電子電路設(shè)計實例范文

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篇1

關(guān)鍵詞：數(shù)字邏輯電路；立體化實驗教材；實驗報告

0 引言

教育部《關(guān)于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見》的第八條明確提出強化實踐育人環(huán)節(jié)。制訂加強高校實踐育人工作的辦法，強化實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，結(jié)合專業(yè)的特點和人才培養(yǎng)要求，分類制訂實踐教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，增加實踐教學(xué)比重，確保各類專業(yè)實踐教學(xué)必要的學(xué)分（學(xué)時），配齊配強實驗室人員，組織編寫一批優(yōu)秀實驗教材，提升實驗教學(xué)水平。“十二五”以來，這些有關(guān)加強實驗教學(xué)改革文件的出臺，表明深化實踐教學(xué)方法改革，加強學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，已經(jīng)到了刻不容緩的地步。教育部指出，要把加強實踐教學(xué)方法和人才培養(yǎng)模式改革作為專業(yè)建設(shè)的重要內(nèi)容。加強實踐教學(xué)，實驗教材改革是改革教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的關(guān)鍵一環(huán)，實驗教材質(zhì)量的好壞、水平的高低直接影響到學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量。

1 目前實驗教材存在的問題

目前，我國高校實驗教材整體上沒有擺脫依附并服務(wù)于課程的格局，而且以單一的紙質(zhì)實驗教材為主，其他形式的實驗資源比較匱乏，傳統(tǒng)教材能滿足系統(tǒng)化實驗教學(xué)的需要，但在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和實踐能力方面存在明顯的不足。近年來，很多高校對傳統(tǒng)實驗項目和內(nèi)容進(jìn)行了一系列改革，減少了驗證性實驗項目，增加了綜合性、研究性和設(shè)計性實驗項目，但仍然沒有脫離課程體系，只是傳統(tǒng)實驗項目的修改與增刪，還是按照原有的知識體系，配合理論教學(xué)而開展的輔實驗教學(xué)活動，其目的仍然是為了強化理論教學(xué)，幫助學(xué)生鞏固和掌握理論知識，沒有把學(xué)習(xí)方法作為實驗教學(xué)的重點加以重視。在實驗教材的內(nèi)容編排上還是按照實驗?zāi)康呐c原理，操作步驟與方法這一傳統(tǒng)教材的樣式，并沒有從引導(dǎo)、啟發(fā)的角度進(jìn)行組織，一些學(xué)校自己印刷的實驗指導(dǎo)書，離正式出版還有一定的距離，也沒有其他數(shù)字化的輔導(dǎo)性材料。總之，現(xiàn)在的實驗教材，按照粗放而統(tǒng)一的要求，讓學(xué)生“按方抓藥”式地進(jìn)行驗證，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力得不到鍛煉。

“十二五”以來，深化實踐教學(xué)改革，加強學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，實驗教材的建設(shè)已引起各高校的重視。同時，科技的發(fā)展與知識的更新也促進(jìn)了實驗教學(xué)設(shè)備的改進(jìn)，也促進(jìn)實驗教材的改進(jìn)。因此，在實驗教材的建設(shè)上，針對上述問題，必須按照學(xué)生的能力體系來構(gòu)建實驗教學(xué)體系，把信息技術(shù)與實驗教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行有效整合作為一個重要任務(wù)來抓，在寫好傳統(tǒng)紙質(zhì)教材的同時，建設(shè)適合開放教學(xué)和創(chuàng)新能力培養(yǎng)要求的多媒體實驗教學(xué)資源。

2 數(shù)字邏輯電路立體化實驗教材建設(shè)

學(xué)習(xí)最終還是要歸本的，教材是學(xué)生學(xué)習(xí)的主要參考書和理論依據(jù)，立體化實驗教材主要包括實驗教程（主教材）、實驗報告、多媒體課件以及其他與實驗有關(guān)的實驗教學(xué)資源，立體化教材提供了一種綜合性的教學(xué)資源，加快了實驗教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)體系和教學(xué)方法及手段的改革，優(yōu)化實驗教學(xué)過程，推動創(chuàng)新教育模式，教材質(zhì)量的高低會對教學(xué)效率以及學(xué)生學(xué)習(xí)水平產(chǎn)生直接的影響。數(shù)字邏輯電路的實驗內(nèi)容具有一定的獨立性，實驗項目的設(shè)置、實驗軟件的使用、儀器設(shè)備、實驗開發(fā)語言等在理論課中很少涉及，因此，開發(fā)數(shù)字邏輯電路的立體化實驗教材具有可行性。筆者將從實驗教材的編寫思路、實驗內(nèi)容編排、實驗報告規(guī)范、數(shù)字化的實驗資源等4個方面來探討數(shù)字邏輯電路立體化實驗教材建設(shè)。

2.1 實驗教材的編寫思路

為了配合開展實踐教學(xué)及適應(yīng)教學(xué)改革的需要，提高實驗教學(xué)質(zhì)量，要不斷改革實踐教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，高質(zhì)量的實驗教材是關(guān)鍵，為此我們組織技術(shù)骨干編寫實驗教材。在數(shù)字邏輯電路立體化實驗教材的建設(shè)上，除了介紹實驗的基礎(chǔ)理論知識外，堅持“以高水平的實驗吸引人、以數(shù)字化的資源方便人”為宗旨，以提高學(xué)生實際動手能力和工程設(shè)計能力為目的，尊重學(xué)生的個性差異和工程素養(yǎng)差異，精心選擇實驗教學(xué)內(nèi)容。

2.2 實驗教材的內(nèi)容編排

在實驗大綱允許的范圍內(nèi)，我們采用的方法是“給通才定規(guī)則，給天才留空間”，在實驗教材的編寫過程中，在大綱規(guī)定的基本要求的基礎(chǔ)上，精心選擇了新穎、有趣，實用性、可行性較強，有助于培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的15個不同難度的基礎(chǔ)實驗和5個典型的綜合性、設(shè)計性實驗，可供不同專業(yè)、不同層次、不同學(xué)時數(shù)的學(xué)生使用，這些實驗基本包含了本專業(yè)課程標(biāo)準(zhǔn)要求的相關(guān)知識點，幫助學(xué)生將教材上的分立知識點有機地、系統(tǒng)地聯(lián)系起來，培養(yǎng)綜合分析、設(shè)計、制作和調(diào)試的能力。設(shè)計的每個實驗項目都具有一定的層次性，即同樣的實驗項目，可以設(shè)計的簡單些，也可以設(shè)計的復(fù)雜些，分層次對學(xué)生提出要求，對能力差的學(xué)生，引導(dǎo)其如何將理論與實際結(jié)合起來，把設(shè)計思想弄清楚，使其有能力完成實驗的基本要求；對能力強的學(xué)生提出更高要求，采用啟發(fā)式的方法，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，鼓勵他們根據(jù)自己的能力，提出多種設(shè)計方案，體現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的可伸縮性和開放性。

實驗預(yù)習(xí)是提高實驗效果的一個重要環(huán)節(jié)，只有預(yù)習(xí)充分，實驗操作時才會做到思路清晰。實驗預(yù)習(xí)質(zhì)量的高低取決于實驗教材的質(zhì)量。為此，在編寫實驗教材時，對每個實驗項目除了常見的實驗?zāi)康摹嶒炘怼嶒瀮?nèi)容、實驗步驟外，對實驗預(yù)習(xí)、實驗思考與提高等也提出明確要求。在預(yù)習(xí)要求中明確了實驗預(yù)習(xí)必須完成的任務(wù)，要求學(xué)生理解每一個實驗的實驗原理、編寫或完善實驗代碼等強制性的任務(wù)，從而增加了學(xué)生對實驗原理、開發(fā)語言、實驗代碼的理解。在實驗過程中按照實驗步驟完成實驗要求，在完成實驗的基本要求后，通過實驗思考與提高來提高學(xué)生的分析與設(shè)計能力。例如，在進(jìn)行7人表決器電路的設(shè)計時，設(shè)計方法很多，可以使用原理圖方法實現(xiàn)，還可以使用VHDL語言實現(xiàn)，而使用VHDL語言可以使用行為描述、結(jié)構(gòu)描述、數(shù)據(jù)流描述3種方法。在實驗思考與提高中，要求學(xué)生比較各種實現(xiàn)方法的區(qū)別，可以對實驗提出更高的要求，如要求將表決結(jié)果在數(shù)碼管顯示出來、7個人中有一個人具有否決權(quán)、限制表決時間等提高要求，要求學(xué)生修改代碼實現(xiàn)相應(yīng)功能，從而加深對組合邏輯電路設(shè)計的理解和硬件描述語言描述組合邏輯電路的方法。

2.3 實驗報告格式的規(guī)范

“問題式”教學(xué)或“任務(wù)式”教學(xué)是經(jīng)常采用的有效的教學(xué)方式，有利于學(xué)生明確學(xué)習(xí)目的，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，改善以往被迫學(xué)習(xí)的方式，變被動為主動，增強實踐動手能力。計算機科學(xué)是一門實踐性很強的學(xué)科，強調(diào)的是“做中學(xué)”，就是指在完成實驗的過程去學(xué)習(xí)，在完成報告中去加深理解。實驗報告是實驗過程的記錄、實驗現(xiàn)象的分析和實驗的總結(jié)，書寫實驗報告是實驗教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。

在數(shù)字邏輯電路實驗中，我們規(guī)范了實驗報告內(nèi)容和要求，并單獨印刷成冊，在實驗報告的設(shè)計上，改變以往使用統(tǒng)一的實驗報告紙的形式，實驗報告中不需要學(xué)生抄寫實驗?zāi)康摹嶒炘淼葍?nèi)容，而是將實驗內(nèi)容和要求設(shè)計成各種不同的任務(wù)，按照實驗步驟來完成這些任務(wù)時就完成了實驗報告。在報告中，只需寫出實驗代碼的關(guān)鍵部分，調(diào)試實驗代碼、畫出實驗的仿真波形、寫出設(shè)計中的管腳分配關(guān)系，使用測試數(shù)據(jù)進(jìn)行實驗驗證、分析實驗現(xiàn)象、將實驗過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行實驗總結(jié)，回答實驗思考題，從而加深對實驗原理的理解，提高設(shè)計能力。通過書寫實驗報告，培養(yǎng)了學(xué)生認(rèn)真做好實驗，仔細(xì)觀察實驗過程中所發(fā)生的現(xiàn)象，有利于加強對理論知識的理解和記憶，促使學(xué)生重視基本技能的學(xué)習(xí)及應(yīng)用。一份高質(zhì)量的實驗報告應(yīng)能反映出學(xué)生的綜合素質(zhì)，如高度的注意力、敏銳的觀察力、豐富的想象力、準(zhǔn)確的判斷力、科學(xué)的思維能力和正確的表示能力。

2.4 開發(fā)豐富的數(shù)字化實驗資源，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化的實驗教學(xué)輔助平臺

數(shù)字化實驗教學(xué)資源是立體化實驗教材的重要組成部分，可以解決目前實驗教學(xué)資源相對單一的問題，在進(jìn)行實驗教材建設(shè)時，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開發(fā)數(shù)字化實驗教學(xué)資源，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化的實驗教學(xué)平臺。在數(shù)字化實驗教學(xué)資源建設(shè)時，要避免實驗教材的電子化，開發(fā)能滿足創(chuàng)新人才培養(yǎng)、適應(yīng)開放式實驗教學(xué)要求的多媒體實驗資源，使學(xué)生能借助校園網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，利用數(shù)字化資源進(jìn)行實驗前預(yù)習(xí)、討論，甚至自行提出實驗方案，開展實驗后總結(jié)和實驗數(shù)據(jù)分析。網(wǎng)絡(luò)化的實驗教學(xué)輔助平臺，主要包含實驗儀器的使用、開發(fā)軟件的使用，實驗中常見的問題及解決辦法，讓學(xué)生借助輔助平臺解決實驗過程中出現(xiàn)的問題，這樣減輕了教師的指導(dǎo)工作，同時也為開放實驗教學(xué)提供條件。學(xué)生通過對數(shù)字化實驗教學(xué)資源的有效利用，革新了傳統(tǒng)“按部就班”式的實驗教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生的主觀能動性，調(diào)動師生積極參與實踐活動，在實驗中提高了學(xué)生分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)其創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。

3 結(jié)語

立體化實驗教材建設(shè)實現(xiàn)了實驗教學(xué)信息化、網(wǎng)絡(luò)化。整合實驗教學(xué)資源，優(yōu)化實驗教學(xué)要素的配置，是一種新型的整體實驗教學(xué)解決方案，不僅充分考慮到任課教師的教學(xué)需要和學(xué)生的學(xué)習(xí)要求，還能促進(jìn)教學(xué)改革的不斷深入，促進(jìn)教學(xué)水平的不斷進(jìn)步和教學(xué)質(zhì)量的不斷提高。數(shù)字邏輯電路立體化實驗教材的紙質(zhì)教材、實驗報告已使用了兩年，電子課件以及數(shù)字化實驗資源及輔助實驗平臺也在實踐中得到完善，滿足了個性化、層次化、開放性實驗教學(xué)的要求，有利于大學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，也為培養(yǎng)適應(yīng)信息化社會學(xué)習(xí)、生活和工作的高素質(zhì)人才奠定堅實的基礎(chǔ)。目前《數(shù)字邏輯電路設(shè)計實驗教程》已作為高等院校實驗與實踐系列示范教材在清華大學(xué)出版社出版，對計算機硬件課程的實驗教材建設(shè)具有一定的示范作用。

參考文獻(xiàn)：

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篇2

關(guān)鍵詞 PCB板 可制造性 可測試性 校企合作 實踐能力

中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

"Electronic Circuit Board Design" Course Practical Ability

Training Based on School-enterprise Cooperation

PENG Yuanfang， HUANG Xiaofeng

（Advanced Vocational Technical College， Shanghai University of Engineering Science， Shanghai 200437）

Abstract "Electronic circuit board design" course has a strong practical， practicality， for the teaching learning process focused on the neglect of EDA software PCB design reliability， manufacturability and testability， and many other issues raised by school-enterprise cooperation a number of recommendations to enhance the ability of teaching practice， and strive to provide a complete experience working process of learning opportunities for students to enhance students 'ability to adapt to their actual work environment and comprehensive problem solving， students' practical ability， self-discipline and teamwork.

Key words PCB board； manufacturability； testability； school-enterprise cooperation； practice ability

1 課程性質(zhì)及教學(xué)中存在的問題

“電子線路板設(shè)計”課程是高職電子信息類專業(yè)的核心課程，具有明確的職業(yè)崗位指向――即在電子信息企業(yè)從事PCB板設(shè)計、生產(chǎn)、制造及電子產(chǎn)品生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品維修服務(wù)等工作。課程的主要內(nèi)容包括――原理圖繪制、PCB板設(shè)計以及信號完整性分析，其中核心內(nèi)容是PCB板設(shè)計，即根據(jù)原理圖設(shè)計PCB板并確保設(shè)計的可靠性、規(guī)范性、可測試性及可制造性。該課程的先修課程為電子技術(shù)、集成電路應(yīng)用、高頻電子技術(shù)、單片機技術(shù)等。在PCB板設(shè)計類課程教學(xué)中，普遍存在注重CAD軟件的具體操作而忽視PCB板設(shè)計的規(guī)范性、可測試性及可制造性等技術(shù)規(guī)范要求，設(shè)計的PCB板大多不符合電子產(chǎn)品制造工藝規(guī)范，課程教學(xué)效果與職業(yè)崗位能力要求之間還有很大差距，在“電子線路板設(shè)計”課程中提升學(xué)生的實踐能力，已成為當(dāng)務(wù)之急。

2 校企合作推進(jìn)課程教學(xué)改革

當(dāng)前“電子線路板設(shè)計”類課程由于PCB板設(shè)計與制造企業(yè)，多以Cadence、Protel系列軟件為平臺，遵循PCB設(shè)計規(guī)范，根據(jù)硬件設(shè)計、電磁兼容和結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求，完成高密度、高速、多層的復(fù)雜PCB設(shè)計，而從事者多為有著豐富PCB板開發(fā)經(jīng)驗的資深工程師，盡管電子信息類專業(yè)的大專院校畢業(yè)生多學(xué)過此類課程，但所學(xué)知識與企業(yè)里的新知識、新技術(shù)存在一定差距，很難達(dá)到企業(yè)的崗位要求。鑒于此，校企合作已成為提高教學(xué)實踐能力的最有效的途徑，合作方式主要包括以下內(nèi)容。

2.1 校企合作共同制定課程教學(xué)大綱

高等職業(yè)教育的職業(yè)性特征決定了高職課程的建設(shè)與改革，必須在市場化的運行機制保障下走校企合作之路。而高職技術(shù)應(yīng)用類課程教學(xué)大綱的制定，應(yīng)由企業(yè)相關(guān)工作部門提出職業(yè)崗位的總體目標(biāo)和各項技能要求，學(xué)校在課程決策中的任務(wù)則是根據(jù)教育科學(xué)的原理，把職業(yè)目標(biāo)合理地轉(zhuǎn)化為課程教學(xué)大綱，將課程教學(xué)內(nèi)容與企業(yè)技術(shù)培訓(xùn)項目有機結(jié)合，以滿足特定職業(yè)崗位的針對性技術(shù)培養(yǎng)目標(biāo)，并根據(jù)行業(yè)企業(yè)發(fā)展適時調(diào)整并更新教學(xué)內(nèi)容，以保持課程內(nèi)容與技術(shù)進(jìn)步的同步。

2.2 校企合作共同設(shè)計開發(fā)項目化教材

在制定符合企業(yè)崗位需求的課程教學(xué)大綱后，結(jié)合課程涉及的實際工作背景，課程組教師與企業(yè)資深PCB設(shè)計工程師共同開發(fā)課程教材。由于企業(yè)的產(chǎn)品技術(shù)難度較大，電子線路板結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，并廣泛使用表面粘貼技術(shù)，將企業(yè)產(chǎn)品案例化整為零，以企業(yè)崗位能力需求為切入點，引進(jìn)職業(yè)鑒定考核標(biāo)準(zhǔn)，將企業(yè)電子線路板設(shè)計工程化的理念以及嚴(yán)格的線路板工藝管理規(guī)范引入到教材開發(fā)中。如引入企業(yè)PCB板工藝規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，教材設(shè)計中將學(xué)習(xí)過程與工作過程結(jié)合，以實現(xiàn)學(xué)有所用，提高就業(yè)上崗能力，使學(xué)生具備再學(xué)習(xí)、再提高的能力，以適應(yīng)行業(yè)企業(yè)技術(shù)的發(fā)展變化。

2.3 校企合作共同承擔(dān)授課任務(wù)

采用項目驅(qū)動法實施課程教學(xué)，由企業(yè)資深PCB設(shè)計工程師和科研能力強的專業(yè)教師聯(lián)合授課，并組織本專業(yè)青年教師跟班學(xué)習(xí)并參與對學(xué)生的指導(dǎo)。項目案例的選取以企業(yè)真實產(chǎn)品為載體，由此將縮短教學(xué)與行業(yè)、企業(yè)的距離。整個課程教學(xué)由5個項目案例組成，均包含項目功能剖析、原理圖繪制、PCB板設(shè)計以及信號完整性分析。其中PCB板設(shè)計是核心，主要包括PCB結(jié)構(gòu)設(shè)計元件封裝庫建立PCB板布局布線及優(yōu)化絲印網(wǎng)絡(luò)與DRC檢查制版。

企業(yè)資深PCB設(shè)計工程師參與課堂教學(xué)，使得項目教學(xué)過程均有相關(guān)企業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范可循，從工程實例出發(fā)，針對不同的項目案例，逐一引入典型“布線”標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，使得繁瑣、抽象的問題具體化、規(guī)則化，提高了課程教學(xué)的實用性和技術(shù)性，使課程內(nèi)容更具職業(yè)教育特色，青年教師也迅速成長。

2.4 校企合作完成課程教學(xué)考核

改革課程的考核評價方法，打破以書面考試評價方式、書面考試成績判定學(xué)生學(xué)業(yè)水平為主的傳統(tǒng)評價，以職業(yè)能力標(biāo)準(zhǔn)作為測試學(xué)生最終成績水平的基準(zhǔn)，逐步實現(xiàn)課程考核方式的“職業(yè)化”。課程考核由企業(yè)PCB設(shè)計工程師和校內(nèi)教師及學(xué)生共同參與的綜合評價方式，考核內(nèi)容主要包括專業(yè)能力（80%）、社會能力（10%）和工作態(tài)度（10%）。

專業(yè)技術(shù)能力評價由企業(yè)工程師和專業(yè)教師評價共同完成，主要包括原理圖繪制、元器件符號創(chuàng)建、元器件封裝創(chuàng)建、PCB板設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)與DRC檢查等，如在PCB板設(shè)計中對“布線”能力的考核主要包括三方面內(nèi)容――“通、達(dá)、律”，“通”是指布線要布通，“達(dá)”即指要滿足電氣性能要求，“律”則是走線要規(guī)范便于測試和維修；社會能力和工作態(tài)度由項目學(xué)習(xí)小組評價，社會能力方面，考察學(xué)生在完成項目過程中的溝通、交流、協(xié)作，側(cè)重于學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)行為及協(xié)作精神是否具有示范性。工作態(tài)度主要包括學(xué)習(xí)態(tài)度、安全意識和自律精神。專業(yè)能力考核形式以口頭與書面問答、技能測試、課程實踐、大作業(yè)等為主要形式，社會能力和工作態(tài)度則偏重于學(xué)生學(xué)習(xí)過程的考核，使課程考核更具有職業(yè)指向性和實效性。

3 結(jié)束語

高等職業(yè)教育的職業(yè)性特征決定了高職課程的建設(shè)與改革，必須在市場化的運行機制保障下，走校企合作之路。通過校企合作，努力為學(xué)生提供體驗完整工作過程的學(xué)習(xí)機會，由企業(yè)資深工程師參與授課，強調(diào)直接經(jīng)驗的獲取，增強學(xué)生適應(yīng)企業(yè)實際工作環(huán)境和解決綜合問題的能力。同時注重引入企業(yè)文化、企業(yè)管理制度及職業(yè)特殊要求，把職業(yè)能力培養(yǎng)與職業(yè)道德培養(yǎng)緊密結(jié)合起來，培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力、專業(yè)技能、敬業(yè)精神和協(xié)作精神，使畢業(yè)生能順利地就業(yè)上崗，成為真正受企業(yè)歡迎的高技能人才。

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篇3

【關(guān)鍵詞】Protel DXP 探討 實踐

【中圖分類號】G642【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A【文章編號】1006－9682（2011）03－0100－02

《Protel DXP電路軟件設(shè)計》課程是高職院校電子類、自動化類等專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，也是一門理論與實際相結(jié)合、實踐性很強的應(yīng)用型課程。隨著計算機技術(shù)和電子技術(shù)的不斷發(fā)展，EDA技術(shù)已經(jīng)成為電子設(shè)計的不可或缺的工具。重要的是，Protel DXP廣泛應(yīng)用于電子電路設(shè)計與仿真、印制電路板（PCB）設(shè)計及大規(guī)模可編程邏輯器件的設(shè)計，它是第一個將所有設(shè)計工具集成于一身，完成從電路原理圖到最終印制電路板設(shè)計全過程的應(yīng)用型軟件，是當(dāng)今最為流行的電路設(shè)計制版軟件。因此，在很多高職院校課程教學(xué)中，如何提高課堂學(xué)習(xí)效率，讓學(xué)生能熟練掌握Protel DXP軟件的應(yīng)用，并能為將來就業(yè)奠定基礎(chǔ)，是教育教學(xué)研究探討的問題。

一、《Protel DXP電路軟件設(shè)計》課程教學(xué)中存在的問題

1．缺乏項目實例教學(xué)，教材選用不合理。

《Protel DXP電路軟件設(shè)計》教材有很多版本，但都缺乏典型項目實例的詳解和分析。首先，教材實例選擇較簡單，不夠典型。然后，教材中所涉及的電路板設(shè)計層較少，設(shè)計規(guī)則較籠統(tǒng)，布線過程較簡單。再加上，教材教學(xué)內(nèi)容更新緩慢，跟不上軟件的更新速度，從而導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容和過程缺乏規(guī)范性和完整性。因此，在課程教學(xué)過程中，要選擇典型實例，但實例選擇設(shè)計遵循由簡到繁、由易到難的過程；要注重專業(yè)性，結(jié)合所學(xué)知識，讓學(xué)生掌握Protel DXP的基本功能以及操作方法和技巧，從而達(dá)到學(xué)以致用的目的。

2．教學(xué)方法和手段單一，學(xué)生興趣不高。

隨著計算機的普及和應(yīng)用，大多數(shù)高職院校采用多媒體教學(xué)，但教學(xué)手段仍然以教師講授法為主，不利于調(diào)動學(xué)生的興趣和積極性，不利于學(xué)生提出問題、分析問題、解決問題能力的培養(yǎng)。并且，教師往往依賴于“讀”課件，很少有板書，導(dǎo)致教師對知識點講解不透徹，學(xué)生也沒有足夠的想象空間。然而，《Protel DXP電路軟件設(shè)計》是一門實踐性較強的課程，為提高教學(xué)效果，需到機房進(jìn)行廣播授課和操作。在教學(xué)的過程中，要注意學(xué)生“學(xué)”為主，教師“講”為輔；要注意講解和演練相結(jié)合，做到示范性講完實例后就讓學(xué)生進(jìn)行類似操作直到掌握為止。

3．教師自身操作經(jīng)驗不足，影響課程實踐教學(xué)。

《Protel DXP電路軟件設(shè)計》也是一門注重操作技能的課程，其教學(xué)內(nèi)容來源于實踐教學(xué)。若教師單純按照教材安排，進(jìn)行軟件概述和簡單應(yīng)用，那么，學(xué)生很難熟練掌握電路板的實際制作過程。但事實上，教師仍然注重軟件的簡單基本操作講解，上機操作由電路原理圖繪制到電路板制作的過程，缺乏Protel DXP相關(guān)企業(yè)項目經(jīng)驗。這種以教師為中心、課程教學(xué)為主體的傳統(tǒng)教學(xué)方式，只能使學(xué)生掌握基本操作和方法，無法體會實操的真正過程，不利于調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，不利于鍛煉學(xué)生的動手能力，導(dǎo)致學(xué)生缺乏主動性和創(chuàng)造性。目前，大多數(shù)院校注重教師學(xué)歷的提高，如鼓勵教師參加碩士、博士學(xué)位的進(jìn)修，但忽視了教師實踐能力的培養(yǎng)與鍛煉，導(dǎo)致實驗教學(xué)環(huán)節(jié)得不到真正落實，影響實踐教學(xué)效果。

二、《Protel DXP電路軟件設(shè)計》課程的教學(xué)目標(biāo)

高職院校教育主要培養(yǎng)的是技術(shù)應(yīng)用型人才，在教學(xué)實踐環(huán)節(jié)中，要以應(yīng)用、就業(yè)為導(dǎo)向，不斷提升學(xué)生的動手能力、基本技能和理論知識水平，也是提高高職院校學(xué)生職業(yè)技能的重要手段。因此，本課程教學(xué)目標(biāo)要圍繞這個總目標(biāo)而確定，是讓學(xué)生通過Protel DXP電路軟件設(shè)計課程學(xué)習(xí)，能夠掌握原理圖及印制電路板圖的編輯、輸出、網(wǎng)絡(luò)表生成、檢查、分析以及創(chuàng)建自己的新原理圖庫和元器件封裝庫等基本操作，可以基本獨立實現(xiàn)電路原理圖和印制電路板的設(shè)計，拓展就業(yè)方向，為今后的學(xué)習(xí)和工作打下堅實的專業(yè)基礎(chǔ)。

三、《Protel DXP電路軟件設(shè)計》課程教學(xué)優(yōu)化措施

1．利用多媒體教學(xué)與板書教學(xué)相結(jié)合，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。

隨著計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，大多數(shù)課程都采用屏幕投影和多媒體課件的授課方式，多媒體教學(xué)的優(yōu)勢在于圖文豐富、直觀性強、信息量大。教師在制作課件時，根據(jù)學(xué)生專業(yè)和教學(xué)大綱的要求，精心確定教學(xué)內(nèi)容，課件應(yīng)具備一定的概括性。利用互動環(huán)節(jié)進(jìn)行交流、溝通，加強相互理解，使教師教學(xué)內(nèi)容得到優(yōu)化，同時使學(xué)生得到高質(zhì)量和全面的教學(xué)服務(wù)。有時，板書教學(xué)模式也是有必要的，能清晰描述公式和概念形成的過程，有助于問題理解，從而提高教學(xué)效果。

2．改變教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生興趣。

教學(xué)方法的重要職能是將預(yù)期的教學(xué)目的變成教學(xué)成果，而教學(xué)效果的好壞在很大程度上取決于教師合理地選擇及運用教學(xué)方法。加深對課程體系的理解，實現(xiàn)理論和實踐的完美結(jié)合。教學(xué)目的是為了讓學(xué)生理論聯(lián)系實際，通過布置具體任務(wù)使學(xué)生能夠掌握教學(xué)內(nèi)容、基本原理和概念，提高發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。因此，教師教學(xué)任務(wù)必須具有啟發(fā)性，并圍繞教學(xué)目的和教學(xué)大綱要求進(jìn)行展開。鼓勵學(xué)生勤于思考，認(rèn)真動手，積極操作，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和想象力，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

3．改革實踐教學(xué)，提高動手能力。

在高職院校教育中，實踐教學(xué)環(huán)節(jié)非常重要，對高職大專生或本科生而言，實踐教學(xué)是培養(yǎng)動手能力以及對教學(xué)理論進(jìn)行運用的實踐性課堂。《Protel DXP電路軟件設(shè)計》課程具有很強的實踐性，必須加強課程實踐教學(xué)環(huán)節(jié)和教學(xué)內(nèi)容改革，并符合學(xué)生的學(xué)習(xí)要求。同時該課程的教學(xué)改革，必須適應(yīng)社會的發(fā)展，注重實效，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新的能力，提高學(xué)生動手和應(yīng)用能力，突出制作電路板的實用性，從而更好地解決學(xué)習(xí)和工作中遇到的問題。

4．培養(yǎng)雙師型教師，改善教學(xué)質(zhì)量。

師資隊伍是實現(xiàn)高職教育目標(biāo)的關(guān)鍵。因此需要具有雙師素質(zhì)的教師來完成教學(xué)任務(wù)，特別是來自企業(yè)的一線的、熟悉基于Protel DXP軟件的相關(guān)項目開發(fā)的工程師。同時鼓勵在職教師進(jìn)修，簽定相關(guān)合同來支持教師到企業(yè)單位實踐、實習(xí)，鼓勵教師參加各類執(zhí)業(yè)資格培訓(xùn)和考證。另一方面，鼓勵積極從企業(yè)引進(jìn)具有Protel DXP軟件方面的工作實踐經(jīng)驗豐富和理論基礎(chǔ)扎實的高級技術(shù)人員充實和擴大教師隊伍。

參考文獻(xiàn)

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2 王瑩瑩、汪 東等著.Protel DXP電路設(shè)計實例［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2008

篇4

關(guān)鍵詞：FPGA;EDA;生理刺激反應(yīng);通用邏輯器件

中圖分類號：TM13 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1004373X(2008)1717103

Design of a Circuit for Physiological Stimulus Reaction

LIU Yuying

(School of Information Science,Donghua University,Shanghai,200135,China)

Abstract：It is tenderncy of modern education that FPGA will be applied to the electronic teaching practice.By using physiological stimulus reaction in design,this article introduces the design application of digital logic circuit.This paper gives a complete example of design report.By the design,students′interest and activity are aroused and they can skillfully master the capibitity of EDA.This pratice is a pivotal step to enhance the integrative diathesis and the innovative ability of the students in order to meet the need of the times.

Keywords：FPGA;EDA;physiological stimulus reaction;general logic device

隨著電子技術(shù)發(fā)展，電子電路的形式趨向復(fù)雜化，面對這一狀況，人們已經(jīng)清醒地認(rèn)識到，要分析和設(shè)計復(fù)雜的電子系統(tǒng)人工的方法已不適用。依靠傳統(tǒng)的實驗教學(xué)已遠(yuǎn)不能滿足社會對高新技術(shù)人才的培育需要。本文就一個綜合性的實例“生理刺激反應(yīng)時間測試儀”的設(shè)計過程具體說明了FPGA在電子電路設(shè)計中所起的作用。

1 總體方案的設(shè)計

人體在受到外界聲、光信號刺激后作出反應(yīng)的時間有快有慢，某些職業(yè)對從業(yè)人員的生理刺激反應(yīng)時間有一定要求。比如，短跑、跨欄運動員的成績都精確到0.01 s，所以運動員在起跑瞬間對發(fā)令槍響做出的反應(yīng)時間對其運動成績有很大程度的影響。生理刺激反應(yīng)時間測試儀就是用于測量被測試者在受到聲、光信號刺激后做出反應(yīng)動作的滯后時間。本文通過生理刺激反應(yīng)時間測試儀的設(shè)計和實現(xiàn)，介紹數(shù)字測量儀器的功能分析和設(shè)計綜合方法。

1.1 設(shè)計要求

(1) 受試者可以按“刺激源選擇”鍵選擇刺激信號是光或聲。

(2) 當(dāng)受試者按 “測試開始”按鍵后，系統(tǒng)進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)，“準(zhǔn)備”燈亮，其他指示燈滅，顯示器顯示全零。

(3) 測試儀在“準(zhǔn)備”燈亮后的1~10 s時間內(nèi)隨機發(fā)出光刺激信號(“測試”燈亮)或聲刺激信號(蜂鳴器響),“準(zhǔn)備”燈滅。

(4) 當(dāng)刺激信號發(fā)出后測試儀開始計時，直到受試者按下“反應(yīng)”鍵停止計時，計時單位為0.1 ms。

(5) 以七段 LED數(shù)碼管顯示計時測量值的高三位，最低位測量值進(jìn)行四舍五入處理，顯示值保持到新的測量開始。

(6) 若受試者的反應(yīng)時間超過999.5 ms，“溢出”燈亮指示，測試計數(shù)器立即停止計時，“測試”燈滅或蜂鳴器停，“溢出”燈持續(xù)發(fā)光直到下次測試開始。

(7) 若受試者在刺激信號未發(fā)出前按“反應(yīng)”鍵，“違例”指示燈亮，“準(zhǔn)備”燈滅，并禁止刺激信號發(fā)出。

1.2 硬件環(huán)境

測試儀的控制部分以FPGA實現(xiàn)，光刺激信號由發(fā)光二極管產(chǎn)生、聲刺激信號由蜂鳴器產(chǎn)生。“測試開始”按鍵和“反應(yīng)”按鍵選擇點觸鍵產(chǎn)生脈沖信號，刺激源選擇采用自鎖鍵產(chǎn)生電平信號。測量值采用3個七段LED數(shù)碼管顯示，顯示方式由FPGA開發(fā)裝置決定。設(shè)計隨機脈沖發(fā)生模塊在DE2開發(fā)板或LP-2900開發(fā)裝置上實現(xiàn)，其原理框圖如圖1所示。

2 設(shè)計任務(wù)分析

分析設(shè)計要求可知，生理刺激反應(yīng)測試儀的基本功能是隨機產(chǎn)生刺激信號、計時顯示以及對受試者的操作進(jìn)行邏輯判斷。在數(shù)字邏輯電路中，計數(shù)器具有累計時鐘脈沖的作用，可以實現(xiàn)定時、延時或計時功能，所以，生理刺激反應(yīng)測試儀的主要部件是計數(shù)器和邏輯控制電路。系統(tǒng)設(shè)計中需要解決以下幾個問題。

2.1 隨機信號產(chǎn)生

隨機信號是指控制條件滿足后脈沖出現(xiàn)時間無法確定的信號。如果以一個任意出現(xiàn)的控制電平去選通一個周期性定時出現(xiàn)的脈沖信號，由于脈沖出現(xiàn)的時間與控制電平有效的時間沒有任何關(guān)聯(lián)，當(dāng)控制信號有效后，在定時周期時間范圍內(nèi)會隨機出現(xiàn)選通脈沖。在數(shù)字電路中，計數(shù)器的溢出信號是循環(huán)定時產(chǎn)生的。比如，計數(shù)器的模為M、計數(shù)脈沖頻率為1 s，則計數(shù)器的溢出信號周期為M s，信號寬度一般為1 s。若用一個電平信號通過邏輯門選通該計數(shù)器的溢出脈沖，則當(dāng)控制電平有效后，邏輯門的輸出在0~M s之間產(chǎn)生隨機脈沖信號。

同樣，若用電平信號控制一個模為N、初始值為0、計數(shù)脈沖頻率為1 s的計數(shù)器使能端，當(dāng)使能電平有效后，計數(shù)器產(chǎn)生溢出信號的延時時間為N-1~N s。

2.2 最低位計數(shù)值的四舍五入處理

生理刺激反應(yīng)測試儀的時間測量為四位十進(jìn)制數(shù)，而顯示值為三位十進(jìn)制數(shù)，最低位測量值要求進(jìn)行四舍五入處理。即當(dāng)最低位計數(shù)值小于5時，高三位測量值直接顯示；當(dāng)最低位計數(shù)值大于4時，高三位測量值加1后顯示。數(shù)字電路中實現(xiàn)數(shù)值四舍五入的方法很多，本設(shè)計可以利用計數(shù)器的預(yù)置數(shù)功能，在測量前將測試計數(shù)器的初始值預(yù)置為5。這樣，測試結(jié)束時的計數(shù)值是實際測量值加5。當(dāng)最低位測量值大于等于5時，必然產(chǎn)生向高位的進(jìn)位，實現(xiàn)了測量值的四舍五入功能。

2.3 邏輯控制電路

邏輯控制電路的功能是根據(jù)按鍵信號控制延時、定時電路和測試計數(shù)器，判斷受試者發(fā)出的反應(yīng)信號response是否違例、測試計時是否溢出，并根據(jù)各信號控制相應(yīng)的指示燈點亮。在生理刺激反應(yīng)測試儀中，部分控制信號是互相關(guān)聯(lián)的,比如A信號使Q信號置位，B信號使Q信號復(fù)位。這樣的邏輯關(guān)系可以有很多方法實現(xiàn)，比如利用D觸發(fā)器的同步觸發(fā)功能和異步復(fù)位功能：A脈沖的上升沿觸發(fā)D觸發(fā)器使其輸出Q置位,B脈沖的有效電平使D觸發(fā)器立即復(fù)位。信號時序波形示例和參考電路原理如圖3所示。

篇5

摘 要：設(shè)計了一個基于ARM芯片的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對8路數(shù)據(jù)的采集，信號的采集方式可以是單路采集也可以是多路循環(huán)采集，控制信號可通過觸摸屏或上位機控制輸入，數(shù)據(jù)采集的結(jié)果以數(shù)字和圖形的方式在液晶屏上實時顯示。經(jīng)軟硬件綜合調(diào)試，驗證了方案的可行性。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集； ARM； 液晶顯示器； A/D轉(zhuǎn)換； STM32

中圖分類號：

0 引 言

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，A/D數(shù)據(jù)采集是其中一項重要的研究課題，A/D多路采集系統(tǒng)實現(xiàn)方案可以多種，通過對三種實現(xiàn)方案進(jìn)行比較，最終采用STM32系列ARM芯片進(jìn)行設(shè)計。STM32是基于ARM CortexM3內(nèi)核的32位處理器，具有杰出的功耗控制以及眾多的外設(shè)，并具有極高的性價比，目前正逐漸搶占了電子領(lǐng)域原有的51、AVR的市場。本設(shè)計中采用STM32F103RBT6作為主控制器[1]，該芯片配置豐富，便于今后的系統(tǒng)功能擴展。

1 方案比較與論證

為實現(xiàn)多路數(shù)據(jù)采集要求，提出如下三種設(shè)計方案：

（1） 基于單片機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[2-3]

本方案采用雙單片機的方法，即在數(shù)據(jù)采集的遠(yuǎn)端、近端均采用單片機控制，遠(yuǎn)端完成數(shù)據(jù)的采集、抽樣、發(fā)送；近端完成數(shù)據(jù)的接收、校驗、處理和顯示等，鍵盤控制數(shù)據(jù)顯示。在近端與遠(yuǎn)端的通信中，采用RS 485差分方式接口，以提高通信速度與傳輸距離。該方案存在不足之處是：A/D接口和RS 485接口編程不方便，采集信號的頻率范圍和速率較低，實用性不大。

（2） 基于CPLD的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[4]

采用CPLD對A/D芯片的采集控制，通過USB接口傳輸給上位機，優(yōu)點是可以實現(xiàn)高的采集速率和采集精度，有著較大的實用性，但難點之處是CPLD對A/D模塊的控制，及單片機對USB的配置。

（3） 基于ARM的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

本方案主控器采用STM32系列的ARM芯片，方案如圖1所示。

此方案中A/D轉(zhuǎn)換器為ARM芯片內(nèi)置，采集的方式、起始時間和持續(xù)時間由上位機通過RS 232口控制，數(shù)據(jù)通過USB接口傳輸至上位機保存。考慮到使用筆記本作為控制上位機時沒有232接口，使用USB轉(zhuǎn)232的電纜提供RS 232控制信息。

由于A/D芯片內(nèi)置，芯片價格也便宜，電路設(shè)計較前面的簡單，且ARM自帶的A/D采集方式多樣，并可以通過配置ARM芯片內(nèi)相應(yīng)的寄存器就可以實現(xiàn)，因此實現(xiàn)簡便。考慮到后面的擴展需要和應(yīng)用的廣泛與實用性，本設(shè)計采用此方案。

2 系統(tǒng)設(shè)計原理[57]

該電路主要由電源模塊， 主控器模塊， 顯示模塊，SD卡模塊，USB轉(zhuǎn)232模塊等幾個部分組成。

（1） 主控制器

采用STM32F103RBT6作為MCU，其性價比很高，該芯片具有20 KB SRAM、128 KB FLASH、3個普通的16位定時器、1個16位的高級定時器、2個SPI、2個I2C、3個串口、1個USB、1個CAN、2個12位的ADC、51個通用I/O口。因為主控器STM32是3.3 V供電的，所以需要將USB的5 V電壓轉(zhuǎn)換為3.3 V。這里采用電源線性穩(wěn)壓芯片AMS11173.3，將5 V轉(zhuǎn)換為3.3 V。

（2） 液晶顯示

電路中采用通用的LCD接口，支持8位或者16位總線或者SPI的液晶屏。該模塊采用TFTLCD面板（薄膜晶體管液晶顯示器），可以顯示16位色的真彩圖片，提高數(shù)據(jù)顯示效果，同時也可以將采集數(shù)據(jù)以圖形曲線的方式形象的表現(xiàn)出來。該模塊有2.4′/2.8′兩種大小的屏幕可選，320×240的分辨率，16位真彩顯示，自帶觸摸屏。接口采用80并口與外部連接，采用16位數(shù)據(jù)線。

（3） JTAG

采用標(biāo)準(zhǔn)的JTAG接法，STM32的SWD接口與JTAG是共用的，只要接上JTAG，也可以使用SWD模式下載并調(diào)試代碼，多數(shù)情況下使用SWD來下載調(diào)試代碼，節(jié)省資源、而且下載速度也快。

（4） SD卡

利用SD卡，擴大容量存儲設(shè)備，用來實時保存采集的數(shù)據(jù)，既可以彌補沒有上位機的情況，也更方便于事后對大量的數(shù)據(jù)的分析與處理。

（5） A/D采集

STM32本身擁有1～3個ADC，這些ADC可以獨立使用，也可以使用雙重模式（提高采樣率）。STM32的ADC是12位逐次逼近型的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。它有18個通道，可測量16個外部和2個內(nèi)部信號源。各通道的A/D轉(zhuǎn)換可以單次、連續(xù)、掃描或間斷模式執(zhí)行。ADC的結(jié)果可以左對齊或右對齊方式存儲在16位數(shù)據(jù)寄存器中。最大的轉(zhuǎn)換速率為1 MHz，也就是轉(zhuǎn)換時間為1 μs。

3 軟硬件綜合調(diào)試結(jié)果

編寫數(shù)據(jù)采集、觸摸屏控制、上位機控制程序和液晶顯示模塊程序主要幾個模塊，將程序下載并進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，最終效果如圖3，圖4所示。

系統(tǒng)可以通過觸摸屏選擇實現(xiàn)對8路數(shù)據(jù)的單路采集或多路循環(huán)采集模式，數(shù)據(jù)采集的結(jié)果可在液晶屏上顯示，也可傳輸給上位機或保存在SD卡中。通過比較被測電壓和數(shù)據(jù)采集到的電壓值，測量精度符合設(shè)計要求。

4 結(jié) 語

本系統(tǒng)電路簡單，成本低，并具有一定的可擴展性和實用性。ARM自帶的A/D采集方式多樣，可以通過配置ARM芯片內(nèi)相應(yīng)的寄存器就可以實現(xiàn)，因此實現(xiàn)簡便。主控器STM32芯片是基于ARM CortexM3內(nèi)核的32位處理器，具有杰出的功耗控制以及眾多的外設(shè)，具有極高的性價比，在工業(yè)控制、消費類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線系統(tǒng)等多個領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，因此值得研究和推廣。

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