)高品質(zhì)的實驗案例是實驗教學(xué)有效開展的基礎(chǔ)，一個設(shè)計型、綜合型和研究型實驗案例的開發(fā)具備兩個要素：可操作性和創(chuàng)新性?；诖?，我們在自制便攜式實驗平臺的基礎(chǔ)上，結(jié)合專業(yè)課程的特點，從設(shè)計性、綜合性實驗出發(fā)，組織學(xué)生參與開發(fā)適用于計算機與電子類專業(yè)實驗教學(xué)的案例，激發(fā)學(xué)生的自主創(chuàng)新能力，引導(dǎo)學(xué)生迅速入門并順利開展實驗教學(xué)活動。

目前，我們已組織了部分具有創(chuàng)新精神的學(xué)生，對正處于試驗階段的便攜式EDA實驗平臺進行案例開發(fā)。同時引入案例開發(fā)的其他有效途徑，如將優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計、優(yōu)秀大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目、學(xué)科競賽作品轉(zhuǎn)化為案例，鼓勵優(yōu)秀學(xué)生自選題目，并將其轉(zhuǎn)化為教學(xué)案例等。在我院2008-200年上學(xué)期的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用課程中，學(xué)生所獲全國嵌入式系統(tǒng)競賽一等獎的作品“互動視窗”、學(xué)生的自選課題塔吊遙控器等，作為案例被引入課程教學(xué)中，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性。

3.4 自主實驗教學(xué)活動的組織開展

自主實驗教學(xué)活動的內(nèi)容包括實驗教材的編寫、實驗過程、實驗答疑及實驗考核，并可延伸至創(chuàng)新訓(xùn)練項目與學(xué)科競賽等活動。教師組織學(xué)生以所開發(fā)的實驗案例為題材，編寫涵蓋認知型、設(shè)計型和綜合型實驗的適合計算機與電子類專業(yè)的硬件實驗教材，以提高實驗項目的綜合性、應(yīng)用性和探索性。實驗的開展過程中，學(xué)生人手一臺實驗設(shè)備，實驗內(nèi)容、時間及空間可由其“自主”安排，實現(xiàn)隨時、隨地實驗，教師則組織集中答疑，及時幫助學(xué)生解除疑惑，了解學(xué)生的實驗自主性與思考問題的過程。學(xué)生完成實驗后，撰寫相應(yīng)的實驗報告，提交并參與實驗檢查、考核或答問，最后教師通過實驗答疑環(huán)節(jié)中學(xué)生的表現(xiàn)、實驗報告及考核問答過程，對學(xué)生的實驗進行綜合評價。

在便攜式實驗設(shè)備基礎(chǔ)上，我們進行的一系列自主實驗教學(xué)活動，探討在案例教學(xué)方式下如何引導(dǎo)學(xué)生自主創(chuàng)新學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的興趣與潛力，以及在自主開放實驗環(huán)境下如何引導(dǎo)學(xué)生進行創(chuàng)新性項目的開展，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維與實踐能力的新教學(xué)理念。同時實現(xiàn)對傳統(tǒng)實驗教學(xué)內(nèi)容的擴展，即通過自主實驗教學(xué)來引導(dǎo)部分優(yōu)秀學(xué)生參加創(chuàng)新項目訓(xùn)練及學(xué)科競賽，激發(fā)學(xué)生的潛能，培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力，提高綜合素質(zhì)。

3.5 自主實驗教學(xué)模式下的考核評價體系

考核評價體系是自主實驗教學(xué)的重要研究部分，前面做得再好，落實不到位，只能讓少數(shù)學(xué)生受益而不能達到預(yù)期效果。引導(dǎo)、鼓勵能對想學(xué)的自覺學(xué)生發(fā)揮作用，但很多學(xué)生仍缺乏主動性，惰性思想較重。而考核應(yīng)在提高學(xué)生的創(chuàng)新能力上發(fā)揮積極的導(dǎo)向作用[7]，因此如何落實實驗教學(xué)各環(huán)節(jié)，如何監(jiān)督到位、檢查到位是一個重點研究內(nèi)容，工作開展如下。

1) 在自主實驗教學(xué)模式下，對學(xué)生日常實驗活動開展調(diào)查，分析在實驗教學(xué)活動開展過程中學(xué)生、教師所扮演的不同角色，組織教師和學(xué)生分別對實驗教學(xué)的各個環(huán)節(jié)進行討論，參考計算機與電子類專業(yè)的實驗教學(xué)大綱，探討在學(xué)生自主實驗、教師集中管理的新模式下如何制定實驗考核評價方案。

2) 通過針對性較強的教學(xué)案例的引導(dǎo)和自主實驗教學(xué)活動的開展，從實驗開展、答疑及考核問答等各個實驗環(huán)節(jié)對學(xué)生的自主性和將知識運用于實踐的能力進行綜合評價，避免傳統(tǒng)實驗以實驗報告和出

勤為主的單一考核方式，有利于培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力。

3) 研制一個人人過關(guān)的硬件語言應(yīng)用的考核系統(tǒng)，為研究并建立自主實驗教學(xué)模式下的綜合考核評價體系增添砝碼。

針對自主實驗教學(xué)模式建立合理的評價體系，注重實驗過程中學(xué)生是否正確運用基礎(chǔ)知識及學(xué)生的探索思考能力，我們從知識、能力和素質(zhì)三個方面對學(xué)生的自主實驗進行全面的考核評價，盡可能以科學(xué)合理的考核評價體系考核學(xué)生的自主實驗，從而最大化挖掘其潛能。

4 總結(jié)與展望

湖南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院計算機與電子類專業(yè)實驗教學(xué)改革與創(chuàng)新取得了佳績：實驗載體“便攜式通用數(shù)字邏輯設(shè)計與EDA綜合實驗板”申請了國家專利，硬件課程計算機系統(tǒng)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2009年成為國家精品課程；硬件實驗室“湖南大學(xué)信息技術(shù)實驗室”2006年獲湖南省普通高校實踐教學(xué)示范實驗室建設(shè)資格，2009通過合格驗收并得到評估專家的一致好評。

實驗教學(xué)改革盡管有了好的開端，但仍有很大的提升空間。除實驗教學(xué)外，創(chuàng)新訓(xùn)練、學(xué)科競賽、畢業(yè)論文等環(huán)節(jié)的作用亦不可忽略。該自主實驗教學(xué)模式將傳統(tǒng)實驗環(huán)節(jié)延伸到實驗室之外的普通場所，改善了學(xué)習(xí)條件和氛圍，促進了實驗教學(xué)改革、創(chuàng)新訓(xùn)練及學(xué)科競賽活動的開展，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維與實踐能力，將推廣應(yīng)用于我院的計算機科學(xué)與技術(shù)、通信工程、電子及人工智能等其他一級學(xué)科的專業(yè)。

參考文獻：

[1] 陳琦. 計算機實驗教學(xué)改革的思考和探索[J]. 教學(xué)研究,2005,28(6):547-548.

[2] 劉廣聰,李振坤,陳靖宇. 計算機專業(yè)實驗教學(xué)模式改革探析[J]. 廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報:社會科學(xué)版,2005,5(2):41-43.

[3] 夏建川,張秀娟,方蕓. 計算機實踐教學(xué)改革探討[J]. 高教論壇,2009(2):78-80.

[4] 李文軍,衣楊,舒忠梅,等. 計算機專業(yè)實驗教學(xué)改革的實踐與探索[J]. 實驗室研究與探索,2007,26(12):290-294.

[5] 蔣新革,乎西旦. 自動控制課程實驗教學(xué)改革的研究與實踐[J]. 實驗技術(shù)與管理,2003,20(6):137-139.

[6] 姚玉霞,劉曉彥,隨慶茹,等. “計算機組成與體系結(jié)構(gòu)”實踐教學(xué)改革與探索[J]. 計算機教育,2010(4):142-143.

[7] 李漢萍. 高校計算機基礎(chǔ)實驗教學(xué)改革探討[J]. 考試周刊,2007(18):83-84.

Research on Self-determination Experiment Teaching Mode in Computer and Electronics Specialty

XU Cheng, LI Renfa, ZENG Juanli, FANG Kaiqing

(Information Science and Engineering Institute, Hunan University, Changsha 410082, China)