时间：2022-11-20 03:54:14
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篇数字电路设计论文，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。
论文摘要：结合高职院校数字电路实验教学现状，以培养学生的电子设计能力、实践能力与创新能力为目标，对数字电路设计性实验进行了研究，提出了构建实验课程体系、加强实验教师队伍建设、完善实验考核机制等措施，取得了良好的教学效果。
随着高职院校实验教学改革的深人，实验教学已成为高职院校教学工作的重要组成部分。实验教学已从过去单纯的验证性实验逐步深人到综合性、设计性实验，从利用实验来加深对已学理论知识的理解，深人到将实验作为学生学习新知识、新技术、新器件，培养学生实践能力、创新能力的重要目的仁‘〕。
1高职院校实验教学存在的问题
数字电路实验是高职院校电子信息类、机电类专业必修的实践性技术基础课程，对培养学生的综合素质、创新能力具有重要的地位。在传统的实验教学中，数字电路实验教学多以验证性实验为主，并按实验指导书的实验步骤去完成实验，这种实验教学模式禁锢了学生的创新思维，失去了“实验”真正的含义，培养出来的学生实践技能差，无法达到高职教育人才培养的要求〔2)0
2开设数字电路设计性实验采取的措施
通过多年来的实验教学改革实践，证明了开设设计性实验有利于巩固课堂所学的理论知识;有利于提高学生电子系统设计能力、综合素质、创新能力[’]。2005年我校电子技术实验教学中心(以下简称中心)以“加强基础训练，培养能力，注重创新”为指导思想，在面向各类专业的数字电路实验教学中，开设了以学生为主、教师为辅的数字电路设计性实验教学，取得了良好的教学效果。
2. 1构建实验教学课程体系
数字电路设计性实验是一种较高层次的实验教学，是结合数字电路课程和其它学科知识进行电路设计，培养学生电子系统设计能力、创新能力的有效途径，具有综合性、创新性及探索性[[4]。数字电路设计性实验是学生根据教师给定的实验任务和实验条件，自行查阅文献、设计方案、电路安装等，激发学生的创新思维。设计性实验的实施过程，如图1所示。
为了提高学生的电子设计能力和创新能力，中心根据高职教育教学特点与规律，构建了基础型、提高型、创新型三个递进层次的数字电路设计性实验课程体系。三个实训模块的内容坚持以“加强基础型设计性实验，培养学生的电子设计能力、创新意识”为主线，由单元电路设计到系统电路设计，循序渐进，三年不断线，为不同基础、不同层次的学生逐步提高电子设计能力、创新能力的空间，如图2所示。
基础型设计性实验是课程中所安排的教学实验，学生在完成了验证性、综合性实验以后，具有了一定的实验技能，结合数字电路的基本原理设计一些比较简单的单元电路，学生按照教师给出的实验要求根据实验室所拥有的仪器设备、元器件，从实验原理来确定实验方法、设计实验电路等，且在规定的实验学时内完成实验。如表1所示。这一阶段主要是让学生熟悉门电路逻辑功能及应用，掌握组合逻辑电路、时序电路的设计方法，培养学生的设计意识、查阅文献等能力。
提高型设计性实验对高职院校来说，可认为是数字电路课程设计。它体现了学生对综合知识的掌握和运用，课题内容是运用多门课程的知识及实验技能来设计比较复杂的系统电路，如表2所示。整个教学过程可分10单元，每个单元为4学时，每小组为一个课题。学生根据教师提供的设计题目确定课题，查阅文献、设计电路、电路仿真、电路安装调试、撰写课程设计报告等，完成从电路设计到制作、成品的全部实践过程。通过这一阶段的训练，学生的软硬件设计能力进一步提高，报告撰写趋于成熟，善于接受新器件，团队协作趋于成熟。
创新型设计性实验主要为理论基础知识扎实、实验技能熟练的优秀学生选做，为“开放式”教学，实验内容主要是结合专业的科研项目、工程实际及全国或省级电子设计竞赛的课题。通过创新型设计性实验，强化学生电子系统设计能力，充分发挥学生的潜能，全面提高学生的电子系统设计能力、创新能力，为参加大学生电子设计竞赛奠定坚实的基础。
数字电路设计性实验课程体系将数字电路基本原理、模拟电路、eda技术等多门课程知识点融合在一起，从单元电路设计到系统电路设计，深化了“系统”概念的意识。在每一轮设计性实验结束后进行总结，开展学生问卷调查，对设计性实验的教学方法、手段等进行全面评估，从而了解设计性实验教学的效果。在实验过程中，实验教师鼓励学生从不同角度去分析，大胆创新，设计不同的方案。
2. 2加强实验教师队伍的建设
近年来，中心依托省级精品课程“数字电路与逻辑设计基础”、省级应用电子技术精品专业建设，合理规划，制定了实验教师队伍培养计划;专业教师定期到企业培训;专职实验教师参加实验教学改革研讨和对新知识、新技术的培训;同时制定优惠政策，吸引企业中具有丰富实践经验的工程师、技师到实训基地担任实验教师tb}，形成一支能培养高素质技能型人才、能跟踪电子信息技术发展、勇于创新并积极承担教学改革项目的专兼职结合的实验教师队伍，实现了实验教师队伍的整体优化。
2. 3开放实验室
为了保证设计性实验教学的有效实施，中心实行时间和内容两方面开放的教学方法。学生除了要完成教学计划内指定实验外，还可以根据自己的专业和兴趣，选择规定以外的实验项目。为了提高设计性实验的教学效果，学校制定了系列激励政策，调动了实验教师及学生的积极性。
2. 4建设创新实训室
为了培养学生的电子设计能力、创新能力，给优秀学生营造良好的自主学习环境，提供展现创新设计的舞台，中心先后投人了30多万元，更新了实验仪器设备，建设了一个软件环境优良、硬件条件先进的创新实训室。该实训室配置了计算机、函数信号发生器、频率计、扫频仪、数字存储示波器、单片机系统设计实验开发系统、打孔机、制版机等仪器设备〔7〕。
2. 5完善实验考核机制
对于数字电路设计性实验的考核，不能仅靠一份实验报告或作品来评定成绩，要关注设计方案的可行性、实验过程中学生的操作能力、创新能力等方面。如以100分计，分别从实验设计方案(20分)、实验方案的实施和完善(40分)、设计的创新性(20分)、实验报告或论文、成品(20分)几个环节来评定学生的实验成绩。为了激励优秀学生，激发创新欲望，中心建立了“创新设计性实验优秀论文、作品评奖制度”，对经专业教师评审选出的优秀论文、创新作品的学生给予表彰、奖励。
针对硬件课程实践环节在提高学生解决实际问题能力上效果不理想、课程之间衔接不好等问题，基于CDIO工程教育理念，结合“try”教学方法，基于数字电路设计课程的实践环节，提出一种新的教学模式。
关键词：
CDIO；教学模式；实践环节；课程衔接
由麻省理工学院等4所大学创立的CDIO工程教育理念，是继承和发展欧美工程教育改革的一种新的教育理念。该理念包括12条标准，涵盖了具有可操作性的能力培养、全面实施以及检验测评。它以产品研发到运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式来学习工程的理论、技术与经验[1-2]。数字电路设计是计算机组成原理、接口与通信以及嵌入式类课程的先修课程。如果在数字电路设计的教学中没有考虑好与后续课程在理论教学与实践教学内容上的衔接，则容易导致学生在后继课程的学习中遇到困难[3]。
1数字电路设计课程实践环节的教学条件和教学现状
（1）社会对软件人才的需求量远大于对硬件人才的需求量，学生出于就业考虑，容易形成重软件轻硬件的观念。（2）硬件课程入门较难，实践环节大都是验证性的，缺乏探索性，不利于培养学生解决实际问题的能力，从而打击了学生学习硬件课程的积极性，导致学生形成“好软怕硬”的思想。（3）传统教学模式是教师课堂讲授，适当结合验证性实验，不能激发学生的学习积极性。学生学完理论、做完实验后，仍然缺乏解决实际问题的综合能力、工程实践能力及创新能力[4]。传统教学模式的弊端导致在与计算机组成原理等后继课程的衔接中，学生不能从系统的高度认识数字逻辑[3-5]。（4）计算机学院开设的数字电路设计和计算机组成原理等课程，采用同一套实验设备，在一定程度上能让学生的学习具有连续性。（5）自创的“try”教学方法可适用于数字电路设计课程及实践环节的教学[6-8]，但由于算机组成原理和数字电路设计两门课程的内容和要求不同，“try”教学方法在应用于后者时，应有所调整。
2数字电路设计课程实践环节改革方案
2.1实践环节的层次设计为了获得更好的教学效果，教师探索了各种方法，其中有案例法、项目驱动法、任务驱动法等[9-12]。从实验室建设、实验手法、课程整合等不同角度来提高实践环节质量[13-14]也能够有效提高教学效果。比较上述方法后，考虑与后续课程的衔接等因素，根据CDIO标准3、5、7的要求，结合自创的“try”教学方法，我们将数字电路设计课程的实践环节分成两个层次，从最简单的门级电路编程开始，难度由低到高、循序渐进，最终让学生完成源于实际案例的综合实验，初步具备实际工程能力。表1从实验项目设计、教学方法等7方面对基本实验和综合实验进行了对比。在教学中，学生学习的主要障碍不是掌握理论方法，而是缺乏理论知识和实践问题认知的沟通[11]。因此，我们在理论教材中选择15个知识点，设计成相关的任务和实验内容，如全加器、表决器等，采用“try”教学方法并结合任务驱动法，鼓励学生多动手多尝试，通过任务、查资料、仿真、实物验证、教师验收、撰写实验报告和总结这7个步骤完成对15个理论知识点的学习。为了进一步提高学生的实际工程能力，基于科研项目，贴近实际生活，我们编写了自动售货机、出租车计费器、电梯控制器等6个综合实验。实验采用分组方式，每组学生自行选择一个题目，在规定时间内完成该综合实验。综合实验的教学过程一般包括：教师项目及要求、学生分组并认领项目、组内分工、查资料、设计方案、论证可行性、学生在宿舍仿真、学生在实验室的硬件开发板上实物验证、教师验收、提交实验报告、实验答辩、成绩评定等13个环节。教师在项目要求的时候，只给出最基本的要求，学生在设计的过程中可以自行扩充，也就是说，同一个综合实验题目，其设计可繁可简，不同学生设计的电路可能会不一样。
2.2实践环节评价体系的构建根据CDIO标准11，构建了实践环节的评价体系。
2.2.1基本实验评价方法基本实验评价指标是：①时限；②工作量；③完成质量；④验收程序；⑤实验报告。其中①、②、④、⑤考核了学生的个人能力和表达能力，指标③、④、⑤考核了学生的专业知识、建造产品和系统的能力。对这5项指标加权平均得到该基本实验项目分数，如式1所示，其中Sj表示某个基本实验的得分，Ki表示某个考查指标的系数，Mi表示在某个考查指标上的得分。由15个基本实验的得分累加后除以15，得到基本实验项目的总得分，如式2所示，其中BS表示基本实验的总得分，Sj表示某一个基本实验的得分。
2.2.2综合实验评价方法综合实验评价指标是：①时限；②查资料的能力；③实验方案；④创新性；⑤设计说明书；⑥完成质量；⑦团队合作能力；⑧工作量；⑨验收；⑩实验报告；实验答辩。其中①、②、⑤、⑦、⑧、⑨、⑩、项考核了学生的个人自身能力、探究能力、团队合作能力和表达能力，指标③、④、⑤、⑥、⑨、⑩、考核了学生的专业知识、建造产品和系统的能力。修改式1可对这11项指标的得分加权平均，从而得到综合实验的分数。
2.2.3实践环节最终成绩评定办法及选优措施实践环节总评成绩由基本实验成绩和综合实验成绩两部分加权平均得到,从工作量及投入时间方面考虑，一般建议两者各占50%。综合实验结束后，根据学生在实践环节的学习情况和成绩，特别是综合实验中的表现，向各相关学科实验室推荐优秀本科生，使他们有机会加入科研项目组，参与教师的科研工作。
3实施效果及分析
为检验课改成果，我们设计了一套课程评价系统，包括一套具有反向题的学生调查问卷、学评教的数据、学生的理论课成绩单、实践环节成绩单、一套后继课程教师评价学生掌握先修课程知识的调查问卷、一套学生所在学科实验室评价该生的调查问卷等。评价系统还包括对这些数据的统计和分析。统计数据显示，在CDIO模式基本实验和综合实验实验项目设计上，学生满意度达到81.6%，在教学内容、教学方法、实验环节考核方法等方面，学生满意度达到97.4%，比传统模式提高了20几个百分点。这些数据表明，新教学模式比传统模式更能激发学生的实验兴趣，促进他们较大幅度地提高项目设计能力、动手编程能力、团队合作能力。我们将2013级计算机科学与技术专业的学生分成两组，采用相同的教学资源和不同的教学方式分别授课，一组采用新模式教学，另一组采用传统模式教学。经过一个学期的学习，2015年1月数字电路设计课程理论考试中，在试卷相同的情况下，新模式组成绩优良率达到52.9%，比传统模式组高24个百分点；新模式组不及格率为15.7%，比传统模式组低15个百分点；新模式组平均卷面成绩为78分，比传统模式组高6.1分。由此可知，基于新标准并结合“try”方法的新教学模式能够提高实践环节的教学质量，切实促进学生深入理解理论课的相关知识点，有助于学生更好地完成课程衔接，为学生后继课程的学习打下坚实的基础。追踪这些学生后继课程的学习情况，统计2015年6月计算机组成原理课程设计期末考试成绩后发现：原新模式组优良率达到80.3%，比传统模式组高25个百分点；原新模式组不及格率为0，比传统模式组低21个百分点。计算机组成原理课程理论考试中，原新模式组平均卷面成绩为68分，比传统模式组高5分；原新模式组不及格率为17.4%，比传统模式组低5个百分点。此数据表明，数字电路设计课程实践环节采用新教学模式教学有助于学生对后继课程的学习，特别是实践环节成绩有了大幅提升，不及格率也明显下降。
4结语
新教学模式基于CDIO理论，结合“try”教学理念，将数字电路设计课程实践环节分为基础实验和综合实验两个层次,并包含了配套的成绩评定方法和课程评价系统。实践证明，新教学模式能够更好地促进课程衔接，有利于培养学生自主学习、主动探索的精神和能力，培养学生的工程实践能力、沟通交流能力及团队协作能力。改革的下一步，是根据每一门课的特点，把基于CDIO理念的教学模式推广到课程群其他课程的教学中去，以期从课程层次化、课程间网络化等多角度、多层面地把学生培养成为优秀的工程技术人才。
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高等教育的任务是培养具有创新精神和实践能力的高级专门人才。随着高等教育发展和社会需求的变化，培养大学生的实践经验和创新能力变得更加重要。对于电子专业的大学生来说，仅有理论知识是远远不够的，必须把理论和实际结合起来，将理论转变成应用于实际的技能，具备工程实践能力和创新精神，才能更好地服务于社会。
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主办。竞赛要求参赛者在规定的4天时间里，在竞赛组委会派出的专家全程监控下，3人一组完成题目选择、方案论证、电路设计、电路安装、软件设计、系统调试和论文写作等一系列工作。全国大学生电子设计竞赛试题实用性强、综合性强、技术水平发挥余地大。所涉及的电子信息类专业的课程包括电路分析、高频电路、数字电路、模拟电路、单片机原理、EDA、电子测量等；实践性教学环节包括电子线路实验课、单片机原理实验课、课程设计和生产实习等；可选用的器件包括分立元件、集成电路、可编程逻辑器件和单片机等；设计手段可以采用传统的，也可以采用现代电子设计工具，如Pspice辅助分析和CPLD在系统可编程。电子设计竞赛试题既反映了电子技术发展的先进水平，又引导高校在教学改革中应注重培养学生的工程实践能力和创新设计能力。
一、课程体系改革
课堂教学和实验教学是相辅相成的，是学生学习与掌握知识的重要手段。学生在大学期间的学习，是一个认识、实践、再认识、再实践的过程。就认识而言，可以在课堂上认识，也可以在实验室里认识；而就实践而言，也同样可以在课堂上实践。主课程设置上可作如下安排：（1）一年级下学期开设《电路分析》课程并安排实验课，让学生掌握基本的分析电路和设计电路的知识；（2）二年级上学期开设《电子技术基础》课程并安排实验课，在学期末进行两周的电子技术基础课程设计，让学生掌握模拟电路和数字电路的分析和设计知识，锻炼工程实践能力，使学生对电子专业产生浓厚的兴趣；（3）二年级下学期开设《高频电路》《EDA》和《电子电路设计（Protel）》课程并安排实验，培养学生利用计算机设计电路的能力；（4）三年级上学期开设《单片机原理与接口技术》和《传感器原理与应用》两门课程并安排实验，在学期末进行两周的单片机课程设计，让学生制作一个简单实用的电子产品，充分调动学生的积极性，在设计过程中初步掌握程序编制及单片机电路的设计方法，了解电子产品的开发过程；（5）三年级下学期开设《电子测量》和《单片机应用设计》选修课，以单片机为控制核心并结合数字电路和模拟电路设计多个电子产品，使学生熟练掌握程序编制及单片机电路设计方法，熟练掌握各种仪器的使用方法，初步具备独立开发电子产品的能力，为电子设计竞赛培养后备人才。
大学生电子设计竞赛分为全国性比赛和省级比赛，都是每两年举办一次，单数年份为全国性比赛，双数年份为省级比赛，通常在九月初举行。参加竞赛的同学主要为大三的学生，参赛前已系统地完成电子线路理论课和实验课的学习，并掌握了一部分单片机和大规模可编程逻辑器件应用的知识，具有一定的理论基础和动手能力。但是，由于所学各门课程比较独立，同学们普遍缺乏解决实际工程问题和设计制作较大规模应用电路的工作经验。因此，在电子设计竞赛前的暑假，需要对参赛队员进行培训。由于学生已经在《单片机应用设计》选修课中得到锻炼，培训可以在此基础上进行。重点提高学生分析和解决问题的能力、设计制作较大规模应用电路的工作经验和多学科知识的综合应用能力。在培训过程中仿照竞赛要求将同学分组，从较简单的应用电路开始，要求每组学生完成数个难度递增的实验电路设计、制作与调试，并写出详细总结报告。在制作每个电路的训练过程中，鼓励学生用不同的方案实现，培养学生的创新能力。
二、师资队伍建设
现行教育体制目前还存在一些问题，重知识传授而轻素质与能力的培养，重理论研究而轻实践环节的训练，重对传统的继承而轻对现状的突破和创新。认为实验课只是一个辅助环节，实验课的老师可以随意配备，任课老师只要会示波器、信号源和稳压电源等简单仪表的使用就可胜任实验课的教学任务，这种观点是片面的。实验课不单纯是让学生学会仪表的使用，学会测量几个实验数据，更重要的是要帮助他们树立一种系统观念、培养他们系统分析问题、解决问题的能力，提高工程实践能力和培养创新精神。这些不仅要求任课老师有深厚的理论基础，而且还要有较高的业务能力。为此，实验课应该配备一支综合素质高、业务能力强的实验教师队伍。我国现行高等院校大部分实验教师是青年教师，他们理论基础较好，但实践经验缺乏。为了提高教学效果，一方面他们可以向有经验的老教师学习；另一方面，可以到电子企业考察学习，从实际的工作中获取实践经验。
三、培养学生创新能力
高等教育应牢牢把握创新的基本原则，把创新贯彻到人才培养方案的全过程，培养学生的创新意识、创新精神与创新能力。这里所说的“创新”是指技术、工艺流程的应用创新和解决现实问题的实用性创新，而非理论创新。
传统的电子技术实验教学一般根据基础理论的进程，分为电工基础实验、电子线路实验与综合系统实验三个层次，这种层次符合人的认知过程。但在每个层次的实验内容及实验方法上存在着内容陈旧、形式呆板和方法单一等问题。如授课模式基本是沿袭老一套的方式：实验目的、实验原理、实验方法与步骤和实验注意事项等等。实验内容过于紧贴理论教材，验证性实验居多。为了培养创新型的人才，适应社会发展的要求，对传统的授课内容和模式做出了调整。实验内容在保持验证性实验的同时增加一定数量的综合性和设计性实验，使实验内容多样化，培养学生的兴趣和激发他们的积极性。实验模式从集中固定的实验课向开放式模式转变。实验室全天向学生开放，实验教师和一部分实践能力强的理论授课教师都参与实验指导。非课余时间学生可提前向实验教师预约实习时间和场所，而课余时间随时可以到实验室做试验。将原来的固定实验时间的方式转变为自行预约实验时间的方式。一方面，可以缓解实验室的压力，使实验设备更加有效利用；另一方面，可以缓解指导教师的工作压力，指导效果更好。这样，学生可以完成基本的实验课程，并且能够进行课外的科技活动，提高了实践经验和创新能力。
论文摘 要：针对目前“数字逻辑”课程教学中存在的问题，在分析“数字逻辑”课程的特点、教学现状和PBL教学模式内涵的基础上，文章提出将PBL教学方法应用于“数字逻辑”教学过程中的观点，并提出“2+2”教学方案。教学实践表明，将PBL教学模式应用于数字逻辑课程中，提高了学生学习的积极性和主动性，使他们进一步加深了对数字逻辑的原理、知识、概念的理解，为后续课程的学习奠定了坚实的基础。
“数字逻辑”课程是理工类专业的技术基础课，从计算机的层次结构上讲，“数字逻辑”是深入了解计算机“内核”的一门最关键的基础课程，同时也是一门实践性很强的课程[1]。其任务是使学生掌握数字逻辑与系统的工作原理和分析方法，能对主要的逻辑部件进行分析和设计，学会使用标准的集成电路和高密度可编程逻辑器件，掌握数字系统的基本设计方法，为进一步学习各种超大规模数字集成电路的系统设计打下基础。
PBL全称为Problem—Based Learning，被翻译成“基于问题学习”或“问题式学习”。其基本思路是以问题为基础来展开学习和教学过程[2]。PBL教学法是以问题为基础，以学生为主体，以小组讨论形式，在老师的参与和指导下，围绕某一具体问题开展研究和学习的过程，培养学生独立思考能力[3]。如今PBL教学已经成为美国教育中最重要和最有影响力的教学方法。
1 研究背景
1.1 数字逻辑课程的内容及其教学中存在的问题
数字逻辑课程的主要内容包括数字逻辑基础和数字电路两个部分，在学习过程中学生应把握好这两条贯穿整个课程的主线。数字逻辑基础是研究数字电
路的数学基础，教师在教学中应使学生明确数字电路中逻辑变量的概念，掌握逻辑代数(布尔代数)的基本运算公式、定理，能够熟练对逻辑函数进行化简。数字电路是解决逻辑问题的硬件电路，包括组合逻辑电路和时序逻辑电路两种基本形式。对于每一种电路形式，教师应指导学生从基本单元电路入手，熟悉其常用中规模集成电路的原理及使用方法，掌握数字电路(组合和时序电路)的分析和设计方法，并了解数字系统的现代设计方法。
我们根据教学内容，总结数字逻辑课程具有以下几个特点：
1) 数字逻辑课程是一门既抽象又具体的课程。在逻辑问题的提取和描述方面是抽象的，而在逻辑问题的实现上是具体的。因此，学习中既要务虚，又要务实。
2) 理论知识与实际应用紧密结合。该课程各部分知识与实际应用直接相关，学习中必须将理论知识与实际问题联系起来，真正培养解决实际问题的能力。
3) 逻辑设计方法灵活。许多问题的处理没有固定的方法和步骤，很大程度上取决于操作者的逻辑思维推理能力、知识广度和深度、以及解决实际问题的能力。换而言之，逻辑电路的分析与设计具有较大的弹性和可塑性。
笔者发现在实际教学过程中存在以下一些问题。
1) 在教学方式上，很多教师仍然在以“满堂灌”的教学方式为主，整堂课以教师为中心，教师将书本上现成的内容、公式、定理、结论讲授给学生，这使学生不能主动地去思考和探索，只能机械地记忆若干公式定理结论，长期下去会使学生失去学习兴趣。
2) 在实验实践环节上，一些教师侧重理论知识的讲授，忽视实验实践环节，致使学生在面对具体应用问题时手忙脚乱，不知道如何运用所学的知识去解决问题。在实验方案的选择上，一些教师以传统实验为主，扩展性不足，使学生无法与实际工程项目接轨，不能很好地解决实际问题。
1.2 PBL教学的内涵
在传统教学中，我们习惯于把知识的获得和应用看成是教学中两个独立的阶段。实际上，知识的应用并不是知识的套用，在应用知识解决有关问题的过程中，学习者常常需要针对当前的具体问题进行具体分析，在原有知识的基础上建构出解决当前问题的方案。因此，应用知识解决问题的过程同样是一个建构过程，在解决问题的过程中，学习者需要对问题背后所隐含的基本关系、基本规律做思考、分析、考察，从而建构起相应的知识。
以问题为导向的教学方法(PBL)是基于现实世界的以学生为中心的教育方式，与传统的以学科为基础的教学法有很大不同，PBL 强调以学生的主动学习为主，而不是传统教学中的以教师讲授为主；PBL 将学习与更大的任务或问题挂钩，使学习者投入于问题中；它设计真实性任务，强调把学习设置到复杂的、有意义的问题情景中，通过学习者的自主探究和合作来解决问题，从而学习隐含在问题背后的科学知识，形成解决问题的技能和自主学习的能力，真正提高学习者分析问题、解决问题的能力。
当今的建构主义者越来越重视问题在学习中的作用，以问题为中心，以问题为基础，让学生通过解决问题来学习，通过高水平的思维来学习，这是当今教学改革的重要思路。
2 PBL教学模式在数字逻辑课程中的应用
2.1 教材选择
针对PBL教学法，根据计算机工程专业的特点，笔者选择由欧阳星明主编、华中科技大学出版社出版的《数字逻辑》(第四版)作为基础教材，由欧阳星明主编、人民邮电出版社出版的《数字电路逻辑设计》作为参考教材。选择教材的目的是理论和实践相结合，每本教材各有其侧重点。
2.2 PBL教学法的教学设计
在“基于问题学习”模式的课堂中，教师是指导者，学生是活动的主体，它要求学生要会主动地去寻找学习中的问题，然后带着问题，在自己能力所及的范围内概括和应用知识，运用各种已有的知识和科学的方法去分析问题和解决问题。其教学目标立足于培养学生灵活的知识基础，发展高层次思维能力、自主学习能力以及合作学习能力。基于问题学习体现在课堂上，最突出的特点就是促使学生积极参与到学习中去，成为积极主动的学习者，从而去努力学习新的知识和技能，并能逐渐把所学知识整合，最终达到用知识来解决问题的目的。 转贴于
作者在多年教学经验基础上，针对PBL教学模式，提出“2+2”教学方案，包括4个教学环节：提出问题解决问题方案讨论总结评价。
在上述4个环节中，教师主要参与提出问题环节和总结评价环节，学生主要参与解决问题环节和方案讨论环节。下面具体说明各个环节的设置。
1) 提出问题。
提出问题环节是教学方案中的第一个环节，也是教师参与的第一个环节。在这个环节中教师应该根据所讲课程内容的不同设计出不同的问题，好的问题是整个学习过程中的关键。一个好的问题能够充分调动学生自主学习能力以及合作学习能力，使学生参与到学习过程中，调动学生学习热情。
笔者讲到组合逻辑电路设计时，提出的问题是设计一个全加器，用硬件描述语言VHDL进行描述并在试验箱上进行实现，同时还给出一个已经设计好的参考例程，共学生参考学习；在讲到时序逻辑电路设计时，提出的问题是设计一个汽车尾灯控制器，并对选用的逻辑门器件进行了要求。
这个环节的实施能够提高学生的学习积极性，使学生产生学习需求，培养了学生的问题意识。
2) 解决问题。
解决问题环节是以学生为主体的环节，是学生对老师提出的问题进行解决。在这个环节中，老师首先对学生进行分组，根据学生学习情况，以5～7个人为一组。学生接受任务后学习兴趣提高，小组成员进行分工，采取各种方法来完成任务。每个小组共同学习，学习好的同学带动大家一起学习，互相帮助，学生变被动为主动，主动地思考和探索老师所提出的问题，在解决问题的过程中进行学习。在实际解决问题过程中，学生将面临一些困难，如逻辑器件的选择上、语言的描述上、具体问题的实现上，等等。
通过这一环节，教师也感受到同学们的想象力、创造力和动手能力等都是非常强的。
3) 方案讨论。
在方案讨论这个环节中，学生根据学习到的知识对自己所设计的方案进行讨论，积极发言，提出自己的见解，说明自己的理由。教师根据学生们的发言，指出其合理的地方，对其不足的地方进行指正，引导学生解决问题。如在全加器的设计问题中，有的小组采用的是多种逻辑门电路进行设计，有的小组基于经济问题考虑，只采用与非门电路来进行设计，每个小组都详细阐明自己的观点，对自己的设计方案进行论证。
在这个环节，老师应强调放开思路，开拓创新，
鼓励学生进行多途径思考，全方位构思。这样既加强了学生们学习自觉性、开创性，又培养学生更多地进行综合思考，得到更多的锻炼，提高分析和解决复杂问题的能力。
4) 总结评价。
小组必须在规定时间内完成设计开发任务。各个小组分别展示各自成果，其他小组学生提出问题进行互动并相互评价，老师给出点评并比较各自设计的优缺点，最后老师进行总结评价。这个环节中，教师作为主要参与者，一方面要对知识进行系统性的总结归纳，使学生对知识的掌握具有条理性，另一方面还要对学生进行启发式扩展，使学生的知识面更广，同时对一些难点重点再次进行强调，增加学生对知识的理解。
3 结语
数字逻辑是一门理论联系实践比较强的课程，在教学中采用PBL教学模式，不仅可以提高学生掌握知识的能力和培养学生的创造性思维能力，还能提高学生的交流和合作能力。PBL教学可以使得数字逻辑课程目标更好的实现，能够引导学生自主学习，在实际的教学中，取得了良好的教学效果。
参考文献：
[1] 季伟东，张军. 数字逻辑课程的探究性教学研究与实践[J]. 计算机教育，2010(10):76-78.
关键词：集成电路版图CAD；实践教学；课程实验；课程设计
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，高速发展的集成电路产业使IC设计人才炙手可热，而集成电路版图CAD技术是IC设计人才必须具备的重要技能之一。集成电路版图CAD课程是我校电子科学与技术专业和集成电路设计与集成系统专业重要的专业主干课，开设在大三第二学期，并列入我校第一批重点课程建设项目。本课程的实践教学是教学活动的重要组成部分，它是对理论教学的验证、补充和拓展，具有较强的直观性和操作性，旨在培养学生的实践动手能力、组织管理能力、创新能力和服务社会能力。结合几年来的教学实践，笔者从本课程实验、课程设计、课外科技竞赛等实践环节的设计工具、教学内容设计、教学方法和教学手段、师资队伍建设以及考核管理等方面进行总结。探讨本课程实践教学模式可加强学生应用理论知识解决实际问题的能力，提升就业竞争力，对他们成为IC设计人才具有十分重要的意义。
1 版图设计工具
集成电路CAD技术贯穿于集成电路整个产业链（设计、制造、封装和测试），集成电路版图设计环节同样离不开CAD工具支持。目前业内主流版图设计工具有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和北京华大九天公司的Aether等。这些版图设计工具的使用流程大同小异，但在自动化程度、验证规模、验证速度等方面有所差异，在售价方面，国外版图设计工具贵得惊人，不过近年来这些公司相继推出大学销售计划，降低了版图设计工具的价格。高校选择哪种版图设计工具进行教学，则视条件而定。我校电子信息学院有2个省级实验教学示范中心和1个省部共建实验室，利用这些经费，我们购买了部分业内一流的EDA工具进行教学和科研。目前，我校版图设计工具有北京华大九天公司的Aether和Springsoft公司的Laker_L3。
2 两种相辅相成的实验教学模式
我校集成电路版图CAD课程共48学时（理论讲授24学时、实验24学时），实验环节是本课程教学的重要部分，在有限的实验教学时间内既要完成教学内容，又要培养学生创新能力，需要对实验教学模式进行改革和创新。本课程实验教学的目的与要求：与理论教学相衔接，熟练使用版图设计工具，学会基本元器件、基本数字门电路、基本模拟单元的版图设计，为本课程后续的课程设计环节做准备。紧紧围绕“一个规则（版图几何设计规则）、两个流程（版图编辑流程和验证流程）、四个问题”这条主线设计实验内容[1，2]。要解决的4个问题分别是：（1）版图设计前需要做哪些准备工作？（2）如何理解一个元器件（晶体管、电阻、电容、电感）的版图含义[3，4]？（3）如何修改版图中的几何设计规则检查错误？（4）如何修改版图和电路图一致性错误？表1为本课程实验内容、对应学时及对应知识点。笔者设计了两种相辅相成的实验教学模式：系统化实验教学模式和实例化实验教学模式。系统化实验教学从有系统的、完整的角度出发设计了实验教学内容，如设计实验3（数字基本门电路版图阅读）时，安排了5学时，采用3种版图阅读方式：读现有版图库中的单元电路版图、显微镜下读版图和读已解剖的芯片版图照片。针对同一内容，采用不同形式，彼此类比，加深印象，既有实物，又有动手操作，增强了直观性和感性认识。又如设计实验5（模拟单元MOS差分对管版图设计）时，安排了5学时，从器件匹配的重要性入手，给出MOS差分对管的电路图，讲解具体器件的形状、方向、连接对匹配的影响，特别是工艺过程引入器件的失配和误差，对MOS差分对管的3种版图分布形式（管子方向不对称形式、垂直对称水平栅极形式、垂直对称垂直栅极形式）进行逐一分析，指出支路电流大小对金属线的宽度要求，对较大尺寸的对管，采用“同心布局”结构。实例化实验教学先提出目标实例，围绕该实例，设计具体步骤，教师先示范，学生再模仿，如设计实验7（集成无源器件版图设计）时，由于集成电阻、电容和电感种类很多，不能面面俱到，要求只对多晶硅电阻、平板多晶硅电容和金属多匝螺旋形电感等常用元件进行版图分析和设计。课堂实验的内容和课时是有限的，为此我们设置了课外实验项目，感兴趣的学生选取一些实验项目自己完成，指导教师定期检查。学院开放了EDA实验中心（2007年该中心被遴选为省级实验教学示范中心建设点，2009年12月通过省级验收），学生对本课程很感兴趣，课外使用EDA实验室进行自主实验相当踊跃。通过上述的实验教学方法，特别是课外实验项目的训练，学生分析问题、解决问题的能力和科研素养得到了提高。
表1 课程实验内容、对应学时及对应知识点
表1（续）
4 基于0.6μmCMOS工艺的数字门电路版图设计 5 理解上华华润0.6 μm硅栅CMOS几何设计规则；学会CMOS反相器、传输门、与非、或非等基本门电路版图设计；DRC检查。
5 基于0.6 μmCMOS工艺的MOS差分对管版图设计 4 MOS差分对管版图设计，包括匹配原则、同心布局等，DRC检查。
6 版图电路图一致性检查 3 掌握LVS流程、LVS错误修改。
7 集成无源器件版图设计 3 多晶硅电阻、平板多晶硅电容和金属多匝螺旋形电感等常用元件版图设计。
3 改革课程设计环节
课程设计是本课程培养学生工程应用能力的综合性实践教学环节，时间2周，集中指导，提前1个月发给学生任务书和指导书，每个班配备2名指导教师，注重过程控制。笔者在教学内容、考核等方面进行了改革和创新：在教学内容设计上，给出了必做题和选做题，在选做题中要求每位学生完成数字电路版图1题和模拟电路版图1题，具体题目由抽签决定，做到1人1题，避免学生抄袭。考核成绩由课程设计成果（占50%）、小论文（占30%）、答辩（占20%）三方面综合给出。以往的课程设计报告改为撰写科技小论文，包括中英文题目、中英文摘要及关键词、引言、电路原理与分析、版图设计过程、分析与讨论、结束语和参考文献，让学生学习如何撰写科技论文。精选优质小论文放在本课程网上学习资料库里，供学生相互传阅和学习。课程设计答辩具体要求参照毕业设计（论文）答辩要求，包括准备PPT讲稿、讲解5分钟、指导教师点评等过程，每位学生至少需要10分钟时间。学生对课程设计答辩反映相当好，锻炼了语言组织和口头表达能力，而且相互间可以直接交流和学习。我们还挑选课程设计成绩优秀的学生参加校内集成电路版图设计大赛。虽然课程设计的改革和实践需要教师付出很多精力和时间，但我们无怨无悔，学生的认可和进步是我们最大的收获。
4 精心指导学生参加课外科技竞赛
目前我校学生参加的集成电路版图设计竞赛有校级版图设计大赛以及行业协会和企业组织的版图设计竞赛等。由校教务处主办，电子信息学院承办的南通大学版图设计大赛是校级三大电子设计竞赛之一，每年8月底举行，邀请集成电路设计公司一线设计人员和半导体协会专业人士担任评委，增加了竞赛的专业性和公正性，目前已经举办了6届，反响不错。从校级版图设计大赛获奖者中挑选一部分学生参加行业协会和企业组织的版图设计竞赛，如苏州半导体协会主办的集成电路版图设计技能竞赛、北京华大九天公司主办的“华大九天杯”集成电路设计大赛，其中“华大九天杯”集成电路设计大赛将挑选优秀获奖学生参加华润上华的免费流片，学生经历从电路设计、版图设计及验证、流片到测试各个环节，提高了综合训练能力。
5 加强师资队伍建设
要提高课程实践环节的教学质量，关键是指导教师要思想素质好，专业理论知识强，科研水平高，因此我们着力建立一支年龄结构、职称合理的实践教学队伍。目前很多年轻教师是从校园走向校园，毕业后直接上岗指导学习实践，缺少工程实践经历和经验。为了提高教师自身的业务水平，加强对年轻教师的培养，近十年来，我院每年暑假举行集成电路CAD技术实践培训班，由经验丰富的教学、科研一线教师主讲；不定期地邀请一流IC设计公司一线设计人员来院开设讲座；同时挑选年轻骨干教师到一流IC设计公司学习和实践，时间至少半年以上；现已聘请IC设计公司一线设计人员6人为兼职教师，指导课程设计和毕业设计。集成电路CAD技术日新月异，课程实践环节师资队伍建设必须与时俱进。
6 结束语
我校电子科学与技术专业、集成电路设计与集成系统专业2012年被评为省重点建设专业，也是江苏省首批培养卓越工程师的专业。集成电路版图设计是这两个专业卓越工程师培养计划的重要内容之一，总结和探讨集成电路版图CAD课程实践教学意义重大，今后我们要继续推进该课程实践环节的建设与改革，不断探索，为我国集成电路设计人才的培养而努力奋斗。
参考文献
[1] 施敏，孙玲，景为平.浅谈“集成电路版图CAD”课程建设[J].中国集成电路，2007（12）：59-62.
[2] 施敏，徐晨.基于九天EDA系统的集成电路版图设计[J].南通工学院学报：自然科学版，2004，3（4）：101-103.
关键词：数字电子技术，EDA技术
1.引言
在信息社会中，数字化是电子产业发展的必然趋势，因此在电子信息及相关专业的教学中也越来越看重数字技术，《数字电子技术》是电子信息及相关信息类专业的一门重要基础课程，其基本理论及实践技能也是许多后续课程的基础。EDA(Electronic DesignAutomation)技术作为数字电子技术的延伸，已经引入到电子信息类教学中，不仅可以丰富教学摘要的意义。
2.《数字电子技术》课程教学的主要问题
教学手段单一，实验内容枯燥，学生缺乏学习兴趣。，EDA技术。在教学中仍采用理论教学与实验课分离的教学模式，在理论教学中，《数字电子技术》内容大多抽象难懂，教师采用“黑板+粉笔”的传统模式授课，不仅学生觉得枯燥乏味，而且教学效果不理想。而实验课的实验内容多为验证性实验，学生仅仅只需按照实验步骤连接电路甚至不需要了解原理也可以完成实验，设计性、综合性实验较少。数字电路的设计仅是“纸上谈兵”的设计，学生自然对这门课的实验毫无兴趣。
3. EDA技术及其功能
3.1 EDA技术的含义
EDA即电子系统设计自动化技术是由计算机辅助设计和计算机辅助工程发展而来的，它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设计的主要表达方式，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，自动完成用软件的方式设计电子系统的一门新技术。它可以实现逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合与优化以及逻辑布局布线、逻辑仿真，完成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．它不仅为电子技术设计人员提供了新的设计理念，同时也为教学提供了科学而便捷的平台。
3.2 EDA技术的功能
EDA技术的开发平台QUARTUS Ⅱ是Altera公司推出的新一代FPGA／CPLD开发软件，适合于大规模复杂的逻辑电路设计。它是Altera公司的第4代可编程逻辑器件的集成开发环境，提供了从输入设计到器件编程的全部功能。“自顶向下”设计方法从系统设计人手，在顶层进行功能方框图的划分和结构设计。在方框图一级进行仿真、纠错，并用硬件描述语言对高层次的系统行为进行描述。在功能一级进行验证，然后用逻辑综合优化工具生成具体的门级逻辑电路的，其对应的物理实验级可以是印刷电路板或专用集成电路。
1)EDA软件平台中具有各类元件设计数据库，同时EDA能够进行元器件的创建和编辑。为学生掌握各类电子元器件提供了坚实的基础。
2)EDA软件平台中可以完成电路原理图的设计，通过这一功能可以完成各类元器件构成的电路原理图。
3)EDA软件平台中具有综合仿真模块，可以进行多种类型的仿真分析。分析结果波形图显示出来，直观、清晰。
4 应用EDA技术授课的好处
4.1 提高授课质量
有些内容选用EDA技术授课，传授方式更直观，教师感到得心应手，学生也容易接受。例如，组合逻辑电路中的竞争与冒险这部分内容一直是学生学习的一个难点。，EDA技术。，EDA技术。在组合电路中，当输入信号改变状态时，输出端可能出现虚假信号---过渡脉冲的现象称为竞争冒险。在传统的教学中，对信号的延时只能采用一些形象的比喻，但初学者对这一概念比较模糊。现在，我们只需用QUARTUS Ⅱ模拟功能进行仿真，就可以很轻松地让学生理解这一知识点，分析结果以波形图显示出来，丰富直观的数据不但为学生提供方便，而且其得出的结论接近实践性，同时节约了时间。，EDA技术。显然，对某些章节中存在的教师难讲、学生难懂的内容，这种授课方式可以起到事半功倍的作用。由于教授方式符合客观认知规律，教学质量得以提高。
4.2 激发学生学习热情，增强学习动力
EDA软件的实验环境是一个虚拟环境，可以避免使用种类繁多的专用集成芯片，简化实验电路。学生用硬件描述语言编写程序，可以在同一可编程逻辑器件上完成各种不同的数字电路实验，避免了连线的繁琐，丰富实验内容。同时，可在实验设计构想的指导下开发一个通用的基于EDA的硬件平台，来实现所有的实验内容，缩短实验时间，提高实验效率。符合学生接受知识的客观规律，有助于调动学习的积极性，提高他们掌握所学知识的能力。课堂上师生互动、生动活泼，气氛非常活跃。学生的学习兴趣及学习动力大为增加。
4.3 以实验教学为载体。构造创新人才培养平台
采用EDA技术，那么学生必须自己在充分掌握实验理论的基础上自己编写程序，这有别于传统实验，学生仅仅只需按照实验步骤连接电路甚至不需要了解原理也可以完成实验。这将大大调动学生的主观能动性，提高知识应用能力。同时EDA工具能给学生创造优良的环境，强化了学生在教学活动中的主体地位，学生做实验时可以有针对性的选做，使学生具有更大的自由度。也可以在计算机上主动、反复设疑和实验，由不同实验结果，选择最佳设计或实验方案。通过验证、测试、设计、纠错和创新等方面进行不同形式的训练，使学生的动手实践能力得到较好的锻炼，逐步培养学生的综合设计能力、创新能力，有利于学生个性和才能的全面发展。，EDA技术。在此基础上还可以开设设计性实验，进行电子实习、电子竞赛、职业技能取证培训等。
5 结论
在《数字电子技术》的教学过程引入EDA技术，不仅可以使学生形象、直观地理解电路的相关原理和工作过程，还可以通过修改电路的形式或参数，与学生一起讨论电路中出现的各种现象，找出解决问题的方法，这样不仅可以活跃课堂气氛，提高学生的学习兴趣，学生反应易学、新颖、有趣。，EDA技术。同时理论和实验结合紧密，充分发挥了学生的积极性和创造性，达到了较好的教学效果。
参考文献
[1]阎石．数字电子技术基础[M]．北京：高等教育出版社，1998．
[2]赵刚，张志亮，张菁等．EDA技术简明教程[M]．成都：四川I大学出版社，2004．
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[4]贾海瀛.《数字电子技术》课应用EDA技术的研究与实践[J],高等职业教育一天津职业大学学报,第14卷第3期.
测控技术作为新兴产业，是电子技术中的重要内容。测控技术无论是在科学研究领域，还是在工业领域，都起到了技术支撑作用。测控电路在实际的应用领域中，可以保证多种电子设备和产品正常运行。为了保证电子设备和产品能够安全稳定地运行，本论文针对电子技术中测控技术的应用展开研究。
关键词：
测控电路；电子技术；应用
科学技术的进步让人们感受到时展越来越快。特别是电子技术已经深深地渗入到人们的生活中，是人们赖以生存的专业技术。随着工业自动化方向发展，电子技术中的测控技术在工业领域中得以广泛应用。但是电子设备实际运行中会出现各种干扰源而导致测控系统的运行难以满足技术要求。为了确保测控系统能够处于运行可靠，就要采用相关的抗干扰技术将抗干扰措施制定出来。
一、测控系统干扰源的分析
（一）电磁干扰
当电子设备处于运行状态的时候，就必然会在电子设备的周围产生电磁场。其中的主要原因就在于，电子设备运行中必然会使得电压和电流产生变化。但是，这种变化或者是连续发生的，或者是间歇性的，如果电压和电流的变化速度过快，就会有电磁场产生[1]。电磁场中的电磁能量并不仅仅在有限的磁场范围内，而是会以电路为主体，不断地扩展活动范围，由此而影响了测控电路的正常运行。
（二）地线干扰
地线具有一定的抗阻性。当电流沿着接地线流动的时候，就会使地线上有电压产生。电流受到阻抗的影响而不断增大，电压也会随之增大而导致地线的负载增加。当测控系统对电子设备进行测试的时候，如果电子设备为大功率设备，在地线中就会有强电流通过，随之，连接电子设备的电缆上也会有电流通过，而且电缆中所流通的电流缺乏稳定性，导致每一根电缆中所流经的电流都会有所不同，这些电缆中的电压也会各有不同。缺乏稳定性的电流和电压的大量存在，就会产生差模电压而影响电路的正常运行。因此，应在测控电路中增加相应的过压保护电路，以保证整个测控电路以及测控系统的正常运行。（图1：过压保护电路）
（三）湿度干扰
电路处于运行中如果环境湿度过低，就会在电路周围产生静电效应从而对电子设备造成干扰，特别是在静电干扰下使得测控电路中的检测信号受到干扰而导致元器件失效，最终造成整个测控系统无法正常运行；如果环境湿度过高，就会引起元器件间的短路和PCB的焊点锈蚀，在高湿度环境的影响下则这些焊点的接触电阻就会有所提升，而影响了使用性能的发挥。如果这些焊点处已经被锈蚀，就会导致电子元器件功能减退而引发电路短路。
二、电子测控技术的应用
（一）合理的电路设计
所有的元器件在使用之前都要做好测试，并根据实际应用需要而经过技术处理，调试合格之后方可使用。如果是逻辑元器件，要采用接地技术，以提高电路的抗干扰能力，确保电路处于正常的运行状态。在电路的设计上，注意逻辑电路与数字电路要分别单独使用，且要对电源线进行加粗处理。接地线要尽量选择网状的接地线或者环形的接地线，并在连接接地线之前，要做好加粗处理工作，以确保逻辑电路和数字电路在数据的传输和走向能的传递上保持方向上的一致[2]。在进行布线的时候，折线的角度不可以超过90度，以在电路运行中能够对频率很高的噪音产生抑制作用。为了避免来自噪声的干扰，还要采用接入旁路电容的方法，即将旁路电容接入到PCB板上面的IC点。所有接入的引线都要与接受旁路处理的端口相靠近，注意接入的引线长度要合适，避免由于过长而影响技术处理效果。
（二）屏蔽技术的应用
如果是对电磁场屏蔽，就要对噪声骚扰源使用接地导体将其包围起来，可以对电路以有效保护。屏蔽体所使用的导线要以铜或者铝等具有良好的导电性能的材料为主，控制好中心导线的长度，以避免其从屏蔽体中伸出过长。如果屏蔽体是网状的，网孔要尽量小，且要采用单端接地的方式，以保证屏蔽体有效地发挥屏蔽作用。如果既具有干扰能力的电磁场具有很高的干扰强度，在设计屏蔽电路的时候，就需要采用双层屏蔽技术。但是，这种双层屏蔽技术在使用中需要注意要加装滤波电路，且内屏蔽盒与外屏蔽盒之间不能够多处连接，一点连接即可。双层屏蔽的两个屏蔽体之间所间隔的距离不可以太大，以确保获得最好的屏蔽效果，而且屏蔽层之间不可以有间隙，间隙的厚度与单层屏蔽材料的厚度等同[3]。如果干扰电磁波为空间电磁波，很容易对具有较高灵敏度的信号接受设备造成干扰。对这种空间电磁波可以采用金属网屏蔽室进行屏蔽，屏蔽效能可以达到45dB至50dB。如果金属网屏蔽室为双层的，且有绝缘衬垫安装在其中，所能够获得的屏蔽效能就可以达到75dB至95dB。屏蔽室的连接要正确，以在发挥屏蔽作用的同时，还确保屏蔽体本身能够安全运行。此外，可同时根据电子产品的不同特性在测控电路中增加不同类型的滤波电路，可以将骚扰电磁过滤掉。（图2：滤波电路）
（三）接地技术的应用
测控系统的接地多会采用三条地线，其一为信号地线，用于低电平电路接地；其二为噪声地线，包括电动机的地线、继电保护装置的地线等等；其三为外接地线，连接在交流电源的接地线上，用于外壳、机架等接地使用。虽然接地技术可以单独使用，但是要获得良好的抗干扰效果，则需要与屏蔽体结合使用。如果电路处于运行状态时，工作频率没有超过1兆赫，就可以将屏蔽体的接线用于一点接地设计，地线的长度要局限于信号波长的1/20[4]。如果工作频率超过10兆赫，就可以将屏蔽体的接线用于多点接地设计。所选用的接地线要加粗，特别是连接印刷板上的接地线，要确保接电线所流过的电流要达到印刷板上所流过的电流的3倍之多。如果印刷板上为数字电路，就需要接地线的线路为闭环线路。
三、总结
综上所述，电子技术中，测控技术属于是新型的技术，而且随着电子技术的发展，测控技术也在不断地更新。各种电子设备中的测控系统往往会受到各种因素的干扰而导致系统无法可靠运行。特别是电子设备的使用功能不同，对使用环境也具有不同的要求，当然，其中的测控电路受到干扰的原因也会有所不同。这就需要提高测控电路的抗干扰能力，在测控电路的设计中加入相应的抗干扰电路，以确保测控系统处于良性运行状态。
参考文献：
[1]彭捷.电子技术中测控技术的应用[J].应用技术，2014(08):235-236.
[2]刘志刚.现代测控技术的发展及其应用探析[J].机电信息,2012(12):114-115.
[3]冯嘉鑫.电子技术中测控技术的应用[J].基本建设经济,2014(03):197-198.
2011全国大学生电子设计竞赛（瑞萨杯）于2011年8月31日早8:00开始，2011年9月3日20:00结束。笔者作为指导教师参加了此次竞赛，并指导学生获得了河南赛区一等奖，下面就竞赛中的思路和经验和大家做一交流。我们选择的是高职高专组G题。本次竞赛G题要求设计并制作一台简易自动电阻测试仪。能够对100Ω、1kΩ、10kΩ、10MΩ四个量程档进行测量，测量准确度为±（1%读数＋2字）；3位数字显示（最大显示数必须为999），能自动显示小数点和单位，测量速率大于5次/秒；100Ω、1kΩ、10kΩ三档量程具有自动量程转换功能；具有自动电阻筛选功能等任务。
一、系统方案
电阻测量的方法常用的有直流恒流源测量法、直流恒压源测量法、分压法等。多个方案比较后，学生最终选择分压法测量作为最终的方案，测量原理就是通过串联已知电阻，分压后，检测待测电阻电压来计算其阻值。基本原理如图1所示：本测量方法的优点是测量电路简单，抗干扰能力强，可靠性高，短时间内容易搭建，另一方面可以简化程序中的算法。本次设计要求测量量程为100Ω，1kΩ，10kΩ，10MΩ四档。即要求测量范围为：1～10MΩ，在全量程范围内测量准确度为±（1%读数+2字）。在A/D转换部分的设计中，采用PIC16F877单片机，该单片机内有10位A/D，A/D输入信号为0～5V时，转换字为D=0～1024，则分辨率为4.8mV/字。设计的量程分配和测量精度的详细情况如下表：本设计自动量程转换功能主要由单片机控制继电器的通断来调节，原理为单片机根据采样来的电压数据来判断是否要切换到更大或更小的量程，因为本次设计共四个档位，前三个档位为自动切换。采用继电器可以减小回路中的不必要电阻，这样在分析电路和程序中算法的设置可以减少很多麻烦。电位器阻值变化曲线的实现主要由单片机在显示装置如12864等液晶装置中不断的写入数据和液晶屏的移屏操作来实现。因为不同的电阻反映在电路中是不同的电压，将采集到的电压信号转为数字信号，反馈到液晶屏即可，这就要求AD有更高的处理速度。
二、硬件与程序设计
本系统包括硬件设计和软件设计两部分内容：
（一）硬件设计
根据上述思路，我们以PIC16F877单片机为核心，配以量程切换电路，测量电路，显示电路等构成简易的电阻测试仪。PIC16F877是由Microchip公司所生产开发的新产品，属于PICmicro系列单片微机，具有Flashprogram程序内存功能，可以重复烧录程序；而其内建ICD（InCircuitDebug）功能，可以让使用者直接在单片机电路或产品上进行如暂停微处理器执行、观看缓存器内容等，快速地进行程序除错与开发。量程切换电路主要使用了ULN2003八路NPN达林顿连接晶体管，ULN2003特别适用于低逻辑电平数字电路（诸如TTL，CMOS或PMOS/NMOS）和较高的电流/电压要求之间的接口。液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用，因此显示电路采用的是1602液晶显示屏而没有用数码管显示。报警电路采用一个普通三极极管加一个蜂鸣器实现，当出现故障时的报警提示功能。
（二）软件设计
程序流程图如下：
三、测试结果
经多组电阻检测，都能符合题目要求的精度，误差小于1%。在常温下，应用电阻测试仪对高精度电阻进行测试，结果见表2。随机抽取若干电阻，应用电阻测试仪对电阻进行筛选。在测试中我们筛选两组，用小键盘对测试仪进行调节，两组分别为100Ω～500Ω和2KΩ～5KΩ。测试结束后，和标准结果予以对比。测试结果见表3。本系统采用PIC单片机实现了一个简易电阻测试仪，达到了系统基本要求，而且系统稳定，测量精度较高，相对误差小于1%，操作简单，具有较强的实用性。当然本系统还存在着许多需要改进的地方，比如还可以继续提高测量精度，加大测量范围。因为是采用单片机实现的，利用其可以编程的特性，使测量的值结合一些数据处理方法使测量更加接近真实值。在后续完善过程中还有许多工作要做。由于竞赛要求参赛学生在四天三晚的时间内完成题目要求的系统方案设计、硬件制作、软件调试及论文撰写工作，时间还是比较紧迫，全面检验了参赛学生的理论素养、实践动手能力和工作能力。按照这次竞赛的经验来看，三名学生最好来自不同专业，有各自擅长的领域，在分工协作上比较有优势。这次获得一等奖的这组学生就分别来自应用电子、电气自动化和机电一体化专业，分别负责电路设计、软件设计和硬件设计。近几届竞赛的每道试题基本上都直接或间接地利用了单片机、可编程逻辑器件、EDA技术、嵌入式技术等，而且特别注重动手能力和创新能力，这对我们的课程设置、教学改革都有很好地促进，在培训中除了基础知识外也要加强这方面的内容。最后的答辩环节也要引起足够的重视，在答辩问题和演示器材上提前多做准备对最终的名次很有帮助。
论文关键词：《数字电路EDA设计》,任务驱动式教学法
掌握现代EDA设计技术是高等学校电子类专业学生的一项基本要求和必备技能。目前， 《数字电路EDA设计》是我院通信技术、电子信息工程技术专业核心主干课程之一，对学生职业岗位能力培养和社会能力养成起主要支撑作用。课程基于生产实际和岗位能力需求，重构传统知识体系，融入最新EDA技术发展，按照完整性、适应性和扩展性的原则，根据职业成长规律和学习认知规律组织教学内容，构建学习情境。
本课程当前教学情况
根据传统教学法设计本课程，以理论学习为基础，分为大规模逻辑器件、VHDL语法学习、Quartus Ⅱ软件学习等几部分。 在教学内容上，强调对VHDL语法的学习。这样不可避免地造成学生学习上的乏味和枯燥，导致学生理论学习和实际脱节，对所学知识不知所云，对所做项目无从下手，引起学生烦躁、厌学情绪的产生。
针对上述情况，并结合高职教育中以“培养具备足够的基础知识、较强的技术应用能力的实用型人才”的培养目标，我们将目前较为主流的任务驱动式教学法引入本门课程的教学设计中，强调以能力为本，注重学生综合素质的提高和可持续发展。
为此，我们制定一系列由简到难的任务，由此展开各知识点的讲解，并把课堂直接搬移到机房和EDA实验室，充分利用机房上课的优势，让学生边学边练，学了就用，理论教学与实验教学融为一体，学生独立完成一系列的子任务，讨论完成几个任务，使得学生的学习目的更强，学习兴趣更高。
任务驱动式教学法
任务驱动式教学法是一种主动探究型教学模式，其特点是以学生为中心，以任务为驱动，比较适合于计算机等信息类课程的教学。所谓任务驱动，是指通过完成一项或多项与学科相关的任务来学习知识和获得技能。教师将教学内容设计成一个或多个具体的任务，由任务驱动教学以引导学生思考，提高能力。学生完成任务的过程，既是学习理论知识的过程，也综合应用知识的过程。【1】
任务的设计是有层次的，可以体现在课程教学总目标、单元教学目标、课时教学目标几个层面上。为了有效地完成“任务”，需要精心设计出一个个环环相扣的子任务，用子任务将课程所要达到的能力、知识、情感目标等渗透进去。通过任务的最终完成，培养学生发现问题、解决问题的能力。
3．任务驱动式教学法在《数字电路EDA设计》课程中的应用
3.1提出任务是按成任务驱动式教学法的前提
结合实际情况将所学知识融入到实践中，选择与当前教学内容密切相关的任务作为教学的中心内容，以任务的形式指出当前要完成的工作，让学生以解决实际任务的方式完成知识的学习。
在《数字电路EDA设计》课程的教学设计中，可将本课程看成是一个综合性的设计任务——四位抢答器/交通灯的设计（该任务为本课程实训任务），使学生在学习前就对所学知识的应用有大体上的认识，提高学生学习兴趣。在具体教学过程设计中，将这个综合性的设计任务分为若干单元型任务和开放型任务。单元型任务是学生能在课堂上自主完成部分，主要针对基本理论知识的学习；开放型任务则是综合性、设计性较强的设计，需要学生独自或组成小组查阅参考资料、相互讨论完成的课外任务，主要针对学生自学能力和协作能力。
针对本门课程，笔者设计了五个单元型任务。每个单元型任务包括1~2章内容，每个单元型任务又分为若干子任务，分别针对不同的知识点。而在单元型任务的基础上，又设计了相应的开放型任务，对体现不同知识点的综合运用。
以“VHDL顺序语句”教学为例，我们将该内容设计为“基本逻辑电路设计”的单元型任务和“正弦波信号发生器”的开放型任务。
在单元型任务中针对不同知识点又分为若干子任务：任务一“两种加法器的设计”，完成信号和变量的学习；任务二“8-3优先编码器的设计”，完成IF语句的学习，并设计一个开放型任务“数据分配器的设计”与之对应；任务三“3-8译码器的设计”，完成CASE语句的学习，并设计一个开放式任务“四选一数据选择器”与之对应；任务四“奇偶校验器的设计” ，完成LOOP语句的学习，并时设计一个开放式任务“移位寄存器”与之对应；任务五“比较器的设计”，完成NEXT、EXIT等语句学习。
3.2任务分析是完成任务驱动式教学法的关键
任务提出后，学生对该任务进行分析讨论，教师对学生的讨论结果进行点评，补充、修正，并引导出为实现该任务所需要的相关理论知识和相关资历。学生通过自主学习或教师指导、讲解的方式为完成该任务做出计划和决策，并总结出相关步骤或解决方案。教师在此过程中起到引导、指导、讲解和点评的作用。可采用以下几种教学方式：
1、 课堂引导学生多方位思考，发散其思维；
2、 课堂讨论，加强学生相互协作学习的能力；
3、 动画显示，增强学生的直观认识；
我们以上述任务二“8-3优先编码器的设计”为例：为完成该任务，先通过动画课件显示的方式使学生对8-3优先编码器进行回顾，让学生讨论并分析该设计的思路，画出相应流程图，教师有针对性地对不同设计方法进行点评并引出相应语法部分的学习。
3.3、为实现任务而进行的自主学习和协作学习是任务驱动式教学法的重点
在设计好执行过程后，学生需要通过各种手段和途径来完成该任务。在这个过程中，应强调学生的自主学习和协作学习的能力。教师在其过程中起到修正或引导学生的作用。对较为简单的单元型任务，可采取学生自主完成的方式；而对于难度较大的开放型任务，可根据实际情况进行分组课外完成。
我们以上述任务一“两种加法器的设计”为例：在该任务中，通过教师讲解和演示信号和变量，让学生自行总结信号和变量的不同，提高学生的自主学习能力。并充分利用机房上课的优势，让学生自主练习，以加深理解。
3.4、效果评价是任务驱动式教学法取得良好效果的必要环节
效果评价学生在任务完成后反思其实现过程，相互评价或自我评价，教师适当做出点评，并帮助学生归纳与总结。效果评价既是总结与提高的重要阶段，又是培养学生良好的自信心与成就感的绝好时机。教师在效果评价过程中，应引导学生不能只根据任务完成的最终效果横向进行，而应针对各自的不同情况进行横向纵向的全面评价。一是针对相同任务中不同学生的完成情况进行评价，即同一任务下的横向评价；二是针对每个学生的在完成不同任务时所表现出来的自主学习能力和与他人的协助能力的评价，即同一学生的纵向评价。通过评价让学生在一种良好的心理状态下不断学习、进步。
4、结语
采用任务驱动式教学法，是对《数字电路EDA设计》课程教学改革的一个探讨。该教学法符合本课程教学的层次性和实用性的要求，学生在任务驱动下不断地获得成就感，进而激发求知欲，培养出独立探索、勇于实践的创新精神。其方法更好地体现了高职高专对“工学结合”的要求。笔者相信随着教学改革的不断深入，任务驱动式教学法将会得到更广泛的应用。
参考文献：
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【2] 孙德四，陈 浩，大学普通化学双语教学教材建设[J]．安徽工业大学学报(社会科学版)，2007，24(4)：90-9l
【关键词】C8051F410 传感器 控制
智能家居（smart home，home automation）是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。针对实际要求，本设计以C8051F410单片机作为控制核心，并设计了相关的采集电路，主要由以下几个子系统组成：温湿度采集及控制电路；光照强度检测电路；甲烷气体检测电路；报警电路；视频采集电路等。
1 系统总体设计
本设计的思路是根据单片机的工作原理，利用各个传感器的特性，设计相关的电路，用单片机来采集相关的参数，并在液晶屏上实时的显示各种状态，并且通过按键进行相关的设置，超过设置界限时，进行蜂鸣器报警。具体模块框图如图1所示。
系统工作原理：本设计采用C8051F410单片机作为控制核心，通过传感器检测将所测温湿度、光照强度、甲烷浓度输入到单片机，再由单片机输出到LCD上显示，同时通过按键设置界限，当测量值超过设置界限时进行声音报警；并将摄像头OV7670采集的图像输入到单片机里。
2 电路设计
2.1 数字温湿度传感器
DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，它包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，使其成为该类应用中，在苛刻应用场合的最佳选择。产品为4针单排引脚封装，连接方便。一般DHT11的I/O口线要接5 左右的上拉电阻，这样当单片机引脚输出低电平的时候，外部电路提供电流给引脚。电路如图2所示。
2.2 甲烷气体检测电路
MQ-5气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡（SnO2）。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。将MQ-5输出的模拟信号送人C8051F410单片机的AD端即可实现将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。
2.3 光照强度检测电路
光敏电阻器是利用半导体的光电导效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器，又称为光电导探测器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。还有另一种入射光弱，电阻减小，入射光强，电阻增大。C8051F410单片机上面自带A/D转换，将光敏电阻AO输出直接连到单片机的A/D口上即可。
3 系统过程控制
单片机上电以后，系统开始初始化，完毕后，开始进入主循环，等待中断，进入中断后，采集并转换A/D值，再进行键盘检测，是否有键按下，若有按键按下，判断按键状态是否设置那一部分，若是设置温度，则调用设置温度子函数，若是设置光照强度，则调用设置光照强度子函数，若是设置甲烷气体浓度，则调用设置甲烷气体浓度子函数，若是湿度上下限，则调用设置湿度上下限函数。若按键状态是状态切换那一部分，则读取相关传感器的数据，进行相关处理，转化为具体数值，存储在缓冲区中并在LCD上显示。同时判断是否超过设置的上下限，若是超过上下限，蜂鸣器开始报警。若是在正常工作范围内，蜂鸣器不报警。最后出中断，中断结束。并利用摄像头OV7670对室内的环境进行视频监控，完成视频图像采集。完毕以后，返回主循环。
软件要实现的主要功能是实现对传感器信号的数据采集，然后对数据进行计算、分析并送入液晶中显示。程序开始时，对系统进行初始化，包括单片机的寄存器、定时器、中断设置及各模块初始化等。CPU等待传感器传入信号及A/D转换结束，通过LCD完成当前监测参数的正确显示。
4 系统性能测试
在进行调试时，受环境和条件的限制，整个系统只进行了部分测量值比较实验：温度监测模块的测试。测试结果与数字温度计测量值相比较，温度计采用型号为TP3001笔型温度计，测量温度范围是-50～+300℃（-58～+572H），测量误差 1℃。测试结果表1所示，二者偏差在0.2℃左右。
系统测试结果如下：当室内温度超过设定阀值（25℃）时，蜂鸣器报警提示；当室内湿度高于或低于人体健康范围内40%～60%时，则蜂鸣器提示报警；当居室内光照强度过高时200LX时，提示报警信息；通过按键设置甲烷气体浓度的阀值，当居室内甲烷气体超标时，提示报警信息；通过OV7670对室内的环境进行视频监控，完成视频图像采集；通过实验数据对比了设计的室内环境测量仪的工作性能，测量结果表明，该仪器测量结果较精确，能基本满足对室内环境监测的要求。
5 结论
本文介绍了一种基于单片机的室内环境监测及控制系统的设计。该系统选用DHT11数字温度传感器、MQ-5型半导体电阻式气体传感器、DHT11数字湿度传感器、OV7670图像传感器和C8051F410单片机，实现了温湿度、光照强度及甲烷浓度的监测，并通过LCD进行显示并且实现了居室内图像信息的采集，当测量值超过设定阀值时蜂鸣器开始报警。
参考文献
[1]刘志强，罗庆生.一种智能化温度检测系统的设计[J].中国测试技术，2003，29（3）：95-98.
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[3]潘小飞.基于8051F单片机的智能车辆管理系统研制[D].硕士学位论文.西安：西安科技大学，2011.16-18.
[4]刘志强，罗庆生.一种智能化温度检测系统的设计[J].中国测试技术，2003，29（3）：95-98.
作者简介
孙冰（1985-），男，吉林省人。现为吉林化工学院助教，主要从事数字电路、模拟电路、单片机等方面的研究。
论文摘要:介绍了一种具有重组功能的机电系统综合实验环境的建设方案，学生在该环境下可根据自己的需要，灵活地完成多种控制器的机电控制系统方面的综合实验。
1 实验环境建设的指导思想
“机电系统综合实验”是我校近几年开设的集中综合性实验课程。它是集机械设计、数控技术、模拟与数字电路、控制工程、检测技术、计算机控制、机械制造等多门课程知识综合应用的、实践性很强的一门课程。我们现在开设这门课程中所使用的设备包括计算机、计算机接口板和数控X-Y工作台，其控制系统的架构单一、被控对象较少，学生只能被动的使用指定的控制器、功能模块，针对单一的对被控对象构建机电控制系统，这使得学生不能自行选择被控对象和自主设计控制系统，束缚了学生创造性思维的发挥，同时也限制了实验内容的展开。
为了改变上述状况，结合学校近期开展的三期本科评建的机会，对该课程的实验环境进行改造，其主要工作是建设一个具有重组功能的机电系统综合设计平台[3]，该平台可提供多种控制器和检测元件，可支持尽可能多的被控对象[2]。为此，在建设过程中采用模块化设计[7]，使得基于该平台的综合实验便于功能模块的组合、扩展，也便于检查、维护及调试。学生在这个平台可针对不同被控对象，灵活地搭建各种控制系统。利用该环境既可开设机电控制系统的一般原理性、验证性实验，又可完成较大型的综合及设计性的实验。由于该环境被设计成开放性的平台，学生还可根据自己的兴趣爱好，自行设计并完成各种机电控制系统的实验。
2 实验环境的设计与结构
要达到上述目标，在建设时就要考虑到实验环境要具有可重组性和开放性。因此，在设计时按功能模块将环境分为六大部份，即电源模块、控制器模块、基本功能模块、传感器模块、驱动模块、被控对象模块，每个模块采用组件式结构，如图1所示。
2. 1 电源模块
安装各种实验所需的电源:交流220 V、直流24V /5V，为了学生的人身安全，本模块应设置电源总开关并进行可靠的接地处理，同时各电源的要有指示灯，以方便学生接线用。
2. 2 控制器模块
主要用于安装各种实验用控制设备，学生可根据不同的实验内容、要求、兴趣，选择不同的控制设备。如计算机、单片机、工控机、PLC可编程控制器，在这个区域还应设计相应的接口电路，为各个控制设备提供相匹配的各种控制信号。
2. 3 基本功能模块
该模块的主要作用是能提供诸如I/O接口、中断信号、定时/计数器、A/D、D/A转换等功能，同时还能提供显示器、纽子开关、按键，并预留电阻、电容、二极管、三极管、晶振插孔以及各种高性能双列直插式圆脚集成电路插座[6]，并能提供8路数字信号、2路模拟信号(电压从0~5 V)、两路正负脉冲信号，其频率从1Hz~20 kHz连续可调，用于模拟数控机床及各种外部设备和各种传感器输入信号。
2. 4 传感器模块
该模块的主要作用是提供尽可能多的传感器及其接口，如:提供光电编码器、接近开关传感器、光敏二极管、光敏三极管、压电陶瓷传感器、热敏电阻、热电偶、直线位移传感器、霍尔传感器等。同时，该模块还配有相应的各类传感器的信号处理电路。
2. 5 驱动模块
该模块的主要作用是能提供:
(1)隔离电路。在工业控制中，为了去除干扰，同时为了系统的安全，输入、输出信号的隔离是非常必要的，本模块可设置多路光电藕合器隔离电路。
(2)驱动电路。包括直流电机的驱动电路、步进电机的驱动电路等。
2. 6 被控对象模块
该模块的主要作用是提供被控对象。在该模块中可提供齿轮减速器、滚珠丝杠螺母副、连轴器以及其它机械构件，同时也可提供诸如灯、发光二极管、继电器等电器设备。电机在机电控制实验中是必不可少的。本系统设置了一个步进电机以及一个直流伺服电机。
3 特 点
由于本实验平台采用模块化设计理念和组件式的架构原则，虽然结构简单，然而在进行功能组合时十分方便，最突出的特点是改变了原有实验控制设备单一、控制手段缺乏、被控对象不足等状况，也改变了原有实验单一死板的实验内容，对实验方案可进行灵活多样的变化组合。具体特点如下:
(1)操作简单、灵活、方便。 学生做实验时可根据实验所需灵活地选择各个模块中的不同组件[1]，不必过多的考虑与实验关系不大的其他技术环节。这样，既调动了学生的学习积极性和创造性，又提高了实验效率。
(2)学生可根据不同的课程来选择不同的实验内容。 由于在各模块上可以任意选择、安装实验所需的组件，因此使得学生可以直观地了解控制系统构成的各个组成部分的细小环节，掌握各种元器件在使用时的接线和控制方法，解决了已往实验设备整体封闭、学生只能通过外部来了解系统，而对系统中各环节动作的工作原理不能直观了解的缺点。
(3)满足多层次的需求。 由于该环境是开放的，它既可搭配简单的控制电路，又可构成较复杂的控制系统，因此该环境具有随机实验环境的特点。学生可就同一实验内容，设计多种不同起点、不同路径的实验方案[4]。让学生自主选择实验模式，设计实验方案，并为他们提供多次实验机会，可以使学生通过不同途径、不同方式进入同样内容学习的环境，从而获得对同一事物或同一问题的多方面的认识与理解，同时也满足不同层次学生学习的需要[5]。
(4)满足学生个性化的要求。 自拟实验方案，自主确定实验仪器和设备。
(5)留有拓展空间。 该实验环境预留了各种高性能双列直插式圆脚集成电路插座，可组成各种控制电路，给学生留有广阔的设计空间，为学生设计并实现完成不同功能的各种控制系统创造了条件。
(6)一台多用。 通过对这些不同设备的使用，提高了本实验环境的综合实验性能，实现了设备一台多用的目的。
(7)可以灵活组合。实验功能板具有固定线路与灵活组合相结合的特点。选择电源模块、控制器模块、基本功能模块、驱动模块、被控对象模块，就可构成开环控制系统，在此基础上增加检测模块就可构成一个半闭环或闭环控制系统。
(8)可用于创新实践的开发。 如各种创新机器人大赛先期的设计及调试工作可在该环境下进行，既缩短了设计周期，又降低了开发成本。
4 可开出的实验项目
(1)步进电动机控制系列
软件环形分配器的设计实验
硬件环形分配器的设计实验
光电隔离电路设计实验
驱动电路的设计实验
步进电动机正反转控制实验
步进电动机调速实验
(2)数控机床电气控制系统综合实验系列
控制系统设计实验
扩展程序存储器和数据存储器实验
设计显示电路和键盘电路的实验
扩充I/O接口电路的实验
其他辅助控制电路设计实验
伺服系统控制电路设计实验
(3)数控机床运动轨迹控制综合实验系列
数控技术逐点比较法插补算法实验
刀具运动轨迹的控制实验
(4)工业控制、传感器综合型实验系列
小型立体仓库模型控制系统设计实验
模拟普通机床数控化改造实验
模拟工业机器人机构与伺服系统设计实验
自动分拣系统的设计及控制实验
单轴运动半闭环系统设计实验
教室的灯光管理实验
自动检票系统设计实验
(5)可编程控制器实验系列
基本指令编程练习
三层电梯控制系统的模拟
四层电梯控制系统的模拟
机械手动作的模拟
LED数码显示控制
五相步进电机的模拟控制
十字路通灯控制。
5总 结
利用具有可重组功能的计算机控制平台，为完成机电控制方面的实验提供了一个很好的环境，使复杂、烦琐的工作变得简单、灵活、方便，使原来的只能完成单一实验的设备经过整合、二次开发，能满足多门课程的实验教学需要，实验的深度与广度可根据需要作灵活调整。由于环境建设采用组件式结构，更换便捷，如需要扩展功能或开发新实验，只要在各模块中添加所需部件即可。各模块图线分明、标识清楚、作用明确，使使用者操作、维护方便。
例如，选择一套步进电机、齿轮减速器、滚珠丝杠螺母副、连轴器、光电编码器等，就可构成一维单轴运动半闭环控制系统;若选用上述两套设备就可构成二维X-Y传动系统;如果选用三套，就可构成三维立体传动系统，可完成诸如小型立体仓库、数控机床运动轨迹控制等综合实验，并为开展较大型的综合性实验提供了可能。另外，对目前学校已购置了慧鱼创新机构设计平台，我们可以利用该环境对其控制系统进行改造，即可以用单片机进行控制，也可以用微机等其它设备进行控制;既可用汇编语言，也可用C语言或其他高级语言来进行控制程序的设计与编码。这样使学生熟悉了各种控制器的设计方法，提高了他们对电气控制系统的设计能力。同时该环境也为课程设计、毕业设计、学生课外科技活动等提供了实践创新的平台。开发现有实验资源，加强实验室建设，改进实验教学方法与手段，实现理论教学与实践的有机结合，只有这样才能充分实现学生知识——能力的迁移、转化和创新，这对培养人才具有十分重要的意义。
实践证明，综合实验室的建设与功能开发，在实践教学改革中发挥着越来越重要的作用。我们将进一步拓展实验教学时空、创新实验教学方法，提高实验教学质量，为全面提高人才培养质量奠定坚实的基础。
参考文献(References):
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论文关键词：电子系统；设计方法；设计能力
随着科学技术的发展、知识经济时代的到来，社会对大学生提出了许多新的要求。大学生应该具有扎实的基础理论知识、较强的实践能力、创新意识、创业精神和协调能力、强烈的责任感和服务意识等。
当今世界，电子产品不断更新发展，并且向智能化方向发展，日益突出单片机和FPGA等可编程器件在电子产品设计和创新中的重要性。新产品的更新换代促使用人单位对电子信息专业的学生有更高的要求：第一，要有扎实的专业基础知识，例如学习和掌握“模拟电子技术”、“数字电子技术”、“高频电子技术”、“单片机原理”和“微机原理”等主要课程；第二，动手能力要强；第三，要能紧跟电子信息产业的迅速发展，要有较强的适应工作的能力，使用先进应用软件的能力，例如会利用诸如Protel、MaxplusII、Multisim、Matlab等工具软件进行电路设计和仿真调试。用人单位对毕业生的要求除了能够掌握一定的基础理论和工具之外，还要求毕业生具有基于单片机系统的电子产品的设计经验。
电子设计竞赛正是对人才全面培养、更新教育理念、改革教学方法和内容等起到了促进作用，具有极其重要的现实意义。电子设计竞赛的选题引进了新的理论与技术，是跨学科的、系统的和综合的。为了有效指导学生参加各类电子竞赛，特对综合电子系统设计的教学模式、课程内容、教学方法及考评进行改革。
一、综合电子系统设计课程的性质
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”、“传感器技术”、“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。它是一门综合性较强的专业课程，通过本课程的理论学习和动手实验，培养学生的专业知识综合运用能力、系统分析能力和电子产品开发创新能力。
学生经过前期基础课的学习，通过随课的验证性实验，对于电子信息领域的相关理论知识有了了解和掌握，在老师的指导下基本能够进行单元电路的设计和调试，通过课程设计也能完成本课程简单的综合性实验。但一些验证性实验多数是教材内容原理的演示和再现，实验内容和方法都是老师指定，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，积极性不高，不利于创新性人才的培养。
鉴于上述情况，对综合电子系统设计的理论内容和实践方法进行改革创新。
二、综合电子系统设计理论课内容
根据本课程的实际情况和学生所具备基础知识，安排如下几个环节：模拟电路单元设计，数字系统单元的设计，微处理器单元电路的设计以及电子系统抗干扰技术等环节。
结合全国电子大赛，模拟单元电路主要讲述运算放大器的设计以及正确使用、有源滤波器的设计方法、外围电子元器件（电子、电容）的计算和选择；直流稳压电源的设计方法以及参数元器件的选择；各种信号产生的方法，重点讲述数字频率合成DDS的原理和实现技术。以上这些单元内容的安排是结合历年来全国电子设计大赛有关模拟电路环节而选择的，通过这些内容的讲解有利于提高学生模拟电子技术的设计方法。
数字系统设计单元主要讲解数字系统设计方法，突出现代数字系统设计——EDA设计方法；可编程逻辑器件的特点及选择；数字系统设计举例，比如AD、DA控制器的实现、交通灯控制器的实现、电子密码锁的设计等。通过大量实例的讲解使学生能初步掌握用大规模可编程逻辑实现中等难度的数字逻辑系统。
微处理器单元主要讲述目前流行的各种处理器，例如51内核单片机、MSP430单片机、AVR单片机、PIC单片机等型号，介绍它们的特点、应用范围、怎样根据项目需求来选择合适的微处理器；根据学生目前对微处理器的掌握和学习情况，重点讲述基于单片机串行通信的设计，包括几种流行的串行通信协议：SPI协议、IIC协议、UART协议以及one—wire协议，分析它们的特点，在不具有SPI总线、IIC总线的微处理器中怎样通过IO口模拟它们的总线协议；以具有这些总线协议的集成电路芯片的利用提高学生的C语言编程能力。
在微处理器单元里，另外的重点内容多基于单片机的并行通信设计，包括常用的人机接口电路（键盘、LCD、LED显示），这是在大多数的电子系统设备中都具有的，学生有必要掌握它们的设计方法以及编程技术。
电子系统抗干扰技术也是综合电子系统设计中非常重要的内容。当系统处在比较恶劣的环境下，抗干扰设计的好与坏直接决定了系统能否正常工作。微处理器虽然本身的抗干扰能力较强，但是用微处理器构造的控制系统仍存在着抗干扰的问题。为防止外界对系统的干扰，并确保电子系统安全可靠运行，必须采取相应的抗干扰措施。电子系统的干扰主要来自于供电系统、过程通道及空间电磁波。电子应用系统的抗干扰设计应针对不同的干扰源采取必要的抗干扰措施。具体方法有硬件抗干扰技术和软件抗干扰技术。
在这一章节里主要讲解电磁兼容设计、器件选型、降热散热计算、电路板和电子系统可靠性测试等综合知识。通过对本小节的学习，使学生应达到以下目标：熟悉系统的各种干扰来源及形式；学会供电系统及过程通道的抗干扰措施；能说出在印制电路板设计中体现的抗干扰措施；学习设计软件陷阱及看门狗电路，从而为综合电子设计系统设计打下良好的基础。
转贴于
三、精心设计安排实验
这门课实践性很强，除了教师讲述的理论内容和方法外，安排大量的实验以及鼓励学生去参加科技创新和各种电子设计的比赛，提升学生分析问题、解决问题的能力，从而提高他们的实际动手能力。根据课程的内容合理安排一些设计性的实验题目。安排的实验不同于在学习相应的基础时所做的实验，要体现独立思考的能力。
教师布置实验题目、讲述方法，学生以实验项目为中心，整合理论知识，查阅相关资料，具体的实验方案和电路要学生自己去网上或图书馆查阅资料独立完成。在做实验前，电路图以及程序代码要在课下完成，实验室只是调试电路和程序以及老师考核实验成绩。这样做可以更好地将理论与实践结合到实验项目中去，使学生在动手实践能力和分析解决问题的能力上有一定的提升；也可以锻炼学生学会搜集资料、整理资料，提高他们独立自主的学习能力。同时，教师在带领学生学习的过程中也在不断地提升自己，积累经验。
结合电子设计竞赛，安排各章节相应的实验项目：模拟电路单元主要是运算放大器和二阶有源滤波器的设计；重点是直流稳压电源的设计；数字系统单元设计安排了数字频率计、交通灯控制器，重点是DDS数字频率的合成实验。微处理器单元安排了基于单片机SPI总线时钟显示器和基于单片机并行通信的LCD显示系统。鉴于目前的实验条件，这些实验主要是通过仿真软件来完成。模拟单元电路里，利用Multisim电子电路仿真软件来完成运算放大器和有源滤波器以及直流稳压电源的设计；在数字电路系统设计中，利用MAX+PLUS II软件完成DDS数字频率合成的实验；微处理器单元，利用PROTEUS软件完成单片机的并行和串行通信实验。这样在不需要任何实验仪器和元器件的情况下，为学生提供了一个展示才华的平台，充分发挥学生的想象力和创造力。
四、综合电子系统设计的考核标准
目前我国教育领域使用的最普遍的考核方式仍是闭卷考试。闭卷考试对于考核学生的知识掌握情况是非常重要的，但对于综合电子系统设计这门技术性实践性和综合性非常强的课程，不适合采用闭卷考试对学生能力进行考查。
为了真正锻炼学生的实际动手能力，对这门课的考核采取如下方式：平时上课出勤、答疑以及学习的主动性占20%；实验占30%（其中课前预习的情况比重占80%）；最后50%的成绩是学生的作品。学生可以完成一个老师指定的题目，在确定最佳设计方案后，到实验室完成了系统单元电路的仿真，进行安装、测量和调试，把实际的设计作品做出来。也可以根据学科专业方向并结合自身兴趣，自主选择一个课题作为课程的设计项目，经过系统规划、设计、电路实现、系统调试完成一个完整的电子作品；最后通过验收、答辩、总结、演讲结束课程的学习。在系统的制作和调试过程中，让学生想方设法采取各种措施解决所遇到的实际问题，不断调整参数，修改和完善设计方案，得到真正的训练。
