數字集成電路設計基礎范文

導語：如何才能寫好一篇數字集成電路設計基礎，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關鍵詞 集成電路設計 教學方法 教學探索

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

1958年，美國德州儀器公司的基爾比發明了第一塊集成電路，隨著半導體工藝和集成電路設計技術的發展，集成電路的規?？梢赃_上億個晶體管。集成電路具有速度快、體積小、重量輕等優點，廣泛應用于汽車、醫療設備、手機和其他消費電子，其2012年集成電路設計市場應用結構如圖1所示。

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

近年來，半導體集成電路產業在國家政策支持下發展迅速，因此對集成電路設計人才的需求劇增。為了滿足社會日益發展的需要，國家在高校內大力推廣集成電路設計相關的課程，并且取得了較好的效果，使人才缺口減小，但是還是不能滿足國內對集成電路設計人才實際數量的需求。為了更好地加快集成電路設計人才的的培養，本文針對《數字集成電路原理》教學中存在的問題，并且根據教學的現狀，探索出集成電路設計的教學改革。

一、數字集成電路設計原理教學中的現狀

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

二、數字集成電路設計原理教學改善的方法

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

（2）通過PDCA戴明環的方式改善了集成電路設計的產品可用度不高的問題。在集成電路設計過程中，通過跟蹤課內外學生設計中反應的問題，對項目難易度的進行調整，提高學生計劃、分析、協作等多方面的能力。結合新的技術或者領域，對項目進行適當的調整。通過PDCA戴明環的方式來持續改進教學內容和方法，使其滿足社會對數字集成電路設計人才的需求。PDCA戴明環如圖2所示。

（3）開展校企合作的方式，進一步提高教學質量和學生的綜合素質，促進企業和學校的共同發展。這種方式實現了學校與企業的優勢互補，資源共享，培養出更加適合社會所需要的集成電路設計人才，也能夠讓學校和企業形成無縫對接。

三、小結

隨著大規模集成電路設計的發展，更多的設計工具和設計方法出現，因此，使用最新的設計工具，合理設置《數字集成電路設計原理》的教學內容，可以提高學生的設計能力和培養學生的創新能力。通過對《數字集成電路設計原理》課程教學的探索，改變了以教師為中心的傳統采理論課教學方式，充分發揮了學生的能動性和協作能力，使學生理論與實踐都能夠滿足集成電路設計人才的要求。

參考文獻：

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

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

篇2

關鍵詞：工程需求；集成電路設計；實踐；驗證

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

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

一、理論教育環節

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

二、實踐教育環節

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

圖1 大型數字集成電路設計的典型流程

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

實踐教育環節大致分為前端設計階段、后端設計階段、測試階段。

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

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

篇3

【關鍵詞】數字集成電路；設計方法；同步數字系統

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

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

1數字電路流程設計

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

2同步數字系統設計

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

2.1同步電路的優越性

之所以被稱之為同步系統就是因為觸發器的狀態是有統一始終控制的。各個存儲狀態的改變都是在時鐘的控制之下完成的。所以同步系統具有著多種好處。①同步電路保證各個存儲單元都有著相同的初始態，并且只有在時鐘沿到來之時，存儲單元的狀態才會發生轉變，這樣很大程度上就使得電路較為穩定，能夠避免溫度等對電路的影響。②能夠很容易實現流水線，對于提高芯片的效率等方面具有較大的好處。

2.2觸發器

觸發器是同步電路的基本單元，尤其指的是D觸發器。對于觸發器而言，最重要的特點就是只有當時鐘沿到來的時候，觸發器才會將存儲狀態轉變，也就是將數據端的數據保存起來。當時鐘沿不到達時，觸發器不會采取動作，這樣就是同步電路較為穩定的原因之一。觸發器在組成時，可以采用MOS管進行搭建，也可以采用簡單的邏輯器件進行構建。

2.3RTL級描述

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

2.4利用DesignCompiler綜合優化

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

2.5利用SOCEncounter布局布線

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

3小結

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

參考文獻

[1]孔德立.數字集成電路設計方法的研究[D].西安電子科技大學，2012.

[2]陳明亮.數字集成電路自動測試硬件技術研究[D].電子科技大學，2010.

篇4

1（略）1.1.1（略）

1.1.2嵌入式系統軟件、固件，驅動開發精通匯編編程，熟悉計算機原理與體系結構及數字集成電路設計（ARM或MIPS，DSP）；掌握Linux設備驅動程序開發的方法．

1.2專業課程體系劃分將專業課程體系劃分為3個層次．

1.2.1專業基礎課主要是從事本專業必須的基本理論知識，為以后不同專業方向的學習、知識面擴展以及個性發展打下良好的基礎．設置了電路、模擬電子技術、數字電子技術、信號與系統、固體物理和半導體物理、高頻電子線路、計算機程序設計基礎等課程．

1.2.2工具類課程主要是為在集成電路領域和嵌入系統應用中從事設計、制造、應用和開發等工作者提供必要的開發工具．在集成電路方向設置了硬件描述語言、電子設計自動化、單片機原理及應用等課程，在嵌入系統方向設置了嵌入式操作系統、SOPC設計原理、單片機原理及應用等課程，對培養學生創造思維和創新精神，提高實踐動手能力起到積極的推動作用．

1.2.3專業課是學生以后從事的專業方向，主要根據集成電路產業和嵌入式系統發展現狀和社會需求，在集成電路方向設置了模擬集成電路設計、數字集成電路設計、集成電路測試與封裝、集成電路綜合開發技術等課程，在嵌入系統方向設置了嵌入式系統接口設計、HDL模型功能驗證基礎、嵌入式系統綜合開發技術等課程．

2搭建寬口徑高實效實踐教學平臺

為突出模塊化集成教學思想和分層次漸進式自主實踐理念，層層提升，層層深化，構建多元化教學環境．從基礎性實驗、基礎工程實踐訓練開始，經專業性和綜合性延伸，直至創新性研究，形成新的實踐教學平臺（圖略）．該平臺由基礎實驗平臺、基礎工程實踐平臺、專業工程實踐平臺、綜合工程實踐平臺構成．

2.1基礎實驗平臺將電路實驗、數字電子和模擬電子實驗構建成基礎實驗平臺，在第3，4學期進行，在充分考慮電子、電路等理論課程特點的基礎上，在實驗內容上自成體系，突出理論與實驗結合、驗證性實驗與設計性實驗結合、虛擬實驗與操作實驗結合的教學方法進行實驗教學．

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

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

2.4綜合實踐平臺綜合實踐平臺屬于教師與學生共用的科研創新平臺，是開放式實驗、實踐基地．配備幾乎所有其它實踐基地的儀器設備，使實踐內容相互補充，實現了從淺入深、從通到專、從點到面、從傳統到現代、從一般到特殊、從基礎到專業的漸近式學習過程．滿足了畢業設計、科技活動、科技創新、電子設計大賽的需要，實現了專業課實驗集中化、系統化、設計化、綜合化和全面化的要求，最大限度地利用工程實踐設備，利用率接近100%．

3通過電子競賽促進學生科技創新能力的培養

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

篇5

關鍵詞：IP技術 模擬集成電路 流程

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

1 模擬集成電路設計的意義

當前以信息技術為代表的高新技術突飛猛進。以信息產業發展水平為主要特征的綜合國力競爭日趨激烈，集成電路（IC，Integrated circuit）作為當今信息時代的核心技術產品，其在國民經濟建設、國防建設以及人類日常生活的重要性已經不言

而喻。

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

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

（2）數字通信：由于不同系統產生的二進制數據往往要傳輸很長的距離。一個高速的二進制數據流在通過一個很長的電纜后，信號會衰減和失真，為了改善通信質量，系統可以輸入多電平信號，而不是二進制信號?，F代通信系統中廣泛采用多電平信號，這樣，在發射器中需要數一模轉換器（DAC）把組合的二進制數據轉換為多電平信號，而在接收器中需要使用模一數轉換器（ADC）以確定所傳輸的電平。

（3）磁盤驅動電子學計算機硬盤中的數據采用磁性原理以二進制形式存儲。然而，當數據被磁頭讀取并轉換為電信號時，為了進一步的處理，信號需要被放大、濾波和數字化。

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

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

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

設計。

2 模擬集成電路設計流程概念

在集成電路工藝發展和市場需求的推動下，系統芯片SOC和IP技術越來越成為IC業界廣泛關注的焦點。隨著集成技術的不斷發展和集成度的迅速提高，集成電路芯片的設計工作越來越復雜，因而急需在設計方法和設計工具這兩方面有一個大的變革，這就是人們經常談論的設計革命。各種計算機輔助工具及設計方法學的誕生正是為了適應這樣的要求。

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

設計。

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

3 模擬集成電路設計流程

3.1 模擬集成電路設計系統環境

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

（1）模擬集成電路設計EDA工具種類及其舉例

設計資料庫―Cadence Design Framework11

電路編輯軟件―Text editor/Schematic editor

電路模擬軟件―Spectre，HSPICE，Nanosim

版圖編輯軟件―Cadence virtuoso，Laker

物理驗證軟件―Diva，Dracula，Calibre，Hercules

（2）系統環境

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

3.2 模擬集成電路設計流程概述

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

模擬集成電路設計包括若干個階段，設計模擬集成電路一般的過程。

（l）系統規格定義；（2）電路設計；（3）電路模擬；（4）版圖實現；（5）物理驗證；（6）參數提取后仿真；（7）可靠性分析；（8）芯片制造；（9）測試。

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

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

3.3 模擬集成電路設計流程分述

（1）系統規格定義

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

（2）電路設計

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

（3）電路模擬

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

（4）版圖實現

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

（5）物理驗證

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

參考文獻

篇6

關鍵詞：本科教育；微電子；課程體系；結構優化

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

一、引言

微電子技術是隨著集成電路，尤其是超大型規模集成電路而發展起來的一門新的技術。微電子技術包括系統電路設計、器件物理、工藝技術、材料制備、自動測試以及封裝、組裝等一系列專門的技術，是高科技和信息產業的核心技術。微電子產業是基礎性產業，對國民經濟有著巨大貢獻，并滲透到其他很多學科，是發展現代高新技術和國民經濟現代化的重要基礎。作為電子通信類高校，南京郵電大學建校近50年來，正朝著信息科技類大學進軍。隨著電子、通信和信息等產業的飛速發展，國內外都需要大量的微電子學人才，我校成立微電子學專業，旨在為我國的ASIC設計方面，培養急需的人才[1-6]。我國“十五”計劃綱要明確提出大力發展半導體集成電路產業，為了滿足社會的發展和需求，我校微電子專業成立于2001年，并于2007年招收第一批本科生。在學校各級領導的重視和關心下，專業建設取得了飛速發展。本科人才培養方案是各專業人才培養目標、培養規格以及培養過程和方式的總體設計，是學校組織本科教學、規范教學環節、實現人才培養目標的綱領性文件，對人才培養質量具有決定性的影響。當今的高校教育不僅需要培養大量理論基礎較扎實、具有開拓創新精神的專業型人才，也更需要培養大量工程應用型人才。所謂“應用型人才”主要是指德、智、體、美等方面全面發展的，能夠將專業知識和技能應用于所從事的專業社會實踐的高級專門人才。“應用型人才培養模式是以能力為中心，以培養技術應用型專門人才為目標的”。它更加注重的是實踐性、應用性和技術性。即基礎知識比高職高專學生深厚、實踐能力比傳統本科生強，是本科應用型人才最本質的特征。本科應用型人才培養模式是根據社會、經濟和科技發展的需要，在一定的教育思想指導下，人才培養目標、制度、過程等要素特定的多樣化組合方式。

二、深化完善本科教學體系改革的措施探討

人才培養方案制（修）訂工作對于學校實現人才培養目標、進一步深化完善本科教學體系改革具有重要意義，人才培養方案制（修）訂需要全面貫徹國家中長期教育改革和發展規劃綱要，認真落實教育部關于全面提高高等教育質量的若干意見等文件要求，不斷適應國家和社會發展需要，進一步深化教育教學改革，優化人才培養過程，提高人才培養質量，促進學生全面發展。具體的改革措施探討如下。

1.進一步明確本專業的特點和優勢。培養方案是高等學校實現人才培養目標、開展人才培養工作的總體設計和實施方案，為全面貫徹教育部關于全面提高高等教育質量的若干意見，以執行最新頒布的普通高等學校本科專業設置管理規定為契機，推動我校新一輪專業建設和教學改革，以不斷適應知識經濟、科技、社會發展對各類高素質創新人才的需要，根據我校教育教學改革的實際，及時總結人才培養經驗，以“本科教學工程”建設工作為抓手，積極參與教育部“卓越工程師教育培養計劃”及“工程教育專業認證”，進一步更新教育觀念，深化教育教學改革，提高本科教育質量，構建和完善適合我校辦學指導思想、具有我校辦學特色的本科創新人才培養體系，根據新《目錄》規定的各專業培養目標、培養要求、主干學科、核心課程、主要實踐性教學環節、主要專業實驗，緊密結合近年“本科教學工程”改革實踐，開展本科專業培養方案的修訂。本專業培養適應社會發展需要，道德文化素養高，社會責任感強，身心健康，掌握扎實的自然科學基礎知識和必備的專業知識，具有良好的學習能力、實踐能力、專業能力和創新意識，能在微電子器件、工藝和集成電路設計及相關的電子信息科學領域從事科學研究、產品研發、工程設計、技術管理等工作的專門技術人才。主要專業方向為微電子器件、工藝和集成電路設計。注重集成電路設計、集成電路版圖設計、微電子器件設計和MEMS設計。

2.課程設置進一步優化。課程的設置是否合理對人才的培養起到了至關重要的作用，尤其是現今提出的對專業人才的更高要求，需要進一步優化課程體系，合理安排課程內容。首先，在課程設置方面，當前，南郵本科微電子專業經過幾年的發展，取得了不少成績。但世界范圍內微電子產業飛速發展的特點決定了高校微電子學科的教學必須緊緊跟隨產業發展的步伐。我們在看到以前所取得的成績的同時也必須看到其中所存在的一些問題，并積極進行改革創新。我校的微電子專業在設立初期，經過各方專家的反復討論和論證，建立了一套統一的專業課程和教學大綱。這套課程滿足該專業最基本的專業要求。但由于微電子專業設立時間不長，仍屬于起步階段，由于硬件條件和師資力量的缺乏和不到位，無法設立多樣的課程體系和科目，所以目前的教學仍然是基本上按統一的教學大綱和教學要求組織。隨著學校辦學規模的擴大，通達微電子學院的設立，選修微電子專業課程的學生人數不斷增加，原有的教學課程體系和科目還需要進一步細化、深化、推廣。為此，在課程設置上，我們必須對已經投入使用的培養方案進行分析和總結、不斷地進行修訂和完善，將整個學科的課程結構體系、到具體到每一門課程的知識體系，都進行優化設計，以期在最短的學時內使學生掌握牢固的知識。最終使學生獲得以下幾方面的能力：掌握扎實的數學、物理等方面的基本理論和基本知識；系統掌握量子與固體物理、半導體物理與器件物理、半導體集成電路設計和制造的基本知識，具有獨立進行微電子器件、工藝和集成電路設計的基本能力；了解電子信息類專業的一般原理和知識，受到科學實驗與科學思維的訓練，具有本學科與跨學科的科學研究與技術開發的基本能力；在綜合類實踐、實驗中具有較強的獨立設計、分析和調試系統的能力，能夠完成綜合性和探索性工作的能力；養成良好的學習習慣，對終身學習有正確認識，具有不斷學習和適應發展的能力；其次，對于理論課程的內容，針對南京郵電大學的學科特點和電子科學與工程學院的實際情況，以及本專業的特色建設，主要專業方向為微電子器件、工藝和集成電路設計。注重集成電路設計、集成電路版圖設計、微電子器件設計和MEMS設計。以能力培養為基礎來設計，并考慮學生畢業后從事的職業，根據工作的要求對教學中的課程進行專項的能力和綜合能力培養。在通識教育類課程中設置了高等數學、大學物理、物理實驗、程序設計等。專業教育類課程中設置了信號與系統、數字電路與邏輯設計、模擬電子技術及電工電子實驗等。這些是所有涉及到電類專業的學生都必須學習的課程。在微電子專業的專業課中安排了固體物理、半導體物理、半導體集成電路工藝、半導體器件物理、通信原理，這些課程都是基礎理論課程，是為微電子專業的學生打下基本的專業基礎?？紤]到工程認證的需要，在集成電路與CAD的課程設置上，專門增加了16小時的實驗，加強學生的實驗和操作技能。在集成電路分析與設計的課程設置中，專門將模擬和數字分開，設置了各48小時的模擬集成電路分析與設計、數字集成電路分析與設計，這不同于其他院校的課程設置，應該也算是我專業的一個特色和優勢。使學生掌握初步的集成電路設計知識，加強了學生的集成電路分析和設計的能力。除了已經設置的32小時的VLSI設計實驗課和32小時的微電子專業實驗，還增加了32小時的工藝實驗，這也大大加強了實驗和上機比例。具體來講，已經在建設的ASIC設計實驗室的基礎上開展了ASIC設計實驗課程的教學，并籌備建立了微電子專業實驗室，擁有了一批工作站、計算機等硬件資源和ISE、MAXPlus II、Synopsys Cadence等軟件資源、學會一到兩種EDA工具的使用方法。建設微電子器件和半導體物理專業實驗課程，在廣泛調研的基礎上購置了必要的儀器設備、編寫了實驗教程、開展了半導體材料實驗和晶體管測試實驗；基于以上措施，建立一整套完備的、覆蓋微電子產業前端和后端工序的微電子實驗課程體系。開展了器件和工藝設計實驗。掌握一定微電子實驗能力是微電子專業本科生應當具備的基本素質。在微電子專業的專業選修課中設置了VLSI版圖設計基礎、片上系統設計、微電子器件設計、MEMS與微系統設計、新型微電子器件、通信集成電路等多門課程，涵蓋了微電子方向的器件設計、電路設計、工藝設計等各個方面。更好地體現了應用型人才的培養方向和目標。再者，實踐課程的內容上，由于微電子專業是一個實踐性較強、實踐內容多的專業，從集成電路的生成流程來看，其實踐內容包括系統和電路設計、器件設計、工藝設計、版圖設計、實際流片和測試。實踐課程的設置對培養學生解決問題能力、判斷能力和創新能力極為關鍵；需要工程認證的專業的實驗實踐課程必須要達到30%以上。因此，還擬通過建立微電子專業實驗室，開設微電子和半導體測試實驗課，在培養學生理論知識的同時，加強實踐能力的培養，培養既有較深理論基礎，又有一定動手能力的全面發展的學生。在實踐型環節的課程設置中，通識基礎課和學科基礎課中安排了電類學科所必須的程序設計、電裝實習、電子電路課程設計等。在專業基礎課和專業課中，設置了軟件設計、微電子課程設計等，尤其是微電子課程設計，將進行較大的改革，要求改革后設計內容都是與本專業緊密相關，全面運用到所學的專業知識。

3.師資隊伍的建設。本專業現在擁有專業教師14名，完全滿足本科的專業教學需要，但從事集成電路設計方向的老師比較缺乏。還有，學生的個性不同，使學生在學習的興趣、主動性等方面差異很大；隨著社會競爭的日益激烈和社會需求的不斷變化，又使學生的未來發展面臨很大挑戰，學生的需求隨之呈現多樣化。因此，多元化的培養規格應當成為共識。將學生的具體情況和社會需求相結合，這就要求我們必須打破現有的統一模式，根據學生的實際和社會需求建立多樣化的課程體系，實施分類教學，在保證打好扎實的專業基礎的前提下，設立盡可能多的適應當今社會發展的方向性課程。建立既具有深厚扎實的理論知識功底，又具有精通實踐、有很強的動手操作能力和解決生產實際問題能力的教師隊伍迫在眉睫。近幾年，我學院在引進高水平的師資力量方面進行了不懈的努力，微電子專業教師的隊伍在不斷擴大，教師的專業方向也在不斷豐富，能夠勝任并有選擇性地擔任各主要方向的專業課教學。但仍然缺乏學科帶頭人，缺乏一個凝聚人心的事業平臺，學術梯隊。這就要加速建設學科帶頭人、重點骨干教師和優秀青年教師4個層次的學術梯隊。通過培養和引進，形成一批整體素質高、學術實力強、結構合理、具有團結協作精神的學術梯隊，使其在學科建設中發揮突出作用。鼓勵教師積極申報各類項目，積累一定的設計、實驗和操作經驗。鼓勵教師與公司、研究所合作，鼓勵教師到國內外高校去做訪問學者，積極參加國內外舉辦的國際會議，從而了解專業的最新發展、前沿問題，開闊眼界。

三、小結

總的來說，微電子學是發展現代高新技術和國民經濟現代化的重要基礎。培養方案是高等學校實現人才培養目標、根據我校教育教學改革的實際，及時總結人才培養經驗，以“本科教學工程”建設工作為抓手，積極參與教育部“卓越工程師教育培養計劃”及“工程教育專業認證”，進一步更新教育觀念，深化教育教學改革，提高本科教育質量，迫在眉睫。其中需明確我校的特點和優勢，以通信集成電路設計為主要方向，同時兼顧工藝設計與器件設計。相信通過培養方案、課程設置、師資等各方面的建設，一定會培養出高質量的微電子學領域人才，為我國的微電子工業做出貢獻。

參考文獻：

[1]楊宏，王鶴.微電子機械技術的發展與現狀[J].微電子學，2001，31（6）：392-394.

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

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

[4]李斌，黃明文.微電子技術專業創新教育探索[J].中山大學學報論叢，2002，22（1）：108-109.

[5]嚴兆輝.微電子的過去、現在和未來[J].武漢工程職業技術學院學報，2003，15（2）：30-34.

[6]蔣元平.學科建設的內涵詮釋和實現策略[J].中國西部科技，2007，（1）.

篇7

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

【關鍵詞】振蕩頻率 傳感器 反相器

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

1 電路設計

1.1 電路原理圖

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

1.2 電路工作原理

諧振式水位傳感器通過水壓氣管與洗衣機桶內側相連，隨著水位的變化，感知的氣壓也發生變化，內部電感線圈的電感量也隨之變化，根據公式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，水位傳感器內部由電感L1與電容C1、C2組成，電感和電容組成選頻網絡，并與4069檢測電路形成三點自激振蕩電路，將電感信號的變化轉變為頻率信號，便于控制器MCU芯片的采集，從而檢測到桶內水位的變化。為了使整個LC回路實現自激振蕩，需使反相器偏置在高增益線性放大區，形成放大器，因此需要在反相器兩端并聯一個電阻R3。

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

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

2 元器件的選擇

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

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

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

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

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

3 工作中的波形

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

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

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

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

4 結束語

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

參考文獻

[1]王爾乾.數字邏輯與數字集成電路[M].北京：清華大學出版社，2002.

[2]董海青.集成電路設計基礎[M].北京：機械工業出版社，2013.

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

作者簡介

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

篇8

關鍵詞：數字電子技術；教材；探索

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

隨著數字電子技術、集成電路設計、制造技術的高速發展和廣泛應用，大量學科紛紛出現在高等教育的課程設置中，如DSP、嵌入式系統、SOPC、PLD、EDA、硬件描述語言等。這些課程引領電子技術的發展方向，把作為這一領域專業基礎課的《數字電子技術》的地位和重要性也推到了前所未有的高度，同時也對數字電子技術課程的教學內容提出了極大的挑戰！然而，難以樂觀的是目前國內多數著名高校該課程的教材多少年來隨著版本的更新，內容變化并不大?？上驳氖牵陙碛袀€別教師對《數字電子技術》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用，使學生在課堂上的大部分時間用于學習掌握現代電子技術設計方法；也有教材將微型計算機原理和數字電子技術合二為一，將微處理器結構作為數字電子技術的一個應用實例，這樣不僅消除了傳統數字電子技術內容零散的缺陷，同時也將微型計算機原理課程和數字電子技術課程有機地結合在一起，并可以減少學時數，方便課程安排。作者早在參考文獻[1]中也提出這種改革方案，但由于教學內容的大量改動往往牽扯到教學計劃和幾門課程的改革等問題，影響面比較大。因此，多年來各著名高校依然按兵不動。本文在盡量不影響教學計劃的前提下，針對目前的多數教材內容提出幾點建議。

一、數字電子技術的發展和課程重要性介紹

國內外多數教材的開篇都是直入主題，對《數字電子技術》課程的重要性、電子技術的發展、課程特點及學習方法等問題很少介紹。這樣使得學生在剛開課時就接受大量新概念，畢竟數字電子技術是走進數字時代的第一入門課程，由模擬世界到數字世界有些轉彎太急。另外，開篇不介紹電子技術發展和一個典型應用，往往使學生學到最后都會感覺內容零散，慢慢失去了學習興趣。這種大轉折性課程有必要介紹電子技術的發展和廣泛應用，介紹電子技術的發展，不僅使學生可以了解該學科前沿技術及目前應用狀態，啟發學生創新能力，也可以讓學生體會EDA軟件在現代電子技術設計中的作用，在課程學習過程中自發學習和利用EDA軟件進行仿真實驗，激發學生學習興趣，引起學生對課程的足夠重視，同時也給學生一個適應過程。教材中介紹課程的重要性是非常必要的，數字電子技術已逐漸滲透到各個行業及領域，推動著世界步入數字化時代，進入21世紀，數字電子技術將繼續促進人類在各個領域的全面進步。作為走向數字化時代的第一門課程，重要性不言而喻。另外，應該強調學生應該學習一些什么？課程各章節的重要性和相互關系等?！稊底蛛娮蛹夹g》作為一個轉折性和走向數字化時代的基礎課程，也能鼓勵之前學習較差的學生，將《數字電子技術》課程作為一個新的學習起點，走向美好未來。另外，電子技術課程也是很多高校某些專業的考研課程，對于以后想考研的學生提前告知也可以引起學生對該課程的高度重視。《數字電子技術》課程實踐性很強，要在教材中強調高度重視實驗環節，介紹使用EDA軟件進行電路的設計和分析方法。鼓勵學生在實驗中遇到問題時要有積極主動分析問題和解決問題的心態，在不斷解決問題的中提高自信和科研動手能力。

二、理論教學和實驗內容的配合

目前多數教材不包含實驗內容，而且EDA內容介紹很少甚至沒有，實驗與教學配合不是很緊密。如果教材中實驗內容像每章后的作業一樣安排，在教材中每章之后直接給出驗證性實驗和設計性實驗內容，并增加EDA仿真實驗，使學生一開始就學習和利用現代電子設計不可或缺的一些EDA工具，使數字電子技術的教學環節采取“黑板+PPT+EDA仿真”的模式，這樣不僅使課程與實驗銜接緊密，加深學生對所學理論知識的理解，利用課外學時也解決了實驗時間有限的問題。同時，EDA仿真環境的開放性為設計性和探索性實驗提供了實驗環境，克服了實物實驗中硬件損耗帶來的資金壓力和實驗平臺數量和開放時間的限制，對提高學生的綜合素質、培養學生的自主學習和創新能力、激發學生主動探索未知事物的學習熱情具有特殊的作用。當然，走進實驗室熟悉硬件、搭接電路、調試電路等實驗過程對于培養學生實際動手能力、分析問題和解決問題的能力具有重要意義。

三、增強實際應用例子

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

四、思考經典應用

很多教材或多或少都引用了之前教材的一些經典應用實例，導致再版或新出版教材都沒有慎重考慮也照搬前人的實例，結果造成大多數的《數字電子技術》教材中都存在有問題的設計實例。比如，串行序列檢測電路設計，在參考文獻[2]中作者已提出該問題并引起了一些老師的重視，但多數教材問題依然存在；還有同步JK觸發器，個別教材認為在CP=J=K=1時，JK觸發器狀態翻轉一次，有教師就針對該問題發表了論文，認為根據JK觸發器狀態變化關系：00不變、11翻轉、其它隨J變。因此，CP=J=K=1時，JK觸發器狀態應該按照Qn+1=■n=1的規律并以各級門電路延遲時間之和為時間間隔，不斷地翻轉，直到CP有效高電平結束為止。其實這些說法都不正確，通過理論分析和仿真實驗可以證明，CP=J=K=1時，JK觸發器輸出為：，Qn=■n=1，0n和■n不再互補，而且當CP變為低電平時，輸出不確定。這是因為觸發器中構成反饋的兩個門的輸入，在CP=J=K=1時，都為Qn，■n=0。這些問題說明即使是多數教材中都引用的內容也需要編寫教材的老師仔細推敲和思考。

五、增強可編程邏輯器件原理以及應用介紹

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

參考文獻：

[1]寧改娣，楊拴科，王建校.數字電子技術課程教學改革探討[C].中國電子教育學會會刊.2000.

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

篇9

【關鍵詞】數字電路課程；實踐平臺；工程設計；實驗

1概述

在教學過程中，具備數字系統設計實踐工程能力，涉及相關數字系統課程體系教學與實踐，在各高校的電氣、電子信息類專業中，數字電路是一門專業基礎課程，隨著數字技術應用領域的不斷擴大，在后續專業課程中，顯而易見，隨著電子產品數字化部分比重增大，它在數字系統設計中基礎性地位越來越突出。

因此，培養適合現代電氣、電子、信息技術發展的卓越人才，創新數字電路的課程幾次理論與工程實踐教學迫在眉睫。

根據我校近幾年電氣、電子課堂教學的實踐情況，數字電路課程應該以面向應用的數字電路設計為核心，在熟練掌握基本電路教學內容的基礎上引入先進的數字系統設計方法的課程教學和實踐內容。

工程實踐過程中，逐步從自底向上的設計方法逐步轉變到自頂向下的設計方法中來，以教師科研應用來拓展，以全面培養優秀數字設計卓越技術人才[1]。

2探索構建數字電路教學中的多層次的創新實踐平臺

2.1多層次的數字電路創新實驗平臺構思。

面向卓越人才培養的數字電路課程創新實踐教學，可以分層次進行在各個教學階段逐步推進，包括：面向基礎的數字設計的基本原理與工程創新實驗教學模塊、面向應用的數字電路課程設計教學和結合科研項目的創新實踐平臺[2][6]。

多層次的數字電路創新實驗平臺架構如圖1所示。

2.2數字設計的基礎原理與實驗教學。

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

2.3面向應用的數字電路課程設計實踐教學。

隨著電子設計自動化技術（EDA）和可編程器件（CPLD）的不斷發展和應用，以EDA技術為主導的數字系統理念已經成為企業工程技術的核心。數字電路課程設計主要培養學生利用中小規模數字集成電路器件和大規?？删幊唐骷M行數字電路設計和開發能力。在卓越工程師培養背景下，結合前階段數字電路課程理論教學和實驗教學的實際情況及EDA技術的發展狀況，適時進行數字電路課程設計和EDA技術課程的綜合銜接，以及課程深度融合[4]。主要內容包括：

2.3.1基于Multisim等相關軟件的數字系統仿真實驗?？梢詷嫿ㄌ摂M數字實驗系統，不但較好地模擬實物外觀外，還可以利用系統提供的實驗平臺開展實驗的設計、仿真，進行實驗內容的邏輯驗證。

2.3.2基于通用和專用數字芯片的數字系統設計。其主要特點是有很好的直觀性和具體性。

2.3.3基于硬件描述語言（HDL）的數學系統硬件描述。采用硬件描述語言實現數字邏輯設計，基于EDA環境仿真和驗證。可以結合上述（1）和（2）的優點，采用硬件設計軟件化技術應用于數字電路課程設計的實驗教學中，通過綜合性實驗的自行設計和實驗，對實驗內容、實驗規模、實驗方法進行了綜合創新設計[5]。

2.4結合科研項目的數字設計實驗創新平臺。

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

對于優秀的學生，借助全國各種形式的大學生電子（信息）設計競賽這個創新平臺，組織他們積極參與，激發他們的學習研究興趣和創新意識，綜合所應用的數字系統設計知識，發揮競賽團隊的協作精神。每年，我們都有部分優秀學生通過努力，創新設計的作品獲得專業認可，并取得了良好的參賽成績，也使得數字設計課程體系的建設上了一個新的臺階。

3基于創新平臺的課程體系優化與實踐

卓越工程師培養要求的數字電路系統設計課程體系協調好相關電氣、電子類專業上下游相關理論課程、實驗綜合性設計同時得到協調發展。如何實踐論文所提到的創新實驗平臺，應該引進現代數字設計理念，重點把EDA軟件、設計工具、開發平臺與傳統的數字電路基礎理論教學相銜接。我們在這幾年對數字系統設計課程體系、創新實踐教學內容等方面的進行了改革與探索，取得了一定的成效。經過這幾年的實踐，我們逐步構建了面向應用的數字系統設計課程優化體系[5]，如圖2所示。

4不斷探索數字電路理論教學內容的改革與實踐

4.1以數字電路設計為目的強化基本邏輯電路理論教學。

在進行復雜數字系統設計之前應該熟練掌握這些常用基本組合和時序邏輯電路，包括電路的功能、電路的描述以及電路的應用場合等。

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

4.2掌握面向應用的數字系統工程設計方法。

學生在掌握數字電路基本概念和一般電路的基礎上，進一步掌握數字系統設計的方法、途徑和手段。其主要內容包括：數字系統與EDA的相關概念、可編程邏輯器件、硬件描述語言、電路元件的描述、數字系統的設計方法、開發環境與實驗開發平臺以及應用實例的介紹等。這些課程內容涉及面較廣，為了提高教與學的效果，探索總結了以下的教學重點內容，并作為教學實踐中的教學切入點[1]。

隨著電子技術不斷發展與進步，現代數字系統設計在方法、對象、規模等方面已經完全不同于傳統的基于固定功能的集成電路設計[1][2]?，F代數字系統設計采用硬件描述語言（HDL）描述電路，用可編程邏輯器件（PLD）來實現高達千萬門的目標系統。這一過程需要也應該有先進的設計方法。根據硬件描述語言的特性和可編程邏輯器件的結構特點以及應用的需要，在教學過程中闡述了先進設計方法。例如：采用基于狀態機的設計方法設計復雜的控制器（時序電路），應用或設計鎖相環或延時鎖相環來處理時鐘信號，應用自行設計（IPcore）軟核來提高數據吞吐量[1][2][3]。

4.3深化數字電路實驗教學改革。

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

5結語

數字電路是電氣、電子信息類專業的一門重要的專業基礎課程，論文針對當今卓越工程師培養的要求，以及在教學過程中遇到的主要問題，探討了面向應用的數字電路課程創新實踐平臺。提出了多層次的數字電路創新實驗平臺結構和面向應用的數字系統設計課程優化體系。目的在于，通過課程及相關課程體系改革與創新，使得學生更快、更好的適應現代數字技術發展的需求。

參考文獻

[1]孔德明.《數字系統設計》課程教學重點的探討，科技創新導報，2012.1，173-174.

[2]任愛鋒，孫萬蓉，石光明.EDA實驗與數字電路相結合的教學模式的實踐，實驗技術與管理，2009.4，200-202.

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

[4]秦進平，劉海成，張凌志等.電類專業數字系統綜合實驗平臺研制，實驗技術與管理，2012.6，75-78.

篇10

摘 要：在研究可供計算機與電子類專業學生隨身攜帶的系列便攜式實驗教學設備的基礎上，探討一種新型的自主實驗教學模式。介紹研發該系列設備的基本設想、便攜式EDA實驗板的設計以及該模式的理念與內容，在有限的資源下為學生提供充足的實驗條件，營造良好的學習與課外科技創新氛圍，并有效緩解實驗場地、設備等資源不足的矛盾。

關鍵詞：自主實驗教學模式；計算機與電子類專業便攜式實驗設備；案例開發；考核評價體系

作者簡介：徐成，男，博導，教授，研究方向為嵌入式系統。

1 研究背景

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

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

2 自主實驗教學模式理念

自主實驗教學模式，是指緊跟新技術自制系列便攜式實驗設備，并配備給學生人手一臺，在此基礎上學生可“自主”安排實驗的內容、時間、空間，教師則集中管理、答疑和考核。

該模式通過研制供計算機與電子類專業學生可隨身攜帶的系列便攜式實驗教學設備，實現實驗設備的低成本、便攜化和普及化，滿足學生人手一臺，將該專業學生系列硬件實驗的傳統實驗環節延伸到學生宿舍等實驗室之外的普通場所，改觀了資源短缺的矛盾，為學生提供充足的實驗條件，并使各層次學生在課余時間不受地點限制，充分利用實驗設備，自主思考，主動參與，營造好的學習與課外科技創新氛圍，以獲取較好的實驗教學效果。該模式以案例開發為驅動，精編涵蓋認知型、設計型和綜合型實驗的指導教材，并以學生為主體，鼓勵學生在實驗內容上進行自主創新，而不局限于實驗教材。該模式以教師為主導，集中管理，建立合理的評價體系，避免傳統實驗中過分關注實驗報告和出勤率而造成學生不注重實驗過程的單一考核方式，注重實驗過程中學生的自主性、知識運用能力與探索思考能力，并從知識、能力和素質三方面對學生進行全面考核評價。

自主實驗教學模式堅持的是以教師為主導，學生為主體，利用可供計算機與電子類專業學生可隨身隨帶的系列便攜式實驗教學設備，讓學生在時間、空間、內容等方面進行自主性實驗與學習的教學理念。

3 自主實驗教學模式研究內容

自主實驗教學模式研究的內容包括研制可供計算機與電子類專業學生隨身攜帶的系列便攜式實驗教學設備、設定硬件類課程體系、開發案例、編寫實驗教材、組織管理實驗教學活動以及建立科學合理的考核評價體系。

3.1 自制便攜式實驗設備

目前，計算機與電子類專業實驗教學存在一些問題與不足，內容如下。

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

2) 現有同類教學設備沒能很好針對我們計算機專業特定課程的教學需求而設計，系統復雜、冗余功能較多，使入門學生產生畏懼，對硬件學習缺乏信心。

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

基于以上問題，開發設計系列硬件類便攜式實驗設備，是加快教學改革步伐的關鍵。在自主實驗教學模式的理念下，通過研究相關新技術，我們完成了研制便攜式實驗設備的方案設計與論證，并對其具體實施及完善。預計自制的系列硬件類實驗設備有便攜式EDA實驗平臺、便攜式單片機開發板、便攜式ARM開發板等，使主要硬件實驗設備實現便攜化和普及化，為自主實驗教學提供硬件環境，推進自主實驗教學模式的研究與探索。

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

圖1 便攜式EDA實驗平臺資源布局圖 圖2 便攜式EDA實驗平臺實物圖

3.2 計算機與電子類專業自主教學模式下的硬件類課程體系設置

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

理論教學設置了相應的“課程實驗”，學生利用仿真軟件以及人手一臺的針對不同硬件課程的自制便攜式實驗平臺，學習基本專業軟件的應用，搭建基本概念模型，達到理解基本概念，促進理論學習的目的。實驗課程則在實驗教師的指導下，進一步強化訓練，系統學習實驗技能與技巧，培養學生的綜合實驗技能。其中“做中學”是指學生充分利用人手一臺的便攜實驗平臺，在實踐中摸索學習，進而啟發創造思維的過程。工程設計訓練是利用最新的平臺和工具進行實際工程設計訓練，注重專業知識的融合，誘導并培養學生的創新意識。

要實現自主實驗教學模式這一目標，不僅要實現教育理念的轉變，還要將最新的計算機知識帶到課程體系中[6]。該專業的硬件類實驗內容涉及數字邏輯、計算機組成原理、集成電路設計、單片機、接口技術、嵌入式系統應用等，不同課程配備不同種類的便攜式實驗平臺。其中數字邏輯、計算機組成原理是該專業必修的硬件基礎核心課程，設置了相應的課程實驗、實驗課程以及工程訓練，其他硬件類課程則設置相應的課程實驗，所有課程學完后有一綜合設計訓練，可綜合運用所有硬件知識。

以上體系設置與內容安排使硬件類課程教學具有鮮明的層次性，實現了基礎、提高與創新的教學目標，使實踐教學遞進化推進，培養的學生能滿足社會需求。

3.3 針對自制便攜式設備的案例開發

開發高品質的實驗案例是實驗教學有效開展的基礎，一個設計型、綜合型和研究型實驗案例的開發具備兩個要素：可操作性和創新性?；诖?，我們在自制便攜式實驗平臺的基礎上，結合專業課程的特點，從設計性、綜合性實驗出發，組織學生參與開發適用于計算機與電子類專業實驗教學的案例，激發學生的自主創新能力，引導學生迅速入門并順利開展實驗教學活動。

目前，我們已組織了部分具有創新精神的學生，對正處于試驗階段的便攜式EDA實驗平臺進行案例開發。同時引入案例開發的其他有效途徑，如將優秀畢業設計、優秀大學生創新訓練項目、學科競賽作品轉化為案例，鼓勵優秀學生自選題目，并將其轉化為教學案例等。在我院2008-200年上學期的嵌入式系統應用課程中，學生所獲全國嵌入式系統競賽一等獎的作品“互動視窗”、學生的自選課題塔吊遙控器等，作為案例被引入課程教學中，有利于激發學生的學習自主性。

3.4 自主實驗教學活動的組織開展

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

在便攜式實驗設備基礎上，我們進行的一系列自主實驗教學活動，探討在案例教學方式下如何引導學生自主創新學習，激發學生的興趣與潛力，以及在自主開放實驗環境下如何引導學生進行創新性項目的開展，培養學生的創新思維與實踐能力的新教學理念。同時實現對傳統實驗教學內容的擴展，即通過自主實驗教學來引導部分優秀學生參加創新項目訓練及學科競賽，激發學生的潛能，培養學生解決實際問題的能力，提高綜合素質。

3.5 自主實驗教學模式下的考核評價體系

考核評價體系是自主實驗教學的重要研究部分，前面做得再好，落實不到位，只能讓少數學生受益而不能達到預期效果。引導、鼓勵能對想學的自覺學生發揮作用，但很多學生仍缺乏主動性，惰性思想較重。而考核應在提高學生的創新能力上發揮積極的導向作用[7]，因此如何落實實驗教學各環節，如何監督到位、檢查到位是一個重點研究內容，工作開展如下。

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

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

勤為主的單一考核方式，有利于培養學生解決實際問題的能力。

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

針對自主實驗教學模式建立合理的評價體系，注重實驗過程中學生是否正確運用基礎知識及學生的探索思考能力，我們從知識、能力和素質三個方面對學生的自主實驗進行全面的考核評價，盡可能以科學合理的考核評價體系考核學生的自主實驗，從而最大化挖掘其潛能。

4 總結與展望

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

實驗教學改革盡管有了好的開端，但仍有很大的提升空間。除實驗教學外，創新訓練、學科競賽、畢業論文等環節的作用亦不可忽略。該自主實驗教學模式將傳統實驗環節延伸到實驗室之外的普通場所，改善了學習條件和氛圍，促進了實驗教學改革、創新訓練及學科競賽活動的開展，有利于培養學生的創新思維與實踐能力，將推廣應用于我院的計算機科學與技術、通信工程、電子及人工智能等其他一級學科的專業。

參考文獻：

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

[2] 劉廣聰,李振坤,陳靖宇. 計算機專業實驗教學模式改革探析[J]. 廣東工業大學學報:社會科學版,2005,5(2):41-43.

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

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

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

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

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

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

XU Cheng, LI Renfa, ZENG Juanli, FANG Kaiqing

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