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集成电路的课程范文1
关键词：集成电路工艺；立体化教学；探索与实践
微电子技术是高科技和信息产业的核心技术，是伴随着集成电路（IC）发展起来的高新技术，对国民经济和国家安全有着举足轻重的战略作用。集成电路工艺作为电子科学与技术相关专业的专业课程，其任务是使学生掌握集成电路的主要工艺技术及相关原理，培养其自主解决工艺问题的能力。课程具有实践性强、理论与实践密切结合的特点，目前的教学存在强调理论、忽视实践的问题，学生害怕硬件，缺乏动手能力，不能扎实系统地掌握课程知识。本文对集成电路工艺的教学方法和教学内容进行了探讨，搭建了“理论―模拟―实践”的立体化教学平台，为大学教学改革提供参考。
一、目前课程存在的问题
1.教学模式的限制
在课程教学中，教学模式主要以理论授课为主，但是高等院校对微电子及集成电路专业的人才培养方式越来越强调对学生实践能力的培养，传统板书和多媒体PPT演示的教学方法已经无法满足与实验教学有机的结合。
2.教学资源的缺乏
要培养学生具备较好的动手能力及基本的科研素质，在集成电路工艺实验教学中，必须使用各种工艺设备，如扩散炉、退火炉、光刻机、刻蚀机等，这些设备仪器价格昂贵，购置和维护这些设备的费用远远超出了学校的承受能力，导致其中部分实验无法开设，降低了教学效果。
3.课程设置僵化
目前集成电路工艺的课程设置一般是采用理论教学和实验教学结合、理论教学和计算机模拟结合的形式，或者单独进行相关的课程设计，整个知识面不够系统，并且考核形式比较单一，不利于学生集成电路工艺设计和分析能力的提高。
二、立体化教学在课程中的实践
1.理论教学设计
集成电路工艺的基础知识所涉及的面较广，理论性较强，要求学生能够扎实掌握半导体原理和器件的相关知识，能够从前期的课程基础上解释工艺中出现的问题，如外延层构造及缺陷与器件性能间的联系、扩散参数与掺杂离子分布的联系等。所以，在教学内容的选择上突出交叉课程的相关性，将半导体原理和器件的内容融入工艺的教学内容中，有利于电子科学与技术专业学生对课程体系的整体掌握。
2.模拟仿真设计
TCAD（Technology CAD） 即工艺计算机辅助设计已经在集成电路工艺中有着举足轻重的作用，广泛运用于工艺优化、控制以及设计优化中，不但可以通过模拟芯片制备的整个工艺流程节省实验成本，在实验前后以及进行过程中，可以随时观察各项数据，对实验过程和结果进行直观分析，从而使学生得到及时全面的认知，改善教学效果。对理论教学中的案例进行验证性和探究性模拟实验设计，可以进一步加强学生对知识的掌握程度。基于南通大学的SILVACO―TCAD的教学软件，同样以热扩散工艺为例，如下图所示，扩散深度随着扩散时间的增加而增加，可见在模拟实验中可以便捷地修改各项参数，灵活设计教学内容。
3.实验教学设计
实验作为教学的重要组成部分必须与理论教学相辅相成， 必须能有效地促进学生对理论的理解，又要能在实验中应用相关理论，为学生获得新的理论知识打下良好的基础。目前集成电路工艺课程存在实验仪器贵重、精密、量少与实验人数多、实验时间短的供需矛盾，因此对于现有的设备一定要对实验参数进行正交设计，从全面实验中挑选出部分有代表性的点进行实验，注重高效率、快速、经济。
综上所述，在集成电路工艺课程中，建立理论授课―TCAD工艺模拟―工艺实验密切结合的立体化实验平台，不但能丰富课程的教学内容，而且能激发学生的学习兴趣，也能使学生更为扎实地掌握集成电路制备的整个流程和设计方式，增强动手能力，提升教学效果。
参考文献：
集成电路的课程范文2
关键词：EDA；数字电路课程设计；多功能数字钟
1.EDA技术[1]
EDA技术即电子设计自动化技术，英文全称Electronic Design Automation，它是以功能强大的计算机为工具，在EDA软件平台上，对以硬件描述语言HDL为系统逻辑描述手段完成的设计文件，自动完成逻辑编译、简化、分割、综合、布局布线及逻辑优化、仿真测试的电子产品自动化设计过程。
利用EDA技术进行电子系统的设计，具有以下几个特点：
（1）用软件的方式设计硬件，且用软件的方式设计的系统到硬件系统的转换是由相关的开发软件自动完成的；
（2）设计过程可用相关软件进行各种仿真；
（3）系统可现场编程，在线升级；
（4）整个系统可以集成在一个芯片上，具有体积小、功耗低及可靠性高的特点。
2.用EDA技术改进数字电路课程设计的必要性
数字电路课程设计是建立在数字电子技术基础上的一门综合实践性课程[2]，有利于培养学生的系统综合能力和创新能力，对提高办学档次，满足社会对高素质人才的需求，培养学生对未来社会的适应能力都是受益匪浅的。通过这一课程的学习，学生能够熟练地利用EDA技术掌握较复杂数字系统的设计方法，进一步增强学生分析问题、解决问题的能力，充分挖崛和激发学生的创新潜能。
目前在数字电路实践教学中，大部分学校仍然采用中小规模的集成电路来实现设计功能，当设计的系统比较复杂，需要多个集成芯片和大量连线时，就增加了设计电路板的难度和故障调试难度，延长了设计周期，降低了学生的学习兴趣；同时，常用中小规模集成芯片的大量重复使用也大大增加了设计成本；因此，在数字电路课程设计中引入EDA技术，采用当前国际先进的设计方法和理念，改革传统的课程设计方法，已经成为一种趋势[3]。用中小规模集成电路设计的数字系统存在以上诸多缺点，而运用EDA技术、可编程逻辑器件设计数字系统就成为行之有效的方法。这种设计方法从系统总体要求出发，自上而下地将设计细化，将功能具体化、模块化；直到最低层的模块适合用硬件描述语言或原理图描述为止，最后形成数字系统的顶层文件；再经EDA软件的自动处理而完成设计。
QuartusII是Altera公司的第四代EDA开发软件，此软件提供了一种与结构无关的全集成化环境，将设计、综合、布局和布线、系统的验证都整合到一个无缝的环境中，使设计者能方便地对Altera公司的PLD系列产品进行设计输入、快速处理和器件编程。是应用广泛的EDA开发软件之一。CPLD/FPGA通称为可编程逻辑器件，其中FPGA是英文Field Programmable Gate Array的缩写，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、EPLD等可编程逻辑器件的基础上进一步发展的产物。目前，QuartusII开发软件和CPLD/FPGA器件作为EDA开发工具被越来越广泛的应用到大型数字系统的设计中。
3. EDA技术在数字电路课程设计中的应用
多功能数字电子钟的设计是数字电路设计中的一个典型应用，用中小规模集成电路实现时，用到的器件较多，连线比较复杂，可靠性差。下面就以基于ALTERA公司的FPGA器件CycloneII240C8芯片和QuartusII9.0EDA开发系统进行多功能数字钟的设计为例来介绍数字电路系统的一般设计方法。运用此种方法进行课程设计时，需要先掌握QuartusII软件开发环境的使用和硬件描述语言VHDL语言的编程，掌握相关CPLD/FPGA实验开发系统的使用。
（一）数字钟的设计要求
（1）具有时，分，秒计数显示功能，以24小时循环计时，由6个7段共阴极数码管显示；
（2）能够通过手动按键实现清零和调节小时、分钟功能；
（3）具有整点报时功能，当时钟计数为59’51”、59’53”、59’55”、59’57”时，扬声器发出频率为1024Hz的声音，在59’59”即到整点时，扬声器发出最后一声整点报时，频率为4096Hz。
（4）用VHDL语言来完成上述电路功能的软件设计和软件仿真，仿真结果正确后，在实验系统上进行由硬件电路的下载和调试。
（二）数字钟的设计方案
多功能数字钟电路的系统结构框图如图1所示，由系统时钟、控制电路、秒计数器、分计数器、小时计数器、译码器、显示器和扬声器组成；控制电路负责控制计数器计时、校时和扬声器报时，译码器将各计数器输出的BCD码计数值转换成七段码送到显示器，显示器显示时、分、秒计时结果。
介于所使用的实验系统中有现成的译码器和显示器部分硬件电路，故只对图1所示控制电路和时、分、秒计数器模块进行软件设计，由VHDL语言编写源代码来实现。
（三）数字钟的实现
在设计过程中采用层次化设计方法进行设计，编写源程序，为了简化设计把控制计时和调时部分功能放到计数模块中，报时部分专门用一个模块，故将数字钟的实现分成秒、分、时三个计数模块和一个报时模块构成，报时模块同时完成对报时输入信号的分频。
通过系统分析论证后，在QuartusII9.0环境下，用VHDL硬件编程语言编写数字钟的报时模块、秒计数模块、分计数模块和时计数模块源代码，即分别对应alert.vhd、second.vhd、minute.vhd、hour.vhd文本文件，对这四个模块分别进行编译、综合和仿真测试无误后，生成这四个模块的符号图，最后通过原理图连接的方式把以上各模块生成的图形符号连在一起形成顶层的原理图，实现多功能的数字钟。下面给出通过原理图的形式所设计的顶层原理图如图2所示，顶层设计文件为clock.bdf，顶层实体图如图3所示，当然也可以通过元件例化语句来生成顶层实体。
（四）功能仿真与下载
以上各个模块设计好以后，都可以利用软件进行仿真，得到正确的功能仿真结果后，在顶层的设计中调用各功能模块，完成顶层原理图或实体的设计，最后针对顶层的实体再进行功能仿真，仿真结果如图4所示，从仿真结果的部分截图中可以得到该数字钟能够实现正常计时的功能。
仿真正确后，选定好所选用的实验系统的配置芯片，锁定引脚，完成引脚配置，重新进行编译综合后，即可生成下载文件clock.sof，将此文件下载到选定的目标芯片，接上器件，完成整个系统的设计。经过在杭州康芯电子有限公司生产的GW48EDA/SOPC实验开发系统下载验证，该设计完全符合数字钟的功能要求。
4.结束语
通过将EDA技术应用于数字电路课程设计提升了学生对数字电路的认识，在设计过程中可以预先进行仿真，仿真有误可以修改设计，在这个过程中不必搭接电路，做到有错就随时修改，不用担心设计实验失败的风险。通过EDA技术不仅可以很好地锻炼学生的综合设计开发能力和动手能力，从而激发他们的学习兴趣，还可以大大节约数字电路课程设计实验的成本，提高设计效率，培养了他们解决问题的综合能力，因此，使用EDA技术必将是数字电路实践课程改革的新动向。
参考文献
[1] 潘松，黄继业. EDA技术实用教程.北京：科学出版社，2010.
集成电路的课程范文3
《电路分析基础》是我校电类专业的核心课程，作为武汉理工大学信息工程学院通信工程、电子信息工程、电子科学与技术、信息工程等专业的基础课程大平台的主干课程，是电类专业必修的专业基础理论课程，是学生接触的第一门具有工程特点的专业基础课，是培养卓越人才的重要组成部分。《电路分析基础》所涉及的概念、方法和理论大量地应用在模拟电路、数字电路、信号与系统、电磁场与电磁波、高频电子线路等专业课程中。它不仅是基础课与专业课之间的桥梁，还是学好其他专业课程的基础。因此，该门课程的学习效果，不仅影响到电路基础知识的掌握，还影响到相关专业的整个教学效果及学生对后续专业课程的学习兴趣。
近年来，电路分析基础课程组的全体教师，以培养卓越人才培养为目标，对《电路分析基础》教学改革与质量提升的途径进行积极探索研究与实践，在教学方法、教学手段、教学内容及课程体系上进行了一系列的改革，主要内容如下。
一、重视电路课程建设
电路分析基础课程是一门跨专业的重要基础课程，课程组的教师来自不同专业。在教学改革中，学院将包括电路分析基础课程在内的10门课程设为重点建设的平台课。从专业角度来看，电路分析基础是其他平台课的奠基性课程，建设好电路分析基础课程对其他平台课的教学具有非常重要的意义。电路分析基础这门平台课程要求做到六个统一，即课程名称统一、学时(含实验学时)统一、教学大纲统一、教材统一、考试方式统一、试卷统一，这样从教学组织上消除了课程教学的差异，保证了课程教学的质量。
学院非常重视电路分析基础课程的各方面建设。在学院资助下，课程组建设了课程网站;在质量工程建设方面，在课程组全体老师的努力下，2006年电路分析基础课程被评为校级精品课;在教材建设方面，课程组教师于2010年编写出版了《电路分析基础》教材(高等教育出版社);2012年编写出版了《电路分析》教材(科学出版社)。在教学改革方面，从2012年起，课程主讲老师连续申报《电路分析基础》为学校的教学内容方法及考核方式改革试点课程，均获得学校的批准，对课程的改革与实践一直持续进行。
二、加强教师队伍建设
在平台课程组织形式下，电路分析基础课程组的教师们在教学活动中深入研究现代教育理论在电路分析基础教学中的体现方式，树立先进的教学理念，将加强基础、重视素质培养落实到课程教学的过程中。课程组通过定期组织教师进行教学研讨、及时听取学生交流反馈、积极进行示范教学等活动不断改进和提高教师的教学水平。几年来，电路分析基础课程组教师队伍的学历结构、职称结构、知识结构和能力结构不断提高，形成了一支师德高尚、学术造诣较深、教学能力较强、结构合理、协作互助的授课团队。
三、保持课程内容体系的先进性
《电路分析基础》是电子信息类专业的一门专业基础课，学好本课程对学生后续课程进一步学习有重要的影响，也对培养学生的学习方法、工程概念、专业素养起到非常重要的作用。近年来，课程组持续跟踪本学科领域的技术发展，不断拓展系列课程的内涵和功能，并进行优化整合，构建一套基本理论完整、综合性与工程实践性强的先进教学内容体系，为培养具有创新意识和实践能力的高素质电子信息工程人才打下了扎实的基础。
为了构建教学体系，对《电路分析基础》课程的教学内容进行了一定的调整。比如，非正弦周期信号的傅里叶级数展开以及拉普拉斯变换的引出及其推导，使学生在后续课程如信号与系统的学习中具备必要的理论基础。强调了频率特性的分析，从离散频谱到连续频谱进行了数学描述，使学生建立起频率分析的概念和方法;非线性电阻电路的分析方法的引入为后续的模拟电子技术、信号与系统、高频电子线路等课程奠定基础，从而与后续课程一起形成相互关联的教学体系。
另外一方面，根据电子信息类学科发展对专业基础课以及专业课提出的要求，课程组将传输线理论和非线性电路纳入电路分析课程中，使学生能够更好地与后续的高频电路、微波电路等课程进行衔接。
四、课程教学中体现特色
电路理论作为科学研究领域中一门独立的学科出现在历史中已经大约有二百多年了，经典电路理论、近代电路理论和电路与系统理论这三个发展阶段贯穿于整个电气科学的发展之中。电路理论发展到近代已经与起源于电路的系统理论密切结合，全面引入网络图论，深受计算机的冲击，非线性电路与系统的研究方兴未艾，集成电路的出现并向超大规模迅速发展的状况将在相当长时间里左右电路与系统学科的发展;在器件上多端化、集成化;在分析方法上系统化、通用化、计算机辅助化;在综合上有源化、最佳化、数字化(离散化)、可集成化;在体系上从线性扩大到非线性、从无源扩大到有源、从时不变扩大到时变、从模拟扩大到数字、从单元件分立扩大到电路系统的集成。
将这些内容融会贯通到电路分析基础课程的教学中，就能够表现出电路分析基础课程的时代特色;将这些相关技术引入到电路分析基础课程的教学中，就能够形成电路分析基础课程的技术特色。为此，课程组在编制教材和编制电路分析基础课程教案时，充分注意了基础理论与新技术的融合，使得电路分析基础课程教学具有特色。
五、教学方法改革
在《电路分析基础》及后续课程教学中尽可能采用案例教学、实物教学、仿真教学、现场教学(实训教室)、网络教学相结合，即将新方法、新技术引入课堂教学中，而将作业、答疑、讨论等环节引入到网络教学中，从而树立以学生为中心的教学思想，加强教与学的信息交流，重视对学生主动式学习的培养，通过问题和思考题等启发学生的探索精神。
六、教学手段改革
研制电路分析基础课程的电子教案及多媒体课件，开展适应现代技术的多媒体教学。采用多种教学手段，研究和探讨多媒体在正常教学中的应用问题，在课堂教学中，以讲授基本理论和方法为重点，采用多媒体技术辅助讲解具有动态性质的知识点和扩充知识面的观点，使传统教学与多媒体教学有机结合，拓展了知识面，提高了教学效率。引入MATLAB、EWB等计算机辅助分析与仿真手段，使电路理论分析计算与计算机仿真技术有机结合，为学生呈现更直观的电路工作状态，极大地激发了学生的学习兴趣，有效地改善了学习效果。
七、考试方法改革
以往的电路分析基础课程考试形式单一，以学生卷面成绩作为评定标准，无法全面准确地反映出学生对电路分析基础课程内容的掌握情况。为了更加客观、科学地考核学生，电路分析基础课程的考试方法改革从关注学生的平时学习情况、理论掌握情况和解决问题的能力情况等方面入手，将理论考试、平时考查和实践动手能力考核相结合。教师按时批改学生作业，及时发现学生理论掌握情况，并作出相应的举措。而在考试命题方面则突出能力考核，考试命题原则是：重视基础，突出重点;淡化技巧，注重方法;重视应用，侧重能力;题型多样，结构合理。全院实现统一命题，统一评分标准，集中流水阅卷。考后进行试卷分析，评估教学效果，并提出改进方案。
集成电路的课程范文4
【关键词】虚拟仿真;数字电路;课程改革;教学方法
【中图分类号】G420 【文献标识码】B 【论文编号】1009―8097(2010)07―0147―04
一 前言
数字电子技术是计算机及通信类专业的重要的专业基础课,其中关键的环节就是培养学生的实践能力和解决问题的能力,因此,生动形象的课堂教学和全面的实验体系对教学效果和知识的应用能力有着非常重要的作用。然而,由于实验仪器的的老旧,数量有限,使得实验的开出率以及实验内容的扩展都受到限制。为顺应现代教育的发展,实施的现代化远程开放教育,将计算机虚拟仿真技术应用于数字电路教学中。其中理论教学结合多种教学方法和现代化的教育技术,将基础知识和理论形象地表现出来,有助于学生理解。课堂教学和实验教学都利用计算机虚拟仿真软件将所学理论联系实际,并加以应用,在此研究基础上提出了基于虚拟仿真技术的所有电子技术课程教学的新模式。
二 计算机虚拟仿真技术
虚拟现实(Virtual Reality)技术,简称VR,涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等多个领域。它由计算机硬件、软件以及各种传感器构成的三维信息的人工环境――虚拟环境,可以逼真地模拟现实世界(甚至是不存在的)的事物和环境,人投入到这种环境中,立即有“亲临其境”的感觉,并可亲自操作,与虚拟环境进行交互[1]。
计算机虚拟仿真技术,是在多媒体技术、虚拟现实技术与网络通信技术等信息科技迅猛发展的基础上,利用计算机技术将仿真技术与虚拟现实技术相结合,是一种更高级的仿真技术。虚拟仿真技术以构建全系统统一的完整的虚拟环境为典型特征,并通过虚拟环境集成与控制为数众多的实体。实体可以是模拟器,也可以是其他的虚拟仿真系统,更多的是计算机。实体在虚拟仿真软件所提供构建的环境中相互作用,以表现客观世界的真实特征。虚拟仿真技术的这种集成化、虚拟化与网络化的特征,可以满足现代教育的发展需求[1]。
三 课程教学的若干问题及改革研究
对于理论教学环节,首先是教学内容陈旧。当前大中专院校所用的教材内容都是十几年前的,即便是近几年出版的教材,也只是内容的深浅不同,体系结构基本相同。比如教材中主要说明的74LS系列的芯片在目前实际应用中已经被淘汰,真正是学的没用,用的没学。现在的学生在学习中,非常关注所学知识的实用性,如果不能学以致用,就影响到学习兴趣和学习积极性。因而在课程教学中要及时更新教学内容,讲解传统芯片的同时多介绍一些现在普遍使用的芯片,当然也要根据学生学习程度,最大可能激发学生的兴趣[3]。
其次是教学方法。常用的教学方法无非就是这几种:讲授法、讨论法、谈话法、阅读指导法。根据课程的特点和教学要求,不能一成不变的套用传统的教学方法。这些方法对有些课程很有效,但是对计算机课程不一定全部适合,因此需要探索适合本课程需求的新的教学方法。笔者在教学中通常有如下几种方法:讲授法,这是传统的教学方法,教师口述基本事实、原理和推理过程。部分定理,原理及产品采用讲授法。例举法,就是以典型例题说明某个定理或元件的应用,这是本课程用的最多的一种方法。在数字电路课程中有很多芯片的实际应用,有些是针对某部分内容的很典型的例子,这些例子对于学生理解和掌握此部分知识非常有用。任务驱动法,就是教师布置一些运用某个知识点的题目,要求学生在课堂上有限的时间里做出来,并检查完成情况。这样学生对该节课所学知识从理论到应用有了一个全方位的认识,而且对每个知识点掌握得都比较透彻,这是近年来比较流行的一种教学方法,也是计算机专业课程特有的一种教学方法,对提升教学效果有显著作用。
再次是教学手段,不是单纯的使用多媒体课件,而是结合计算机专业特点引入现代化教育技术和手段,很多典型例题用计算机仿真软件在课堂验证,让学生直观形象地了解电路的工作情况,从而掌握电路或芯片的应用。
对于实验教学环节,首先是实验设备简陋。很多高校数字电路实验设备包括我校仍然使用老式实验箱,即由固定数字电路芯片搭建的实验,学生只能按实验教材设计的实验按步骤做固定的实验,实验内容都是以芯片讲解为主,目的是对芯片功能进行验证。因此学生把实验课当完成任务,实验环节没有促进教学,相反影响了教学效果。很多新的芯片不能认识和实践,使得实验教学方法与实际应用的要求严重脱节。其次在实验教学过程中,由于实验设备老化,个别元件被损坏或接触不良,导致学生实验中,出现一些问题,电路连接完全正确,但是就是得不到正确结果,结果费了很多时间去排除故障,这样做实验当然激发不了学生的兴趣,相反还会阻碍他们进一步探索。再次,由于实验条件的限制,实验项目只能停留在验证性实验层次,学生的设计能力和综合应用能力都得不到提高,利用电子电路的计算机虚拟仿真软件multisilm10就可以解决这个问题,利用这个软件可以自行设计集成电路,综合应用各种芯片,完成所有的数字电路实验[4]。在教学实施中,根据学生情况分验证性实验、设计性实验和综合性实验三个层次完成实验教学目标。
四 计算机虚拟仿真技术在课程教学中的应用
1 课堂教学中的应用
在课堂讲到门电路的工作原理或集成电路的应用时,可以现场用计算机仿真软件演示电路的工作过程,使学生更好地理解门电路的工作原理和芯片的工作情况。从而掌握电路的应用。这样,教学过程是由原理到应用,由简单到复杂,由抽象到现实,循序渐进地完成理论知识的学习。数字电路的基本单元是门电路,那么理解其工作原理非常重要,但是此部分对于大部分同学来说都是难点,如何突破这个难点呢?利用软件建立仿真电路,真实地展现输出电压随输入电压的变化情况,就会获得很好的效果。下面是利用仿真软件说明TTL与非门工作原理的课堂实例:
(1) Vi=0V,输入接低电平。那么Q1导通,Vb1=0.8V,Ib5
(2) Vi=3.6V,输入高电平。那么Q1的发射极电流从发射极(0.852mA)流入,从集电极流出,Q1的发射极和集电极倒置状态。Vb1=2.443V,Vb5=0.843V,Vbc1+Vbe2=2.443-0.843=1.6V,导致Q2、Q5导通。由于Vc2=0.886V,Q4、Q5截止。输出Vo=0.018V。其电路仿真如图2:
2 实验教学中的应用
大学生需要有独立的设计能力和对电子器件的综合应用能力,这就决定了本课程的实验体系应该是三个层次,在简单的验证性实验的基础上必须开设有创造性的设计性实验和综合性实验。然而实验室有限的数字电路实验箱只能做几个简单的验证性实验,无法满足设计性实验和综合性实验的设备要求。但是,利用电子电路的计算机仿真软件就可以扩展实验室,提供所需要的一切电子元件和芯片,搭建任意难度,任意复杂的电路,并验证其正确性。同时利用仿真软件的可配置性,配合适当的电路可做出多种不同的应用。在实验课程中,提前给出了三种实验的一些题目和内容,要求验证性实验必须都完成,设计性实验可选做一至两个,综合性实验选做一个。下面简要说明学生利用仿真软件选做的数字电子钟逻辑电路的设计实例。
要求用中、小规模集成电路设计一台能显示日、时、分秒的数字电子钟,选用器材主要有:安装有仿真软件的计算机若干台,集成电路(CD4060、74LS74、74LS161、74LS248),晶振、电阻、电容若干,数码显示管,三极管、开关若干。
提示设计方案,包括数字电子钟的电路框图和四个主要模块的实现细节,学生依据电路框图和提示信息设计逻辑电路图,并将其在虚拟实验环境中用仿真电路实现。下面给出数字电子钟的电路框图。
篇幅所限,参考电路就不给出,但是通过这个实例可以看出虚拟仿真技术在课程实验中的重要作用。不但节省很多设备购置费用,不受地点和环境的限制,而且和真实实验具有相同的效果。既然如此,为什么不广泛应用呢?
五 总结
论文对数字电子技术课程教学提出很多问题,在实际的教学实践中对这些问题进行了探索,将计算机虚拟仿真技术引入教学中,采用现代化教育手段进行课程改革。课堂教学提出了很多适合本课程并行之有效的教学方法,重要电路工作情况的计算机仿真演示,部分例题的计算机仿真验证,增强其直观性和真实性,加强学生的理解。实验教学也利用计算机仿真软件,采用虚拟实验和真实实验相结合的方式,扩充建立了虚拟实验室,扩展了实验内容,在无需花费很大代价的情况下,满足了设计性实验和综合性实验的条件,从而完成三个层次实验体系的建设。在本文的研究基础上,可将虚拟仿真技术推广应用到所有电子技术课程教学中,引发电子技术课程改革的新局面。
参考文献
[1] 吕,邓春健等.利用EDA技术全面改进数字电路课程教学[J].福建电脑,2008,(6).
[2] 刘静,边晓娜等.基于EDA平台的虚拟电子实验研究与实践[J].计算机教育,2007,(7).
[3] 黄培根等著.multisim 10 计算机虚拟仿真实验室[M].北京:电子工业出版社,2008.
[4] 黄荻.融入EDA技术,深入数字电路课程改革[J].中国现代教育装备,2008,(2).
[5] 江晓安等编著.数字电子技术[M].西安:西安电子科技大学出版社,2002.
[6] 房建东,李巴津等.关于改进电子技术相关课程教学的思考[J].内蒙古工业大学学报(社会科学版),2004,(1).
集成电路的课程范文5
【关键词】Muhisimll仿真实验技术电子线路课程教学 应用
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2012）09C-0185-02
电子线路是中职电类专业一门重要的专业课，内容较多、原理复杂，只有把理论与实践有机结合起来进行教学，才能取得较好的教学效果。为解决理论教学与实验实践相互脱节的矛盾，把Muhisim11虚拟仿真实验引入课堂教学，把理论教学和实验实践有机结合起来，可以使课堂教学变得更为形象、生动、直观，有效激发学生的学习兴趣，从而提高课堂教学质量和教学效果。
一、Multisim11介绍
Muhisim11软件是由美国National Instrument公司（简称NI公司）所开发的一种集多种功能于一体的电子仿真（EDA）高层次工具软件，该软件不仅仅能够用于电子线路的虚拟仿真，同时还能够用于LabVIEW虚拟仪器、单片机仿真等方面，而且其在技术方面也有着许多的创新。Muhisim11通过更加直观的图形界面来帮助进行电路的创建，并且在计算机的屏幕上展示了所模仿的真实实验室的工作台，这就为模拟各种电路实验提供了条件，同时该软件中还包括了各种电路仿真所需要的各种测试仪器，只需要在进行电路仿真时根据需要选取就可以了。Multi-simll提供了多种虚拟仪器，这就能够很好地克服传统的实验室的那种呆板的实验方法，而且能够将实验带到教室中去，为教学提供更多的方便。总的来说Mul-tisimll具有如下特点：第一，拥有良好的图形界面，通过计算机能够模拟真实的电子实验室工作平台，其中包含了各种绘制电路图所需要的元器件以及进行测试所需要的测试仪器，这些都能够直接从屏幕上进行选取。第二，提供了多种虚拟仪器，而且这些虚拟仪器与真实的事物都十分相似（操作与外形），并且还能够保存测量结果。第三，拥有相当完善的分析手段，Muhisim11提供了多种分析手段，能够完全满足中职电子线路课程的电路分析；第四，具有相当强的仿真能力，不仅仅是能够对各种元件进行模拟仿真，同时还能够对多种电路以及单片机等进行仿真；第五，可以用来作为电路设计工具，同时该软件还能够与其他的各种电路分析、设计和制板软件进行数据交换。
同时，还必须要认识到的是，教学版的Muhisim11本就是围绕着教师的教学所进行设计的，具有更强的教学特性，而这也能够与学生的知识水平或课堂内容相匹配，这就能够使得教学更加简单。
二、Multisim11仿真实验技术在电子线路课程应用课堂教学中的作用
（一）实现理论教学与学生动手实践相结合，提高课堂教学质量和教学效果
用Multisim11仿真实验进行课堂教学，教师在进行理论讲授的同时应用计算机进行仿真实验演示给学生观察，然后让学生在计算机上进行仿真实验，仿真实验成功之后，再让学生用电子元器件进行实践，把理论教学与实验实践有机结合起来。使原来抽象难学的理论知识，变成形象、直观、易学，学生从被动接受转变成为主动学习，从而有效激发学生的学习兴趣，提高课堂教学质量和教学效果。
（二）可以有效减少耗材，提高实验实践的成功率
Multisim11仿真软件里仪器设备种类齐全、电子元器件丰富，要进行某个电路仿真，只需要运行该软件，简单从计算机屏幕的元件库中调出所需的虚拟元件，并连接成具有实物功能的电路，再调出虚拟电源和测量仪器连接好后，接通虚拟开关即可开始自动仿真，就可以和实物实验一样对电路进行测试分析。学生先用Mul-tisim11仿真软件进行实验，成功之后再用实物实践，避免了实验仪器的损坏与实验材料的无意损坏，大大提高了实践的成功率，有利于增强学生的学习信心，有效促进学生学习专业知识和专业技能。
（三）有利于培养学生的创新能力
虚拟仿真实验的引入，突破了实验受元器件、仪器设备、时间和空间的限制，元器件和仪器设备使用时只需从计算机里调出，取之不尽、用之不竭，学生的实验也不必局限于实验室和实验时间，可以根据自己的兴趣爱好，随时利用计算机进行各部分电路仿真实验，使学生提出问题、分析问题和解决问题的能力不断增强。引入虚拟仿真实验，学生可以放心大胆做各种自己想做的实验和测试，不会因接线出错而造成短路事故，也不会因操作失误造成人员或仪器设备的损伤；实验时还可以任意设置故障，如：电阻开路、电容或三极管极间短路或开路等，在不同的故障状态下观察电路的工作情况，有利于拓宽学生的视野和知识面，培养他们排除故障、解决实际问题的能力。应用仿真软件进行电路测试训练时，学生可以不断改变电路中各种元器件的参数、晶体二极管、三极管及集成电路的型号来调整电路，使之更加合乎要求，得出较为理想的电路，培养学生不断开拓创新的思维和能力。
三、Multisim11软件在电子线路课程教学中的实际应用
以桥式整流电路的仿真实验为例，Muldsim11软件在电子线路教学中的实际应用有如下方面：
（一）利用Multisim11创建电路图
利用Multisim11创建电路图，可以节省各种实物连接的时间。利用Multisim11来创建电路图，不需要在课前进行相关的实物准备，同时在课堂教学时也能够省下很多实物连接的时间，为课堂教学留出更多的时间，但是却能够起到实物实验的相同作用。首先就是利用Multisim11来创建电路图，并且通过多媒体来让学生们看到整个过程，这样就能够让学生们在了解这堂课的同时，也能够对Multisim11的使用有所了解。为此，先从Multisim11的元件库中选取仿真实验所需要的元器件，并且将这些选取好的元器件放到适当的位置上，然后是根据需要进行参数的设置，用以确保仿真的结果能够与实际的电路相一致，让学生能够有一个正确的认识。在仿真电路中所使用的二极管和变压器都采用实物元器件的模型，这样就能够让学生对于实物也有所认识。在进行导线连接时，只需要将鼠标的指针移动到所要进行连线的元器件或者是仪器的引脚处即可，然后当看到鼠标指针变为一个中心为小圆点的十字形时，点击鼠标左键，这样就将连线起点拉到连线的终点，这样就能够完成自动布线，这样不仅能够让教师更加的省心、省时，而且也能够让学生更加的清楚整个过程、了解整个过程。同时为了能够让学生们更加方便地进行观察，还可以使用不同的颜色来代表不同的导线。电路图如图1。
（二）保存电路图
保存电路图，方便随时使用。将电路图绘制完毕后，就将电路图进行保存，这样就能够在课堂教学中随时进行调用，这样就能够通过电路图与课堂教学内容进行良好的配合，加深学生对知识的理解。而且在保存之后，如果以后的教学中有需要的时候也能够进行重复使用。
（三）对电路进行仿真分析
Multisim11软件仿真的开始与停止都非常的简单，只需要通过软件上的“启动／停止”开关，就能对整个仿真过程进行控制，从而使其能够配合整个教学过程，使得教学能够更加生动形象。
让学生观察变压器输入端以及整流电路输出端的波形：将开关J1置于断开的状态，然后观察示波器XSC1所显示的波形图，如图2所示，此时打开万用表U1、U2，读取其中的数据。然后让学生自己画出示波器上所显示的输入与输出波形。将儿进行闭合，然后让学生再次观察示波器所显示的输入波形和输出波形，如图3所示，并读取万用表上的读数。
通过对仿真电路中的示波器的波形变化以及万用表读数观察，就能很好地发现：整流电路能够将交流电转换成脉动直流电，并且整流电路的输出电压与输出电路中的元件存在一定的关系，当加入电容进行滤波后，输出电压变得更加的平滑，而且电压的平均值也有提高。
（四）整流原理讲解
通过Multisim11的仿真实验已经让学生对整个整流电路都有了一定的了解，此时只需要根据教材内容为学生们进行整流原理的讲解就能让学生对整流原理有着更加深刻的认识。此时可以利用多媒体来为学生进行说明。
当V2为正半周时，电压极性为上正下负，此时二极管D1、D3正偏导通，D2、D4反偏截止，负载RL上获得自上而下的电流。
当V2为负半周时，电压极性为上负下正，此时二极管D2、D4正偏导通，D1、D3反偏截止，负载RL上也获得自上而下的电流。
集成电路的课程范文6
“电子技术基础”包括模拟电子技术和数字电子技术两门主要课程，是理工科相关专业的技术基础课程，也是生物医学工程专业的重要专业基础课和技术基础课。生物医学工程专业开设“电子电路课程设计”课程，对提高学生的电路设计能力、硬件制作能力和系统调试能力，以及培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力具有非常重要的意义。如何利用科学的选题在较短的时间内训练和提高学生的这些能力，并有意识地培养学生的创新意识和科研能力，是该课程在教学过程中重要的教学研究课题。[4-6]
一、生物医学工程专业“电子电路课程设计”教学中存在的问题
由于生物医学工程专业的特殊性，目前在生物医学工程专业的“电子电路课程设计”教学过程中，普遍存在以下几个问题：
1.课程设计的选题没有考虑专业特点，实施的目的性不强，与专业的整体发展建设结合较差，达不到课程设计要求
一个突出的问题是，课程设计的选题大部分是沿用电子信息类专业的传统选题，如多级低频阻容耦合放大器、功率放大器、语音放大器、函数发生器、交直流放大器、数字电子钟、定时器、智力竞赛抢答器、简易数字电容测试仪等选题，这些题目与生物医学工程专业的联系较少。这样既不能体现专业特点，也不能提高学生的兴趣，从而使得学生对所学理论知识不能很好地运用于实际，造成与实践的脱节。
2.课程设计内容不完善，所设计的内容不能充分体现课程设计的目标
“电子技术课程设计”课程应该是由许多关键环节构成的一个整体，从多个方面训练和提高学生的能力和素质。但原有的教学过程中，往往会忽略其中的一些重要环节。这些问题表现在：只要求学生完成电路制作，对于任务分析、方案选择、分析计算要求较少，把课程设计简化成操作实训；不重视测试和数据分析，不能充分锻炼学生分析问题和解决问题的能力；不注重使用设计软件和选择流行器件，只使用过时的器件，甚至老旧的分立元件，制作的电路达不到任务要求。这些对于提高课程设计的效果都有不利的影响，导致学生实际动手能力练习不够、电路设计能力偏低、综合调试能力不高。
3.评价方法和标准简单，随意性大
教学过程中没有严格的评价标准，课程成绩评定基本上流于形式，从而造成课程设计质量下降。
在这种情况下，培养出来的学生普遍存在电路设计能力和系统调试能力不足，发现问题、分析问题、解决问题的能力偏低，这样培养出来的学生难以在工程设计领域中发挥独当一面的作用，不能快速适应社会要求。
二、“电子电路课程设计”的改革思路和实践
几年来，在“电子电路课程设计”教学过程中进行了几点改革尝试，取得了较好的教学效果。
1.明确专业培养目标，构建课程设计选题库
“电子电路课程设计”是电子信息类专业的传统课程，有大量的课程设计选题，但这些选题中，大部分与生物医学工程专业和生物医学电子技术课程的教学内容和要求有较大的区别。为此，学院组织教师从众多的课程设计选题中，选出若干与专业相关的训练内容，进行加工改造，并对每一个设计选题提出具体的训练要求和目标，构成课程设计选题库。题库中题目所涉及到的课程内容和设计内容的统计分析见表1。从表中可以看出，与生物医学工程专业的教学内容密切相关的选题占总选题的72%，这样就形成了有专业特色的电子电路课程设计内容和要求。
另外还结合专业的特色，对与医疗仪器密切相关的设计，如测量心电、脑电、心音、血氧饱和度、脉搏波等信号的电子系统的采集电路部分，要求学生做成完整的模块，作为以后系统课程设计的子模块。
2.以学生为主体，改革传统课程设计指导方式
改变过去教师全程指导，有问必答，甚至直接给出参考电路的指导方式。教师在给出选题和要求后，将学生分成若干小组，每个小组在选题范围内选定设计题目。学生自己查阅资料，提出方案，独立设计，最终完成设计并进行完整的调试和测试。在整个课程设计过程中，教师每周留出固定或灵活的课堂答疑时间，回答学生提出的问题或启发学生提出问题，直至课程设计结束。
3.充分发挥学生潜能，加深加宽课程设计的训练内容并提高要求
在课程设计过程中，教师提出设计的目的和要求后，实验室只负责提供材料及仪器，其他工作全部由学生自己完成。为了更多地训练学生的综合素质，学生需要独立完成实践步骤确定、任务分析、方案选择、电路设计、元件选择、电路布线、印刷板设计及制造、元件测试、电路焊接、系统调试、测试方案设计、电路测试等训练步骤，并将这些步骤作为课程考核的训练点（见表2）。通过这种完整的训练过程，学生不仅能够初步掌握电子产品的设计开发流程，还能较好地锻炼自己的专业素养。
4.重视现代电子技术的发展和应用，鼓励学生掌握和使用工具软件和最新芯片
做到软件和硬件结合，学生除了完成电路设计以及硬件的焊接、安装、调试外，还需要至少掌握一种印刷电路板设计软件和一种电路仿真软件，有条件的学生还应掌握一种数字电路设计软件（如EDA软件）。学生既要熟练掌握电阻、电容、电感、二极管、三极管等分立元件的选择和使用外，还应尽量掌握和使用最新的集成芯片，以进一步训练工程设计能力。这样，电子电路课程设计可以达到更好的教学效果。
5.培养学生兴趣，将课程设计与创新课题训练相结合
鼓励教师将本科创新课题、教师科研课题等进行简化、分割，形成适合课程设计的课题，供学生选择。鼓励学生进行电子产品整机设计、开发、组装、调试，并且组织学生共同交流，互相学习，不断提高。
三、结束语
“电子技术”课程的理论性和实践性都很强，而“电子电路课程设计”作为教学过程中的重要一环，体现出了越来越重要的作用。对该课程进行的一系列教学改革实践，取得了良好的效果。按照改革后的教学模式，“电子电路课程设计”不断能够巩固课堂上所学的理论知识，加深学生对课堂抽象概念的理解，提高了学生的设计能力和创新能力，还能使学生对生物医学工程专业的认识更加明确具体，这些都有利于培养出理论基础扎实、实际工作能力强的高素质生物医学工程专业人才。
参考文献：
[1]John D.Enderle.生物医学工程学概论[M].封洲燕，译.北京：机械工业出版社，2010.
[2]李刚，张旭.生物医学电子学[M].北京：电子工业出版社，2008.
[3]余学飞.现代医学电子仪器原理与设计[M].第二版.华南理工大学出版社，2007.
[4]刘剑，杨立才，刘常春.“生物医学传感器与测量”课程教学改革探索[J].电气电子教学学报，2011，（1）：15-17.
