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电子系统设计论文范文1
1.1ARM处理部分
针对ARM内核的高速可顺序执行特性，更适合处理复杂协议信息。ARM处理部分在设计中主要负责协议层处理工作，包括通信信息、人机交互设定、系统工作参数监测、报警数据设定、监测以及系统数据分析处理等多方面的工作，整体采用抢占式进行多任务分配，提高CPU利用率以及系统鲁棒性。
1.2FPGA控制部分
总体来看，FPGA主要负责硬件设备底层驱动的读写，作为ARM的一个外部扩展RAM进行外设数据交换，所有FPGA采集、输出的数据均可通过ARM的可变静态存储控制器(FlexibleStaticMemoryController，FSMC)总线读写。在设计中运用FPGA独特的可多任务并行执行的特性，FPGA控制部分主要负责外部通信模式的选择；外部模拟信号的采集、输出温度的控制、时钟同步、时钟移相、数码管计数显示等多项功能的处理。在外部模拟量、氢原子钟内炉温度采集部分，由FPGA内部硬件采用状态机形式通过两片AD7490D对外部32路模拟量采集，并直接用模数转换器进行控制处理；另一个状态机通过热敏电阻对内炉顶，上，底等三部分温度进行采集；在温度输出控制部分，通过三路PWM控制方式，以外部温控器作为驱动信号，调节加热功率。在模数转换部分由专用基准电压芯片REF192产生参考电压，温度转换经过带有前置运算放大器（Operationalamplifier，OP）的模数转换器进行采样，并同时具有抑制50Hz抑制功能，以抵消测量中所产生的工频干扰。在通信电路的设计部分由FPGA来选择所采用的通信方式，其中串口通信采用隔离式电平变换芯片，避免电平不兼容或是不同设备间的静电释放（Electro-Staticdischarge，ESD）所带来的放电损坏；以太网部分采用专用以太网接口模块，可同时兼容TCP/IPv4、用户数据报协议（UserDatagramProtocol，UDP）等。
1.串口通信接口的电路设计
原本的串口通信设计为了满足两路串口通信的技术指标，采用AT89C52结合通用同步异步接收发送器8251A实现双串口的扩展。本文采用ADM3251E[3]来解决多路串口的通信功能。ADM3251E是一款高速、2.5kV完全隔离、单通道RS-232/V.28收发器、具有isoPower隔离电源的双通道数字隔离器，设计中无需使用单独的隔离DC-DC转换器。由于RIN和TOUT引脚提供高压ESD保护，因此该器件非常适合在恶劣的电气环境中工作，或频繁插拔RS-232电缆的场合。ADM3251E采用ADI公司的芯片级变压器iCoupler技术，能够同时用于隔离逻辑信号和集成式DC-DC转换器，因此该器件可提供整体隔离解决方案。
2.ADC模拟量采样电路设计改进
原本的ADC采样电路使用两片ADC0816。ADC0816是逐次比较式16路8位A/D转换器，其内部包含有一个8位A/D转换器和16路的单端模拟信号多路转换开关，转换精度为1/2LSB，转换时间为100us（时钟频率为640KHz）。改进设计中采用AD7490，它是一款12位高速、低功耗逐次逼近型ADC。同时AD7490采用单电源工作，电源电压为2.7V至5.25V，最高吞吐量可达1MSPS；其内置一个低噪声、宽带宽采样/保持放大器，可处理1MHz以上的输入频率；转换过程和数据采集过程通过CS和串行时钟进行控制，从而为器件与微处理器接口创造了条件。
3.温度控制部分的设计改进
温度对于氢原子钟来说是个很重要的因素，温度控制不好会引起氢原子钟稳定度变差；温度失控会直接导致氢原子钟没有中频信号输出。因此在温度控制的设计中首先要做到可靠、稳定。原先的温度控制系统采用模拟控制多块电路板各温度区域独立控制模式，其缺点是变容二极管参数数值不在正常工作范围内之后，需要人为调整电路板的电位器，即通过人为改变电阻的模式来达到调整温度的目的。在数字化智能温控设计中采用AD7792[4]，AD7792具有两个高精度的可编程恒流激励源，内置有可编程的仪表放大器，可以对不同的输入信号选择相对应的放大倍数，实现信号的匹配。它内置16位ADC，采用SPI串行接口，容易实现光耦隔离，有三路差分模拟输入，可以满足设计中分别对内炉顶，上，底三部分温度进行采集的设计要求。AD7792为适应高精度测量应用的低功耗、低噪声、完整模拟前端，内置一个低噪声、带有三个差分模拟输入的16位Σ-Δ型ADC。它还集成了片内低噪声仪表放大器，因而可直接输入小信号；内置一个精密低噪声、低漂移内部带隙基准电压源，而且也可采用一个外部差分基准电压。图2中所示CHAN表示温度区域，其中CH1代表内炉顶，CH2代表内炉上，CH3代表内炉底；ACTU代表采样温度数值，SET代表设定温度数值，OUT代表了输出功率的大小。
4.移相同步精度设计改进
传统控制板同步精度为100ns±逻辑门延时（约几个ns），移相分辨率为0.1us。经过设计改进后，采用独特的先倍频后同步技术，可大大提高移相同步分辨率。在本次应用中，先对外部输入的10MHz方波信号，经过FPGA内部的锁相环（PhaseLockedLoop，PLL）的配置进行零度移相五倍频，得到和输入信号零相位差的50MHz信号。上一幅为10MHz信号波形，下一幅为倍频后的50MHz方波信号波形。
5.DDS电路设计部分
之前控制板在综合器设计输出时，采用AT89C52驱动三片74LS595串入并出输出6位8421码共24位数据信息经25芯弯角插座（DR-25）将数据传输至接收机控制板，再由CPLD处理后输出所需的频率信号。而目前设计中选取AD9956[5]，使用直接数字式频率合成器（DirectDigitalSynthesizer，DDS）技术直接从监控板输出所需的频率信号，AD9956是由美国AnalogDevice公司推出的高性能的DDS芯片，提供速度高达400MHz的内部时钟，可合成频率高达160MHz，支持2.7GHz的时钟输入(可选2，4或8分频)、内部集成14位的D／A转换器，具备快速频率转换、精细频率分辨率和低相位噪声输出的性能，适用于快速跳频频率合成器的设计，本设计DDS输出频率信号可以根据键盘键入的频率值不同而输出不同的频率值。
6.存储器设计改进
氢原子钟必需具有对时间以及对所监测数据实时保存的功能。然而外部存储器的选择也是多种多样的，目前应用最多的仍是SRAM、EEPROM及NVRAM这三种方案。我们目前使用的存储器就是采用SRAM加后备电池的模式，型号62256，它是组织结构为32K*8位字长的高性能CMOS静态RAM。在设备掉电的情况下，存储数据易丢失。同时SRAM加后备电池的方法增加了硬件设计的复杂性，降低了系统的可靠性；EEPROM方式可擦写次数较少(约10万次)，且写操作时间较长(约10ms)；而NVRAM的价格问题又限制了它的普遍应用。因此越来越多的设计者将目光投向了新型的非易失性铁电存储器(FRAM)。铁电存储器具有以下几个优点：可以总线速度写入数据，而且在写入后不需要任何延时等待；有近乎无限次擦写寿命；数据保持45年不丢失；具有较低的功耗。设计中采用的FM25L16是串行FRAM。其内部存储结构形式为2k×8位，地址范围为0000H~07FFH，FM25L16支持SPI方式0和方式3。具有先进的写保护设计，包括硬件保护和软件保护双重保护功能。FM25L16的数据读写速度能达到18MHz，可与当前高速的RAM相媲美。结束语从设计的测试结果来看，全新的设计模式对电路的性能，可靠性，稳定性等多方面都有很大的提高，具体表现如下所示：
（1）设计中采用AD7490替代ADC0816，从而使得ADC精度提高8bit升级到12bit，精度提高了16倍，并且无需经过外接模拟开关，减少了信号经过多个模拟芯片引起误差。
（2）温度控制系统采用全数字化设计模式，提高测量精度，降低干扰，可避免处理运放电路所造成的对温度飘移的影响以及多级模拟带来的累计误差，最重要的一点就是不用再人为的通过改变电阻模式来达到调整温度的目的。
（3）综合器设计部分采用DDS处理技术，直接从监控板输出所需频率信号，从而大大减少设计中潜在的故障点，大大提高了设计的可靠性，稳定性。
电子系统设计论文范文2
为适应应用型专业转型的需要，促进电子信息类专业课程向应用型课程转化，文章以“电子系统设计”课程为例，从专业课程的课程理念、教学内容、教学模式、考核方式等方面对适应于应用型人才教育的专业课程改革模式进行了探索，给出了相应的改革内容，为其他应用型课程改革提供了参考。
关键词：
应用型课程；电子信息类专业课程；教学模式
随着信息化社会的不断发展，我国经济建设对人才的需求方向也发生了改变，不仅仅需要学术研究性人才，同时更加需要应用型人才和职业技能型人才，尤其是能将所学理论知识转化为社会生产力的应用型人才的需求比重最大。在这一背景下，各地方高校担负起应用型人才培养的重任[1]，开始将高校人才培养目标向应用型人才培养方向转化，切实通过转型发展促进内涵发展、特色发展，提高质量，解决好急需人才不够用、普通人才就业难问题。在专业转型的大背景下，如何将人才培养从原来的学术型人才培养过渡到应用型人才培养，切实对转型过程中在人才培养方案、专业设置、课程体系、师资配备、教学管理机制等问题提出具体可行的方案，成为高校教育改革研究的新课题。目前本科院校的应用型课程建设已成为当前提高应用型高校教育质量的核心环节，在课程建设中必须能够突出应用性知识的传授与学生实践能力的培养[2]，这样才能将课程的应用性改造落到实处。电子信息类专业课程作为本科高等院校教学中应用性较强的专业课程，由于其专业本身具有的技术更新快、实践性和应用性极强的特点，在课程的教学过程中必须注重新技术与工程性的结合、理论与实用的结合，所以在其教学开展中更应对课程理念、课程教学设计的优化、课程内容、评价体系等方面进行探讨研究。文章从专业转型的背景出发，以“电子系统设计”为例，在专业课程的课程理念、教学内容、教学模式、考核方式等方面对适应于应用型人才教育的专业课程改革模式进行了探索。
一、电子信息类专业课程现状分析
目前国内各高校都着眼于学生动手实践能力培养、并不断提高学生学习的自觉性，但学生在专业课程学习中仍存在缺少创新精神和科学研究的主动性的问题。这也反应了在专业课程的设置及教学活动开展过程中存在的问题，主要表现为理论教学学时长、侧重于理论知识的传授；课程教学活动设计单一，缺乏体验式教学；课程内容更新慢，与新技术脱节；实践环节项目内容缺乏实际性和趣味化，学生难以深入；考核方式单一，仍然是简单的考核学生对理论知识点的掌握程度。这一情况的存在，使学生在面临就业时，与用人企业的需求相脱离，不能满足企业对于综合素质和实践能力强的应用型人才的需要。“电子系统设计”是一门综合性、实践性和应用性很强的专业课程，面向电子信息类专业本科三年级开设的理论与实践相结合课程[3]。课程系统地介绍电子系统分析、规划、设计和工程实现的方法与步骤，并结合技术发展情况，介绍新技术、新方法、新器件在电子系统设计中的应用。该课程是本科生了解当前电子系统技术的窗口，是相关硬件与软件设计结合、将所学理论知识付诸实践、由书本走向实际的桥梁课程，因此其具有电子信息类专业课程的专业技术特点，通过对其向应用型转型课程建设的研究具有一定的代表性。
二、课程改革内容
“电子系统设计”课程的改革主要从四个方面展开：课程理念的转变、优化教学模式、课程内容的更新、建立多元的评价方式。
（一）课程理念的转变
应用型人才不仅需要具备专业知识素养，而且需要能够应用专业知识解决实际问题，因此必须对现有的课程理念进行转变来指导课程建设。专业课程作为专业人才培养的重要教学科目，是学生在教师指导下通过学习专业知识来增长专业知识和专业能力的重要过程。而根据电子信息类专业课程的特点，更应将学生作为课程的主体，由学生主动的发现知识、主动思考、积极地参与学习，同时根据课程特点，由教师在学生的主动学习过程中给予专业指引，不再局限于教师的“教”，而是拓展为教师的“引”与学生的“学”相结合，注重对学生主动性、参与性的培养。同时注重课程教学设计的优化，课程教学内容的设置以及多元化的评价方式。以“电子系统设计”课程来说，主要综合模拟电子技术、数字电子技术、嵌入式系统、DSP处理等相关技术[4]，将理论教学内容向实际应用转化，其教学理念主要更应以学生的“学”为主，通过教师对相关技术及前沿发展的引导，激发学生的主动性，变被动学习为主动学习，在教学过程中除了理论知识讲授外，增加课堂讨论、项目实践，使学生成为教学的主导。
（二）优化教学模式
原有的专业课教学侧重于理论知识的传授，课程教学多采用理论讲授，造成填鸭式、灌输式课程教学方法，学生通过听、记完成应用型课程的学习，这必然导致仅仅对知识的掌握，而脱离实践；同时，启发式、研究式教学的运用少，也导致学生没有学习的主动性。将CDIO工程教育理念[5]引入课程的专题项目教学中，通过对特定专题项目内容的构思、设计、实现和运作，让学生以主动的、实践的方式学习，培养学生的工程基础知识、个人能力、人际团体能力和工程系统能力，从而培养学生的实践应用能力。在“电子系统设计”课程中，采用以项目设计为导向、基于项目、问题学习的教学模式，通过让学生通过对实际项目的构思与设计来激发学生的兴趣，利用所学知识来开展系统层次上的构思、设计、实现及运用。
（三）课程内容的更新
若对应于项目驱动教学模式[6]，原有的课程内容必然不利用教学实践的开展，同时课程内容也应与专业发展前沿相对应，所以在课程模块中增加技术前沿介绍等的相关板块，并不断更新课程内容，使其与技术发展、专业应用相适应，既要考虑符合专业学习的逻辑，又要注重专业范围的限定和课程内容的顺序安排，尽可能使课程内容对学生有意义并具有合理性和综合性，并且满足不同层次学生的学习需求，适于课程教学活动的开展。在“电子系统设计”课程中，将课程内容整合优化为电子系统设计方法、专题技术知识、项目设计与实践三大模块。其中电子设计方法主要介绍电子系统设计概论、模拟电子系统设计方法、数字系统设计方法、基于嵌入式系统设计方法、基于DSP系统设计方法及电子系统实现过程中可靠性设计；专题技术知识主要结合新技术的发展和新器件应用，将在专业基础课程中所学的相关知识与实际应用相联系，介绍典型传感器应用、模拟信号变换、放大及滤波电路应用设计、基于可编程逻辑器件的数字系统设计、基于嵌入式平台的系统设计、DSP系统应用；项目设计与实践要求学生完成具有工程应用背景的项目的规划、确定项目设计方案、项目设计与实践。这里项目实践配合课程设计实验及学生的课外科技活动、开放式实验室教学进行，使课程的内容改革不仅仅局限于课堂内的教学，而是拓展学生的学习空间。
（四）建立多元的评价方式
现行的课程考核多以阶段性考核（平时成绩）和总结性考核（期末考试）构成，而对于采用学生主动式学习的专业课程，这种考核方式不符合面向应用型人才的培养模式，所以应采取有效且具有多元性的考核评价方式，对学生的知识掌握、实践能力、应用素养等几方面进行综合评价。也就是说需要对学生的知识点转化为实践能力、思维能力、课堂参与程度、作业及实践活动完成质量进行考核。“电子系统设计”课程的考核不仅要考核学生对课程基本理论知识的理解和掌握，还要考核学生对所学知识的吸收与应用情况，同时考核还要体现学生实践动手能力。因此，课程考核包括平时成绩、开卷考试和实践考核。平时成绩主要考核学生对课程的参与程度，包括课堂讨论成绩、课后作业，其中课后作业一方面对课堂讲授知识进行复习，同时要求学生通过文献检索、网络检索对相关新器件、新技术应用进行学习，其占总成绩的10%。开卷考试的命题过程中，从培养应用型人才的目标出发，不再含有记忆型考题，而是采取应用能力型考题。考题涵盖器件应用、电路模块设计和系统设计，其占总成绩40%。实践考核通过学生根据所学知识，进行电子系统设计理论探讨，撰写小论文；完成电路设计、仿真及实现，递交设计报告及作品；实践考核题目可选固定命题，也可以自主命题，特别鼓励同学大胆想象，自拟课题，经教师确认后，完成相应任务。考核过程中设有答辩环节，学生以PPT形式向教师及全体同学展示项目研究及作品，并由教师进行提问，学生给予作答。通过答辩环节主要完成知识点的检查和研究作品的展示，考查学生在从事设计和撰写论文中知识点的应用情况和创新性。实践考核占总成绩50%。
三、结束语
经过对“电子系统设计”课程改革的初探，在课程教学和课程理念的重构方面进一步拓展了思路；课程内容的不断更新使学生开拓了眼界；同时也可以将教师科研方面中应用性较强、具有工程背景的课题项目引入教学；面向实践能力考核的多元化考核机制对提高学生学习主动性、积极性有一定推动作用。我国的信息化建设的不断增强对信息化人才的需求也正在逐年增大。但电子信息类应届本科生的理论基础较好，但动手实践能力薄弱，使学生就业加大了难度，造成了应用型人才的供给不足。通过对电子信息类专业课程的教学改革，提出适用于电子信息类应用型人才学生培养的课程理念，建立既能夯实学生基础实践能力，又可以培养学生创新精神和创新实践能力的平台，建立多元化考核机制，有效地实现学生实践能力的检验，同时与不断追踪信息科学技术的发展，紧跟行业科技进步，不断更新课程内容，将对学生的科技素养、应用能力培养起到重要作用，且对其他应用型课程改革具有一定的参考价值。
作者：马利 张玉奇 牛斌 单位：辽宁大学
参考文献
[1]甘瑶瑶，安立龙，乔玉香.地方应用型本科院校人才培养面临的问题及对策研究———以广东海洋大学人才培养专题调查为例[J].高教学刊，2016（15）.
[2]王春霞.以应用性为导向的《设计概论》课程教学改革研究[J].中国包装工业，2015，16：102+104.
[3]吴大鹏，黄沛昱.“电子系统综合设计”课程建设探索[J].电气电子教学学报，2014，06：41-43.
[4]田良.综合电子设计与实践[M].东南大学出版社，2002.
电子系统设计论文范文3
【关键词】实践教学;教学改革;电工电子
【中图分类号】G420 【文献标识码】B 【论文编号】1009―8097(2010)04―0132―03
引言
高等教育提出朝着“宽口径、厚基础、重能力”的方向发展,培养适应能力强、发展潜力大的复合型人才是高等教育追求的目标。电子信息类专业主要培养具有宽厚电子技术和信息系统的基础理论、较强的电子信息系统设计实践能力、科学的思维方法、独立分析问题和解决问题的能力、能从事各类电子设备和智能仪器的研究、设计、制造、应用和开发的应用型工程技术人才。
当今世界,电子产品层出不穷,并且向智能化方向发展,这样日益凸现出单片机和FPGA等可编程器件在电子产品设计和创新中的重要性,用人单位普遍要求求职的毕业生能够掌握单片机的基本原理和设计方法,有的单位甚至要求毕业生具有基于单片机系统的电子产品的设计经验[1]。电子系统设计主要是指基于单片机控制的完整应用系统的设计,包括系统软硬件设计及系统调试等多方面的知识。电子系统设计课程体系是以《单片机原理及应用》课程为核心,由《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《感测技术》、《电子设计自动化》、《可编程逻辑器件及应用》、《C语言程序设计》等相关课程组成。
一 设课背景
学生经过《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《单片机原理及应用》、《感测技术》、《电子设计自动化》、《可编程逻辑器件及应用》、《C语言程序设计》等课程的学习,通过教师教学和随课的验证性实验,对于电子信息领域的相关理论知识有了了解和掌握,基本能够进行单元电路的设计和调试,但验证性实验多数是教材内容的演示和再现,学生基本没有进行系统级的设计和实训,综合实践能力有待提高,学生没有发挥自己的主观能动性,不利于创新性人才的培养。
通过分析学生参加多届电子设计竞赛的情况,我们发现,按传统理论教学和实验方法培养的学生,在参加电子设计竞赛时,会出现很多问题,达不到预期目标。比如:对某一功能电路进行设计,理论上设计正确但在工程上却无法实现;单元电路正确却无法实现系统联调;各模块功能实现却无法完成一个系统等等。这是因为电子设计竞赛既不是单纯的理论设计竞赛,也不仅仅是实验竞赛,而是由一个参赛队共同设计、制作完成一个有特定工程背景的题目的竞赛。电子设计竞赛不仅要在单元电路上实现预期功能,更要考虑模块间的接口关系;它既强调理论设计,更强调系统实现;它考核了学生综合运用基础知识的能力,更注重考察学生的创新意识,在2009年的全国大学生电子设计竞赛中又增加了性能价格比和节能减排方面的考核内容,更加贴近工程实际和产品设计。从所涉及的课程内容上看,已经不是竞赛题目一门或者几门课程所能解决的,而是一个由相关课程组成的课程群。再从竞赛使用的器件上看,有很大一部分是理论教学中没有讲授和更新的,因为电子信息技术的发展太快,新技术、新器件层出不穷,传统的教学方法和体系面临了严重的挑战,如果不进行改革,建立一个新的理论课和实践课教学课程体系,就无法适应培养现代化人才和发展高等教育的需要。
高等学校培养的人才最终是为社会和国家服务的,学生经过四年的本科学习,最终要走向社会,从毕业生的就业情况看,绝大多数毕业生从事电子信息相关的工作[2]。统计发现,到企业进行产品研发的学生通常是电子竞赛获奖或参加了电子竞赛培训的学生,动手能力较强,而从事销售、服务等工作的毕业生很大比例是不能够进行研发,不得已才去做销售、服务的。为了使学生掌握电子系统的设计与开发,在相关理论课教学完成后我们开设了一系列的独立的综合设计实践课,对学生开放实验室,学生可以集中时间完成一系列的综合性、设计性实验项目,巩固理论教学内容,提高学生的综合设计能力和设计水平,为参加各级电子设计竞赛和以后就业打好基础,一举两得,事半功倍[3]。
二 实践课设置情况
系列实践课的设置遵循认知规律,是在随课实验基础上的扩展和深入,经过调研和讨论,听取兄弟院校、相关企业和毕业生的意见和建议,在培养学生动手能力方面除了专业实习和毕业设计环节外,设置了一系列的独立实践课,分布于各个学期的教学中。以电子信息工程专业培养方案为例,实践课设置情况如表1所示:
实践课的教学基本上在相关的理论课程教学完成后进行,保证学生在进行实践课时已经完成先导课程的学习和验证性实验,除《电子技术综合实践》,其它多数实践课是对某一课程的强化和拓展。
三 《电子技术综合实践》教学过程
在系列独立实践课中,《电子技术综合实践》是关键性的教学环节,是最贴近电子设计竞赛和实际工作应用的课程,要求综合模拟电子技术、数字电子技术、传感器、单片机、FPGA等多方面的知识。该课程强调以学生为主体,允许学生自由选题,题目的难度一般介于验证性实验和毕业设计之间。
本课程使学生能够较系统地掌握电子系统设计的全过程,包选题、文献查阅、方案论证、器件选择、电路设计、电路实现、软件编程、装配调试、系统测试、总结报告、文档整理等。学生完成由单元设计向系统设计的过渡,掌握现代化仪器设备在系统设计和实践中的应用。课程充分发挥学生的主观能动性和创造力,培养学生的独立工作能力以及协作精神,并通过该课程选拔参加各类设计竞赛的参赛选手。
1 题目设置
在该实践课的教学上我们选择了多个有代表性的、难易不同的实践题目供学生选择。具体题目有:液体点滴速度监控装置、电子秤的设计与制作、智能电梯控制系统、水温控制系统、脉搏测量仪的制作、直流数控稳压源、数字式液量测量系统、转速控制测量仪、数据采集系统、信号发生器、智能小车等等。这些题目基本上都是综合性、设计性的,有的题目是历年电子设计竞赛题目的简化或分解。以液体点滴速度监控装置为例,该设计要求制作一个液体点滴速度监测与控制装置,如图1所示,实现的功能有:
(1)在滴斗处检测点滴速度,并制作一个显示装置,能动态显示点滴速度(滴/分)。
(2)通过改变h2控制点滴速度,也可以通过控制输液软管夹头的松紧等其它方式来控制点滴速度。点滴速度可用键盘设定并显示,设定范围为20-150滴/分,控制误差范围为设定值 10% 。
(3)调整时间≤2分钟(从改变设定值起到点滴速度基本稳定,能人工读出数据为止)。
(4)当h1降到警戒值(2~3cm)时,能发出报警信号。
这个题目中对点滴速度和液面位置的检测要用到传感器,要有声光报警电路,需要电机改变h2高度来控制点滴速度,整个系统由单片机进行控制,通常选择PID算法来调整点滴速度。从实用和智能化角度出发,可以扩展成网络,采用简单的RS-232通讯实现从站和主站之间的通信,实现智能化管理。
学生在选题过程中进行引导,避免多组学生选择同一题目,学生也可以自主拟定题目,经过指导教师审核即可。学生3人为1个小组,成员有所分工。
2 教学要求
(1)综合运用EDA软件
学生根据所选题目进行方案设计,对方案中的电路进行设计计算,包括元器件的选择和电路参数的计算。要求学生通过各种EDA软件进行仿真验证,选择Multisim7、Proteus、ISE等软件进行相关仿真实验。
(2)硬件电路制作
设计方案经指导教师审查通过后,学生领取所需元器件等材料,设计PCB电路板并且自己加工,最后焊接制作电路并调试。
本课程教学采用了“模板化”设计方法,将学生设计调试好的A/D转换器、D/A转换器、键盘、显示电路“模板化”,使系统设计的局部和整体有机结合,提高了实验资源的利用率和实践效率,“模板化”后的单元电路在电子设计竞赛中也可使用。
(3)软件的编制与仿真。根据已设计出的软件系统流程图,编制出各功能模块的子程序及整机软件系统的主程序,程序设计时,要充分考虑与所设计硬件电路的连接及有关指标要求。向学生推荐使用C语言进行单片机的编程与开发,用C语言进行程序开发更方便移植,贴近实际工程背景,适合开发大型的工程应用程序。
(4)系统联调。学生集中在1周内完成所选题目,3个学生为1组,按照模块化设计方式有所分工,当每个同学所负责的模块调试成功后进行系统联调,要求学生之间相互配合,遇到问题一起找原因、想办法,而不是相互埋怨、推脱责任,培养学生的合作精神,积累系统调试的经验,培养学生分析问题和解决问题的能力。
(5)撰写实践总结报告。
书写高质量的工作总结是反映工作实践素质高低的一个重要方面,工程技术人员应能用书面形式系统、完整、清晰地表达自己的研究成果,其目的是让人很容易地看懂所研究课题的内容、方案、原理、实现方法等。因此,书写实践总结报告也是实践课考核的主要内容之一。
3 考核方法
(1)设计方案正确性与合理性,综合考虑性能价格比和系统功耗。
(2)实践动手能力,包括PCB设计水平、安装工艺水平、焊接工艺水平。
(3)设计成果,达到的指标。
(4)调试中分析和解决问题的能力,创新精神。
(5)题目的难易程度。
(6)独立工作能力,实践工作态度。
(7)总结报告完成的质量。
四 教学效果
经过几年的教学和改革,对学生动手能力的培养取得了较好的效果。2005年以来,学生参加了全国大学生电子设计竞赛和浙江省大学生电子设计竞赛,共获3个全国一等奖,2个全国二等奖,4个省一等奖,6个省二等奖。近5年,本科生一次就业率年均在90%以上,多数毕业生到企业从事研发工作,少数毕业生独立创业、注册公司进行电子产品的设计与开发。
此外,学生参与教师科研项目、独立申报承担浙江省新苗计划项目、浙江省大学生创新项目、校级学生科研项目的数量都显著提高。
五 结束语
实践课主要体现在对实际工程应用系统或产品的研制,使学生经历从课题任务的提出到方案的论证、设计,软件及硬件的开发、联机调试等若干步骤。学生通过自己设计实验电路、实验步骤、实验方法等,综合应用电子技术的能力、理论联系实际的能力得到了很大的提高,促进了学生创造性思维的发挥。这些实践课是在理论课教学和相应验证性实验基础上的深入和提高,是对学生电子系统设计的综合性训练,这种训练培养了学生工程实践能力、独立工作能力及创新能力。
参考文献
[1] 王剑.电子系统设计课程体系改革的探讨[J].长江大学学报(自然科学版),2009,6(2):377-378.
电子系统设计论文范文4
关键词：研究性教学；EDA技术；研究性教学平台；研究性教学模式；研究性教学成效
作者简介：谭会生（1966-），男，湖南茶陵人，湖南工业大学电气与信息工程学院，副教授。（湖南株洲412008）
基金项目：本文系湖南工业大学教育教学改革教学之星专项（2011C03）、湖南省教育厅大学生研究型学习与创新性实验计划项目（2009-225）的研究成果。
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）17-0035-02
一、开展本科生研究性教学的必要性和条件
研究性教学[1-4]是一种新的教育理念，是一种新的现代学习观，强调学习的自主性和开放性，在教师的研究性教学理念的引导下，在教学设计上将教学看成是一项系统工程，从研究思想、研究手段、研究策略等各方面进行教学过程的全新设计，激发学生的研究及探索科学问题的兴趣。通过让学生运用探索的方法对问题进行研究，最终获得知识。研究性教学理念要求教师通过自己的教学，培养学生做事和做人的能力和素质。
开展本科生研究性教学，综合文献[1-6]有关观点并结合多年实际开展研究性教学的实践，其必要性如下：大众化高等教育的差异化教育的需要；提高大学生综合应用能力的需要；提高大学生实践动手能力的需要；提高大学生专业创新能力的需要；提高大学生专业综合素养的需要；改变大学生被动学习学风的需要。随着我国经济社会的发展和高等教育的大力发展，我国高等教育已由精英化教育转向大众化教育，学生群体出现多样化的趋势，学生学习兴趣、学习能力、学习需求的差异性日显突出。为了提高大众化高等教育的质量，更好地满足市场经济条件下对人才的高要求，按人才培养方案组织大学基本教育的同时，对一些优秀和比较优秀的学生应根据社会发展的需求、学生的兴趣爱好、学生的职业规划等进行加深与扩展，实现优才优教。
开展本科生研究性教学，综合文献[3，7]有关观点并结合多年实际开展研究性教学的实践，其主要条件如下：提高教师研究性教学的能力；激发学生研究性学习的积极性；提供研究性教学资源与教学场地；选择合适的有效平台；构建有效的研究性教学评价与评估体系。其中选择合适的有效平台是研究性教学持续而有效开展的一个关键性因素。作为电类专业研究性教学的有效平台，应该能方便学生进行软件仿真和硬件设计与制作，并具有综合性强、创新性强、成本低廉、灵活性强等优点。
二、基于EDA技术的研究性教学的主要优势
EDA技术起源于20世纪70年代，在20世纪90年代才真正形成一门新技术。在我国EDA技术的研究和教育只有10年左右的历史。所谓EDA技术，就是指以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式，以计算机、大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计工具，通过有关的开发软件，自动完成用软件方式设计的电子系统到硬件系统的各种转化，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射、编程下载等工作，最终形成集成电子系统或专用集成芯片的一门新技术。
利用EDA技术设计实现电子系统，它具有传统电子系统设计实现无法比拟的许多优点，综合起来它有以下几个方面的优点：[8]用软件的方式设计硬件，设计成本低，设计周期短，修改移植方便；系统具有重配置性，可现场编程，在线升级，设计调试非常方便，节约开发成本；并行执行，速度快，实时性好；集成度高，体积小，可靠性好，功耗低。
EDA技术作为研究性教学的平台具有以下优点：技术先进，社会急需，综合性强，创新性强，灵活性好，可重配置，成本低廉。
三、基于EDA技术的研究性教学的研究模型
为了描述基于EDA技术的研究性教学的研究背景、主要研究目标、主要研究内容以及主要研究期望，图1给出了基于EDA技术的研究性教学模型。现将主要内容具体阐述如下：
1.利用EDA技术开展研究性教学的研究目标
利用EDA技术开展研究性教学的研究目标，主要包括三个方面：基于EDA技术的系统设计与实现基础训练；基于EDA技术的系统设计与实现相关研究；基于EDA技术的系统设计与实现课题研究。
2.利用EDA技术开展研究性教学的研究内容
利用EDA技术开展研究性教学的研究内容，主要包括三个方面的内容：[8-11]
（1）基于EDA技术的系统设计与实现基础训练：包括大规模可编程逻辑器件FPGA/CPLD；硬件描述语言VHDL/Verilog HDL；EDA实验开发软件；EDA实验开发系统等系统设计与开发基础理论、基本方法、基本工具的学习与使用；流水线、并行处理、重定时、展开、折叠、脉动结构等各种VLSI结构设计优化技术的基本理论、分析比较和实际应用；强度消减、超前或驰豫超前等FPGA系统性能优化技术。
（2）基于EDA技术的系统设计与实现相关研究：主要是与课题设计与开发有关的数字信号处理、数字图像处理、工业智能控制、网络通信控制、数字家电控制等基础理论、实现算法和系统仿真等研究，重点是实现算法的设计、选择和仿真。
（3）基于FPGA实现的系统设计与课题实现研究：包括系统控制算法的选择；系统控制模型的确定；FPGA实现结构的设计；FPGA系统性能的优化；FPGA系统实现及测试等。
3.利用EDA技术开展研究性教学的主要形式
利用EDA技术开展研究性教学的主要形式，包括组建EDA技术学习兴趣小组、课题系统设计与实现研究小组和选拨教师科研项目助理等，通过专题训练、分散研究、定期讨论、按需答疑、总结汇报等形式开展研究活动。
四、基于EDA技术的研究性教学的主要成效
1.熟练掌握EDA技术的基础理论、基本方法、基本技巧、调试方法和调试技巧
通过研究性学习训练的学生，通过毕业设计论文的质量可以看出，熟练掌握ARM嵌入式系统基础理论、基本方法、基本技巧、调试方法和调试技巧，能够尽快适应从事嵌入式系统设计与开发工作。
2.熟练掌握基于EDA技术系统设计开发课题相关的基础理论、基本方法、基本技巧
通过研究性学习训练的学生，与课题相关的基础理论、基本方法、基本技巧，无论是以前学习过并且掌握的，还是以前学过但似是而非的，或是以前根本没接触过需重新学习的，熟练掌握与EDA系统设计开发课题相关的基础理论、基本方法、基本技巧。
3.全面提高学生的综合应用能力、实践动手能力、创新创业能力和就业核心竞争力
通过研究性学习训练的学生不但具有良好的参考文献查找能力、分析利用和文档处理能力，同时学生的综合应用能力、实践动手能力、创新创业能力大为提高，就业核心竞争力显著提高，80%的学生毕业时均能找到从事嵌入式系统设计与开发的工作，并且工资待遇也相当不错。
五、结论
实践结果表明，以课题为中心，以兴趣为纽带，以现代电子设计核心技术——EDA技术的学习与应用为目标，采用EDA技术学习兴趣小组、课题设计与实现研究小组、参加教师科研项目等形式，通过具体的专题训练、分散研究、定期讨论、按需答疑、总结汇报等活动开展基于EDA技术的电类专业本科研究性教学，对于提高大学生综合应用能力、实践动手能力、创新创业能力，提高大学生的专业核心能力，提高大学生就业的核心竞争力，培养从事EDA技术研究、设计与开发的高级人才，具有非常明显的成效。
参考文献：
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[10]Naresh R.Shanbhag.Algorithms Transformation Techniques for Low-Power Wireless VLSI Systems Design[J].International Journal of Wireless Information Networks,1998,5(2):147-171.
电子系统设计论文范文5
本课题旨在使电子设计类课程的教学与毕业设计相结合，贯穿于本科二年级到四年级，即从二年级开始开设的设计类课程到大四的毕业设计，有效地提升电子信息工程专业的教学质量和学生的专业水平。
一 电子设计类课程的教学模式
以单片机课程的教学为例。
1 在实例中传授理论知识
打破传统上以“讲概念说原理”为主的教学模式，消除电子设计类课程的神秘感及学生的惧怕心理，提高和改进学习效果，使此类课程被更多学生所接受[2]。设计几个较基础的实例，将理论知识融合其中，使学生对课程有着最直接的深刻认识，可收到事半功倍的学习效果。例如：在讲授单片机的I/O口资源时，直接给学生演示键盘控制LED的效果，这样有利于强化学生对I/O口作用的理解，同时也熟知某引脚具备输入或输出功能时的应用。
2 课程实践项目的设计
“会考试，不会做”是目前电子信息工程专业学生普遍存在的问题。以实际项目的开发过程和方法为主线，采用“项目驱动、案例导向”模式进行启发式教学，将“边做边学、以做促学”的教学思想贯穿于整个教学过程中。这样，学生不仅加深了对原来只停留在书本上的专业概念和原理的理解，而且每个学生或项目团队都能完成一个完整的、甚至有创造性的作品。充分激发了学生的成就感和自主学习的积极性，有利于显著提高课程教学效果[3-4]。
本课题通过建立“三层次实践项目”（基本型项目、提高型项目、研究创新型项目）教学模式和与该模式配套的实践教学管理体系[5]，在每个实践项目中，提出了“基本”与“扩展”内容的不同要求，保证了实践教学的系统性和实践环节的完整性，形成了“基础―提高―创新”的研究型实践教学新体系，从而兼顾了不同层次的学生[6]，使所有学生都能根据自己的知识水平选择适合自己的实验项目，从根本上解决了“单片机只是为少数学生开设的课程”这一问题。单片机实践项目的设计如表1所示。
3 课程考核方式
以项目考核代替笔试。以表1中的实践项目完成情况及期末作品（期末作品完全由学生自由选择，可以参考“研究创新型”项目）进行综合评价。为了防止学生拿他人成果作为作品，按毕业设计的要求来验收作品项目――提交完整的设计报告、设计源代码、分组进行答辩，其中设计报告需包括目录、设计题目、设计任务、设计思路（原理组成框图、资源分配）、硬件电原理图和连接图、程序流程图、设计心得和参考资料;设计源代码要有较为详细的注释。这样的做法将是学生对毕业设计过程的一次预练，也有利于督促学生在项目上多花时间和精力，真正掌握单片机的知识及其设计方法。
4 项目在课程结束后的延续
在教学过程中发现，很多学生在课程结束后都会存在项目（特别是提高型项目和研究创新型项目）的部分功能未完成或想进一步完善的情况。这时如果继续给学生提供实验室平台和相关资源，将会使学生更进一步。可以按本科毕业设计的难易程度对项目在原有基础上进行功能的添加，修改成毕业设计题目，有助于学生学习的延续，也为毕业设计提前做了准备。
二 基于提升毕业设计质量的应用实践
学生在做毕业设计中存在两大问题：一是从毕业设计题目下达到毕业答辩不到一年的时间里，部分学生考研或找工作占用了大四的绝大部分时间，真正进行毕业设计的时间不够;二是学生对所选题目不了解或不感兴趣使得很难进入设计工作状态。这两方面因素最终导致毕业设计质量不高，部分学生到了答辩时还不清楚自己的设计方向，甚至为了应付完成任务，少数人去抄袭或购买毕业设计作品或论文。
为了提升毕业设计的质量，很多人提出了各种办法和建议，如：适当延长毕业设计的时间，让学生有充分的时间来深入研究一个课题[7]。增设命题介绍环节，提供选题依据，允许自选题目;采用信息化管理手段，提高管理效率和毕业设计教学质量[8]。增强指导教师责任心，严格毕业答辩[9]。不可否认，这些方法都能从一定程度上提升毕业设计的质量，但不能从根本上解决问题。我们认为，毕业设计质量能否提升，真正的决定性因素在于学生，而不在于教师或管理手段。必须让学生先对题目有深入了解，根据自身的专业水平选题，进而产生兴趣，才有可能真正投入到设计工作中[10]。
将设计类课程的项目开发延续到毕业设计中（在原有项目的基础上进行扩展，作为毕业设计的提前准备），学生有了更充裕的时间和更明确的设计任务，可以和指导教师协商选择自己感兴趣的毕业设计课题，从而充分发挥学生的潜能，提高毕业设计质量。
实践表明，平时在课堂上按教师的指导完成课程任务的学生对单片机系统设计有较为深入的认知。以课堂上完成的项目为基础，提前进入毕业设计环节，普遍使毕业设计的完成质量有了明显的提高。由学生自由组队进行实践项目开发，培养团队合作能力;鼓励学生自选题目，充分发挥学生的自主想象力和创造力。文中的教学过程主要以单片机为例，项目的设计稍加修改可以推及到嵌入式系统、电子系统设计等课程，具有一定的参考价值和推广意义。
参考文献
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电子系统设计论文范文6
论文关键词：核
1引言
EDA是（ElectronicDesignAutomation）的缩写即电子设计自动化。EDA的关键技术之一就是IP核（IntellectualProperty)。IP核是一段具有特定电路功能的硬件描述语言程序，具有可移植性，并具有很高的通用性和灵活性，可以通过软件编程完成用户需要的，不同的，特定的功能，可以任意使用在各种嵌入式微控制系统中。嵌入式IP核的应用，大幅降低了设计成本，缩短了设计周期，成为当今SOC的重要设计手段。在EDA技术和开发中占有重要的地位。
2系统介绍
本文的设计工具是Altera公司的QuartusII，用VHDL语言进行描述，采用自顶向下的设计原则。MC8051IPCore顶层结构图如图1所示，图1中指示了mc8051_core的顶层结构以及与三个存储模块的连接关系，同时显示了顶层的输入输出I/O口。定时器/计数器和串行接口单元对应于图1中的mc8051_tmrctr和mc8051_siu模块，数量是可选择的，在图中用虚线表示。MC8051IPCore核心由定时器/计数器、ALU、串行接口和控制单元各模块组成。ROM和RAM模块不包括于核心内，处于设计的顶层，方便于不同的应用设计及仿真。
图1MC8051IPCore顶层结构图
3系统实现
3.1可编程时间间隔定时/计数器8254的设计
任何微型计算机系统中都存在定时控制问题，可编程时间间隔定时/计数器8254的设计是在使用软件控制下的精确时间延迟，这样可以解决定时控制问题。内部结构如图2所示。
图28254内部结构图
3.28259的设计
分析8259A的功能和内部结构可知，本单元应分成五个部分三个模块来实现，模块层次关系如图3所示：
图38259层次关系图
各模块的主要功能如下：
数据缓冲模块：对8259A数据缓冲和暂存。
读写控制模块：负责8259A的所有初始化工作及读写操作。
中断请求模块：负责中断询求、中断信号的产生及判优。
中断控制模块：完成中断应答功能，中断向量的生成，级联选通，主从功能设置等这一系列功能。
优先级控制模块：设定实现不同的优先级判别方式。
3.3MCS-51IP核的设计
按照自顶向下的设计原则，整个系统分为：控制模块、定时/计数模块、算术逻辑模块ALU、串行通信模块四个功能模块，而RAM和ROM在使用时，只根据需要进行定制。系统核心由定时器/计数器、ALU、串行接口和控制单元各模块组成。ROM和RAM模块为方便各种应用设计和仿真，处于设计的顶层。在本设计中控制单元主要完成操作指令译码、时序逻辑控制、中断响应优先顺序处理和微操作控制等功能。它分为中断的响应及指令的译码子模块和微操作控制模块两个子模块。其中，ontrol_fsm模块产生各指令的控制信号并主要实现MCS-51中断的响应，ontrol_fsm模块产生微操作信号的具体操作过程，控制RAM存储器的读写地址及数据传输、PC寄存器的赋值、串口与定时器的中断信号处理、中断的查询、SFR的读写等功能。在定时/计数器单元，本设计能保证计数速率为1/12个振荡器频率。计数脉冲在选择计数器工作模式时在来自相应的外部输入引脚T0或Tl。对外部输入信号的占空比这一电平至少要保持一个机器周期，因为必须确保某一给定的电平在变化之前至少被采样一次。算术逻辑运算模块设计调试以优化后综合后产生的模块符号图如图4所示，该工程项目文件可在其它逻辑电路设计中直接调用。
图4ALU模块符号图
通过前面的模块设计和综合后生成MSC-51单片机系统，如图5所示：
图5mc8051最终图形
4．结束语
EDA技术近年来发展速度令人惊奇，它作为当下电子设计技术的核心，被广泛的应用在电子系统设计中。
本文创新点：1.采用完全同步设计，即整个SOC系统都是在统一工作时钟的协调下工作的。内部采用锁相环进行分频得到其它工作频率。2.指令集和标准8051微控制器完全兼容。3.优化的CPU时序使得完成一条指令最多只需1~4个时钟周期，执行性能优于标准8051微控制器8倍左右，提高其运算速度。4.用户可选择定时器/计数器、串行接口单元的数量。5.新增了特殊功能寄存器用于选择不同的定时器/计数器、串行接口单元。6.可选择是否使用乘法器（乘法指令MUL）。7.可选择是否使用除法器（除法指令DIV）。8.可选择是否使用十进制调整功能（十进制调整指令DA）。9.I/O口不复用。10.内部带256BytesRAM。11.最多可扩展至64Kbytes的ROM和64Kbytes的RAM。12.最多可扩展至64Kbytes的ROM和64Kbytes的RAM。
参考文献
1 唐颖.EDA技术与单片机系统[J].现代电子技术,2002,11(3):31-32.
2 谭会生,张昌凡.EDA技术及应用[M],西安:西安电子科技大学出版社,2004.4:15-18.
3 刘小俊,宋仲康.基于VHDL语言的全双工异步接收发送器的设计[J]微计算机信息2005.01:156-157.
