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時(shí)間：2023-04-14 17:10:25
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由于集成電路技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的高度發(fā)展,設(shè)計(jì)自動化的觀念和EDA工具的使用水平已成為度量工程師能力的一個(gè)重要方面。國內(nèi)各高校都投入了大量的人力物力建立EDA實(shí)驗(yàn)室。EDA實(shí)驗(yàn)環(huán)境的硬件、軟件和服務(wù)水平在某種程度上已成為衡量該校硬件水平、教學(xué)水平和辦學(xué)水平的一個(gè)重要標(biāo)志。我校在教育部電工電子教學(xué)基地的建設(shè)過程中,始終對EDA的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)環(huán)境的建設(shè)給予了足夠地重視,專門成立了EDA(實(shí)驗(yàn))中心,旨在負(fù)責(zé)全校EDA實(shí)驗(yàn)教學(xué),EDA項(xiàng)目開發(fā)和新技術(shù)推廣工作。經(jīng)過近兩年的建設(shè),EDA中心已初具規(guī)模,為全校的EDA教學(xué)提供了良好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境,促進(jìn)了我校電類現(xiàn)代化課程教育的發(fā)展。
1EDA實(shí)驗(yàn)環(huán)境的建設(shè)
EDA(實(shí)驗(yàn))中心的建設(shè)起始于1998年初,學(xué)校先后投入資金近百萬元,第一期工程建立起配備有40臺Pentium166MMX微機(jī)的多媒體實(shí)驗(yàn)室和硬件實(shí)驗(yàn)室各一個(gè);1999年進(jìn)行了第二期工程,又建起了一個(gè)包含40臺PentiumⅡ400微機(jī)和兩臺專用服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室和一個(gè)管理辦公室。并進(jìn)行了軟件建設(shè)和有關(guān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開發(fā)。到目前為止已建立起的軟硬件環(huán)境如表1。
在EDA中心的建設(shè)中,我們遵循以下原則:
(1)創(chuàng)建一流具有EDA特色的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。EDA的實(shí)驗(yàn)環(huán)境的好壞在某種程度上直接影響電類學(xué)生對現(xiàn)代化技術(shù)的掌握,同時(shí)EDA的實(shí)驗(yàn)環(huán)境也是一個(gè)窗口,代表了一個(gè)學(xué)?，F(xiàn)代化教學(xué)的形象。EDA中心的建設(shè)不應(yīng)等同于一般的計(jì)算中心或機(jī)房的建設(shè),應(yīng)該具有EDA特色,那就是要有豐富的EDA軟硬件支持,要有得力的指導(dǎo)開發(fā)力量。為了建設(shè)好一流的EDA實(shí)驗(yàn)環(huán)境,我們成立了專家指導(dǎo)小組指導(dǎo)環(huán)境的建設(shè),并多次派人到EDA教學(xué)較好的學(xué)校去參觀學(xué)習(xí)。為了體現(xiàn)時(shí)代的特點(diǎn),我們將中心80臺機(jī)器內(nèi)部互連,整個(gè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)完全按照Internet技術(shù)規(guī)范設(shè)計(jì),能提供全套Internet服務(wù)。中心內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)還通過Linux網(wǎng)關(guān)與校園網(wǎng)相連。服務(wù)器采用WindowsNT4.0、Linux5.0、Net-ware3.12,工作站安裝了DOS6.22、Win-dows98(中、英文)、WindowsNT、Linux等操作系統(tǒng)。
(2)嚴(yán)把質(zhì)量關(guān),高質(zhì)量完成建設(shè)。EDA所有軟硬件設(shè)備的引進(jìn)都經(jīng)過認(rèn)真市場調(diào)查研究,并嚴(yán)格的檢測,對不合格的產(chǎn)品堅(jiān)決清除。如曾進(jìn)一批微機(jī),檢測后發(fā)現(xiàn)配置與樣機(jī)不符,立刻退貨,重新購置。軟件的建設(shè)對EDA來說是體現(xiàn)特色的關(guān)鍵性建設(shè),盡管EDA軟件投資較大,為保證實(shí)驗(yàn)質(zhì)量,劃出專項(xiàng)資金,引進(jìn)許多最新的正版EDA軟件。
(3)加強(qiáng)外聯(lián),尋求多方支持。EDA教學(xué)的開展需要許多方面的技術(shù)支持,為了做好這方面的工作,我們加強(qiáng)了校際之間的技術(shù)交流以及與EDA軟硬件開發(fā)商家的聯(lián)系,可以從中得到了許多必不可少的幫助,如東南大學(xué)贈送給我們不少非常有用的EDA軟件和設(shè)備,美國Altera公司通過其大學(xué)項(xiàng)目贈送給我們專業(yè)版和網(wǎng)絡(luò)版的Max+PlasⅡ軟件開發(fā)工具等。
(4)鼓勵師生開發(fā)EDA教學(xué)項(xiàng)目。我校EDA教學(xué)項(xiàng)目的開發(fā)進(jìn)行得比較早,并已取得了不少成就,EDA中心成立后更加強(qiáng)了這方面工作的開展,目前已自行開發(fā)并用于教學(xué)有ISP和FPGA等實(shí)驗(yàn)裝置,全定制的A-SIC實(shí)驗(yàn)環(huán)境也正在緊鑼密鼓地準(zhǔn)備中。
(5)勤儉節(jié)約,變廢為寶。EDA的某些硬件實(shí)驗(yàn)對微機(jī)要求并不高并且有可能對微機(jī)產(chǎn)生傷害,為此我們從校計(jì)算中心等地方找來約20臺淘汰了的386和486微機(jī),建成了硬件機(jī)房,很好地解決了這類問題并節(jié)約了不少資金。
中國-2EDA實(shí)驗(yàn)環(huán)境的管理
我校的EDA實(shí)驗(yàn)環(huán)境主要面向電子工程系和自動控制系學(xué)生,行政上掛靠電子工程系。為了便于協(xié)調(diào)管理,兩系分別任命了兼職正副主任負(fù)責(zé)中心的建設(shè)和日常管理。
在EDA(實(shí)驗(yàn))中心的日常管理中我們努力做到:
(1)全心全意為EDA教學(xué)服務(wù)。EDA(實(shí)驗(yàn))中心建立的主要目的之一就是為全校師生的EDA教學(xué)實(shí)驗(yàn)提供方便。為了做好服務(wù)工作,我們盡力滿足師生的要求。如有教師希望通過網(wǎng)絡(luò)授課,我們引進(jìn)了Lanstar網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)軟件。有教師需要提供語音教學(xué)服務(wù),我們購買了無線話筒。有一些國外引進(jìn)的EDA軟件需要用英文操作系統(tǒng),中心工作人員經(jīng)過多次試驗(yàn),使中英文操作系統(tǒng)能夠方便地切換。中心的Internet網(wǎng)及打印機(jī)等設(shè)備也均向師生開發(fā)。
(2)開放式的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。中心除正常設(shè)備維護(hù)日外,保持全日制開放。開放時(shí)除了安排一般值班人員外,還經(jīng)常安排對EDA技術(shù)熟悉的教師或研究生進(jìn)行現(xiàn)場指導(dǎo),學(xué)生可以自由地上機(jī)實(shí)習(xí)。
(3)不斷推廣EDA新技術(shù)。EDA技術(shù)的發(fā)展速度非?？?我們利用中心與外界聯(lián)系較多的優(yōu)勢,不斷向師生推薦EDA新技術(shù)和新方法。如我們曾請經(jīng)銷商來介紹最新版本的PADS、EWB等EDA軟件的特點(diǎn)和使用方法,與東南大學(xué)EDA實(shí)驗(yàn)中心合作舉辦了兩期全國性的EDA研討班。
3效果分析
(1)EDA中心自投入使用以來,已為電類專業(yè)的學(xué)生開設(shè)了“電路”、“電子線路”、“數(shù)字電路”、“信號與系統(tǒng)”等十多門課程的上百個(gè)實(shí)驗(yàn),部分實(shí)驗(yàn)還延伸到非電類專業(yè)的“電工學(xué)”課程中;每年還有幾十名本專科生和研究生在這里進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)和課題上機(jī)?？偵蠙C(jī)時(shí)數(shù)已達(dá)4萬機(jī)時(shí)。
(2)EDA中心的構(gòu)建,推動了我校多門類課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法的改革。就數(shù)字電子課程而言,迫切需要充實(shí)現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法,EDA中心的服務(wù)為此創(chuàng)造的必要的條件。由于EDA中心的大量工作,使教師可以在課常上集中精力和時(shí)間與學(xué)生一起共同體驗(yàn)前人創(chuàng)造知識的途徑與方法,而把一些繁瑣的計(jì)算交給EDA工具,學(xué)生通過EDA工具的使用去實(shí)踐他們在課堂上學(xué)到的方法和思路。對電路分析、模擬電子線路、數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)等課也起到了同樣的作用。
(3)開放式的管理,方便了學(xué)生,激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和求知欲。如有一位在給電類提高班講課的教師發(fā)現(xiàn),原擬定通過Lanstar授課系統(tǒng)對學(xué)生講授EWB的使用方法,結(jié)果在現(xiàn)場卻發(fā)現(xiàn),不少學(xué)生已初步學(xué)會了EWB的使用,其原因是他們已主動地到EDA中心,通過自學(xué),進(jìn)入了EDA環(huán)境。這是一個(gè)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的例子。通過這樣的學(xué)習(xí)客觀上提高了學(xué)生的自學(xué)能力,反映了他們高度的學(xué)習(xí)熱情和求知欲,這也為他們將來自行掌握更現(xiàn)代化、更復(fù)雜的EDA工具打下了基礎(chǔ)。
(4)EDA中心成為學(xué)生第二課堂的場地,培養(yǎng)學(xué)生從事科學(xué)研究的能力。如數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的老師利用EDA中心進(jìn)行電子設(shè)計(jì)競賽,取得很好的效果,受到了學(xué)生的歡迎。
該電子設(shè)計(jì)自動化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，不僅要能夠?qū)崿F(xiàn)基本數(shù)字電路功能，而且還要能夠?qū)崿F(xiàn)部分中規(guī)模和大規(guī)模的數(shù)字電路功能。具體設(shè)計(jì)內(nèi)容包括以下這些：（1）數(shù)字時(shí)鐘的設(shè)計(jì)。（2）LED16×16點(diǎn)陣控制器的設(shè)計(jì)。（3）數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)。（4）實(shí)現(xiàn)搶答器數(shù)字系統(tǒng)。（5）實(shí)現(xiàn)電子密碼鎖數(shù)字系統(tǒng)。（6）實(shí)現(xiàn)三色交通指揮燈控制器的數(shù)字系統(tǒng)。（7）實(shí)現(xiàn)簡易電子琴的數(shù)字系統(tǒng)。（8）實(shí)現(xiàn)三層電梯控制器的數(shù)字系統(tǒng)。
1.2實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案
該電子設(shè)計(jì)自動化實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)是基于FPGA/CPLD器件,主要包括四部分，即信號發(fā)生模塊、輸出信息的顯示模塊、擴(kuò)展模塊、FPGA/CPLD芯片通用適配座及芯片編程下載電路。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用了通用適配板與系統(tǒng)功能板分離的結(jié)構(gòu)方式。通用適配板具有完整的下載電路,既可插在系統(tǒng)功能底板上使用,也可單獨(dú)工作。
1.3實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)
根據(jù)電路功能，將其劃分為兩部分，即通用適配板電路和系統(tǒng)功能板電路。這兩部分通過芯片適配接口進(jìn)行連接。1.3.1系統(tǒng)功能板電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能板電路設(shè)計(jì)如圖1，下面是各個(gè)模塊的介紹：（1）7段數(shù)碼管模塊,用于實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字顯示，例如計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)結(jié)果的顯示、頻率計(jì)的頻率顯示、數(shù)字鐘表的時(shí)問顯示及搶答器的倒計(jì)時(shí)顯示等。（2）紅綠燈電路模塊,用于紅綠燈的電路實(shí)驗(yàn)。（3）LED指示電路模塊,用來顯示組合邏輯電路實(shí)驗(yàn)的輸出電平的高低。（4）點(diǎn)陣模塊,用來顯示點(diǎn)陣輸出。（5）時(shí)鐘電路,提供時(shí)序邏輯電路的CLK。（6）狀態(tài)機(jī)電路,由FPGA相應(yīng)的I/O口和狀態(tài)指示電路組成，用于序列信號發(fā)生器、告警器等的設(shè)計(jì)。（7）蜂鳴器模塊。一部分是音樂片電路,當(dāng)有人搶答時(shí)該電路可以放一小段音樂來告知有人搶答；第二部分是電子琴電路,由FPGA送出一定的樂譜頻率，在揚(yáng)聲器上發(fā)出相應(yīng)的譜音。音樂片和電子琴電路通過一個(gè)DIP2的撥動開關(guān)來選擇。（8）鍵盤電路模塊，該模塊用于選擇電子琴的數(shù)字系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、搶答器數(shù)字系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、電子密碼鎖數(shù)字系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。（9）DIP開關(guān)電路,提供輸入端的高、低電平。（10）液晶顯示電路。2.3.2通用適配板的電路設(shè)計(jì)通用適配板由CPLD芯片、下載電路、擴(kuò)展接口電路等部分組成。通用適配板結(jié)構(gòu)框圖見圖2。
2電氣工程及其自動化中存在的問題
2.1能耗大。雖然電氣工程自動化技術(shù)的出現(xiàn)為人類的發(fā)展進(jìn)步做出了巨大貢獻(xiàn)，但是我們不能因此就看不到其本身存在的弊端，其中，擺在當(dāng)前最為棘手的問題就是對于能源的消耗過大。在電氣工程自動的發(fā)展系統(tǒng)本身帶有復(fù)雜性，被應(yīng)用的范圍逐步擴(kuò)大，對于能源的需求量也與日俱增。電氣自動化是以消耗電能為主，作為當(dāng)下最為先進(jìn)的技術(shù)之一，對其本身最為基礎(chǔ)的要求就是要做到在運(yùn)作過程中保證誤差小，并且準(zhǔn)確有效，所以，就需要大批量的電氣設(shè)備共同運(yùn)作，如此，對于電能的消耗可謂是不計(jì)其數(shù)，與我們國家提出的走綠色節(jié)能的可持續(xù)發(fā)展道路存在差距。2.2質(zhì)量水平較低。就現(xiàn)階段的發(fā)展而言，電氣工程自動化技術(shù)已經(jīng)得到的飛速的提升，但縱觀整體發(fā)展情況而言，其質(zhì)量水平還處在發(fā)展低端。尤其是最近幾年，人們對于生活追求的品質(zhì)不斷攀升，相應(yīng)地也加大了對電氣自動化水平的要求，但是我國對這一領(lǐng)域研究的時(shí)間還不是很長，對于相應(yīng)的管理流程和先進(jìn)的發(fā)展模式還不能很好的予以把控，特別是在自動化工廠的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，相關(guān)人員只關(guān)心結(jié)果而忽略過程中的質(zhì)量問題。但是，眾所周知的是，如果電氣的生產(chǎn)質(zhì)量得不到有效的保證，就會發(fā)生一系列的用電事故，嚴(yán)重的會造成爆炸、火災(zāi)等重大安全事故出現(xiàn)，需要引起人們的深思。2.3集成化程度低?！☆櫭剂x，集成化的主要運(yùn)作原理就是把所有需要的東西做還集合工作，上文已經(jīng)提到過，雖然電氣工程自動化近年來的發(fā)展勢頭迅猛，但由于起步過晚， 雖然在努力的向集成化方面靠攏，確切的來說，現(xiàn)在還處于自動化階段，技術(shù)水平發(fā)展有限，集成化技術(shù)還不成熟，各個(gè)體系和功能之間還無法做到有效的集成連接。所以，還達(dá)不到及時(shí)實(shí)現(xiàn)資源的有效共享，在一定程度上影響了電氣自動化功能的發(fā)揮，使電氣自動化工程技術(shù)滯后。
3對電氣自動化工程中節(jié)能設(shè)計(jì)技術(shù)
3.1減少線路傳輸產(chǎn)生的耗損。由于無法對線路上的電流做出改變，所以也只能通過減少電阻來有效降低電能在傳輸中產(chǎn)生的耗損。所以，可以從這幾方面做起，減少導(dǎo)線電阻：（1）使用功率較小導(dǎo)線；（2）使用相對較短的導(dǎo)線。這樣做可以避免在布線過程中少走彎路，減少人員的工作量，有效減少電能耗損，同時(shí)在安裝變壓器時(shí)候與負(fù)荷中心保持較短的距離，也是減少供電的距離；（3）使用截面積大較大的導(dǎo)線，如果條件允許，可以選用較大截面積的導(dǎo)線，有效減少電阻產(chǎn)生的耗損。3.2無功補(bǔ)償。電力系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中，配電設(shè)備中的無功功率占有較大的容量，所以存在較為嚴(yán)重的電能耗損的情況，不僅影響到電壓，還對整個(gè)電能的質(zhì)量造成不良的影響。對使用者來說，無功功率主要表現(xiàn)在功率低，尤其是當(dāng)功率過低的時(shí)候，用戶需要向相關(guān)部門繳納一定的罰款，因此如果說能夠使用合適的無功補(bǔ)償設(shè)備，就可以保證功率的平衡，有效提高供電質(zhì)量。工作人員在操作中要盡量減少對電能不必要的耗損，從而確保電氣工程的安全運(yùn)行。如果導(dǎo)線受到電阻的影響，那么由電機(jī)產(chǎn)生的電能就不能被變壓器更好的吸收，同時(shí)沒被吸收的那些電能在電流傳輸?shù)倪^程中會被釋放出來。同時(shí)由于無功功率產(chǎn)生了一定的作用，因此可以讓電容器和無功功率進(jìn)行抵消。利用電氣相關(guān)設(shè)備在進(jìn)行無功補(bǔ)償時(shí)候，有幾處要格外注意：（1）利用電容器在進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)臅r(shí)候，一定要根據(jù)電壓容量，電壓負(fù)荷，自然功率，目標(biāo)功率等參數(shù)來確定電容器的容量，同時(shí)如果在無功補(bǔ)償?shù)沫h(huán)節(jié)中發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生了諧波，需要通過串聯(lián)定量電抗器來消除諧波；（2）以參數(shù)的物理量來確定無功的電流，功率的參數(shù)，從而有效避免投切振蕩現(xiàn)象。
4結(jié)束語
綜上所述，電氣自動化對于節(jié)能設(shè)計(jì)的要求是為了響應(yīng)綠色生產(chǎn)的理念，也是為了響應(yīng)可持續(xù)發(fā)展的需求，同時(shí)也是時(shí)展的必然趨勢。雖然我國現(xiàn)階段在電氣自動化的節(jié)能設(shè)計(jì)中取得了顯著的進(jìn)步，但是隨著社會的發(fā)展，電氣自動化節(jié)能技術(shù)仍然需要進(jìn)行不斷完善和發(fā)展，不斷優(yōu)化配電設(shè)計(jì)，在科學(xué)利用電力資源的同時(shí)，還需要不斷提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率，并最終達(dá)到節(jié)能的目的。
作者:吳尚坤 單位:山東鋼鐵集團(tuán)日照有限公司
參考文獻(xiàn)
2企業(yè)設(shè)備自動化節(jié)能設(shè)計(jì)
2.1電機(jī)運(yùn)行中的節(jié)能設(shè)計(jì)
電機(jī)拖拽系統(tǒng)是電氣系統(tǒng)一個(gè)較大的電能消耗單元，運(yùn)行方案的不合理及綜合維護(hù)不到位等，都會致使其運(yùn)行低效，造成大量的電能浪費(fèi)。大量的發(fā)熱降低電機(jī)系統(tǒng)綜合使用壽命，基于此，在進(jìn)行電機(jī)運(yùn)行的節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)采用高效可靠、節(jié)能經(jīng)濟(jì)的電氣控制方案。
（1）對于運(yùn)行工況偏離高效區(qū)的功率大、運(yùn)行時(shí)間較長的用電系統(tǒng)利用變頻調(diào)速控制方式改變傳統(tǒng)的繼電器控制方式，進(jìn)而進(jìn)行動態(tài)調(diào)節(jié)電源輸入端電源頻率，利用對電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)控讓整個(gè)電機(jī)拖拽系統(tǒng)的輸出與輸入達(dá)到平衡狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。
（2）交流電機(jī)串級調(diào)速實(shí)現(xiàn)電機(jī)無級平滑調(diào)速，低速時(shí)機(jī)械特性比較硬，特別是晶閘管低同步串級調(diào)速系統(tǒng)。以上調(diào)速系統(tǒng)一方面使系統(tǒng)參數(shù)便于調(diào)整，另一方面接近于理想過渡，調(diào)整性能好，動態(tài)響應(yīng)快，起動時(shí)間短，系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，節(jié)能效果也很理想，應(yīng)當(dāng)推廣應(yīng)用。
（3）為達(dá)到電機(jī)的最佳運(yùn)轉(zhuǎn)工況，可改變電機(jī)的動容量，通過構(gòu)筑合理群控呼梯節(jié)能控制系統(tǒng)，對電機(jī)進(jìn)行合理的調(diào)度分配管理，降低其系統(tǒng)能耗，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。
2.2水泵、風(fēng)機(jī)的節(jié)能設(shè)計(jì)
（1）在滿足工藝情況下，盡量降低揚(yáng)程和流量。
（2）使用高效調(diào)速裝置，如變頻器、串級調(diào)速、液力耦合器、內(nèi)反饋調(diào)速器、電磁滑差調(diào)速器。
（3）降低電機(jī)的富裕容量，提高電機(jī)運(yùn)行效率，減少無功損耗。
（4）改造管路，減少阻力揚(yáng)程損失，減少水泵、風(fēng)機(jī)的總揚(yáng)程和壓力。
（5）根據(jù)用戶的實(shí)際使用情況，對原有風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造，改變風(fēng)機(jī)的氣動性能，使風(fēng)機(jī)在高效區(qū)工作。
2.3配電線路的節(jié)能設(shè)計(jì)
在工業(yè)廠區(qū)的建設(shè)方面，配電線路承載著為設(shè)備輸送電力重?fù)?dān)，用電系統(tǒng)不僅存在因集膚效應(yīng)而產(chǎn)生的線損，還存在功率因素低下、諧波干擾電能質(zhì)量等問題。根據(jù)電力系統(tǒng)構(gòu)架和其他特點(diǎn)，充分考慮對現(xiàn)場實(shí)際情況實(shí)施諧波治理改造，安裝節(jié)電器、省電霸，對電源優(yōu)化處理，同時(shí)優(yōu)化用電系統(tǒng)。為了降低線路傳輸中的電能損耗，減小導(dǎo)線的電阻值極為重要，應(yīng)當(dāng)從以下幾個(gè)方面來進(jìn)行：
（1）導(dǎo)線材質(zhì)的選用方面，應(yīng)當(dāng)選電阻率非常小的材料，這樣有利于線路傳輸中的電能損耗的降低。
（2）縮短導(dǎo)線的長度，特別是在布線的時(shí)候盡量減少彎路。
（3）減小負(fù)荷中心與變壓器的距離，進(jìn)而縮短供電距離。
（4）選用一些橫截面積比較大的導(dǎo)線，增加導(dǎo)線的橫截面積，使得線路傳輸過程中的電能損耗通過降低導(dǎo)線的電阻值而得到有效減少，完成節(jié)約電能的目標(biāo)。
2.4空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)
空氣濕度是造成被控參數(shù)變化的主要原因，加之風(fēng)的大小會改變空氣濕度，在進(jìn)行空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)方面，可設(shè)計(jì)為變風(fēng)控制系統(tǒng)，這樣可改變風(fēng)量的大小，卻不會改變風(fēng)的溫度。運(yùn)用時(shí)，根據(jù)室內(nèi)人數(shù)的變化而變化逆風(fēng)的轉(zhuǎn)速，使得送入房間的風(fēng)量不會出現(xiàn)太大的波動，始終控制在參數(shù)之內(nèi)。另外，在變風(fēng)量的末端采用風(fēng)機(jī)代替風(fēng)閥的形式，使得風(fēng)量的需求可及時(shí)反饋給風(fēng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)控制，在不同需求下，根據(jù)傳感器監(jiān)控的得出的參數(shù)指標(biāo)，進(jìn)行風(fēng)轉(zhuǎn)速的改變，這樣就不會出現(xiàn)系統(tǒng)的過載現(xiàn)象，也在一定程度上減少了維護(hù)的費(fèi)用。
2.5照明設(shè)施的節(jié)能設(shè)計(jì)
廠區(qū)照明設(shè)施的設(shè)計(jì)方面，應(yīng)重點(diǎn)考慮到工業(yè)生產(chǎn)對光照的需求，如進(jìn)行光源強(qiáng)度的合理設(shè)置，避免工業(yè)廠區(qū)因太追求照明條件而造成的能源浪費(fèi)情況。在設(shè)計(jì)時(shí)的燈具選擇方面，首先應(yīng)保證燈具的配光曲線在深、廣照方面趨于平衡，使其發(fā)揮最佳的照明效果，促進(jìn)節(jié)能；此外，應(yīng)采用LED燈替代老式的照明裝置，LED燈是依靠半導(dǎo)體發(fā)光器件將電能直接轉(zhuǎn)化為光能的，剔除了一些中間轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)，減少了電能損耗，還具有發(fā)光的亮度高這一特點(diǎn)，且克服了傳統(tǒng)的老式燈具頻繁閃爍的問題，達(dá)到了節(jié)能減排的目的。
2.對電氣自動化進(jìn)行的積極改進(jìn)立足科技，電氣自動化要充分運(yùn)用新技術(shù)，注重實(shí)用性，開發(fā)新產(chǎn)品，運(yùn)用新材料。在具體實(shí)踐過程中，要側(cè)重自主研發(fā)和創(chuàng)新，將節(jié)能作為重中之重，提出節(jié)能降耗，在運(yùn)行中使用新工藝和新工具，重視思想的創(chuàng)新，尤其是注重網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的應(yīng)用，不斷更新，促進(jìn)與自動化技術(shù)的有機(jī)整合。從信息方面進(jìn)行考慮，電氣自動化的信息化主要突出信息技術(shù)的重要作用。對于設(shè)備的研發(fā)和制造要廣泛采用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)，加快智能化的發(fā)展速度，在電氣工程中，加重網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的使用。
二、電氣工程自動化系統(tǒng)中節(jié)能技術(shù)的體現(xiàn)
選擇合理的變壓器變壓器的損耗會造成電能的浪費(fèi)，但是，其使用范圍有很廣，因此，要注重對變壓器的類型的選擇。首先要注重變壓器自身的能耗，其次，要注重節(jié)能性，減少有功功率的耗損。降低傳輸進(jìn)行中電能的損失電能在傳輸?shù)倪M(jìn)行中，能量損耗無法避免。但是，根本的方式是減小電阻。首先，要重視導(dǎo)線的布局，防止出現(xiàn)彎路，縮短導(dǎo)向的長度；其次，導(dǎo)線材料要進(jìn)行電阻率較??；再次，在統(tǒng)一的條件下，選擇橫截面積較大的導(dǎo)線；最后，靠近負(fù)載中心，減少實(shí)際供電的距離。選擇有源濾波器在實(shí)際操作過程中，要借助對諧波的去除，降低誤操作的頻率，其根本途徑就是使用濾波器。
三、節(jié)能設(shè)計(jì)在電氣自動化中的具體應(yīng)用
1.不斷提升電氣系統(tǒng)的運(yùn)行效率在進(jìn)行電氣設(shè)備選擇的時(shí)候，要注重其節(jié)能的特性，目的是為后期的節(jié)能功能奠定基礎(chǔ)。同時(shí)，還可以對無功功率進(jìn)行補(bǔ)償，對運(yùn)行負(fù)荷進(jìn)行有效均衡，減少電能輸送過程中的損失，這些做法的目的都是為了提升節(jié)能的效果，也可以在設(shè)計(jì)中，對負(fù)荷值進(jìn)行合理調(diào)整，運(yùn)用科學(xué)的設(shè)計(jì)參數(shù)。這樣做的目的是確保系統(tǒng)安裝和運(yùn)行進(jìn)行中，電源的高效、綜合地運(yùn)用，增強(qiáng)設(shè)備運(yùn)行效率，降低能耗。
2.對配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行不斷優(yōu)化電力系統(tǒng)的功能就是為系統(tǒng)安裝提供必須的動力。因此，在具體的配電設(shè)計(jì)中，最基本的就是充分考慮適用性，保障對電氣設(shè)備的有效控制，與此同時(shí)，要達(dá)到用電設(shè)備對供電設(shè)備的綜合要求，對各種不良因素進(jìn)行有效控制。在配電工程中，在達(dá)到設(shè)備有效運(yùn)行的基本要求外，還要保障整個(gè)電力系統(tǒng)的全面、可靠、穩(wěn)定的運(yùn)行，促進(jìn)系統(tǒng)的靈活性，保障操作的便捷性。另外，要全面考慮系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。要重視導(dǎo)線的絕緣性能，在進(jìn)行布線的過程中，要保障合理的絕緣距離，以提升導(dǎo)線的穩(wěn)定性，提升配電和用電的安全性。另外，要做好接地，安排和設(shè)置防雷設(shè)施。
中國研究生電子設(shè)計(jì)競賽從預(yù)備通知到正式比賽有一年時(shí)間的跨度，學(xué)生在此期間通過自命題或?qū)熋}查閱文獻(xiàn)并收集資料，采用最新技術(shù)至最終完成設(shè)計(jì)。競賽中三名學(xué)生組成一隊(duì)。中國研究生電子設(shè)計(jì)競賽命題分筆試和實(shí)踐環(huán)節(jié)命題兩部分。筆試采取統(tǒng)一命題，實(shí)踐環(huán)節(jié)學(xué)生自命題。學(xué)生的一些參賽作品命題具有獨(dú)特的創(chuàng)意，如清華大學(xué)的“可穿戴多媒體無線體域網(wǎng)”;北方工業(yè)大學(xué)的“基于NiosⅡ的商品防偽系統(tǒng)”;華南理工大學(xué)的“視覺跟蹤人機(jī)交互SOC設(shè)計(jì)”;臺灣亞東技術(shù)學(xué)院的“公車動態(tài)資訊系統(tǒng)”;復(fù)旦大學(xué)的“超聲血流分析平臺”;東南大學(xué)的“基于微電子神經(jīng)橋的癱瘓病人肢體康復(fù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)”等作品都具有非常高的科技含量。成都電子科技大學(xué)的作品“新型無創(chuàng)傷式顱內(nèi)壓檢測系統(tǒng)”項(xiàng)目以其極高的商業(yè)應(yīng)用前景，獲得了眾多企業(yè)的青睞。
2推動了教學(xué)工作的開展
十幾年來，許多高校在競賽的推動下開設(shè)了“電子設(shè)計(jì)自動化”課程。一些教師將電子設(shè)計(jì)自動化最新技術(shù)融入研究生教學(xué)。每年的研究生電子設(shè)計(jì)競賽，帶隊(duì)教師通過學(xué)生的設(shè)計(jì)作品了解到其他院校最新教學(xué)及科研現(xiàn)狀，通過互相交流，然后融入各自的教學(xué)中。中國研究生電子設(shè)計(jì)競賽從第六屆開始作品設(shè)計(jì)題目采用自由命題方式，從而使高校學(xué)生的設(shè)計(jì)作品和畢業(yè)設(shè)計(jì)及研究生所從事的科研課題緊密結(jié)合。學(xué)生在有限的競賽時(shí)間內(nèi)完成設(shè)計(jì)，可以說通過比賽進(jìn)一步提高畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的質(zhì)量。
二、研究生電子設(shè)計(jì)競賽模式的探索
1與企業(yè)深層次的合作
中國研究生電子競賽從誕生之日起，就確立了“以企業(yè)為主要推動力“”的發(fā)展思路。企業(yè)提供資金支持、參與題目設(shè)計(jì)與評審，為優(yōu)秀參賽者提供創(chuàng)業(yè)就業(yè)機(jī)會等。前期參與的企業(yè)有中國華大集成電路設(shè)計(jì)中心、深圳華為技術(shù)有限公司、清華同方股份有限公司、Synopsys公司、Cadence公司、MenterGraphics公司、IEEE-SSCS北京分會、深港產(chǎn)學(xué)研基地、深圳市國微電子股份有限公司、深圳市亞科希資訊有限公司、中興通訊股份有限公司、ALTERA公司等。
2嚴(yán)格科學(xué)可行的競賽規(guī)則
電子信息類專業(yè)開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程是對實(shí)踐性要求很嚴(yán)的課程，要求學(xué)生實(shí)踐動手能力強(qiáng)，以此來適應(yīng)相關(guān)崗位技能和創(chuàng)造性的需要，培養(yǎng)具備優(yōu)秀的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神的專業(yè)人才是高等教育院校的任務(wù)。而實(shí)踐與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)在于實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，因此實(shí)踐教學(xué)具有重要的教學(xué)地位，是培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，增強(qiáng)實(shí)踐和創(chuàng)新能力的重要教學(xué)方法。
一、實(shí)踐教學(xué)體系的改革
現(xiàn)階段，電子信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展對實(shí)踐教學(xué)提出了更高的要求，根據(jù)形勢和社會發(fā)展的要求，電子信息類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的創(chuàng)新與改革勢在必行，我們需要構(gòu)建一個(gè)新的實(shí)踐教學(xué)體系。堅(jiān)持以社會需求為主要目標(biāo)，以服務(wù)于社會為主導(dǎo)宗旨，將實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)與理論教學(xué)環(huán)節(jié)合二為一，融為一個(gè)整體，運(yùn)用創(chuàng)新的培訓(xùn)方式培訓(xùn)學(xué)生，以專業(yè)技術(shù)應(yīng)用能力為主線，培養(yǎng)學(xué)生的操作能力、創(chuàng)新能力和理論聯(lián)系實(shí)際的能力，著重培訓(xùn)學(xué)生的基本技能能力和綜合實(shí)踐技能能力。為培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、?shí)際操作能力、獨(dú)立分析問題和解決問題的能力、創(chuàng)新思維能力和理論聯(lián)系實(shí)際的能力，建立科學(xué)合理的實(shí)踐教學(xué)體系，能充分發(fā)揮出實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)勢，有利于提高教學(xué)的質(zhì)量有重要意義，同時(shí)有利于素質(zhì)教育的高度強(qiáng)化。
二、實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的改革
根據(jù)當(dāng)前形勢，對教學(xué)內(nèi)容重新整合，對實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)重點(diǎn)加強(qiáng)，使實(shí)踐與理論密切結(jié)合。實(shí)踐教學(xué)是使學(xué)生深入理解和充分掌握理論知識，學(xué)習(xí)關(guān)于實(shí)驗(yàn)基本理論和基本方法，是提高實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容是教師根據(jù)課程需要設(shè)定一些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，關(guān)于什么原理，學(xué)生很少做出分析。一些設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)，也是教師做出設(shè)計(jì)，學(xué)生用實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行驗(yàn)證。這樣的實(shí)踐教學(xué)方法導(dǎo)致學(xué)生的分析和解決問題的能力得不到提升。在實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的改革方式上主要包括實(shí)驗(yàn)課教學(xué)和課程設(shè)計(jì)兩個(gè)方面。
（1）實(shí)驗(yàn)課教學(xué)方面：增加實(shí)驗(yàn)課教學(xué)的比重，把每門課程的實(shí)驗(yàn)分為四個(gè)方面：由單一驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)變?yōu)閺?fù)雜的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)；要求學(xué)生獨(dú)立思考來完成的比較復(fù)雜的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)；學(xué)生獨(dú)自選題設(shè)計(jì)的綜合性實(shí)驗(yàn)；學(xué)生操作能力的操作性實(shí)驗(yàn)。這四個(gè)層次的實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容由淺至深，逐漸提升學(xué)生的實(shí)踐能力。基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)著重于加深學(xué)生對基本理論和知識的理解與掌握；設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)著重于培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力；綜合性實(shí)驗(yàn)著重于使學(xué)生綜合運(yùn)用本門課程的內(nèi)容，掌握多個(gè)重點(diǎn)和知識點(diǎn)；操作性實(shí)驗(yàn)著重于使學(xué)生加強(qiáng)動手操作與實(shí)踐能力。通過四個(gè)層次的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生會努力提升自己的專業(yè)理論知識，綜合運(yùn)用，完成實(shí)驗(yàn)，做出優(yōu)秀合格的作品。
（2）課程設(shè)計(jì)：課程設(shè)計(jì)是十分重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，它不僅能檢驗(yàn)學(xué)生對理論知識的掌握程度，也是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。其目的是讓學(xué)生能自動自發(fā)的學(xué)習(xí)，牢記理論知識并做到自主創(chuàng)新。課程設(shè)計(jì)任務(wù)要有靈活性，使學(xué)生有較大的創(chuàng)造空間，有充分的創(chuàng)造機(jī)會。教師要多為引導(dǎo)，在授課過程中，不時(shí)提出幾個(gè)實(shí)際問題，讓學(xué)生分組思考并進(jìn)行討論，每組在統(tǒng)一后開始實(shí)施操作。這樣既能提高學(xué)生的積極性，又可以培養(yǎng)其思考問題的能力、理論運(yùn)用能力和創(chuàng)新能力。
三、實(shí)踐教學(xué)方法的改革
電子設(shè)計(jì)自動化技術(shù)是現(xiàn)代電子工程中的一項(xiàng)新技術(shù)，是一種基于計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)之上的設(shè)計(jì)方法。它具有圖形直觀、仿真度高、準(zhǔn)確性高等優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)踐教學(xué)中可以將它運(yùn)用到理論教學(xué)中，在教學(xué)過程中，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)上的不足之處，增加了教學(xué)的趣味性，節(jié)省了教學(xué)時(shí)間，提高了有效率。電子設(shè)計(jì)自動化技術(shù)使學(xué)生接觸到現(xiàn)代工程技術(shù)，運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助分析設(shè)計(jì)，運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)和理論教學(xué)中，提高了實(shí)踐教學(xué)的效果。工程實(shí)踐技術(shù)與基本理論的相互結(jié)合，數(shù)字解析方法與計(jì)算機(jī)輔助方法的相互結(jié)合，是現(xiàn)代教育技術(shù)中的一次重要飛躍。
四、電子設(shè)計(jì)競賽活動的改革
電子設(shè)計(jì)競賽是面向大學(xué)生的科技活動，既有理論設(shè)計(jì)又有實(shí)踐制作，目的是提高大學(xué)生理論知識和實(shí)踐動手能力。給學(xué)生一些電子產(chǎn)品電路的原理圖，對學(xué)生的要求標(biāo)準(zhǔn)提高，學(xué)生可以自主選題，看懂電路原理圖之后，選擇一個(gè)課題并給出其基本的設(shè)計(jì)原理，在教師的監(jiān)督下完成設(shè)計(jì)過程。這樣的活動不僅鞏固了學(xué)生對基本理論知識的理解，而且通過自己親手設(shè)計(jì)掌握了制作步驟和方法，提高了實(shí)戰(zhàn)技能。還可以在校內(nèi)建立電子科技小組，開展形式多樣的活動，讓學(xué)生利用課余活動時(shí)間進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)作，設(shè)計(jì)不同的研究課題，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的熱情，學(xué)生可根據(jù)自己的興趣報(bào)名參加。積極的參加全國、全省的電子設(shè)計(jì)大賽，對培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、動手能力有積極的作用。
五、總結(jié)
本文針對電子信息類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的特點(diǎn)和存在的一些問題進(jìn)行分析，提出一系列的改革措施和設(shè)想，在實(shí)際運(yùn)用中起到良好的效果，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新意識，學(xué)生的綜合能力也有很大程度的提高。電子信息技術(shù)日新月異的發(fā)展，傳統(tǒng)的教學(xué)方式已不能適應(yīng)新形勢的發(fā)展與需要，我們必須要進(jìn)行改革和創(chuàng)新，這是一項(xiàng)長期任務(wù)，是需要長期改革和實(shí)踐的過程，需要長期的研究與探索。
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主管單位：中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會
主辦單位：中國計(jì)算機(jī)學(xué)會
出版周期：月刊
出版地址：北京市
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種：中文
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本：大16開
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中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）28-0052-03
一、引言
進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后，電子設(shè)計(jì)自動化（EDA，Electronic Design Automation）技術(shù)得到了飛速發(fā)展，電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)觀念、設(shè)計(jì)方法發(fā)生了革命性的變化，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法正逐步退出歷史舞臺，而基于EDA技術(shù)的芯片設(shè)計(jì)正在成為電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主流[1]。國內(nèi)EDA技術(shù)的應(yīng)用和教學(xué)工作起步較晚，近年部分大專院校才開始著手有關(guān)EDA的教學(xué)工作，因此我國在這方面的設(shè)計(jì)、研發(fā)人才十分匱乏。擺在我們面前亟待解決的任務(wù)是，在深入進(jìn)行高等院校教育改革的大好形勢下，應(yīng)抓住良好的發(fā)展機(jī)遇，使學(xué)生掌握現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)方法，培養(yǎng)適應(yīng)電子信息技術(shù)快速發(fā)展的專業(yè)技術(shù)人才[2]。EDA是一門實(shí)用性很強(qiáng)的課程，學(xué)生在學(xué)完該課程后必須具備一定的硬件電路設(shè)計(jì)和調(diào)試的能力，因此在教學(xué)中需要不斷地用實(shí)踐訓(xùn)練來強(qiáng)化學(xué)生在課堂所學(xué)習(xí)的理論知識，并使他們達(dá)到能夠獨(dú)立設(shè)計(jì)較復(fù)雜硬件電路的能力[3]。EDA技術(shù)自身的特點(diǎn)也決定了它的學(xué)習(xí)內(nèi)容和方式相比于其他課程具有自身的規(guī)律和獨(dú)特性，在教學(xué)中合理把握其特點(diǎn)、加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)改革，有助于培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。實(shí)踐的主體是學(xué)生，實(shí)踐的手段和方法是利用EDA技術(shù)，與具體項(xiàng)目相結(jié)合是實(shí)踐性要求的另一個(gè)方向[4]。應(yīng)按照“加強(qiáng)基礎(chǔ)、培養(yǎng)能力、提高素質(zhì)、突出創(chuàng)新”的原則，加強(qiáng)實(shí)踐性體系結(jié)構(gòu)的建設(shè)，增加綜合性、設(shè)計(jì)性強(qiáng)的內(nèi)容，鼓勵學(xué)生積極參與到產(chǎn)踐中去，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維能力[5，6]。
二、EDA傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題
EDA是一種新興的設(shè)計(jì)技術(shù)，教學(xué)觀念不能單停留于教會學(xué)生使用軟件工具上，更主要的是對個(gè)人或小組的設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)與加強(qiáng)。在EDA傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師先講解實(shí)驗(yàn)原理和要求，給出示例程序，學(xué)生參照程序在QuartusⅡ軟件平臺上完成編譯、仿真，然后下載到EDA/SOPC實(shí)驗(yàn)箱上進(jìn)行硬件測試。這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法存在很多的不足。
1.實(shí)驗(yàn)靈活性不夠，忽視了學(xué)生的作用。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師給出相應(yīng)的參考程序，讓學(xué)生驗(yàn)證。每個(gè)實(shí)驗(yàn)操作過程都一樣，實(shí)驗(yàn)方法單一，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容比較固定，不能完全滿足實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的要求，不能突出實(shí)驗(yàn)中EDA技術(shù)的實(shí)用性。導(dǎo)致學(xué)生興趣降低，被動應(yīng)付實(shí)驗(yàn)，影響了實(shí)驗(yàn)效果。另外，學(xué)生在做完實(shí)驗(yàn)后只是掌握了軟件設(shè)計(jì)和調(diào)試的技巧，對FPGA電路部分的設(shè)計(jì)和調(diào)試方法卻一無所知，缺少了硬件實(shí)現(xiàn)方面的鍛煉，阻礙了實(shí)踐創(chuàng)新能力的提高。達(dá)不到面向工程實(shí)際的電子設(shè)計(jì)的自主創(chuàng)新性；達(dá)不到學(xué)生設(shè)計(jì)能力、自主創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和與工程實(shí)際相結(jié)合的動手能力的培養(yǎng)；達(dá)不到培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問題、解決問題的能力。不能發(fā)揮學(xué)生的能動性，學(xué)習(xí)的積極性和實(shí)踐能力得不到提高。
2.綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)難開展，阻礙了實(shí)踐創(chuàng)新能力的提高。傳統(tǒng)的EDA實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要是利用系統(tǒng)軟件QuartusⅡ和EDA/SOPC實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行模擬仿真，學(xué)生做的只是按照給定程序進(jìn)行編譯、仿真、引腳鎖定和下載測試，這種實(shí)驗(yàn)方法不能很好地將硬件電路和軟件編程有機(jī)結(jié)合起來，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果不理想，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高。同時(shí)，采用實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)較少，即使是綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，它與應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標(biāo)所要求的硬件實(shí)現(xiàn)、軟件編程過程也相差甚遠(yuǎn)。課程結(jié)束后，學(xué)生雖然對EDA的原理、概念有所了解，但對EDA技術(shù)還是缺乏整體的掌握，與社會需求的差距較大。
三、EDA實(shí)踐教學(xué)改革
1.更新EDA設(shè)計(jì)理念，倡導(dǎo)啟發(fā)性實(shí)踐教學(xué)。引導(dǎo)學(xué)生建立自頂向下的現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念，從傳統(tǒng)搭積木式的自底向上設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向基于可編程邏輯器件的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生的調(diào)研分析、創(chuàng)新能力、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、工程實(shí)現(xiàn)方面的能力與素質(zhì)。對實(shí)踐教學(xué)中的疑難點(diǎn)，加大教師在實(shí)踐教學(xué)中的指導(dǎo)、監(jiān)督、啟發(fā)的作用。這樣充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性和創(chuàng)造性，避免學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中“照葫蘆畫瓢”、“囫圇吞棗”。
2.改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力。傳統(tǒng)的EDA實(shí)驗(yàn)教學(xué)以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，能夠培養(yǎng)學(xué)生綜合能力和創(chuàng)新能力的綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)開設(shè)較少，因此應(yīng)在EDA實(shí)驗(yàn)教學(xué)中增加綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的比重。在保證學(xué)生能起步操作軟件的基礎(chǔ)上，給學(xué)生更多的自主學(xué)習(xí)和研究的機(jī)會，來完成不同的實(shí)驗(yàn)。綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)選題采取廣泛選題方式，對來自教師課題、創(chuàng)新項(xiàng)目、競賽項(xiàng)目、企業(yè)開發(fā)項(xiàng)目等途徑來的題目，在提交明確的設(shè)計(jì)背景、目標(biāo)、任務(wù)和方法，經(jīng)教師審核后可以作為課程綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)題目。這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與學(xué)生日常生活聯(lián)系比較緊密，使學(xué)生可以接受更為實(shí)際、更加系統(tǒng)的訓(xùn)練。綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)最大的特點(diǎn)是沒有現(xiàn)成的模式可循，學(xué)生需獨(dú)立完成軟硬件設(shè)計(jì)和調(diào)試。在調(diào)試過程中，學(xué)生要自己分析解決實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題，在解決問題的過程中進(jìn)一步加深對EDA系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)的理解。綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開設(shè)雖然對學(xué)生來講有一定難度，但因與現(xiàn)實(shí)生活聯(lián)系比較緊密，學(xué)生的興趣比較高，能使學(xué)生從被動應(yīng)付實(shí)驗(yàn)變成主動實(shí)驗(yàn)，更好地培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主能力和創(chuàng)造能力。
3.改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和自主實(shí)驗(yàn)的能力。為了達(dá)到學(xué)生設(shè)計(jì)能力和自主創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中采用“工程導(dǎo)向”的教學(xué)模式。首先，教師給出設(shè)計(jì)任務(wù)，讓學(xué)生明白設(shè)計(jì)要求。其次，學(xué)生自己分析設(shè)計(jì)要求，寫出設(shè)計(jì)方案。在這個(gè)過程中小組成員之間、教師都可以對方案的可行性提出質(zhì)疑，并加以指導(dǎo)解決，實(shí)現(xiàn)了“教”與“做”的結(jié)合，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性和團(tuán)隊(duì)合作精神。再次，學(xué)生根據(jù)方案自己編譯程序，仿真下載測試。在這個(gè)過程中學(xué)生可以充分發(fā)揮電路設(shè)計(jì)能力和自主創(chuàng)新能力?？梢耘囵B(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。最后，教師驗(yàn)收。檢查該設(shè)計(jì)是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并與學(xué)生討論該設(shè)計(jì)是否有優(yōu)化的可能，是否有其他的設(shè)計(jì)方案等，加深對知識的理解并且可以鍛煉學(xué)生的思維廣闊性和創(chuàng)新性。
4.課外EDA實(shí)踐訓(xùn)煉，提高學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。（1）學(xué)生成立EDA創(chuàng)新學(xué)習(xí)小組，利用實(shí)驗(yàn)室的資源，開展EDA軟件編程和硬件設(shè)計(jì)實(shí)踐訓(xùn)練。給學(xué)生提供一個(gè)完善自我、表達(dá)自我的空間和舞臺，能使學(xué)生的想法在實(shí)驗(yàn)室變成產(chǎn)品、變成論文，有利于學(xué)生的個(gè)性發(fā)展和特長發(fā)揮，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力和分析問題、解決問題的能力。（2）鼓勵學(xué)生參與教師的科研項(xiàng)目，引導(dǎo)學(xué)生將FPGA/CPLD的新技術(shù)應(yīng)用到科研項(xiàng)目的設(shè)計(jì)中去。讓學(xué)生輔助教師進(jìn)行設(shè)計(jì)、分析、實(shí)現(xiàn)，并制定測試方案，在實(shí)踐中充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性、想象力和主觀能動性，培養(yǎng)學(xué)生的知識應(yīng)用能力、信息獲取和選擇能力、創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力。按照“興趣感知學(xué)習(xí)探索創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究開發(fā)”這樣一個(gè)循序漸進(jìn)的過程來培養(yǎng)學(xué)生的綜合創(chuàng)新素質(zhì)和研究能力。（3）在課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)中給學(xué)生推出數(shù)量較多的EDA應(yīng)用題目，從而讓學(xué)生利用已有知識對EDA技術(shù)進(jìn)行更深層次的設(shè)計(jì)，啟發(fā)學(xué)生思維，開發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識，從而將實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等多個(gè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)緊密連接起來，形成一種從單元到模塊、從模塊到系統(tǒng)，從仿真到實(shí)驗(yàn)、從實(shí)驗(yàn)到設(shè)計(jì)，從簡單到復(fù)雜的層層推進(jìn)、環(huán)環(huán)相扣的實(shí)踐教學(xué)模式。這種多層次的實(shí)踐教學(xué)，充分調(diào)動了學(xué)生自主實(shí)踐的積極性，并且培養(yǎng)了學(xué)生解決問題的能力，從而切實(shí)提高學(xué)生實(shí)踐活動的效果。（4）組織學(xué)生參與各種形式的學(xué)科專業(yè)競賽，大大提高學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力。如2009年“NEC杯”全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽中，獲省級一等獎3項(xiàng)，二等獎4項(xiàng)，三等獎2項(xiàng)，2010年“高教社&XILINX杯”山東省大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽中，獲山東省一等獎7項(xiàng)，二等獎3項(xiàng)，三等獎3項(xiàng)；2011年“瑞薩”杯全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽中，獲全國二等獎3項(xiàng)，省級一等獎5項(xiàng)，二等獎5項(xiàng)，獲獎層次和數(shù)量居省內(nèi)高校前列。
四、結(jié)束語
實(shí)踐教學(xué)在EDA課程教學(xué)中占有非常重要的地位，應(yīng)結(jié)合學(xué)校和學(xué)生的實(shí)際情況，進(jìn)行EDA實(shí)踐教學(xué)改革。通過改革，學(xué)生在動手和實(shí)踐應(yīng)用方面的能力大大提高了，也給學(xué)生提供了極大的創(chuàng)造空間，強(qiáng)化了學(xué)生在教學(xué)活動中的主體地位，有利于學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，有利于學(xué)生個(gè)性和才能的全面發(fā)展，為社會主義現(xiàn)代化建設(shè)培養(yǎng)應(yīng)用型人才。
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【中圖分類號】G420 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B 【論文編號】1009―8097(2010)04―0132―03
引言
高等教育提出朝著“寬口徑、厚基礎(chǔ)、重能力”的方向發(fā)展,培養(yǎng)適應(yīng)能力強(qiáng)、發(fā)展?jié)摿Υ蟮膹?fù)合型人才是高等教育追求的目標(biāo)。電子信息類專業(yè)主要培養(yǎng)具有寬厚電子技術(shù)和信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論、較強(qiáng)的電子信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐能力、科學(xué)的思維方法、獨(dú)立分析問題和解決問題的能力、能從事各類電子設(shè)備和智能儀器的研究、設(shè)計(jì)、制造、應(yīng)用和開發(fā)的應(yīng)用型工程技術(shù)人才。
當(dāng)今世界,電子產(chǎn)品層出不窮,并且向智能化方向發(fā)展,這樣日益凸現(xiàn)出單片機(jī)和FPGA等可編程器件在電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)和創(chuàng)新中的重要性,用人單位普遍要求求職的畢業(yè)生能夠掌握單片機(jī)的基本原理和設(shè)計(jì)方法,有的單位甚至要求畢業(yè)生具有基于單片機(jī)系統(tǒng)的電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)[1]。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是指基于單片機(jī)控制的完整應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì),包括系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)及系統(tǒng)調(diào)試等多方面的知識。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程體系是以《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程為核心,由《模擬電子技術(shù)》、《數(shù)字電子技術(shù)》、《感測技術(shù)》、《電子設(shè)計(jì)自動化》、《可編程邏輯器件及應(yīng)用》、《C語言程序設(shè)計(jì)》等相關(guān)課程組成。
一 設(shè)課背景
學(xué)生經(jīng)過《模擬電子技術(shù)》、《數(shù)字電子技術(shù)》、《單片機(jī)原理及應(yīng)用》、《感測技術(shù)》、《電子設(shè)計(jì)自動化》、《可編程邏輯器件及應(yīng)用》、《C語言程序設(shè)計(jì)》等課程的學(xué)習(xí),通過教師教學(xué)和隨課的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),對于電子信息領(lǐng)域的相關(guān)理論知識有了了解和掌握,基本能夠進(jìn)行單元電路的設(shè)計(jì)和調(diào)試,但驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)多數(shù)是教材內(nèi)容的演示和再現(xiàn),學(xué)生基本沒有進(jìn)行系統(tǒng)級的設(shè)計(jì)和實(shí)訓(xùn),綜合實(shí)踐能力有待提高,學(xué)生沒有發(fā)揮自己的主觀能動性,不利于創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)。
通過分析學(xué)生參加多屆電子設(shè)計(jì)競賽的情況,我們發(fā)現(xiàn),按傳統(tǒng)理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)方法培養(yǎng)的學(xué)生,在參加電子設(shè)計(jì)競賽時(shí),會出現(xiàn)很多問題,達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)。比如:對某一功能電路進(jìn)行設(shè)計(jì),理論上設(shè)計(jì)正確但在工程上卻無法實(shí)現(xiàn);單元電路正確卻無法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)聯(lián)調(diào);各模塊功能實(shí)現(xiàn)卻無法完成一個(gè)系統(tǒng)等等。這是因?yàn)殡娮釉O(shè)計(jì)競賽既不是單純的理論設(shè)計(jì)競賽,也不僅僅是實(shí)驗(yàn)競賽,而是由一個(gè)參賽隊(duì)共同設(shè)計(jì)、制作完成一個(gè)有特定工程背景的題目的競賽。電子設(shè)計(jì)競賽不僅要在單元電路上實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能,更要考慮模塊間的接口關(guān)系;它既強(qiáng)調(diào)理論設(shè)計(jì),更強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn);它考核了學(xué)生綜合運(yùn)用基礎(chǔ)知識的能力,更注重考察學(xué)生的創(chuàng)新意識,在2009年的全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽中又增加了性能價(jià)格比和節(jié)能減排方面的考核內(nèi)容,更加貼近工程實(shí)際和產(chǎn)品設(shè)計(jì)。從所涉及的課程內(nèi)容上看,已經(jīng)不是競賽題目一門或者幾門課程所能解決的,而是一個(gè)由相關(guān)課程組成的課程群。再從競賽使用的器件上看,有很大一部分是理論教學(xué)中沒有講授和更新的,因?yàn)殡娮有畔⒓夹g(shù)的發(fā)展太快,新技術(shù)、新器件層出不窮,傳統(tǒng)的教學(xué)方法和體系面臨了嚴(yán)重的挑戰(zhàn),如果不進(jìn)行改革,建立一個(gè)新的理論課和實(shí)踐課教學(xué)課程體系,就無法適應(yīng)培養(yǎng)現(xiàn)代化人才和發(fā)展高等教育的需要。
高等學(xué)校培養(yǎng)的人才最終是為社會和國家服務(wù)的,學(xué)生經(jīng)過四年的本科學(xué)習(xí),最終要走向社會,從畢業(yè)生的就業(yè)情況看,絕大多數(shù)畢業(yè)生從事電子信息相關(guān)的工作[2]。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),到企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)的學(xué)生通常是電子競賽獲獎或參加了電子競賽培訓(xùn)的學(xué)生,動手能力較強(qiáng),而從事銷售、服務(wù)等工作的畢業(yè)生很大比例是不能夠進(jìn)行研發(fā),不得已才去做銷售、服務(wù)的。為了使學(xué)生掌握電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā),在相關(guān)理論課教學(xué)完成后我們開設(shè)了一系列的獨(dú)立的綜合設(shè)計(jì)實(shí)踐課,對學(xué)生開放實(shí)驗(yàn)室,學(xué)生可以集中時(shí)間完成一系列的綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,鞏固理論教學(xué)內(nèi)容,提高學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力和設(shè)計(jì)水平,為參加各級電子設(shè)計(jì)競賽和以后就業(yè)打好基礎(chǔ),一舉兩得,事半功倍[3]。
二 實(shí)踐課設(shè)置情況
系列實(shí)踐課的設(shè)置遵循認(rèn)知規(guī)律,是在隨課實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的擴(kuò)展和深入,經(jīng)過調(diào)研和討論,聽取兄弟院校、相關(guān)企業(yè)和畢業(yè)生的意見和建議,在培養(yǎng)學(xué)生動手能力方面除了專業(yè)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)外,設(shè)置了一系列的獨(dú)立實(shí)踐課,分布于各個(gè)學(xué)期的教學(xué)中。以電子信息工程專業(yè)培養(yǎng)方案為例,實(shí)踐課設(shè)置情況如表1所示:
實(shí)踐課的教學(xué)基本上在相關(guān)的理論課程教學(xué)完成后進(jìn)行,保證學(xué)生在進(jìn)行實(shí)踐課時(shí)已經(jīng)完成先導(dǎo)課程的學(xué)習(xí)和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),除《電子技術(shù)綜合實(shí)踐》,其它多數(shù)實(shí)踐課是對某一課程的強(qiáng)化和拓展。
三 《電子技術(shù)綜合實(shí)踐》教學(xué)過程
在系列獨(dú)立實(shí)踐課中,《電子技術(shù)綜合實(shí)踐》是關(guān)鍵性的教學(xué)環(huán)節(jié),是最貼近電子設(shè)計(jì)競賽和實(shí)際工作應(yīng)用的課程,要求綜合模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、傳感器、單片機(jī)、FPGA等多方面的知識。該課程強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為主體,允許學(xué)生自由選題,題目的難度一般介于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和畢業(yè)設(shè)計(jì)之間。
本課程使學(xué)生能夠較系統(tǒng)地掌握電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的全過程,包選題、文獻(xiàn)查閱、方案論證、器件選擇、電路設(shè)計(jì)、電路實(shí)現(xiàn)、軟件編程、裝配調(diào)試、系統(tǒng)測試、總結(jié)報(bào)告、文檔整理等。學(xué)生完成由單元設(shè)計(jì)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過渡,掌握現(xiàn)代化儀器設(shè)備在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)踐中的應(yīng)用。課程充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性和創(chuàng)造力,培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立工作能力以及協(xié)作精神,并通過該課程選拔參加各類設(shè)計(jì)競賽的參賽選手。
1 題目設(shè)置
在該實(shí)踐課的教學(xué)上我們選擇了多個(gè)有代表性的、難易不同的實(shí)踐題目供學(xué)生選擇。具體題目有:液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置、電子秤的設(shè)計(jì)與制作、智能電梯控制系統(tǒng)、水溫控制系統(tǒng)、脈搏測量儀的制作、直流數(shù)控穩(wěn)壓源、數(shù)字式液量測量系統(tǒng)、轉(zhuǎn)速控制測量儀、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、信號發(fā)生器、智能小車等等。這些題目基本上都是綜合性、設(shè)計(jì)性的,有的題目是歷年電子設(shè)計(jì)競賽題目的簡化或分解。以液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置為例,該設(shè)計(jì)要求制作一個(gè)液體點(diǎn)滴速度監(jiān)測與控制裝置,如圖1所示,實(shí)現(xiàn)的功能有:
(1)在滴斗處檢測點(diǎn)滴速度,并制作一個(gè)顯示裝置,能動態(tài)顯示點(diǎn)滴速度(滴/分)。
(2)通過改變h2控制點(diǎn)滴速度,也可以通過控制輸液軟管夾頭的松緊等其它方式來控制點(diǎn)滴速度。點(diǎn)滴速度可用鍵盤設(shè)定并顯示,設(shè)定范圍為20-150滴/分,控制誤差范圍為設(shè)定值 10% 。
(3)調(diào)整時(shí)間≤2分鐘(從改變設(shè)定值起到點(diǎn)滴速度基本穩(wěn)定,能人工讀出數(shù)據(jù)為止)。
(4)當(dāng)h1降到警戒值(2~3cm)時(shí),能發(fā)出報(bào)警信號。
這個(gè)題目中對點(diǎn)滴速度和液面位置的檢測要用到傳感器,要有聲光報(bào)警電路,需要電機(jī)改變h2高度來控制點(diǎn)滴速度,整個(gè)系統(tǒng)由單片機(jī)進(jìn)行控制,通常選擇PID算法來調(diào)整點(diǎn)滴速度。從實(shí)用和智能化角度出發(fā),可以擴(kuò)展成網(wǎng)絡(luò),采用簡單的RS-232通訊實(shí)現(xiàn)從站和主站之間的通信,實(shí)現(xiàn)智能化管理。
學(xué)生在選題過程中進(jìn)行引導(dǎo),避免多組學(xué)生選擇同一題目,學(xué)生也可以自主擬定題目,經(jīng)過指導(dǎo)教師審核即可。學(xué)生3人為1個(gè)小組,成員有所分工。
2 教學(xué)要求
(1)綜合運(yùn)用EDA軟件
學(xué)生根據(jù)所選題目進(jìn)行方案設(shè)計(jì),對方案中的電路進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算,包括元器件的選擇和電路參數(shù)的計(jì)算。要求學(xué)生通過各種EDA軟件進(jìn)行仿真驗(yàn)證,選擇Multisim7、Proteus、ISE等軟件進(jìn)行相關(guān)仿真實(shí)驗(yàn)。
(2)硬件電路制作
設(shè)計(jì)方案經(jīng)指導(dǎo)教師審查通過后,學(xué)生領(lǐng)取所需元器件等材料,設(shè)計(jì)PCB電路板并且自己加工,最后焊接制作電路并調(diào)試。
本課程教學(xué)采用了“模板化”設(shè)計(jì)方法,將學(xué)生設(shè)計(jì)調(diào)試好的A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、鍵盤、顯示電路“模板化”,使系統(tǒng)設(shè)計(jì)的局部和整體有機(jī)結(jié)合,提高了實(shí)驗(yàn)資源的利用率和實(shí)踐效率,“模板化”后的單元電路在電子設(shè)計(jì)競賽中也可使用。
(3)軟件的編制與仿真。根據(jù)已設(shè)計(jì)出的軟件系統(tǒng)流程圖,編制出各功能模塊的子程序及整機(jī)軟件系統(tǒng)的主程序,程序設(shè)計(jì)時(shí),要充分考慮與所設(shè)計(jì)硬件電路的連接及有關(guān)指標(biāo)要求。向?qū)W生推薦使用C語言進(jìn)行單片機(jī)的編程與開發(fā),用C語言進(jìn)行程序開發(fā)更方便移植,貼近實(shí)際工程背景,適合開發(fā)大型的工程應(yīng)用程序。
(4)系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。學(xué)生集中在1周內(nèi)完成所選題目,3個(gè)學(xué)生為1組,按照模塊化設(shè)計(jì)方式有所分工,當(dāng)每個(gè)同學(xué)所負(fù)責(zé)的模塊調(diào)試成功后進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào),要求學(xué)生之間相互配合,遇到問題一起找原因、想辦法,而不是相互埋怨、推脫責(zé)任,培養(yǎng)學(xué)生的合作精神,積累系統(tǒng)調(diào)試的經(jīng)驗(yàn),培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。
(5)撰寫實(shí)踐總結(jié)報(bào)告。
書寫高質(zhì)量的工作總結(jié)是反映工作實(shí)踐素質(zhì)高低的一個(gè)重要方面,工程技術(shù)人員應(yīng)能用書面形式系統(tǒng)、完整、清晰地表達(dá)自己的研究成果,其目的是讓人很容易地看懂所研究課題的內(nèi)容、方案、原理、實(shí)現(xiàn)方法等。因此,書寫實(shí)踐總結(jié)報(bào)告也是實(shí)踐課考核的主要內(nèi)容之一。
3 考核方法
(1)設(shè)計(jì)方案正確性與合理性,綜合考慮性能價(jià)格比和系統(tǒng)功耗。
(2)實(shí)踐動手能力,包括PCB設(shè)計(jì)水平、安裝工藝水平、焊接工藝水平。
(3)設(shè)計(jì)成果,達(dá)到的指標(biāo)。
(4)調(diào)試中分析和解決問題的能力,創(chuàng)新精神。
(5)題目的難易程度。
(6)獨(dú)立工作能力,實(shí)踐工作態(tài)度。
(7)總結(jié)報(bào)告完成的質(zhì)量。
四 教學(xué)效果
經(jīng)過幾年的教學(xué)和改革,對學(xué)生動手能力的培養(yǎng)取得了較好的效果。2005年以來,學(xué)生參加了全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽和浙江省大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽,共獲3個(gè)全國一等獎,2個(gè)全國二等獎,4個(gè)省一等獎,6個(gè)省二等獎。近5年,本科生一次就業(yè)率年均在90%以上,多數(shù)畢業(yè)生到企業(yè)從事研發(fā)工作,少數(shù)畢業(yè)生獨(dú)立創(chuàng)業(yè)、注冊公司進(jìn)行電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與開發(fā)。
此外,學(xué)生參與教師科研項(xiàng)目、獨(dú)立申報(bào)承擔(dān)浙江省新苗計(jì)劃項(xiàng)目、浙江省大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目、校級學(xué)生科研項(xiàng)目的數(shù)量都顯著提高。
五 結(jié)束語
實(shí)踐課主要體現(xiàn)在對實(shí)際工程應(yīng)用系統(tǒng)或產(chǎn)品的研制,使學(xué)生經(jīng)歷從課題任務(wù)的提出到方案的論證、設(shè)計(jì),軟件及硬件的開發(fā)、聯(lián)機(jī)調(diào)試等若干步驟。學(xué)生通過自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)方法等,綜合應(yīng)用電子技術(shù)的能力、理論聯(lián)系實(shí)際的能力得到了很大的提高,促進(jìn)了學(xué)生創(chuàng)造性思維的發(fā)揮。這些實(shí)踐課是在理論課教學(xué)和相應(yīng)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的深入和提高,是對學(xué)生電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的綜合性訓(xùn)練,這種訓(xùn)練培養(yǎng)了學(xué)生工程實(shí)踐能力、獨(dú)立工作能力及創(chuàng)新能力。
參考文獻(xiàn)
隨著電子技術(shù)的發(fā)展革新，應(yīng)用系統(tǒng)逐步朝向大容量、小型化、快速化的方向發(fā)展。數(shù)字化的設(shè)計(jì)系統(tǒng)也逐步由組合芯片向單片系統(tǒng)發(fā)展。EDA技術(shù)不僅帶來了電子產(chǎn)品領(lǐng)域和系統(tǒng)開發(fā)的革命性變革，這也是科技發(fā)展與提高的必然產(chǎn)物。對于EDA技術(shù)的了解和對其在電子工程設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵性分析都是十分有意義的。
1 EDA技術(shù)概述
所謂EDA技術(shù)，就是電子設(shè)計(jì)自動化，由CAE、CAD、CAM等計(jì)算機(jī)概念發(fā)展出現(xiàn)。EDA技術(shù)以計(jì)算機(jī)為主要工具，集合了圖形學(xué)、數(shù)據(jù)庫、拓?fù)溥壿?、?yōu)化理論、計(jì)算數(shù)學(xué)、圖論等學(xué)科，形成最新的理論體系，是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、電路理論、信號處理和信號分析的結(jié)晶。現(xiàn)代化的EDA技術(shù)具備很多特點(diǎn)，普遍采用了“自頂向下”的程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證了設(shè)計(jì)方案的整體優(yōu)化，EDA技術(shù)的自動化程度更高，在設(shè)計(jì)過程中能夠進(jìn)行各類級別的調(diào)試、糾錯(cuò)和仿真，設(shè)計(jì)者能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的錯(cuò)誤，避免了設(shè)計(jì)上的工作浪費(fèi)，設(shè)計(jì)人員也能拋開細(xì)枝末節(jié)的問題，將更多精力集中于系統(tǒng)開發(fā)，保證了設(shè)計(jì)的低成本、高效率、循環(huán)快、周期短。EDA技術(shù)還能實(shí)現(xiàn)并行操作，建立起并行工程框架的結(jié)構(gòu)環(huán)境，支持更多人同時(shí)并行電子工程的技術(shù)開發(fā)和設(shè)計(jì)。
2 EDA技術(shù)發(fā)展
電子工程設(shè)計(jì)的EDA技術(shù)自出現(xiàn)以來，大致可以分為三個(gè)歷史時(shí)期：
2.1 初級階段
大約在二十世紀(jì)的七十年代，早期的EDA技術(shù)處于CAD階段，出現(xiàn)了小規(guī)模的集成電路，由于傳統(tǒng)手工在制圖設(shè)計(jì)中的集成電路和集成電路板的花費(fèi)大、效率低、周期長，借助于計(jì)算機(jī)技術(shù)的設(shè)計(jì)印刷，采取了CAD工具實(shí)現(xiàn)布圖布線的二維平面編輯和分析，取代了高重復(fù)性的傳統(tǒng)工藝。
2.2 發(fā)展階段
到了二十世紀(jì)八十年代，EDA技術(shù)進(jìn)入了發(fā)展完善的階段。集成電路的規(guī)模逐漸擴(kuò)大，電子系統(tǒng)日益復(fù)雜化，人們深入研究軟件開發(fā)，將CAD集成為系統(tǒng)，加強(qiáng)了電路的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和功能設(shè)計(jì)，這一時(shí)期的EDA技術(shù)已經(jīng)開始延伸到半導(dǎo)體芯片設(shè)計(jì)的領(lǐng)域。
2.3 成熟階段
經(jīng)過了長期的發(fā)展，直至二十世紀(jì)九十年代，微電子技術(shù)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，單個(gè)芯片的集成就能夠達(dá)到幾百萬或是幾千萬甚至上億的晶體管，這種科技現(xiàn)狀對EDA技術(shù)提出更高的要求，推動了EDA技術(shù)的發(fā)展。各類技術(shù)公司陸續(xù)開發(fā)出大規(guī)模EDA軟件系統(tǒng)，出現(xiàn)了系統(tǒng)級仿真、高級語言描述和綜合技術(shù)的EDA技術(shù)。
3 EDA技術(shù)軟件
3.1 EWB軟件
所謂EWB是一種基于PC的電子設(shè)計(jì)軟件，具備了集成化工具、仿真器、原理圖輸入、分析、設(shè)計(jì)文件夾、接口等六大特點(diǎn)。
3.2 PROTEL軟件
該技術(shù)軟件廣泛應(yīng)用了Prote199，主要由電路原理圖的設(shè)計(jì)系統(tǒng)和印刷電路板的設(shè)計(jì)系統(tǒng)兩大部分組成。高層次的設(shè)計(jì)技術(shù)在近年的國際EDA技術(shù)領(lǐng)域開發(fā)、研究、應(yīng)用中成為熱門課題，并且迅速發(fā)展，成果顯著。該領(lǐng)域主要包括了硬件語言描述、高層次模擬、高層次的綜合技術(shù)等，伴隨著科技水平的提升，EDA技術(shù)也必然會朝向更高層次的自動化設(shè)計(jì)技術(shù)不斷發(fā)展。
4 EDA在電子工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用技術(shù)流程
近年來的EDA技術(shù)深入到了各個(gè)領(lǐng)域，包括了通信、醫(yī)藥、化工、生物、航空航天等等，但是在電子工程設(shè)計(jì)的領(lǐng)域中應(yīng)用的最為突出，主要利用了EDA技術(shù)為虛擬儀器的測試產(chǎn)品提供了技術(shù)支持。EDA技術(shù)在電子工程設(shè)計(jì)的領(lǐng)域中，主要應(yīng)用于了電路設(shè)計(jì)仿真分析、電路特性優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面。主要的技術(shù)流程如下：
4.1 源程序
通常情況下，電子工程設(shè)計(jì)首要的步驟就是通過EDA技術(shù)領(lǐng)域中的器件軟件，利用了文本或者是圖形編輯器的方式來進(jìn)行展示。不管是圖形編輯器或者是文本編輯器的使用，都需要應(yīng)用EDA工具進(jìn)行排錯(cuò)和編譯的工作，文件能夠?qū)崿F(xiàn)格式的轉(zhuǎn)化，為邏輯綜合分析提供了準(zhǔn)備工作。只要輸入了源程序，就能夠?qū)崿F(xiàn)仿真器的仿真。
4.2 邏輯綜合
在源程序中應(yīng)用了實(shí)現(xiàn)了VHDL的格式轉(zhuǎn)化之后，就進(jìn)入了邏輯綜合分析的環(huán)節(jié)。運(yùn)用綜合器就能夠?qū)㈦娐吩O(shè)計(jì)過程中使用的高級指令轉(zhuǎn)換成層次較低的設(shè)計(jì)語言，這就是邏輯綜合。通過邏輯綜合的過程，這可以看作是電子設(shè)計(jì)的目標(biāo)優(yōu)化過程，將文件輸入仿真器，實(shí)施仿真操作，保持功效和結(jié)果的一致性。
4.3 時(shí)序仿真
在實(shí)現(xiàn)了邏輯綜合透配之后，就可以進(jìn)行時(shí)序仿真的環(huán)節(jié)了，所謂的時(shí)序仿真指的就是將基于布線器和適配器出現(xiàn)的VHDL文件運(yùn)用適當(dāng)?shù)氖侄蝹鬟_(dá)到仿真器中，開始部分仿真。VHDL仿真器考慮到了器件特性，所以適配后的時(shí)序仿真結(jié)果較為精確。
4.4 仿真分析
在確定了電子工程設(shè)計(jì)方案之后，利用系統(tǒng)仿真或者是結(jié)構(gòu)模擬的方法進(jìn)行方案的合理性和可行性研究分析。利用EDA技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)環(huán)節(jié)的函數(shù)傳遞，選取相關(guān)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行仿真分析。這一系統(tǒng)的仿真技術(shù)同樣可以運(yùn)用到其他非電子工程專業(yè)設(shè)計(jì)的工作中，能夠應(yīng)用到方案構(gòu)思和理論驗(yàn)證等方面。
5 結(jié)束語
伴隨著科學(xué)的發(fā)展，技術(shù)的革新，EDA技術(shù)的領(lǐng)域也在向高層次的技術(shù)推廣和開發(fā)，成效十分顯著。本篇論文我們對EDA技術(shù)的相關(guān)信息進(jìn)行了詳細(xì)的分析很研究，研究表明，EDA技術(shù)對于我國的電子工程設(shè)計(jì)改革具有巨大的推動力，基于EDA技術(shù)領(lǐng)域的電子產(chǎn)品在專業(yè)化程度和使用性能上都要比傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案制造的產(chǎn)品更加優(yōu)化。將EDA技術(shù)應(yīng)用到電子工程設(shè)計(jì)的領(lǐng)域當(dāng)中，對于電子產(chǎn)品的優(yōu)化和工作效率的提高以及產(chǎn)品附加值的拓展都有很大的作用。
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