集成電路設計論文范文

導語：如何才能寫好一篇集成電路設計論文，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。

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建設集成電路設計相關課程的視頻教學資源，包括集成電路設計基礎理論課程講授視頻、典型案例設計講解視頻、集成電路制造工藝視頻等；構建集教師、博士研究生、碩士研究生和本科生于一體的設計數據共享平臺。集成電路設計是一項知識密集的復雜工作，隨著該行業(yè)技術的不斷進步，傳統教學模式在內容上沒法完全展示集成電路的設計過程和設計方法，尤其不能展示基于EDA軟件進行的設計仿真分析，這勢必會嚴重影響教學效果。另外，由于課時量有限，學生在課堂上只能形成對集成電路的初步了解，若在其業(yè)余時間能夠通過視頻教程系統地學習集成電路設計的相關知識，在進行設計時能夠借鑒共享平臺中的相關方案，將能很好地激發(fā)學生學習的積極性，顯著提高教學效果。

二、優(yōu)化課程教學方式方法

以多媒體教學為主，輔以必要的板書，力求給學生創(chuàng)造生動的課堂氛圍；以充分調動學生學習積極性和提升學生設計能力的目標為導向[3]，重點探索啟發(fā)式、探究式、討論式、參與式、翻轉課堂等教學模式，激勵學生自主學習；在教學講義的各章節(jié)中添加最新知識，期末開展前沿專題討論，幫助學生掌握學科前沿動態(tài)。傳統教學模式以板書為主，不能滿足集成電路設計課程信息量大的需求，借助多媒體手段可將大量前沿資訊和設計實例等信息展現給學生。由于集成電路設計理論基礎課程較為枯燥乏味，傳統的“老師講、學生聽”的教學模式容易激起學生的厭學情緒，課堂教學中應注意結合生產和生活實際進行講解，多列舉一些生動的實例，充分調動學生的積極性。另外，關于集成電路設計的書籍雖然很多，但是在深度和廣度方面都較適合作為本科生教材的卻很少，即便有也是出版時間較為久遠，跟不上集成電路行業(yè)的快速發(fā)展節(jié)奏，選擇一些較新的設計作為案例講解、鼓勵學生瀏覽一些行業(yè)資訊網站和論壇、開展前沿專題講座等可彌補教材和行業(yè)情況的脫節(jié)。

三、改革課程考核方式

改革課程考核、評價模式，一方面通過習題考核學生對基礎知識和基本理論的掌握情況；另一方面，通過項目實踐考核學生的基本技能，加大對學生的學習過程考核，突出對學生分析問題和解決問題能力、動手能力的考察；再者，在項目實踐中鼓勵學生勇于打破常規(guī)，充分發(fā)揮自己的主觀能動性，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識。傳統“一張試卷”的考核方式太過死板、內容局限，不能充分體現學生的學習水平。集成電路設計牽涉到物理、數學、計算機、工程技術等多個學科的知識，要求學生既要有扎實的基礎知識和理論基礎，又要有很好的靈活性。因此，集成電路設計課程的考核應該是理論考試和項目實踐考核相結合，另外，考核是評價學生學習情況的一種手段，也應該是幫助學生總結和完善課程學習內容的一個途徑，課程考核不僅要看學生的學習成果，也要看學生應用所學知識的發(fā)散思維和創(chuàng)新能力。

四、加強實踐教學

在理論課程講解到集成電路的最小單元電路時就要求學生首先進行模擬仿真實驗，然后隨著課程的推進進行設計性實驗，倡導自選性、協作性實驗。理論課程講授完后，在暑期學期集中進行綜合性、更深層次的設計性實驗。集成電路設計是一門實踐性很強的課程，必須通過大量的項目實踐夯實學生的基礎知識水平、鍛煉學生分析和解決問題的能力。另外，“設計”要求具備自主創(chuàng)新意識和團隊協作能力，應在實踐教學中鼓勵學生打破常規(guī)、靈活運用基礎知識、充分發(fā)揮自身特點并和團隊成員形成優(yōu)勢互補，鍛煉和提升創(chuàng)新能力和團隊協作能力。

五、總結

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110kV輸電線路桿塔基于受力的特征分成耐張型及直線型2種。選擇合理的桿塔，直接決定了110kV輸電線路經濟性及建設速度，同時也在一定程度上影響了供電的可靠性和線路維修的便捷性。110kV輸電線路桿塔設計施工的一個重要環(huán)節(jié)就是進行桿塔型式、結構的選擇。對于交通運輸方便的區(qū)域，適宜使用預應力混凝土桿及鋼筋混凝土桿。結合運輸與施工的實際，對于大跨越、出線走廊受到限制的區(qū)域，以及垂直檔距比較大的情況，使用鐵塔。110kV輸電線路以及以上的高壓輸電線路，當穿過農田耕作區(qū)域時，出于降低對農田影響的目的，要盡可能少地使用帶拉線的直線型鐵塔。桿塔的呼稱高度指的是桿塔高度，桿塔下橫擔下弦邊到地面垂直的距離。桿塔的呼稱高度與等線件垂直距離以及避雷線在架高度的和等于桿塔的總高度。對于電桿而言，還要包括埋入地下的深度。110kV輸電線路施工的重要環(huán)節(jié)之一就是桿塔組立。當前，整體組立和分解組立是110kV輸電線路桿塔組立的主要方式。鋼筋混凝土桿具有單件重量比較大，桿身使用焊接方式，通常采用平面結構，沿著線路的方向穩(wěn)定性不夠等特點，基于此，鋼筋混凝土桿的組立通常是大部分在地面進行組立，通過抱桿整體拉起的方式，也就是整體組立的方式。人字抱桿、門型固定抱桿、帶拉線單抱桿等是整體組立經常使用的拉桿，而牽引繩、制動繩和磨繩等是整體組立混凝土桿通常采用的牽引機械。因此，需要對整體組立中各部分受力情況進行充分分析，選擇安全系數足夠并且輕便的工具。因為鋼筋混凝土桿不可以存在過大的撓度，混凝土桿在組立時，桿端伸出的部分、桿身兩支點之間都存在極限，當超過極限時，就會使得桿身出現裂紋，嚴重的會造成損壞。基于此，需要設計施工吊點，從而確保在整體組立過程中，鋼筋混凝土桿的任何部分都比超裂紋的彎矩值低。桿塔的材料，桿塔結構形式以及桿塔受力形式決定了桿塔的強度。在長期的運行過程中，110kV輸電線路的桿塔是避雷線以及導線的支撐物，因此，需要承擔相應荷載，同時，桿塔變形需要在一定范圍中，也就是桿塔需要滿足剛度及強度的需要。和其他構件相比，環(huán)形截面構件各個方向承受能力都相等，同時節(jié)省了材料，能夠使用離心機制造，通過離心方法澆制的混凝土的強度和振搗方法澆制的混凝土強度相比，其強度提高了將近1／3，所以110kV輸電線路中環(huán)形截面的構件使用非常普遍。

2.110kV輸電線路架設工程設計施工

110kV輸電線路的架線設計施工包括架線前的準備、連接放線導地線、觀測弛度、安裝附件等。基于展放的方法，架線施工包括拖地展放及張力展放2種形式。拖地展放不要制動線盤，這種方法操作簡單，不需要專門的設備，然而勞動效率比較低，需要大量放線工人，同時對導線磨損比較嚴重。而通過牽張機械使得導地線一直保持張力，對交叉物保持安全距離的展放方法就是張力放線，這種方法的效率高，導地線展放的質量有保障，同時可以有效預防導地線的磨損，使得施工的質量提高，但是費用比較高，同時機械比較笨重。110kV輸電線路放線的過程中，要對導線進行認真檢查，不可以存在磨損、斷股以及金鉤等問題。當單股的損傷不大于1／2直徑時，對于其他導線以及鋼芯導線低于導電部分的5％，通過棱角、毛刺修光的方法進行處理。對于補修金具有效長度內如果鋼芯斷股或者鋁部分的損傷大于25％，單金屬絞線的損傷大于25％時，或者內層線股發(fā)生沒有辦法修復的永久變形時，需要進行截斷重接。在連接前，對導線的兩端線頭扭絞的方向、規(guī)格進行檢查，嚴格按照操作規(guī)范進行連接，嚴禁連接不同規(guī)格，不同扭絞的線。110kV輸電線路施工基礎混凝土的強度100％達到設計值時，進行輸電線路的緊線工作。進行緊線時，要求桿塔結構完整，螺栓緊固。同時，耐張塔受到張力方向相反的反側，需要實施臨時的拉線，預防桿塔因為受力過大發(fā)生塔身變形，從而使得馳度的觀測受到影響。通常情況下，臨時拉線和地面的夾角不超過45°。

3.結語

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一、完善課程設置

合理設置課程體系和課程內容，是提高人才培養(yǎng)水平的關鍵。2009年，黑龍江大學集成電路設計與集成系統專業(yè)制定了該專業(yè)的課程體系，經過這幾年教學工作的開展與施行，發(fā)現仍存在一些不足之處，于是在2014年黑龍江大學開展的教學計劃及人才培養(yǎng)方案的修訂工作中進行了再次的改進和完善。首先，在課程設置與課時安排上進行適當的調整。對于部分課程調整其所開設的學期及課時安排，不同課程中內容重疊的章節(jié)或相關性較大的部分可進行適當刪減或融合。如：在原來的課程設置中，“數字集成電路設計”課程與“CMOS模擬集成電路設計”課程分別設置在教學第六學期和第七學期。由于“數字集成電路設計”課程中是以門級電路設計為基礎，所以學生在未進行模擬集成電路課程的講授前，對于各種元器件的基本結構、特性、工作原理、基本參數、工藝和版圖等這些基礎知識都是一知半解，因此對門級電路的整體設計分析難以理解和掌握，會影響學生的學習熱情及教學效果；而若在“數字集成電路設計”課程中添加入相關知識，與“CMOS模擬集成電路設計”課程中本應有的器件、工藝和版圖的相關內容又會出現重疊。在調整后的課程設置中，先開設了“CMOS模擬集成電路設計”課程，將器件、工藝和版圖的基礎知識首先進行講授，令學生對于各器件在電路中所起的作用及特性能夠熟悉了解；在隨后“數字集成電路設計”課程的學習中，對于應用各器件進行電路構建時會更加得心應手，達到較好的教學效果，同時也避免了內容重復講授的問題。此外，這樣的課程設置安排，將有利于本科生在“大學生集成電路設計大賽”的參與和競爭，避免因學期課程的設置問題，導致學生還未深入地接觸學習相關的理論課程及實驗課程，從而出現理論知識儲備不足、實踐操作不熟練等種種情況，致使影響到參賽過程的發(fā)揮。調整課程安排后，本科生通過秋季學期中基礎理論知識的學習以及實踐操作能力的鍛煉，在參與春季大賽時能夠確保擁有足夠的理論知識和實踐經驗，具有較充足的參賽準備，通過團隊合作較好地完成大賽的各項環(huán)節(jié)，贏取良好賽果，為學校、學院及個人爭得榮譽，收獲寶貴的參賽經驗。其次，適當降低理論課難度，將教學重點放在掌握集成電路設計及分析方法上，而不是讓復雜煩瑣的公式推導削弱了學生的學習興趣，讓學生能夠較好地理解和掌握集成電路設計的方法和流程。第三，在選擇優(yōu)秀國內外教材進行教學的同時，從科研前沿、新興產品及技術、行業(yè)需求等方面提取教學內容，激發(fā)學生的學習興趣，實時了解前沿動態(tài)，使學生能夠積極主動地學習。

二、變革教學理念與模式

CDIO（構思、設計、實施、運行）理念，是目前國內外各高校開始提出的新型教育理念，將工程創(chuàng)新教育結合課程教學模式，旨在緩解高校人才培養(yǎng)模式與企業(yè)人才需求的沖突。在實際教學過程中，結合黑龍江大學集成電路設計與集成系統專業(yè)的“數模混合集成電路設計”課程，基于“逐次逼近型模數轉換器（SARADC）”的課題項目開展教學內容，將各個獨立分散的模擬或數字電路模塊的設計進行有機串聯，使之成為具有連貫性的課題實踐內容。在教學周期內，以學生為主體、教師為引導的教學模式，令學生“做中學”，讓學生有目的地將理論切實應用于實踐中，完成“構思、設計、實踐和驗證”的整體流程，使學生系統地掌握集成電路全定制方案的具體實施方法及設計操作流程。同時，通過以小組為單位，進行團隊合作，在組內或組間的相互交流與學習中，相互促進提高，培養(yǎng)學生善于思考、發(fā)現問題及解決問題的能力，鍛煉學生團隊工作的能力及創(chuàng)新能力，并可以通過對新結構、新想法進行不同程度獎勵加分的形式以激發(fā)學生的積極性和創(chuàng)新力。此外，該門課程的考核形式也不同，不是通過以往的試卷筆試形式來確定學生得分，而是以畢業(yè)論文的撰寫要求，令每一組提供一份完整翔實的數據報告，鍛煉學生撰寫論文、數據整理的能力，為接下來學期中的畢業(yè)設計打下一定的基礎。而對于教師的要求，不僅要有扎實的理論基礎還應具備豐富的實踐經驗，因此青年教師要不斷提高專業(yè)能力和素質。可通過參加研討會、專業(yè)講座、企業(yè)實習、項目合作等途徑分享和學習實踐經驗，同時還應定期邀請校外專家或專業(yè)工程師進行集成電路方面的專業(yè)座談、學術交流、技術培訓等，進行教學及實踐的指導。

三、加強EDA實踐教學

首先，根據企業(yè)的技術需求，引進目前使用的主流EDA工具軟件，讓學生在就業(yè)前就可以熟練掌握應用，將工程實際和實驗教學緊密聯系，積累經驗的同時增加學生就業(yè)及繼續(xù)深造的機會，為今后競爭打下良好的基礎。2009—2015年，黑龍江大學先后引進數字集成電路設計平臺Xilinx和FPGA實驗箱、華大九天開發(fā)的全定制集成電路EDA設計工具Aether以及Synopsys公司的EDA設計工具等，最大可能地滿足在校本科生和研究生的學習和科研。而面對目前學生人數眾多但實驗教學資源相對不足的情況，如果可以借助黑龍江大學的校園網進行網絡集成電路設計平臺的搭建，實現遠程登錄，則在一定程度上可以滿足學生在課后進行自主學習的需要。其次，根據企業(yè)崗位的需求可合理安排EDA實踐教學內容，適當增加實踐課程的學時。如通過運算放大器、差分放大器、采樣電路、比較器電路、DAC、邏輯門電路、有限狀態(tài)機、分頻器、數顯鍵盤控制等各種類型電路模塊的設計和仿真分析，令學生掌握數字、模擬、數模混合集成電路的設計方法及流程，在了解企業(yè)對于數字、模擬、數模混合集成電路設計以及版圖設計等崗位要求的基礎上，有針對性地進行模塊課程的學習與實踐操作的鍛煉，使學生對于相關的EDA實踐內容真正融會貫通，為今后就業(yè)做好充足的準備。第三，根據集成電路設計本科理論課程的教學內容，以各應用軟件為基礎，結合多媒體的教學方法，選取結合于理論課程內容的實例，制定和編寫相應內容的實驗課件及操作流程手冊，如黑龍江大學的“CMOS模擬集成電路設計”和“數字集成電路設計”課程，都已制定了比較詳盡的實踐手冊及實驗內容課件；通過網絡平臺，使學生能夠更加方便地分享教學資源并充分利用資源隨時隨地地學習。

四、搭建校企合作平臺

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關鍵詞：電子科學與技術；本科培養(yǎng)方案；課程設置；辦學特色

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）30-0070-02

21世紀被稱為信息時代，電子科學與技術在信息、能源、材料、航天、生命、環(huán)境、軍事和民用等科技領域將獲得更廣泛的應用，必然導致電子科學與技術產業(yè)的迅猛發(fā)展。這種產業(yè)化趨勢反過來對本專業(yè)的鞏固、深化、提高和發(fā)展起到積極的促進作用，也對人才的培養(yǎng)提出了更高的要求。因此，本文從人才的社會需求出發(fā)，結合我校實際情況，進行了本科專業(yè)培養(yǎng)方案的改革探索，并詳細介紹了培養(yǎng)方案的制定情況。

一、人才的社會需求情況

目前，我校電子科學與技術專業(yè)的本科畢業(yè)生主要面向長三角地區(qū)龐大的微電子、光電子、光伏和新能源行業(yè)，市場對專業(yè)人才的需求基本上是供不應求的。但是也應該注意到電子科學與技術產業(yè)的分布不均，分類較細，且發(fā)展變化較快。另外，電子科學與技術產業(yè)結構具有多樣性，既有勞動密集型的大型企業(yè)、大公司，更多的是小公司和小企業(yè)；既有國有企業(yè)和私營企業(yè)，更有合資、獨資的外企。因此，社會需求與本專業(yè)畢業(yè)生的供需矛盾還會繼續(xù)存在。

二、專業(yè)的培養(yǎng)目標和定位

本專業(yè)培養(yǎng)具備微電子、光電子領域的寬厚專業(yè)基礎知識，熟練實驗技能，能掌握電子材料、電子器件、微電子和光電子系統的新工藝、新技術研究開發(fā)和設計技能，有較強的工程實踐能力，能夠在該領域從事各種電子材料、元器件、光電材料及器件、集成電路的設計、制造和相應的新產品、新技術、新工藝的研究、開發(fā)和管理工作工程技術人才。并且結合我校“大工程觀”人才培養(yǎng)特色，依據“卓越工程師”教育理念下工程技術型人才培養(yǎng)的原則，培養(yǎng)適應微電子和新興光電行業(yè)乃至區(qū)域社會經濟建設需求的工程技術型人才。

三、本科培養(yǎng)方案制定的思路

電子科學與技術專業(yè)培養(yǎng)方案參照工程教育認證的要求，以及專業(yè)下設微電子、光電子材料與器件兩個本科培養(yǎng)方向的思路制定。注重培養(yǎng)學生的專業(yè)基礎知識和實踐工程能力，使畢業(yè)生能滿足長三角地區(qū)微電子、光電子和新能源行業(yè)發(fā)展的需求。微電子方向的課程設置專注于電子材料與電子器件、集成電路與系統設計方面，光電子材料與器件方向則偏向于光電信息、光電材料與光電器件方面。

四、本科培養(yǎng)方案的改革探索

要實現電子科學與技術專業(yè)的培養(yǎng)目標，適應電子信息產業(yè)的不斷發(fā)展，并結合我校學科發(fā)展方向和特色，對電子科學與技術專業(yè)本科人才培養(yǎng)方案進行了研究，并對省內外幾所高校電子科學與技術專業(yè)的培養(yǎng)方案進行調研，最終形成了富有特色的電子科學與技術專業(yè)人才培養(yǎng)方案，主要內容如下：

1.培養(yǎng)方案的模塊化設計。在設計電子科學與技術專業(yè)本科培養(yǎng)方案的整體框架時，根據“加強基礎、拓寬專業(yè)、培養(yǎng)能力”和培養(yǎng)工程技術型人才的辦學理念下，專業(yè)培養(yǎng)方案分人文與社會科學、專業(yè)基礎和專業(yè)課三個模塊，下設微電子和光電子材料與器件兩個專業(yè)方向。學生在前兩年學習相同的課程，到大三時根據自己的興趣選擇專業(yè)方向，選修各自方向的專業(yè)課。由于兩個方向的不同培養(yǎng)要求，因此在專業(yè)基礎選修課、專業(yè)必修課和專業(yè)選修課方面設置限選模塊，每個專業(yè)方向必須修滿相應的學分才能畢業(yè)。

2.改革專業(yè)基礎課程。專業(yè)基礎課程是為專業(yè)課程奠定基礎，因此，在保留了原有電子信息類專業(yè)通常所開設的電子類課程外，增加了與專業(yè)相關的課程，如EDA技術、通信原理、數字信號處理、物理光學、應用光學、激光原理與技術等課程，刪減了原先與物理類相關的一些課程，如物理學史、原子物理、熱力學與統計物理學等，并刪減了一些計算機軟件類課程，如C++程序設計、計算機在材料科學中的應用等。專業(yè)基礎選修課程分方向限選模塊，兩個專業(yè)方向對應有不同的專業(yè)基礎選修課程。

3.優(yōu)化專業(yè)課程。專業(yè)課程是整個專業(yè)教育中的主干部分，微電子方向的課程設置緊緊圍繞半導體和集成電路設計方向，開設有集成電路設計、微電子工藝原理與技術、工藝與器件可靠性分析、半導體測試技術、現代電子材料及元器件、集成電路工藝與器件模擬等課程。光電子材料與器件方向圍繞光電材料和光纖通信方向，開設光電子材料與器件、光電檢測原理與技術、太陽能電池原理與技術、光纖傳感原理與技術、光纖通信技術等課程。另外專業(yè)課程里面還設置有專業(yè)實驗，通過加強實驗環(huán)節(jié)，訓練學生的動手操作能力，增強學生的理論知識。

五、與省內外專業(yè)人才培養(yǎng)的區(qū)別

具有電子科學與技術專業(yè)的各大高校分布在不同的地區(qū)，服務于不同的區(qū)域經濟，這就要求專業(yè)學生的培養(yǎng)具有區(qū)域化、差異化。我們分析了杭州電子科技大學、浙江工業(yè)大學、蘇州大學、南京理工大學和徐州工程學院這五所不同地區(qū)、不同層次高校的電子科學與技術專業(yè)的培養(yǎng)方案。不僅使我們能學習到其他高校的先進辦學理念、合理的課程設置體系，也可以發(fā)現與其他高校之間的差異。具體表現為以下幾個方面：

1.專業(yè)定位。各個學校的電子科學與技術專業(yè)依據自身的師資力量、辦學條件、區(qū)域經濟要求確定專業(yè)的發(fā)展定位。杭州電子科技大學的電子科學與技術專業(yè)依托1個教育部重點實驗室、2個國家級實驗教學示范中心、3個省部級重點實驗室，人才培養(yǎng)定位于能從事電子元器件、電子電路乃至電子集成系統的設計和開發(fā)等方面工作的工程技術人才。浙江工業(yè)大學的電子科學與技術專業(yè)主要培養(yǎng)光通信、電子電路系統、集成電路設計等方面的人才。蘇州大學的電子科學與技術專業(yè)定位在培養(yǎng)能夠在電路與系統、集成電路與系統等領域從事各類系統級、板級和芯片級研發(fā)工作的高級工程技術人才。南京理工大學的電子科學與技術專業(yè)主要是突出光電技術和微電子與信息處理學科的交叉和融合，以光電成像探測理論與技術及微電子理論與技術為專業(yè)特色。徐州工程學院的電子科學與技術專業(yè)主要定位在培養(yǎng)能從事光電子材料與器件開發(fā)的工程技術人才。而我校的電子科學與技術專業(yè)定位于服務長三角地區(qū)半導體和新能源行業(yè)，培養(yǎng)能從事集成電路設計與開發(fā)、光電子材料與器件的研發(fā)等工作的工程技術人才。

2.課程體系。杭州電子科技大學的電子科學與技術專業(yè)培養(yǎng)學生設計、開發(fā)電子元器件、電子電路系統、電子集成系統的能力，在課程設置上開設了通信電子電路、EDA技術、薄膜物理與技術、電子材料與電子器件、電子系統設計與實踐、集成電路設計、嵌入式系統原理和應用、現代DSP技術及應用等專業(yè)課程。浙江工業(yè)大學的電子科學與技術專業(yè)培養(yǎng)學生設計、開發(fā)電子電路系統、集成電路系統的能力，開設了電路原理、模電數電、通信電子線路、集成電路設計、光纖通信原理、光網絡技術、數字信號處理等專業(yè)課程，以及電子線路CAD實驗、單片機綜合實驗、通信原理實驗、通信電子線路大型實驗、微電子基礎實驗、半導體器件仿真大型實驗、集成電路設計大型實驗等實驗類課程。蘇州大學的電子科學與技術專業(yè)培養(yǎng)學生設計與開發(fā)電路與系統、集成電路與系統，從事各類系統級、板級和芯片級研發(fā)工作的能力，開設了信號與系統、電磁場與電磁波、高頻電路設計與制作、電子線路CAD、CMOS模擬集成電路設計、VLSI設計基礎等專業(yè)課程，以及電子技術基礎實驗、信號與電路基礎實驗、電子線路實驗、電子系統綜合設計實驗等實驗類課程。南京理工大學培養(yǎng)學生從事光電子器件、光電系統和集成電路的設計、開發(fā)、應用的能力，開設了信號與系統、光學、光電信號處理、光輻射測量、光電子器件、光電成像技術、超大規(guī)模集成電路設計、光電子技術、顯示技術、光電檢測技術、數字圖像處理、半導體集成電路、集成電路測試技術、微電子技術、光電子線路、電視原理等專業(yè)課程。徐州工程學院的電子科學與技術專業(yè)培養(yǎng)學生設計與開發(fā)光電子材料與器件的能力，開設有信號與系統、光電子學、光電子技術、激光原理與技術、光伏材料等專業(yè)課程，以及模擬電路課程設計、數字電路課程設計、單片機原理課程設計等實踐性課程。我校的電子科學與技術專業(yè)主要培養(yǎng)學生集成電路設計、光電子材料與器件的設計與制備能力，開設有半導體物理學、半導體器件原理、MEMS技術、微電子工藝原理與技術、薄膜材料及制備技術、工藝與器件可靠性分析、集成電路工藝與器件模擬、EDA技術、通信原理、數字信號處理、光電子材料與器件、光電檢測原理與技術、太陽能電池原理與技術、光纖通信技術等專業(yè)課程，以及近代物理實驗、專業(yè)實驗等實驗類課程。

3.人才培養(yǎng)特色。杭州電子科技大學的電子科學與技術專業(yè)的人才培養(yǎng)特色是注重集成電路設計、系統集成方面能力的培養(yǎng)。浙江工業(yè)大學的人才培養(yǎng)注重光纖通信、集成電路設計方面能力的培養(yǎng)。蘇州大學的人才培養(yǎng)注重電路與系統設計、集成電路與系統設計方面能力的培養(yǎng)。南京理工大學的人才培養(yǎng)注重光電技術和微電子與信息處理學科的交叉和融合，以光電成像探測理論與技術及微電子理論與技術為專業(yè)特色。徐州工程學院的人才培養(yǎng)注重光電材料與器件方面能力的培養(yǎng)。我校的人才培養(yǎng)注重電子材料與電子器件的設計與開發(fā)、集成電路設計方面能力的培養(yǎng)。

參考文獻：

[1]陳鶴鳴，范紅，施偉華，徐寧.電子科學與技術本科人才培養(yǎng)方案的改革與探索[A]//電子高等教育年會2005年學術年會論文集[C].17-20.

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[關鍵詞]教研統一 人才培養(yǎng) 方法與機制

[中圖分類號] C961 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2015）07-0114-03

一、引言

關于大學高水平本科人才的培養(yǎng)，其影響因素很多，而圍繞教學與科研相互關系的討論或說爭論長期以來一直是高等教育研究領域備受關注的重要課題。[1]大學最核心的任務是確保本科教育質量，如果科研除了有利于人才培養(yǎng)之外，不能很好地服務本科教育，將喪失可持續(xù)發(fā)展的潛力;而將知識創(chuàng)新與教授有機結合起來，有效發(fā)揮科研的人才培養(yǎng)功能，對高校教學水平提高、教師教研水平提升、學生學習效果改善具有積極甚至無可替代的作用。

綜觀世界一流大學，無不要求其教師教學科研水平。我校從頂層設計角度制訂了“教研統一”的辦學理念。[2]筆者長期從事集成電路設計領域的科研與教學工作，結合專業(yè)特點，將多年來在教學與科研相互促進融合方面的探索進行梳理，并對其中面臨的困難與挑戰(zhàn)進行了思考。

二、教研統一的探索

目前國內不少大學存在不同程度的“科研先行”發(fā)展理念，造成了教學的“短板”。為促進集成電路設計與集成系統專業(yè)工程應用型人才的培養(yǎng)，本專業(yè)一線教師長期積極探索科研促進和服務教學的方式方法，將先后承擔的國家自然科學基金重點項目、國家“863”重大專項、國家自然科學基金項目、國家科技攻關項目，以及省部級、廳局級、橫向項目等數十項科研項目及成果以多種方式融入本科教學，努力使科研引領教學水平的提升，整個教學科研團隊先后于2010年和2012年被評為“陜西省省級教學團隊”――通信專用集成電路設計核心課程教學團隊和“陜西省首批重點科技創(chuàng)新團隊”――西安郵電大學通信專用集成電路與集成系統重點科技創(chuàng)新團隊，探索形成了“科研嵌入”理論教學內容、“科研反哺”實踐教學環(huán)境、“科研提高”師資隊伍建設和“科研啟發(fā)”應用型人才培養(yǎng)的教研統一方案，努力提高科研對教學的貢獻率。

（一）“科研嵌入”理論教學內容

為了踐行“教研統一”，在理論教學方面，貫徹科研項目分模塊進課堂、進實驗、進畢業(yè)設計，落實前沿技術進講義、進習題、進考試環(huán)節(jié)，同時根據科研項目開發(fā)實際，總結工程經驗，凝練科研案例，編寫系列教材。通過將科研子模塊“嵌入”教學、“嵌入”教材，豐富了教學內容，拓寬了學生視野，提高了學生實踐能力，實現了科研成果進課堂、教學水平上臺階的目標。近年來承擔并以多種形式融入教學的主要科研項目有：

項目1：國家自然科學基金面上項目“三維視頻處理系統芯片動態(tài)可重構可編程體系結構研究”，經費160萬元;

項目2：陜西省科技統籌項目“北斗二號 / GPS雙模接收機芯片組”，經費150萬元;

項目3：陜西省重大創(chuàng)新專項“雙網數字傳真機開發(fā)”，經費75萬元;

項目4：陜西省重大創(chuàng)新專項“SDH片上系統設計與實現”，經費50萬元;

項目5：國家自然科學基金重點項目“新一代圖形處理系統芯片體系結構及關鍵技術研究”，經費440萬元;

項目6：某國防項目“圖形處理器IP研發(fā)”，經費99萬元;

項目7：陜西省“13115”創(chuàng)新專項“高速數據網絡包交換芯片研制與開發(fā)”，經費135萬元;

項目8：國家“863”重大專項“基于NOC的多處理器系統片上高性能互連技術研發(fā)”，經費200萬元;

項目9：國家“863”項目“寬帶交換高速交換芯片的研究開發(fā)”，經費360萬元;

項目10：國家自然科學基金“無線通信自重構容錯NOC研究”，經費60萬元。

上述項目與理論教學、實踐教學以及集中實踐環(huán)節(jié)相結合的具體操作如下：

1.集成電路專業(yè)導論：將項目1“APU體系結構、計算模式統一等”作為內容;將項目2“北斗、GPS以及伽利略等”的對比研究作為內容;將項目8“片上網絡NOC的項目”引入教學;將項目9“電路交換、分組交換的發(fā)展及研發(fā)現狀”引入課堂。

2.數字集成電路設計：將項目1、5中“涉及的長線、功耗、缺陷問題引入教學”作為內容;將項目6、7中的模塊作為案例用于新編教材;將項目9“PLL、CDR單元、全定制振蕩器”作為教學案例。

3.集成電路工藝原理：將項目1、5中“紅墻問題、三維工藝”引入教學;項目7、9、10成果引起企業(yè)關注，與航天某所建立工藝聯合實驗室;將項目9開發(fā)過程中針對工藝的比較引入教學。

4.EDA技術實驗：以項目1“4×4可重構陣列”，項目3“將圖像CIS掃描、熱敏打印頭以及步進電機控制電路”，項目4“字符重排、幀定位等單元設計”，項目5和6“命令處理器”作為教學案例;將項目7、8、9、10前端設計中積累的代碼編寫經驗、綜合腳本撰寫方法引入教學，將設計后端的STA用于新編教材中。

5.SoC設計方法學：以項目7、8、9的研發(fā)流程作為典型的SoC設計流程進行對比講解。

6.計算機組成與設計：將項目1、5“ILP、OLP、DLP的統一”作為課程的主題研討內容。

7.Verilog HDL數字系統設計：將項目1、5“反饋環(huán)、命令處理器、存儲管理器等”作為大型實驗案例;將項目4、7、9“PRBS序列產生、字符重排、幀定位單元”作為實驗內容;將項目8、9、10“將分配管理單元、虛通道路由器”作為案例，并將驗證平臺的搭建作為大型案例引入教學。

8.通信原理：依據項目3建議授課教師將傳統傳真協議T.30、網絡傳真協議等引入課程;依據項目4建議授課教師將SDH內容講解與項目開發(fā)結合起來;依據項目4、9建議授課教師將世界上第一套符合ITU-T標準STM-256幀結構的40G SDH設備等引入課程。

9.基于FPGA的嵌入式系統設計：將項目1、5“如何在Micro Blazer上移植操作系統、如何與底層電路交互”作為案例;將項目3雙網傳真機作為典型的嵌入式系統引入教學。

10.FPGA課程設計：將項目1和5“反饋環(huán)、Cache開發(fā)、命令處理器”，項目9、10“隊列管理、VC分配、交換分配”等簡化后作為題目。

11.集成電路設計課程設計：將項目1和5“幾何變換、三維剪裁、圖元裝配”，項目9、10“隊列管理、VC分配、交換分配”等作為題目。

12.SoPC課程設計：將項目3、5、6、7電路驗證轉化為SoPC方式進行以作為課程設計題目，項目7、8“PRBS序列產生、字符重排、幀定位等單元的開發(fā)”作為題目。

13.畢業(yè)設計：將項目1、5、6“基于可重構陣列的DCT變換、2D加速器、命令處理器、像素染色器等”，項目3“傳真機方案設計、模塊電路設計、軟件方案、通信協議等”，項目4、7、9“PRBS序列產生、字符重排、幀定位等單元增加基于C的驗證”，項目9、10“隊列管理、VC分配、交換分配、torus結構等”，項目8“驗證涉及的基于SV的驗證平臺、PLI平臺等”作為畢業(yè)設計題目。

（二）“科研反哺”實踐教學環(huán)境

集成電路設計是一個工程實踐性很強的領域，所需的儀器設備、工具軟件、工作條件成本高昂，建立完善的設計實踐環(huán)境常令學科建設經費捉襟見肘。而在承擔各級各類科研項目的過程中，逐步建立起了較高水平的科研平臺，如部級重點實驗室、省級工程中心、校企聯合實驗室等，在這些科研平臺上積累了豐富的硬件資源、空間資源和人才資源。通過探索“科研反哺”，對實踐教學環(huán)境的建設和提升起到了積極的促進作用。具體措施包括：

1.共享科研平臺的硬件資源，提升學生實踐環(huán)節(jié)的物質基礎：在高水平科研帶動下，先后投入數千萬元建立了集成電路設計環(huán)境、工藝生產線，并與Altera、Xilinx、Intel、TI、廣州周立功、772所等建立了聯合實驗室，相關的儀器、設備、開發(fā)工具等通過合理共享逐步向本科生開放，向實踐教學資源轉化，提升了實踐環(huán)境的物質基礎。

2.利用科研平臺的空間資源，為學生提供校外實習實訓的機遇與環(huán)境：通過科研合作，先后與烽火、中興、華為、兗礦、煤炭科學院、深亞等相關設計企業(yè)、終端用戶等建立了校外實習基地，豐富了學生的實習實訓環(huán)境。

3.發(fā)揮科研平臺的人才優(yōu)勢，轉化為第一、第二課堂的教學優(yōu)勢：主持和參與科研項目的高水平教授、中青年教師、碩士研究生等是科研平臺的人才優(yōu)勢，強調實施教授年授課學時數不低于120學時、項目負責人至少承擔一門本科生專業(yè)課、青年教師指導學生參加興趣小組和學科競賽、碩士研究生承擔助教等一系列措施，對學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)起到了積極作用。

通過上述舉措，先后建設了陜西省實驗教學示范中心――“計算機與微電子學實驗教學中心”和“電工電子實驗教學中心”、陜西省人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新實驗區(qū)――“電子信息工程應用型人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新實驗區(qū)”和“集成電路設計與集成系統工程應用型人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新實驗區(qū)”。

（三）“科研提高”師資隊伍水平

集成電路設計的工程性要求教師必須具備豐富的實踐經驗，而科研正是彌補經驗“短板”的有效途徑。在具體實踐中采取的“科研提高”師資水平的措施主要有：

1.劃撥科研經費資助青年教師攻讀碩士、博士：為了培養(yǎng)青年教師，形成人才梯隊，一線青年教師先后有6人都是在科研項目專門審批劃撥的經費資助下攻讀博士、碩士，畢業(yè)后先后承擔了陜西省自然科學基金項目、教育部重點項目、陜西省教育廳專項項目等10余項;多名青年教師指導本科生、研究生參加學科競賽，先后獲得大學生電子設計競賽陜西省一等獎第一名和全國二等獎多次、研究生電子設計競賽西北賽區(qū)特等獎兩次、全國二等獎和三等獎各一次以及全國優(yōu)秀指導教師獎。

2.人才引進注重科研方向、優(yōu)勢互補：在師資隊伍建設中，注重科研經歷、工程能力、國際背景，如引進的美籍全職教授有Nvidia、貝爾實驗室、猶他大學等國際知名企業(yè)、科研院所長達29年的開發(fā)經歷，并被聘為陜西省“百人計劃”特聘專家。

（四）“科研啟發(fā)”應用型人才培養(yǎng)

通過科研融入教學，對啟發(fā)學生潛力、培養(yǎng)學生工程應用能力起到了積極作用;同時選拔興趣濃厚者作為科研助手參與項目研發(fā)，由高水平教授直接指導，這些學生有多名進入Intel、MTK、華為、中興等知名企業(yè)，擔任開發(fā)經理、技術骨干等關鍵崗位，或考取知名高校的研究生，并迅速成長為導師科研團隊中的骨干成員。

總之，科研成果分模塊進課堂，豐富了教學內容;前沿技術進教案，拓寬了學生視野;科研設備向教學資源轉化，改善了教學條件;堅持高水平教授為本科生授課，保障了教學中心地位;總結科研和工程經驗，更新了教學內容，出版了系列教材，提高了學生工程實踐能力，形成了科研促進教學的良好局面。

三、教研統一的思考

盡管在多年的教學科研實踐中摸索了一些“教研統一”的方式方法，但終究不是機制，無法形成長效。而“教師的薪水、晉升，最終是依據其科研成果，而不是其教學績效，大學制訂的教師學術獎勵體系中幾乎看不到教學的影子”[3]，“教學和科研的統一正在隨著科研的興盛及二者之間激勵機制的不平衡而受到破壞，科研正在越來越遠離教學，甚至是毫不相干”。[4]那么，如何讓教師發(fā)揮主觀能動性，積極投身教研統一的探索？又如何讓學生積極投身運用專業(yè)知識解決實際問題的實踐，為學生實踐能力培養(yǎng)與提高形成合力呢？

（一）倡導研究性教學

大學師資管理模式、績效考核方式決定著大學教師的工作方式、工作效率和工作效果[5]，畢竟對多數人而言，指揮棒在哪里，工作的方向就在哪里。因此對工程實踐性強的專業(yè)，可從教學的要求上倡導研究性教學，從績效考核上拉近、拉平教學與科研獎勵，不僅讓只灌輸書本知識的現象得到改觀，也讓學術水平高的教師有意愿對學生傾囊相授。

同時，一個高效的科研團隊必然也是一個優(yōu)勢互補的水平梯隊，而一個專業(yè)的教學也是理論與實踐、抽象與具體、構想與實現的結合。因此，可從校級層面上制訂科研團隊對專業(yè)教學的工作目標，再由科研團隊細分任務與計劃，并分解科研項目，組織教學活動，做到教師人盡其才，學生人盡其用，這樣既可以調動教師積極性，又可以發(fā)揮學生能動性。

（二）強調教學中心地位

從教師角度看，教學過程中應著重關注學生的學習過程，以教學為中心，以學生為主體，以教師為主導，以學習為主線。在基礎課、專業(yè)基礎課的支持下，專業(yè)課教學可以按“問題驅動、案例驅動、項目驅動、前沿驅動”的節(jié)奏循序漸進，逐步提升。教學方式方法的改革將在一定程度上促進“教研統一”的踐行。

（三）發(fā)揮學生科研潛力

從學生角度看，專業(yè)知識的掌握程度，除了卷面成績外，還可以有多種表現形式，如：1.參加教師科研項目，獨立運用專業(yè)知識或在教師指導下多方查閱、調研，完成相關模塊的設計，并撰寫小論文或申請國家發(fā)明專利，或錄用或發(fā)表，或實審或授權;2.參加學科競賽，競賽題目可以從日常應用角度激發(fā)學生的靈感，也可是教師科研項目轉化，通過自由組隊，在省級及以上政府機構組織的裝試性競賽、國家級行業(yè)協會組織的裝試性競賽上獲獎等。對諸如此類情形，從學校學院角度給以獎勵、鼓勵，也將在一定程度上促進“教研統一”的踐行。

四、總結

本文結合集成電路設計專業(yè)工程實踐性強的特點，在長期的教學科研實踐中，探索出了一套“科研嵌入”理論教學內容、“科研反哺”實踐教學環(huán)境、“科研提高”師資隊伍建設和“科研啟發(fā)”應用型人才培養(yǎng)的教研統一方案;同時為了實現科研促進教學、提高人才培養(yǎng)的效果，從學校角度、教師角度和學生角度思考了倡導研究性教學、強調教學中心地位、發(fā)揮學生科研潛力的“教研統一”長效機制。

[ 注 釋 ]

[1] 梁林梅.國外關于本科教學與科研關系的探析[J].江蘇高教，2010（3）：67-60.

[2] 盧建軍.深化高教改革要抓好頂層設計[N].光明日報，2014-06-17.

[3] Serow R C.Research and teaching at a research university[J].Higher Education，2000（4）：449-463.

篇6

【摘要】從知識更新、跨院系選課和授課以及校企合作三方面分析美國高等工程教育的特點，為“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”提供借鑒，這將十分有利于改革和完善現今我國高校的培養(yǎng)教育體制，有利于為我國培養(yǎng)出更多高質量的工程師人才，以滿足時代與社會發(fā)展對工程師在“質”與“量”上的需求。

【關鍵詞】高等工程教育；美國教育；卓越工程師

自從教育部2009年推出“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”，國內有61所高校被批準為首批“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的實施高校，這是一項重大的教育改革試點項目，旨在為培養(yǎng)工科專業(yè)本科層次、碩士層次和博士層次學生提出其應達到的知識、能力與素質的專業(yè)要求。借鑒世界發(fā)達國家高等工程教育的成功經驗，創(chuàng)建和完善具有中國特色的高等工程教育模式，培養(yǎng)造就一大批基礎扎實、創(chuàng)新能力強、符合企業(yè)發(fā)展需要的多種類型的優(yōu)秀工程師，是“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的要求，也是完成“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的一條捷徑。

毋庸置疑，美國在經歷半個世紀的工程教育發(fā)展過程中，以其獨具特色的培養(yǎng)理念和培養(yǎng)模式，在世界高等工程教育領域樹立了成功的范例，倍受世界推崇。美國工程師培養(yǎng)模式具有鮮明的特色，為本國經濟、科技實力的發(fā)展培養(yǎng)了大批優(yōu)秀的工程師，也為其綜合國力和國際地位的提升奠定了堅實的基礎。時至今日，美國對工程教育領域內的改革仍然十分熱衷，二十世紀末麻省理工學院的前院長莫爾提出了“大工程觀”引領了世界工程教育的發(fā)展方向。

所以，對美國高等工程師教育進行深入研究，取長補短，這將十分有利于改革和完善現今高校的培養(yǎng)教育體制，有利于為我國培養(yǎng)出更多高質量的工程師人才，以滿足時代與社會發(fā)展對工程師在“質”與“量”上的需求，同時對促進我國科技發(fā)展，提高國際競爭力具有巨大作用。中美兩國高等工程教育有共性，也有差異，通過分析美國高等工程教育三個方面的特點，找到我國高等工程教育的不足，使其對“卓越工程師培養(yǎng)計劃”有所借鑒。

第一，美國大學教育非常注重知識的與時俱進，由于任課老師大都從事一線科研，他們對當前科技研究及發(fā)展方向有深刻理解，而前沿的知識和技術本身在整個國家人才類型需求與人才培養(yǎng)之間扮演著紐帶角色，前沿技術課程不僅有教書育人的功能，還培養(yǎng)了學生的科研能力，前瞻意識，從而使美國大學始終保持科技先鋒作用。如斯坦福大學電子工程系開設的Iphone設計課程緊密聯系當今發(fā)展迅速，深入人們生活的智能手機設計領域，課程內容包括軟硬件設計方法，嵌入式操作系統等，不僅高校學生對這類課程倍加喜愛，就連業(yè)內很多資深工程師也對經常旁聽課程。而我國的大學教育，一味依照課本，知識嚴重陳舊，從事一線科研的教師，由于課本的束縛無法施展手腳來講解最前沿技術，更有一些老師由于學校考核要求寬松，對本專業(yè)的前沿不去關注，所以此類教師的專業(yè)課程與當今的技術發(fā)展步調不一，學生越學離實際越遠，學生學習沒有興趣，教師授課缺乏更新，嚴重影響了知識的與時俱進性，造成了理論和實際的脫節(jié)，不利于學生的就業(yè)，更不利于學生的科研，這也是我國高校專業(yè)課程教授中的通病。而且“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的宗旨中，強調面向未來的卓越工程師，即要有戰(zhàn)略眼光和前瞻意識，培養(yǎng)能夠滿足未來發(fā)展需要、能夠適應和引領未來工程技術發(fā)展方向的工程師。所以，我國高等工程教育應該改進現有授課內容，加強課程的與時俱進性，來切合“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的宗旨。

第二，美國是一個多元化的民族，不同的種族、宗教及文化在這片國土上相互碰撞和融合，多元、靈活的工程師培養(yǎng)理念也就是在這樣的環(huán)境中逐漸形成。所以，美國的工程師培養(yǎng)重視跨院系、跨專業(yè)和跨學科的人才培養(yǎng)，學院甚至整個學校范圍內拆除壁壘，進行廣泛的合作，開設交叉專業(yè)，安排綜合課程，不同專業(yè)教師合作從事教學，跨學科的教育機制已經建立。如哈佛大學，課程體系分為：核心課、專業(yè)課及選修課三個部分。核心課屬于專業(yè)課之外的通識教育范疇，內容包括：文化，歷史，文學藝術，倫理道德，自然科學等幾大學術領域。攻讀工程專業(yè)學士學位的學生必須保證在六大領域內各有一門核心課，否則不準畢業(yè)，可見學科交融對高素質創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的重要性。所以美國高等工程教育是學科交叉的“通才”工程師教育。而我國高校的專業(yè)課程和教育教學過程按照統一計劃運行，大多數高校的教學是以課堂教學、教師和課本為中心，課程、教材、教學大綱、考試嚴格統一。學校教學靈活性不足，學生個性發(fā)展不充分。而我們的學生將來所要面對的是以知識為中心的經濟社會，而知識經濟的發(fā)展必將引起人才需求結構的巨大變化。社會所需要的不再是缺少個性的統一培養(yǎng)的人才，而是具有個性的知識面寬、綜合素質強的“通才”。打破學科限制，是“卓越工程師培養(yǎng)計劃”的要求，也是社會經濟發(fā)展的需要。

第三，在美國，高等工程院校與企業(yè)在工程師培養(yǎng)過程中展開廣泛合作，雙方通過建立密切的合作關系，不僅有利于學生實踐能力的提升，同時也有利于加快技術轉化的速度，可謂互惠互利。如斯坦福大學通過開設繼續(xù)教育課程、聘用企業(yè)專家作為教師、校企共同研發(fā)項目等豐富多樣的形式促進雙方共同獲利，促成了斯坦福大學和硅谷在世界上的良好聲譽。總之，在美國，通過這種校企合作的方式，不僅促進了美國高等工程教育的發(fā)展，也推動了其國內經濟的快速發(fā)展。我國的高等工程院校也在不斷的發(fā)展與改革，校企合作的實際成效卻不大，究其原因，主要是目前我國高等工程院校與企業(yè)的合作尚處于起步階段，合作機制還不夠健全，雖然我國高校也效仿了美國的部分做法，但是大都照搬照抄，如美國大學微電子專業(yè)的學生在集成電路設計課程的實驗中，大都采用Cadence公司提供的免費EDA軟件，進行正向的定制或是半定制設計。我國大部分高校，尤其是知名高校也加入了Cadence公司的大學計劃，進行校企合作，免費應用其EDA軟件，這一合作使學校和企業(yè)互惠互利，無可厚非。但是，我們也應當清醒的看到，我國大部分的集成電路設計公司，尤其是模擬集成電路設計公司大都是剛剛起步的中小公司，這些公司采用的絕大部分是逆向設計方法，那么我們的高校在應用Cadence公司的EDA工具開設正向設計實驗的同時，是否考慮我國的實情，考慮我國與美國等發(fā)達國家集成電路設計產業(yè)的不同特點。“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的宗旨中，也提出了面向工業(yè)界的要求，表述為“主動適應工業(yè)界的需求，為中國特色新型工業(yè)化發(fā)展服務，為國家經濟社會可持續(xù)發(fā)展服務。”所以，我們的校企合作要有特色，要有中國特色。

“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的宗旨為：培養(yǎng)卓越工程師后備人才，要堅持面向工業(yè)界、面向世界、面向未來，在這一宗旨的指導下，借鑒美國高等工程教育經驗，根據自身條件、制度環(huán)境和歷史沿革的特點，政府主導、高校落實、社會支持三位一體的探索出具有中國特色的高等工程培養(yǎng)教育之路，具有重要的理論價值和實際指導意義。

參考文獻

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[3]王莉,梁齊,張廣斌.微電子專業(yè)課程建設與教學改革的探索[J].中國現代教育裝備,2008(10),92-93.

[4]于淼.美國與德國工程師培養(yǎng)比較研究[D].大連理工大學碩士學位論文.

[5]胡燕.中美研究型大學創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式的比較研究[D].中國地質大學碩士學位論文.

[6]趙韓強,趙樹凱.中美研究型大學本科教育人才培養(yǎng)模式的比較研究[J].高等理科教育,2006(4):25-29.

[7]張安富,劉興鳳.實施“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的思考[J].高等工程教育研究,2010(4):65-69.

[8]吳燕等.培養(yǎng)下一代卓越的國際化工程師[J].高等工程教育研究,2010(4):65-69.

[9]王世斌,郄海霞等.高等工程教育改革的理念與實踐[J].高等工程教育研究,2011(1):18-23.

[10]吳文光,肖丙剛,董艷艷,葉有祥.微電子專業(yè)集成電路設計實踐課程的建設與研究[J].科技信息,2009(26):10-12.

[11]趙韓強等.國外大學產學合作教育對我國實施卓越工程師教育培養(yǎng)計劃的啟示[J].高等理科教育.

致謝：感謝北京工業(yè)大學教育教學研究立項“中美‘卓越微電子產業(yè)工程師’培養(yǎng)教育比較研究”（ER2011-B06）對本課題的資助。

篇7

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(fā)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(fā)展方向，把作為這一領域專業(yè)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(zhàn)！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。可喜的是，近年來有個別教師對《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(fā)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(fā)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(fā)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(fā)展和廣泛應用，介紹電子技術的發(fā)展，不僅使學生可以了解該學科前沿技術及目前應用狀態(tài)，啟發(fā)學生創(chuàng)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(fā)學習和利用EDA軟件進行仿真實驗，激發(fā)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(yè)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(xù)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(jié)的重要性和相互關系等。《數字電子技術》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(yè)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(huán)節(jié)，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(tài)，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(yè)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(huán)節(jié)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(huán)境的開放性為設計性和探索性實驗提供了實驗環(huán)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(yǎng)學生的自主學習和創(chuàng)新能力、激發(fā)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(yǎng)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。《數字電子技術》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(xù)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(guī)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(tài)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(tài)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(yōu)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(xù)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(fā)器，個別教材認為在CP=J=K=1時，JK觸發(fā)器狀態(tài)翻轉一次，有教師就針對該問題發(fā)表了論文，認為根據JK觸發(fā)器狀態(tài)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(fā)器狀態(tài)應該按照Qn+1=■n=1的規(guī)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(fā)器輸出為：，Qn=■n=1，0n和■n不再互補，而且當CP變?yōu)榈碗娖綍r，輸出不確定。這是因為觸發(fā)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(guī)模、超大規(guī)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(fā)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(yè)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(fā)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(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，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(guī)模集成器件的使用方法；觸發(fā)器、基于門或觸發(fā)器的組合或時序電路的分析和設計、中規(guī)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(fā)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8

【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(yè)中，數字電路是一門專業(yè)基礎課程，隨著數字技術應用領域的不斷擴大，在后續(xù)專業(yè)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(yǎng)適合現代電氣、電子、信息技術發(fā)展的卓越人才，創(chuàng)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(yǎng)優(yōu)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(chuàng)新實踐平臺

2.1多層次的數字電路創(chuàng)新實驗平臺構思。

面向卓越人才培養(yǎng)的數字電路課程創(chuàng)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(chuàng)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(chuàng)新實踐平臺[2][6]。

多層次的數字電路創(chuàng)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(yǎng)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(fā)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(fā)展和應用，以EDA技術為主導的數字系統理念已經成為企業(yè)工程技術的核心。數字電路課程設計主要培養(yǎng)學生利用中小規(guī)模數字集成電路器件和大規(guī)模可編程器件進行數字電路設計和開發(fā)能力。在卓越工程師培養(yǎng)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(fā)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。可以構建虛擬數字實驗系統，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(huán)境仿真和驗證。可以結合上述（1）和（2）的優(yōu)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(guī)模、實驗方法進行了綜合創(chuàng)新設計[5]。

2.4結合科研項目的數字設計實驗創(chuàng)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(huán)。面向卓越工程師培養(yǎng)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(chuàng)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(yè)建立的校企合作平臺，把企業(yè)界的研究信息和研發(fā)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(xù)建立卓越人才大學培養(yǎng)計劃，利用大學設置小學期，在FPGA和PSoC開發(fā)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(yè)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(yōu)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(chuàng)新平臺，組織他們積極參與，激發(fā)他們的學習研究興趣和創(chuàng)新意識，綜合所應用的數字系統設計知識，發(fā)揮競賽團隊的協作精神。每年，我們都有部分優(yōu)秀學生通過努力，創(chuàng)新設計的作品獲得專業(yè)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(chuàng)新平臺的課程體系優(yōu)化與實踐

卓越工程師培養(yǎng)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(yè)上下游相關理論課程、實驗綜合性設計同時得到協調發(fā)展。如何實踐論文所提到的創(chuàng)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(fā)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(chuàng)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(yōu)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(fā)環(huán)境與實驗開發(fā)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(fā)展與進步，現代數字系統設計在方法、對象、規(guī)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]。現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(tài)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(huán)或延時鎖相環(huán)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(chuàng)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(chuàng)新性和綜合性能力，面向應用的數字電路創(chuàng)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(guī)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(yè)的一門重要的專業(yè)基礎課程，論文針對當今卓越工程師培養(yǎng)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(chuàng)新實踐平臺。提出了多層次的數字電路創(chuàng)新實驗平臺結構和面向應用的數字系統設計課程優(yōu)化體系。目的在于，通過課程及相關課程體系改革與創(chuàng)新，使得學生更快、更好的適應現代數字技術發(fā)展的需求。

參考文獻

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[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(yè)數字系統綜合實驗平臺研制，實驗技術與管理，2012.6，75-78.

篇9

【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(yōu)秀員工的搖籃，職業(yè)經理的基地”的辦學理念，確定了電子信息工程技術專業(yè)的人才培養(yǎng)目標：培養(yǎng)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(yè)認可、企業(yè)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(yè)的一門專業(yè)基礎課，是為培養(yǎng)電子信息工程技術專業(yè)學生的行業(yè)通用能力而開設的一門課。

課程作用：為了更好的服務于區(qū)域經濟，培養(yǎng)符合電子行業(yè)需要的高端技能型專門人才，本課程的任務是培養(yǎng)具有較高素養(yǎng)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(fā)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(chuàng)新及解決實際問題的能力。

2.課程設計理念

以企業(yè)真實項目為依托，從企業(yè)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(yǎng)學生職業(yè)能力和職業(yè)素養(yǎng)為目標，以企業(yè)實際生產工作過程為主線，企業(yè)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(yè)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(fā)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(yōu)勢。以取長補短，實現優(yōu)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(guī)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(yè)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(yǎng)學生發(fā)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(yè)企業(yè)生產一線的工作閱歷，且都具有高級無線電調試師職業(yè)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(yè)企業(yè)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(yè)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(yè)合作開發(fā)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(huán)節(jié)：資訊、計劃、準備、實施及評價環(huán)節(jié)。

在資訊環(huán)節(jié)，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(fā)興趣，明確項目任務，用時1課時。在資訊環(huán)節(jié)主要采用了演示教學法。

在計劃環(huán)節(jié)，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(huán)節(jié)主要采用了小組討論教學法。

在準備環(huán)節(jié)，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(huán)節(jié)，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(huán)節(jié)，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(tài)度10%。

3.能力表現10%

動手實踐；電路分析及調試。

4.企業(yè)評價30%

崗位認知；職業(yè)道德；工作態(tài)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(yǎng)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

[1]劉亞明.淺談實驗在數字電子技術基礎教學中的運用[J].職業(yè)技術，2010（01）.

[2]李芝.談新課改下的教學觀的轉變[J].中國農村教育，2010（01）.

[3]黃文強，張海玲.“教師服務意識下構建學生自主學習課堂教學模式”的實驗研究報告[R].

[4]季晶晶.新教師教學觀念的發(fā)展變化研究[D].華東師范大學，2010.

篇10

【關鍵詞】基帶；SPI；接口模塊；IP

1.引言

隨著以IP核復用為基礎的SoC設計技術的發(fā)展以及對SoC設計越來越高的功能要求，SoC的規(guī)模不斷擴大，集成的IP模塊不斷增多，使得片上各個模塊之間的通信問題越來越突出，許多通信協議出現了[1]。然而，隨著處理器需要的外設越來越多，這時串行總線相比于并行總線用的接口線數較少的優(yōu)點就逐漸顯現出來了。當我們需要在集成模塊，比如微控制器和一些低速外設之間通信時，是沒有必要用過于復雜的協議的[2]；此時，SPI（Serial Peripheral Interface，串行設備）將是很好的選擇。它具有電路結構簡單（只有四根接口線），通信可靠等優(yōu)點，比較適合在集成模塊和片上外設以中低速傳輸數據的。實現SPI協議的IP核已經成為業(yè)界的設計熱點之一[3-7]。本文中，我們將介紹一種可靈活配置為主從機模式，并在配置主機時可以支持對基帶控制器的操作的SPI接口的設計。

2.SPI協議分析（SPI工作原理）

SPI有兩種工作模式[8]：主模式和從模式；工作在主模式的為Master，工作在從模式的為Slave。SPI接口信號在兩種工作模式下的作用是不一樣的。

只有Master可以發(fā)起數據傳輸。可以通過對Master的數據寄存器執(zhí)行寫操作啟動數據傳輸。數據傳輸過程中，串行時鐘SCLK同步MOSI和MISO數據線的發(fā)送和采樣。為了和外設進行數據交換，根據外設要求，其輸出串行時鐘極性（CPOL）和相位（CPHA）可以進行配置；當然，相連的Master和Slave的時鐘極性和相位必須保持一致。其中，時鐘相位（CPHA）能夠配置用于選擇兩種不同的傳輸協議之一進行數據傳輸。其傳輸時序分別如圖1和圖2所示（以傳輸8bit數據為例）。

在具體應用中，要想完成一次操作，比如讀基帶控制器，一次需要傳輸多個比特的數據，包括讀寫命令、地址、數據等，具體內容與從設備有關。在讀寫基帶寄存器時，在開始每次操作之前將來自APB總線的信號進行組幀。采用加一個頭字節(jié)的方式，其中，bit[7]代表讀寫操作，bit[0]～bit[3]為讀寫地址，依次從MOSI串行輸出。若為寫操作，則后面緊接著將要寫的數據。如寫基帶控制器的時序如下圖3所示，此時CPOL=1’b0，CPHA=1’b0。

相應的Slave將采樣Master的MOSI結果分別寫入讀寫指示、地址線、輸入數據對應的寄存器；并將寄存器中的數據置入發(fā)送移位寄存器通過其MISO輸出。

3.SPI接口模塊的設計

像很多IP模塊的設計一樣，我們采用先定義了關鍵特性和規(guī)范，明確設計目標；將目標分解為各個子模塊分別實現并集成的自頂而下的方法，之后進行了全面地功能仿真。

3.1 接口模塊頂層設計

由我們設計的SPI Controller是一個基于AMBA的APB總線的外設類接口模塊，Master Host通過APB總線對模塊進行操作；同時另一端通過SPI總線與外部設備相連。根據功能定義和SPI工作原理，可以得出SPI接口模塊結構框圖如圖4所示。

SPI接口模塊上除了四個中斷信號外，還需要14個I/O端口，主要由APB總線信號和SPI總線信號組成。其中，APB信號是主從模式通用的，對于APB總線信號定義，詳見參考文獻[9]。對于SPI信號而言，為了滿足SPI可配置不同工作模式的需要，在模塊內部，需要設計比SPI協議要求更多的接口信號。其中，txd在主模式時，相當于MOSI，從模式時相當于MISO；rxd在主模式時相當于MOSI，從模式時相當于MISO。

3.2 主模式設計實現

本接口模塊支持可編程的數據幀格式（數據寬度為4/8/16/32 bit），還支持可編程四種傳輸模式：讀寫基帶寄存器，發(fā)送又接收，只發(fā)送，只接收。現將各個組成模塊介紹如下：

APB Slave主要負責地址譯碼，實現接口模塊與ARM的APB總線相連接。通過該模塊，ARM可以對相應控制寄存器以及Data FIFO嚴格按照APB總線協議進行讀寫，從而實現對本模塊和外設的控制。

寄存器模塊（Registers）則包含各控制寄存器，狀態(tài)寄存器。在模塊使能（spe=1）后，模塊才可以開始正常工作。分頻邏輯用于在主機模式時通過一個邏輯分頻變量實現對pclk信號的分頻控制。該分頻變量在內部減法計數器為零且SPI處于工作狀態(tài)時有效（置1），且包含在狀態(tài)機（FSM）控制邏輯和端口控制邏輯（Port Control Logic）中。

中斷邏輯則用于實現中斷控制，使ARM可以對SPI進行適當操作，比如讀寫Data FIFO。如圖4所示，本模塊可產生spi_txe_intr，spi_txo_intr，spi_rxf_intr，spi_rxo_intr四個獨立可屏蔽中斷。

Data FIFO用于緩存數據，有RxFIFO和TxFIFO兩個FIFO，并且在每一個工作模式下，都相應有兩個移位寄存器（Shift Registers）進行串并轉換。除此之外，還設置了一個中間變量tx_loaddata。在每次數據傳輸之前，將tx_loaddata加載到移位寄存器中。tx_loaddata的值與數據傳輸模式有關。如表1所示。

FSM則控制了SPI模塊的數據傳輸過程，從而完成對SPI傳輸時序的實現控制。該FSM只用于主模式。其狀態(tài)轉移圖如圖5所示。

我們采用了兩個計數變量：da-

ta_num和phase_cnt來控制數據的傳輸。其中，data_num大致產生邏輯為：當為只接收模式時，data_num初始值由控制寄存器讀入，否則每對Tx FIFO寫一次，數目就加1；每傳輸一個數據后該數目減1。而phase_cnt則由FSM的狀態(tài)和配置的數據幀寬度格式決定，只有phase_cnt為零時，FSM狀態(tài)才轉移。當處于Data和Head時，其關系如表2所示。其中，dfs為控制寄存器SPCR0中的數據位寬控制位。

當一整個數據傳輸結束時則按照傳輸模式決定是否將接收移位寄存器的數據寫入RxFIFO或寄存器中。起始狀態(tài)為Idle，當數據傳輸請求產生時，根據傳輸模式分別轉入Head和Data（僅讀寫基帶寄存器時進入Head）。Head在將數據幀頭傳輸結束后進入Data。在處于Head或Data時，通過一個對pclk分頻后的時鐘的計數值phase_cnt進行發(fā)送和接收狀態(tài)的轉換：當為偶數時為發(fā)送狀態(tài)，SCLK等于CPOL^CPHA；為奇數時為接收狀態(tài)，SCLK等于!CPOL^CPHA；SS亦由FSM狀態(tài)和phase_cnt值進行確定，以保證傳輸時序。必須考慮到scpha=1時，可連續(xù)進行數據傳輸而SS無須拉高，而scpha=0時，連續(xù)傳輸之間SS需要拉高的情況對兩者在開始傳輸以及連續(xù)傳輸之間進行不同的處理。End和Start可以用于確定在初始傳輸之前的SS值。

3.3 從模式設計實現

當配置為從機時，FSM和分頻部分不工作；它相應的傳輸控制邏輯包含在Port Control Logic中。它根據接收的SPI信號進行控制以完成數據的接收和發(fā)送。其余組成部分的功能與主機相似。

我們將SCLK_in轉化成SCLK_s，以使得從SPI模塊總是在SCLK_s的上升沿傳送數據，下降沿采樣數據。其換算邏輯為：

assign SCLK_s=(scpol^scpha)? SCLK_in:~SCLK_in；

在開始傳輸之前，若傳輸模式為只發(fā)送或即發(fā)送又接收，則應保證TxFIFO中不為空。我們設置了一個計數器counter對Sclk_in的上升沿進行計數。當計數到閾值cnt_threshold時則表明一個完整數據傳輸完成，根據需要決定是否寫Rx和加載新的數據到Txshift_reg，之后計數器再歸零；cnt_threshold的值由配置的數據幀寬度格式決定。

這樣，從機在輸入的SPI信號控制下，完成相應數據的傳輸工作。

4.SPI接口模塊的仿真驗證

為了保證設計的正確性，我們進行了詳細的功能仿真。首先進行VCS進行RTL級仿真。RTL級仿真是將代碼文件調入硬件描述語言的仿真軟件進行功能仿真，檢查邏輯功能是否正確。根據模塊的功能，我們先分解出了詳細的測試點，并通過搭建不同的測試平臺輸入不同的激勵依次進行仿真。覆蓋了包括SPI的主模式下讀寫基帶寄存器模式，主從模式下其他各種傳輸模式下各種長度的數據幀的數據情形。其中，主模式SPI寫基帶控制器仿真波形如圖6。

首先將SPI模塊的SPCR0和SPBRR分別配置為32’h0x603c和16’h0x02，同時各進行一次讀操作；之后寫SPCR1，同時將啟動一次數據傳輸操作。類似的，圖7為主模式SPI發(fā)送又接收時的波形。

首先將兩SPI模塊相應的SPI接口信號連接起來，并進行一次復位，之后分別配置為主從模式。其中Master的SPCR0和SPBRR分別配置為32’h0602d和16’h0x02，Slave的SPCR0為32’h0402d。之后同時各進行一次讀操作確認寄存器的值；再先后分別往從機和主機的SPDR1（TxFIFO）中寫入數據32’h12345678和32’h55551432。同時將啟動一次數據傳輸。傳輸完成后分別讀主、從機的SPDR1（RxFIFO），得到從機傳來的數據32’h12345678以及主機傳來的32’h55551432。

由圖6、7可知，SPI能正確完成對應的操作。

此外，通過將SPI接在基于APB總線的SoC系統中，該系統包含ARM內核，ROM，AHB，APB以及相連的Bridge，將系統代碼修改并移植到FPGA中，完成了FPGA原型驗證平臺的搭建。通過在該驗證平臺運行C驗證代碼驗證了其功能的正確性。

5.總結語

本文先比較了現有的接口協議，指出了SPI串行總線接口的優(yōu)點，以及應用場合。在討論了SPI接口協議的特點后，基于SPI的多方面應用，完成了一個SPI接口模塊的設計，并通過了驗證。其設計過程采用了典型的自頂向下方法。本設計可以靈活用于基于AMBA APB的典型SoC系統中。在IP核復用為基礎的SoC快速發(fā)展的今天，對IP設計的研究具有普遍的實際意義。

參考文獻

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[8]Motorola,Inc,SPI Block Guide V04.01,2004.

[9]ARM.AMBATMSpecification(Rev 2.0),1999.

作者簡介：

符宏利（1985—），男，湖南瀘溪人，碩士研究生，主要研究方向：數字集成電路設計與驗證。