时间：2022-09-12 21:46:39
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇电子系统设计论文，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
一、引言
现代电子系统设计是我校电子科学与技术专业（以下简称为“电子”专业）的一门选修课程。通过该课程的学习与实践，目的是使学生对现代电子系统设计及原理有一个较为完整和系统的认识，并具有一定工艺分析、解决工艺问题和提高产品质量的能力，可以掌握嵌入式系统开发的主要过程，从专业的角度对嵌入式计算机系统进行分析设计，并且掌握ARM处理器的体系结构。从课程的教学目的可知，本课程要求培养学生在知识综合应用和动手实践方面的能力，不仅要求学生具有扎实的基础知识和对知识的综合应用思维，还需要学生具有很强的动手能力和应用能力。
近年来，随着电子技术的发展，电子系统的设计方法和手段也在不断更新和进步。电子系统设计方法在快速发展的电子技术应用中不断受到挑战。从传统手工设计方法到EDA设计方法，从分立元件系统到集成电路设计，从PCB集成系统到芯片集成系统（SoC），从纯硬件系统设计到硬件与软件结合的系统开发，新型电子系统层出不穷，其设计理念也发生着革命性的变化。这使得企业不仅需要毕业生在进入该领域时具备良好的专业能力和素质，更需要他们了解和形成现代电子系统设计的团队思维方式和综合设计方法。同时，学校要促进教学知识与时俱进，培养符合社会需要的实用型工程技术人才，提高学生的就业竞争力；也要对现代电子系统设计课程的教学方法和教学模式进行深刻的思考和改进。
二、存在的问题
现代电子系统设计课程的传统教学模式主要包括理论授课和实践实验两个部分。理论授课主要包括对现代电子系统设计的方法、思维、工具、应用基础的介绍与强化，常用处理器及其体系结构的应用、设计、改进知识和FPGA重构思维、Altium Designer电路原理图及PCB绘制软件的使用，在本课程的教学授课过程中需要贯穿系统设计方法和设计思想。实践实验则以上机实验为主，进行规定实验内容的验证、观察和简单电路的原理设计。电子系统课程所存在的问题主要在教学方法和人才培养方面。
1.教学方法问题
在几年的教学过程中，笔者通过思考和分析课程教学中的问题以及学生的反馈意见，总结了以下几点问题：
（1）基础知识不牢。教师在课堂授课、实践过程中不能很好地将各门课程综合应用，各门课程间缺乏沟通，学生无法将所学知识串连起来，进行综合应用。
（2）教学内容有所欠缺。学生对处理器知识的理解和实际软件编程思维不够深刻，习惯于有实验手册指导条件下的惯性实验模式，一旦教师让他们进行开放性实验来完成设计时，就无法形成系统性思维，各自为战，团队意识不强。
（3）考核方法陈旧。课程的考核方式主要采用大众式的“本门课程成绩=平时成绩+期末考试成绩”的计算方式，学生疲于应付考试，应试态度明显，不去思考本门课程所学内容与先修课程和本学期其他课程的关联，只去死记硬背些条条框框，对于思考题和实际现象无法进行有效分析，形成了固化思维。
2.人才培养问题
除此之外，电子专业在人才培养方面也存在一些问题，主要体现在学生学习主动性以及创新活动的参与度上：
（1）2013年前，电子专业在全国大学生电子设计大赛、辽宁省机器人设计大赛、飞思卡尔杯智能汽车大赛（现更名为“恩智浦”杯智能汽车大赛）、大学生创新创业训练计划等体现和锻炼综合素质的活动中的参与度非常低，仅有3人次参与，这些都侧面反映出学生对所学习的C语言程序设计、模拟电子、数字电子、单片机原理、EDA与VHDL语言等课程的综合应用能力较差，学习和参与的主动性和积极性不高，综合设计能力不强。
（2）根据对学生就业数据的统计调查发现，学生在毕业后两年内从事与本专业相关的研发、技术设计、理论研究工作的人数不到业人数的20%，其他学生多选择改行。在校学生对本专业的认可度也普遍偏低，选择考研的学生中有90%选择了外校。
三、课程改进的方法
为使学生能够更好地掌握现代电子系统设计课程内容，并真正提高系统设计思维和教学效果，我系针对上面出现的问题进行思考，对所发现的问题进行教学环节的切实改进。
1.加强实践训练和实际电路设计
实际的动手训练和电路设计，需要具体分析常用电路原理和具体电路常见故障问题，并加强对学生实际设备操作和实用能力的培养。采用理论教学和实践教学结合的项目驱动方式，由教师结合实际工作经验和教学需要，对学生下发开发板、相关元器件，改变传统仅使用多媒体课件观看图片和以教师理论说教方式完成对电子系统各组成元器件的认知，以硬件电路的设计与开发实践项目为引导，使学生全程接触实际电路和处理器，以实际项目为驱动进行电子系统设计流程、方法、步骤的掌握和训练。教师将STC单片机公司和德州仪器公司赠送的开发板下发给学生，学生2～3人一组进行实际项目的开发和学习，由浅入深，从STC89C52、MSP430单片机开始，逐步接触ARM处理器，完成电路系统的设计与开发，为后续FPGA处理器设计打下良好的应用思维基础。
2.以科技学术活动为激励
学校以全国大学生电子设计大赛、辽宁省机器人设计大赛、飞思卡尔杯智能汽车大赛（现更名为“恩智浦”杯智能汽车大赛）、大学生创新创业训练计划等科技学术活动为激励，通过相关大赛培养学生的应用能力，激发他们的学习积极性和自主性。通过这几年的积极引导，笔者发现，学生在以上竞赛和活动的参与率上得到了明显提升，共获得全国大学生电子设计大赛省级竞赛一等奖、二等奖各2项，参与3人次；获批大学生创新创业计划国家级立项2项，省级立项3项，参与14人次；获智能汽车大赛赛区一等奖1项，二等奖2项，参与2人次；获辽宁省机器人设计大赛二等奖1项，三等奖1项，参与12人次；参与校级及其他各类科技学术活动50余人次。这些大赛不但提高了学生的专业综合素质，还提高了学生的总结能力、文档设计能力、电路设计和软件编程能力。
3.教学团队形式优化学生学习内容
本专业教师联合为同一教学团队，在提高教学质量和学生动手能力的目标下，尽量为学生设计一个统一的综合性题目，增强学生的能力，同时，使各门课程的知识点相辅相成、互相印证，使学生更容易将所学知识进行综合和理解。
4.考核办法改进
考核办法从六个方面考核综合训练完成的成绩，即报告、设计能力、动手实践能力、功能完成情况、课堂研讨回答所提出问题的程度以及综合训练过程中的工作态度等。其中，报告占14%、设计和实践能力占10%、功能完成情况占8%、训练设计掌握程度占6%、课堂研讨回答出的问题占7%、综合训练过程中的工作态度（考勤）占5%。在期末考试的试题中，要增加创见性题目。同时，教师可以鼓励学生发表学术论文，以学术论文替代期末考试。
增加小组设计和小组讨论环节，教师团队设定十组中等难度的综合应用设计题目，将学生按2～3人一组进行实践项目分组，完成设计白皮书（包括系统需求描述、功能概述、拟采取的解决方法），完成系统电路设计，绘制电路图、PCB文件，完成硬件焊接、软件编程并进行答辩。组员各负其责，完成各自项目中的任务，教师和学生一起进行实际项目的需求分析、设计步骤安排、实验验证等环节。这样，可以使学生在学习之余提高团队合作能力和综合运用知识的能力。经实际操作此过程，学生反应强烈，讨论和学习动力增加，分组实践情况如图所示。
分组实践现场
四、结束语
本文在现代电子系统设计课程教学和本专业教学的基础上，对本课程的教、学、练等三个方面进行设计和改进，发挥和突出本专业应用特色，并且从几年来的实践效果看，新的改进方法增强了学生学习的主动性和教学过程中的灵活性，提高了学生综合能力素质和成果比例。
参考文献：
[1]宋晓梅.现代电子系统设计教程[M].北京：北京大学出版社，2011.
【关键词】实践教学;教学改革;电工电子
【中图分类号】G420 【文献标识码】B 【论文编号】1009―8097(2010)04―0132―03
引言
高等教育提出朝着“宽口径、厚基础、重能力”的方向发展,培养适应能力强、发展潜力大的复合型人才是高等教育追求的目标。电子信息类专业主要培养具有宽厚电子技术和信息系统的基础理论、较强的电子信息系统设计实践能力、科学的思维方法、独立分析问题和解决问题的能力、能从事各类电子设备和智能仪器的研究、设计、制造、应用和开发的应用型工程技术人才。
当今世界,电子产品层出不穷,并且向智能化方向发展,这样日益凸现出单片机和FPGA等可编程器件在电子产品设计和创新中的重要性,用人单位普遍要求求职的毕业生能够掌握单片机的基本原理和设计方法,有的单位甚至要求毕业生具有基于单片机系统的电子产品的设计经验[1]。电子系统设计主要是指基于单片机控制的完整应用系统的设计,包括系统软硬件设计及系统调试等多方面的知识。电子系统设计课程体系是以《单片机原理及应用》课程为核心,由《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《感测技术》、《电子设计自动化》、《可编程逻辑器件及应用》、《C语言程序设计》等相关课程组成。
一 设课背景
学生经过《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《单片机原理及应用》、《感测技术》、《电子设计自动化》、《可编程逻辑器件及应用》、《C语言程序设计》等课程的学习,通过教师教学和随课的验证性实验,对于电子信息领域的相关理论知识有了了解和掌握,基本能够进行单元电路的设计和调试,但验证性实验多数是教材内容的演示和再现,学生基本没有进行系统级的设计和实训,综合实践能力有待提高,学生没有发挥自己的主观能动性,不利于创新性人才的培养。
通过分析学生参加多届电子设计竞赛的情况,我们发现,按传统理论教学和实验方法培养的学生,在参加电子设计竞赛时,会出现很多问题,达不到预期目标。比如:对某一功能电路进行设计,理论上设计正确但在工程上却无法实现;单元电路正确却无法实现系统联调;各模块功能实现却无法完成一个系统等等。这是因为电子设计竞赛既不是单纯的理论设计竞赛,也不仅仅是实验竞赛,而是由一个参赛队共同设计、制作完成一个有特定工程背景的题目的竞赛。电子设计竞赛不仅要在单元电路上实现预期功能,更要考虑模块间的接口关系;它既强调理论设计,更强调系统实现;它考核了学生综合运用基础知识的能力,更注重考察学生的创新意识,在2009年的全国大学生电子设计竞赛中又增加了性能价格比和节能减排方面的考核内容,更加贴近工程实际和产品设计。从所涉及的课程内容上看,已经不是竞赛题目一门或者几门课程所能解决的,而是一个由相关课程组成的课程群。再从竞赛使用的器件上看,有很大一部分是理论教学中没有讲授和更新的,因为电子信息技术的发展太快,新技术、新器件层出不穷,传统的教学方法和体系面临了严重的挑战,如果不进行改革,建立一个新的理论课和实践课教学课程体系,就无法适应培养现代化人才和发展高等教育的需要。
高等学校培养的人才最终是为社会和国家服务的,学生经过四年的本科学习,最终要走向社会,从毕业生的就业情况看,绝大多数毕业生从事电子信息相关的工作[2]。统计发现,到企业进行产品研发的学生通常是电子竞赛获奖或参加了电子竞赛培训的学生,动手能力较强,而从事销售、服务等工作的毕业生很大比例是不能够进行研发,不得已才去做销售、服务的。为了使学生掌握电子系统的设计与开发,在相关理论课教学完成后我们开设了一系列的独立的综合设计实践课,对学生开放实验室,学生可以集中时间完成一系列的综合性、设计性实验项目,巩固理论教学内容,提高学生的综合设计能力和设计水平,为参加各级电子设计竞赛和以后就业打好基础,一举两得,事半功倍[3]。
二 实践课设置情况
系列实践课的设置遵循认知规律,是在随课实验基础上的扩展和深入,经过调研和讨论,听取兄弟院校、相关企业和毕业生的意见和建议,在培养学生动手能力方面除了专业实习和毕业设计环节外,设置了一系列的独立实践课,分布于各个学期的教学中。以电子信息工程专业培养方案为例,实践课设置情况如表1所示:
实践课的教学基本上在相关的理论课程教学完成后进行,保证学生在进行实践课时已经完成先导课程的学习和验证性实验,除《电子技术综合实践》,其它多数实践课是对某一课程的强化和拓展。
三 《电子技术综合实践》教学过程
在系列独立实践课中,《电子技术综合实践》是关键性的教学环节,是最贴近电子设计竞赛和实际工作应用的课程,要求综合模拟电子技术、数字电子技术、传感器、单片机、FPGA等多方面的知识。该课程强调以学生为主体,允许学生自由选题,题目的难度一般介于验证性实验和毕业设计之间。
本课程使学生能够较系统地掌握电子系统设计的全过程,包选题、文献查阅、方案论证、器件选择、电路设计、电路实现、软件编程、装配调试、系统测试、总结报告、文档整理等。学生完成由单元设计向系统设计的过渡,掌握现代化仪器设备在系统设计和实践中的应用。课程充分发挥学生的主观能动性和创造力,培养学生的独立工作能力以及协作精神,并通过该课程选拔参加各类设计竞赛的参赛选手。
1 题目设置
在该实践课的教学上我们选择了多个有代表性的、难易不同的实践题目供学生选择。具体题目有:液体点滴速度监控装置、电子秤的设计与制作、智能电梯控制系统、水温控制系统、脉搏测量仪的制作、直流数控稳压源、数字式液量测量系统、转速控制测量仪、数据采集系统、信号发生器、智能小车等等。这些题目基本上都是综合性、设计性的,有的题目是历年电子设计竞赛题目的简化或分解。以液体点滴速度监控装置为例,该设计要求制作一个液体点滴速度监测与控制装置,如图1所示,实现的功能有:
(1)在滴斗处检测点滴速度,并制作一个显示装置,能动态显示点滴速度(滴/分)。
(2)通过改变h2控制点滴速度,也可以通过控制输液软管夹头的松紧等其它方式来控制点滴速度。点滴速度可用键盘设定并显示,设定范围为20-150滴/分,控制误差范围为设定值 10% 。
(3)调整时间≤2分钟(从改变设定值起到点滴速度基本稳定,能人工读出数据为止)。
(4)当h1降到警戒值(2~3cm)时,能发出报警信号。
这个题目中对点滴速度和液面位置的检测要用到传感器,要有声光报警电路,需要电机改变h2高度来控制点滴速度,整个系统由单片机进行控制,通常选择PID算法来调整点滴速度。从实用和智能化角度出发,可以扩展成网络,采用简单的RS-232通讯实现从站和主站之间的通信,实现智能化管理。
学生在选题过程中进行引导,避免多组学生选择同一题目,学生也可以自主拟定题目,经过指导教师审核即可。学生3人为1个小组,成员有所分工。
2 教学要求
(1)综合运用EDA软件
学生根据所选题目进行方案设计,对方案中的电路进行设计计算,包括元器件的选择和电路参数的计算。要求学生通过各种EDA软件进行仿真验证,选择Multisim7、Proteus、ISE等软件进行相关仿真实验。
(2)硬件电路制作
设计方案经指导教师审查通过后,学生领取所需元器件等材料,设计PCB电路板并且自己加工,最后焊接制作电路并调试。
本课程教学采用了“模板化”设计方法,将学生设计调试好的A/D转换器、D/A转换器、键盘、显示电路“模板化”,使系统设计的局部和整体有机结合,提高了实验资源的利用率和实践效率,“模板化”后的单元电路在电子设计竞赛中也可使用。
(3)软件的编制与仿真。根据已设计出的软件系统流程图,编制出各功能模块的子程序及整机软件系统的主程序,程序设计时,要充分考虑与所设计硬件电路的连接及有关指标要求。向学生推荐使用C语言进行单片机的编程与开发,用C语言进行程序开发更方便移植,贴近实际工程背景,适合开发大型的工程应用程序。
(4)系统联调。学生集中在1周内完成所选题目,3个学生为1组,按照模块化设计方式有所分工,当每个同学所负责的模块调试成功后进行系统联调,要求学生之间相互配合,遇到问题一起找原因、想办法,而不是相互埋怨、推脱责任,培养学生的合作精神,积累系统调试的经验,培养学生分析问题和解决问题的能力。
(5)撰写实践总结报告。
书写高质量的工作总结是反映工作实践素质高低的一个重要方面,工程技术人员应能用书面形式系统、完整、清晰地表达自己的研究成果,其目的是让人很容易地看懂所研究课题的内容、方案、原理、实现方法等。因此,书写实践总结报告也是实践课考核的主要内容之一。
3 考核方法
(1)设计方案正确性与合理性,综合考虑性能价格比和系统功耗。
(2)实践动手能力,包括PCB设计水平、安装工艺水平、焊接工艺水平。
(3)设计成果,达到的指标。
(4)调试中分析和解决问题的能力,创新精神。
(5)题目的难易程度。
(6)独立工作能力,实践工作态度。
(7)总结报告完成的质量。
四 教学效果
经过几年的教学和改革,对学生动手能力的培养取得了较好的效果。2005年以来,学生参加了全国大学生电子设计竞赛和浙江省大学生电子设计竞赛,共获3个全国一等奖,2个全国二等奖,4个省一等奖,6个省二等奖。近5年,本科生一次就业率年均在90%以上,多数毕业生到企业从事研发工作,少数毕业生独立创业、注册公司进行电子产品的设计与开发。
此外,学生参与教师科研项目、独立申报承担浙江省新苗计划项目、浙江省大学生创新项目、校级学生科研项目的数量都显著提高。
五 结束语
实践课主要体现在对实际工程应用系统或产品的研制,使学生经历从课题任务的提出到方案的论证、设计,软件及硬件的开发、联机调试等若干步骤。学生通过自己设计实验电路、实验步骤、实验方法等,综合应用电子技术的能力、理论联系实际的能力得到了很大的提高,促进了学生创造性思维的发挥。这些实践课是在理论课教学和相应验证性实验基础上的深入和提高,是对学生电子系统设计的综合性训练,这种训练培养了学生工程实践能力、独立工作能力及创新能力。
参考文献
[1] 王剑.电子系统设计课程体系改革的探讨[J].长江大学学报(自然科学版),2009,6(2):377-378.
关键词：研究性教学；EDA技术；研究性教学平台；研究性教学模式；研究性教学成效
作者简介：谭会生（1966-），男，湖南茶陵人，湖南工业大学电气与信息工程学院，副教授。（湖南株洲412008）
基金项目：本文系湖南工业大学教育教学改革教学之星专项（2011C03）、湖南省教育厅大学生研究型学习与创新性实验计划项目（2009-225）的研究成果。
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）17-0035-02
一、开展本科生研究性教学的必要性和条件
研究性教学[1-4]是一种新的教育理念，是一种新的现代学习观，强调学习的自主性和开放性，在教师的研究性教学理念的引导下，在教学设计上将教学看成是一项系统工程，从研究思想、研究手段、研究策略等各方面进行教学过程的全新设计，激发学生的研究及探索科学问题的兴趣。通过让学生运用探索的方法对问题进行研究，最终获得知识。研究性教学理念要求教师通过自己的教学，培养学生做事和做人的能力和素质。
开展本科生研究性教学，综合文献[1-6]有关观点并结合多年实际开展研究性教学的实践，其必要性如下：大众化高等教育的差异化教育的需要；提高大学生综合应用能力的需要；提高大学生实践动手能力的需要；提高大学生专业创新能力的需要；提高大学生专业综合素养的需要；改变大学生被动学习学风的需要。随着我国经济社会的发展和高等教育的大力发展，我国高等教育已由精英化教育转向大众化教育，学生群体出现多样化的趋势，学生学习兴趣、学习能力、学习需求的差异性日显突出。为了提高大众化高等教育的质量，更好地满足市场经济条件下对人才的高要求，按人才培养方案组织大学基本教育的同时，对一些优秀和比较优秀的学生应根据社会发展的需求、学生的兴趣爱好、学生的职业规划等进行加深与扩展，实现优才优教。
开展本科生研究性教学，综合文献[3，7]有关观点并结合多年实际开展研究性教学的实践，其主要条件如下：提高教师研究性教学的能力；激发学生研究性学习的积极性；提供研究性教学资源与教学场地；选择合适的有效平台；构建有效的研究性教学评价与评估体系。其中选择合适的有效平台是研究性教学持续而有效开展的一个关键性因素。作为电类专业研究性教学的有效平台，应该能方便学生进行软件仿真和硬件设计与制作，并具有综合性强、创新性强、成本低廉、灵活性强等优点。
二、基于EDA技术的研究性教学的主要优势
EDA技术起源于20世纪70年代，在20世纪90年代才真正形成一门新技术。在我国EDA技术的研究和教育只有10年左右的历史。所谓EDA技术，就是指以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式，以计算机、大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计工具，通过有关的开发软件，自动完成用软件方式设计的电子系统到硬件系统的各种转化，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射、编程下载等工作，最终形成集成电子系统或专用集成芯片的一门新技术。
利用EDA技术设计实现电子系统，它具有传统电子系统设计实现无法比拟的许多优点，综合起来它有以下几个方面的优点：[8]用软件的方式设计硬件，设计成本低，设计周期短，修改移植方便；系统具有重配置性，可现场编程，在线升级，设计调试非常方便，节约开发成本；并行执行，速度快，实时性好；集成度高，体积小，可靠性好，功耗低。
EDA技术作为研究性教学的平台具有以下优点：技术先进，社会急需，综合性强，创新性强，灵活性好，可重配置，成本低廉。
三、基于EDA技术的研究性教学的研究模型
为了描述基于EDA技术的研究性教学的研究背景、主要研究目标、主要研究内容以及主要研究期望，图1给出了基于EDA技术的研究性教学模型。现将主要内容具体阐述如下：
1.利用EDA技术开展研究性教学的研究目标
利用EDA技术开展研究性教学的研究目标，主要包括三个方面：基于EDA技术的系统设计与实现基础训练；基于EDA技术的系统设计与实现相关研究；基于EDA技术的系统设计与实现课题研究。
2.利用EDA技术开展研究性教学的研究内容
利用EDA技术开展研究性教学的研究内容，主要包括三个方面的内容：[8-11]
（1）基于EDA技术的系统设计与实现基础训练：包括大规模可编程逻辑器件FPGA/CPLD；硬件描述语言VHDL/Verilog HDL；EDA实验开发软件；EDA实验开发系统等系统设计与开发基础理论、基本方法、基本工具的学习与使用；流水线、并行处理、重定时、展开、折叠、脉动结构等各种VLSI结构设计优化技术的基本理论、分析比较和实际应用；强度消减、超前或驰豫超前等FPGA系统性能优化技术。
（2）基于EDA技术的系统设计与实现相关研究：主要是与课题设计与开发有关的数字信号处理、数字图像处理、工业智能控制、网络通信控制、数字家电控制等基础理论、实现算法和系统仿真等研究，重点是实现算法的设计、选择和仿真。
（3）基于FPGA实现的系统设计与课题实现研究：包括系统控制算法的选择；系统控制模型的确定；FPGA实现结构的设计；FPGA系统性能的优化；FPGA系统实现及测试等。
3.利用EDA技术开展研究性教学的主要形式
利用EDA技术开展研究性教学的主要形式，包括组建EDA技术学习兴趣小组、课题系统设计与实现研究小组和选拨教师科研项目助理等，通过专题训练、分散研究、定期讨论、按需答疑、总结汇报等形式开展研究活动。
四、基于EDA技术的研究性教学的主要成效
1.熟练掌握EDA技术的基础理论、基本方法、基本技巧、调试方法和调试技巧
通过研究性学习训练的学生，通过毕业设计论文的质量可以看出，熟练掌握ARM嵌入式系统基础理论、基本方法、基本技巧、调试方法和调试技巧，能够尽快适应从事嵌入式系统设计与开发工作。
2.熟练掌握基于EDA技术系统设计开发课题相关的基础理论、基本方法、基本技巧
通过研究性学习训练的学生，与课题相关的基础理论、基本方法、基本技巧，无论是以前学习过并且掌握的，还是以前学过但似是而非的，或是以前根本没接触过需重新学习的，熟练掌握与EDA系统设计开发课题相关的基础理论、基本方法、基本技巧。
3.全面提高学生的综合应用能力、实践动手能力、创新创业能力和就业核心竞争力
通过研究性学习训练的学生不但具有良好的参考文献查找能力、分析利用和文档处理能力，同时学生的综合应用能力、实践动手能力、创新创业能力大为提高，就业核心竞争力显著提高，80%的学生毕业时均能找到从事嵌入式系统设计与开发的工作，并且工资待遇也相当不错。
五、结论
实践结果表明，以课题为中心，以兴趣为纽带，以现代电子设计核心技术——EDA技术的学习与应用为目标，采用EDA技术学习兴趣小组、课题设计与实现研究小组、参加教师科研项目等形式，通过具体的专题训练、分散研究、定期讨论、按需答疑、总结汇报等活动开展基于EDA技术的电类专业本科研究性教学，对于提高大学生综合应用能力、实践动手能力、创新创业能力，提高大学生的专业核心能力，提高大学生就业的核心竞争力，培养从事EDA技术研究、设计与开发的高级人才，具有非常明显的成效。
参考文献：
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[10]Naresh R.Shanbhag.Algorithms Transformation Techniques for Low-Power Wireless VLSI Systems Design[J].International Journal of Wireless Information Networks,1998,5(2):147-171.
本课题旨在使电子设计类课程的教学与毕业设计相结合，贯穿于本科二年级到四年级，即从二年级开始开设的设计类课程到大四的毕业设计，有效地提升电子信息工程专业的教学质量和学生的专业水平。
一 电子设计类课程的教学模式
以单片机课程的教学为例。
1 在实例中传授理论知识
打破传统上以“讲概念说原理”为主的教学模式，消除电子设计类课程的神秘感及学生的惧怕心理，提高和改进学习效果，使此类课程被更多学生所接受[2]。设计几个较基础的实例，将理论知识融合其中，使学生对课程有着最直接的深刻认识，可收到事半功倍的学习效果。例如：在讲授单片机的I/O口资源时，直接给学生演示键盘控制LED的效果，这样有利于强化学生对I/O口作用的理解，同时也熟知某引脚具备输入或输出功能时的应用。
2 课程实践项目的设计
“会考试，不会做”是目前电子信息工程专业学生普遍存在的问题。以实际项目的开发过程和方法为主线，采用“项目驱动、案例导向”模式进行启发式教学，将“边做边学、以做促学”的教学思想贯穿于整个教学过程中。这样，学生不仅加深了对原来只停留在书本上的专业概念和原理的理解，而且每个学生或项目团队都能完成一个完整的、甚至有创造性的作品。充分激发了学生的成就感和自主学习的积极性，有利于显著提高课程教学效果[3-4]。
本课题通过建立“三层次实践项目”（基本型项目、提高型项目、研究创新型项目）教学模式和与该模式配套的实践教学管理体系[5]，在每个实践项目中，提出了“基本”与“扩展”内容的不同要求，保证了实践教学的系统性和实践环节的完整性，形成了“基础―提高―创新”的研究型实践教学新体系，从而兼顾了不同层次的学生[6]，使所有学生都能根据自己的知识水平选择适合自己的实验项目，从根本上解决了“单片机只是为少数学生开设的课程”这一问题。单片机实践项目的设计如表1所示。
3 课程考核方式
以项目考核代替笔试。以表1中的实践项目完成情况及期末作品（期末作品完全由学生自由选择，可以参考“研究创新型”项目）进行综合评价。为了防止学生拿他人成果作为作品，按毕业设计的要求来验收作品项目――提交完整的设计报告、设计源代码、分组进行答辩，其中设计报告需包括目录、设计题目、设计任务、设计思路（原理组成框图、资源分配）、硬件电原理图和连接图、程序流程图、设计心得和参考资料;设计源代码要有较为详细的注释。这样的做法将是学生对毕业设计过程的一次预练，也有利于督促学生在项目上多花时间和精力，真正掌握单片机的知识及其设计方法。
4 项目在课程结束后的延续
在教学过程中发现，很多学生在课程结束后都会存在项目（特别是提高型项目和研究创新型项目）的部分功能未完成或想进一步完善的情况。这时如果继续给学生提供实验室平台和相关资源，将会使学生更进一步。可以按本科毕业设计的难易程度对项目在原有基础上进行功能的添加，修改成毕业设计题目，有助于学生学习的延续，也为毕业设计提前做了准备。
二 基于提升毕业设计质量的应用实践
学生在做毕业设计中存在两大问题：一是从毕业设计题目下达到毕业答辩不到一年的时间里，部分学生考研或找工作占用了大四的绝大部分时间，真正进行毕业设计的时间不够;二是学生对所选题目不了解或不感兴趣使得很难进入设计工作状态。这两方面因素最终导致毕业设计质量不高，部分学生到了答辩时还不清楚自己的设计方向，甚至为了应付完成任务，少数人去抄袭或购买毕业设计作品或论文。
为了提升毕业设计的质量，很多人提出了各种办法和建议，如：适当延长毕业设计的时间，让学生有充分的时间来深入研究一个课题[7]。增设命题介绍环节，提供选题依据，允许自选题目;采用信息化管理手段，提高管理效率和毕业设计教学质量[8]。增强指导教师责任心，严格毕业答辩[9]。不可否认，这些方法都能从一定程度上提升毕业设计的质量，但不能从根本上解决问题。我们认为，毕业设计质量能否提升，真正的决定性因素在于学生，而不在于教师或管理手段。必须让学生先对题目有深入了解，根据自身的专业水平选题，进而产生兴趣，才有可能真正投入到设计工作中[10]。
将设计类课程的项目开发延续到毕业设计中（在原有项目的基础上进行扩展，作为毕业设计的提前准备），学生有了更充裕的时间和更明确的设计任务，可以和指导教师协商选择自己感兴趣的毕业设计课题，从而充分发挥学生的潜能，提高毕业设计质量。
实践表明，平时在课堂上按教师的指导完成课程任务的学生对单片机系统设计有较为深入的认知。以课堂上完成的项目为基础，提前进入毕业设计环节，普遍使毕业设计的完成质量有了明显的提高。由学生自由组队进行实践项目开发，培养团队合作能力;鼓励学生自选题目，充分发挥学生的自主想象力和创造力。文中的教学过程主要以单片机为例，项目的设计稍加修改可以推及到嵌入式系统、电子系统设计等课程，具有一定的参考价值和推广意义。
参考文献
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论文关键词：核
1引言
EDA是（ElectronicDesignAutomation）的缩写即电子设计自动化。EDA的关键技术之一就是IP核（IntellectualProperty)。IP核是一段具有特定电路功能的硬件描述语言程序，具有可移植性，并具有很高的通用性和灵活性，可以通过软件编程完成用户需要的，不同的，特定的功能，可以任意使用在各种嵌入式微控制系统中。嵌入式IP核的应用，大幅降低了设计成本，缩短了设计周期，成为当今SOC的重要设计手段。在EDA技术和开发中占有重要的地位。
2系统介绍
本文的设计工具是Altera公司的QuartusII，用VHDL语言进行描述，采用自顶向下的设计原则。MC8051IPCore顶层结构图如图1所示，图1中指示了mc8051_core的顶层结构以及与三个存储模块的连接关系，同时显示了顶层的输入输出I/O口。定时器/计数器和串行接口单元对应于图1中的mc8051_tmrctr和mc8051_siu模块，数量是可选择的，在图中用虚线表示。MC8051IPCore核心由定时器/计数器、ALU、串行接口和控制单元各模块组成。ROM和RAM模块不包括于核心内，处于设计的顶层，方便于不同的应用设计及仿真。
图1MC8051IPCore顶层结构图
3系统实现
3.1可编程时间间隔定时/计数器8254的设计
任何微型计算机系统中都存在定时控制问题，可编程时间间隔定时/计数器8254的设计是在使用软件控制下的精确时间延迟，这样可以解决定时控制问题。内部结构如图2所示。
图28254内部结构图
3.28259的设计
分析8259A的功能和内部结构可知，本单元应分成五个部分三个模块来实现，模块层次关系如图3所示：
图38259层次关系图
各模块的主要功能如下：
数据缓冲模块：对8259A数据缓冲和暂存。
读写控制模块：负责8259A的所有初始化工作及读写操作。
中断请求模块：负责中断询求、中断信号的产生及判优。
中断控制模块：完成中断应答功能，中断向量的生成，级联选通，主从功能设置等这一系列功能。
优先级控制模块：设定实现不同的优先级判别方式。
3.3MCS-51IP核的设计
按照自顶向下的设计原则，整个系统分为：控制模块、定时/计数模块、算术逻辑模块ALU、串行通信模块四个功能模块，而RAM和ROM在使用时，只根据需要进行定制。系统核心由定时器/计数器、ALU、串行接口和控制单元各模块组成。ROM和RAM模块为方便各种应用设计和仿真，处于设计的顶层。在本设计中控制单元主要完成操作指令译码、时序逻辑控制、中断响应优先顺序处理和微操作控制等功能。它分为中断的响应及指令的译码子模块和微操作控制模块两个子模块。其中，ontrol_fsm模块产生各指令的控制信号并主要实现MCS-51中断的响应，ontrol_fsm模块产生微操作信号的具体操作过程，控制RAM存储器的读写地址及数据传输、PC寄存器的赋值、串口与定时器的中断信号处理、中断的查询、SFR的读写等功能。在定时/计数器单元，本设计能保证计数速率为1/12个振荡器频率。计数脉冲在选择计数器工作模式时在来自相应的外部输入引脚T0或Tl。对外部输入信号的占空比这一电平至少要保持一个机器周期，因为必须确保某一给定的电平在变化之前至少被采样一次。算术逻辑运算模块设计调试以优化后综合后产生的模块符号图如图4所示，该工程项目文件可在其它逻辑电路设计中直接调用。
图4ALU模块符号图
通过前面的模块设计和综合后生成MSC-51单片机系统，如图5所示：
图5mc8051最终图形
4．结束语
EDA技术近年来发展速度令人惊奇，它作为当下电子设计技术的核心，被广泛的应用在电子系统设计中。
本文创新点：1.采用完全同步设计，即整个SOC系统都是在统一工作时钟的协调下工作的。内部采用锁相环进行分频得到其它工作频率。2.指令集和标准8051微控制器完全兼容。3.优化的CPU时序使得完成一条指令最多只需1~4个时钟周期，执行性能优于标准8051微控制器8倍左右，提高其运算速度。4.用户可选择定时器/计数器、串行接口单元的数量。5.新增了特殊功能寄存器用于选择不同的定时器/计数器、串行接口单元。6.可选择是否使用乘法器（乘法指令MUL）。7.可选择是否使用除法器（除法指令DIV）。8.可选择是否使用十进制调整功能（十进制调整指令DA）。9.I/O口不复用。10.内部带256BytesRAM。11.最多可扩展至64Kbytes的ROM和64Kbytes的RAM。12.最多可扩展至64Kbytes的ROM和64Kbytes的RAM。
参考文献
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关键词：EDA；实践教学改革；应用型人才培养；创新能力
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）28-0052-03
一、引言
进入20世纪90年代以后，电子设计自动化（EDA，Electronic Design Automation）技术得到了飞速发展，电子系统的设计观念、设计方法发生了革命性的变化，传统的设计方法正逐步退出历史舞台，而基于EDA技术的芯片设计正在成为电子系统设计的主流[1]。国内EDA技术的应用和教学工作起步较晚，近年部分大专院校才开始着手有关EDA的教学工作，因此我国在这方面的设计、研发人才十分匮乏。摆在我们面前亟待解决的任务是，在深入进行高等院校教育改革的大好形势下，应抓住良好的发展机遇，使学生掌握现代电子设计方法，培养适应电子信息技术快速发展的专业技术人才[2]。EDA是一门实用性很强的课程，学生在学完该课程后必须具备一定的硬件电路设计和调试的能力，因此在教学中需要不断地用实践训练来强化学生在课堂所学习的理论知识，并使他们达到能够独立设计较复杂硬件电路的能力[3]。EDA技术自身的特点也决定了它的学习内容和方式相比于其他课程具有自身的规律和独特性，在教学中合理把握其特点、加强实践教学改革，有助于培养学生的综合实践能力和创新能力。实践的主体是学生，实践的手段和方法是利用EDA技术，与具体项目相结合是实践性要求的另一个方向[4]。应按照“加强基础、培养能力、提高素质、突出创新”的原则，加强实践性体系结构的建设，增加综合性、设计性强的内容，鼓励学生积极参与到产践中去，培养学生的科学实践能力和创新思维能力[5，6]。
二、EDA传统实验教学存在的问题
EDA是一种新兴的设计技术，教学观念不能单停留于教会学生使用软件工具上，更主要的是对个人或小组的设计能力的培养与加强。在EDA传统实验教学中，教师先讲解实验原理和要求，给出示例程序，学生参照程序在QuartusⅡ软件平台上完成编译、仿真，然后下载到EDA/SOPC实验箱上进行硬件测试。这种实验教学方法存在很多的不足。
1.实验灵活性不够，忽视了学生的作用。传统实验教学中，教师给出相应的参考程序，让学生验证。每个实验操作过程都一样，实验方法单一，实验内容比较固定，不能完全满足实验设计的要求，不能突出实验中EDA技术的实用性。导致学生兴趣降低，被动应付实验，影响了实验效果。另外，学生在做完实验后只是掌握了软件设计和调试的技巧，对FPGA电路部分的设计和调试方法却一无所知，缺少了硬件实现方面的锻炼，阻碍了实践创新能力的提高。达不到面向工程实际的电子设计的自主创新性；达不到学生设计能力、自主创新能力的培养和与工程实际相结合的动手能力的培养；达不到培养学生独立分析问题、解决问题的能力。不能发挥学生的能动性，学习的积极性和实践能力得不到提高。
2.综合设计性实验难开展，阻碍了实践创新能力的提高。传统的EDA实验教学主要是利用系统软件QuartusⅡ和EDA/SOPC实验箱进行模拟仿真，学生做的只是按照给定程序进行编译、仿真、引脚锁定和下载测试，这种实验方法不能很好地将硬件电路和软件编程有机结合起来，导致实验教学效果不理想，学生学习积极性不高。同时，采用实验箱进行的实验多为验证性实验，综合设计性实验较少，即使是综合设计性实验，它与应用型人才培养的目标所要求的硬件实现、软件编程过程也相差甚远。课程结束后，学生虽然对EDA的原理、概念有所了解，但对EDA技术还是缺乏整体的掌握，与社会需求的差距较大。
三、EDA实践教学改革
1.更新EDA设计理念，倡导启发性实践教学。引导学生建立自顶向下的现代数字系统设计理念，从传统搭积木式的自底向上设计转向基于可编程逻辑器件的数字系统设计，培养学生的调研分析、创新能力、系统设计、工程实现方面的能力与素质。对实践教学中的疑难点，加大教师在实践教学中的指导、监督、启发的作用。这样充分发挥学生的主观能动性和创造性，避免学生在实验中“照葫芦画瓢”、“囫囵吞枣”。
2.改革实验教学内容，提高学生的综合设计能力。传统的EDA实验教学以验证性实验为主，能够培养学生综合能力和创新能力的综合性设计性实验开设较少，因此应在EDA实验教学中增加综合性设计性实验的比重。在保证学生能起步操作软件的基础上，给学生更多的自主学习和研究的机会，来完成不同的实验。综合设计性实验选题采取广泛选题方式，对来自教师课题、创新项目、竞赛项目、企业开发项目等途径来的题目，在提交明确的设计背景、目标、任务和方法，经教师审核后可以作为课程综合设计性实验题目。这些实验项目与学生日常生活联系比较紧密，使学生可以接受更为实际、更加系统的训练。综合设计性实验最大的特点是没有现成的模式可循，学生需独立完成软硬件设计和调试。在调试过程中，学生要自己分析解决实验中出现的问题，在解决问题的过程中进一步加深对EDA系统软硬件设计的理解。综合设计性实验项目的开设虽然对学生来讲有一定难度，但因与现实生活联系比较紧密，学生的兴趣比较高，能使学生从被动应付实验变成主动实验，更好地培养学生学习的自主能力和创造能力。
3.改革实验教学方法，提高学生的学习兴趣和自主实验的能力。为了达到学生设计能力和自主创新能力的培养，在实验教学改革中采用“工程导向”的教学模式。首先，教师给出设计任务，让学生明白设计要求。其次，学生自己分析设计要求，写出设计方案。在这个过程中小组成员之间、教师都可以对方案的可行性提出质疑，并加以指导解决，实现了“教”与“做”的结合，充分发挥学生的主观能动性和团队合作精神。再次，学生根据方案自己编译程序，仿真下载测试。在这个过程中学生可以充分发挥电路设计能力和自主创新能力。可以培养学生分析问题和解决问题的能力。最后，教师验收。检查该设计是否达到设计要求，并与学生讨论该设计是否有优化的可能，是否有其他的设计方案等，加深对知识的理解并且可以锻炼学生的思维广阔性和创新性。
4.课外EDA实践训炼，提高学生的创新实践能力。（1）学生成立EDA创新学习小组，利用实验室的资源，开展EDA软件编程和硬件设计实践训练。给学生提供一个完善自我、表达自我的空间和舞台，能使学生的想法在实验室变成产品、变成论文，有利于学生的个性发展和特长发挥，培养学生的实践创新能力和分析问题、解决问题的能力。（2）鼓励学生参与教师的科研项目，引导学生将FPGA/CPLD的新技术应用到科研项目的设计中去。让学生辅助教师进行设计、分析、实现，并制定测试方案，在实践中充分发挥学生的创造性、想象力和主观能动性，培养学生的知识应用能力、信息获取和选择能力、创新能力、实践能力。按照“兴趣感知学习探索创新设计研究开发”这样一个循序渐进的过程来培养学生的综合创新素质和研究能力。（3）在课程设计、毕业设计等环节中给学生推出数量较多的EDA应用题目，从而让学生利用已有知识对EDA技术进行更深层次的设计，启发学生思维，开发学生创新意识，从而将实验教学、课程设计、毕业设计等多个实践教学环节紧密连接起来，形成一种从单元到模块、从模块到系统，从仿真到实验、从实验到设计，从简单到复杂的层层推进、环环相扣的实践教学模式。这种多层次的实践教学，充分调动了学生自主实践的积极性，并且培养了学生解决问题的能力，从而切实提高学生实践活动的效果。（4）组织学生参与各种形式的学科专业竞赛，大大提高学生的综合设计能力和创新能力。如2009年“NEC杯”全国大学生电子设计竞赛中，获省级一等奖3项，二等奖4项，三等奖2项，2010年“高教社&XILINX杯”山东省大学生电子设计竞赛中，获山东省一等奖7项，二等奖3项，三等奖3项；2011年“瑞萨”杯全国大学生电子设计竞赛中，获全国二等奖3项，省级一等奖5项，二等奖5项，获奖层次和数量居省内高校前列。
四、结束语
实践教学在EDA课程教学中占有非常重要的地位，应结合学校和学生的实际情况，进行EDA实践教学改革。通过改革，学生在动手和实践应用方面的能力大大提高了，也给学生提供了极大的创造空间，强化了学生在教学活动中的主体地位，有利于学生创新思维和创新能力的培养，有利于学生个性和才能的全面发展，为社会主义现代化建设培养应用型人才。
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高校电类本科专业指通信工程专业、电子与信息工程专业、电子科学与技术专业、电子信息科学与技术专业、计算机科学与技术专业、自动化专业、电气工程和自动化专业等.这些电类专业在专业基础理论课、实践教学体系方面有许多共同之处，是参加电子设计竞赛的主力军.全国大学生电子设计竞赛是教育部倡导的大学生学科竞赛之一，是面向大学生的群众性科技活动，目的在于推动高等学校促进信息与电子类学科课程体系和课程内容的改革，有助于高等学校实施素质教育，培养大学生的实践创新意识与基本能力、团队协作的人文精神和理论联系实际的学风；有助于学生工程实践素质的培养、提高学生针对实际问题进行电子设计制作的能力；有助于吸引、鼓励广大青年学生踊跃参加课外科技活动，为优秀人才的脱颖而出创造条件.
2高校电子设计竞赛的组织
全国大学生电子设计竞赛由教育部高等教育司和信息产业部人事司共同主办，负责领导全国范围内的竞赛工作.各地竞赛事宜由地方教委（厅、局）统一领导.为保证竞赛顺利开展，组建全国及各赛区竞赛组织委员会和专家组.以高等学校为基本参赛单位，参赛学校应成立电子竞赛工作领导小组，负责本校学生的参赛事宜，包括组队、报名、赛前准备、赛期管理和赛后总结等.高校在组建成立电子竞赛工作领导小组时，如果学校电类专业单一，可设常设机构，由具体电类专业所在院系负责、教务处、学生处、团委、后勤集团等单位参与；若学校电类专业较多，可由电类专业相关院系轮流担任理事，按届组织，其它院系积极参与，教务处、学生处、团委、后勤集团等单位参加，适当引入竞争机制.在参赛小组的选拔中，首先由学生自由组队报名，要求组队后的3个队员各自具有较强的能力且队员之间能配合默契，在单片机系统设计与应用，模拟和数字电路的应用，硬件焊接与调试，计算机编程以及撰写设计报告论文等方面要有所分工；然后组织报名参赛队进行选拔考试，内容包括模拟电路、数字电路、单片机、传感器等方面的基本知识及应用，典型测量系统的设计方案，对电子竞赛的了解，参加竞赛的优势自述等；最后指导教师根据各参赛队成员选拔考试的结果、面试表现以及综合考虑各参赛队在团队合作、硬件制作、软件编程、报告撰写能力等方面的实力，确定参加竞赛的组数和各组成员.电子设计竞赛的命题范围广,涉及到电子技术(模拟电路、数字电路)、高频电子线路、通信原理、单片机技术、可编程器件等多门课程,并鼓励新技术的应用.这就要求赛前指导老师要有更宽的知识面和更丰富的实践经验.年青教师对新技术、新软件上手快,但实践经验缺乏,老教师经验丰富但计算机应用和新技术的掌握上又有不足.为了发挥特长,实现互补,在赛前指导上成立赛前指导小组,在小组中注意年龄和特长的结合,注意学科的结合.教师在指导学生的过程中相互学习,共同提高.知识和经验的相互渗透和补充促进指导老师的业务素质的提高,这使教师能够在日常的教学和科研中发挥更大的作用,推动师资队伍建设.
3参赛学生的培训
3.1参赛学生的现状
参加电子设计竞赛的学生一般是大学二、三年级的学生，已学习了很多相关课程的理论知识，也具有一定的实践能力，特别是在外语能力、计算机能力、单片机编程能力、查阅文献能力方面.但是在模拟电路，单片机硬件，电路安装工艺，如何根据系统性能指标设计电路方案和确定单元电路的性能指标，单元电路调试排错能力，系统的联调方面却存在着一定的不足.学生在此前的课程中，虽然学习过一些电子设计制作中常用的软件，如Protel电子原理图的设计，印刷电路板设计绘制，以及电子逻辑分析仿真等，但是缺乏一定的深度，其熟练程度需加强.常规电子仪器（如示波器、信号发生器、仿真器、扫频仪、万用表等）的使用不够熟练.虽然学生在电工电子、电子线路等实验课中使用过常规电子仪器，但是往往更换型号后就不能很快地熟练使用，影响电路的调试速度.另外学生的“单片机原理与技术”课程实验通常采用普通的51单片机，而电子竞赛往往会使用一些功能强大的单片机，因此在开发工具和仿真器方面存在差异.学生在培训期间，要加强理论与实践的结合，使学生在电子竞赛中涉及的知识点的深度和实践动手能力方面能得到很快的提升，这样才能确保在电子竞赛期间顺利完成竞赛的设计任务.为了鼓励电类大学生积极参加电子设计竞赛培训全部过程（包括前期课程与后期竞赛培训），可在完成竞赛训练作品设计与设计报告后，由指导教师给出相应成绩，可替代相应一门课程或实践环节的成绩，如“电子系统设计”、“认识实习”、“电子技术课程设计”等.
3.2培训内容选择、方案讨论及实际制作
如何在一个相对短的时间内尽快地提高参赛学生的设计开发和实践动手能力是培训阶段要解决的关键问题，在辅导中采用实战训练的方法，即模拟进行一次次的竞赛过程.包括给各组布置不同的设计题目、限时提交设计方案、全体队员集中由各组分别介绍设计方案并进行交流讨论、指导教师点评、各组分别实际制作、撰写设计总结报告，最后进行实物演示和总结答辩，这样尽管每个组只具体设计制作了一个系统，但是通过互相交流，对其它组所涉及的技术也有较系统的了解，在以后类似技术的实际设计制作过程中能起到事半功倍的效果.在培训开始时，向参赛学生详细介绍大学生电子竞赛的竞赛规则、竞赛命题、评审和评奖等方面的情况，邀请已参加过电子竞赛的高年级学生介绍参赛期间的注意事项及参赛体会；对历年的大学生电子竞赛题目、实现的方案、获奖小组的总结报告等进行深入的破析和讨论；让参赛学生对竞赛及要求有一个全面的了解.引导学生既要重视困难又不能畏惧困难，在充分认识本小组的优势与弱势的情况下，心理上充分地做好艰苦训练的准备.组织责任心强、具有相当专业技术水平和经验丰富的老师，针对电子竞赛的特点，在模拟电路、数字电路、单片机应用技术方面进行讲解，讲解中对基本电路的原理，实现的方法，相关电路的主要性能指标及测试方法、设计及调试中需要注意的事项作简明的介绍，对涉及的电子元件进行实物展示，对一些辅助设计软件、查阅科技论文的方法及常用的电子元器件及应用的网站作一些推荐性的介绍.
从历年的竞赛题目中确定各参赛小组的第一次训练题目，尽量做到各参赛小组选择不同的训练题目，按照电子竞赛的要求，规定在一个适当的时间内完成实物的制作、性能指标的测试、总结报告的撰写.然后由各小组对训练情况进行详细的介绍，各小组之间展开广泛的讨论，商讨是否有更好的实现方案，设计的电路及测试的结果是否合理，撰写的报告是否严谨，尽可能地发现训练中的不足之处，辅导老师根据各组的完成情况进行讲评.要求各小组根据讨论情况在1～2天时间内完善制作的实物及报告，同时要求各小组对另外小组的实物进行测试，通过相互交流在相对短的时间内能掌握更多的知识.在第一个实际系统设计后，协商电子设计竞赛第二次训练题目，要求尽可能多地涉及未曾接触的知识点，在规定的时间内完成设计任务，然后各小组演示实物的功能，测试电子系统的各项指标，注重测试方法是否正确，测试性能指标是否符合设计要求，对于差异较大的需要认真分析其原因，找出合理的解决方案并实施.最后，要求各参赛小组认真整理前一阶段培训完成的实物，单元电路要求注明电源要求、详细且清楚的输入输出接口信息，达到的性能指标并形成文字，软件要求有整体的说明，需要占用的资源说明、语句有详细的注释.辅导老师对培训中出现的问题向学生做详细的介绍，对竞赛中容易出现的问题也需要提醒学生.在参赛的前一天不安排具体的工作，保证学生能休息好，以极佳的状态参加电子设计竞赛.
4竞赛过程中的注意事项
4.1注意竞赛纪律
全国电子设计竞赛采用全国统一命题、分赛区，“半封闭、相对集中”的组织方式.竞赛题目在竞赛开始时打开（如2009年全国大学生电子设计竞赛是9月2日8:00正式开始）.每支参赛队限定在提供的A、B、C、D、E、F等题中任选一题；要求认真填写《登记表》内容，填写好的《登记表》由赛场巡视员暂时保存.参赛者必须是有正式学籍的全日制在校大学生，应出示能够证明参赛者学生身份的有效证件（如学生证）供随时备查.每队严格限制3人，开赛后不得中途更换队员.竞赛期间，可使用各种图书资料和网络资源，但不得在学校指定竞赛场地以外进行设计制作，不得以任何方式与他人交流，包括教师在内的非参赛队员必须回避，对违纪参赛队取消评审资格.竞赛开始后，为保证竞赛工作顺利进行，参赛学校应组织专人负责提供竞赛所需设备、元器件、后勤保障等工作.竞赛结束后（如2009年全国大学生电子设计竞赛是9月5日20:00竞赛结束），上交设计报告、制作实物及《登记表》，由专人封存，并在指定时间前送到指定地点.
4.2竞赛题目分析及方案设计
参赛队员应仔细阅读所有竞赛题目，根据自己组3个队员的训练情况，选择相应的题目进行参赛制作.选择题目应注意题目中不应该有知识盲点，即要能够看懂题目要求.如果不能看懂题目要求，原则上该题目是不可选择的.设计制作分基本要求和发挥部分，一般各占50分，设计总结报告30-50分（2009年30分，以前50分）.应注意的是基本要求的各项分值题目中没有给出，但在发挥部分给出了各小项的分值，选择题目时应仔细分析各项要求.确定竞赛题目的时间原则上不要超过两小时，题目一旦选定，中途不要随意更改.确定竞赛题目后，参赛小组的3个队员应认真讨论设计方案，设计方案应考虑制作的可行性，包括元器件是否能够采购到都必须考虑.设计方案可以提出一到两个，或者确定一个方案，对有些部分作出两个或者两个以上方案.同时应尽快提出元器件清单，确定元器件库中没有的元器件，提出采购清单.元器件采购清单应提供元器件名称、型号、规格、数量、替代型号及规格.确定方案的时间应不超过6小时.
4.3元器件的采购和设计装配制作
元器件采购是保证竞赛顺利进行的基础，没有元器件，作品是不可能制作成功的.因为竞赛题目事先不知道，学生作出的设计方案也是各不相同，需要的元器件也是多种多样的，可以事先准备一些元器件，但不可能完全备齐.竞赛中采购是必须的.不同的院校在不同的城市，要保证能够采购到竞赛所需要的元器件，应在竞赛开始前两天，派1-2名老师到比较大的电子市场去采购，找好元器件供应商.竞赛开始后，竞赛学生不断的提出需要的元器件清单，由教师去购买，并以最快的速度运送给竞赛学生.在竞赛中，各队学生可以按照在训练中的分工，按照软件编程、硬件制作、设计总结报告写作三部分分头进行，每个队员各有侧重，注意分工合作.设计制作过程中，可以分模块设计、安装、调试，一步一步进行.3人之间要注意多沟通，多交流.遇到问题，要冷静处理，不要慌张.在设计、安装、调试的每一步，都需要两人以上进行核对和检查.特别是到总调试阶段，一定要格外小心，通电前一定要两人以上进行核对和检查，不要急于通电，否则通电烧掉作品而前功尽弃.作品应该在第四天的下午全部完成，到第四天下午没有完成的功能和指标，也就不要再做了.很有可能的是，为了追求更好的指标和功能，结果将已完成的部分弄坏了.负责设计总结报告写作的队员，要根据软件和硬件设计队员提供的电路图纸、程序清单等设计资料，按照设计总结报告写作要求进行整理.到第四天上午，除测试数据外，应全部完成.测试数据可以在作品调试完毕，竞赛结束前补充到设计总结报告中去.竞赛一般在第四天下午8点结束，上交设计报告、制作实物及《登记表》，由赛场巡视员封存.封存时应注意文件完整，符合竞赛要求.作品要妥善包装，要能防止运输和搬运过程中的冲击和振动.整个竞赛时间是四天三夜，要注意竞赛时间的合理安排，注意休息和饮食，参赛学校应组织专人负责提供饮食后勤保障，使参赛学生保持充沛的精力，圆满完成竞赛.
二十世纪九十年代以来，计算机的不断发展引发了各个领域的革命性变革。航运界也受其影响，使得现代航运对船舶自动化程度和信息集成程度的要求也越来越高。为了适应现代自动化机舱的要求，PLC控制逐渐取代继电接触器控制成为船舶机舱控制的主要环节，使控制系统更加安全、迅速、可靠。 船舶在正常航行过程中，机舱出现故障经常需要轮机员下去对主机，辅机等设备进行维修和保养，由于现在大多数船舶采用的是无人机舱的模式，所以在机舱工作的数量就很少。故而当轮机员进入机舱工作就需要有可靠的监测报警系统，传统的继电器控制的轮机员安全报警器，虽说能够提供报警但是其容易发生故障且不易被察觉。然而采用PLC控制这能使轮机员报警系统的安全系数大大的提高，从而使轮机员的工作更加安全可靠。上述设计满足了《2006钢质海船建造入级规范》的迅速、实时、可靠、直观等要求。所以用PLC控制轮机员报警器就能够使轮机员在机舱工作地安全系数得到大大的提高
关键词 ：船舶轮机员安全 监视报警系统 PLC 继电器控制
Abstract
Keywords Engineers to monitor the ship security alarm system control PLC relay
目 录
1 引言 1
2 工作原理 2
2.1系统的基本组成 2
2.2工作原理及过程 2
3 PLC简介及程序设计 3
3.1 PLC简介： 3
3.2 PLC控制的船舶轮机员安全报警系统设计 3
3.3 PLC控制的轮机员安全报警系统程序 5
3.4 PLC接线图 6
3.5 I/O接线列表 7
4、 PLC控制的轮机员安全报警系统与继电器控制的轮机员报警系统的比较 7
4.1 继电器接触器控制的缺点 7
4.2 PLC控制的的优点 8
结 论 9
致 谢 10
1 引言
随着船舶建造水平的发展，大量高科技设备得到应用，使得很多设备的运行已不再需要人工看护和操作，出现了无人机舱或一人机舱，人们只需要在必要的时候对机舱设备进行巡检就可以了。
因此，为了保证轮机员的安全，产生了轮机员安全报警系统。当轮机员下机舱工作前，开通此系统就可以保证轮机员安全地工作。如果在工作期间出现了人身伤害，不能在固定时间内将本系统复位时，本系统会发出警报，报警信号送至机舱延伸报警灯柱和机舱报警检测系统。
机舱报警检测系统又会将此报警送至延伸报警系统，再送至驾驶室及相关船员房间以及公共场所，提醒大家进入机舱救人。
值班轮机员能够在固定的时间内复位本系统，则本系统将重新报警计时，直至轮机员安全离开机舱关闭本系统时，本系统才不再进行报警计时。该系统的采用大大的提高了轮机员的人身安全系数，有的船厂将其称为死人报警。
图1传统轮机员安全报警系统（继电器接触器控制）
2 工作原理
由于每个厂家的原理图有所不同，但都是大同小异，在这里我只以上面的一种电路图为例进行讨论。
2.1系统的基本组成
该系统主要由控制回路（都安置在集控台内），启动／停止按钮箱（每个机舱的入口位置）和复位按钮箱（在机舱的报警灯柱还机舱报警检测的楼梯口）等。
2.2工作原理及过程 3 PLC简介及程序设计
3.1 PLC简介：
PLC即可编程控制器（Programmable logic Controller），是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：PLC英文全称Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”
3.2 PLC控制的船舶轮机员安全报警系统设计
本轮机员安全报警系统由轮机员安全主控模块、轮机员安全复位模块、轮机员安全起/停模块三部分构成。
其中，一个轮机员安全主控模块可配置4个区域的轮机员安全子系统，每个轮机员安全子系统可配置多个轮机员安全复位模块和一个轮机员安全子系统起/停模块。
本系统可实现启动、停止、复位和求救信号的采集、报警定时、预报警和报警输出等，轮机员安全主控模块安装在各机舱舱室内，轮机员安全复位模块上含有报警灯、复位按钮、求救按钮、喇叭等，它被安装在一个区域的多个部位，实现轮机员安全监控和求救的功能。轮机员安全子系统起/停模块上含有电源指示灯、起/停按钮、声光报警等，它被安装在一个区域的入口处，实现轮机员安全监控子系统的运行和停止运行等功能。系统原理框图如图1所示。当船员进入机舱内开启起停模块上的起停开关后，系统初始化后进入正常工作状态，计时器开始计时，到达预报警指定时间时开启预报警，复位模块声光报警启动，此时计时器继续计时。若船员按下复位键，报警取消，计时器重新计时；如果复位没有按下且已经到达事故报警指定时间则开启事故报警，起停模块声光报警启动。
图1
3.3 PLC控制的轮机员安全报警系统程序
图2系统程序图
3.4 PLC接线图
图3 PLC接线图
3.5 I/O接线列表
I0.0 SB1复位按钮 I0.3 启动按钮
I0.1
I0.2 转换开关K2 I0.4 停止按钮
Q0.0 KM1 Q0.7 机舱报警灯柱 Q0.2 H1 Q1.1 KM3 Q0.6 KM8
4、 PLC控制的轮机员安全报警系统与继电器控制的轮机员报警系统的比较
4.1 继电器接触器控制的缺点
对于传统继电控制的机舱轮机员安全报警系统，由于采用的是机械式的控制元件，所以存在许多的缺点。
而对于现在的船舶其自动化程度越来越高对控制系统的精确度和安全系数的要求就要更高。
（1）传统的继电控制的轮机员安全报警系统，电器控制系统控制逻辑采用硬件接线，利用继电器机械触点的串联或并联等组合成控制逻辑，其连线多且复杂、体积大、功耗大，系统构成后，想再改变或增加功能较为困难。
（2）继电器的触点数量有限，所以电器控制系统的灵活性和可扩，当电源接通时，电路中所有继电器都处于受制约状态，即该吸合的继电器都同时吸合，不该吸合的继电器受某种条件限制而不能吸合，这种工作方式称为并行工作方式。
（3）继电器控制系统依靠机械触点的动作以实现控制，工作频率低，机械触点还会出现抖动问题。电器控制系统采用时间继电器的延时动作进行时间控制，时间继电器的延时时间易受环境温度和温度变化的影响，定时精度不高。由于电器控制系统使用了大量的机械触点，其存在机械磨损、电弧烧伤等，寿命短，系统的连线多，所以可靠性和可维护性较差。
4.2 PLC控制的的优点
（1）采用PLC控制则PLC采用了计算机技术，其控制逻辑是以程序的方式存放在存储器中，要改变控制逻辑只需改变程序，因而很容易改变或增加系统功能。系统连线少、体积小、功耗小，而且PLC所谓“软继电器”实质上是存储器单元的状态，所以“软继电器”的触点数量是无限的，PLC系统的灵活性和可扩展性好LC的用户程序是按一定顺序循环执行，所以各软继电器都处于周期性循环扫描接通中，受同一条件制约的各个继电器的动作次序决定于程序扫描顺序，这种工作方式称为串行工作。
（2）PLC的用户程序是按一定顺序循环执行，所以各软继电器都处于周期性循环扫描接通中，受同一条件制约的各个继电器的动作次序决定于程序扫描顺序。PLC通过程序指令控制半导体电路来实现控制的，速度快，程序指令执行时间在微秒级，且不会出现触点抖动问题。
（3）PLC采用半导体集成电路作定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，定时范围宽，用户可根据需要在程序中设定定时值，修改方便，不受环境的影响，且PLC具有计数功能，而电器控制系统一般不具备计数功能。PLC大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，其寿命长、可靠性高，PLC还具有自诊断功能，能查出自身的故障，随时显示给操作人员，并能动态地监视控制程序的执行情况，为现场调试和维护提供了方便。
结 论
本系统主控制器采用了西门子S7-200 PLC，其紧凑的结构，良好的扩展性能，强大的指令功能，利用485标准的通信口进行信息传送, 并自行设计相应接口而组成的船舶机舱巡回监测报警系统充分应用了该微型PLC的硬件资源，发挥了其软件优势。输入输出采用差动方式，提高了抗干扰能力，同时，主机和多台终端可以全部并联在一对双绞线上进行多机通讯，节省了传输线，所以本系统小但功能齐全，稳定性好。为用户带来极大的方便;在近两年的实际运行中未出现故障，为船舶的安全、可靠的航运起到了非常重要的作用，同时也为航运公司带来了巨大经济效益。通过PLC程序的控制使得轮机员安全报警器的工作过程更加的安全可靠，使得无人机舱技术应用得到更好推广和发展。同时利用PLC程序的控制能够大大的节约机械继电装置的应用，从而使的轮机员报警器的形状更加小继而节约船舶的空间。
致 谢
这次毕业论文能够得以顺利完成，并非我一人之功劳，是所有指导过我的老师，帮助过我的同学和一直关心支持着我的家人对我的教诲、帮助和鼓励的结果。我要在这里对他们表示深深的谢意！ 感谢我的指导老师——老师，没有您的悉心指导就没有这篇论文的顺利完成。 感谢班主任周静，王丽，赵玥老师三年的生活相处不久，却从您身上学到了太多，必将终身受益。感谢所有教授过我课程的暨海事学院的老师们，是你们诲人不倦才有了现在的我。感谢我的父母，没有你们，就没有我的今天，你们的支持与鼓励，永远是支撑我前进的最大动力。 感谢身边所有的朋友与同学，谢谢你们三年来的关照与宽容，与你们一起走过的缤纷时代，将会是我一生最珍贵的回忆。
[2]田瑞庭.可编程控制器应用技术. 北京：机械工业出版社.1994年
[3]常斗南.可变程序控制器原理应用及通讯.北京：机械工业出版社 1997年
[4]闫世杰.船舶信号.北京：人民交通出版社 2006年
[5]陈弘扬.船舶信号[M].北京：人民交通出版社 1991年
关键词：研究性教学；ARM嵌入式系统；研究性教学平台；研究性教学模式；研究性教学成效
作者简介：谭会生（1966-），男，湖南茶陵人，湖南工业大学电气与信息工程学院，副教授。（湖南株洲412008）
基金项目：本文系湖南工业大学教育教学改革教学之星专项（项目编号：2011C03）、湖南省教育厅大学生研究型学习与创新性实验计划项目（项目编号：2009-225）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）10-0070-02
一、开展本科生研究性教学的必要性和条件
研究性教学是一种新的教育理念，是一种新的现代学习观，它强调学习的自主性和开放性。在教师的研究性教学理念的引导下，教学设计被看成是一项系统工程，从研究思想、研究手段、研究策略等各方面进行教学过程的全新设计，激发学生的研究及探索科学问题的兴趣。学生运用探索的方法，对问题进行研究，最终获得知识。研究性教学理念要求教师通过自己的教学，培养学生做事和做人的能力和素质。
综合现有观点并结合作者多年实际开展研究性教学的实践，作者认为开展本科生研究性教学必要性如下：大众化高等教育的差异化教育的需要；提高大学生综合应用能力的需要；提高大学生实践动手能力的需要；提高大学生专业创新能力的需要；提高大学生专业综合素养的需要；改变大学生被动学习学风的需要。随着经济社会的发展和高等教育的大力发展，我国高等教育已由精英化教育转向大众化教育，学生群体出现多样化的趋势，学生学习兴趣、学习能力、学习需求的差异性日显突出。为了提高大众化高等教育的质量，更好地满足市场经济条件下对人才的高要求，笔者按人才培养方案组织教育的同时，对一些优秀和比较优秀的学生，根据社会发展的需求、学生的兴趣爱好、学生的职业规划等，进行加深与扩展，实现优才优教。
开展本科生研究性教学的主要条件如下：提高教师研究性教学的能力；激发学生研究性学习的积极性；提供研究性教学资源与教学场地；选择一个合适的有效平台；构建有效的研究性教学评价与评估体系。其中选择一个合适的有效平台，是研究性教学持续而有效开展的一个关键性因素。作为电类专业研究性教学的有效平台，应该方便学生进行软件仿真和硬件设计与制作，并具有综合性强、创新性强、成本低廉、灵活性强等优点。
二、基于ARM嵌入式系统的研究性教学的主要优势
嵌入式系统是指以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁减，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统融合了计算机软硬件技术、通信技术和微电子技术，是集成电路发展过程中的一个标志性成果。可以预言，嵌入式系统将成为后PC 时代的主宰。
嵌入式系统具有非常广泛的应用，包括智能产品、工业自动化、办公自动化、电网安全、电网设备检测、石油化工、商业应用、安全防范、网络通信、汽车电子与航空航天以及军事等各个领域，是现代计算机技术改造传统产业、提升多领域技术水平的有力工具。
按照体系结构分类，目前世界上有四大流派的嵌入式处理器内核，即MIPS处理器内核、ARM处理器内核、PowerPC和68K/COLDFIRE。其中ARM架构处理器已在高性能、低功耗、低成本应用领域中占据领先地位，它在当今最活跃的无线局域网、3G、手机终端、手持设备、有线网络通信设备中得以广泛应用。
利用ARM嵌入式系统设计实现电子系统具有以下几个方面的优点：芯片内外资源丰富，硬件系统简单；可运行各种实时操作系统，降低了复杂系统应用程序开发的难度；可运行多种操作系统，应用程序开发难度降低，系统人机界面友好；系统数据处理能力强，控制精度高；有成熟的开发工具，丰富的开发资源和资料；目前ARM具有众多的开发人群，有助于降低企业项目开发成本、保持开发的连续性。
使用ARM嵌入式系统作为研究性教学的平台，它具有以下优点：技术先进、社会急需、综合性强、创新性强、成本低廉。
三、基于ARM嵌入式系统的研究性教学的研究模型
为了描述基于ARM嵌入式系统的研究性教学的研究背景、主要研究目标、主要研究内容以及主要研究期望，图1给出了基于ARM嵌入式系统的研究性教学模型。现将主要内容具体阐述如下：
1.利用ARM嵌入式系统开展研究性教学的研究目标
利用ARM技术开展研究性教学的研究目标，主要包括三个方面：基于ARM嵌入式系统的系统设计与实现基础训练；基于ARM嵌入式系统的系统设计与实现相关研究；基于ARM嵌入式系统的系统设计与实现课题研究。
2.利用ARM嵌入式系统开展研究性教学的研究内容
利用ARM技术开展研究性教学的研究内容，主要包括三个方面的内容：
（1）ARM嵌入式系统设计开发基础研究：主要包括ARM器件结构、ARM汇编语言、C/C++语言、操作系统移植、应用程序开发、驱动程序开发等嵌入式系统设计与实现基础理论、基本方法、基本工具的学习与使用。
（2）ARM嵌入式系统设计与实现相关研究：主要是与课题设计和实现有关的数字信号处理、数字图像处理、工业智能控制、网络通信控制、数字家电控制等基础理论、实现算法和系统仿真等研究，重点是实现算法的设计、选择和仿真。
（3）基于ARM的嵌入式系统设计与实现：主要包括系统设计需求分析、ARM实现硬件设计、ARM操作系统移植、ARM应用程序设计、ARM驱动程序设计、ARM系统组装与调试。
3.基于ARM嵌入式系统开展研究性教学的主要形式
基于ARM嵌入式系统开展研究性教学的主要形式，包括组建ARM嵌入式系统学习兴趣小组、课题系统设计与实现研究小组和选拔教师科研项目助理等，通过专题训练、分散研究、定期讨论、按需答疑、总结汇报等形式开展研究活动。
四、基于ARM嵌入式系统的研究性教学的主要成效
1.熟练掌握ARM嵌入式系统基础理论、基本方法、基本技巧、调试方法和调试技巧
从研究性学习训练学生的毕业设计论文的质量可以看出，他们熟练掌握ARM嵌入式系统基础理论、基本方法、基本技巧、调试方法和调试技巧，能够尽快地适应从事嵌入式系统设计与开发工作。
2.熟练掌握与ARM嵌入式系统设计开发课题相关的基础理论、基本方法、基本技巧
经过研究性学习训练的学生，无论是以前学习过并且掌握的、还是以前学过但似是而非的、或是以前根本没接触过需重新学习的，现在已熟练掌握与ARM嵌入式系统设计开发课题相关的基础理论、基本方法、基本技巧。
3.全面提高学生的综合应用能力、实践动手能力、创新创业能力和就业核心竞争力
通过研究性学习训练的学生，不但具有良好的参考文献查找能力、分析利用和文档处理能力，同时他们的综合应用能力、实践动手能力、创新创业能力大为提高，就业核心竞争力显著提高，80%的学生毕业时均能找到从事嵌入式系统设计与开发的工作，并且工资待遇也相当不错。
五、结论
实践结果表明，以课题为中心，以兴趣为纽带，以新兴的、有着广泛发展前途的ARM嵌入式系统的学习与应用为目标；采用ARM嵌入式系统学习兴趣小组、课题设计与实现研究小组、参加教师科研项目等形式；通过具体的专题训练、分散研究、定期讨论、按需答疑、总结汇报等活动；开展基于ARM嵌入式系统的电类专业本科研究性教学，对提高大学生综合应用能力、实践动手能力、创新创业能力；提高大学生的专业核心能力，就业的核心竞争力，培养从事嵌入式系统研究、设计与开发的高级人才，具有非常明显的成效。
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关键词：单片机实验；实验教学；教学改革
中图分类号：TP368.2 文献标识码：A
文章编号：1672-5913（2007）08-0028-03
The Teaching Reform and Exploration of Single Chip Computer Experiment
ZHANG Xin, ZHANG Yan, YANG Li, GAO Qun
(School of Information and Electronics Engineering, Shandong Institute of Business and Technology, Shandong, Yantai, 264005, China)
Abstract: The necessity of experiment teaching reform of " Single chip computer Principle and Application" curriculum has been analyzed in the paper. the new experiment educational reform plan has be proposed, which’s goal lies in to stimulate the enthusiasm which the student studies, to train the project consciousness and the ability to analysis question and solves question and to enhance student's innovation ability and comprehensive quality.
Keywords: single chip computer experiment; experimental teaching;teaching reform
1 引言
作为典型代表，单片机推动了嵌入式系统的发展，成为现代电子系统中重要的智能化工具。无论是尖端科技，如军事、通信、能源、机器人、交通、IT，还是现代工业、农业、仪器仪表、汽车电子系统、家用电器、玩具及个人信息终端等诸多领域，都离不开单片机，其使用率和普及率远远超过了其他类型的计算机。因此“单片机原理及应用”课程也在高校的计算机类、电子类、电气类、机械类等专业的教学计划中有着特殊的地位。这些专业除了单独设课程外，在涉及的许多实践环节，如课程设计、毕业设计乃至研究生论文课题中，单片机系统都是应用最广泛的手段之一。近年来，在高校中大力推行的各种电子设计竞赛中，单片机已成为主要方法。
2 单片机实验改革的必要性
“单片机原理及应用”是一门理论性和实践性都很强的课程，在重视理论教学的同时，必须重视实验教学。学生通过设计硬件电路、编制软件程序、仿真调试等实验过程，才能更好地掌握单片机的理论知识和应用技能。
传统的实验教学形式单一、方法呆板，实验课一直以教师为中心，学生在规定的时间内，用统一的模式，按照指导书上规定的步骤做相同的实验。实验技术、手段相对较落后，效率不高。这种实验教学方法不利于培养学生的动手能力、创新能力和综合运用知识的能力，也不能进一步激发学生的学习兴趣和主观能动性，为了适应当今社会对单片机行业人才的需求，必须对单片机实验教学进行改革。
3 单片机实验教学的改革与探索
要使学生真正掌握知识，学会运用知识，必须通过学生的亲身实践。如何通过实验教学使学生进一步巩固和消化课堂上所学知识，掌握单片机应用技术，同时又培养学生的动手能力、创新能力和综合运用知识的能力，造就综合型、创新型、复合型人才，具有重要的意义。
3.1 实验教学内容的改革
根据单片机课程的特点，将实验教学内容分为基础实验、基本接口实验、综合设计实验三个部分。
基础实验主要有硬件的认知、指令系统实验、汇编语言程序设计实验。考虑到学生已学习了一些相关的课程，掌握了一定的硬件知识、软件知识以及编程方法，基于学时的限制，这部分的内容可让学生利用课外时间自行完成。
基本接口实验安排在课堂进行，是实验教学的重点。它包括硬件接线与软件编程两部分。学生在进行实验时，首先要根据实验任务完成硬件设计、搭建主体电路，然后编写程序，最后调试。
实践环节应充分发挥学生的自主性。传统的单片机教学中，实验内容通常是理论知识的验证，很少有应用理论知识去解决实际问题的综合设计性实验。综合设计实验旨在帮助学生全面掌握所学内容，提高综合运用所学知识解决实际问题的能力。安排的内容主要是简单电子产品的设计。在进行综合设计实验时，指导书只给出了任务、要求和原理性说明，学生必须根据实验的目的和要求，独立完成软硬件设计和调试。学生要自己分析解决实验中出现的问题，在解决问题的过程中进一步加深对单片机系统软硬件设计的理解。观察实验现象，分析实验结果，写出实验报告。
正确处理好三类实验关系。基础实验、基本接口实验是综合型实验的基础。必要的基本实验是不可缺少的，学生可以通过基本实验掌握单片机的基本原理。综合设计型实验可以培养学生的动手能力和综合应用知识的能力，充分发挥学生的主观能动性，激发学生的学习兴趣。基本实验可安排在教学环节的前期，其目的在于在教学开始之初帮助学生熟悉单片机软硬件环境。而综合设计实验是为了培养学生综合运用所学知识的能力，使学生受到更为实际、更加全面的科学研究训练，没有现成的模式可循，主要利用实验后期、开放实验室结合课程设计、课外兴趣小组、大学生电子设计大赛、毕业设计进行。综合设计实验和课程设计虽然有一定难度和深度，但对学生很有吸引力，能使学生从被动应付实验变成主动实验，不仅提高了基本操作技能，也发挥了学生的学习自主性和创造性。
3.2 精选实验内容
实验内容的选取要做到典型的芯片都安排有相关的实验内容，要适应不同层次学生的需要，将单纯的验证性实验逐步向综合应用实验和创新实验类型发展，增强学生的参与意识，提高学生的动手能力，增加以设计性、系统性为主的实验内容。
单片机实验既要进行硬件接线，又要编写程序，且程序的准确编写是实验成功的前提条件；有些实验，学生要在有限的时间内完成任务是不容易的。因此，编写实验指导书时，要精心设计，对程序比较复杂的实验，给出部分的程序，并将其中的关键语句删去或是用错误的语句来取代，由学生去完善。这样可以缩短学生编写程序的时间，又能使学生掌握其中的关键。重视思考分析题的设计，使学生通过完成思考分析题，拓宽知识面、提高分析问题和解决问题的能力。
3.3 改进实验教学方法
3.3.1 要求学生进行实验预习.
实验预习是提高实验效果的一个重要环节。在每次实验完成后，就布置下一个实验的内容，并在上实验课时通过提问、检查预习报告等形式进行检查。学生通过预习并听了教师的讲授之后，在做实验时就能做到心中有数，实验操作的过程也比较容易实现，还能提出一些问题与指导教师探讨，效果较好。
3.3.2 启发式教学
在实验过程中，积极对学生进行引导，最大限度地调动和发挥学生在实验中的主体作用。对学生在实验过程中提出的问题，不做正面的回答，而是围绕问题引导学生积极地对待实验中出现的问题，并自己动手独立解决问题。将传统的以教师和课堂教学为主的教学模式，逐步演变成基础实验以教师为主导，综合实验教师与学生并重，创新实验以学生为主的多种形式。鼓励学生结合实际自己立项，独立完成项目。
在实验过程中启发学生寻找解决方法，就能训练学生遇到问题（提出问题）─寻找方法（分析问题）─解决问题的方法和技巧，培养独立工作能力，使实验更具有实践性和实用性。
3.3.3 通过多种渠道实现实践教学
教学过程中要与学生的实践活动紧密结合；通过课堂实践教学、课外科研训练实践、大学生电子设计竞赛等多种渠道实现真正的创新型实践教学。利用课程设计进行系统设计级综合实验，使学生将各章学到的知识进行综合归纳，提高学生对单片机应用系统的认识和应用水平。以全国大学生电子设计竞赛、山东省大学生电子设计竞赛为契机，充分调动学生学习的积极性。
3.3.4 鼓励学生利用课外时间到开放实验室进行实验
开放实验室是由教师组织学生利用课余时间开展的教学活动，它是对课堂教学的补充和完善，是学生独立思考、亲自动手的实验环节，也是解决学时少与内容多这一矛盾的重要手段。指导教师可以结合课堂上的内容，提出一些设计性题目或学生自行设计实验题目与方案，由学生独立操作调试，最后写出实验报告及收获。基础好的同学得到了施展才能的机会，可以设计出颇有特色的实验方案，写出很好的实验报告，一般同学也会感到有压力，增强了实验的自觉性。
3.3.5 充分利用多媒体进行实验教学，建立网上虚拟实验室
充分运用现代信息技术手段辅助实验教学，结合实验项目的内容和教学大纲的要求，将相应的实验原理、实验步骤、实验设备和仪器、实验所用到的芯片工作原理和外形通过多媒体技术设计制作出将文字、图形、图像、声音、视频、动画等集于一体的多媒体虚拟实验软件。形象逼真地将相关的实验内容展现在学生面前，产生动静结合的画面和智能性启发诱导功能，使学生身临其境，直接去感受、体验，便于学生进一步巩固课堂上所学的基础理论，同时了解实验基本技能，使学生在较短的时间内获得较多的信息量，为教学提供高效、交互、实时的操作环境和良好的服务。大大提高了实验教学效率，保证了实验教学效果。
3.4 在专业课程设计中融入单片机内容
为了进一步加强单片机的应用，在专业课程设计中融入单片机应用内容，使之成为专业课程设计的重要组成部分，从而使学生通过专业课程设计获得综合培养和锻炼，具备单片机应用系统的设计、开发能力。
3.5 规范实验报告，改革考核模式
实验完成后，要求学生按规范写出实验报告。实验报告的规范完成，是实验效果的综合反映。
改革考核模式，从理论和实践两方面进行，重点考核和评价学生的实际应用和创新能力。考试成绩采用百分制：期末考试占60%、平时成绩（作业、答疑、课堂提问）占10%、实验占30%，加大实验成绩在整个课程成绩的比重，以促进学生应用创新能力的培养与提高。若实验成绩不合格，则取消其笔试资格。实验成绩的评定方法为：预习报告占10%，硬件电路连接占25%，软件设计占25%，系统调试占25%，实验报告占15%。另外，对实验中出现的问题，根据解决的情况可奖励0～50分（百分制）。
为了充分发挥学生的主动性、创造性，全天开放实验室。保证学生在规定的学时内顺利完成相关实验，并对实验结果当面考核。
3.6 注重实验教学队伍的培养，提高教师素质
实验教学离不开实验教师，由于加强了综合设计型实验项目，使得学生进行同一项目的实验时，实验程序和实验电路有所不同，这就对实验教师提出了更高的要求。必须加强对实验人员的培训，造就一支稳定的、高素质的实验教师队伍。
4 结束语
通过对单片机课程的实验教学进行改革，提高了学生的创新能力和综合素质，激发学生的学习积极性、主动性；使学生能够学到更多的知识，实际操作能力也得到了一定程度的提高。同时也更新了教师知识，提高了教师的综合能力。
实验教学的改革是一项长期而复杂的任务。我们只有立足单片机实验教学的实际，逐步深入，取长补短，推陈出新，才能建立起一套完整的实验教学体系，新的教学方法才能日趋完善，也才能更好地适应时展的需要。
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作者简介：
张鑫（1965.5-），女，黑龙江省庆安县人，山东工商学院信电学院教师，副教授，系副主任。主要从事单片机原理及应用、微机原理及应用教学，单片机应用技术和智能控制系统的开发工作。
通信方式：山东烟台山东工商学院信电学院，264005
全国大学生电子设计竞赛是信息产业部人事司和教育部高等教育司主办的四大学科竞赛之一，是具有权威性和很大影响力的全国性电子类专业大学生课外科技竞赛活动。全国大学生电子设计竞赛的开展，不仅提高了大学生的电子设计制作能力、创新能力和协作精神，同时也促进了电子技术类课程的教学改革和教学质量的提高。我校自2005年开始已连续参加了三届，本文依据我校参赛和培训的情况，浅谈我校以全国大学生电子设计竞赛促进电子技术类课程实践教学改革，培养学生的实践能力和创新能力的体会。
1.全国大学生电子设计竞赛的意义
1.1有利于培养学生的创新能力，激发学生对实践课的兴趣
传统的实践教学是理论教学的辅助，实验内容多数是验证理论知识，学生根据实验指导书上的方法和步骤就可完成实验，整个实验过程学生完全是被动的[1]。这样的验证实验不能实现对学生实践能力和创新能力的培养，难以激发学生的对实践教学的兴趣。全国大学生电子设计竞赛要求参赛学生在四天内完成从选题、搜集资料、设计方案、分析论证、元器件选择、硬软件设计、组装、调试、测试、排除故障、做出成品和撰写设计报告的全过程，并且要求三人组队参赛，是对学生综合素质的全面考核，具有极大的挑战性[2]。比赛中既要动手操收稿日期：2011－4－16基金项目：湖南省教育厅教学改革资助项目“应用型本科电子技术专业实践教学体系改革的研究与实践”（项目编号：湘教通[2009]321号）。作者简介：张新安（1957－），男，湖南永州人，本科，副教授，研究方向为数字信号处理及实践教学改革。作，又要理论分析。经过培训和参加竞赛的学生，其实践能力与创新能力都得到很大的提高，同时激发了学生对实践教学的兴趣。
1.2有利于增强学生的竞争意识和就业能力
在电子设计竞赛中能脱颖而出的都是理论知识扎实，动手能力强，经过严格训练，具有创新意识和协作精神的优秀学生。无论获奖与否，参加过培训和电子设计竞赛的学生，在系统设计、方案论证、合作精神与创新能力等方面都有很大的提高，在毕业设计中受到老师的青睐，在实际工作中，表现出较好的独立性，创新精神、协作能力与竞争意识，得到社会及用人单位一致的肯定和好评，增强了就业能力[3]。
1.3有利于推动电子技术类课程的教学改革
电子竞赛题目是一批高水平的教授、专家根据电子技术发展的最新信息拟出的。选题涵盖了模拟电路、数字电路、高频电路、单片机应用、可编程器件、传感器技术、自动控制技术和EDA等课程的内容[4]，竞赛中既要考察学生的实际动手能力，又要考察学生的理论知识和创新能力；既有涉及知识面广、功能多的系统设计，又有单一功能的电路设计；既有以指标性设计为目的的题目，又有以功能性设计为目的的题目；既有基本要求，又有发挥部分，同时在电子设计竞赛中又鼓励学生使用新技术、新器件和新电路，以满足先进的技术指标。所以，对电子技术类课程的教学改革具有指导和推动作用。
2.对参赛学生的能力要求
参加电子设计竞赛的学生应具备的实践能力包括[5]：电子元器件的识别及使用方法、印制电路板设计与制作等电子设计制作基础；集成直流稳压电源、运算放大器电路、信号产生电路和处理电路、显示电路和A/D转换器等单元电路设计；通用键盘及显示电路、单片机与液晶显示接口电路、单片机与D/A和A/D转换电路等单片机最小系统设计；FPGA最小系统和配置电路的设计及FPGA的最小系统板下载等可编程逻辑器件系统设计，以及资料查阅、综合系统设计、创新设计和撰写设计报告等。
3.电子设计竞赛中反映的问题我校历届培训及竞赛现场，主要表现出以下一些问题[6]。
（1）查阅参考资料的能力差。在拿到竞赛题目后，学生都是先翻教科书，不去查找具有最新技术的期刊文献，特别是上网搜集资料的能力差。
（2）对知识的综合应用能力不强。对一个制作项目能够提出的设计方案很少，不能对方案进行充分的论证和比较，生搬硬套参考电路，不能设计出简单先进的电路，综合应用所学知识分析和解决问题的能力较差。反映我们的实践教学缺少综合性、设计性实验的训练。
（3）新技术、新器件的应用能力差。有的制作项目如能采用新技术、新器件，如FPGA、CPLD等实现系统设计，不仅性能指标优于传统电路，而且电路简单。反映我们的实践教学内容陈旧，不能紧跟电子科学技术的发展。
（4）不适应工程设计技术指标要求。竞赛中学生对竞赛题目的各类技术指标的实现和改善上感到无从下手。
（5）实验动手能力不强。竞赛过程中，一部分同学在安装、焊接、电路调试、故障查找和排除等过程中操作不熟练，不能适当地设计实验数据表格，不能通过对实验数据的归纳、总结去分析、解决问题。反映我们的实验教学验证性实验多，综合性、设计性的实验少，学生的动手能力和综合运用能力没有得到应有的训练。
（6）单片机知识的应用能力有限。很多竞赛题要用到单片机的知识去完成设计，部分参赛同学因单片机知识与应用能力不够，未能取得较好的竞赛成绩。
（7）设计报告撰写的质量不高。设计报告的格式与内容存在很多缺陷，方案论证不够充分，理论分析不够严谨。反映我们的实验课教学忽视了实验报告这个重要环节。
4.电子技术类课程的实践教学改革
根据全国大学生电子设计竞赛的内容及要求，针对学生在培训和竞赛过程中暴露的问题，我们对电子技术类课程的实践教学进行了如下改革。
4.1改革实践教学体系
依据学科专业特点，结合我校实际，将实践教学从理论教学中分离出来，单独设课、单独考核，构建起一个与理论教学体系相互匹配，相互联系、相互补充，相对独立、科学优化的实践教学体系。将实验教学环节划分为三个层次[7]。
（1）基本技能训练层：以电子工艺实习、实训为教学内容，掌握万用表的使用，电子元器件识别、检测，印制板制作、焊接，直流稳压电源组装，收音机安装调试等基本操作技能。以电路分析、电子测量、模拟电子技术、数字电子技术等专业基础课的实验为教学内容，掌握信号发生器和示波器等常用仪器的使用方法，培养正确记录、处理数据及分析实验结果的能力。
（2）课程设计实验层：以电子技术、单片机技术、EDA技术等课程的实验为教学的主要内容。通过对简单电路的设计，熟悉常用电子元器件，学会查阅元器件手册及通过互联网寻找所需资料的方法，让学生通过安装调试，学会通过调整元件参数，满足实验指标要求。
（3）综合设计实践层：以传感器技术及应用、单片机技术、EDA技术、电子系统综合设计等课程实验、电子设计竞赛等课外活动为实践教学环节，掌握用最先进的设计平台和最新的工具进行高效的综合设计，用组装的系统电路板，用电子设计自动化仿真软件Matlab、Muhisim等工具，进行“虚、实、软、硬”相结合的现代电子技术设计实践。要求学生能独立完成从设计到制作的全过程，提高学生运用所学知识进行电路级的综合设计能力以及系统级的开发应用和创新能力。
4.2更新实验教学内容
实践教学改革的关键是教学内容的改革，要根据认知规律、学科特点、实践教学自身的规律和学生实践能力、创新能力的培养要求，更新实验内容。
（1）减少验证性实验，增加应用性、设计性、综合性、创新性实验。增加DSP、PLD、FPGA、嵌入式系统和虚拟仪器等先进的实践教学内容[8]。增加单片机课程设计的实验课时，加强其实验和设计应用，增加EDA技术和Protel课程设计的实验课时，加强Protel电路设计软件和EDA电路设计仿真软件的实践应用；增加电子实习课时，增加和竞赛有关电路的制作内容。实践教学内容要体现最新的科技成果，反映运用现代科学技术成果的新的实验技术和新的实验方法，实现实践教学内容的与时俱进。
（2）增加能培养学生实际操作能力的工艺性操作实践。注重电子元器件特别是新型元器件的使用[9]。元器件选择方面，除个别验证性实验仍保留部分分立器件外，其余均采用集成化，数字化，模块化的器件，如集成稳压电源、集成运放、集成功放、集成A/D，D/A等器件，RAM、EPROM集成电路，以及ASIC可编程控制器。对于综合型、设计型实验，指导学生选择最新器件来完成设计。
（3）对整个课程体系的实验内容进行整体优化组合，将同类课程体系或同类学科的实验项目合并，创建新的综合实验课程，实现学科之间实验内容的互相交叉渗透。修改综合设计内容，把本专业的理论知识同单片机技术和PLC技术更多地结合应用，并把电子设计竞赛知识结合其中。
（4）设立学生科研基金，资助运用新技术、新器件、新思想的电子设计与制作的学生课题[10]。把科研引进教学过程，鼓励学生参与教师的科研工作和生产中急需解决或探索的实际问题的研究，培养学生的方案论证、装配、调整、检测，数据处理、数据分析、总结归纳，撰写科研论文等能力。
4.3改革实践教学方法
（1）实施开放式实践教学在实践内容、实践时间、实践方法、组织形式等方面实行开放式教学，打破时间、空间的限制，提供给学生进行创造的环境，让学生真正成为学习的主体[11]。在实验内容上，设定必做实验、选做实验和自主实验的比例，前者保证教学基本要求和基本技能训练，后者则由学生根据自身的条件与兴趣，在众多的实验课题中选择，以达到因材施教的目的。课程设计、综合性、设计性实验，教师只提出设计的总体要求和要达到的效果，不制定统一的参数指标，设计步骤，给学生一个较大的创造空间。提倡方案的多样性，给学生充分的创新机会。由学生完成从方案制定、电路设计、元件筛选、焊接组装、程序设计、系统调试到设计报告撰写、答辩等全部过程，教师变指导为引导，充分发挥学生的主动性。
（2）增大实验室开放的力度在安排好课内实验教学的基础上，充分利用实验室资源，制订实验室的开放项目、开放计划。在实验室开放时间里，为学生提供实验场地的同时，还为学生提供万用表、信号源、示波器、电类实验箱、单片机实验箱等设备，还安排教师进行现场指导。建立现代化的实验中心网上实验预约与管理系统，在开放的平台上，选做实验和自主实验学生可以个人预约，预约的内容包括实验时间、场地、内容、指导教师等，这种“集中”和“自由”相结合的开放管理方式，提高了实验室和仪器设备的利用率。
（3）开设电子技术实践选修课根据现代电子技术的发展和全国大学生电子设计竞赛的情况，我们为电类专业的学生开设了如“电子制作”、“电子创新设计”等选修实践课，内容包括简单电路、系统电路和有创新特色的电子电路等的设计与制作等，为爱好电子设计的学生提供更多的学习机会。
（4）举办校内电子设计竞赛，激发学生学习兴趣我校每年举行的全校大学生电子设计竞赛，按照全国大学生电子设计竞赛的方式进行，在为电子设计爱好者提供施展才能机会的同时，也为参加全国大学生电子设计竞赛选拔了队员。在校领导和有关部门的支持及全国大学生电子设计竞赛的影响下，参赛人数逐年增多，大学生电子设计竞赛已成为我校学生最喜爱的科技活动。
（5）认真组织学生参加全国大学生电子设计竞赛我校是专升本不久的本科院校，电子类专业的办学时间不长，基础薄弱，参加全国性的电子设计大赛的经验更少，我们把参赛作为学习、实训、取经、提高的过程，参赛成绩逐年提高。
关键词：电子信息；创新型；人才培养；校企合作
中图分类号：G640 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）02-0087-02
一、背景
电子信息工程专业培养的是电子系统设计、信号处理方面的高级技术人才，结合本人在教学和学生创新实践培养过程中的经验，就高校电子信息工程专业大学生创新型人才培养方面提出自己的几点看法。电子信息工程是一个理论与实际动手能力紧密结合的专业，提高实际动手能力的最好途径就是参与具体的课题研究。目前存在的普遍问题是：学生大学四年所学的书本知识不少，参与实际项目的开发研究机会较少，动手能力亟待提高。根据《教育部 财政部关于“十二五”期间实施“高等学校本科教学质量与教学改革工程”的意见》的精神，结合我校“十二五”的发展纲要及电子信息工程专业培养方向的要求，探讨提高电子信息工程专业大学生动手能力、培养适合社会急需的创新型人才的方法是本课题研究的重点。
二、创新型人才培养目标
创新型人才的培养是一个系统工程，贯穿于学生四年的大学生活。经过四年的理论知识的学习和参加具体项目实际训练，学生要掌握扎实的专业知识、具有熟练通读外文技术资料的水平、很强的动手和创新能力，毕业时能设计一个具有行业领先水平的产品，能承担信号处理方面的科研工作。
三、创新型人才培养的意义
创新型人才培养对促进教学工作、提高教学质量的意义在于以下几个方面：
1.创新型人才培养模式我们采用择优录取，优胜劣汰的原则，形成特定的文化氛围，以加速学生个体心理的健康成长与精英专业思维的形成。
2.我们对常规课程体系进行改革，除建立在数理基础上的科学性系列课程以外，还提前侧重工程实践的工程性系列课程的讲授时间。依据教育心理学中的目标定向理论与自我效能感理论，通过课内外贯通式创新实验，形成持续的学习自我效能感，通过贯通式课程，形成阶段性的知识融合，以改变学习目标不明确、精力投入不足、学习效果差的问题。
3.通过搭建引导、激励、环境三方面结合的全方位创新实践支撑平台，实施课内外结合的贯通式创新实践活动，以构建立体化创新实践教学体系，实现本科全过程创新实践能力培养。
四、创新型人才培养计划
根据最新技术发展趋势、社会需求和创新中心团队老师的知识结构，经多次讨论，多媒体创新中心培养创新型人才的方向分为嵌入式和DSP两个方面。学生经过四年培训，在嵌入式或DSP平台上具有较强的动手、科研能力，能承担各企业、科研院所在DSP、嵌入式方面的科研工作。创新型人才的培养遵循“分阶段、分步骤、适当超前”的原则。“分阶段、分步骤”的方法将大学四年分为基础训练阶段（大一、大二、大三）和综合训练阶段（大四）；“适当超前”就是在培养的各个阶段，通过讲座、自学，将课堂教学的内容提前掌握，尽早进入实际课题的研究工作。针对每个不同的培养阶段，制定不同的培养目标。每个阶段以学生制作的作品为考核内容。为此，创新中心设计了四组作品，每个作品由中心老师、学生制作完整的技术方案、元器件的选型、技术指标以及考核方法，由学生组成团队或个人完成。
1.基础训练阶段。经过大一到大三三年基础训练阶段的培养，重点掌握扎实的专业理论知识，提高实际动手能力。根据基础训练阶段的特点，将三年分为三个阶段，每个阶段制定不同的要求、任务，在课堂学习的基础上，指导学生自学新的知识，参与一些课题的训练。（1）大一阶段。大一是学生从高中阶段到大学阶段转换的关键时期，学生的自学及科研的习惯、初步动手能力及兴趣的培养是重点。C语言是嵌入式和DSP两个平台开发的基础，是信号处理的基础。通过课堂教学和强化训练，使学生熟练掌握C语言。单片机的开发相对嵌入式和DSP两个平台入门简单，从单片机的小产品入手，培养大一学生的动手能力与兴趣，学会Proteus、Keil仿真平台的使用，养成在开发前期使用仿真平台的习惯。大一的目标：在掌握以上基础知识的基础上，大一期间完成会议电子名片或自行车码表的制作，具有一定的动手能力。（2）大二阶段。经过一年的培养，学生具有一定的动手能力，了解了电子信息工程专业的发展方向，明确了电子信息工程专业学习目的。在此基础上，学习Matlab软件（重点Simulink在信号处理中的应用），通过课堂学习、内部培训及视频教材，熟练掌握信号与系统、滤波器设计、数字信号处理等理论知识。大二的目标：在掌握以上基础知识的前提下，完成基于51单片机的DTMF信号生成及检测、语音信号的A/D、D/A系统设计。（3）大三阶段。按照学生的选择，培养方向分为嵌入式及DSP平台两个平台进行专业训练。嵌入式方向的同学学习Linux操作系统，掌握ARM系列芯片的硬件原理，针对具体应用，掌握3～4个协议栈的使用，学会裁剪操作系统。DSP方向重点以TI公司DSP芯片为开发平台，熟练掌握CCS软件的使用和定时器、串口、存储器的扩展、HPI接口的基本知识。结合数字信号处理、高频电子线路、通信原理、嵌入式系统的应用、DSP原理及应用的课堂学习及实验，学生掌握了电子信息工程专业大部分知识，大三的目标：在掌握以上知识的前提下，完成基于嵌入式（ARM）/DSP的DTMF信号生成与检测、新型电视传输系统两个研究课题。
2.综合训练阶段。学生经过前三年的训练，具有较强的动手能力和扎实的基础知识。大四阶段是出成果的关键一年，创新中心的领域是多媒体通信的研究，结合中心的研究领域及市场的需求，重点研究语音编解码、语音识别、语音合成、语音增强方面的课题。根据课题的具体要求，学生可以选择性地在自适应滤波器、现代信号处理等理论方面进一步学习，以更好地完成综合训练阶段的训练。综合训练阶段的目标根据学生基础训练阶段所学知识和动手能力的情况，设计了以下课题：强噪声环境下的通信系统、麦克风阵列语音增强系列产品的开发等，这些课题在ARM、DSP平台上的实现。
五、创新型人才培养团队
以上各阶段目标的实现需要一个具有很强战斗力、责任心和爱心的团队来执行。经过一段时间的运行多媒体通信创新中心通过以下措施来实现以上目标：
1.每周四下午例行的技术讲座，主讲人以本中心的老师、学生为主，适当的时候请一些专家来进行相关领域的前沿技术讲座，扩大老师、学生的知识面。
2.“以老带新、以点带面”，部分同学经过较长时间的培养，具有一定的实践经验，由他们指导刚进入中心的新生，培养了大家的团队意识。
3.针对不同阶段、不同基础的学生，中心制订了电子信息工程专业创新人才培养计划。讲座、自学、课堂学习几个方面来扩大大家的知识面，不同阶段不同的课题培养大家的动手能力和专业技能，通过大四的综合训练阶段提升大家的全面能力，达到创新人才培养的最终目标。
4.创新中心的运行需要一定的运行费用，需要对市场和技术具有敏锐的洞察力，通过校企合作的方式，将学校的技术优势与公司的市场优势有机结合，是一种切实可行的途径。
六、成果
在指导老师及广大同学共同努力下，在语音信号处理、图像信号处理等方面能够取得一定的成绩。产品能应用于市场；在学生中的影响面能借由创新中心的学生带入各个班级。
1.系列拾音器的开发：正在开发的两款数字拾音器，原理样机已经研制完毕。此数字拾音器采用了麦克风阵列、盲源分离、回声抵消等多种语言增强技术，实际效果比较理想。利用这些技术，还准备研制多媒体教室的话筒，取代目前的模拟话筒。
2.会议电子名片：正在开发会议电子名片，系统通过计算机向会议电子名片系统发送需要显示的名字等内容，具有较好的市场前景。
3.全网络楼宇对讲系统：正在开发的基于CORTEX M4的全网络楼宇对讲系统中使用了拾音器方面的关键技术，单元机及户内机之间语音、图像信号的传输全部通过网络实现。目前国内这方面的产品较少，市场前景广阔。
4.学生中的正面影响：值得一提的是电院大二、理学院大二两位同学，自进入大学开始，一直在创新中心老师指导下学习，和其他同学相比，他们的动手能力强、知识面宽，专业知识基本上学到了大三下学期的课程。在他们的带领下，各个班级的电子产品小制作活动广泛开展起来了。
七、后语
我们通过建设贯通式课程体系、搭建立体化创新实践平台，从个性、知识、能力三方面进行针对性培养，引导学生明确目标，不断获得克服困难、解决问题的成功体验，形成目标+持续成就感的正向反馈与良性循环，最终实现创新型人才培养目标。
我们尝试最大限度拓展学生实践投入时间、锻炼学生实践能力。科研创新效果明显，科研项目数及参与人次逐年递增。学生参与发表科研论文、申请专利。毕业生知识面广，知识掌握深，动手能力强，综合能力高，进入社会发展潜力大。
在创新型人才培养过程中，深感责任重大，“没有教不好的学生”是我们最大的感受，看到同学们一天一天地成长，我们备感欣慰。创新中心通过企业出项目、教师重引导的方式，激发、培养和发挥学生的创新能力，实现产学研互相转化。这些活动的开展，拓展了老师的视野，提高了学生的动手能力和创新能力，推动了企业产品研发；同时，有利于探讨校企合作下的大学生创新人才培养模式，为实现从大学生到工程师快捷培养提供了一条有效途径。
参考文献：
[1]王定华.走进美国教育[M].北京：人民教育出版社，2004.
