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篇1
三电平（ThreeLevel，TL）整流器是一种可用于高压大功率的PWM整流器，具有功率因数接近1，且开关电压应力比两电平减小一半的优点。文献[1]及[2]提到一种三电平Boost电路，用于对整流桥进行功率因数校正，但由于二极管整流电路的不可逆性，无法实现功率流的双向流动。文献[3]，[4]及[5]提到了几种三电平PWM整流器，尽管实现了三电平，但开关管上电压应力减少一半的优点没有实现。三电平整流器尽管比两电平整流器开关数量多，控制复杂，但?具有两电平整流器所不具备的特点：
1）电平数的增加使之具有更小的直流侧电压脉动和更佳的动态性能，在开关频率很低时，如300～500Hz就能满足对电流谐波的要求；
2）电平数的增加也使电源侧电流比两电平中的电流更接近正弦，且随着电平数的增加，正弦性越好，功率因数更高；
3）开关的增加也有利于降低开关管上的电压压应力，提高装置工作的稳定性，适用于对电压要求较高的场合。
1TL整流器工作原理
TL整流器主电路如图1所示，由8个开关管V11～V42组成三电平桥式电路。假定u1=u2=ud/2，则每只开关管将承担直流侧电压的一半。
以左半桥臂为例，1态时，当电流is为正值时，电流从A点流经VD11及VD12到输出端；当is为负值时，电流从A点流经V11及V12到输出端，因此，无论is为何值，均有uAG=uCG=＋ud/2，D1防止了电容C1被V11(VD11)短接。同理，在0态时，有uAG=0；在－1态时，有uAG=uDG=－ud/2，D2防止了电容C2被V22(VD22)短接。
右半桥臂原理类似，因此A及B端电压波形如图2所示，从而在交流侧电压uAB上产生五个电平：＋ud，＋ud/2，0，－ud/2，－ud。
每个半桥均有三种工作状态，整个TL桥共有32=9个状态。分别如下：
状态0(1,1)开关管V11，V12，V31，V32开通，变换器交流侧电压uAB等于0，电容通过直流侧负载放电，线路电流is的大小随主电路电压us的变化而增加或减小。
状态1(1,0)开关管V11，V12，V32，V41开通，交流侧输入电压uAB等于ud/2，输入端电感电压等于us－u1。电容C1电压被正向(或反向)电流充电(u1<us，或放电us<u1)，C2通过直流侧负载放电。
状态2(1,－1)开关管V11，V12，V41，V42开通，输入电压uAB=ud，正向(或反向)电流对电容C1及C2充电(或放电)，由于输入电感电压反向，电流is逐渐减小。
状态3(0,1)开关管V12，V21，V31，V32开通，交流侧输入电压uAB等于－ud/2，输入电感上电压等于us＋u1。电容电压被正向(或反向)电流充电(或放电)。
状态4(0,0)开关管V12，V21，V32，V41开通，输入端电压为0，电容通过直流侧负载放电，线路电流is的大小随主电路电压us的变化而增加或减小。
状态5(0,－1)开关管V12，V21，V41，V42开通，交流侧电压为ud/2，正向(或反向)电流对电容C2充电(或放电)，电容C1通过负载电流放电。
状态6(－1,1)开关管V21，V22，V31，V32开通，uAB=－ud，正向(或反向)线电流对两个电容C1及C2充电(或放电)，由于升压电感电压正向，线电流将逐渐增加。
状态7(－1,0)开关管V21，V22，V32，V41开通，交流侧电压电平为－ud/2，正向(或反向)电流对电容C2充电(或放电)，电容C1通过负载电流放电。
状态8(－1,－1)开关管V21，V22，V41，V42开通，输入端电压为0，升压电感电压等于us，两个电容C1及C2均通过负载电流放电。电流is根据电压us的变化而增加(或减小)。
2硬件电路设计
从图2可以看出，在输入电压频率恒定的情况下，要在变换器交流侧产生一个三电平电压波形，输入电压一个周期内应定义两个操作范围：区域1和区域2，如图3所示。
在区域1，电压大于－ud/2，并且小于ud/2，在电压uAB上产生三个电平：－ud/2，0，ud/2。同理，在区域2，电压绝对值大于ud/2，并小于直流侧电压ud，在电压正半周期(或负半周期)上产生两个电平：ud/2和ud(或－ud/2和－ud)。相应电平的工作区域如表1所列。
表1相应电平的工作区域
工作区域
1
2
1
2
us>0
us<0
us>0
us<0
高电平
ud/2
ud
－ud/2
低电平
－ud/2
ud/2
－ud
为方便控制，这里定义两个控制变量SA及SB，其中
根据表1可以设计一个开关查询表，如表2所列，将其存储在DSP中，当进行实时控制时，便可根据输入电压、电流信号，从表中查询所需采取的开关策略。
表2查询表
SA
SB
V11
V12
V21
V22
V31
V32
V41
V42
uAB
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
ud/2
1
－1
1
1
1
1
ud
1
1
1
1
1
－ud/2
1
1
1
1
－1
1
1
1
1
ud/2
－1
1
1
1
1
1
－ud
－1
1
1
1
1
－ud/2
－1
－1
1
1
1
1
整个控制系统以一片DSP为核心，控制框图如图4所示。
锁相环电路产生一个与电源电压同相位的单位正弦波形，ud的采样信号通过低速电压外环调节器进行调节，电流is的采样信号通过高速电流内环G1进行调节，电容C1端直流电压u1与电容C2端直流电压u2分别通过两个PI调节器进行调节，补偿环G2用于补偿两只电容电压的不平衡。
检测的线电流命令is与参考电流is＊比较，产生的电流误差信号送至电流内环G1，以跟踪电源电流变化，产生的线电流波形将与主电压同相位。
3软件设计
系统采用两个通用定时器GPT1及GPT2来产生周期性的CPU中断，其中GPT1用于PWM信号产生、ADC采样和高频电流环控制(20kHz)，GPT2用于低频电压环的控制(10kHz)，两者均采用连续升/降计数模式。低速电压环的采样时间为100μs，高速电流环采样时间为50μs。中断屏蔽寄存器IMR，EVIMRA和EVIMRB使GPT1在下降沿和特定周期产生中断，GPT2则仅在下降沿产生中断。
整个程序分为主程序模块、初始化模块、电流控制环计算模块、电压控制环计算模块、PWM信号产生模块等五大部份。程序流程如图5所示。
4仿真结果及实验
篇2
nRF902是一个单片发射器芯片，工作频率范围为862～870MHz的ISM频带。该发射器由完全集成的频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器组成。由于nRF902使用了晶体振荡器和稳定的频率合成器，因此，频率漂移很低，完全比得上基于SAW谐振器的解决方案。nRF902的输出功率和频偏可通过外接电阻进行编程。电源电压范围为2.4～3.6V，输出功率为10dBm，电流消耗仅9mA。待机模式时的电源电流仅为10nA。采用FSK调制时的数据速率为50kbits/s。因此，该芯片适合于报警器、自动读表、家庭自动化、遥控、无线数字通讯应用。
2引脚功能和结构原理
nRF902采用SIOC-8封装，各引脚功能如表1所列。
表1nRF902的引脚功能
引脚端符号功能
1XTAL晶振连接端/PWR-UP控制
2REXT功率调节/时钟模式/ASK调制器字输入
3XO8基准时钟输出（时钟频率1/8）
4VDD电源电压（+3V）
5DIN数字数据输入
6ANT2天线端
7ANT1天线端
8VSS接地端（0V）
图1所示是nRF902的内部结构，从图中可以看出：该芯片内含频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等电路。
通过nRF902的天线输出端可将平衡的射频信号输出到天线，该引脚同时必须通过直流通道连接到电源VDD，电源VDD可通过射频扼流圈或者环路天线的中心接入。ANT1/ANT2输出端之间的负载阻抗为200～700Ω。如果需要10dBm的输出功率，则应使用400Ω的负载阻抗。
调制可以通过牵引晶振的电容来完成。要达到规定的频偏，晶振的特性应满足：并联谐振频率fp应等于发射中心频率除以64，并联等效电容Co应小于7pF，晶振等效串联电阻ESR应小于60Ω，全部负载电容，包括印制板电容CL均应小于10pF。由于频率调制是通过牵引晶振的负载（内部的变容二极管）完成的，而外接电阻R4将改变变容二极管的电压，因此，改变R4的值可以改变频偏。
将偏置电阻R2从REXT端连接到电源端VDD对可输出功率进行调节。nRF902的工作模式可通过表2所列方法进行设置。
表2nPF902的工作模式设置
引脚
工作模式XTALREXTXO8DIN
低功耗模式（睡眠模式）GND---
时钟模式VDDGNDVDD-
ASK模式VDDASK数据VDD或者GNDVDD
FSK模式VDDVDDVDD或者GNDFSK数据
在FSK模式时，调制数据将从DIN端输入，这是nRF902的标准工作模式。
ASK调制可通过控制REXT端来实现。当R2连接到VDD时，芯片发射载波。当R2连接到地时，芯片内部的功率放大器关断。这两个状态可用ASK系统中的逻辑“1”和逻辑“0”来表示。在ASK模式，DIN端必须连接到VDD。
时钟模式可应用于外接微控制器的情况，nRF902可以给微控制器提供时钟。它可在XO8端输出基准时钟，XO8端输出的时钟信号频率是晶振频率的1/8。如晶振频率为13.567MHz，则XO8输出的时钟信号频率为1.695MHz。
在低功耗模式（睡眠模式），芯片的电流消耗仅10nA。在没有数据发射时，芯片可工作在低功耗模式以延长电池的使用时间。电路从低功耗模式转换到发射模式需要5ms的时间，从时钟模式转换到发射模式需要50μs的时间。
篇3
在教学过程中，具备数字系统设计实践工程能力，涉及相关数字系统课程体系教学与实践，在各高校的电气、电子信息类专业中，数字电路是一门专业基础课程，随着数字技术应用领域的不断扩大，在后续专业课程中，显而易见，随着电子产品数字化部分比重增大，它在数字系统设计中基础性地位越来越突出。
因此，培养适合现代电气、电子、信息技术发展的卓越人才，创新数字电路的课程几次理论与工程实践教学迫在眉睫。
根据我校近几年电气、电子课堂教学的实践情况，数字电路课程应该以面向应用的数字电路设计为核心，在熟练掌握基本电路教学内容的基础上引入先进的数字系统设计方法的课程教学和实践内容。
工程实践过程中，逐步从自底向上的设计方法逐步转变到自顶向下的设计方法中来，以教师科研应用来拓展，以全面培养优秀数字设计卓越技术人才[1]。
2探索构建数字电路教学中的多层次的创新实践平台
2.1多层次的数字电路创新实验平台构思。
面向卓越人才培养的数字电路课程创新实践教学，可以分层次进行在各个教学阶段逐步推进，包括：面向基础的数字设计的基本原理与工程创新实验教学模块、面向应用的数字电路课程设计教学和结合科研项目的创新实践平台[2][6]。
多层次的数字电路创新实验平台架构如图1所示。
2.2数字设计的基础原理与实验教学。
数字电路基础原理和实验教学是数字系统设计的课程体系的基础入门阶段，是培养数字逻辑代数与逻辑电路的重要过程，大类可分为时序逻辑电路和组合逻辑电路，其中时序逻辑电路主要包括：锁存器、触发器和计数器，组合逻辑电路包括，编译码器、多路复用器、比较器、加（减）法器、数值比较器和算术逻辑单元等。教学的目的是训练学生掌握组合和时序逻辑电路坚实理论基础，使学生掌握数字电路的基本概念、基本电路、基本分析方法和基本实验技能，不但要注重基本数字电路与系统设计理论的理解，同时让学生在学习中逐步了解面向应用和现代科技进步数字电路新的设计理念[2][3]。
2.3面向应用的数字电路课程设计实践教学。
随着电子设计自动化技术（EDA）和可编程器件（CPLD）的不断发展和应用，以EDA技术为主导的数字系统理念已经成为企业工程技术的核心。数字电路课程设计主要培养学生利用中小规模数字集成电路器件和大规模可编程器件进行数字电路设计和开发能力。在卓越工程师培养背景下，结合前阶段数字电路课程理论教学和实验教学的实际情况及EDA技术的发展状况，适时进行数字电路课程设计和EDA技术课程的综合衔接，以及课程深度融合[4]。主要内容包括：
2.3.1基于Multisim等相关软件的数字系统仿真实验。可以构建虚拟数字实验系统，不但较好地模拟实物外观外，还可以利用系统提供的实验平台开展实验的设计、仿真，进行实验内容的逻辑验证。
2.3.2基于通用和专用数字芯片的数字系统设计。其主要特点是有很好的直观性和具体性。
2.3.3基于硬件描述语言（HDL）的数学系统硬件描述。采用硬件描述语言实现数字逻辑设计，基于EDA环境仿真和验证。可以结合上述（1）和（2）的优点，采用硬件设计软件化技术应用于数字电路课程设计的实验教学中，通过综合性实验的自行设计和实验，对实验内容、实验规模、实验方法进行了综合创新设计[5]。
2.4结合科研项目的数字设计实验创新平台。
在高等院校，教师即承担教学任务，同时有各自的科学研究方向，同学们可以根据自己的研究兴趣，加入教师的科研团队，形成教学与科研互利的良性循环。面向卓越工程师培养的数字系统设计，可以借助横向或纵向科研项目形成综合教学体系。比如：搭建在线可编程门阵列（FPGA）创新实验平台，形成数字电路、电路线路课程设计、可编程逻辑器件以及集成芯片系统设计，形成面向数字系统设计的课程体系[3]。同时，应用高校与知名企业建立的校企合作平台，把企业界的研究信息和研发需求引入到教学平台，开拓了学生的研究思路和视野，提升了学生设计复杂数字系统的能力；目前，我校正在与国际知名的半导体公司Xilinx、Altera和Cypress陆续建立卓越人才大学培养计划，利用大学设置小学期，在FPGA和PSoC开发平台上进行了面向实际应用的数字系统设计，在实践平台上不仅有学校的任课教师，还有知名企业派来的一线工程师指导同学们的实践，相比改革前，取得很好的实践效果，同学们的数字系统设计水平得到了提高，同时在编程、接口、通信协议等方面也有了深刻的认识。
对于优秀的学生，借助全国各种形式的大学生电子（信息）设计竞赛这个创新平台，组织他们积极参与，激发他们的学习研究兴趣和创新意识，综合所应用的数字系统设计知识，发挥竞赛团队的协作精神。每年，我们都有部分优秀学生通过努力，创新设计的作品获得专业认可，并取得了良好的参赛成绩，也使得数字设计课程体系的建设上了一个新的台阶。
3基于创新平台的课程体系优化与实践
卓越工程师培养要求的数字电路系统设计课程体系协调好相关电气、电子类专业上下游相关理论课程、实验综合性设计同时得到协调发展。如何实践论文所提到的创新实验平台，应该引进现代数字设计理念，重点把EDA软件、设计工具、开发平台与传统的数字电路基础理论教学相衔接。我们在这几年对数字系统设计课程体系、创新实践教学内容等方面的进行了改革与探索，取得了一定的成效。经过这几年的实践，我们逐步构建了面向应用的数字系统设计课程优化体系[5]，如图2所示。
4不断探索数字电路理论教学内容的改革与实践
4.1以数字电路设计为目的强化基本逻辑电路理论教学。
在进行复杂数字系统设计之前应该熟练掌握这些常用基本组合和时序逻辑电路，包括电路的功能、电路的描述以及电路的应用场合等。
树立电路设计思想首先需要熟练掌握一些基本的逻辑功能电路。其次，树立电路设计思想需要理论讲解与实践相结合，逐步熟悉硬件描述语言的描述方式。数字系统设计强调采用硬件描述语言来对电路与系统进行描述、建模、仿真等[2][3]。
4.2掌握面向应用的数字系统工程设计方法。
学生在掌握数字电路基本概念和一般电路的基础上，进一步掌握数字系统设计的方法、途径和手段。其主要内容包括：数字系统与EDA的相关概念、可编程逻辑器件、硬件描述语言、电路元件的描述、数字系统的设计方法、开发环境与实验开发平台以及应用实例的介绍等。这些课程内容涉及面较广，为了提高教与学的效果，探索总结了以下的教学重点内容，并作为教学实践中的教学切入点[1]。
随着电子技术不断发展与进步，现代数字系统设计在方法、对象、规模等方面已经完全不同于传统的基于固定功能的集成电路设计[1][2]。现代数字系统设计采用硬件描述语言（HDL）描述电路，用可编程逻辑器件（PLD）来实现高达千万门的目标系统。这一过程需要也应该有先进的设计方法。根据硬件描述语言的特性和可编程逻辑器件的结构特点以及应用的需要，在教学过程中阐述了先进设计方法。例如：采用基于状态机的设计方法设计复杂的控制器（时序电路），应用或设计锁相环或延时锁相环来处理时钟信号，应用自行设计（IPcore）软核来提高数据吞吐量[1][2][3]。
4.3深化数字电路实验教学改革。
实验实践教学过程中，注重基础训练与实践创新相结合的实验教学改革思路，加强学生工程思维训练、新平台工具的使用、遇到逻辑问题的综合分析能力，理论与实践相结合的分析能力。在实践过程中的提高创新性和综合性能力，面向应用的数字电路创新平台建设，需要不断提高课程试验、实验和实践过程在教学中的比例，在符合认知规律的同时，逐步加强来源与实际需要的综合性数字设计实验。
5结语
数字电路是电气、电子信息类专业的一门重要的专业基础课程，论文针对当今卓越工程师培养的要求，以及在教学过程中遇到的主要问题，探讨了面向应用的数字电路课程创新实践平台。提出了多层次的数字电路创新实验平台结构和面向应用的数字系统设计课程优化体系。目的在于，通过课程及相关课程体系改革与创新，使得学生更快、更好的适应现代数字技术发展的需求。
参考文献
[1]孔德明.《数字系统设计》课程教学重点的探讨，科技创新导报，2012.1，173-174.
[2]任爱锋，孙万蓉，石光明.EDA实验与数字电路相结合的教学模式的实践，实验技术与管理，2009.4，200-202.
[3]叶波，赵谦，林丽萍.FPGA课程教学改革探索，中国电力教育，2010，24，130-131.
篇4
1硬件抗干扰技术在数字电路设计环节的应用
1.1安全接地技术
安全接地技术是一种常用的技术，把机壳接入大地，让电量转移到大地，减少电荷积累情况，减少因为静电等原因造成人与机械设备等受到安全影响。设备装置在实际应用过程中，绝缘层可能出现破损等现象，就可能造成机壳带带电，这时候的电量是足够大的，不能及时转移，可能造成严重的后果，利用安全接地技术可以把多余电荷转移出去，还能及时切断电源等，对其安全性能起到保护作用。
1.2避雷击接地技术
用电设备基本都需要采用避雷击效果，一般通常采用避雷针，当出现雷击的情况下，可以进行电荷的转移，下雨天气打雷时候，出现雷击的情况是产生电荷的，一旦遇到用电设备等，瞬间可以产生大量的电荷，对周围人和物产生损害现象，必须采用技术及时转移电荷，减少对人的伤害，对用电设备也起到保护作用。
1.3屏蔽接地技术
屏蔽接地技术是一种常用的对用电设备的保护作用措施，在实际应用过程中，也是设计人员经常采用的方式，具有一定的应用价值。屏蔽技术需要和接地技术配合使用，其屏蔽效果才能够提升。像是静电屏蔽技术。若是在带正电导体周围围上完整的金属屏蔽体，则于屏蔽体的内侧所获取的负电荷将会等同于带电导体，同时外侧所存在的正电荷也和带电导体等量，这就造成外侧区域仍旧存在电场。若是对金属屏蔽体进行接地处理，那么外侧的正电荷可能会流入大地之中，则可以消除外侧区域的电场，也就是金属屏蔽之中将会对正电导体的电场进行屏蔽处理。屏蔽接地技术的应用，在技术上起到革新作用，在应用过程中，起到重要保护作用，具有一定现实应用价值。
2软件抗干扰技术在数字电路设计环节的应用
2.1数字滤波技术
数字滤波技术是一种仿真技术，基于硬件设备的仿真技术，但在实际应用过程中，不依赖硬件技术，只是通过模拟技术进行设置，实现数字滤波。在具体应用过程中，先借助于硬件技术进行干扰技术的应用，减少干扰性能，在具体通过软件进行有效的滤波，起到真正的数字滤波技术，减少抗干扰能力。数字滤波技术的方法有多种多样，我们在应用过程中，需要根据实际情况，选择适应的数字滤波技术的处理方式，起到真正数字滤波作用，在数字电路设计的过程中，利用软件技术进行有效应用，是设计环节中的重要步骤。
2.2软件“看门狗”的使用
软件程序在应用过程中，往往容易出现死循环等现象，在数字电路设计过程中，设计者要考虑这方面问题，采用“看门狗”技术，防治程序死循环现象发生。硬件看门狗就是一个定时器对系统进行有效的监控，合理的根据监控情况进行有效处理，起到看门狗的效果。
3实例论述
3.1通过硬软件技术促使计算机系统脱离死态
为了使干扰问题得到及时的解决，在硬件方面可以使用一个硬件计时器，
3.2程序“跑飞”阶段进行数据保存的硬软件办法
由于计算机系统在被强电磁干扰或影响之后，计算机系统之中正在正常运行的程序或许会被打乱，进而在内存中出现转移情况，同时这种转移是不能被控制的，也就是发生“跑飞”情况。该问题的出现或许会造成确保软件正常运行的重要参数被破坏、冲掉。通过硬软件结合措施、方法的运用，能够在出现断电事故或者是发生强干扰情况之后，使各重要参数得到保护，从而使系统的连续运转或者是再恢复获得可靠的保证。
参考文献：
[1]刘海权,田露,宋立业.传统光电编码器防震动抗干扰电路的优化[J].电气技术,2015(12).
[2]杨昆.综述单片机控制系统的抗干扰设计[J].黑龙江科技信息,2016(04)
[3]李娜.数字集成电路低功耗优化设计解析[J].通讯世界,2016(15).
[4]王剑锋.DCS控制系统抗干扰分析[J].通讯世界,2015(19).
[5]姚年春,徐涛.电机保护装置的抗干扰措施设计[J].信息技术与信息化,2014(04).
[6]熊轶娜,吴跃明,陈洁.数控机床控制系统的抗干扰分析[J].组合机床与自动化加工技术,2009(08).
篇5
1 引言
随着电子技术的发展及电子系统设计周期缩短的要求，EDA技术得到迅猛发展。
EDA是ElectronicDesign Automation(电子设计自动化)的缩写。EDA技术，就是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开发工具，通过使用有关的开发软件，自动完成电子系统设计的逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化、逻辑布局布线、逻辑仿真，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[1]。
目前，几乎所有高校的电类专业都开设了EDA课程，为加强教学效果，通常都使用专门的EDA实验箱来辅助教学，但是实验箱采用了一体化结构，所有的电路和器件都在一块电路板上，在功能上难以根据需要进行扩展，不利于学生的创新设计，复杂系统难以实现；实验箱体积较大，不便携带；EDA 实验箱、单片机实验箱、DSP实验箱、ARM实验箱中很多功能模块的硬件电路是相同的，但不同实验箱上相同模块不能共享，存在资源浪费。由于实验箱的上述缺点，很多高校都纷纷开始设计开发自己的实验系统模块，提高实验箱的利用率，提高学生的工程创新能力[2][3]。
2 EDA实验系统开发的特点
EDA实验系统的开发具有以下特点：
（1）实验内容由单一性向综合性发展
早期开发的EDA实验系统主要是学生用来学习EDA课程、下载程序、进行仿真的工具；使用实验系统是老师用来培养学生设计数字电路的能力、帮助学生学习和掌握开发语言的手段。因此EDA实验系统仅在电子类专业的EDA课程中使用，系统所提供的实验内容仅限于简单的数字电路设计，包括计数器、编码译码器的设计、数码管的显示等。随着EDA技术的发展，电信、通信等专业纷纷引入EDA实验系统，在“通信原理”等课程的实验教学中被广泛应用于实践[4]，实验内容也从单一的基本数字电路的设计发展到集EDA技术实验、单片机实验、DSP实验等为一体的综合性的实验平台[5]。因此，EDA实验平台逐渐面向电子信息类相关专业的学生进行课程的学习，课外竞技活动，电子类设计比赛，并逐渐用于教师进行科研。
（2）系统结构从一体化向模块化发展
早起开发的EDA实验系统在结构上采用一体化的实验箱设计，所有的电路和器件都在一块电路板上[6]。这样，系统的使用虽然可以帮助学生掌握软件的应用，但也使学生对硬件电路不了解；另外，系统在功能上难以根据需要进行扩展，不利于学生进行创新设计，复杂的系统则难以实现。因此在后来的EDA实验系统的开发上，大都都采用了模块化的结构[7][8]，即FPGA、单片机等做在一块核心板上，其IO口以插针形式引出，以方便和外围电路的连接；外围电路则以模块的形式单独做在不同的电路板上，比如数码管显示模块、按键模块、LED显示模块等；根据不同的实验摘要的模块搭建自己设计的电路，从而提高学习兴趣，增强实验教学的效果；此外，模块化的设计还方便老师对学生设计的重复实现，有利于教学水平的提高杂志铺。
（3）核心芯片由单一化向丰富化发展
早期开发的EDA实验系统由于仅用于EDA课程的学习，其核心芯片大都为Altera公司的FPGA等可编程逻辑器件，开发语言环境主要为界面友好、操作简便的Maxplus Ⅱ和Quartus Ⅱ。随着EDA技术向不同学科不同专业的渗透，核心芯片逐渐发展为FPGA、单片机和DSP器件的综合使用，开发语言也逐渐开始使用C语言或汇编语言等。这样，实验系统能提供的实验内容和规模均有所增加，除了基本的数字电路设计实验模块以外，还可以增设调制解调模块、帧同步模块、信号波形产生模块等，扩大了实验系统的使用率，使实验设备向大型化、先进化发展。
（4）使学生的学习由被动向主动发展
电子技术的发展日新月异，早期的实验平台由于其电路设计的封闭性，实验内容只停留在验证实验上，很难加入自己设计的外围电路。而模块化数字电路开放实验平台由于其接口电路的开放性，有能力的学生可以自行设计外围电路达到提高的目的，对于成功的设计还可以加到以后的实验教学中，成为具有自主知识产权的模块。
另外，由于整合了单片机、DSP等芯片的功能模块，实验内容得到很大扩展，学生在实验过程中可以拓宽知识面，主动去学习了解实验所需要的知识，学习的主动性得到很大的提高，并且，由于实验由简单的验证实验向综合的大型设计过渡，学生在实验过程中更容易理解数字电路设计中硬件的概念以及工程的概念。
学生在设计实验时，可能会用到一些实验系统没有开发出的模块，这时，学生需要自己设计该电路模块的电路图以及制作PCB板，直至实际制作出该功能模块。这样，学生除了掌握编程、还需要去学习怎样设计并制作电路板、学习该模块与核心板的接口电路设计等相关知识，因此，在实验过程中，学生的积极性和主动性得到提高。同时，由于实验的规模逐渐增加，同学之间需要团结合作才能共同完成一个实验，因此也锻炼了同学之间的团结合作精神。
3 结论
一个好的EDA实验平台，能培养学生开拓创新精神和团结协作精神、很强的实践操作能力、工程设计能力、综合应用能力、科学研究能力以及独立分析问题和解决问题的能力。我国高校现阶段所研制开发的EDA综合实验平台，能有效整合和优化多个电子类实验课程的功能，为单片机和 EDA技术等课程提供了综合实验平台，为高校培养创新性人才提供良好的实验条件和氛围。随着电子技术的发展以及EDA技术的不断深入发展，EDA实验平台的开发也将会日益完善：大规模可编程器件将被使用；实验系统将向体积小、功耗小的便携式嵌入式系统发展。
参考文献：
[1]廖超平,等著.EDA技术与VHDL实用教程[M]. 北京: 高等教育出版社, 2007:1
[2]刘延飞,等著.开发EDA综合实验平台，提高学生工程创新能力[J]. 实验室研究与探索, 2009,26(8):63-64.
[3]范胜利.一种基于模块的EDA教学实验系统[J]. 读与写杂志, 2009,6(11):102
[4]韩伟忠著.EDA,DSP技术与通信实验装置的总体设计[J]. 金陵职业大学学报, 2002,17(1),52-54
[5]孙旭,等著.单片机、DSP、EDA的综合实验系统的设计[J]. 实验科学与技术, 2008, 6(6): 55-57
[6]雷雪梅,等著.EDA教学实验箱的设计[J]. 内蒙古大学学报(自然科学版), 2004, 35(3): 344-347
[6]刘建成,等著.EDA实验系统的设计与实现[J]. 实验室研究与探索, 2009, 28(1): 86-88
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0.引言
自激多谐振荡器接通电源后,不需要外加触发脉冲,就能自动振荡,输出一定频率的矩形脉冲。因为矩形波中含有非常丰富的谐波成分,故称之为多谐振荡器,由于其没有稳定状态,故又称为无稳态多谐振荡器。多谐振荡器在数字电路中常常作为脉冲信号源, 触发器和时序电路中的时钟脉冲一般是由多谐振荡器产生的[1]。故多谐振荡器在实际生产生活中应用非常广泛，如汽车的转弯灯等，故对该电路的研究工作具有很大的实用价值。。
电路仿真软件可以对所设计的电路的性能进行预计、判断和校验[2]。使电路设计人员在设计阶段直观地、快捷地检验电路参数设置的合理性，以免造成时间和物质上的极大浪费，是电路设计人员提高工作效率、减小工作强度的有效手段。。本文对所设计的三极管无稳态多谐振荡器电路进行了理论计算，然后利用Protel 99 SE软件模拟仿真了该电路的工作过程，输出了各测试点的电压波形，直观地验证了理论分析的结果，并得到相关结论。。
1.理论计算
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三本学生中多才多艺的较多，平时开展各种社团活动比较频繁，学生自主创新思维活跃，但能够有条不紊自主学习的学生可能只有一少部分，许多学生对学习没有兴趣，课余时间几乎不学习。在教学过程中，刚开始学生还可以接受一些新知识，但随着教学的深入，学习难度的增大，学生感到了困难，随之学习的兴趣也越来越低，主动学习便是一句空话，学生也就是为了应付考试，甚至不少学生都是考前突击。这一特点在《数字电路与逻辑设计》课程的教学中也同样存在。要提高本课程的教学质量，我们在定位教学目标，设置教学内容，采用教学手段和方法的时候都必须以这一实际情况为前提。
二、教学理念，教育目标
三本教学有别于一本和二本，教学注重于学生应用能力和综合素质的培养，教学过程中突出培养学生应用知识，分析解决实际问题的能力，以学生为主体，以教师为主导，以教学为主线，树立能力培养目标为重中之重的思想，实现人才培养模式多元化，努力培养“宽口径、厚基础、强能力、高素质”，适应国际竞争和社会需求的应用型人才。三本教育要加强通识教育，注重文理渗透理工结合，体现本科教育的基础性和可发展性。努力探索人才培养新举措，深入推进人才培养模式改革，实现多元化人才培养新格局，大力实施“育人为本，全面发展”的人才培养战略，拓宽基础学科的范围和基础教学的内涵。
三、教材选取
考虑到三本学生理论基础较差，教材选取不应选择理论研究或理论推导比较复杂的教
材，否则会让学生还未涉及到重要的知识点就已经因为难度过大而丧失信心。教材选取要以应用为宗旨，强调理论与实践相结合。编写原则遵循由浅入深，通俗易懂，重点和难点采取阐述与比喻相结合，例题与习题相结合，实例与实验相结合，针对数字电路课程实践性强的特点，增加了与教材相应的实践环节教学内容。
四、教学内容
在三本的《数字电路与逻辑设计》教学中，应该注重基础教学，要求学生熟悉布尔代数的基本定律，掌握卡诺图与公式化简法；掌握数字电路中常用的基本单元电路和典型电路构成、原理与应用；掌握常用的中小规模组合逻辑电路和集成电路功能和设计方法。具有查阅集成电路器件手册，合理选用集成电路器件的能力。对集成芯片，重点分析电路的外特性和逻辑功，以一些典型集成电路为例介绍如何查阅集成电路手册、资料等，使学生学会在实际应用中正确选择和使用集成芯片[11]。
对于三本学生而言，在电路设计中要求学生掌握基本的设计方法，但可以适当降低对电路设计的要求，增强电路分析方法的教学。学生可以分析较复杂的电路，并且能够利用已有的电路进行修改，使电路满足自己设计的需要。
五、教学手段与教学方法
（一）采用现代化教学
《数字电路与逻辑设计》课程的特点就是电路图、逻辑图特别多，如果采用板书形式教学，既浪费课堂时间也达不到好的教学效果。教学过程中采用多媒体教学，可以使一些抽象的、难以解决的概念变得形象，易于学生接受。对于集成电路的分析和设计，为了增强演示效果，除了在PPT中添加更多的动画效果外，还可以采用Flash或Authorware软件制作动画效果，使电路的变化过程一目了然。
（二）结合实际教学
在授课过程中，针对三本学生可以结合生活中的应用举例，如目前LCD显示、数字温度计、十字路通灯控制、数字频率计、多媒体PC机里的显示卡、声卡是用数电中的数/模(D/A)转换实现图像显示和声音播放、制造业中的数控机床等都应用了数电技术。通过这些实例的介绍，可以使学生真正了解数字电路课程的重要性，从而提高对数字电路学习的兴趣和学习积极性。
（三）网络教学
网络教学可有两种方式，一是上传教师课堂教学过程的视频到校园网；二是教师制作图文并茂的课件，以及与该课程有紧密关系的资料一起上传到网上。目前大部分三本学生宿舍都可以登录校园网，学生可以在任何时间进行网络教学。网络教学的方式解决了学生传统的看书自学枯燥无味的问题。
六、实践教学
实践教学一般分为基础实验和课程设计两大部分。基础实验教学从属于理论教学，实验内容均为验证性实验。教师给出实验步骤、电路图，学生按部就班、验证结果，通过基础实验，使得学生对于课堂所学基本概念和方法的理解和掌握更加透彻，同时培养学生科学实验的精神和方法，训练严格严谨的工作作风。基础实验是理论和实际相互联系的一个重要教学环节，但是仅仅是这种以教师为主导的实验模式，不能激发起学生学习兴趣和积极性，学生仍然不善于综合运用所学知识分析和解决问题。课程设计的目标就是为了加强基础、拓宽知识面、增强学生的自主学习和工程实验能力、发展个性、启发创新、加强理论与实验。学生根据实验任务，自行设计电路和测试方案，增强学生自主学习能力，学生既动脑又动手，解决问题的能力大大提高[12]。
除此之外，还可以设置一些电子设计大赛，成立电子设计兴趣小组，在教师的指导下开展设计性和专题研究性实验，为希望进一步发展的学生提供良好的学习环境和创新研究场所，培养学生的团队协作精神，发挥学生学习的自主性和创造性，极大地提高学生的学习兴趣和动手能力。
七、结束语
随着高等教育的普及，三本学生的数量和质量也在日益增高，同时随着数字技术的广泛
普及，数字化社会已经到来，大规模、超大规模数字集成电路以其低功耗、高速度等特点， 应用越来越广泛。因此如何在有限的时间内使三本的学生扎实掌握数字电路基础知识理论和基本操作技能，培养分析问题、解决问题的能力，是教师在教学过程中需要认真思考的问题。使学生在传统的数字电路逻辑分析、逻辑设计思维训练的基础上进一步建立起现代数字电路的应用与设计思想，掌握现代电子技术的新技术和新器件，为走向实际工作岗位打下坚实的基础。
参考文献
[1] 谢丽.《数字电路与逻辑设计》教学改革实践.吉林省教育学院学报，2012年第02期
[2] 李琰，张翌呖. 数字电路的教学改革与创新.计算机光盘软件与应用，2011年第22期
[3] 李小珉，叶晓慧.深化《数字电路与逻辑设计》课程改革[J].长江大学学报(自科版)，2OO4(4)
[4] 田东.数字电路课程设计的改革与探讨.实验技术与管理，2006年05期
[5] 马达灵，张云云.《数字电路》课程教学改革之我见.集宁师专学报，2008年12月第30卷第4期
[6] 邓朝霞.《数字电路》课程整合与优化的改革.广西教育学院学报，2006年第6期
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1 硬件抗干扰设计
在传输电路的设计过程中主要出现以下问题：电气噪声干扰传输线路；强电磁（雷电）冲击；数字电路对模拟电路的干扰等。
针对上述问题的产生，本传输电路在硬件设计方面主要采取以下措施:
1) 对于芯片闲置的引脚，在不影响系统的逻辑功能的情况下接地或接电源。
2) 布线时，电源线和地线尽量粗。这样不但有利于减少压降，更重要是的是降低耦合噪声。
3) 布线时尽量减少回路环的面积，以减少感应噪声。避免90度折线，减少高频噪声发射。
4) 晶振布线时，晶振和单片机引脚尽量靠近，晶振下方尽量不要走线。
5) 采用光耦元件实现RS-485接口的电气隔离。这种方案可以承受高电压、持续时间较长的瞬态干扰，实现起来也比较容易。
6) 旁路保护方法。利用瞬态抑制元件TVS管，将具有危害性的瞬态能量旁路到大地。
7) 将电源地和模拟地相隔离，通过0欧的电阻相连。将电源地和RS-485地相隔离，通过磁珠相连。
8) 正确地处理“模拟地”与“数字地”。数字电路是非线形的，逻辑门的开关都会产生电流冲击，所以在数字地上高频扰动很强烈。因此，数字地与模拟地不能有共同路径或者环路，只应单点连接。
RS-485信号传输的具体电路如图1所示
图1 RS-485信号传输电路
2 软件抗干扰设计
系统的抗干扰措施，除了在硬件上消除干扰外，还必须从软件设计上采取恰当的措施，以便提高系统的可靠性，我们主要采用看门狗(Watchdog)监视系统的运行状态。
看门狗又称程序运行监视器，能有效的防止系统在不可预测的干扰作用下产生的程序执行紊乱，即“程序跑飞”。目前很多MCU都自带有内部看门狗，我们在整机运行是将看门狗打开，如果MCU不能在规定的时间内将Watchdog复位，Watchdog从内部触发RESET中断，将整个系统复位，从而使整个系统重新运行，避免了程序死锁。
信号传输电路的主程序如下：
void main(void)
{
uint idata i,j； 定义i,j为无符号整型变量
WDT_feed()； 为看门狗控制寄存器赋初值
for(i=0;i
{
WDT_feed()； 喂看门狗
DelayMS(30)；
}
InitSystem()； 系统初始化
timer2_run； 定时器2开始工作
while(1) 进入循环
{
WDT_feed()； 喂看门狗
while(!SystemTimerFlag)；当SystemTimerFlag=1，跳出本层循环
TimerTick20ms()； 保证程序的循环周期为20ms
RS23220ms()； RS232函数
KEY20ms()； 键盘输入函数
if(HardFailureFlag)；
{ ；如果RS485通讯失败
RS485StateLedOff()； RS485状态指示灯灭
PizzerOn()； 蜂鸣器鸣叫
}
}
3 结语
本文针对信号在传输过程中受干扰问题，通过实例从软、硬件两方面给出了具体解决措施,极大地提高了系统的稳定性。适用于各种远距离的有线传输系统。
参考文献：
[1] 傅丰林等.电子线路基础[M].西安:西安电子科技大学出版社,2001
[2] 谢金明等.高速数字电路设计与噪声控制技术.北京：电子工业出版社,2003-4
[3] 顾海洲等.PCB电磁兼容技术—设计实践.北京：清华大学出版社,2004-6
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由于受到传统教学模式的影响，我院数字电子技术课程一直沿用比较单一的教学方法，采用“理论—实验—设计” 的教学模式，即将《数字电子技术》、《数字电子技术实验》和《数字电子技术课程设计》三门课程与之对应，分别为纯理论课、纯实践课程和单纯的理论设计。在教学过程中，后者作为前者的后续课程，主观上是为了帮助学生理解理论知识或深化电路基本应用，但由于纯理论讲解枯燥乏味，学生茫然不知所措，因而缺乏主动学习的动力。在实验过程中也不能将理论知识融入其中，弄不懂原理，无法解释实验现象，因而总是疲于应付，交差了事，根本谈不上理论和实践的结合，效果显然不好。在后期的课程设计过程中，学生也只是从理论上设计电路，既不做电路仿真也不进行电路制作，虽然学生在一定程度上对电路功能有了进一步的理解，但实际意义并不大。由此可见，这种模式比较注重教学内容的理论性和系统性，缺乏知识和能力的相互融合，使各环节严重脱节，从而造成了学生不能学以致用，缺乏处理实际问题和解决问题的能力。
为了更好的解决这个问题，我们教学团队大胆提出了“教、学、做合一”的教学思路，使学生能够从实际问题出发，边学边练，极大调动了学生的参与积极性，学习效果显著提高。针对本次教学改革，结合我院实际，具体开展了以下工作。
一、首先，认真挑选教材
为适应高职教育的特点，我们以“必需、够用”为度，认真选取了一本以项目为单元、以应用为主线，将理论知识融入到每一个实践项目中去并有着丰富知识和内容的项目教程，力求通过不同的项目和实例来引导学生，将数字电子技术的基础知识、基本理论融入其中，从而为学生建立一个宽广、针对性和实用性强的知识平台。
二、确定项目内容
由于我们采用的是教学做合一的教学模式，教学内容将紧紧围绕项目进行，因此如何使项目内容具有典型性和可操作性，能不能由简入繁，真正激发学生的学习兴趣就显得尤为重要。我们经过仔细分析和研讨，按层次确定了与教学内容想关的五个项目，主要涉及基本门电路、组合逻辑电路、时序逻辑电路、555应用电路等。在最后的电路设计与制作环节中，我们则选取了综合性较强的“抢答器电路设计”课题，通过电路的仿真、制作、调试和故障排除等，开阔了学生的视野，提高了学生对数字电路的理解和综合应用能力。 三、认真编写训练指导书和报告册
数字电子技术课程的操作性很强，学生操作训练非常重要。一方面可以进一步巩固和加强理论知识，提高解决实际问题的能力，另一方面可以学会使用常用电子测量仪器、学会调试数字电路逻辑功能的方法。由于我院学生的基础较差，理解能力和动手能力相对较差，为了帮助和指导学生顺利完成各个实训项目，我们编写了与实践环节配套的训练指导书，该书共分五个项目，十二个工作任务，内容包括任务要求、任务目标、训练器材、内容和步骤、思考题等，能较全面的指导学生完成各个训练任务。报告册则是与学生操作练习配套的“作业本”，是用于检验学生学习效果、了解学生学习情况的记录本，我们也针对项目要求和结果进行了详细编排。
四、教学方法
（一）根据项目单元所承担的功能，完成项目所应传授的知识和能力，将教学内容分解到每一项目单元中，并根据具体内容采取不同的教学方法及考核方法。
（二）对各个项目之间相互重复与交叉的知识，应进行优化组合，强调知识间的相互联系和衔接，注意知识层次的过渡并加以综合化改造。
（三）理论教学与实践教学相互渗透，理论知识与实践技能考核相互结合，采用“讲练结合”现场教学和“讨论式”课堂交流方式。
（四）实践性教学始终与理论教学紧密结合，将课堂理论教学与仿真实验、电路制作相结合，使学生真正能够在学中做和做中学，达到锻炼自己、提升能力的目的。
（五）教学效果
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基金项目：本文系2013年云南大学本科实践教学能力提升项目的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）02-0115-02
“数字逻辑设计”是计算机及其相关专业承前启后的重要专业基础课，该课程介绍计算机的基本结构——数字电路的原理以及设计方法，是“计算机组成原理”、“计算机体系结构”等后续专业核心课程的必要基础。
在就业形势严峻的背景下，社会和学生都对课程的内容及其实用性提出了更高的要求。计算机专业学生往往将自己未来的职业规划定位于软件开发，因此认为“数字逻辑设计”课程没有太大用处，出现轻视的思想。另外，大部分高校仍以已经过时的小规模通用集成电路作为主要教学内容，进一步加深了学生对“数字逻辑设计”课程无用的错误认识。怎样合理地将基于EDA技术的现代数字逻辑系统设计方法引入课堂和实践教学；将“数字逻辑设计”课程内容和计算机专业学生感兴趣的东西结合，提高学习积极性，为将来从事相关领域的工作打下必要的硬件基础，成为了“数字逻辑设计”课程改革必须解决的问题。[1-3]
一、目前教学工作中存在的问题及其成因
近年来，以数字技术为核心的半导体技术获得了飞跃式的发展，其功能和复杂程度呈几何级数增长。与之对应的是设计技术的规模化和正规化，软、硬件开发人员的职责划分越来越明显。作为偏软件方向的计算机专业的课程，“数字逻辑设计”的教学内容、体系、方法以及实验环节也应随之改变，以培养具有独立工作能力，满足行业需求的高素质人才。与此相反地，当前该课程依然沿用几十年来形成的精英式的大学教育思路，过于强调知识体系和理论深度，而放松对学生运用新知识进行综合设计的能力的培养。另外，“数字逻辑设计”与“电子工程”、“通信工程”等偏硬件专业的“数字电路”课程过于相似，强调电路的物理基础，轻视从宏观的系统层面对数字系统认识，导致教学效果不理想。笔者总结具体原因有以下几点。
1.教学内容脱离工程实际和学生实际情况
在严峻的就业形势下，学生都很关心学习所学课程到底能做什么，为自己提供怎样的竞争力。随着EDA技术的高度发展，基于CPLD和FPGA等可编程逻辑器件的数字系统设计技术已成为主流技术。然而目前大部分教材仍然采用传统理论教科书的编写方式，以“讲理”为主，过分强调双极性工艺的74系列门电路的实现方式，对EDA技术涉及不多。如果教师仍然采用“填鸭式”教学方法教授已经过时的知识，自然无法调动学生的积极性。
2.对不同专业的差异化教学问题注意不足
在软、硬件设计分工差异化的大背景下，应该将“数字逻辑设计”的教学重点放在系统级的设计，而对于门级电路的设计则只需要达到“知其然”的程度。在教学内容、教学体系、教学方法以及实验等具体教学环节上，应与“电子工程”、“通信工程”等偏硬件专业保持合理的差异化。
3.实践教学内容陈旧，无法满足社会对计算机人才的需求
当前实践教学内容多为验证74系列芯片的功能，而计算机相关专业的课程定位应是“理解计算机底层工作原理”，这种基于中小规模集成电路的验证性实验显然与专业定位不吻合。
4.连线式的数字电路实验箱（板），无法使学生建立对现代数字系统的感性认识
高等学校实验设备多采用“傻瓜式”的设计思路，即将实验电路尽量“功能化”和“模块化”，学生只需要在不同功能模块之间连线即可完成硬件设计。诚然，这在降低了实验难度的同时，提高了实验速度，降低了教师讲授实验课和维护实验室的难度。但 “连线式”的设计使学生不明白实验箱（板）上分离的一个个插孔是如何构成系统的，更无从谈到对计算机系统的感性认识。[2]
5.课程考核方式不科学
部分学生采用死记硬背的方式“对付”期末考试，常常出现“高分低能”现象。评价方式在无形中造成学生对实践环节学习的轻视心理，部分学生的学习以成绩合格为目标，忽视能力的获得。
二、“数字逻辑设计”的教学改革方案
综合考虑上述问题，笔者所在的教学团队认为，合理地取舍原有教学内容并将EDA技术引入教学，是提升教学水平和学习积极性的有效手段，并进行了一系列教改尝试。
1.结合学科发展和学生实际情况，合理优化课堂教学内容，提升其实用性
如前所述，数字系统设计已经进入电子设计自动化的“EDA时代”，作为计算机专业的课程，更有必要对传统教学内容有所取舍，做到“有所为，有所不为”。一方面，在保证为后续课程提供必要基础知识的同时，对于陈旧过时的理论加以扬弃；另一方面，必须对于近年来出现的，改变行业面貌的新技术有所涉及。
在传统教学内容的选取上，应秉承“必须”和“够用”的原则，[4，5]对后续课程较难理解的“组合、时序逻辑电路分析、设计方法”、“半导体存储器”等内容应保留较多的课堂教学时间，而对于“门电路的实现方法”、“竞争与冒险”等内容，则应大幅度地降低课堂教学时数。总体来讲，基本取消了74系列中小规模器件的课堂教学时间，而将时间用于进行“原则性”和“说理性”的教学，旨在帮助学生建立“计算机是由什么东西构成的”、“设计计算机时采用了什么原理”等系统性的基本概念。
在EDA新技术的扩展方面，教学团队根据计算机专业学生喜欢编程的特点，在教学中引入了硬件描述语言和可编程逻辑器件（PLD）两方面的内容。硬件描述语言Verilog HDL在语法上接近C语言，而C语言是计算机专业先修课程，学生掌握起来较容易。课堂教学采用了传统内容和描述语言穿行的方式，既保证了教学进度，又能防止学生出现“硬件描述语言和实际电路脱钩”的通病。可编程逻辑器件的教学，则安排在传统教学方案中进行“门电路实现”的学时进行，并将可编程逻辑器件的教学重点放在介绍CPLD和FPGA的原理及其常见问题。根据学生实际情况，还引入数字电路在计算机系统中的应用实例，以提升学生的学习兴趣。例如：加法器、乘法器的实现，点阵LED显示屏的显示与控制，PS/2鼠标键盘控制等内容，不但能帮助学生建立学以致用的学风，而且能够很好地回答学生“‘数字逻辑设计’课程有什么用”这样的问题，提高了学习积极性。
2.根据计算机相关专业学生实际情况，改革实践教学内容和手段
基于实验箱的实验存在诸多问题：首先，不利于学生建立系统观念，而将思路束缚于微小且具体的局部问题。其次，将“培养动手能力”这一广义的命题，狭隘地局限为“能够正确地完成连线”，不符合能力培养的要求。且在实际实验过程中，由于实验设备长期使用，往往由于接触不良等非关键因素造成实验失败，使学生失去学习兴趣。针对实践教学中凸显的问题，教研组采取了以下措施。
首先，将ModelSim和Multisim等EDA仿真软件引入实践教学。由于数字电路的仿真技术已经非常成熟，仿真结果和实际实验结果基本相同。采用软件仿真工具能够将学生从大量的连线工作中解脱出来，把精力集中在“数字系统的设计”本身，提高了实践教学的效率，且方便学生实现更为复杂的逻辑设计。
其次，采用FPGA作为实际动手的实验平台，开发了一种符合计算机专业“数字逻辑设计”教学需要的低成本FPGA实验板——Innovator_FPGA。在实践教学环节中，首先指导学生利用该实验平台，在Quartus II环境中首先采用原理图输入方式完成基本的验证性实验，以熟悉开发工具；然后采用硬件描述语言分别实现加法器、减法器、逻辑移位器等CPU必须的逻辑功能；最后指导学有余力的学生将上述模块综合为一个ALU（算术逻辑单元）。通过训练，学生们发现“数字逻辑设计”与自己天天打交道的计算机有着如此密切的联系，为将来的“计算机体系结构”课程打下了坚实的基础。
3.引导学生通过多种途径学习，改革课程考核方式，培养自学能力和创新能力
电子信息技术发展迅速，任何人都无法在大学阶段获取一生所需的所有知识，学生必须培养自己的自学的能力。教师引导学生采取以下方式自学：
（1）通过网络学习交流，推荐以下网站：可编程逻辑器件网（.cn）、周立功公司网站（）、水木清华（＼学术交流＼电路设计）以及Altera公司官网论坛等。
（2）参与各种竞赛和学生课外科技活动，包括：全国大学生电子设计竞赛、挑战杯和Atlera大学生论文竞赛等。
（3）鼓励学生参与国家级、省级和校级的学生科技立项活动。
另外，课程考核是引导学生培养创新能力的指挥棒，也是帮助教师纠正教学方法的重要手段。在参考兄弟院校经验的基础上，[4-6]教学团队逐渐形成了自己的考核方式：成绩分为课程设计（占30%）、机考（占30%）、笔试（占40%）三个部分。其中课程设计部分要求学生在Innovator_FPGA实验板上设计具有一定功能的数字电路模块，最后根据设计理念的创新性、功能的实现程度和书面报告三者综合，给出课程设计成绩。机考部分要求学生在实验室现场完成一个简单模块的设计，以检验其软件仿真和调试能力。笔试部分则在减少客观题型的基础上，增加电路设计、HDL程序设计等主观性题型的比例。
三、结论
在进行课程改革的数年间，在上述一系列综合措施的促进下，学生的学习热情和创造激情得到了释放。同学们纷纷在实验室和宿舍利用廉价的实验套件开展学习、竞赛和科研活动，取得了一定的成绩，获得全国大学生电子设计竞赛国家级和省级奖项数十项，另外还获得国家级大学生科研立项三项，挑战杯科技作品竞赛获奖多项。越来越多的同学通过“数字逻辑设计”课程的学习建立了现代数字系统的概念，提高了自己的创新能力和综合素质。
参考文献：
[1]官骏鸣，汪虹.计算机专业《数字电路技术》课程教学改革[J].黄山学院学报，2011，13（3）：108-110.
[2]于玉婷.EDA技术渐进式教学方法探讨[J].电脑知识与技术，
2011，7（11）：8354-8355.
[3]吕燚，邓春健，黄杰勇.利用EDA技术全面改进数字电路课程教学[J].福建电脑，2008，（6）：208-209.
[4]邹海云，高胜东，邓娜.《脉冲与数字电路》课程教学改革研究[J].实验科学与技术，2007，（1）：71-74.
篇11
二、变革教学理念与模式
CDIO（构思、设计、实施、运行）理念，是目前国内外各高校开始提出的新型教育理念，将工程创新教育结合课程教学模式，旨在缓解高校人才培养模式与企业人才需求的冲突。在实际教学过程中，结合黑龙江大学集成电路设计与集成系统专业的“数模混合集成电路设计”课程，基于“逐次逼近型模数转换器（SARADC）”的课题项目开展教学内容，将各个独立分散的模拟或数字电路模块的设计进行有机串联，使之成为具有连贯性的课题实践内容。在教学周期内，以学生为主体、教师为引导的教学模式，令学生“做中学”，让学生有目的地将理论切实应用于实践中，完成“构思、设计、实践和验证”的整体流程，使学生系统地掌握集成电路全定制方案的具体实施方法及设计操作流程。同时，通过以小组为单位，进行团队合作，在组内或组间的相互交流与学习中，相互促进提高，培养学生善于思考、发现问题及解决问题的能力，锻炼学生团队工作的能力及创新能力，并可以通过对新结构、新想法进行不同程度奖励加分的形式以激发学生的积极性和创新力。此外，该门课程的考核形式也不同，不是通过以往的试卷笔试形式来确定学生得分，而是以毕业论文的撰写要求，令每一组提供一份完整翔实的数据报告，锻炼学生撰写论文、数据整理的能力，为接下来学期中的毕业设计打下一定的基础。而对于教师的要求，不仅要有扎实的理论基础还应具备丰富的实践经验，因此青年教师要不断提高专业能力和素质。可通过参加研讨会、专业讲座、企业实习、项目合作等途径分享和学习实践经验，同时还应定期邀请校外专家或专业工程师进行集成电路方面的专业座谈、学术交流、技术培训等，进行教学及实践的指导。
三、加强EDA实践教学
首先，根据企业的技术需求，引进目前使用的主流EDA工具软件，让学生在就业前就可以熟练掌握应用，将工程实际和实验教学紧密联系，积累经验的同时增加学生就业及继续深造的机会，为今后竞争打下良好的基础。2009—2015年，黑龙江大学先后引进数字集成电路设计平台Xilinx和FPGA实验箱、华大九天开发的全定制集成电路EDA设计工具Aether以及Synopsys公司的EDA设计工具等，最大可能地满足在校本科生和研究生的学习和科研。而面对目前学生人数众多但实验教学资源相对不足的情况，如果可以借助黑龙江大学的校园网进行网络集成电路设计平台的搭建，实现远程登录，则在一定程度上可以满足学生在课后进行自主学习的需要。其次，根据企业岗位的需求可合理安排EDA实践教学内容，适当增加实践课程的学时。如通过运算放大器、差分放大器、采样电路、比较器电路、DAC、逻辑门电路、有限状态机、分频器、数显键盘控制等各种类型电路模块的设计和仿真分析，令学生掌握数字、模拟、数模混合集成电路的设计方法及流程，在了解企业对于数字、模拟、数模混合集成电路设计以及版图设计等岗位要求的基础上，有针对性地进行模块课程的学习与实践操作的锻炼，使学生对于相关的EDA实践内容真正融会贯通，为今后就业做好充足的准备。第三，根据集成电路设计本科理论课程的教学内容，以各应用软件为基础，结合多媒体的教学方法，选取结合于理论课程内容的实例，制定和编写相应内容的实验课件及操作流程手册，如黑龙江大学的“CMOS模拟集成电路设计”和“数字集成电路设计”课程，都已制定了比较详尽的实践手册及实验内容课件；通过网络平台，使学生能够更加方便地分享教学资源并充分利用资源随时随地地学习。
篇12
PBL全称为Problem—Based Learning，被翻译成“基于问题学习”或“问题式学习”。其基本思路是以问题为基础来展开学习和教学过程[2]。PBL教学法是以问题为基础，以学生为主体，以小组讨论形式，在老师的参与和指导下，围绕某一具体问题开展研究和学习的过程，培养学生独立思考能力[3]。如今PBL教学已经成为美国教育中最重要和最有影响力的教学方法。
1 研究背景
1.1 数字逻辑课程的内容及其教学中存在的问题
数字逻辑课程的主要内容包括数字逻辑基础和数字电路两个部分，在学习过程中学生应把握好这两条贯穿整个课程的主线。数字逻辑基础是研究数字电
路的数学基础，教师在教学中应使学生明确数字电路中逻辑变量的概念，掌握逻辑代数(布尔代数)的基本运算公式、定理，能够熟练对逻辑函数进行化简。数字电路是解决逻辑问题的硬件电路，包括组合逻辑电路和时序逻辑电路两种基本形式。对于每一种电路形式，教师应指导学生从基本单元电路入手，熟悉其常用中规模集成电路的原理及使用方法，掌握数字电路(组合和时序电路)的分析和设计方法，并了解数字系统的现代设计方法。
我们根据教学内容，总结数字逻辑课程具有以下几个特点：
1) 数字逻辑课程是一门既抽象又具体的课程。在逻辑问题的提取和描述方面是抽象的，而在逻辑问题的实现上是具体的。因此，学习中既要务虚，又要务实。
2) 理论知识与实际应用紧密结合。该课程各部分知识与实际应用直接相关，学习中必须将理论知识与实际问题联系起来，真正培养解决实际问题的能力。
3) 逻辑设计方法灵活。许多问题的处理没有固定的方法和步骤，很大程度上取决于操作者的逻辑思维推理能力、知识广度和深度、以及解决实际问题的能力。换而言之，逻辑电路的分析与设计具有较大的弹性和可塑性。
笔者发现在实际教学过程中存在以下一些问题。
1) 在教学方式上，很多教师仍然在以“满堂灌”的教学方式为主，整堂课以教师为中心，教师将书本上现成的内容、公式、定理、结论讲授给学生，这使学生不能主动地去思考和探索，只能机械地记忆若干公式定理结论，长期下去会使学生失去学习兴趣。
2) 在实验实践环节上，一些教师侧重理论知识的讲授，忽视实验实践环节，致使学生在面对具体应用问题时手忙脚乱，不知道如何运用所学的知识去解决问题。在实验方案的选择上，一些教师以传统实验为主，扩展性不足，使学生无法与实际工程项目接轨，不能很好地解决实际问题。
1.2 PBL教学的内涵
在传统教学中，我们习惯于把知识的获得和应用看成是教学中两个独立的阶段。实际上，知识的应用并不是知识的套用，在应用知识解决有关问题的过程中，学习者常常需要针对当前的具体问题进行具体分析，在原有知识的基础上建构出解决当前问题的方案。因此，应用知识解决问题的过程同样是一个建构过程，在解决问题的过程中，学习者需要对问题背后所隐含的基本关系、基本规律做思考、分析、考察，从而建构起相应的知识。
以问题为导向的教学方法(PBL)是基于现实世界的以学生为中心的教育方式，与传统的以学科为基础的教学法有很大不同，PBL 强调以学生的主动学习为主，而不是传统教学中的以教师讲授为主；PBL 将学习与更大的任务或问题挂钩，使学习者投入于问题中；它设计真实性任务，强调把学习设置到复杂的、有意义的问题情景中，通过学习者的自主探究和合作来解决问题，从而学习隐含在问题背后的科学知识，形成解决问题的技能和自主学习的能力，真正提高学习者分析问题、解决问题的能力。
当今的建构主义者越来越重视问题在学习中的作用，以问题为中心，以问题为基础，让学生通过解决问题来学习，通过高水平的思维来学习，这是当今教学改革的重要思路。
2 PBL教学模式在数字逻辑课程中的应用
2.1 教材选择
针对PBL教学法，根据计算机工程专业的特点，笔者选择由欧阳星明主编、华中科技大学出版社出版的《数字逻辑》(第四版)作为基础教材，由欧阳星明主编、人民邮电出版社出版的《数字电路逻辑设计》作为参考教材。选择教材的目的是理论和实践相结合，每本教材各有其侧重点。
2.2 PBL教学法的教学设计
在“基于问题学习”模式的课堂中，教师是指导者，学生是活动的主体，它要求学生要会主动地去寻找学习中的问题，然后带着问题，在自己能力所及的范围内概括和应用知识，运用各种已有的知识和科学的方法去分析问题和解决问题。其教学目标立足于培养学生灵活的知识基础，发展高层次思维能力、自主学习能力以及合作学习能力。基于问题学习体现在课堂上，最突出的特点就是促使学生积极参与到学习中去，成为积极主动的学习者，从而去努力学习新的知识和技能，并能逐渐把所学知识整合，最终达到用知识来解决问题的目的。 转贴于
作者在多年教学经验基础上，针对PBL教学模式，提出“2+2”教学方案，包括4个教学环节：提出问题解决问题方案讨论总结评价。
在上述4个环节中，教师主要参与提出问题环节和总结评价环节，学生主要参与解决问题环节和方案讨论环节。下面具体说明各个环节的设置。
1) 提出问题。
提出问题环节是教学方案中的第一个环节，也是教师参与的第一个环节。在这个环节中教师应该根据所讲课程内容的不同设计出不同的问题，好的问题是整个学习过程中的关键。一个好的问题能够充分调动学生自主学习能力以及合作学习能力，使学生参与到学习过程中，调动学生学习热情。
笔者讲到组合逻辑电路设计时，提出的问题是设计一个全加器，用硬件描述语言VHDL进行描述并在试验箱上进行实现，同时还给出一个已经设计好的参考例程，共学生参考学习；在讲到时序逻辑电路设计时，提出的问题是设计一个汽车尾灯控制器，并对选用的逻辑门器件进行了要求。
这个环节的实施能够提高学生的学习积极性，使学生产生学习需求，培养了学生的问题意识。
2) 解决问题。
解决问题环节是以学生为主体的环节，是学生对老师提出的问题进行解决。在这个环节中，老师首先对学生进行分组，根据学生学习情况，以5～7个人为一组。学生接受任务后学习兴趣提高，小组成员进行分工，采取各种方法来完成任务。每个小组共同学习，学习好的同学带动大家一起学习，互相帮助，学生变被动为主动，主动地思考和探索老师所提出的问题，在解决问题的过程中进行学习。在实际解决问题过程中，学生将面临一些困难，如逻辑器件的选择上、语言的描述上、具体问题的实现上，等等。
通过这一环节，教师也感受到同学们的想象力、创造力和动手能力等都是非常强的。
3) 方案讨论。
在方案讨论这个环节中，学生根据学习到的知识对自己所设计的方案进行讨论，积极发言，提出自己的见解，说明自己的理由。教师根据学生们的发言，指出其合理的地方，对其不足的地方进行指正，引导学生解决问题。如在全加器的设计问题中，有的小组采用的是多种逻辑门电路进行设计，有的小组基于经济问题考虑，只采用与非门电路来进行设计，每个小组都详细阐明自己的观点，对自己的设计方案进行论证。
在这个环节，老师应强调放开思路，开拓创新，
鼓励学生进行多途径思考，全方位构思。这样既加强了学生们学习自觉性、开创性，又培养学生更多地进行综合思考，得到更多的锻炼，提高分析和解决复杂问题的能力。
4) 总结评价。
小组必须在规定时间内完成设计开发任务。各个小组分别展示各自成果，其他小组学生提出问题进行互动并相互评价，老师给出点评并比较各自设计的优缺点，最后老师进行总结评价。这个环节中，教师作为主要参与者，一方面要对知识进行系统性的总结归纳，使学生对知识的掌握具有条理性，另一方面还要对学生进行启发式扩展，使学生的知识面更广，同时对一些难点重点再次进行强调，增加学生对知识的理解。
3 结语
数字逻辑是一门理论联系实践比较强的课程，在教学中采用PBL教学模式，不仅可以提高学生掌握知识的能力和培养学生的创造性思维能力，还能提高学生的交流和合作能力。PBL教学可以使得数字逻辑课程目标更好的实现，能够引导学生自主学习，在实际的教学中，取得了良好的教学效果。
参考文献：
篇13
时至今日,由IEEE(国际电气电子工程师协会)举办的ISSCC已经走过了57个年头。集成电路历史上一些里程碑式的创新大都会在ISSCC上首次公布:从1962年仙童公司的TTL(晶体管-晶体管逻辑)电路开辟了数字电路的集成时代,到1968年泰克公司的集成放大器将模拟电路带入集成时代,再到1974年英特尔公司的8位处理器开启了计算普及之门;更不用说多核、高性能CPU、低功耗技术、视频处理器、可编程DSP(数字信号处理器)、WiFi、蓝牙、CCD图像传感器等人们耳熟能详的信息技术。
本次会议设有10个议题:低功耗数字技术、高性能数字技术、存储器、模拟、射频、数据转换器、无线、有线、图像/显示/微电子机械系统/医疗和技术方向。
根据ISSCC公布的论文统计,来自世界多个国家和地区的半导体企业和高校等研究机构共向大会提交了638篇论文,其中有210篇被大会录用。这两个数字分别略高于2009年的582篇和203篇,稍低于2008年的656篇和237篇。从地域上看,北美和欧洲的论文数在国际金融危机最为严重的2008年也处于谷底,分别为78篇和52篇,而今年则达到86篇和59篇。从机构分布上看,在会议上达到或超过4篇的共有15家,其中英特尔以13篇位居其首,而产业界和学术界分别以51%和49%的比例在论文数量上平分秋色。
从注册观众上,今年的观众数量较2009年提高了一成。集成电路产业历来是整个IT产业的风向标,此次会议在论文和观众数量上都有所回升,这对于整个IT产业是个好消息。
我国内地是在2005年、2006年和2008年分别由新涛科技(上海)有限公司、中科院半导体所和清华大学实现了企业、研究机构和高校在ISSCC上论文的零突破。
高性能处理器龙争虎斗
高性能处理器依旧是ISSCC的热门之一,英特尔与AMD、IBM与Sun这两对“冤家对手”,各自在会议上亮出自家的“镇山之宝”。
32nm处理器成为英特尔与AMD比武的擂台。英特尔在其《Westmere:32nm IA处理器家族》的论文中,披露了32nm 处理器Westmere系列的技术细节。Westmere在性能上从45nm处理器Nehalem的4内核/8线程提升到6内核/12线程,L3 缓存从8MB提升到12MB,晶体管数量则从7.31亿个增加到11.7亿个。得益于32nm制程技术,6个内核的Westmere的芯片面积(240mm2)甚至略小于4个内核的Nehalem(262mm2)。Westmere还在电源输入端引入了反谐振电路和LC滤波器,以降低电源噪声对QPI总线和DDR时钟的干扰。
AMD没有出现在ISSCC统计的论文达到或超过4篇的统计名单中,它在《32nm SOI CMOS下实现的x86-64内核》的论文中介绍了未来AMD 32nm处理器内核的一些特征:采用SOI技术,主频超过3GHz,单个内核的功耗控制在2.5W~25W之间。
在RISC处理器上,IBM了性能较之上代产品POWER 6有近5倍提升的处理器POWER 7,这种计算性能的大幅提升,在当今处理器的更新换代中还是罕见的。POWER 7拥有8个内核,每个内核含4个线程。POWER 7采用45nm SOI工艺,它将原有外置的L3缓存集成到芯片上,每个内核拥有4MB的L3缓存,整个芯片的L3缓存高达32MB,芯片面积为467mm2。
被Oracle纳入旗下的Sun在会上介绍了UltraSPARC家族的下一代产品的技术特征:采用40nm制程、16内核、128线程。这一信息的披露给UltraSPARC的用户带来些许的安慰,但Sun能否将其付诸实施,那还要Oracle说了算。
英特尔还在会上介绍了采用SoC(片上系统)技术的48内核处理器Message passing。这款被称之为“SCC”(单芯片云计算)的处理器,除了在数据吞吐方面独具匠心外,其工作频率和电压分别设有28档和8档,可以分别独立调节,从而有效地降低了功耗。
综观高端处理器设计,各家都有自己的独门绝技,而各家共同关注的依旧是在降低功耗的同时通过增加内核数量来提升整体性能。
低功耗处理器跨越1GHz门槛
与高端处理器将对性能的追求放在首位不同,降低功耗成为低功耗处理器的第一诉求。如今,伴随着智能手机、消费电子产品以及其他嵌入式应用的发展,性能的提升已经成为低功耗处理器亟待解决的问题。
以未来智能手机的需求为例,它要求具有主频到达GHz量级,高达100Mbps的数据传输率,而且智能手机的总功耗应该限制在1W水平上。通常,功耗和计算性能如同鱼与熊掌一样不可兼得。于是,一些创新的技术被引入低功耗处理器的设计之中。
英特尔在本次ISSCC上介绍了一种采用45nm工艺的自适应处理器原型。这种处理器内核应用错误诊断和错误恢复电路,实现了降低电压和提高主频两个目的,该处理器在0.8伏这个超低的、接近门限电压的工作电压下,性能提高了22%。与此同时,该芯片1.3GHz的主频也使得低功耗处理器的主频突破了1GHz的门槛。
