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

篇1

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

中圖分類號(hào)：TN79 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002-7661（2015）19-0006-02

1958年，美國(guó)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(jì)技術(shù)的發(fā)展，集成電路的規(guī)模可以達(dá)上億個(gè)晶體管。集成電路具有速度快、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于汽車、醫(yī)療設(shè)備、手機(jī)和其他消費(fèi)電子，其2012年集成電路設(shè)計(jì)市場(chǎng)應(yīng)用結(jié)構(gòu)如圖1所示。

自2006年以來(lái)，我國(guó)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(guó)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(zhǎng)率達(dá)到18%，遠(yuǎn)超過(guò)全球集成電路產(chǎn)業(yè)整體增速。我國(guó)集成電路行業(yè)的產(chǎn)值如表1所示。

近年來(lái)，半導(dǎo)體集成電路產(chǎn)業(yè)在國(guó)家政策支持下發(fā)展迅速，因此對(duì)集成電路設(shè)計(jì)人才的需求劇增。為了滿足社會(huì)日益發(fā)展的需要，國(guó)家在高校內(nèi)大力推廣集成電路設(shè)計(jì)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(guó)內(nèi)對(duì)集成電路設(shè)計(jì)人才實(shí)際數(shù)量的需求。為了更好地加快集成電路設(shè)計(jì)人才的的培養(yǎng)，本文針對(duì)《數(shù)字集成電路原理》教學(xué)中存在的問(wèn)題，并且根據(jù)教學(xué)的現(xiàn)狀，探索出集成電路設(shè)計(jì)的教學(xué)改革。

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

集成電路設(shè)計(jì)相對(duì)于以分立器件設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)的電子類專業(yè)而言，偏向于系統(tǒng)級(jí)的大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)，因此，微電子專業(yè)和集成電路設(shè)計(jì)專業(yè)的學(xué)生注重設(shè)計(jì)方法的形成，避免只懂理論、不懂設(shè)計(jì)的現(xiàn)象。即使學(xué)生掌握了設(shè)計(jì)的方法，能夠進(jìn)行一些小規(guī)模的集成電路設(shè)計(jì)，但是設(shè)計(jì)出來(lái)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(jì)原理面臨的問(wèn)題。

二、數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)原理教學(xué)改善的方法

（1）針對(duì)上述的問(wèn)題，在多年教學(xué)的基礎(chǔ)上，在教學(xué)方法上進(jìn)行改進(jìn)，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(xiàng)目化教學(xué)來(lái)解決數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)中只懂理論、不懂設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀。注重?cái)?shù)字集成電路設(shè)計(jì)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(guò)將一個(gè)項(xiàng)目拆分成幾個(gè)小項(xiàng)目，使學(xué)生在項(xiàng)目中逐漸加深了對(duì)知識(shí)點(diǎn)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(jì)概念。學(xué)生分成5-8人一組，通過(guò)小組的方式加強(qiáng)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(lái)完成項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，能夠掌握硬件描述語(yǔ)言、綜合應(yīng)用等數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)工具。

（2）通過(guò)PDCA戴明環(huán)的方式改善了集成電路設(shè)計(jì)的產(chǎn)品可用度不高的問(wèn)題。在集成電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)跟蹤課內(nèi)外學(xué)生設(shè)計(jì)中反應(yīng)的問(wèn)題，對(duì)項(xiàng)目難易度的進(jìn)行調(diào)整，提高學(xué)生計(jì)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(duì)項(xiàng)目進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。通過(guò)PDCA戴明環(huán)的方式來(lái)持續(xù)改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容和方法，使其滿足社會(huì)對(duì)數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)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(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的綜合素質(zhì)，促進(jìn)企業(yè)和學(xué)校的共同發(fā)展。這種方式實(shí)現(xiàn)了學(xué)校與企業(yè)的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，資源共享，培養(yǎng)出更加適合社會(huì)所需要的集成電路設(shè)計(jì)人才，也能夠讓學(xué)校和企業(yè)形成無(wú)縫對(duì)接。

三、小結(jié)

隨著大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)的發(fā)展，更多的設(shè)計(jì)工具和設(shè)計(jì)方法出現(xiàn)，因此，使用最新的設(shè)計(jì)工具，合理設(shè)置《數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)原理》的教學(xué)內(nèi)容，可以提高學(xué)生的設(shè)計(jì)能力和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。通過(guò)對(duì)《數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)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(dòng)性和協(xié)作能力，使學(xué)生理論與實(shí)踐都能夠滿足集成電路設(shè)計(jì)人才的要求。

參考文獻(xiàn)：

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[2]王銘斐，王民，楊放.集成電路設(shè)計(jì)類EDA技術(shù)教學(xué)改革的探討[J].電腦知識(shí)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(jì)；實(shí)踐；驗(yàn)證

中圖分類號(hào)：G647 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2013）44-0089-02

集成電路設(shè)計(jì)是學(xué)科交叉特性顯著的一個(gè)學(xué)科，且其發(fā)展日新月異，技術(shù)更新非常快，而其主要的更新點(diǎn)體現(xiàn)在工藝水平、設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)手段上。例如，在設(shè)計(jì)SOC等大規(guī)模集成電路時(shí)，設(shè)計(jì)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(gè)環(huán)節(jié)中的細(xì)節(jié)，有效利用EDA軟件來(lái)精確地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)并驗(yàn)證其正確性。目前大多數(shù)高校開設(shè)的集成電路設(shè)計(jì)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(guò)去的板書教學(xué)相比得到了很大的擴(kuò)充，但從教學(xué)體系上說(shuō)對(duì)于工程化設(shè)計(jì)流程的介紹缺乏連貫性、完整性，各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的介紹相對(duì)來(lái)說(shuō)較為孤立，學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解無(wú)法融會(huì)貫通，對(duì)工程化設(shè)計(jì)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(shí)踐環(huán)節(jié)過(guò)少、實(shí)踐環(huán)節(jié)不成完備體系等問(wèn)題。學(xué)生工程實(shí)踐能力不能得到有效提升，用人單位需要花大量的時(shí)間和人力對(duì)應(yīng)屆學(xué)生進(jìn)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(guò)對(duì)目前國(guó)內(nèi)急需集成電路設(shè)計(jì)人才的現(xiàn)狀的思考，對(duì)集成電路設(shè)計(jì)課程的教學(xué)進(jìn)行改革，實(shí)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(jì)和驗(yàn)證流程為主線的閉環(huán)式教學(xué)。在國(guó)家急需系統(tǒng)級(jí)集成電路設(shè)計(jì)實(shí)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(huì)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(jì)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(jì)流程，知識(shí)內(nèi)容涵蓋從設(shè)計(jì)到流片生產(chǎn)甚至測(cè)試的每一個(gè)環(huán)節(jié)，而每一個(gè)重要環(huán)節(jié)都有工程實(shí)驗(yàn)與之相對(duì)應(yīng)，形成完備的閉環(huán)知識(shí)體系。本教改項(xiàng)目閉環(huán)教育可分為理論教育環(huán)節(jié)和實(shí)驗(yàn)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(jì)的典型流程為教學(xué)切入點(diǎn)，然后以該流程為主線介紹各個(gè)階段涉及的理論知識(shí)和可供使用的EDA軟件，每次進(jìn)入下一設(shè)計(jì)階段的講解前，都會(huì)重新鏈接至流程圖，見圖1所示。反復(fù)出現(xiàn)的設(shè)計(jì)流程圖，一方面可以加深學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)流程的印象；另一方面針對(duì)當(dāng)前內(nèi)容在流程中出現(xiàn)的位置，突出當(dāng)前設(shè)計(jì)階段與系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整體關(guān)聯(lián)，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)各個(gè)設(shè)計(jì)階段的設(shè)計(jì)目的、設(shè)計(jì)方法、EDA軟件中參數(shù)設(shè)定偏重點(diǎn)的理解。這種教育方法區(qū)別于傳統(tǒng)的單純的由點(diǎn)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(xì)節(jié)的同時(shí)加強(qiáng)整體觀念。

二、實(shí)踐教育環(huán)節(jié)

實(shí)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(shí)驗(yàn)。針對(duì)每個(gè)設(shè)計(jì)階段都安排相應(yīng)的較為全面的實(shí)驗(yàn)，與該階段的理論知識(shí)形成閉環(huán)。而且，所有的實(shí)驗(yàn)基本可按照從系統(tǒng)設(shè)計(jì)開始到流片、測(cè)試的完整設(shè)計(jì)流程串接起來(lái)。

圖1 大型數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)的典型流程

實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書撰寫了前端設(shè)計(jì)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(yǔ)言描述編譯階段，加入以硬件語(yǔ)言描述、編譯、仿真為偏重的上機(jī)實(shí)驗(yàn)，目的是學(xué)習(xí)良好的系統(tǒng)全局觀，掌握過(guò)硬的代碼編寫能力，并將設(shè)計(jì)下載至FPGA中作為初步的硬件設(shè)計(jì)驗(yàn)證手段；撰寫了后端設(shè)計(jì)內(nèi)容，采用Cadence公司的自動(dòng)布局布線器SE進(jìn)行布局布線，介紹面向數(shù)字化集成電路的標(biāo)準(zhǔn)化單元概念及其相關(guān)工藝庫(kù)文件的作用，著重講授從網(wǎng)表到版圖的轉(zhuǎn)化過(guò)程以及需要注意的問(wèn)題，如電源網(wǎng)絡(luò)的合理布局、時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)的時(shí)序匹配及平衡扇出等方面的考慮。利用版圖編輯器Virtuoso Layout進(jìn)行版圖驗(yàn)證，介紹標(biāo)準(zhǔn)單元版圖與定制版圖的區(qū)別、版圖設(shè)計(jì)與工藝制程的關(guān)系，重點(diǎn)在于使學(xué)生在對(duì)版圖建立感性認(rèn)識(shí)的同時(shí)對(duì)IP保護(hù)有更深層次的理解。Verilog仿真器進(jìn)行版圖后仿真實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)調(diào)版圖寄生參數(shù)對(duì)系統(tǒng)功能、時(shí)序的影響，后仿真時(shí)序文件反標(biāo)的含義；明確后仿真對(duì)于保證設(shè)計(jì)正確性的意義；培養(yǎng)認(rèn)真負(fù)責(zé)的驗(yàn)證思想。

實(shí)踐教育環(huán)節(jié)大致分為前端設(shè)計(jì)階段、后端設(shè)計(jì)階段、測(cè)試階段。

1.前端設(shè)計(jì)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(yǔ)言描述編譯階段，加入以硬件語(yǔ)言描述、編譯、仿真為偏重的上機(jī)實(shí)驗(yàn)，目的是學(xué)習(xí)良好的系統(tǒng)全局觀，掌握過(guò)硬的代碼編寫能力，并將設(shè)計(jì)下載至FPGA中作為初步的硬件設(shè)計(jì)驗(yàn)證手段。

2.后端設(shè)計(jì)階段。針對(duì)數(shù)字集成電路的特點(diǎn)，安排面向MPW流片的實(shí)驗(yàn)，介紹將電路轉(zhuǎn)化為高可靠性版圖的主要步驟。該實(shí)驗(yàn)分三個(gè)階段：①采用Cadence公司的自動(dòng)布局布線器SE進(jìn)行布局布線，介紹面向數(shù)字化集成電路的標(biāo)準(zhǔn)化單元概念及其相關(guān)工藝庫(kù)文件的作用，著重講授從網(wǎng)表到版圖的轉(zhuǎn)化過(guò)程以及需要注意的問(wèn)題，如電源網(wǎng)絡(luò)的合理布局、時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)的時(shí)序匹配及平衡扇出等方面的考慮；②版圖編輯器Virtuoso Layout進(jìn)行版圖驗(yàn)證，介紹標(biāo)準(zhǔn)單元版圖與定制版圖的區(qū)別、版圖設(shè)計(jì)與工藝制程的關(guān)系，重點(diǎn)在于使學(xué)生在對(duì)版圖建立感性認(rèn)識(shí)的同時(shí)對(duì)IP保護(hù)有更深層次的理解；③Verilog仿真器進(jìn)行版圖后仿真實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)調(diào)版圖寄生參數(shù)對(duì)系統(tǒng)功能和時(shí)序的影響、后仿真時(shí)序文件反標(biāo)的含義，明確后仿真對(duì)于保證設(shè)計(jì)正確性的意義，培養(yǎng)認(rèn)真負(fù)責(zé)的驗(yàn)證思想。

篇3

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

【中圖分類號(hào)】TN402【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1006-4222（2016）04-0197-02

數(shù)字電路設(shè)計(jì)是一個(gè)正在不斷發(fā)展著的學(xué)科，針對(duì)其設(shè)計(jì)方法一般包括了兩種：①同步設(shè)計(jì)；②異步設(shè)計(jì)。從目前市場(chǎng)上的產(chǎn)品來(lái)看，大多數(shù)的數(shù)字電路都是采用同步設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方法，究其原因，同步設(shè)計(jì)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(jì)也已經(jīng)開始慢慢走近人們的視野之中。本文將首先對(duì)數(shù)字電路的設(shè)計(jì)流程進(jìn)行簡(jiǎn)單的論述。

1數(shù)字電路流程設(shè)計(jì)

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(jì)、綜合優(yōu)化、布局布線、版圖設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面。下面依次對(duì)這幾個(gè)方面進(jìn)行介紹。系統(tǒng)架構(gòu)是整個(gè)設(shè)計(jì)最基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)，同時(shí)也是十分重要的環(huán)節(jié)，因?yàn)橹灰辛艘粋€(gè)好的系統(tǒng)構(gòu)架那么設(shè)計(jì)起來(lái)就會(huì)十分的方便。在這個(gè)環(huán)節(jié)中需要對(duì)模塊進(jìn)行劃分，同時(shí)也需要對(duì)接口進(jìn)行定義等。下一個(gè)環(huán)節(jié)便是RTL設(shè)計(jì)。這一環(huán)節(jié)是核心環(huán)節(jié)因?yàn)樵谶@一階段需要用相應(yīng)的語(yǔ)言來(lái)將電路描述出來(lái)。綜合優(yōu)化就是將RTL轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的硬件電路。這個(gè)環(huán)節(jié)中往往是和工藝廠商進(jìn)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(jiǎn)單許多，因?yàn)楹軐?duì)芯片制造后，生產(chǎn)者就會(huì)給出基準(zhǔn)單元庫(kù)。然后利用EDA軟件，根據(jù)這些相應(yīng)的限制自動(dòng)布局布線。最后一個(gè)環(huán)節(jié)也就是版圖設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。就是在布局布線設(shè)計(jì)完成之后，結(jié)合基準(zhǔn)單元生成具體版圖，然后通過(guò)驗(yàn)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(jì)

在文章開始，筆者就提到同步設(shè)計(jì)法受到眾多設(shè)計(jì)人員的青睞。下面本文就將嚴(yán)格按照上文中提到過(guò)的幾種設(shè)計(jì)階段對(duì)同步設(shè)計(jì)法進(jìn)行詳細(xì)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?yàn)橛|發(fā)器的狀態(tài)是有統(tǒng)一始終控制的。各個(gè)存儲(chǔ)狀態(tài)的改變都是在時(shí)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(gè)存儲(chǔ)單元都有著相同的初始態(tài)，并且只有在時(shí)鐘沿到來(lái)之時(shí)，存儲(chǔ)單元的狀態(tài)才會(huì)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(duì)電路的影響。②能夠很容易實(shí)現(xiàn)流水線，對(duì)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(duì)于觸發(fā)器而言，最重要的特點(diǎn)就是只有當(dāng)時(shí)鐘沿到來(lái)的時(shí)候，觸發(fā)器才會(huì)將存儲(chǔ)狀態(tài)轉(zhuǎn)變，也就是將數(shù)據(jù)端的數(shù)據(jù)保存起來(lái)。當(dāng)時(shí)鐘沿不到達(dá)時(shí)，觸發(fā)器不會(huì)采取動(dòng)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(shí)，可以采用MOS管進(jìn)行搭建，也可以采用簡(jiǎn)單的邏輯器件進(jìn)行構(gòu)建。

2.3RTL級(jí)描述

由于數(shù)字電路需要具備的功能越來(lái)越多同時(shí)規(guī)模也變的越來(lái)越大，那么系統(tǒng)這一理念也變得越來(lái)越強(qiáng)大。使用Ver-ilogHDL可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行行為級(jí)以及RTL級(jí)描述。行為級(jí)描述就是為了確認(rèn)系統(tǒng)是否可行、可靠，同時(shí)也會(huì)檢查算法是否正確。在進(jìn)行RTL級(jí)設(shè)計(jì)的時(shí)候需要注意到描述的可綜合性以及測(cè)試驗(yàn)證功能的完備性。描述的可綜合性詳細(xì)來(lái)說(shuō)就是設(shè)計(jì)人員大多使用mod-elsim進(jìn)行編譯仿真。這款軟件雖然簡(jiǎn)單實(shí)用，但同時(shí)也具備著不容忽視的弱點(diǎn)，就是VerilogHDL的容錯(cuò)性較強(qiáng)，不能區(qū)分出行為級(jí)描述以及RTL級(jí)描述。這就意味著設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)最終可能無(wú)法被綜合成硬件電路。為了解決這一問(wèn)題。設(shè)計(jì)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(shí)關(guān)注哪些指令不可被綜合。RTL級(jí)描述中，功能需要是完備的。這就比可綜合性困難的多。因?yàn)榈侥壳盀橹共](méi)有能保證功能完備性的驗(yàn)證體系。為了避免這個(gè)問(wèn)題的出現(xiàn)。設(shè)計(jì)人員需要從以下的方面入手：①對(duì)于系統(tǒng)級(jí)規(guī)劃中模塊盡量按照其功能進(jìn)行劃分，這樣就能夠在進(jìn)行RTL級(jí)描述時(shí)嚴(yán)格按照規(guī)劃設(shè)計(jì)。②保持良好的編程習(xí)慣。③成立專人的測(cè)試部門，這樣既有測(cè)試人員又有著設(shè)計(jì)人員。在測(cè)試人員的把關(guān)之下，很多的問(wèn)題以及漏洞就會(huì)被發(fā)現(xiàn)。

2.4利用DesignCompiler綜合優(yōu)化

DC綜合這一過(guò)程是數(shù)字電子線路設(shè)計(jì)的前端。在這個(gè)綜合設(shè)計(jì)的過(guò)程中那個(gè)，DC需要進(jìn)最大的努力進(jìn)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(shí)候就需要人工返回RTL級(jí)，進(jìn)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(jì)的后端就涵蓋了布局布線、時(shí)序驗(yàn)證、后仿等多個(gè)環(huán)節(jié)。對(duì)比模擬電路，數(shù)字電路布局布線較為簡(jiǎn)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(shí)間。

3小結(jié)

本文對(duì)于數(shù)字電路設(shè)計(jì)方法之中的同步設(shè)計(jì)法進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，同時(shí)對(duì)于在設(shè)計(jì)過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題以及解決方案都進(jìn)行了論述，希望對(duì)于今后設(shè)計(jì)人員對(duì)數(shù)字電路的設(shè)計(jì)有所幫助。

參考文獻(xiàn)

[1]孔德立.數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)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(dòng)測(cè)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(dòng)開發(fā)精通匯編編程，熟悉計(jì)算機(jī)原理與體系結(jié)構(gòu)及數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)（ARM或MIPS，DSP）；掌握Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)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(gè)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(shí)，為以后不同專業(yè)方向的學(xué)習(xí)、知識(shí)面擴(kuò)展以及個(gè)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(hào)與系統(tǒng)、固體物理和半導(dǎo)體物理、高頻電子線路、計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)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(jì)、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(yǔ)言、電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化、單片機(jī)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(jì)原理、單片機(jī)原理及應(yīng)用等課程，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造思維和創(chuàng)新精神，提高實(shí)踐動(dòng)手能力起到積極的推動(dòng)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(huì)需求，在集成電路方向設(shè)置了模擬集成電路設(shè)計(jì)、數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)、集成電路測(cè)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(jì)、HDL模型功能驗(yàn)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(shí)效實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)

為突出模塊化集成教學(xué)思想和分層次漸進(jìn)式自主實(shí)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(shí)驗(yàn)、基礎(chǔ)工程實(shí)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(shí)踐教學(xué)平臺(tái)（圖略）．該平臺(tái)由基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、基礎(chǔ)工程實(shí)踐平臺(tái)、專業(yè)工程實(shí)踐平臺(tái)、綜合工程實(shí)踐平臺(tái)構(gòu)成．

2.1基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)將電路實(shí)驗(yàn)、數(shù)字電子和模擬電子實(shí)驗(yàn)構(gòu)建成基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在第3，4學(xué)期進(jìn)行，在充分考慮電子、電路等理論課程特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上自成體系，突出理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)合、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)結(jié)合、虛擬實(shí)驗(yàn)與操作實(shí)驗(yàn)結(jié)合的教學(xué)方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)．

2.2基礎(chǔ)實(shí)踐平臺(tái)基礎(chǔ)實(shí)踐平臺(tái)包括單片機(jī)工程實(shí)踐基地、EDA工程實(shí)踐基地、電子工程實(shí)踐基地、通信工程實(shí)踐基地、電氣控制工程實(shí)踐基地、DSP控制工程實(shí)踐基地、應(yīng)用電子工程實(shí)踐基地、電氣CAD工程實(shí)踐基地、電子工藝工程實(shí)踐基地、計(jì)算機(jī)裝配工程實(shí)踐基地．在第4，5學(xué)期分2個(gè)階段進(jìn)行，每階段5周，把實(shí)踐基地分成2組，分別進(jìn)行循環(huán)．拓寬了學(xué)生所學(xué)知識(shí)的實(shí)際運(yùn)用能力，使實(shí)踐與理論結(jié)合得更加緊密．

2.3專業(yè)實(shí)踐平臺(tái)專業(yè)實(shí)踐平臺(tái)包括智能控制工程實(shí)踐基地、傳感器與檢測(cè)工程實(shí)踐基地、控制系統(tǒng)工程實(shí)踐基地、ARM工程實(shí)踐基地、SOPC平臺(tái)、高頻電子線路、微波與天線、單片機(jī)應(yīng)用工程（高級(jí)）實(shí)踐基地、ASIC工程實(shí)踐基地、測(cè)控專業(yè)工程實(shí)踐基地．在第6，7學(xué)期分2個(gè)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(diǎn)及興趣，從專業(yè)實(shí)踐基地中任選6個(gè)基地進(jìn)行循環(huán)實(shí)踐．

2.4綜合實(shí)踐平臺(tái)綜合實(shí)踐平臺(tái)屬于教師與學(xué)生共用的科研創(chuàng)新平臺(tái)，是開放式實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐基地．配備幾乎所有其它實(shí)踐基地的儀器設(shè)備，使實(shí)踐內(nèi)容相互補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)了從淺入深、從通到專、從點(diǎn)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(guò)程．滿足了畢業(yè)設(shè)計(jì)、科技活動(dòng)、科技創(chuàng)新、電子設(shè)計(jì)大賽的需要，實(shí)現(xiàn)了專業(yè)課實(shí)驗(yàn)集中化、系統(tǒng)化、設(shè)計(jì)化、綜合化和全面化的要求，最大限度地利用工程實(shí)踐設(shè)備，利用率接近100%．

3通過(guò)電子競(jìng)賽促進(jìn)學(xué)生科技創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

幾年來(lái)，大力提倡和支持學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)．通過(guò)全面開放實(shí)驗(yàn)室，建立由學(xué)生自我管理的電子創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，成立學(xué)生電子協(xié)會(huì)、電之光大學(xué)生科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，組織開展假期社會(huì)實(shí)踐等，大力開展第二課堂活動(dòng)，鼓勵(lì)學(xué)生參加各類學(xué)科競(jìng)賽、科技創(chuàng)作和相關(guān)社團(tuán)活動(dòng)．電子設(shè)計(jì)競(jìng)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(shí)、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富、專業(yè)面寬的教師組成教練隊(duì)伍，精心制訂訓(xùn)練計(jì)劃和競(jìng)賽方案，為競(jìng)賽提供了培訓(xùn)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備和元器件材料，使競(jìng)賽有了可靠的保證．提倡“重在參與”，鼓勵(lì)“敢于競(jìng)爭(zhēng)，勇于創(chuàng)新”的競(jìng)賽精神，為參加競(jìng)賽的學(xué)生專門進(jìn)行系統(tǒng)地培訓(xùn)．培訓(xùn)內(nèi)容主要有電子設(shè)計(jì)與制作技能訓(xùn)練、單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用和電子系統(tǒng)集成與設(shè)計(jì)等．經(jīng)過(guò)綜合考核，選出優(yōu)秀的學(xué)生進(jìn)行強(qiáng)化訓(xùn)練，并進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)模擬，最后組織其參加全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽．通過(guò)這些活動(dòng)，學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力有了顯著提高．在數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽、省級(jí)大學(xué)生電子競(jìng)賽、全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、嵌入式設(shè)計(jì)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(jī)，自1999年以來(lái)，該專業(yè)有10余人獲國(guó)家獎(jiǎng)勵(lì)，100余人獲省級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)．同時(shí)，學(xué)生課外科技活動(dòng)的開展也促進(jìn)了電子信息類課程改革和實(shí)踐教學(xué)體系的不斷完善，促進(jìn)了青年教師實(shí)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(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）03（b）-00-02

1 模擬集成電路設(shè)計(jì)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(jìn)。以信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平為主要特征的綜合國(guó)力競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，集成電路（IC，Integrated circuit）作為當(dāng)今信息時(shí)代的核心技術(shù)產(chǎn)品，其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)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(jì)50年代末發(fā)展起來(lái)的屬小規(guī)模集成電路（SSI），集成度僅100個(gè)元件；60年展的是中規(guī)模集成電路（MSI），集成度為1000個(gè)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(gè)元件；70年代末進(jìn)一步發(fā)展了超大規(guī)模集成電路（LSI），集成度在105個(gè)元件；80年代更進(jìn)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(gè)數(shù)量級(jí)，達(dá)到106個(gè)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(hào)的處理：自然界的產(chǎn)生的信號(hào)，至少在宏觀上是模擬量。高品質(zhì)麥克風(fēng)接收樂(lè)隊(duì)聲音時(shí)輸出電壓幅值從幾微伏變化到幾百微伏。視頻照相機(jī)中的光電池的電流低達(dá)每毫秒幾個(gè)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(dòng)時(shí)的幾微伏到強(qiáng)烈地震時(shí)的幾百毫伏。由于所有這些信號(hào)都必須在數(shù)字領(lǐng)域進(jìn)行多方面的處理，所以我們看到，每個(gè)這樣的系統(tǒng)都要包含一個(gè)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(jìn)制數(shù)據(jù)往往要傳輸很長(zhǎng)的距離。一個(gè)高速的二進(jìn)制數(shù)據(jù)流在通過(guò)一個(gè)很長(zhǎng)的電纜后，信號(hào)會(huì)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(hào)，而不是二進(jìn)制信號(hào)。現(xiàn)代通信系統(tǒng)中廣泛采用多電平信號(hào)，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(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為多電平信號(hào)，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(dòng)電子學(xué)計(jì)算機(jī)硬盤中的數(shù)據(jù)采用磁性原理以二進(jìn)制形式存儲(chǔ)。然而，當(dāng)數(shù)據(jù)被磁頭讀取并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)時(shí)，為了進(jìn)一步的處理，信號(hào)需要被放大、濾波和數(shù)字化。

（4）無(wú)線接收器：射頻接收器的天線接收到的信號(hào)，其幅度只有幾微伏，而中心頻率達(dá)到幾GHz。此外，信號(hào)伴隨很大的干擾，因此接收器在放大低電平信號(hào)時(shí)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(duì)模擬設(shè)計(jì)有很大的挑戰(zhàn)性。

（5）傳感器：機(jī)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(jī)裝有一個(gè)光敏二極管陣列，以將像點(diǎn)轉(zhuǎn)換為電流；超聲系統(tǒng)使用聲音傳感器產(chǎn)生一個(gè)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(chǔ)器：大量模擬電路設(shè)計(jì)專家參與了現(xiàn)代的微處理器和存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)。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(shí)鐘的分布和時(shí)序的問(wèn)題要求將高速信號(hào)作為模擬波形處理。而且芯片上信號(hào)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(duì)模擬電路設(shè)計(jì)有一個(gè)完整的理解。半導(dǎo)體存儲(chǔ)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(shuō)高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)實(shí)際上是模擬電路的

設(shè)計(jì)。

2 模擬集成電路設(shè)計(jì)流程概念

在集成電路工藝發(fā)展和市場(chǎng)需求的推動(dòng)下，系統(tǒng)芯片SOC和IP技術(shù)越來(lái)越成為IC業(yè)界廣泛關(guān)注的焦點(diǎn)。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(jì)工作越來(lái)越復(fù)雜，因而急需在設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)工具這兩方面有一個(gè)大的變革，這就是人們經(jīng)常談?wù)摰脑O(shè)計(jì)革命。各種計(jì)算機(jī)輔助工具及設(shè)計(jì)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(shí)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(jì)向更高的抽象層次發(fā)展，只有這樣才能解決設(shè)計(jì)復(fù)雜度越來(lái)越高的問(wèn)題。數(shù)字集成電路的發(fā)展證明了這一點(diǎn)：它很快的從基于單元的設(shè)計(jì)發(fā)展到基于模塊、IP和IP復(fù)用的

設(shè)計(jì)。

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

3 模擬集成電路設(shè)計(jì)流程

3.1 模擬集成電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)環(huán)境

集成電路的設(shè)計(jì)由于必須通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助完成整個(gè)過(guò)程，所以對(duì)軟件和硬件配置都有較高的要求。

（1）模擬集成電路設(shè)計(jì)EDA工具種類及其舉例

設(shè)計(jì)資料庫(kù)―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(yàn)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(yùn)行和數(shù)據(jù)的保存需要穩(wěn)定的計(jì)算機(jī)環(huán)境，所以集成電路的設(shè)計(jì)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)。現(xiàn)在的集成電路設(shè)計(jì)都是團(tuán)隊(duì)協(xié)作完成的，甚至工程師們?cè)诓煌牡攸c(diǎn)進(jìn)行遠(yuǎn)程協(xié)作設(shè)計(jì)。EDA軟件、工作站系統(tǒng)的資源合理配置和數(shù)據(jù)庫(kù)的有效管理將是集成電路設(shè)計(jì)得以完成的重要保障。

3.2 模擬集成電路設(shè)計(jì)流程概述

根據(jù)處理信號(hào)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)模混合集成電路，它們的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)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(jì)方法和流程。模擬集成電路設(shè)計(jì)是一種創(chuàng)造性的過(guò)程，它通過(guò)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)，與電路分析剛好相反。電路的分析是一個(gè)由電路作為起點(diǎn)去發(fā)現(xiàn)其特性的過(guò)程。電路的綜合或者設(shè)計(jì)則是從一套期望的性能參數(shù)開始去尋找一個(gè)令人滿意的電路，對(duì)于一個(gè)設(shè)計(jì)問(wèn)題，解決方案可能不是唯一的，這樣就給予了設(shè)計(jì)者去創(chuàng)造的機(jī)會(huì)。

模擬集成電路設(shè)計(jì)包括若干個(gè)階段，設(shè)計(jì)模擬集成電路一般的過(guò)程。

（l）系統(tǒng)規(guī)格定義；（2）電路設(shè)計(jì)；（3）電路模擬；（4）版圖實(shí)現(xiàn)；（5）物理驗(yàn)證；（6）參數(shù)提取后仿真；（7）可靠性分析；（8）芯片制造；（9）測(cè)試。

除了制造階段外，設(shè)計(jì)師應(yīng)對(duì)其余各階段負(fù)責(zé)。設(shè)計(jì)流程從一個(gè)設(shè)計(jì)構(gòu)思開始，明確設(shè)計(jì)要求和進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。為了確認(rèn)設(shè)計(jì)的正確性，設(shè)計(jì)師要應(yīng)用模擬方法評(píng)估電路的性能。

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

3.3 模擬集成電路設(shè)計(jì)流程分述

（1）系統(tǒng)規(guī)格定義

這個(gè)階段系統(tǒng)工程師把整個(gè)系統(tǒng)和其子系統(tǒng)看成是一個(gè)個(gè)只有輸入輸出關(guān)系的/黑盒子，不僅要對(duì)其中每一個(gè)進(jìn)行功能定義，而且還要提出時(shí)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(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)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(lái)決定元件的組合，例如，電流鏡類型還是補(bǔ)償類型；根據(jù)交、直流參數(shù)決定晶體管工作偏置點(diǎn)和晶體管大小；依環(huán)境估計(jì)負(fù)載形態(tài)和負(fù)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(méi)有EDA廠商能夠提供完全解決模擬集成電路設(shè)計(jì)自動(dòng)化的工具，此環(huán)節(jié)基本上通過(guò)手工計(jì)算來(lái)完成的。

（3）電路模擬

設(shè)計(jì)工程師必須確認(rèn)設(shè)計(jì)是正確的，為此要基于晶體管模型，借助EDA工具進(jìn)行電路性能的評(píng)估，分析。在這個(gè)階段要依據(jù)電路仿真結(jié)果來(lái)修改晶體管參數(shù)；依制程參數(shù)的變異來(lái)確定電路工作的區(qū)間和限制；驗(yàn)證環(huán)境因素的變化對(duì)電路性能的影響；最后還要通過(guò)仿真結(jié)果指導(dǎo)下一步的版圖實(shí)現(xiàn)，例如，版圖對(duì)稱性要求，電源線的寬度。

（4）版圖實(shí)現(xiàn)

電路的設(shè)計(jì)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(jìn)行制作。設(shè)計(jì)工程師需提供集成電路的物理幾何描述稱為版圖。這個(gè)環(huán)節(jié)就是要把設(shè)計(jì)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(jìn)行手工的版圖設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮設(shè)計(jì)規(guī)則、匹配性、噪聲、串?dāng)_、寄生效應(yīng)、防門鎖等對(duì)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(jí)的全定制輔助設(shè)計(jì)方法，仍然無(wú)法保證手工設(shè)計(jì)對(duì)版圖布局和各種效應(yīng)的考慮全面性。

（5）物理驗(yàn)證

版圖的設(shè)計(jì)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(cuò)誤？物理驗(yàn)證階段將通過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)則檢查（DRC，Design Rule Cheek）和版圖網(wǎng)表與電路原理圖的比對(duì)（VLS，Layout Versus schematic）解決上述的兩類驗(yàn)證問(wèn)題。幾何規(guī)則檢查用于保證版圖在工藝上的可實(shí)現(xiàn)性。它以給定的設(shè)計(jì)規(guī)則為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)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(jìn)行檢查。版圖網(wǎng)表與電路原理圖的比對(duì)用來(lái)保證版圖的設(shè)計(jì)與其電路設(shè)計(jì)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(jìn)行比較，檢查兩者是否一致。

參考文獻(xiàn)

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(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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(lái)的一門新的技術(shù)。微電子技術(shù)包括系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)、器件物理、工藝技術(shù)、材料制備、自動(dòng)測(cè)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(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)有著巨大貢獻(xiàn)，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(guó)民經(jīng)濟(jì)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(lái)，正朝著信息科技類大學(xué)進(jìn)軍。隨著電子、通信和信息等產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，國(guó)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(guó)的ASIC設(shè)計(jì)方面，培養(yǎng)急需的人才[1-6]。我國(guó)“十五”計(jì)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(huì)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(jí)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(biāo)、培養(yǎng)規(guī)格以及培養(yǎng)過(guò)程和方式的總體設(shè)計(jì)，是學(xué)校組織本科教學(xué)、規(guī)范教學(xué)環(huán)節(jié)、實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)的綱領(lǐng)性文件，對(duì)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(shí)、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(shí)和技能應(yīng)用于所從事的專業(yè)社會(huì)實(shí)踐的高級(jí)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(biāo)的”。它更加注重的是實(shí)踐性、應(yīng)用性和技術(shù)性。即基礎(chǔ)知識(shí)比高職高專學(xué)生深厚、實(shí)踐能力比傳統(tǒng)本科生強(qiáng)，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(huì)、經(jīng)濟(jì)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(biāo)、制度、過(guò)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(duì)于學(xué)校實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)、進(jìn)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(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要，認(rèn)真落實(shí)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(guó)家和社會(huì)發(fā)展需要，進(jìn)一步深化教育教學(xué)改革，優(yōu)化人才培養(yǎng)過(guò)程，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。具體的改革措施探討如下。

1.進(jìn)一步明確本專業(yè)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。培養(yǎng)方案是高等學(xué)校實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)、開展人才培養(yǎng)工作的總體設(shè)計(jì)和實(shí)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(jī)，推動(dòng)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(shí)經(jīng)濟(jì)、科技、社會(huì)發(fā)展對(duì)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(shí)際，及時(shí)總結(jié)人才培養(yǎng)經(jīng)驗(yàn)，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(jì)劃”及“工程教育專業(yè)認(rèn)證”，進(jìn)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(biāo)、培養(yǎng)要求、主干學(xué)科、核心課程、主要實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)、主要專業(yè)實(shí)驗(yàn)，緊密結(jié)合近年“本科教學(xué)工程”改革實(shí)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(huì)發(fā)展需要，道德文化素養(yǎng)高，社會(huì)責(zé)任感強(qiáng)，身心健康，掌握扎實(shí)的自然科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和必備的專業(yè)知識(shí)，具有良好的學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力、專業(yè)能力和創(chuàng)新意識(shí)，能在微電子器件、工藝和集成電路設(shè)計(jì)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(jì)、技術(shù)管理等工作的專門技術(shù)人才。主要專業(yè)方向?yàn)槲㈦娮悠骷⒐に嚭图呻娐吩O(shè)計(jì)。注重集成電路設(shè)計(jì)、集成電路版圖設(shè)計(jì)、微電子器件設(shè)計(jì)和MEMS設(shè)計(jì)。

2.課程設(shè)置進(jìn)一步優(yōu)化。課程的設(shè)置是否合理對(duì)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(duì)專業(yè)人才的更高要求，需要進(jìn)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(guò)幾年的發(fā)展，取得了不少成績(jī)。但世界范圍內(nèi)微電子產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展的特點(diǎn)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?cè)诳吹揭郧八〉玫某煽?jī)的同時(shí)也必須看到其中所存在的一些問(wèn)題，并積極進(jìn)行改革創(chuàng)新。我校的微電子專業(yè)在設(shè)立初期，經(jīng)過(guò)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(shí)間不長(zhǎng)，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(wú)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(kuò)大，通達(dá)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(jìn)一步細(xì)化、深化、推廣。為此，在課程設(shè)置上，我們必須對(duì)已經(jīng)投入使用的培養(yǎng)方案進(jìn)行分析和總結(jié)、不斷地進(jìn)行修訂和完善，將整個(gè)學(xué)科的課程結(jié)構(gòu)體系、到具體到每一門課程的知識(shí)體系，都進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以期在最短的學(xué)時(shí)內(nèi)使學(xué)生掌握牢固的知識(shí)。最終使學(xué)生獲得以下幾方面的能力：掌握扎實(shí)的數(shù)學(xué)、物理等方面的基本理論和基本知識(shí)；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(jì)和制造的基本知識(shí)，具有獨(dú)立進(jìn)行微電子器件、工藝和集成電路設(shè)計(jì)的基本能力；了解電子信息類專業(yè)的一般原理和知識(shí)，受到科學(xué)實(shí)驗(yàn)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(shí)踐、實(shí)驗(yàn)中具有較強(qiáng)的獨(dú)立設(shè)計(jì)、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(duì)終身學(xué)習(xí)有正確認(rèn)識(shí)，具有不斷學(xué)習(xí)和適應(yīng)發(fā)展的能力；其次，對(duì)于理論課程的內(nèi)容，針對(duì)南京郵電大學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)和電子科學(xué)與工程學(xué)院的實(shí)際情況，以及本專業(yè)的特色建設(shè)，主要專業(yè)方向?yàn)槲㈦娮悠骷⒐に嚭图呻娐吩O(shè)計(jì)。注重集成電路設(shè)計(jì)、集成電路版圖設(shè)計(jì)、微電子器件設(shè)計(jì)和MEMS設(shè)計(jì)。以能力培養(yǎng)為基礎(chǔ)來(lái)設(shè)計(jì)，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(duì)教學(xué)中的課程進(jìn)行專項(xiàng)的能力和綜合能力培養(yǎng)。在通識(shí)教育類課程中設(shè)置了高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、物理實(shí)驗(yàn)、程序設(shè)計(jì)等。專業(yè)教育類課程中設(shè)置了信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)、模擬電子技術(shù)及電工電子實(shí)驗(yàn)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)。考慮到工程認(rèn)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(shí)的實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)和操作技能。在集成電路分析與設(shè)計(jì)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(shí)的模擬集成電路分析與設(shè)計(jì)、數(shù)字集成電路分析與設(shè)計(jì)，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(gè)特色和優(yōu)勢(shì)。使學(xué)生掌握初步的集成電路設(shè)計(jì)知識(shí)，加強(qiáng)了學(xué)生的集成電路分析和設(shè)計(jì)的能力。除了已經(jīng)設(shè)置的32小時(shí)的VLSI設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課和32小時(shí)的微電子專業(yè)實(shí)驗(yàn)，還增加了32小時(shí)的工藝實(shí)驗(yàn)，這也大大加強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)和上機(jī)比例。具體來(lái)講，已經(jīng)在建設(shè)的ASIC設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)上開展了ASIC設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)，并籌備建立了微電子專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，擁有了一批工作站、計(jì)算機(jī)等硬件資源和ISE、MAXPlus II、Synopsys Cadence等軟件資源、學(xué)會(huì)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(shí)驗(yàn)課程，在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上購(gòu)置了必要的儀器設(shè)備、編寫了實(shí)驗(yàn)教程、開展了半導(dǎo)體材料實(shí)驗(yàn)和晶體管測(cè)試實(shí)驗(yàn)；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(shí)驗(yàn)課程體系。開展了器件和工藝設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。掌握一定微電子實(shí)驗(yàn)?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(jì)基礎(chǔ)、片上系統(tǒng)設(shè)計(jì)、微電子器件設(shè)計(jì)、MEMS與微系統(tǒng)設(shè)計(jì)、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(jì)、電路設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)等各個(gè)方面。更好地體現(xiàn)了應(yīng)用型人才的培養(yǎng)方向和目標(biāo)。再者，實(shí)踐課程的內(nèi)容上，由于微電子專業(yè)是一個(gè)實(shí)踐性較強(qiáng)、實(shí)踐內(nèi)容多的專業(yè)，從集成電路的生成流程來(lái)看，其實(shí)踐內(nèi)容包括系統(tǒng)和電路設(shè)計(jì)、器件設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、版圖設(shè)計(jì)、實(shí)際流片和測(cè)試。實(shí)踐課程的設(shè)置對(duì)培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題能力、判斷能力和創(chuàng)新能力極為關(guān)鍵；需要工程認(rèn)證的專業(yè)的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程必須要達(dá)到30%以上。因此，還擬通過(guò)建立微電子專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，開設(shè)微電子和半導(dǎo)體測(cè)試實(shí)驗(yàn)課，在培養(yǎng)學(xué)生理論知識(shí)的同時(shí)，加強(qiáng)實(shí)踐能力的培養(yǎng)，培養(yǎng)既有較深理論基礎(chǔ)，又有一定動(dòng)手能力的全面發(fā)展的學(xué)生。在實(shí)踐型環(huán)節(jié)的課程設(shè)置中，通識(shí)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(jì)、電裝實(shí)習(xí)、電子電路課程設(shè)計(jì)等。在專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課中，設(shè)置了軟件設(shè)計(jì)、微電子課程設(shè)計(jì)等，尤其是微電子課程設(shè)計(jì)，將進(jìn)行較大的改革，要求改革后設(shè)計(jì)內(nèi)容都是與本專業(yè)緊密相關(guān)，全面運(yùn)用到所學(xué)的專業(yè)知識(shí)。

3.師資隊(duì)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(jì)方向的老師比較缺乏。還有，學(xué)生的個(gè)性不同，使學(xué)生在學(xué)習(xí)的興趣、主動(dòng)性等方面差異很大；隨著社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈和社會(huì)需求的不斷變化，又使學(xué)生的未來(lái)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(shí)。將學(xué)生的具體情況和社會(huì)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(shí)際和社會(huì)需求建立多樣化的課程體系，實(shí)施分類教學(xué)，在保證打好扎實(shí)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(huì)發(fā)展的方向性課程。建立既具有深厚扎實(shí)的理論知識(shí)功底，又具有精通實(shí)踐、有很強(qiáng)的動(dòng)手操作能力和解決生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題能力的教師隊(duì)伍迫在眉睫。近幾年，我學(xué)院在引進(jìn)高水平的師資力量方面進(jìn)行了不懈的努力，微電子專業(yè)教師的隊(duì)伍在不斷擴(kuò)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?fù)?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(gè)凝聚人心的事業(yè)平臺(tái)，學(xué)術(shù)梯隊(duì)。這就要加速建設(shè)學(xué)科帶頭人、重點(diǎn)骨干教師和優(yōu)秀青年教師4個(gè)層次的學(xué)術(shù)梯隊(duì)。通過(guò)培養(yǎng)和引進(jìn)，形成一批整體素質(zhì)高、學(xué)術(shù)實(shí)力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)合理、具有團(tuán)結(jié)協(xié)作精神的學(xué)術(shù)梯隊(duì)，使其在學(xué)科建設(shè)中發(fā)揮突出作用。鼓勵(lì)教師積極申報(bào)各類項(xiàng)目，積累一定的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)和操作經(jīng)驗(yàn)。鼓勵(lì)教師與公司、研究所合作，鼓勵(lì)教師到國(guó)內(nèi)外高校去做訪問(wèn)學(xué)者，積極參加國(guó)內(nèi)外舉辦的國(guó)際會(huì)議，從而了解專業(yè)的最新發(fā)展、前沿問(wèn)題，開闊眼界。

三、小結(jié)

總的來(lái)說(shuō)，微電子學(xué)是發(fā)展現(xiàn)代高新技術(shù)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化的重要基礎(chǔ)。培養(yǎng)方案是高等學(xué)校實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)、根據(jù)我校教育教學(xué)改革的實(shí)際，及時(shí)總結(jié)人才培養(yǎng)經(jīng)驗(yàn)，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(jì)劃”及“工程教育專業(yè)認(rèn)證”，進(jìn)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(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，以通信集成電路設(shè)計(jì)為主要方向，同時(shí)兼顧工藝設(shè)計(jì)與器件設(shè)計(jì)。相信通過(guò)培養(yǎng)方案、課程設(shè)置、師資等各方面的建設(shè)，一定會(huì)培養(yǎng)出高質(zhì)量的微電子學(xué)領(lǐng)域人才，為我國(guó)的微電子工業(yè)做出貢獻(xiàn)。

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篇7

在洗衣機(jī)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(cè)水量成為洗衣機(jī)工作中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。本文介紹一款洗衣機(jī)控制器的水位檢測(cè)電路，通過(guò)原理及參數(shù)選擇等方面的內(nèi)容講解，使大家對(duì)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(jī)控制器中，原先采用水位開關(guān)，通過(guò)開關(guān)信號(hào)來(lái)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(jī)及一些小容量的全自動(dòng)洗衣中，無(wú)法檢測(cè)水位頻率，只能讀取其中一個(gè)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(jī)設(shè)計(jì)一種趨勢(shì)。目前，在洗衣機(jī)設(shè)計(jì)中使用較多是諧振式水位傳感器，通過(guò)電控板上的邏輯電路來(lái)實(shí)現(xiàn)水位檢測(cè)的功能，該檢測(cè)電路可靠性、實(shí)用性較高，本文介紹的就是這方面的內(nèi)容。

1 電路設(shè)計(jì)

1.1 電路原理圖

水位檢測(cè)電路如圖1所示，該電路是將水位傳感器采集的水位信號(hào)轉(zhuǎn)化為洗衣機(jī)控制器MCU所需的信號(hào)。電路中采用4069反相器集成IC為核心元器件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。4069為反相器集成IC，內(nèi)部由六個(gè)反相器組成，如圖1。本電路利用其中三個(gè)反相器（a、b、c）進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(hào)輸出腳，輸出給洗衣機(jī)控制器MCU檢測(cè)端口。

1.2 電路工作原理

諧振式水位傳感器通過(guò)水壓氣管與洗衣機(jī)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(cè)電路形成三點(diǎn)自激振蕩電路，將電感信號(hào)的變化轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率信號(hào)，便于控制器MCU芯片的采集，從而檢測(cè)到桶內(nèi)水位的變化。為了使整個(gè)LC回路實(shí)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(gè)電阻R3。

在電路中，水位傳感器內(nèi)部作為一個(gè)π型選頻網(wǎng)，形成180度的相位差，并且信號(hào)經(jīng)過(guò)4069反相器也產(chǎn)生了180度的相位差，導(dǎo)致整個(gè)振蕩回路形成360度相位差，但在實(shí)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(gè)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(shí)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(gè)電阻分別串于反相器（a、b）的輸入輸端，通過(guò)調(diào)整電阻的參數(shù)來(lái)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(hào)，見圖3，而第三個(gè)反相器（c）針對(duì)這個(gè)波形進(jìn)行了最后的整形，使其輸出理想的方波信號(hào)，控制器主芯片通過(guò)采集這個(gè)方波頻率來(lái)判斷水位的高低。

2 元器件的選擇

為了提高水位檢測(cè)電路的可靠性，需對(duì)所用元器件進(jìn)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(jì)要求。

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

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(hào)，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(huì)導(dǎo)致輸入信號(hào)的幅值變小，抗干擾能力下降，容易導(dǎo)致電路無(wú)法正常工作。

電阻R4與電容C3對(duì)輸出的方波進(jìn)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(hào)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(hào)不失真。

3 工作中的波形

為確保輸出理想的信號(hào)，在電路中設(shè)置了3個(gè)測(cè)試點(diǎn)（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ），對(duì)信號(hào)處理的重要環(huán)節(jié)進(jìn)行波形測(cè)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(duì)傳感器輸出端a點(diǎn)波形進(jìn)行測(cè)量，如圖2。

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

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

4 結(jié)束語(yǔ)

水位檢測(cè)作為洗衣機(jī)工作的關(guān)鍵內(nèi)容，貫穿整個(gè)洗滌過(guò)程，直接影響消費(fèi)者所關(guān)心的洗凈度與用水量，因此水位電路設(shè)計(jì)的合理性、實(shí)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(shí)用性較強(qiáng)的電路將越來(lái)越多地使用在產(chǎn)品中。

參考文獻(xiàn)

[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(jì)基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

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

作者簡(jiǎn)介

顏東亮，男，江蘇省建湖縣人。現(xiàn)為無(wú)錫小天鵝股份有限公司飛翎電子工程師，主要從事洗衣機(jī)控制器設(shè)計(jì)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(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2012）03-0098-02

隨著數(shù)字電子技術(shù)、集成電路設(shè)計(jì)、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(yǔ)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(shí)也對(duì)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(lè)觀的是目前國(guó)內(nèi)多數(shù)著名高校該課程的教材多少年來(lái)隨著版本的更新，內(nèi)容變化并不大。可喜的是，近年來(lái)有個(gè)別教師對(duì)《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(shí)間用于學(xué)習(xí)掌握現(xiàn)代電子技術(shù)設(shè)計(jì)方法；也有教材將微型計(jì)算機(jī)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(gè)應(yīng)用實(shí)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(shí)也將微型計(jì)算機(jī)原理課程和數(shù)字電子技術(shù)課程有機(jī)地結(jié)合在一起，并可以減少學(xué)時(shí)數(shù)，方便課程安排。作者早在參考文獻(xiàn)[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(dòng)往往牽扯到教學(xué)計(jì)劃和幾門課程的改革等問(wèn)題，影響面比較大。因此，多年來(lái)各著名高校依然按兵不動(dòng)。本文在盡量不影響教學(xué)計(jì)劃的前提下，針對(duì)目前的多數(shù)教材內(nèi)容提出幾點(diǎn)建議。

一、數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展和課程重要性介紹

國(guó)內(nèi)外多數(shù)教材的開篇都是直入主題，對(duì)《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(diǎn)及學(xué)習(xí)方法等問(wèn)題很少介紹。這樣使得學(xué)生在剛開課時(shí)就接受大量新概念，畢竟數(shù)字電子技術(shù)是走進(jìn)數(shù)字時(shí)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(gè)典型應(yīng)用，往往使學(xué)生學(xué)到最后都會(huì)感覺(jué)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(huì)EDA軟件在現(xiàn)代電子技術(shù)設(shè)計(jì)中的作用，在課程學(xué)習(xí)過(guò)程中自發(fā)學(xué)習(xí)和利用EDA軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引起學(xué)生對(duì)課程的足夠重視，同時(shí)也給學(xué)生一個(gè)適應(yīng)過(guò)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(gè)行業(yè)及領(lǐng)域，推動(dòng)著世界步入數(shù)字化時(shí)代，進(jìn)入21世紀(jì)，數(shù)字電子技術(shù)將繼續(xù)促進(jìn)人類在各個(gè)領(lǐng)域的全面進(jìn)步。作為走向數(shù)字化時(shí)代的第一門課程，重要性不言而喻。另外，應(yīng)該強(qiáng)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。《數(shù)字電子技術(shù)》作為一個(gè)轉(zhuǎn)折性和走向數(shù)字化時(shí)代的基礎(chǔ)課程，也能鼓勵(lì)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(gè)新的學(xué)習(xí)起點(diǎn)，走向美好未來(lái)。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(duì)于以后想考研的學(xué)生提前告知也可以引起學(xué)生對(duì)該課程的高度重視。《數(shù)字電子技術(shù)》課程實(shí)踐性很強(qiáng)，要在教材中強(qiáng)調(diào)高度重視實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，介紹使用EDA軟件進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)和分析方法。鼓勵(lì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中遇到問(wèn)題時(shí)要有積極主動(dòng)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的心態(tài)，在不斷解決問(wèn)題的中提高自信和科研動(dòng)手能力。

二、理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的配合

目前多數(shù)教材不包含實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，而且EDA內(nèi)容介紹很少甚至沒(méi)有，實(shí)驗(yàn)與教學(xué)配合不是很緊密。如果教材中實(shí)驗(yàn)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(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并增加EDA仿真實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生一開始就學(xué)習(xí)和利用現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)銜接緊密，加深學(xué)生對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的理解，利用課外學(xué)時(shí)也解決了實(shí)驗(yàn)時(shí)間有限的問(wèn)題。同時(shí)，EDA仿真環(huán)境的開放性為設(shè)計(jì)性和探索性實(shí)驗(yàn)提供了實(shí)驗(yàn)環(huán)境，克服了實(shí)物實(shí)驗(yàn)中硬件損耗帶來(lái)的資金壓力和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)數(shù)量和開放時(shí)間的限制，對(duì)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(dòng)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(jìn)實(shí)驗(yàn)室熟悉硬件、搭接電路、調(diào)試電路等實(shí)驗(yàn)過(guò)程對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力具有重要意義。

三、增強(qiáng)實(shí)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(shí)際相結(jié)合。《數(shù)字電子技術(shù)》的重點(diǎn)是分析和設(shè)計(jì)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(huì)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(shí)例陳舊且不結(jié)合實(shí)際，參考文獻(xiàn)[1]中詳細(xì)說(shuō)明了存在的問(wèn)題，在此舉例說(shuō)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(hào)圖、功能表及應(yīng)用等，介紹的多數(shù)器件型號(hào)比較陳舊且應(yīng)用介紹與實(shí)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(hào)在實(shí)際中很少用到，應(yīng)該增加實(shí)際鍵盤掃描原理電路介紹和實(shí)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(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)、多路分配器等，而沒(méi)有介紹其最為重要的地址譯碼作用，如果介紹三態(tài)門時(shí)增加或增強(qiáng)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(shí)，在介紹數(shù)字電子技術(shù)相關(guān)內(nèi)容時(shí)，將其應(yīng)用延伸到微型計(jì)算機(jī)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(chǔ)器、時(shí)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(gè)計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)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(gè)部分時(shí)，學(xué)生也會(huì)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(shí)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(shí)例，導(dǎo)致再版或新出版教材都沒(méi)有慎重考慮也照搬前人的實(shí)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(wèn)題的設(shè)計(jì)實(shí)例。比如，串行序列檢測(cè)電路設(shè)計(jì)，在參考文獻(xiàn)[2]中作者已提出該問(wèn)題并引起了一些老師的重視，但多數(shù)教材問(wèn)題依然存在；還有同步JK觸發(fā)器，個(gè)別教材認(rèn)為在CP=J=K=1時(shí)，JK觸發(fā)器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次，有教師就針對(duì)該問(wèn)題發(fā)表了論文，認(rèn)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(shí)，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(jí)門電路延遲時(shí)間之和為時(shí)間間隔，不斷地翻轉(zhuǎn)，直到CP有效高電平結(jié)束為止。其實(shí)這些說(shuō)法都不正確，通過(guò)理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)可以證明，CP=J=K=1時(shí)，JK觸發(fā)器輸出為：，Qn=■n=1，0n和■n不再互補(bǔ)，而且當(dāng)CP變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，輸出不確定。這是因?yàn)橛|發(fā)器中構(gòu)成反饋的兩個(gè)門的輸入，在CP=J=K=1時(shí)，都為Qn，■n=0。這些問(wèn)題說(shuō)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(xì)推敲和思考。

五、增強(qiáng)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(wèn)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(shí)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(chǔ)器等需要保留，對(duì)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(biāo)，正確使用器件合理設(shè)計(jì)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(shí)序電路的分析和設(shè)計(jì)、中規(guī)模器件電路、脈沖產(chǎn)生與整形等要進(jìn)一步精簡(jiǎn)；擴(kuò)充可編程邏輯器件應(yīng)用，增強(qiáng)現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)方法的介紹和實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練非常必要，很多教材雖然增強(qiáng)了PLD內(nèi)容，但教學(xué)并沒(méi)跟上。本文在盡量不影響教學(xué)計(jì)劃的前提下，對(duì)目前的教材內(nèi)容提出幾點(diǎn)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(xiàn)：

[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(guó)電子教育學(xué)會(huì)會(huì)刊.2000.

[2]寧改娣，楊栓科.串行序列檢測(cè)同步時(shí)序電路設(shè)計(jì)探討[C].西安交通大學(xué)2003.8.全國(guó)高校電子經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)論文集。

篇9

【關(guān)鍵詞】數(shù)字電路課程；實(shí)踐平臺(tái)；工程設(shè)計(jì)；實(shí)驗(yàn)

1概述

在教學(xué)過(guò)程中，具備數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)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(shí)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(kuò)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(jì)中基礎(chǔ)性地位越來(lái)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(shí)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(shí)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(jì)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(jìn)的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的課程教學(xué)和實(shí)踐內(nèi)容。

工程實(shí)踐過(guò)程中，逐步從自底向上的設(shè)計(jì)方法逐步轉(zhuǎn)變到自頂向下的設(shè)計(jì)方法中來(lái)，以教師科研應(yīng)用來(lái)拓展，以全面培養(yǎng)優(yōu)秀數(shù)字設(shè)計(jì)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(shí)踐平臺(tái)

2.1多層次的數(shù)字電路創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)構(gòu)思。

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

多層次的數(shù)字電路創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)架構(gòu)如圖1所示。

2.2數(shù)字設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)原理與實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

數(shù)字電路基礎(chǔ)原理和實(shí)驗(yàn)教學(xué)是數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(guò)程，大類可分為時(shí)序邏輯電路和組合邏輯電路，其中時(shí)序邏輯電路主要包括：鎖存器、觸發(fā)器和計(jì)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(shí)序邏輯電路堅(jiān)實(shí)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(shí)驗(yàn)技能，不但要注重基本數(shù)字電路與系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論的理解，同時(shí)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(jìn)步數(shù)字電路新的設(shè)計(jì)理念[2][3]。

2.3面向應(yīng)用的數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)。

隨著電子設(shè)計(jì)自動(dòng)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(jì)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)模可編程器件進(jìn)行數(shù)字電路設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)際情況及EDA技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，適時(shí)進(jìn)行數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)。可以構(gòu)建虛擬數(shù)字實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，不但較好地模擬實(shí)物外觀外，還可以利用系統(tǒng)提供的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開展實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、仿真，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的邏輯驗(yàn)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(jì)。其主要特點(diǎn)是有很好的直觀性和具體性。

2.3.3基于硬件描述語(yǔ)言（HDL）的數(shù)學(xué)系統(tǒng)硬件描述。采用硬件描述語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)，基于EDA環(huán)境仿真和驗(yàn)證。可以結(jié)合上述（1）和（2）的優(yōu)點(diǎn)，采用硬件設(shè)計(jì)軟件化技術(shù)應(yīng)用于數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，通過(guò)綜合性實(shí)驗(yàn)的自行設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)規(guī)模、實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行了綜合創(chuàng)新設(shè)計(jì)[5]。

2.4結(jié)合科研項(xiàng)目的數(shù)字設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新平臺(tái)。

在高等院校，教師即承擔(dān)教學(xué)任務(wù)，同時(shí)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(tuán)隊(duì)，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(jì)，可以借助橫向或縱向科研項(xiàng)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)，形成數(shù)字電路、電路線路課程設(shè)計(jì)、可編程邏輯器件以及集成芯片系統(tǒng)設(shè)計(jì)，形成面向數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的課程體系[3]。同時(shí)，應(yīng)用高校與知名企業(yè)建立的校企合作平臺(tái)，把企業(yè)界的研究信息和研發(fā)需求引入到教學(xué)平臺(tái)，開拓了學(xué)生的研究思路和視野，提升了學(xué)生設(shè)計(jì)復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)的能力；目前，我校正在與國(guó)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(jì)劃，利用大學(xué)設(shè)置小學(xué)期，在FPGA和PSoC開發(fā)平臺(tái)上進(jìn)行了面向?qū)嶋H應(yīng)用的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在實(shí)踐平臺(tái)上不僅有學(xué)校的任課教師，還有知名企業(yè)派來(lái)的一線工程師指導(dǎo)同學(xué)們的實(shí)踐，相比改革前，取得很好的實(shí)踐效果，同學(xué)們的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平得到了提高，同時(shí)在編程、接口、通信協(xié)議等方面也有了深刻的認(rèn)識(shí)。

對(duì)于優(yōu)秀的學(xué)生，借助全國(guó)各種形式的大學(xué)生電子（信息）設(shè)計(jì)競(jìng)賽這個(gè)創(chuàng)新平臺(tái)，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(shí)，綜合所應(yīng)用的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)知識(shí)，發(fā)揮競(jìng)賽團(tuán)隊(duì)的協(xié)作精神。每年，我們都有部分優(yōu)秀學(xué)生通過(guò)努力，創(chuàng)新設(shè)計(jì)的作品獲得專業(yè)認(rèn)可，并取得了良好的參賽成績(jī)，也使得數(shù)字設(shè)計(jì)課程體系的建設(shè)上了一個(gè)新的臺(tái)階。

3基于創(chuàng)新平臺(tái)的課程體系優(yōu)化與實(shí)踐

卓越工程師培養(yǎng)要求的數(shù)字電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)綜合性設(shè)計(jì)同時(shí)得到協(xié)調(diào)發(fā)展。如何實(shí)踐論文所提到的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，應(yīng)該引進(jìn)現(xiàn)代數(shù)字設(shè)計(jì)理念，重點(diǎn)把EDA軟件、設(shè)計(jì)工具、開發(fā)平臺(tái)與傳統(tǒng)的數(shù)字電路基礎(chǔ)理論教學(xué)相銜接。我們?cè)谶@幾年對(duì)數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程體系、創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容等方面的進(jìn)行了改革與探索，取得了一定的成效。經(jīng)過(guò)這幾年的實(shí)踐，我們逐步構(gòu)建了面向應(yīng)用的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shí)踐

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

在進(jìn)行復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前應(yīng)該熟練掌握這些常用基本組合和時(shí)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(chǎng)合等。

樹立電路設(shè)計(jì)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(jì)思想需要理論講解與實(shí)踐相結(jié)合，逐步熟悉硬件描述語(yǔ)言的描述方式。數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)采用硬件描述語(yǔ)言來(lái)對(duì)電路與系統(tǒng)進(jìn)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(jì)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(jìn)一步掌握數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(yǔ)言、電路元件的描述、數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法、開發(fā)環(huán)境與實(shí)驗(yàn)開發(fā)平臺(tái)以及應(yīng)用實(shí)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(diǎn)內(nèi)容，并作為教學(xué)實(shí)踐中的教學(xué)切入點(diǎn)[1]。

隨著電子技術(shù)不斷發(fā)展與進(jìn)步，現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)在方法、對(duì)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(jì)[1][2]。現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用硬件描述語(yǔ)言（HDL）描述電路，用可編程邏輯器件（PLD）來(lái)實(shí)現(xiàn)高達(dá)千萬(wàn)門的目標(biāo)系統(tǒng)。這一過(guò)程需要也應(yīng)該有先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法。根據(jù)硬件描述語(yǔ)言的特性和可編程邏輯器件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及應(yīng)用的需要，在教學(xué)過(guò)程中闡述了先進(jìn)設(shè)計(jì)方法。例如：采用基于狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)復(fù)雜的控制器（時(shí)序電路），應(yīng)用或設(shè)計(jì)鎖相環(huán)或延時(shí)鎖相環(huán)來(lái)處理時(shí)鐘信號(hào)，應(yīng)用自行設(shè)計(jì)（IPcore）軟核來(lái)提高數(shù)據(jù)吞吐量[1][2][3]。

4.3深化數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革。

實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中，注重基礎(chǔ)訓(xùn)練與實(shí)踐創(chuàng)新相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革思路，加強(qiáng)學(xué)生工程思維訓(xùn)練、新平臺(tái)工具的使用、遇到邏輯問(wèn)題的綜合分析能力，理論與實(shí)踐相結(jié)合的分析能力。在實(shí)踐過(guò)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(tái)建設(shè)，需要不斷提高課程試驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐過(guò)程在教學(xué)中的比例，在符合認(rèn)知規(guī)律的同時(shí)，逐步加強(qiáng)來(lái)源與實(shí)際需要的綜合性數(shù)字設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。

5結(jié)語(yǔ)

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(duì)當(dāng)今卓越工程師培養(yǎng)的要求，以及在教學(xué)過(guò)程中遇到的主要問(wèn)題，探討了面向應(yīng)用的數(shù)字電路課程創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)。提出了多層次的數(shù)字電路創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)和面向應(yīng)用的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程優(yōu)化體系。目的在于，通過(guò)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(xiàn)

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

[2]任愛鋒，孫萬(wàn)蓉，石光明.EDA實(shí)驗(yàn)與數(shù)字電路相結(jié)合的教學(xué)模式的實(shí)踐，實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2009.4，200-202.

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篇10

摘 要：在研究可供計(jì)算機(jī)與電子類專業(yè)學(xué)生隨身攜帶的系列便攜式實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備的基礎(chǔ)上，探討一種新型的自主實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)板的設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)條件，營(yíng)造良好的學(xué)習(xí)與課外科技創(chuàng)新氛圍，并有效緩解實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、設(shè)備等資源不足的矛盾。

關(guān)鍵詞：自主實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式；計(jì)算機(jī)與電子類專業(yè)便攜式實(shí)驗(yàn)設(shè)備；案例開發(fā)；考核評(píng)價(jià)體系

作者簡(jiǎn)介：徐成，男，博導(dǎo)，教授，研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)。

1 研究背景

作為計(jì)算機(jī)與電子類專業(yè)教學(xué)體系的重要組成部分，實(shí)驗(yàn)教學(xué)在整個(gè)教學(xué)過(guò)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(shí)驗(yàn)教學(xué)[2]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外各高校高度重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不斷增加資金與師資力量的投入，推行實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，以提高教學(xué)質(zhì)量。國(guó)外高校的計(jì)算機(jī)與電子類專業(yè)已實(shí)行“開放式”實(shí)驗(yàn)教學(xué)：實(shí)驗(yàn)室的場(chǎng)地、時(shí)間及設(shè)備全面開放，提供充分的條件，培養(yǎng)學(xué)生的個(gè)性與素質(zhì)。而國(guó)內(nèi)各高校的計(jì)算機(jī)與電子類專業(yè)近年也在不同程度上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，“開放性”、“設(shè)計(jì)性”、“綜合性”等概念被引入，減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，增加設(shè)計(jì)綜合性實(shí)驗(yàn)的改革方式已被大家所公認(rèn)。

當(dāng)今計(jì)算機(jī)與電子技術(shù)的進(jìn)步在給各行各業(yè)帶來(lái)方便的同時(shí)也促進(jìn)了實(shí)踐教學(xué)的改革，其中集成電路的飛速發(fā)展使得實(shí)驗(yàn)設(shè)備的便攜化與普及化成為可能且形成趨勢(shì)。而傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)已不能滿足時(shí)代的要求，如何進(jìn)行改革，加強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力，成為教師共同探討的話題[3]。基于上述原因，我們從實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備的研制到實(shí)驗(yàn)案例開發(fā)，以及教材編寫直至實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式進(jìn)行了全面改革，研究并探索出一種適合計(jì)算機(jī)與電子類專業(yè)的自主實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。

2 自主實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式理念

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

該模式通過(guò)研制供計(jì)算機(jī)與電子類專業(yè)學(xué)生可隨身攜帶的系列便攜式實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的低成本、便攜化和普及化，滿足學(xué)生人手一臺(tái)，將該專業(yè)學(xué)生系列硬件實(shí)驗(yàn)的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)延伸到學(xué)生宿舍等實(shí)驗(yàn)室之外的普通場(chǎng)所，改觀了資源短缺的矛盾，為學(xué)生提供充足的實(shí)驗(yàn)條件，并使各層次學(xué)生在課余時(shí)間不受地點(diǎn)限制，充分利用實(shí)驗(yàn)設(shè)備，自主思考，主動(dòng)參與，營(yíng)造好的學(xué)習(xí)與課外科技創(chuàng)新氛圍，以獲取較好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。該模式以案例開發(fā)為驅(qū)動(dòng)，精編涵蓋認(rèn)知型、設(shè)計(jì)型和綜合型實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)教材，并以學(xué)生為主體，鼓勵(lì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上進(jìn)行自主創(chuàng)新，而不局限于實(shí)驗(yàn)教材。該模式以教師為主導(dǎo)，集中管理，建立合理的評(píng)價(jià)體系，避免傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中過(guò)分關(guān)注實(shí)驗(yàn)報(bào)告和出勤率而造成學(xué)生不注重實(shí)驗(yàn)過(guò)程的單一考核方式，注重實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)生的自主性、知識(shí)運(yùn)用能力與探索思考能力，并從知識(shí)、能力和素質(zhì)三方面對(duì)學(xué)生進(jìn)行全面考核評(píng)價(jià)。

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

3 自主實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式研究?jī)?nèi)容

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

3.1 自制便攜式實(shí)驗(yàn)設(shè)備

目前，計(jì)算機(jī)與電子類專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在一些問(wèn)題與不足，內(nèi)容如下。

1) 實(shí)驗(yàn)設(shè)備成本高，限于資金問(wèn)題，只能滿足多個(gè)學(xué)生共用一實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并且只能在指定時(shí)間到指定實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)開放與自主實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

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

3) 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)所用技術(shù)相對(duì)落后，需要多種附加配件，缺乏便攜性，使學(xué)生實(shí)驗(yàn)的時(shí)間、地點(diǎn)和相關(guān)環(huán)境受到了限制。

基于以上問(wèn)題，開發(fā)設(shè)計(jì)系列硬件類便攜式實(shí)驗(yàn)設(shè)備，是加快教學(xué)改革步伐的關(guān)鍵。在自主實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的理念下，通過(guò)研究相關(guān)新技術(shù)，我們完成了研制便攜式實(shí)驗(yàn)設(shè)備的方案設(shè)計(jì)與論證，并對(duì)其具體實(shí)施及完善。預(yù)計(jì)自制的系列硬件類實(shí)驗(yàn)設(shè)備有便攜式EDA實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、便攜式單片機(jī)開發(fā)板、便攜式ARM開發(fā)板等，使主要硬件實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)便攜化和普及化，為自主實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供硬件環(huán)境，推進(jìn)自主實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的研究與探索。

目前，我們已研制出便攜式EDA實(shí)驗(yàn)平臺(tái)并投入實(shí)驗(yàn)教學(xué)。該平臺(tái)可用于數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)、數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、USB串并通信實(shí)驗(yàn)、基于IP核的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)、CPU設(shè)計(jì)等實(shí)驗(yàn)課程。其資源布局和實(shí)物圖分別如圖1和圖2所示。該平臺(tái)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(shí)俱進(jìn)的科技活力，方便筆記本電腦用戶隨時(shí)隨地使用；平臺(tái)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(tái)操作簡(jiǎn)單、實(shí)用，成本低，可滿足學(xué)生人手一臺(tái)的需求，打破了傳統(tǒng)EDA實(shí)驗(yàn)箱體積大，成本高，需購(gòu)買配套電源線、下載線及通信轉(zhuǎn)接卡，無(wú)法滿足學(xué)生人手一臺(tái)的格局，為學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)字邏輯、計(jì)算機(jī)組成原理、集成電路設(shè)計(jì)等系列硬件類課程提供了充分的實(shí)驗(yàn)條件，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革增添了新的篇章。

圖1 便攜式EDA實(shí)驗(yàn)平臺(tái)資源布局圖 圖2 便攜式EDA實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)物圖

3.2 計(jì)算機(jī)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(guó)內(nèi)不同高校計(jì)算機(jī)與電子類專業(yè)硬件實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系及內(nèi)容各不相同。有的將實(shí)驗(yàn)貫穿于理論課程中；有的為主干課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單列實(shí)驗(yàn)課；還有的是將基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與理論課程同步開設(shè)，另增設(shè)側(cè)重于設(shè)計(jì)型、綜合型、研究與探索型實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的綜合與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課程[4]。隨著教學(xué)改革的推進(jìn)，以“加強(qiáng)基礎(chǔ)訓(xùn)練、注重能力培養(yǎng)、強(qiáng)調(diào)素質(zhì)提高、突出創(chuàng)新意識(shí)”為基準(zhǔn)和原則[5]，從滿足社會(huì)的需要，培養(yǎng)具備足夠動(dòng)手實(shí)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)的技術(shù)特點(diǎn)，綜合考慮該專業(yè)硬件類課程間的銜接等問(wèn)題，重新構(gòu)建了“理論教學(xué)的‘精講多練’(基礎(chǔ))實(shí)驗(yàn)教學(xué)的‘做中學(xué)’(提高)創(chuàng)新工程設(shè)計(jì)訓(xùn)練(綜合運(yùn)用)”這種適合計(jì)算機(jī)與電子類專業(yè)硬件類課程教學(xué)的三級(jí)實(shí)驗(yàn)體系。

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

要實(shí)現(xiàn)自主實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式這一目標(biāo)，不僅要實(shí)現(xiàn)教育理念的轉(zhuǎn)變，還要將最新的計(jì)算機(jī)知識(shí)帶到課程體系中[6]。該專業(yè)的硬件類實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涉及數(shù)字邏輯、計(jì)算機(jī)組成原理、集成電路設(shè)計(jì)、單片機(jī)、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(shí)驗(yàn)平臺(tái)。其中數(shù)字邏輯、計(jì)算機(jī)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(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)，所有課程學(xué)完后有一綜合設(shè)計(jì)訓(xùn)練，可綜合運(yùn)用所有硬件知識(shí)。

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(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)、提高與創(chuàng)新的教學(xué)目標(biāo)，使實(shí)踐教學(xué)遞進(jìn)化推進(jìn)，培養(yǎng)的學(xué)生能滿足社會(huì)需求。

3.3 針對(duì)自制便攜式設(shè)備的案例開發(fā)

開發(fā)高品質(zhì)的實(shí)驗(yàn)案例是實(shí)驗(yàn)教學(xué)有效開展的基礎(chǔ)，一個(gè)設(shè)計(jì)型、綜合型和研究型實(shí)驗(yàn)案例的開發(fā)具備兩個(gè)要素：可操作性和創(chuàng)新性。基于此，我們?cè)谧灾票銛y式實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，結(jié)合專業(yè)課程的特點(diǎn)，從設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)出發(fā)，組織學(xué)生參與開發(fā)適用于計(jì)算機(jī)與電子類專業(yè)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)。

目前，我們已組織了部分具有創(chuàng)新精神的學(xué)生，對(duì)正處于試驗(yàn)階段的便攜式EDA實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行案例開發(fā)。同時(shí)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(jì)、優(yōu)秀大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目、學(xué)科競(jìng)賽作品轉(zhuǎn)化為案例，鼓勵(lì)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(guó)嵌入式系統(tǒng)競(jìng)賽一等獎(jiǎng)的作品“互動(dòng)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(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)的組織開展

自主實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)的內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)教材的編寫、實(shí)驗(yàn)過(guò)程、實(shí)驗(yàn)答疑及實(shí)驗(yàn)考核，并可延伸至創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目與學(xué)科競(jìng)賽等活動(dòng)。教師組織學(xué)生以所開發(fā)的實(shí)驗(yàn)案例為題材，編寫涵蓋認(rèn)知型、設(shè)計(jì)型和綜合型實(shí)驗(yàn)的適合計(jì)算機(jī)與電子類專業(yè)的硬件實(shí)驗(yàn)教材，以提高實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的綜合性、應(yīng)用性和探索性。實(shí)驗(yàn)的開展過(guò)程中，學(xué)生人手一臺(tái)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、時(shí)間及空間可由其“自主”安排，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)、隨地實(shí)驗(yàn)，教師則組織集中答疑，及時(shí)幫助學(xué)生解除疑惑，了解學(xué)生的實(shí)驗(yàn)自主性與思考問(wèn)題的過(guò)程。學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)后，撰寫相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，提交并參與實(shí)驗(yàn)檢查、考核或答問(wèn)，最后教師通過(guò)實(shí)驗(yàn)答疑環(huán)節(jié)中學(xué)生的表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告及考核問(wèn)答過(guò)程，對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

在便攜式實(shí)驗(yàn)設(shè)備基礎(chǔ)上，我們進(jìn)行的一系列自主實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)，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(shí)驗(yàn)環(huán)境下如何引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新性項(xiàng)目的開展，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維與實(shí)踐能力的新教學(xué)理念。同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的擴(kuò)展，即通過(guò)自主實(shí)驗(yàn)教學(xué)來(lái)引導(dǎo)部分優(yōu)秀學(xué)生參加創(chuàng)新項(xiàng)目訓(xùn)練及學(xué)科競(jìng)賽，激發(fā)學(xué)生的潛能，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，提高綜合素質(zhì)。

3.5 自主實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式下的考核評(píng)價(jià)體系

考核評(píng)價(jià)體系是自主實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要研究部分，前面做得再好，落實(shí)不到位，只能讓少數(shù)學(xué)生受益而不能達(dá)到預(yù)期效果。引導(dǎo)、鼓勵(lì)能對(duì)想學(xué)的自覺(jué)學(xué)生發(fā)揮作用，但很多學(xué)生仍缺乏主動(dòng)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(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)各環(huán)節(jié)，如何監(jiān)督到位、檢查到位是一個(gè)重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容，工作開展如下。

1) 在自主實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式下，對(duì)學(xué)生日常實(shí)驗(yàn)活動(dòng)開展調(diào)查，分析在實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)開展過(guò)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(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行討論，參考計(jì)算機(jī)與電子類專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱，探討在學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)、教師集中管理的新模式下如何制定實(shí)驗(yàn)考核評(píng)價(jià)方案。

2) 通過(guò)針對(duì)性較強(qiáng)的教學(xué)案例的引導(dǎo)和自主實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)的開展，從實(shí)驗(yàn)開展、答疑及考核問(wèn)答等各個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)對(duì)學(xué)生的自主性和將知識(shí)運(yùn)用于實(shí)踐的能力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，避免傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)以實(shí)驗(yàn)報(bào)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(shí)際問(wèn)題的能力。

3) 研制一個(gè)人人過(guò)關(guān)的硬件語(yǔ)言應(yīng)用的考核系統(tǒng)，為研究并建立自主實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式下的綜合考核評(píng)價(jià)體系增添砝碼。

針對(duì)自主實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式建立合理的評(píng)價(jià)體系，注重實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)生是否正確運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)及學(xué)生的探索思考能力，我們從知識(shí)、能力和素質(zhì)三個(gè)方面對(duì)學(xué)生的自主實(shí)驗(yàn)進(jìn)行全面的考核評(píng)價(jià)，盡可能以科學(xué)合理的考核評(píng)價(jià)體系考核學(xué)生的自主實(shí)驗(yàn)，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(jì)算機(jī)與電子類專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與創(chuàng)新取得了佳績(jī)：實(shí)驗(yàn)載體“便攜式通用數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)與EDA綜合實(shí)驗(yàn)板”申請(qǐng)了國(guó)家專利，硬件課程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2009年成為國(guó)家精品課程；硬件實(shí)驗(yàn)室“湖南大學(xué)信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)室”2006年獲湖南省普通高校實(shí)踐教學(xué)示范實(shí)驗(yàn)室建設(shè)資格，2009通過(guò)合格驗(yàn)收并得到評(píng)估專家的一致好評(píng)。

實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)外，創(chuàng)新訓(xùn)練、學(xué)科競(jìng)賽、畢業(yè)論文等環(huán)節(jié)的作用亦不可忽略。該自主實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式將傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)延伸到實(shí)驗(yàn)室之外的普通場(chǎng)所，改善了學(xué)習(xí)條件和氛圍，促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革、創(chuàng)新訓(xùn)練及學(xué)科競(jìng)賽活動(dòng)的開展，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維與實(shí)踐能力，將推廣應(yīng)用于我院的計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、通信工程、電子及人工智能等其他一級(jí)學(xué)科的專業(yè)。

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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)