數字電路設計論文范文
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導語：如何才能寫好一篇數字電路設計論文，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
(1)高速數字電路信號的完整性;
(2)高速數字電路電源的設計兩個方面。在本節中,筆者將進行系統的闡述,強化對高速數字電路設計的認識與研究。具體而言,主要在于以下幾點內容:
1.1高速數字電路信號的完整性設計
在高速數字電路信號的完整性設計中,最主要的研究要點在于兩個方面:一是不同電路信號網傳輸信號的干擾情況;二是不同信號在電路信號網中的相互干擾情況。也就是說,在電路信號的完整性中,信號干擾是最為關鍵的因素,無論是對于干擾問題,還是對于反射問題,都是高速數字電路信號完整性設計的研究要點。在理想狀態之下,不同阻抗是相等的,存在相互匹配性。所以,在電路設計的過程中,要特別注意阻抗的控制,阻抗過小(過大)都會對線路中的電流及電壓造成影響,進而形成信號干擾問題。當然,在高速數字電路的設計中,是很難以讓臨界阻抗與電路新城相互匹配的狀態,這就強調,高速數字電路信號系統,應最可能的處于較為合適的狀態,以最大程度上提高高速數字電路的信號質量。
1.2高速數字電路電源的設計
高速數字電路電源設計,是設計技術研究的重點內容之一。對于高速數字電路而言,需要大量的低電壓元器件的應用,以更好地確保設計的需求。但是,低壓元器件的應用,帶來了一個問題,即電源穩定性受到一定的影響,造成電源設計問題的出現。因此,在實際的設計過程中,需要對高速數字電路電源設計作充分的考慮。在電源設計中“,電源完整性”是主要的關鍵因素,是指電源波形的質量。這一因素的影響主要表現為:
(1)瞬間電流產生過大,即在高速開關狀態下,線路器件極易產生過大的瞬間電流;
(2)信號回路阻抗變大,即在電路之中,過多的電感以至于回路阻抗變大,進而產生一定影響。因此,在高速數字電路電源的設計中,最為理想的狀態的設計就是在高速數字電路電源系統中,并不存在所謂的“阻抗”。這樣一來,不僅不存在阻抗所帶來的損耗,而且確保了系統中各電位的恒定,當然,在實際之中,理想狀態的設計是不存在,電源系統所形成的干擾噪聲,對高速數字電路系統的運行造成較大影響。于是乎,電路設計應對電源的電阻及電感做充分的設計考慮,提高高速數字電路設計的有效性。
2結語
篇2
關鍵詞：時鐘，設計，安裝
數字電路時鐘實驗電路的設計方案種類很多，但大多是靜態顯示電路。本設計是一種動態顯示的數字時鐘，使用4位LED數碼管，可顯示小時和分鐘，電路功耗低、顯示器件壽命長；采用4.19MHz晶振蕩作為時基，計時非常準確；用加速輸入脈的方法進行調時、調分，使時間調整更加方便準確；全部使用CMOS集成電路，減少整機功耗，提高了可靠性；雖然動態掃描顯示的電路相對比較復雜，但作為實驗電路，它用到數字電路各部分知識，如振蕩電路、分頻電路、計數電路、譯碼電路、動態顯示電路及控制電路等，對于剛剛學習過電子技術基礎的學生來說，是非常適合的，對電子愛好者學習電子電路設計也是很適用的。
一、電路組成及工作原理
圖1為時鐘電路的原理圖。整個電路可按功能分為1HZ信號發生電路、計數電路、譯碼電路、動態掃描顯示電路及調時、調分控制電路這五部分。免費論文。
篇3
論文關鍵詞：數字電路；電路仿真；考核方式
紹興文理學院（以下簡稱“我院”）作為一所地方性本科院校，在國家本科人才培養體系中，承擔著培養應用型人才的任務。應用型人才必須掌握較為系統、扎實的專業知識和技能，而且應具備較強的實踐能力和二次開發、創新能力。如何提高應用型人才的培養質量，課程教學是一個十分關鍵的環節。
“數字電路”是我校自動化專業的一門專業基礎課程，在整個人才培養方案中起著承上啟下的作用，它既有自身的理論體系，又有很強的實踐性。傳統講授式的教學方法主要由老師講解一些事實、原理、特點和推理過程；在描述一個電路時，老師一般只從理論上講解電路的原理及運行結果，學生只需要認真聽講，課后在練習本上做些習題。這種教學方法雖然注重了教學的系統性和完整性，但學生只能被動地接受知識，學習興趣得不到有效激發，實踐應用能力也得不到充分的培養，已不適用于基于應用型人才培養目標下的“數字電路”課程教學。為了提高我校應用型人才的培養質量，改進傳統的教學模式勢在必行。本文圍繞應用型人才培養目標，總結了“數字電路”在課程教學模式改革方面的實踐探索。
一、課堂教學模式改革實施情況
應用型人才的培養必須落實到課程教學中，而課堂教學是學生獲取知識、培養能力的重要途徑，如何構建有效課堂、體現學生的主體地位，使學生不僅能掌握較為系統的專業知識，而且能提高實踐、創新能力，“數字電路”課程在以下幾方面進行了改革嘗試。
1.應用目標導入式教學模式
應用型的定位應真正體現“以應用為本”、“學以致用”的理念。應用目標導入法是以一種實際應用項目為載體，以完成項目設計過程中的某個階段性結果為目標，導入其中必備知識的教學方法。
在學習“邏輯函數”這一章節內容時，在以往教學過程中，沒有應用目標引入，按教材內容直接講解“邏輯函數”，學生學習比較盲目，學習的目的性和主觀能動性有待提高。本次課堂教學中，先講解一個簡單的“少數服從多數表決電路”的設計過程：邏輯抽象—列出真值表—寫出邏輯函數—畫出邏輯電路。從設計過程引入邏輯函數在數字電路中的重要作用：邏輯函數是實現邏輯電路的依據，邏輯函數的復雜程度直接決定電路的復雜程度。為了能設計出符合要求的經濟而可靠的邏輯電路，引入“邏輯函數”這一章節的教學內容。通過應用目標導入教學內容，學生明確了所學知識的實際應用，不僅激發了學生的學習積極性，而且為知識的實際應用奠定了基礎。
2.探究式的教學模式
應用型人才需要具備較強的分析、解決問題的實踐能力及二次開發能力。探究式的教學模式是一種以學生為主體，由教師引導學生發現數字電路在實際應用中可能存在的問題、探究解決問題的教學方法。在教學過程中，學生是主體，而教師處起到引導作用，對每個問題如何提出，又怎樣展開和論證，都必須精心設計。
在學習“組合邏輯電路中的競爭冒險”這一章節內容時，傳統的教學方法是教師直接從理論上講解競爭冒險的產生原因和消除方法，內容比較抽象，學生不容易理解，屬于教學難點。在本次教學過程中，先讓學生對某一實際電路寫出邏輯函數；然后通過Proteus仿真此電路，分析電路運行結果，引導學生發現問題：電路的仿真輸出結果與理論結果不完全符合，產生不符合邏輯的尖峰脈沖或毛刺，即競爭冒險；然后引導學生分析問題：為什么會產生這樣的結果？最后讓學生根據問題產生的原因，自己分析解決問題的辦法，對原有電路進行改進。
本次教學中，結合形象直觀的實際應用，通過探究式的互動教學方式，活躍了課堂氣氛，激發了學生的學習興趣，不僅增強了學生對知識的理解，同時培養了學生分析、解決實際問題的能力。
3.基于項目設計的課堂討論模式
基于項目設計的課堂討論法就是在課前先布置一個設計項目，然后讓學生在課堂上討論、點評、拓展及改進。這種教學方法可以活躍課堂氣氛，充分發揮學生的主觀能動性，培養學生的知識應用能力和創新能力。
在學習“組合邏輯電路設計”和“時序邏輯電路設計”等章節內容時，課前先布置三個具有應用背景的設計題目，要求學生分三組，每個學生都必須將三個題目都做在練習本上，同時每一小組的同學分別仿真一個設計項目。在布置設計任務時，為了培養學生的創新能力，教師只規定主要設計任務，而電路具體功能可以讓學生自由發揮，合理即可。在課堂上教師對每個題目的設計任務進行新的拓展，要求學生分組討論，如何對現有電路進行改進，完成新的設計。經過10分鐘左右的分組討論后，每組派三名同學先仿真調試課前布置的設計任務，然后當場修改電路以完成新的設計任務。當有同學在講臺上講解、設計和調試電路時，下面的同學精神集中，發現錯誤及時更正，充分發揮了學生的主觀能動性，提高了學習效率。通過學生討論，活躍了課堂氣氛，培養了學生分析、解決問題的能力和團隊協作精神。同時，學生在設計過程中會產生許多意想不到的錯誤，而這些錯誤也可以幫助教師及時補充相關知識點，以幫助學生解決疑難問題。
4.基于proteus的仿真項目驅動
Proteus是英國Labcentwer electronics公司開發的多功能EDA軟件，它比較適合仿真數字信號，還能仿真單片機及外圍器件。本次課堂教學模式改革中，將“基于proteus的數字電路仿真項目”貫穿于整個教學過程中，把傳統的理論教學與實際應用相結合，通過對數字電路的仿真，變抽象的電路為形象的仿真，不僅有助于學生對知識的理解，而且提高了學生的項目設計能力。
二、精選教學內容，拓展課堂內容
應用型人才需要具備扎實的專業知識，但必須強調以應用為主。傳統的“數字電路”教學中，偏重于教學的系統性和完整性，教師通常按照教科書的編排順序組織教學，缺少與實際應用項目的有效配合，學生不能切實體會到工程實際與理論知識之間的關系，實踐應用能力得不到有效提高。在本次數字電路教學過程中，根據實際需要對教材內容進行了精選，對于集成電路芯片，刪掉了其內部結構方面的教學內容，簡單介紹工作原理，重點增加了集成芯片的實際應用案例。同時，為了培養學生的課外實踐能力，利用課程網站引入課外應用廣泛的芯片，通過介紹資料的查詢和閱讀方法，拓展課堂內容，增強學生的課外知識，有利于學生今后實際工作的開展。
三、考核方式改革
傳統的課程教學質量評價方法滯后，考核形式一般為期末筆試+平時成績，這種評價方式雖然能反映學生的學習態度及對一些基本概念、知識、理論的掌握情況，但無法全面地反映學生對所學知識的綜合運用能力，而且容易出現高分低能，不利于培養具備發現、分析、解決問題能力的應用型人才。新的教學質量評價體系中，強化過程考核和學生實踐動手能力的考核，將期末筆試、項目階段性測評、電子產品制作、平時作業及考勤、實驗等六個方面有效結合，綜合評定教學效果。學期總評成績構成為：期末筆試50％+項目階段性測評10％+電子產品制作10％+平時作業及考勤10％+實驗20％。
篇4
論文關鍵詞：脈沖測量，峰值電壓，A/D模數轉換，采樣保持
1 引 言
隨著數字電路的發展越來越多的設備上使用數字邏輯電路，而數字電路多以脈沖方波的電流進行驅動和控制。對于電壓或電流的測量使用最多的儀器是萬用表，但是常見的萬用表往往只能測量直流或交流的電壓，萬用表的交流檔測量出來的數值是其有效數值，普通萬用表的交流檔僅是針對正弦波形的交流電設計的。對于數字電路尤其是以脈沖方波驅動和控制電路或器具而言，使用普通的萬用表進行測量顯然不準確，這時就需要使用價格昂貴的示波器或是真有效值萬用表。無疑給沒有試驗條件的情況下帶來不小的麻煩。
使用常見的微控制器和一些專用的集成電路通過簡單的編程就可以實現對數字電路中常見的峰值電壓或電流檢測，不但簡單易用而且成本極低。為了降低開發的難度和電路設計的復雜度，本系統使用Atmega32這款基于增強型的AVR RISC結構的低功耗8 位CMOS微控制器。其具有32K字節的系統內可編程Flash(具有同時讀寫的能力)，1024 字節EEPROM，2K 字節SRAM，32 個通用I/O 口線，32 個通用工作寄存器A/D模數轉換，用于邊界掃描的JTAG 接口，支持片內調試與編程，三個具有比較模式的靈活的定時器/ 計數器(T/C),片內/外中斷，可編程串行USART，有起始條件檢測器的通用串行接口，8路10位具有可選差分輸入級可編程增益的ADC ，具有片內振蕩器的可編程看門狗定時器，一個SPI 串行端口，以及六個可以通過軟件進行選擇的省電模式[1]?？梢詽M足針對數字電路檢測的絕大多數要求。
2 硬件組成
因此使用ATMega32單片機即可以滿足設計的需要又可以降低開發成本。該單片機具有8路模數轉換通道，選擇其中一路作為測量直流電的通道，將負載和采樣電阻串聯后接入電路，根據負載阻值的不同來設定不同的檔位，達到不同范圍的測量。而另一路則需要先利用ATMega32單片機的ICP捕獲功能[2]，捕獲脈沖方波的上升沿并且根據這個上升沿信號再產生一個跟隨信號作為峰值采用保持芯片LF398的控制信號，當LF398的控制信號為高電平時LF398為采樣狀態，而控制信號為低電平時LF398為保持狀態，因此單片機產生的這個跟隨信號正好與要測量的脈沖方波信號為同頻同相的信號。當要測量的脈沖方波信號為低電平時，產生的跟隨信號也是低電平信號將之前LF398采樣到得峰值電平進行保持。這時再利用單片機的A/D模數轉換將該峰值進行模數轉換進行測量得到了脈沖方波的峰值電壓值。兩個通道測量的數值均顯示在LCD顯示屏上結果一目了然。系統的總體結構圖如下圖1。
由于AVR單片機內部集成A/D模數轉換功能，因此可以大大的降低硬件電路的設計復雜度，其外圍電路及器件可以盡量的減少。但是在PCB布線的時候應盡量緊湊以避免電磁的干擾。
圖1系統的總體結構圖
2.1 電源模塊
因系統中要使用到峰值采樣保持芯片LF398，其供電需要±15伏，因此購買一個18伏的電源作為適配器，需要接7815和7915獲得LF398所需的±15伏。在7815后再接7805可獲得+5伏的電壓給單片機和液晶屏供電。再通過電阻分壓的方式與TL431做一個外部的參考電壓。該參考電壓作為ATMega32單片機的模數轉換的參考電壓接在單片機的AREF引腳上。
2.2 峰值電壓采樣保持模塊
采用National Semiconductor所生產的LF398芯片作為峰值電壓的采樣保持芯片。并根據圖2保持時間與保持電容的曲線選取所需的保持電容，為能達到理想的保持時間應使用高品質的聚苯乙烯電容[8]。
圖2 保持時間與保持電容的選取曲線
LF398的連接示意圖如圖3所示。引腳3用于連接被測量的脈沖方波的觸點，引腳8則接單片機產生的用于控制LF398何時采樣和保持的跟隨信號控制引腳。引腳5輸出的則是被保持住的峰值電壓值，將這個模擬量再接回單片機的另一個模數轉換通道進行模數轉換[8]。
圖3 LF398的連接示意圖
2.3 顯示模塊
由于需要顯示漢字部分A/D模數轉換，系統選用內核驅動芯片為KS0108的12864液晶顯示屏，根據要寫的字制作字模即可。液晶顯示屏使用并口方式連接在Atmega32 單片機的PC端口的8個引腳上。液晶屏上的9~16引腳分別對應接單片機的PC0~PC7引腳。另外液晶屏上還需5個端口。分別是E、RW、DI、CS1、CS2端口分別接在PD端口上的五個引腳即可。液晶屏的供電也來自7805轉換后得到的5伏電壓。液晶屏和峰值保持電路的接口連接電路圖如4所示[3]。
圖4液晶屏和峰值保持電路的接口連接電路圖
3軟件組成
軟件部分主要由ICP功能模塊、液晶屏顯示模塊、A/D模數轉換模塊三大部分組成。開發環境為AVR Studio應用GCC編程。ICP功能使用服務中斷的方式，當有上升沿脈沖接入時則發生服務中斷并進入中斷程序，在服務中斷程序中設置延時，設定何時開始和終止跟隨信號的產生和關閉。以確保采樣保持住的是峰值電壓[7]。液晶屏顯示模塊主要負責液晶屏的初始化和顯示功能。A/D模塊使用交替法對兩個通道進行循環轉換，并將數值顯示在液晶屏上。
3.1 ICP捕獲及跟隨控制信號的產生
首先要對ICP端口進行設置和初始化，其目的就是使能ICP捕獲中斷，同時使能T/C0的溢出中斷，跟隨控制信號的產生是在捕捉中斷處理程序中完成[4]。其端口的初始化程序為：
void init_icp(void)
{
MCUCR= 0x00;
GICR= 0x00;
TIMSK=0X21;//使能ICP捕捉中斷；使能T/C0溢出中斷
TCCR0=0X02;//8分頻，溢出中斷T0
TCCR1A=0X00;
TCCR1B=0XC2;
TCNT0=0;
ICR1=0;
TCNT1=0;
SEI();
}
使用ATMega32單片機的PB0引腳作為跟隨控制信號產生的引腳，跟隨控制信號應在源信號的上升沿之后一定時間后再產生，這樣避免采集到的峰值電壓偏低，因此要在整個程序中設置兩個全局變量，整數f用于設定被測量信號的上升沿之后到產生跟隨控制信號的之間的間隔時間，整數b用于設定峰值期間采樣的時間，當選擇合適容值的保持電容時可以將這兩個時間設定值設置的很小以便測量高頻率的脈沖信號。為了使A/D轉換器滿足一定的轉換精度[10]，應盡量進行多次采樣保持測量以保持測量精度。跟隨控制信號的中斷服務程序為：
void Icp_timer1(void)
{
ICR1=0;
TCNT1=0;
TCCR1B=0XC2;
delay_nus(f);
TCNT0=1;
i++;
PORTB=i;
delay_nus(b);
PORTB=0;
}
3.2 A/D模數轉換
本系統采用8MHz晶振，參考電壓為外部AVCC即為5.0伏。設置ADC初始化程序為：
void ADCINI(void)
{
ADCSRA= 0x00;
ADMUX=(adc_mux&0x1f)|(1<<REFS0)|(1<<REFS1);
ADCSRA=(1<<ADEN)|(1<<ADSC)|(1<<ADIE)|(1<<ADPS2)|(1<<ADPS1); //64分頻
SEI();
}
轉換的程序為：
while(!(ADCSRA&(1<<(ADIF))));//等待轉換結束
Ddata=ADCL;
Ddata+=ADCH*256;
Ddata=(unsignedint)(((float)Ddata)*5000/1023);
通過這樣的轉換后得到的Ddata就是量化后的電壓數值單位是毫伏。通過對這個整數求商或是余數得到其各個位上的數值，若想使用引腳AREF上的電壓為參考電壓時，可使ADMUX=(adc_mux&0x1f)，根據參考電壓的穩定性系統會有1~2mV的偏差。這樣就所得到的被測脈沖電壓的峰值電壓了[2,5,6]。
3.3 液晶屏顯示模塊
硬件方面系統選用的是內核驅動芯片為KS0108的12864液晶顯示屏，KS0108驅動芯片是專用于圖形點陣顯示的液晶顯示控制器，每一個KS0108芯片內置8x64字節顯示RAM，可直接控制顯示64x64點的LCD顯示，用戶只需要向KS0108的顯示RAM中送數據，KS0108就會自動掃描將顯示RAM的數據自動在LCD液晶顯示器上顯示出來。顯示操作的指令僅有5條A/D模數轉換，使用起來極其方便。在使用液晶屏之前先要對其進行初始化操作[9]，初始化程序為：
void init_lcd(void)//初始化函數
{
set_start_line_L(0); //顯示起始行為
set_start_line_R(0); //顯示起始行為
write_LCD(LEFT,CMD,DISPLAY_ON);
write_LCD(RIGHT,CMD,DISPLAY_ON);
}
要將數據顯示在液晶屏上的話，就是對液晶屏進行寫的操作。寫液晶屏的操作程序為：
void write_LCD(unsignedchar lr,unsigned char cd,unsigned char data) //寫入指令或數據
{
CLI();
LCD_BUSY(lr);
if(cd==CMD) SET_LCD_CMD;
else SET_LCD_DATA;
SET_LCD_WRITE;
SET_LCD_E;
LCD_DIR_PORT= 0xff;
LCD_OP_PORT= data;
asm("nop"); asm("nop");
asm("nop"); asm("nop");
CLEAR_LCD_E;
LCD_OP_PORT= 0xff;
SEI();
}
在主函數中將A/D模數轉換后的數值寫入到液晶屏上就實現了數值的顯示功能，由于是實時顯示結果的。所以把顯示數值的函數放入到While(1)的死循環中再加上一定的延時程序就完成了實時顯示和刷新數值的功能。當沒有被測的脈沖方波電壓時，由于單片機的ICP引腳沒有捕獲到上升沿，就不會觸發采樣保持芯片LF398進行采樣保持，因此測量出的數據就是0伏。
4 結語
基于ATMega32單片機和電壓采樣保持芯片LF398制作的雙通道數字電壓測量計，主要是利用了AVR單片機強大的集成多通道的A/D模數轉換功能。在使用高精度外部參考電壓的情況下，A/D模數轉換的精度非常的高，誤差僅在幾毫伏之間。且AVR單片機的抗干擾能力強，基于哈佛結構的AVR單片機具有更高的數據吞吐能力，能完成相當復雜的設計功能，具有普通的單片機所無法比擬的優勢。通過細致的制版可以將這個測量計制作的很小便于攜帶和使用，且測量精度高。對于實驗室的學生非常適合。
[參考文獻]
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篇5
關鍵詞：FPGA；原理；硬件設計；應用技術
1 FPGA的簡介
當前使用硬件的描述語言完成電路設計，都可以通過簡單的匯總和合理的布局，然后快速燒錄到FPGA器件上進行基本的測試，這也是當代數字系統設計進行檢驗的主流技術。這些可編程器件可以用來實現基本邏輯門的電路，也可以實現一些更復雜的組合功能例如數學的方程式、解碼器等等。大多數的FPGA器件里，包含著一些記憶性元件，如觸發器，或者一些其它的更為完整、性能更為優越的記憶塊。
設計師可以根據自己的需要按照可編輯的鏈接將FPGA器件內部的邏輯模塊連接在一起，仿佛一整個電路的實驗板被裝在一個電子芯片內，這些出廠后的FPGA器件的連接方式以及邏輯塊的使用都可以根據設計者不同的設計而進行改變，從而能完成不同的邏輯功能。
當你在進行的電子設計使用到FPGA器件時，你不得不需要努力地解決好電源管理、器件配置、IP集成、完整信號輸出等硬件系統的設計問題。在進行硬件設計時，你需要注意以下幾個問題：
1.1合理分配I/O信號
無論是哪種情況，在進行I/O信號分配時，都必須牢記以下共同的步驟：
1）用表格列出所有需要分配的I/O信號，并按照他們的重要性依次進行排列，比如電壓、端接方法、I/O標準、相關時鐘等；
2）檢查校驗模塊之間的兼容性；
3）利用以上的表格和兼容準則，先把受限制最大的信號分配到引腳上，最后分配那些受限最小的信號。因為受限制大的信號往往只能分配到特定的引腳上；
4）將剩余的信號分配到較為合適的地方。
1.2注意靜態功耗的降低
雖然靜態電流所帶來的功耗和動態功耗相比可以忽略不計，但對一些供電設備卻十分重要。引發靜態電流因素眾多，比如沒有完全接通或關斷的I/O 端口、三態電的驅動器的下拉或上拉電阻，除此之外，保持編程信息也會需要一定靜態功率。
2 FPGA應用技術的設計原則
從上文中對FPGA內部的硬件結構分析可看出，FPGA器件的時序邏輯非常豐富，不同于其他的可編程器件。因而對于FPGA來說，應該有一整套能夠有效利用其內部豐富的時序邏輯功能的技術，而不同于其他一般的可編程器件的設計技術。由于其獨特的優越性，FPGA被越來越多的設計人員所使用，其設計技術被許多的設計者所掌握。在FPGA的實際應用中，使用最合理的設計方法，能很大程度的改善FPGA在應用中出現的漏洞和問題，進而全面提高設計性能。
2.1使用層次化的設計技術
使用層次化的設計的系統一般分成若干頂層模塊，而每一個頂層的模塊下又有若干個小模塊，并以此類推。層次化的設計模塊，可以是描述原理圖的結構圖，也可以是經過邏輯語言所描述、表現的實體。
使用層次化的設計對于系統的模塊劃分非常的重要，模塊劃分的不合理，將會導致整個系統的設計不合理，從而使系統的性能下降，這樣層次化的系統甚至要比沒有經過層次化設計的系統效果更差。
使用層次化設計的主要優點有以下兩個方面：增強設計可讀性，增加設計重復使用的可能性。
2.2使用同步系統設計技術
所有時序電路具有同一個性質――如果要使所設計的電路正常工作，必須嚴格的執行事先定義好的邏輯順序。如果不按照此順序執行，將會把錯誤數據寫進存儲單元，從而導致錯誤的操作。同步系統的設計方法，也就是使用全分布周期性的同步信號使系統中所有的存儲單元進行同時更新，這是執行這一時序有效進行的普遍的設計方法。電路的設計功能是通過產生時鐘信號并按照時序嚴格執行來實現的。
對于靜態的同步設計，必須滿足下面的兩個條件：
1.每一個邊緣敏感的部件其時鐘的輸入應該是一次輸入時鐘的某一個函數；并仍和一次時鐘輸入的時鐘信號。
2.所有的存儲單元都應該是具有邊緣敏感特性，在該系統中不存在電平敏感的存儲單元。
我們對于FPGA器件的同步設計的理解就是全部狀態的改變都是由主時鐘所觸發，同一個系統不同的功能模塊可以是部分異步的，但是模塊與模塊之間必須是同步的。正如CPU的設計一樣，所有的電路都和系統的主時鐘是同步的。相比于異步設計，同步設計具有很多的優點，但進行同步設計時仍然需要考慮很多方面的因素。例如，在選取時鐘時，需要考慮以下幾點：首先，由于大部分的器件都是由時鐘的上跳沿觸發，這要求時鐘信號的延差要很小；其次，時鐘信號的頻率通常很高；第三，時鐘信號一般是負載較重的信號，因此合理地進行負載分配是很重要的。除此之外，在進行FPGA器件的應用時，還要考慮模塊的復位電路、時序同步電路等實際問題。
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篇6
論文關鍵詞：項目實訓,電子電路,實踐課程,改革
1 電子電路實踐課程改革的內容
1.1 電子技術實踐課程體系的改革
為了體現電子技術實踐課程的自主學習、知識綜合、創新設計、工程實現、研究探索、項目規劃、交流溝通、團隊合作的宗旨，擬把電子電路實踐課程體系劃分為5個模塊20多個實驗項目構成，如圖1所示，每個實驗明確局部目標，每個模塊完成階段目標，可配合理論教學，在二年級分階段性實施教學。實現課程內多知識點融合、跨課程知識體系融合、已學與拓展知識融合與課外研學融合的實踐。使學生盡早綜合運用知識，盡早接觸工程實際，盡早開展探索研究，向前覆蓋已學知識，向后拓展未學知識。
1.2 進行實驗項目內容的改革
項目內容要突出工程背景、方法多樣、綜合應用及研究探索。對學有余力的學生引導其嘗試運用電子新技術。
選擇具有生活和工程背景的內容，讓學生在體驗“學有所用”的樂趣中，激發興趣這一原始動力。著重選擇實現方法具有多樣性，實驗結果具有變化和不確定性，展示科學研究的研究和探索性，盡量設計少有現成方案借鑒的項目。
課程內開展設計性實驗項目的研究，盡量做到從點到面，分層次地擴大知識面覆蓋率。課程之間開展綜合性實驗項目的研究，在模擬電路、數字電路課程都學完后進行綜合電路設計，可以融合模擬電路、數字電路、FPGA、多門課程的知識與技術方法，實現跨課程知識融合，最后完成從單元到系統的綜合。
研究項目既然融合了已學的模擬電路或數字電路等知識，則更需要自學FPGA、PSOC、單片機等拓展技術，實現已有知識與拓展知識融合。電子電路可在咫尺之間產生千變萬化，鼓勵學生學習電子的新器件、新技術與新方法，借助于日臻完善的電子電路及系統設計與實現的軟硬件結合的平臺，激發學生的想象力和創造力，保持課程內容體系的先進性。
課程團隊可以組織指導創新大賽、飛思卡爾大賽、電子設計競賽等課外研學活動，完成理論到工程認知的轉變和創新。
1.3 實驗項目考核要求的竌母？通過綜合設計性、工程實踐性、研究探索性實驗項目的實踐過程，考察學生在觀察分析、設計構思、項目計劃、組織管理、工程實現、總結表達等方面的綜合能力，激勵實踐過程中表現出的思維、應變、研究探索、團隊合作等綜合素質。
考核學生運用基本理論進行項目需求分析的能力，如電路方案的合理性；理論計算和仿真結果是否合理；實驗表格是否完整等。
督促學生建立實踐的觀念，電子電路與系統設計不能紙上談兵，解決好原理—仿真—硬件實現的關系，即考核學生的動手能力，如硬件電路布局是否清晰，連線是否整齊，是否預留測試接口；儀器使用是否熟練、操作是否規范，功能與性能指標的完成程度、完成時長等。
考核學生對項目各功能構思的技巧性、自主思考與獨立解決問題的能力。中學語文論文
考核參數測試方案的合理性（包括各關鍵點的波形及實測數據）。完成設計的基本要求或提高要求程度如何，實驗原始數據必須當堂找老師進行現場驗收并登記，以保證考核的公正和嚴謹性。
通過驗收作品，演講答辯、交流總結等，考核學生實驗總結表達、應變、研究探索及團隊合作等方面的綜合能力。
1.4 實踐模式的改革
教師可以采用多樣化教學形式、層次化任務驅動、過程化考核激勵，引導學生關注實踐過程，做精做透每一個實驗。如專題講座、技術展示、案例分析、主題討論、方案論證、質疑講評等方法教學，鼓勵學生自主選擇任務要求、自主設計方案進程、自主構建實驗平臺、自主展示實踐成果，實現學生自主研學、創新實踐過程。
1.5 綜合優化實踐環境的建設
統籌布局，集成打造建成多學科交融、軟硬件一體、資源豐富、配置合理、充分開放的先進實驗教學環境，滿足學生學習、研究、設計、分析、仿真、實驗、制作、焊接、測試等不同環節的軟硬件需求。
2 課題研究需解決的關鍵問題
課題研究需解決的關鍵問題是精心設計一整套實驗內容、教學模式與考核方式。最重要的是，它應滲透著實驗教學改革的理念，相對做到科學性、基礎性與先進性的有機融合，具有較好的實用性和適用性，對綜合培養學生知識、能力和素質有較顯著效果，有示范性。其中設計的案例應具備的教學思想如下。
2.1 科學性
（1）案例要體現實驗的科學研究目的與實際應用背景。（2）案例是精心設計的。（3）教學內容與要求的定位切合學生實際，服務于培養目標。（4）案例經過教學檢驗證明可行。
2.2 基礎性
（1）突出經典的基本概念、基本方法和基本電路。（2）應始于基礎，循序漸進地提升要求。不能講創新就忽視經典基礎內容，創新始于基礎。（3）要掌握好涉及基本概念、理論和方法的基礎單元電路實驗，應有指標性要求，訓練測量操作與結果分析的規范方法。（4）能激勵學生對經典實驗對象進行適度的探究。
2.3 先進性
（1）反映新技術和教學改革的可行成果。這是開展人才培養模式改革的具體成果。（2）合理地運用了新技術手段。實驗內容反映并運用新技術，實驗手段與時俱進，實驗教學以多種方式輔助開展。（3）強調實驗方法。強化實驗過程中的方案比較、定性與定量分析。（4）采用多元考核。注重實驗過程與效果，有不同于傳統方式的、客觀量化的多元考核方式。
2.4 實用性
（1）應該配合學校辦學定位和人才培養目標。（2）在綜合培養學生的知識、能力和素質上具有可操作性，能體現學科專業培養特色。（3）實驗系統與裝置應實用、完整、正確，是優質實驗教學資源的具體展現。
2.5 互動性
（1）強調師生之間的互動性、交流的生動性，以拓展知識、引發思考。（2）促使學生之間開展探討、合作，在智力與非智力素質培養上能取得一定育人效果。
2.6 適用性
（1）具備分等級的評價系統，能夠提供不同定位的需求。（2）采用模塊分層結構，適于不同專業、不同層次要求的實驗教學需求。（3）具有相應的分級評價標準，考核適用性較強。
2.7 強調特色
（1）案例是精心設計的，培養目標是明確的，能夠實現具體教學目的之達成。（2）案例設計應服務于該校人才培養目標的定位，照搬未必適合該校實際，要有所創新。（3）案例應反映專業培養側重，有自身特色。
3 結語
對電子技術實踐課程的實訓項目內容進行改革和探索，是針對新世紀能力型人才培養的需要， 著力提升學生的工程素養，著力培養學生的工程實踐能力、工程設計能力和工程創新能力，引導學生了解電路系統在生活和工程實際中的應用，體驗電路功能實現方法的多樣性及根據工程需求進行技術方案選擇的過程。使學生盡早綜合運用知識、盡早接觸工程實際，熟悉工程實踐中應用必要的技術和現代化工具的方法。鼓勵學生站在基礎、面向未來，關注電子新技術發展，盡早開展探索研究。
參考文獻
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篇7
【關鍵詞】課程整體設計；單元設計；項目教學法
對于《數字電子技術》這門課程，我將從以下兩方面來進行介紹：一是課程整體設計，二是教學單元設計。
一、課程整體設計
主要包括六方面的內容：課程的定位與目標，課程設計理念與思路，學生基礎和智能特點分析，課程內容的選取和教學組織安排，教學模式及教學方法手段，課程對教學條件的要求。
1.課程定位與目標
秉承我院“優秀員工的搖籃，職業經理的基地”的辦學理念，確定了電子信息工程技術專業的人才培養目標：培養電子信息工程領域具有組裝、調試、檢測、維護和管理能力的“社會需要、行業認可、企業能用”的高端技能型專門人才。《數字電子技術》這門課是電子信息工程技術專業的一門專業基礎課，是為培養電子信息工程技術專業學生的行業通用能力而開設的一門課。
課程作用：為了更好的服務于區域經濟，培養符合電子行業需要的高端技能型專門人才，本課程的任務是培養具有較高素養的電子產品裝接和輔助設計人員，讓學生熟悉常用數字電路的應用，使學生具備數字電子技術方面解決實際問題的能力。
課程目標：包括知識目標、能力目標及素質目標。知識目標：掌握組合邏輯電路的分析方法和設計方法；掌握常用觸發器的邏輯功能轉換；掌握時序邏輯電路分析和設計。能力目標：學會使用和測試常用集成芯片；初步具有看懂簡單數字邏輯圖的能力及查閱集成電路產品手冊的能力；學會制作與調試小型數字電路。素質目標：樹立學生團隊協作意識；提高學生之間語言交流能力；提高自我創新及解決實際問題的能力。
2.課程設計理念
以企業真實項目為依托，從企業的真實項目中提煉出與本課程相關的一些項目，如八路搶答器，直流數字電壓表等項目，以培養學生職業能力和職業素養為目標，以企業實際生產工作過程為主線，企業參與的多方評價機制。
3.學生基礎和智能特點分析
本課程的授課對象為電子信息工程技術專業的大一學生，該學生來源復雜，有理科生、文科生及對口生，該學生的特點是基礎和動手能力參差不齊，但有很高的學習熱情。基于以上學生基本特點，我們采取的措施主要是：在教學過程中，將學生分成若干個學習小組，每個小組兼有理科生、文科生及對口生，充分發揮理科生邏輯思維較強，文科生語言表達清晰，對口生計算機應用能力較好的優勢。以取長補短，實現優勢互補。
4.課程內容的選取和教學組織安排
本課程安排了5個綜合性的實訓項目，聲光控制燈電路的制作、八路搶答器電路的制作、電子生日蠟燭電路的制作、流水彩燈電路的制作及直流數字電壓表的制作。以上5個實訓項目在知識目標和能力目標上都是逐級遞深的，這一點也符合我們的認知規律。
教學組織安排：對于每個實訓項目，都包含知識目標、能力目標以及子任務，在這里，我就不再一一贅述了。
5.教學模式及教學方法手段
在教學實施過程中，綜合采用了多種教學方法：項目教學法、演示法、小組討論法、角色扮演法、實踐教學法及匯報展示法。
下面我以項目教學法為例，具體介紹一下該教學法在教學實施過程中的應用。本課程安排了5個綜合性的實訓項目，每個項目都以企業真實項目為依托，通過項目教學法，可以使學生對知識的理解實現從量的變化到質的飛躍，還可以培養學生發現問題、分析問題、解決問題的能力。在教學過程中，我們根據內容的不同，靈活采用不同的教學方法，以滿足教學。
教學手段包括：多媒體教學與傳統板書教學有機結合，可以提高師生之間的互動；利用實訓室進行實踐教學，提高學生的動手能力；利用仿真軟件進行教學，提高教學的直觀性。
6.課程對教學條件的要求
師資方面：本課程專任教師共5名，均有豐富的信息類行業企業生產一線的工作閱歷，且都具有高級無線電調試師職業資格和電子產品生產調試能力；兼職教師共3名，均有三年以上電子信息類的行業企業生產一線的工作閱歷和熟練的電子產品生產調試能力，具有教師基本素質。
實訓條件方面：我們有數字電子技術實訓室，可供學生進行電路搭建，還有EDA實訓室，學生可以進行電路仿真，電子工藝實訓室可以給學生提供電路焊接及調試的場所；校外實訓基地有河北先控電源設備有限公司、河北鼎尚電子設備有限公司、河北方圓測控有限公司以及京華電子實業有限公司，為學生提供了崗位認知及頂剛實習的校外場所。
學習資源方面：我們選用的教材為高職高專教材，是由本課程專任教師與企業合作開發的校企合作課程，另外還提供了三本參考教材，給教師教學和學生學習提供了很好的輔助作用，網絡資源方面，首先包括《數字電子產品設計與制作》精品課建設，已經通過了學院的遴選，現在正在建設期，目前可提供的資料有課程標準、授課計劃、項目評分標準、教學課件、習題及參考答案及數字集成電路資料等。
二、教學單元設計
下面我以項目二“八路搶答器電路的制作”這一項目為例，介紹一下教學單元設計。
知識目標：
1.能了解數制與數碼的種類及運算；
2.能對較復雜的組合邏輯電路進行分析；
3.會用門電路進行電路設計，實現相應的邏輯功能；
4.了解常用的組合邏輯電路的功能；
5.能分析8路搶答器電路的工作原理。
能力目標：
1.按要求用常用的集成門電路實現較復雜的邏輯功能；
2.能對常用組合邏輯集成電路進行測試；
3.用組合邏輯集成電路設計制作8路搶答器。
子任務：
1.用門電路制作簡單邏輯電路；
2.編碼器的邏輯功能測試；
3.譯碼器的邏輯功能的測試；
4.八路搶答器的制作與調試。
教學組織實施過程包括五個環節：資訊、計劃、準備、實施及評價環節。
在資訊環節，首先明確學習目標要求，教師對項目所能實現的功能進行演示，學生通過觀摩學習，閱讀并分析參考資料、工藝文件等相關資料，討論其功能，激發興趣，明確項目任務，用時1課時。在資訊環節主要采用了演示教學法。
在計劃環節，班組長先組織小組討論，然后交流對工作任務的認識及相關知識的分析，將工作任務進行分解，初步制訂工作計劃，用時1課時。在計劃環節主要采用了小組討論教學法。
在準備環節，主要是知識的準備：采用講授法、演示法、分組討論等教學方法，使得學生獲得相關知識，用時4課時。
在實施環節，首先對電路進行設計，利用仿真軟件對電路進行仿真調試，觀察和測量電路的性能指標，并調整部分元器件參數，從而達到各項指標的要求，用時4課時。
然后是材料、工具準備：工具人手一套，芯片等元器件利用課余時間分組去市場購買。接著進行搭建電路、焊接、調試、檢查，用時10課時。
在評價環節，主要包括四方面的評價：
1.項目積分50%
芯片的使用和檢測；電路制作；匯報演講。
2.課堂表現10%
課堂紀律；學習態度10%。
3.能力表現10%
動手實踐；電路分析及調試。
4.企業評價30%
崗位認知；職業道德；工作態度。
通過本課程的學習，學生可以制作出聲光控制燈電路、八路搶答器電路、電子生日蠟燭電路、流水彩燈電路及直流數字電壓表和觀賞臺燈等。
課程教學以技術應用能力為培養主線，學生在項目訓練和任務的實現來經歷電路設計的整個工作過程，掌握必備知識，訓練技能。
參考文獻
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篇8
【關鍵詞】競賽；集成電路；教學改革
Inspiration of 2011’Beijing Student Competition on Integrated Circuit
GENG Shu-qin HOU Li-gang WANG Jin-hui PENG Xiao-hong
VLSI & System laboratory Beijing University of Technology Beijing，China 100124
Abstract：Teaching 21stIntegrated circuit student is history task for teachers.Inspiration of 2011’Beijing Student Competition on Integrated Circuit is presented such as correct idea，right organize procedure，a steady preparation，corporation between university and company，teaching methods.The result of practice is that competition on Integrated circuit can push the procedure of cultivating of student，can push Quality Education，can advance the ability of theory and practice，can improve the ability of resolve problem，can cultivate the spirit of creativity，can enhance the ability of Team Corporation.It leads the point of teaching methods reformation.The student ability of plot and circuit design is increased.
Keywords：competition；Integrated circuit；teaching reformation
集成電路在社會發展中扮演著非同尋常的角色，幾乎滲透到了各行各業。隨著全球經濟一體化的發展，集成電路的制造與開發中心正逐步向我國轉移。我們肩負重大的歷史使命，是要把我國建設成為集成電路的生產大國進而成為集成電路強國[1]。因此培養二十一世紀集成電路設計人才是我們教師面臨的歷史任務。北京華大九天軟件有限公司致力于開發自主產權的EDA軟件，提供高端的SoC解決方案和一站式設計生產服務，為培養集成電路設計人才提供了很好的軟件平臺。北京市2011首屆“華大九天杯”大學生集成電路大賽以充分調動各方面的參與積極性。對學生來說，競賽為他們提供了一個開闊眼界、互相學習和交流的好機會，這是任何課堂教學都無法替代的；對指導老師來說，競賽可以促進他們轉變陳舊的教學理念，改進落后的課程體系，積極尋求新的教學模式，真正做到教學目標、教學內容和教學方法與時俱進，切實達到面向應用、面向市場、面向社會并最終為社會提供優秀專業人才的最高教學目標[2]。實踐表明，開展大學生集成電路設計競賽，對于推進我國集成電路人才培養、推進素質教育、理論實踐結合能力、解決問題的能力、培養學生創新精神、團隊協作能力和培養學生的集體榮譽感等方面具有重要意義，同時也對高校的集成電路設計課程和實踐教學改革起了一定的引導作用，極大的強化了學生繪制版圖和電路設計能力。本人有幸帶領學生參加了此次比賽，獲得了一些啟示。
1.立足現實，拓寬應用
本次大賽的活動宗旨是豐富微電子學專業學生的專業知識，培養學生理論聯系實際、獨立思考和操作能力，鞏固和加深所學專業知識基礎，推動京津地區高校微電子學專業的交流和發展，并對國產正版EDA軟件的普及和應用起到積極推動作用。
2011年北京大學生集成電路設計大賽分成大學本科和研究生兩個級別（本科生組33個組；研究生33個組），每組3人，進行筆試和上機操作。比賽相關規則：筆試階段，采用閉卷形式，由各參賽隊員獨立完成，最終成績計入小組總分；上機操作，以小組形式參加。
2.正確的指導思想
電子學會組織的此次大學生集成電路大賽立足高，緊密結合教學實際，著重基礎、注重培養實踐能力的原則為大賽成功舉行樹立了正確的指導思想。
“華大九天杯”集成電路大賽凝聚了各級領導、專家、學者和我校學科部領導、老師及每個參賽隊員的心血與汗水。在比賽的前后，我們的指導思想是：參賽獲獎不是最終目的，深人持久地開展教育教學改革，充分調動學生學習積極性，吸引更多的學生參加各類競賽和科技活動，培養更多的優秀專業人才，才是我們的努力方向。集成電路大賽引來了眾多企業，他們對參賽學生的青睞，對于與學校合作的重視，也正是我們學校所渴求的。在參賽中與同行各企業充分交流，學校與企業的緊密結合，才能更清楚市場對優秀畢業生的要求，進而能明確培養目標，并在平時的課程教學中加以滲透，在教學中不斷改進；在參賽中與其他兄弟院校充分分享經驗，不斷學習別人的長處，分析參賽中暴露的共性問題，在教育教學中不斷改進；在參賽中提高教師的指導水平和改進教育教學方法；在參賽中提高學生的綜合素質，培養大批適應現代化建設需要的基礎扎實、知識面寬、能力強、素質高、具有創新精神和實踐能力的高級應用型人才，才是我們參加北京大學生集成電路設計競賽的最終目的。
3.準備認真，重在過程
承辦方北方工業大學周密的準備工作和熱情的服務為大賽成功舉行創造了良好的外部環境。北方工業大學和華大九天公司組織的集訓為成功參賽奠定了扎實的基礎。
在學科部領導和各位老師的努力下，在實驗室老師的大力協助下，在華大九天公司培訓人員的大力支持下，我們組織了兩個階段的集中培訓，并在培訓的基礎上進行了有針對性的輔導練習，并在參賽前舉行了預賽。這些環節對學生和老師起到了很好的引導和督促作用，保證了良好的訓練環境，營造了積極向上的參賽氛圍。
在電子競賽的準備過程中，適逢暑假，假期長，學生們可以充分利用暑假時間認真復習電子器件、數字電子電路、集成電路分析與設計等課程的理論知識。同時，學生們還學習華大EDA軟件，進行實際電路和版圖繪制上機練習，培養了理論聯系實踐的學風。通過競賽準備，學生需要綜合運用所學知識，解決競賽中遇到的各種問題，提高了運用理論知識解決實際問題的能力。通過競賽準備，磨合了小組間的默契配合和分工，增進了師生情誼，提高了團隊作戰能力。通過競賽準備，找出了自己在知識上的不足，明確了社會的需要、工作崗位的需要和工作性質，樹立了新的奮斗目標，產生了學習新的動力。
4.參賽對嵌入式系統和集成電路設計教學改革的啟示
北京大學生集成電路設計競賽對于培養學生參加實踐的積極性、理論聯系實際的學風和團隊意識有著重要作用，競賽給學生提供了一個施展才華、發揮創新能力的機會和平臺。并對高校集成電路設計課程的教學內容和電子科學與技術的課程體系改革和學生今后工作起到一定的引導作用。
4.1 知識整合的系統教學思想
自從1958年基爾比發明集成電路以后，集成電路一直按照摩爾定律的預測飛速發展。面對集成電路如此迅猛的發展形勢，教學工作也要與時俱進，不斷改革創新。我承擔《嵌入式系統》和《集成電路分析與設計》課程，深深體會到微電子專業的學生學習嵌入式系統與其他專業有所區別，因為芯片的設計方向日益朝著片上系統SOC、片上可編程系統SOPC的方向發展[3]。學生不僅需要有系統的概念[4]，同時需要對典型處理器體系結構有清晰的理解，在設計SOC芯片時才會有系統的設計思想[5]，又會對處理器內部體系架構有清晰的概念。因此，在對微電子專業的學生講授嵌入式系統時，要緊密結合集成電路設計的要求，結合集成電路分析與設計、數字電子、模擬電子、電子器件等課程的內容，使學生不僅對處理器結構體系清楚，更熟悉各模塊電路，如ALU單元電路、筒形移位器、乘法器、寄存器、SRAM、DRAM單元等等。在處理器的，培養學生系統的概念，掌握外部單元電路，如存儲器單元電路、系統總線單元、SPI、IIC、UART等等接口電路，從使用者的期望角度出發，來進行芯片的設計，既是使用者，又是設計者。學生在學習集成電路設計的課程時，緊密結合嵌入式系統中的系統體系結構、結合處理器內部的體系結構，具有整體的大的系統性設計概念，整合學生對各個課程的分離的知識內容，培養綜合運用所學知識解決系統問題。通過增加實驗和上機課時，提高學生將理論與實踐緊密結合，培養學生運用所學理論知識解決實際問題的能力。
4.2 改革傳統的教學模式
我國的大學課堂教學模式長期以來被德國教育家赫爾巴特的“四段論”與前蘇聯教育家凱洛夫的“五環節”所主宰，在新的教育環境和教育目標下，他們所倡導的課堂教學結構和施教程序越來越明顯地暴露出它的弊端，最突出的是“以教代學”的陳腐教學思想和“注入式”、“滿堂灌”的落后教學方法.這種“以教師為中心，以教材為中心”的課堂教學，決定了學生在整個教學過程中所處的被動地位，很大程度地禁錮了學生的創造性思維，對學生自學能力、實踐能力和創新能力的培養構成了嚴重的障礙[2]。
現代教育理論指出：指導學生從實踐和探索中通過思考獲取知識，又在解決問題的探索活動中，運用已獲得的知識和技能是培養智能的最好途徑。
本次競賽上午閉卷完成理論知識的考試。本科生的上機操作內容是根據提供的狀態圖設計一個計數器電路，然后進行原理圖的繪制，再次進行版圖繪制，進而進行DRC、LVS等環節驗證，并撰寫設計報告。學生需要利用數字電路中所學的狀態表，構造出邏輯關系式，運用卡諾圖化簡得到最簡電路，最后再繪制單元電路，設計出具體的CMOS電路和版圖，并進行驗證。同時還需要構造出計數器所需的時鐘電路。在上機的開始一個半小時中，指導老師可以參與指導，這樣增加了比賽中老師對學生的限時指導內容，更有利于學生的競賽，符合培養人才的現論要求。
學生基本上完成了從需求分析、電路設計、繪制電路、（仿真）、版圖繪制、驗證到撰寫報告等環節。通過競賽，使學生能親自感受一個簡單的集成電路設計流程，培養了學生的系統設計概念。學生從早晨9點一直進行到下午六點，在短短的一天內要完成筆試和7個小時的上機電路繪制和驗證等工作，小組成員只有密切配合，充分發揮各自的優勢，保持堅韌不拔的精神，才能取得最終的勝利。這種方式非常有利于培養學生的合作精神和團隊精神，鍛煉了學生的毅力和體力。
施教之功，貴在引導。可以看出，競賽在很大程度上符合現代教育理論的要求，符合學生的認知規律。以學生為主體、教師為主導的教學模式正是以傳授知識為前提，以形成技能為基點，以培養智能為重心，以全面發展人才為歸宿。在《嵌入式系統》和《集成電路分析與設計》課程教學中，增大課程的實驗內容，學生帶著問題，進行學習，進行思考、小組討論，經老師點撥，實現了運用所學理論解決實際問題的過程，既培養了學生的綜合能力，又完成了教學任務，符合現代教育論的要求。
施教之旨，在于培養學習方法和思維方式，培養獲取新知及再創造之本領。將學生分成小組，布置某一命題，發揮學生的主動性，引導他們查閱資料，分析歸納總結，并在課堂中進行報告或實驗演示。學生反映效果很好，獲取了知識，又培養了學生自學能力和主動獲取知識的方法。
5.引導學生參與科研，撰寫學術論文
通過大賽引導大學生形成一股扎扎實實的學習和研究的風氣。激發學生在專業領域的學習興趣，參與到老師平時的科研中，增加動手實踐的機會。并在科研中進一步培養學生的研究興趣，形成良性循環。對于取得的研究成果，可以引導學生撰寫論文，并能在廣大同學中起到表率作用。
6.結束語
培養二十一世紀集成電路設計人才是我們教師面臨的歷史任務。北京市2011首屆“華大九天杯”大學生集成電路大賽以充分調動各方面的參與積極性。正確的指導思想、科學的組織程序、踏實認真的準備工作以及大賽對校企合作、對教學改革將產生重要的影響。實踐表明，開展大學生集成電路設計競賽，對于推進我國集成電路人才培養、推進素質教育、理論實踐結合能力、解決問題的能力、培養學生創新精神、團隊協作能力和培養學生的集體榮譽感等方面具有重要意義，同時也對高校的集成電路設計課程和實踐教學改革起一定的引導作用，極大的強化了學生繪制版圖、電路設計能力和集成電路設計思想。
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致謝：競賽工作是由國家自然基金贊助（No.60976028）；北京工業大學博士基金贊助（No.X0002014201101，No.X0002012200802 and No.X00020
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（一）建設背景
為了突顯網絡工程專業特色，加大與其它計算機相關專業的區分度，網絡工程專業在保持原有網絡工程專業特色的基礎上，重點突出物聯網和網絡安全管理兩個專業方向，進一步明確定位學校網絡工程專業的人才培養目標。網絡工程專業是一門實踐性非常強的專業。因此，要實現培養目標，除了需要調整改革現有的專業課程體系外，還必須建立相應的實踐教學體系和配套的實踐教學環境。為此，網絡工程專業以中央支持地方高校發展專項資金的實驗室建設為契機，在網絡工程管理和網絡協議分析兩個現有實驗室的基礎上，新建物聯網、信息安全、網絡攻防、網絡測試等專業實驗室。這些實驗室建成后，網絡工程專業實驗室支撐的實踐教學內容將基本上涵蓋物聯網、網絡安全管理、網絡工程設計三大方向的典型實驗、課程設計，乃至實習實訓、畢業設計等實踐環節。屆時，網絡工程專業將具備實驗設施齊全、內容涵蓋面廣的專業實驗環境。這為構建特色鮮明、層次合理的實踐教學體系提供良好的實踐條件支持。
（二）體系結構
網絡工程專業在保持網絡工程設計特色的基礎上，重點突出物聯網和網絡安全管理方向。圍繞這三大專業方向，以現有的網絡工程基礎專業實驗室和正在建設的物聯網和網絡安全方向專業實驗室為依托，構建出專業特色鮮明的多層次實踐教學體系，網絡工程專業實踐教學體系學科與專業競賽、自主創新研究等多種形式，并分布在專業基礎實踐、專業核心實踐、專業方向實踐、專業綜合實踐四個教學層次上。從教學層次的角度看，網絡工程專業的實踐教學環節包括下列內容。專業基礎實踐主要指電子技術基礎、計算技術基礎、軟件系統基礎三方面的實踐教學，主要形式是課程實驗、課程設計和實習。專業核心實踐主要指網絡工程專業核心課程的實踐教學，主要形式是課程實驗和課程設計。專業方向實踐主要指物聯網、網絡安全管理、網絡工程設計三大專業方向的實踐教學，主要形式是課程實驗和課程設計。專業綜合實踐主要指學生根據自己選擇的專業方向而開展的專業綜合實踐教學，主要形式包括學科與專業競賽、自主創新研究、實訓與實習、畢業設計（論文）等。
二、實踐教學內容
以上述實踐教學體系為依據，從四個專業實踐層次分別闡述網絡工程專業的實踐教學內容。
（一）專業基礎實踐
網絡工程專業基礎實踐環節可分為電子技術基礎、計算技術基礎、軟件系統基礎三方面的實踐教學內容。電子技術基礎實踐教學內容包括模擬電路實驗、數字電路實驗、計算機組成原理實驗、硬件工藝實習。模擬電路實驗是讓學生了解放大電路的原理，并能理解相應的實驗現象。數字電路實驗是加強學生對數字邏輯的理解能力和數字電路的設計能力。計算機組成原理實驗是讓學生理解計算機硬件結構的實現原理和方法。硬件工藝實習是讓學生綜合運用數字電路和模擬電路的相關理論知識，使用電路設計軟件設計并利用實際電路元器件實現一個具有實際生產意義的電子電路系統。計算技術基礎實踐教學內容包括程序設計實驗、數據結構實驗、算法分析與設計實驗、程序設計應用課程設計等。程序設計實驗是讓學生能夠運用所學的程序設計語言編寫并調試程序，培養學生的程序設計能力和程序調試能力。數據結構實驗是讓學生運用理論原理知識編程實現線性表、隊列、堆棧、二叉樹、圖等基本數據結構及其訪問操作方法，以及常用的排序和查找算法，進而能夠解決相關的實際問題。算法分析與設計實驗是讓學生掌握分治法、動態規劃法、貪心法、回溯法、分支界定法等常用經典算法，從而更好地解決實際問題。程序設計應用課程設計是綜合運用程序設計語言、數據結構、算法分析與設計，設計并實現一個具有實際生活意義的程序系統。軟件系統基礎實踐教學內容包括操作系統實驗、數據庫原理實驗、軟件工程實驗、軟件系統開發課程設計。操作系統實驗是讓學生系統地掌握處理機管理、進程管理、存儲管理、文件管理和設備管理五大功能的工作原理與實現方法，進而能夠模擬實現操作系統部分功能。數據庫原理實驗是讓學生熟練掌握SQL語言的數據定義、數據操縱、完整性控制等功能，基本掌握數據庫的設計方法和數據庫應用系統的開發方法。軟件工程實驗是加深學生對軟件開發方法的理解，掌握統一建模語言UML和可視化建模工具RationalRose的基本用法。軟件系統開發課程設計是讓學生在掌握程序設計技術的基礎上，綜合運用操作系統、數據庫原理、軟件工程的理論知識與開發技術，設計并實現一個具有實際應用價值的軟件系統。
（二）專業核心實踐
網絡工程專業核心實踐環節主要包括計算機網絡、網絡編程、無線網絡、Linux編程等專業核心課程的實踐教學內容。計算機網絡實驗是讓學生學習利用Sniffer和Wireshark等常用網絡嗅探工具驗證TCP/IP協議報文格式和協議交互過程，從而加強學生對網絡協議及其工作原理的理解，加深對計算機網絡體系結構的認識。網絡編程實驗是以套接字編程為基礎編寫TCP/UDP協議通信程序以及數據包捕獲程序，編寫SMTP/POP3郵件客戶端、FTP客戶端、Web網站程序等經典網絡應用程序。無線網絡實驗是讓學生掌握各種無線網絡設備的安裝和配置方法，學會無線局域網的規劃設計、安裝配置與故障排除。Linux編程是讓學生掌握LINUX環境下C語言應用程序開發的基本過程，熟悉基本庫函數的使用，具有初步的應用程序設計能力。
（三）專業方向實踐
網絡工程專業方向實踐環節可分為物聯網、網絡安全管理、網絡工程設計三個專業方向的實踐教學內容。物聯網方向實踐教學內容包括射頻識別實驗、無線傳感網實驗、物聯網開發實驗、以及物聯網方向課程設計。射頻識別實驗是讓學生掌握射頻識別技術的讀寫卡、多卡讀、編碼調制、防碰撞算法、通信協議、保密通信等基本原理，能夠編寫相關應用案例程序。無線傳感網實驗是讓學生能夠對溫度、濕度、光照、壓力、紅外等典型傳感器節點進行數據采集，并利用Zigbee、藍牙、WIFI等通信模塊，開發無線傳感器網絡應用程序。物聯網開發實驗是讓學生在掌握嵌入式編程的基礎上，結合射頻識別和無線傳感技術，開發物聯網應用中的核心功能模塊或簡單應用程序。物聯網方向課程設計是綜合運用物聯網方向課程的理論知識與開發技術，設計并實現一個具有一定實用價值的物聯網應用系統。網絡安全管理方向實踐教學內容包括網絡安全實驗、網絡管理實驗、網絡攻防實驗、以及網絡安全管理方向課程設計。
網絡安全實驗是讓學生掌握網絡嗅探器和端口掃描工具的工作原理和實現方法，理解包過濾、網絡地址轉換等網絡安全策略，掌握防火墻和入侵檢測系統的安裝、配置和使用方法。網絡管理實驗是讓學生理解SNMP網絡管理協議的原理和工作過程，掌握SNMP程序的設計與開發方法。網絡攻防實驗是讓學生熟悉網絡探測、緩沖區溢出、網絡欺騙、拒絕服務、SQL注入等主流攻擊技術的實現方法，從而預防和阻止網絡攻擊。網絡安全管理方向課程設計是綜合運用網絡安全管理方向課程的理論知識與開發技術，設計并實現一個具有某種安全管理功能的實用網絡軟件或系統。網絡工程設計方向實踐教學內容包括網絡互聯技術實驗、網絡規劃與設計實驗、網絡故障診斷與排除實驗、以及網絡工程設計方向課程設計。網絡互聯技術實驗是讓學生學會網線制作、VLAN配置、交換機配置、靜態路由配置、動態路由配置、ACL配置、NAT配置等，為實際網絡部署提供基礎。網絡故障診斷與測試實驗是讓學生掌握網絡故障診斷與測試工具的使用方法，能夠對物理層、數據鏈路層、網絡層、以太網、廣域網、TCP/IP、服務器等的故障進行診斷與排除。網絡規劃與設計實驗是讓學生學會網絡規劃工具、需求分析、技術選擇、網絡拓撲設計、網絡編址與命名、路由設計、網絡性能保障、安全管理設計等各環節技能。網絡工程設計方向課程設計是綜合運用網絡工程設計方向課程的理論知識與開發技術，針對某個實際應用場景，規劃并設計一個具有實用價值的網絡工程方案。
（四）專業綜合實踐
專業綜合實踐主要指學生根據自己選擇的專業方向而開展的專業綜合實踐教學，主要形式包括學科與專業競賽、自主創新研究、實訓與實習、畢業設計（論文）等。學科與專業競賽是鼓勵學生在老師的指導下，利用課余時間和假期，參與學校、企業、省、教育部、乃至全球等各種級別的大學生學科或專業競賽，以擴大學生的知識面，培養學生理論聯系實際和動手操作的能力。目前適合網絡工程專業學生參加的競賽主要有全國大學生數據建模競賽、全國大學生電子設計競賽、ACM大學生程序設計競賽、“挑戰杯”大學生系列科技作品競賽、全國大學生信息安全競賽。自主創新研究可分為課內自主研究學習和課外科技創新活動。課內自主研究學習是在部分專業課程內，安排學生開展研究性學習與創新環節，激發學生主動學習的積極性，培養學生的自學能力和自主學習研究能力。課外科技創新活動是學生根據自身興趣和專業特長組成小組，自主選擇研究課題，確定研究目標、技術路線和研究計劃，利用課余時間和寒暑假在老師的指導下自主開展科技創新活動，以提高學生發現問題、分析問題和解決問題的能力，培養學生的創新意識和創業精神。實訓和實習是讓學生熟悉或掌握網絡相關行業或領域中可能遇到的常用技能，以縮短第一任職崗前培訓的時間。該類實踐教學內容包括見習環節、實訓環節、實習環節等。見習環節是參觀一個網絡行業相關的企事業單位或部門，見識各類產品和系統的研發過程或應用情況，以增強學生對專業的興趣和自豪感。實訓環節是在校內實驗與實訓基地，通過與企事業單位的合作，提煉網絡設備產品與網絡應用系統的典型功能模塊，進而設計出一組項目供學生實習訓練。
實習環節是與校外企業或培訓基地合作，讓學生參與到實際的項目研發與實施工作中，從而使學生接觸社會，體驗未來就業單位的工作環境和實際的項目開發過程。畢業設計（論文）是大學生四年專業知識學習后的一次綜合性專業技術實踐鍛煉機會。畢業設計的周期為14周，主要包括選題、開題、課題研究與指導、撰寫畢業論文、畢業論文答辯等環節。畢業設計課題可以由指導老師根據自己的項目課題、研究方向或興趣好確定，也可以根據學生就業單位的實際工作需要確定。
三、結論
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電子系統的種類較多，從總體上可分為模擬系統、數字系統和模/數混合系統三大類。在數字系統中，又可分為以標準數字集成電路(如TTL、CMOS器件)為核心的電子系統以及以MPU、MCU、PLD、ASIC為核心的電子系統。在模/數混合系統中，以SOC為核心的電子系統發展最為迅猛。以模擬器件為核心的電子系統是基本的，該設計環節對于學生鞏固及應用已學電子技術理論和基本技能，進一步提高實際工作能力和培養創新能力具有不可替代的作用。
一、電子系統設計的基本原則
電子電路系統設計時應遵循以下幾個基本原則:
(1)滿足系統功能和性能指標要求，這是電子電路系統設計時必須滿足的基本條件。
(2)電路優化。在滿足功能和性能要求的情況下，通過優化的簡單電路系統既經濟又可靠。
(3)電磁兼容性好。電磁兼容性是現代電子電路系統應具備的基本特性。
(4)可靠性高。電子電路系統的可靠性要求與系統的實際用途、使用環境等因素有關。
(5)系統集成度高。最大限度地提高集成度，是電子電路系統設計應當遵循的一個重要原則。
(6)調試簡單方便。
(7)生產工藝簡單。生產工藝是電子電路系統設計者應當考慮的一個主要問題，無論是批量產品還是樣品，生產工藝對電路的制作與調試都是相當重要的一個環節。
(8)操作簡便、性價比高。
二、電子系統的設計方法根據電子系統的功能和結構上的層次性，通常有如下三種設計方法。
1.自頂向下的設計方法這種設計方法就是設計者根據原始設計指標或用戶需求，從整體上規劃整個系統的功能和性能，然后對系統進行劃分，分解為規模較小、功能較簡單且相對獨立的子系統，并確定它們之間的相互關系。這種劃分過程可以不斷進行下去，直到劃分得到的單元可以映射到物理實現，實現可以是具體的部件、電路和元件，也可以是VLSI的芯片版圖。
2.自底向上的設計方法
這種設計方法就是設計者根據要實現系統的各個功能的要求，首先從現有的可用的元件中選出最合適的，設計成一個個的部件，當一個部件不能直接實現系統的某個功能時，需設計出由多個部件組成的子系統去實現該功能，上述過程一直進行到系統所要求的全部功能都實現為止。該方法的優點是可以繼承使用經過驗證的、成熟的部件與子系統，從而可以實現設計重用，減少設計的重復勞動，提高設計生產率。其缺點是設計過程中設計人員的思想受限于現成可用的元件，故不容易實現系統化的、清晰易懂的以及可靠性高、可維護性好的設計。
3.以自頂向下方法為主導結合使用自底向上的設計方法
隨著SOC(單芯片系統)的出現，為了實現設計重用以及對系統進行模塊化測試，通常采用以自頂向下方法為主導，并結合使用自底向上的方法，這樣既能保證實現系統化的、清晰易懂的以及可靠性高、可維護性好的設計，又能充分利用IP核，減少設計的重復勞動，提高設計生產率，因而得到普遍采用。
三、基于模擬器件的電子系統設計流程
基于模擬器件的電子系統設計的流程如圖1所示。模擬電路種類較多導致系統的設計步驟將有所差異，流程圖中的環節應隨設計的實際作調整或交叉進行、重復。
1.明確設計任務
該階段是對系統的設計任務進行具體的分析，充分了解系統的性能、指標、內容及要求，掌握系統的基本特征，以便明確系統應完成的任務。
2.總體方案選擇
該階段針對所提出的任務、要求和條件，從全局著眼，用具有一定功能的若干單元電路構成一個整體，來實現系統的各項性能。通常符合要求的總體方案不止一個，設計者應當針對任務、要求和條件，查閱有關資料，廣開思路，提出若干種不同的方案，然后逐一分析每一個方案的可行性和優缺點，再加以比較，擇優選用。
3.單元電路設計
在確定總體方案后，便可以畫出詳細框圖，設計單元電路。設計單元電路的一般方法和思路如下:
(1)根據設計要求和已選定的總體方案的原理框圖，明確對各單元電路的要求，必要時應詳細擬定出主要單元電路的性能指標。注意各單元電路之間的相互配合，但要盡量少用或不用電平轉換之類的接口電路，以簡化電路結構、降低成本。
(2)擬定出各單元電路的要求后，應全面檢查一遍，確定無誤后方可按一定的順序分別設計各單元電路。
(3)選擇單元電路的結構形式。最簡單的辦法是從以往學過的和了解的各種電路中選擇一個合適的電路，但一般情況下，應查閱有關資料，以豐富知識、開闊眼界，從而找到適合的電路。具體設計時，在符合設計要求的電路基礎上適當改進或進行創造性的設計。
4.計算和調整參數
電路設計中參數的計算方法主要在于正確運用課程中已經學過的分析方法，搞清電路原理，靈活運用計算公式。對于一般情況，計算參數應注意以下幾點:①各元器件的工作電壓、電流、頻率和功耗等應在允許范圍內，并留有適當裕量;②對于環境溫度、交流電網電壓等工作條件應按最不利的情況考慮;③對于元器件的極限參數必須留有足夠的裕量，一般按額定值的1．5倍左右考慮;④電阻、電容的參數應選計算值附近的標稱值;⑤在保證電路達到功能指標的前提下，應盡量減少所用元器件的品種、價格、體積、數量等。
5.元器件的選擇
從某種意義上講，電子電路設計就是選擇最合適的元器件，并把它們最好地組合起來。首先要根據具體問題和方案，考慮需要哪些元件、每個元件應該具有哪些功能和性能指標;其次所需的元件哪些實驗室有，哪些市場上能買到，價格如何，指導學生關心元器件的信息和新動向，多查資料。以下概括地說明設計中元器件的選擇思路。
(1)阻容元件的選擇。電阻和電容的種類很多，正確選擇電阻和電容很重要，不同電路對電阻和電容的性能要求也不一樣。設計是要根據電路的要求選擇性能和參數合適的阻容元件，并要注意功耗、容量、頻率和耐壓范圍是否滿足要求。
(2)分立元件的選擇。分立元件包括二極管、晶體三極管、場效應管、光電管、晶閘管等，根據用途、參數等進行選擇。
(3)集成電路的選擇。集成電路的品種很多，選用的方法一般是“先粗后細”，即先根據總體方案考慮應該選用什么功能的集成電路，然后考慮具體的性能，最后根據供貨、價格等因素選用某種型號的集成電路。
6.審圖
在電路的設計過程中必然會有考慮不周的地方，各種計算也會出現誤差甚至錯誤，所以在畫出電路總圖后，要進行全面審查。審查時要注意先從全局出發檢查總體方案是否合適，各單元電路的原理是否正確，電路形式是否合適，再檢查各單元電路之間的電平、時序配合是否合適，電路圖中有無煩瑣可優化之處，接著根據電路圖中所標出的各元器件的型號、參數等驗算是否能達到性能指標，有無恰當的裕量，同時需注意電路中各元件是否工作在額定值范圍內，以免實驗時損壞。
7.實驗檢測
一個電路的設計是一個復雜的過程，在這個過程中需要考慮很多的因素和問題，設計中難免會出一些差錯。實驗檢測是設計電子電路必不可少的環節，通過實驗檢測可以發現設計中存在的問題，通過解決實驗中所發現的問題，逐步完善設計，最終達到設計目標。在實驗中所需要檢測的內容主要有:各元件的性能和質量、各單元電路的功能和主要指標、各個接口電路的功效、總體電路的功能等。
四、電子電路的安裝和調試
電子電路的安裝和調試在電子工程技術中占有重要的地位。它是把理論付諸實踐的過程，是把人們的主觀設想轉變為電路和電子設備的過程，是把設計轉化為產品的過程。任何一個好的設計方案都是經過安裝、調試和多次修改才形成的。安裝主要涉及到結構布局、元器件的安排布置、線路的走向及連接等問題。電子電路系統的調試是電子電路設計中的重要內容，它包括電子電路的測試和調整兩個方面。測試是對已經安裝完成的電路進行參數及工作狀態的測量，調整是在測試的基礎上對電路元器件的參數進行必要的調整，使電路的各項性能指標達到設計要求。電子電路的調試通常有兩種方法，其一是分塊調試法，這是采用邊安裝邊調試的方法，其二是統一調試法，即在整個電路系統安裝完成之后，進行一次性的統一調試。以上兩種方法的調試步驟基本一致，具體有:通電前的檢查，主要內容是檢查元器件、檢查連線、檢查電源進線;通電檢查;靜態調試;動態調試。例如，對于數字電路的動態調試，一般先調整好振蕩電路，以便為整個電路提供時鐘信號，然后再分別調整控制電路、信號處理電路、輸入輸出電路及各種執行機構，在調試過程中要注意各部分的邏輯關系和時序關系，應對照設計時的時序圖，檢查各點的波形是否正常。對于調試過程中出現的故障，常用的診斷方法有直接觀察法、靜態工作點測量法、信號尋跡法、對比法、元件替換法、旁路法、短路法、斷路法、電子干擾的抑制措施等。
