時間：2022-09-12 21:46:39
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇電子系統設計論文，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
一、引言
現代電子系統設計是我校電子科學與技術專業（以下簡稱為“電子”專業）的一門選修課程。通過該課程的學習與實踐，目的是使學生對現代電子系統設計及原理有一個較為完整和系統的認識，并具有一定工藝分析、解決工藝問題和提高產品質量的能力，可以掌握嵌入式系統開發的主要過程，從專業的角度對嵌入式計算機系統進行分析設計，并且掌握ARM處理器的體系結構。從課程的教學目的可知，本課程要求培養學生在知識綜合應用和動手實踐方面的能力，不僅要求學生具有扎實的基礎知識和對知識的綜合應用思維，還需要學生具有很強的動手能力和應用能力。
近年來，隨著電子技術的發展，電子系統的設計方法和手段也在不斷更新和進步。電子系統設計方法在快速發展的電子技術應用中不斷受到挑戰。從傳統手工設計方法到EDA設計方法，從分立元件系統到集成電路設計，從PCB集成系統到芯片集成系統（SoC），從純硬件系統設計到硬件與軟件結合的系統開發，新型電子系統層出不窮，其設計理念也發生著革命性的變化。這使得企業不僅需要畢業生在進入該領域時具備良好的專業能力和素質，更需要他們了解和形成現代電子系統設計的團隊思維方式和綜合設計方法。同時，學校要促進教學知識與時俱進，培養符合社會需要的實用型工程技術人才，提高學生的就業競爭力；也要對現代電子系統設計課程的教學方法和教學模式進行深刻的思考和改進。
二、存在的問題
現代電子系統設計課程的傳統教學模式主要包括理論授課和實踐實驗兩個部分。理論授課主要包括對現代電子系統設計的方法、思維、工具、應用基礎的介紹與強化，常用處理器及其體系結構的應用、設計、改進知識和FPGA重構思維、Altium Designer電路原理圖及PCB繪制軟件的使用，在本課程的教學授課過程中需要貫穿系統設計方法和設計思想。實踐實驗則以上機實驗為主，進行規定實驗內容的驗證、觀察和簡單電路的原理設計。電子系統課程所存在的問題主要在教學方法和人才培養方面。
1.教學方法問題
在幾年的教學過程中，筆者通過思考和分析課程教學中的問題以及學生的反饋意見，總結了以下幾點問題：
（1）基礎知識不牢。教師在課堂授課、實踐過程中不能很好地將各門課程綜合應用，各門課程間缺乏溝通，學生無法將所學知識串連起來，進行綜合應用。
（2）教學內容有所欠缺。學生對處理器知識的理解和實際軟件編程思維不夠深刻，習慣于有實驗手冊指導條件下的慣性實驗模式，一旦教師讓他們進行開放性實驗來完成設計時，就無法形成系統性思維，各自為戰，團隊意識不強。
（3）考核方法陳舊。課程的考核方式主要采用大眾式的“本門課程成績=平時成績+期末考試成績”的計算方式，學生疲于應付考試，應試態度明顯，不去思考本門課程所學內容與先修課程和本學期其他課程的關聯，只去死記硬背些條條框框，對于思考題和實際現象無法進行有效分析，形成了固化思維。
2.人才培養問題
除此之外，電子專業在人才培養方面也存在一些問題，主要體現在學生學習主動性以及創新活動的參與度上：
（1）2013年前，電子專業在全國大學生電子設計大賽、遼寧省機器人設計大賽、飛思卡爾杯智能汽車大賽（現更名為“恩智浦”杯智能汽車大賽）、大學生創新創業訓練計劃等體現和鍛煉綜合素質的活動中的參與度非常低，僅有3人次參與，這些都側面反映出學生對所學習的C語言程序設計、模擬電子、數字電子、單片機原理、EDA與VHDL語言等課程的綜合應用能力較差，學習和參與的主動性和積極性不高，綜合設計能力不強。
（2）根據對學生就業數據的統計調查發現，學生在畢業后兩年內從事與本專業相關的研發、技術設計、理論研究工作的人數不到業人數的20%，其他學生多選擇改行。在校學生對本專業的認可度也普遍偏低，選擇考研的學生中有90%選擇了外校。
三、課程改進的方法
為使學生能夠更好地掌握現代電子系統設計課程內容，并真正提高系統設計思維和教學效果，我系針對上面出現的問題進行思考，對所發現的問題進行教學環節的切實改進。
1.加強實踐訓練和實際電路設計
實際的動手訓練和電路設計，需要具體分析常用電路原理和具體電路常見故障問題，并加強對學生實際設備操作和實用能力的培養。采用理論教學和實踐教學結合的項目驅動方式，由教師結合實際工作經驗和教學需要，對學生下發開發板、相關元器件，改變傳統僅使用多媒體課件觀看圖片和以教師理論說教方式完成對電子系統各組成元器件的認知，以硬件電路的設計與開發實踐項目為引導，使學生全程接觸實際電路和處理器，以實際項目為驅動進行電子系統設計流程、方法、步驟的掌握和訓練。教師將STC單片機公司和德州儀器公司贈送的開發板下發給學生，學生2～3人一組進行實際項目的開發和學習，由淺入深，從STC89C52、MSP430單片機開始，逐步接觸ARM處理器，完成電路系統的設計與開發，為后續FPGA處理器設計打下良好的應用思維基礎。
2.以科技學術活動為激勵
學校以全國大學生電子設計大賽、遼寧省機器人設計大賽、飛思卡爾杯智能汽車大賽（現更名為“恩智浦”杯智能汽車大賽）、大學生創新創業訓練計劃等科技學術活動為激勵，通過相關大賽培養學生的應用能力，激發他們的學習積極性和自主性。通過這幾年的積極引導，筆者發現，學生在以上競賽和活動的參與率上得到了明顯提升，共獲得全國大學生電子設計大賽省級競賽一等獎、二等獎各2項，參與3人次；獲批大學生創新創業計劃國家級立項2項，省級立項3項，參與14人次；獲智能汽車大賽賽區一等獎1項，二等獎2項，參與2人次；獲遼寧省機器人設計大賽二等獎1項，三等獎1項，參與12人次；參與校級及其他各類科技學術活動50余人次。這些大賽不但提高了學生的專業綜合素質，還提高了學生的總結能力、文檔設計能力、電路設計和軟件編程能力。
3.教學團隊形式優化學生學習內容
本專業教師聯合為同一教學團隊，在提高教學質量和學生動手能力的目標下，盡量為學生設計一個統一的綜合性題目，增強學生的能力，同時，使各門課程的知識點相輔相成、互相印證，使學生更容易將所學知識進行綜合和理解。
4.考核辦法改進
考核辦法從六個方面考核綜合訓練完成的成績，即報告、設計能力、動手實踐能力、功能完成情況、課堂研討回答所提出問題的程度以及綜合訓練過程中的工作態度等。其中，報告占14%、設計和實踐能力占10%、功能完成情況占8%、訓練設計掌握程度占6%、課堂研討回答出的問題占7%、綜合訓練過程中的工作態度（考勤）占5%。在期末考試的試題中，要增加創見性題目。同時，教師可以鼓勵學生發表學術論文，以學術論文替代期末考試。
增加小組設計和小組討論環節，教師團隊設定十組中等難度的綜合應用設計題目，將學生按2～3人一組進行實踐項目分組，完成設計白皮書（包括系統需求描述、功能概述、擬采取的解決方法），完成系統電路設計，繪制電路圖、PCB文件，完成硬件焊接、軟件編程并進行答辯。組員各負其責，完成各自項目中的任務，教師和學生一起進行實際項目的需求分析、設計步驟安排、實驗驗證等環節。這樣，可以使學生在學習之余提高團隊合作能力和綜合運用知識的能力。經實際操作此過程，學生反應強烈，討論和學習動力增加，分組實踐情況如圖所示。
分組實踐現場
四、結束語
本文在現代電子系統設計課程教學和本專業教學的基礎上，對本課程的教、學、練等三個方面進行設計和改進，發揮和突出本專業應用特色，并且從幾年來的實踐效果看，新的改進方法增強了學生學習的主動性和教學過程中的靈活性，提高了學生綜合能力素質和成果比例。
參考文獻：
[1]宋曉梅.現代電子系統設計教程[M].北京：北京大學出版社，2011.
【關鍵詞】實踐教學;教學改革;電工電子
【中圖分類號】G420 【文獻標識碼】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、重能力”的方向發展,培養適應能力強、發展潛力大的復合型人才是高等教育追求的目標。電子信息類專業主要培養具有寬厚電子技術和信息系統的基礎理論、較強的電子信息系統設計實踐能力、科學的思維方法、獨立分析問題和解決問題的能力、能從事各類電子設備和智能儀器的研究、設計、制造、應用和開發的應用型工程技術人才。
當今世界,電子產品層出不窮,并且向智能化方向發展,這樣日益凸現出單片機和FPGA等可編程器件在電子產品設計和創新中的重要性,用人單位普遍要求求職的畢業生能夠掌握單片機的基本原理和設計方法,有的單位甚至要求畢業生具有基于單片機系統的電子產品的設計經驗[1]。電子系統設計主要是指基于單片機控制的完整應用系統的設計,包括系統軟硬件設計及系統調試等多方面的知識。電子系統設計課程體系是以《單片機原理及應用》課程為核心,由《模擬電子技術》、《數字電子技術》、《感測技術》、《電子設計自動化》、《可編程邏輯器件及應用》、《C語言程序設計》等相關課程組成。
一 設課背景
學生經過《模擬電子技術》、《數字電子技術》、《單片機原理及應用》、《感測技術》、《電子設計自動化》、《可編程邏輯器件及應用》、《C語言程序設計》等課程的學習,通過教師教學和隨課的驗證性實驗,對于電子信息領域的相關理論知識有了了解和掌握,基本能夠進行單元電路的設計和調試,但驗證性實驗多數是教材內容的演示和再現,學生基本沒有進行系統級的設計和實訓,綜合實踐能力有待提高,學生沒有發揮自己的主觀能動性,不利于創新性人才的培養。
通過分析學生參加多屆電子設計競賽的情況,我們發現,按傳統理論教學和實驗方法培養的學生,在參加電子設計競賽時,會出現很多問題,達不到預期目標。比如:對某一功能電路進行設計,理論上設計正確但在工程上卻無法實現;單元電路正確卻無法實現系統聯調;各模塊功能實現卻無法完成一個系統等等。這是因為電子設計競賽既不是單純的理論設計競賽,也不僅僅是實驗競賽,而是由一個參賽隊共同設計、制作完成一個有特定工程背景的題目的競賽。電子設計競賽不僅要在單元電路上實現預期功能,更要考慮模塊間的接口關系;它既強調理論設計,更強調系統實現;它考核了學生綜合運用基礎知識的能力,更注重考察學生的創新意識,在2009年的全國大學生電子設計競賽中又增加了性能價格比和節能減排方面的考核內容,更加貼近工程實際和產品設計。從所涉及的課程內容上看,已經不是競賽題目一門或者幾門課程所能解決的,而是一個由相關課程組成的課程群。再從競賽使用的器件上看,有很大一部分是理論教學中沒有講授和更新的,因為電子信息技術的發展太快,新技術、新器件層出不窮,傳統的教學方法和體系面臨了嚴重的挑戰,如果不進行改革,建立一個新的理論課和實踐課教學課程體系,就無法適應培養現代化人才和發展高等教育的需要。
高等學校培養的人才最終是為社會和國家服務的,學生經過四年的本科學習,最終要走向社會,從畢業生的就業情況看,絕大多數畢業生從事電子信息相關的工作[2]。統計發現,到企業進行產品研發的學生通常是電子競賽獲獎或參加了電子競賽培訓的學生,動手能力較強,而從事銷售、服務等工作的畢業生很大比例是不能夠進行研發,不得已才去做銷售、服務的。為了使學生掌握電子系統的設計與開發,在相關理論課教學完成后我們開設了一系列的獨立的綜合設計實踐課,對學生開放實驗室,學生可以集中時間完成一系列的綜合性、設計性實驗項目,鞏固理論教學內容,提高學生的綜合設計能力和設計水平,為參加各級電子設計競賽和以后就業打好基礎,一舉兩得,事半功倍[3]。
二 實踐課設置情況
系列實踐課的設置遵循認知規律,是在隨課實驗基礎上的擴展和深入,經過調研和討論,聽取兄弟院校、相關企業和畢業生的意見和建議,在培養學生動手能力方面除了專業實習和畢業設計環節外,設置了一系列的獨立實踐課,分布于各個學期的教學中。以電子信息工程專業培養方案為例,實踐課設置情況如表1所示:
實踐課的教學基本上在相關的理論課程教學完成后進行,保證學生在進行實踐課時已經完成先導課程的學習和驗證性實驗,除《電子技術綜合實踐》,其它多數實踐課是對某一課程的強化和拓展。
三 《電子技術綜合實踐》教學過程
在系列獨立實踐課中,《電子技術綜合實踐》是關鍵性的教學環節,是最貼近電子設計競賽和實際工作應用的課程,要求綜合模擬電子技術、數字電子技術、傳感器、單片機、FPGA等多方面的知識。該課程強調以學生為主體,允許學生自由選題,題目的難度一般介于驗證性實驗和畢業設計之間。
本課程使學生能夠較系統地掌握電子系統設計的全過程,包選題、文獻查閱、方案論證、器件選擇、電路設計、電路實現、軟件編程、裝配調試、系統測試、總結報告、文檔整理等。學生完成由單元設計向系統設計的過渡,掌握現代化儀器設備在系統設計和實踐中的應用。課程充分發揮學生的主觀能動性和創造力,培養學生的獨立工作能力以及協作精神,并通過該課程選拔參加各類設計競賽的參賽選手。
1 題目設置
在該實踐課的教學上我們選擇了多個有代表性的、難易不同的實踐題目供學生選擇。具體題目有:液體點滴速度監控裝置、電子秤的設計與制作、智能電梯控制系統、水溫控制系統、脈搏測量儀的制作、直流數控穩壓源、數字式液量測量系統、轉速控制測量儀、數據采集系統、信號發生器、智能小車等等。這些題目基本上都是綜合性、設計性的,有的題目是歷年電子設計競賽題目的簡化或分解。以液體點滴速度監控裝置為例,該設計要求制作一個液體點滴速度監測與控制裝置,如圖1所示,實現的功能有:
(1)在滴斗處檢測點滴速度,并制作一個顯示裝置,能動態顯示點滴速度(滴/分)。
(2)通過改變h2控制點滴速度,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滴速度。點滴速度可用鍵盤設定并顯示,設定范圍為20-150滴/分,控制誤差范圍為設定值 10% 。
(3)調整時間≤2分鐘(從改變設定值起到點滴速度基本穩定,能人工讀出數據為止)。
(4)當h1降到警戒值(2~3cm)時,能發出報警信號。
這個題目中對點滴速度和液面位置的檢測要用到傳感器,要有聲光報警電路,需要電機改變h2高度來控制點滴速度,整個系統由單片機進行控制,通常選擇PID算法來調整點滴速度。從實用和智能化角度出發,可以擴展成網絡,采用簡單的RS-232通訊實現從站和主站之間的通信,實現智能化管理。
學生在選題過程中進行引導,避免多組學生選擇同一題目,學生也可以自主擬定題目,經過指導教師審核即可。學生3人為1個小組,成員有所分工。
2 教學要求
(1)綜合運用EDA軟件
學生根據所選題目進行方案設計,對方案中的電路進行設計計算,包括元器件的選擇和電路參數的計算。要求學生通過各種EDA軟件進行仿真驗證,選擇Multisim7、Proteus、ISE等軟件進行相關仿真實驗。
(2)硬件電路制作
設計方案經指導教師審查通過后,學生領取所需元器件等材料,設計PCB電路板并且自己加工,最后焊接制作電路并調試。
本課程教學采用了“模板化”設計方法,將學生設計調試好的A/D轉換器、D/A轉換器、鍵盤、顯示電路“模板化”,使系統設計的局部和整體有機結合,提高了實驗資源的利用率和實踐效率,“模板化”后的單元電路在電子設計競賽中也可使用。
(3)軟件的編制與仿真。根據已設計出的軟件系統流程圖,編制出各功能模塊的子程序及整機軟件系統的主程序,程序設計時,要充分考慮與所設計硬件電路的連接及有關指標要求。向學生推薦使用C語言進行單片機的編程與開發,用C語言進行程序開發更方便移植,貼近實際工程背景,適合開發大型的工程應用程序。
(4)系統聯調。學生集中在1周內完成所選題目,3個學生為1組,按照模塊化設計方式有所分工,當每個同學所負責的模塊調試成功后進行系統聯調,要求學生之間相互配合,遇到問題一起找原因、想辦法,而不是相互埋怨、推脫責任,培養學生的合作精神,積累系統調試的經驗,培養學生分析問題和解決問題的能力。
(5)撰寫實踐總結報告。
書寫高質量的工作總結是反映工作實踐素質高低的一個重要方面,工程技術人員應能用書面形式系統、完整、清晰地表達自己的研究成果,其目的是讓人很容易地看懂所研究課題的內容、方案、原理、實現方法等。因此,書寫實踐總結報告也是實踐課考核的主要內容之一。
3 考核方法
(1)設計方案正確性與合理性,綜合考慮性能價格比和系統功耗。
(2)實踐動手能力,包括PCB設計水平、安裝工藝水平、焊接工藝水平。
(3)設計成果,達到的指標。
(4)調試中分析和解決問題的能力,創新精神。
(5)題目的難易程度。
(6)獨立工作能力,實踐工作態度。
(7)總結報告完成的質量。
四 教學效果
經過幾年的教學和改革,對學生動手能力的培養取得了較好的效果。2005年以來,學生參加了全國大學生電子設計競賽和浙江省大學生電子設計競賽,共獲3個全國一等獎,2個全國二等獎,4個省一等獎,6個省二等獎。近5年,本科生一次就業率年均在90%以上,多數畢業生到企業從事研發工作,少數畢業生獨立創業、注冊公司進行電子產品的設計與開發。
此外,學生參與教師科研項目、獨立申報承擔浙江省新苗計劃項目、浙江省大學生創新項目、校級學生科研項目的數量都顯著提高。
五 結束語
實踐課主要體現在對實際工程應用系統或產品的研制,使學生經歷從課題任務的提出到方案的論證、設計,軟件及硬件的開發、聯機調試等若干步驟。學生通過自己設計實驗電路、實驗步驟、實驗方法等,綜合應用電子技術的能力、理論聯系實際的能力得到了很大的提高,促進了學生創造性思維的發揮。這些實踐課是在理論課教學和相應驗證性實驗基礎上的深入和提高,是對學生電子系統設計的綜合性訓練,這種訓練培養了學生工程實踐能力、獨立工作能力及創新能力。
參考文獻
[1] 王劍.電子系統設計課程體系改革的探討[J].長江大學學報(自然科學版),2009,6(2):377-378.
關鍵詞：研究性教學；EDA技術；研究性教學平臺；研究性教學模式；研究性教學成效
作者簡介：譚會生（1966-），男，湖南茶陵人，湖南工業大學電氣與信息工程學院，副教授。（湖南株洲412008）
基金項目：本文系湖南工業大學教育教學改革教學之星專項（2011C03）、湖南省教育廳大學生研究型學習與創新性實驗計劃項目（2009-225）的研究成果。
中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2012）17-0035-02
一、開展本科生研究性教學的必要性和條件
研究性教學[1-4]是一種新的教育理念，是一種新的現代學習觀，強調學習的自主性和開放性，在教師的研究性教學理念的引導下，在教學設計上將教學看成是一項系統工程，從研究思想、研究手段、研究策略等各方面進行教學過程的全新設計，激發學生的研究及探索科學問題的興趣。通過讓學生運用探索的方法對問題進行研究，最終獲得知識。研究性教學理念要求教師通過自己的教學，培養學生做事和做人的能力和素質。
開展本科生研究性教學，綜合文獻[1-6]有關觀點并結合多年實際開展研究性教學的實踐，其必要性如下：大眾化高等教育的差異化教育的需要；提高大學生綜合應用能力的需要；提高大學生實踐動手能力的需要；提高大學生專業創新能力的需要；提高大學生專業綜合素養的需要；改變大學生被動學習學風的需要。隨著我國經濟社會的發展和高等教育的大力發展，我國高等教育已由精英化教育轉向大眾化教育，學生群體出現多樣化的趨勢，學生學習興趣、學習能力、學習需求的差異性日顯突出。為了提高大眾化高等教育的質量，更好地滿足市場經濟條件下對人才的高要求，按人才培養方案組織大學基本教育的同時，對一些優秀和比較優秀的學生應根據社會發展的需求、學生的興趣愛好、學生的職業規劃等進行加深與擴展，實現優才優教。
開展本科生研究性教學，綜合文獻[3，7]有關觀點并結合多年實際開展研究性教學的實踐，其主要條件如下：提高教師研究性教學的能力；激發學生研究性學習的積極性；提供研究性教學資源與教學場地；選擇合適的有效平臺；構建有效的研究性教學評價與評估體系。其中選擇合適的有效平臺是研究性教學持續而有效開展的一個關鍵性因素。作為電類專業研究性教學的有效平臺，應該能方便學生進行軟件仿真和硬件設計與制作，并具有綜合性強、創新性強、成本低廉、靈活性強等優點。
二、基于EDA技術的研究性教學的主要優勢
EDA技術起源于20世紀70年代，在20世紀90年代才真正形成一門新技術。在我國EDA技術的研究和教育只有10年左右的歷史。所謂EDA技術，就是指以大規模可編程邏輯器件為設計載體，以硬件描述語言為系統邏輯描述的主要表達方式，以計算機、大規模可編程邏輯器件的開發軟件及實驗開發系統為設計工具，通過有關的開發軟件，自動完成用軟件方式設計的電子系統到硬件系統的各種轉化，直至對于特定目標芯片的適配編譯、邏輯映射、編程下載等工作，最終形成集成電子系統或專用集成芯片的一門新技術。
利用EDA技術設計實現電子系統，它具有傳統電子系統設計實現無法比擬的許多優點，綜合起來它有以下幾個方面的優點：[8]用軟件的方式設計硬件，設計成本低，設計周期短，修改移植方便；系統具有重配置性，可現場編程，在線升級，設計調試非常方便，節約開發成本；并行執行，速度快，實時性好；集成度高，體積小，可靠性好，功耗低。
EDA技術作為研究性教學的平臺具有以下優點：技術先進，社會急需，綜合性強，創新性強，靈活性好，可重配置，成本低廉。
三、基于EDA技術的研究性教學的研究模型
為了描述基于EDA技術的研究性教學的研究背景、主要研究目標、主要研究內容以及主要研究期望，圖1給出了基于EDA技術的研究性教學模型。現將主要內容具體闡述如下：
1.利用EDA技術開展研究性教學的研究目標
利用EDA技術開展研究性教學的研究目標，主要包括三個方面：基于EDA技術的系統設計與實現基礎訓練；基于EDA技術的系統設計與實現相關研究；基于EDA技術的系統設計與實現課題研究。
2.利用EDA技術開展研究性教學的研究內容
利用EDA技術開展研究性教學的研究內容，主要包括三個方面的內容：[8-11]
（1）基于EDA技術的系統設計與實現基礎訓練：包括大規模可編程邏輯器件FPGA/CPLD；硬件描述語言VHDL/Verilog HDL；EDA實驗開發軟件；EDA實驗開發系統等系統設計與開發基礎理論、基本方法、基本工具的學習與使用；流水線、并行處理、重定時、展開、折疊、脈動結構等各種VLSI結構設計優化技術的基本理論、分析比較和實際應用；強度消減、超前或馳豫超前等FPGA系統性能優化技術。
（2）基于EDA技術的系統設計與實現相關研究：主要是與課題設計與開發有關的數字信號處理、數字圖像處理、工業智能控制、網絡通信控制、數字家電控制等基礎理論、實現算法和系統仿真等研究，重點是實現算法的設計、選擇和仿真。
（3）基于FPGA實現的系統設計與課題實現研究：包括系統控制算法的選擇；系統控制模型的確定；FPGA實現結構的設計；FPGA系統性能的優化；FPGA系統實現及測試等。
3.利用EDA技術開展研究性教學的主要形式
利用EDA技術開展研究性教學的主要形式，包括組建EDA技術學習興趣小組、課題系統設計與實現研究小組和選撥教師科研項目助理等，通過專題訓練、分散研究、定期討論、按需答疑、總結匯報等形式開展研究活動。
四、基于EDA技術的研究性教學的主要成效
1.熟練掌握EDA技術的基礎理論、基本方法、基本技巧、調試方法和調試技巧
通過研究性學習訓練的學生，通過畢業設計論文的質量可以看出，熟練掌握ARM嵌入式系統基礎理論、基本方法、基本技巧、調試方法和調試技巧，能夠盡快適應從事嵌入式系統設計與開發工作。
2.熟練掌握基于EDA技術系統設計開發課題相關的基礎理論、基本方法、基本技巧
通過研究性學習訓練的學生，與課題相關的基礎理論、基本方法、基本技巧，無論是以前學習過并且掌握的，還是以前學過但似是而非的，或是以前根本沒接觸過需重新學習的，熟練掌握與EDA系統設計開發課題相關的基礎理論、基本方法、基本技巧。
3.全面提高學生的綜合應用能力、實踐動手能力、創新創業能力和就業核心競爭力
通過研究性學習訓練的學生不但具有良好的參考文獻查找能力、分析利用和文檔處理能力，同時學生的綜合應用能力、實踐動手能力、創新創業能力大為提高，就業核心競爭力顯著提高，80%的學生畢業時均能找到從事嵌入式系統設計與開發的工作，并且工資待遇也相當不錯。
五、結論
實踐結果表明，以課題為中心，以興趣為紐帶，以現代電子設計核心技術——EDA技術的學習與應用為目標，采用EDA技術學習興趣小組、課題設計與實現研究小組、參加教師科研項目等形式，通過具體的專題訓練、分散研究、定期討論、按需答疑、總結匯報等活動開展基于EDA技術的電類專業本科研究性教學，對于提高大學生綜合應用能力、實踐動手能力、創新創業能力，提高大學生的專業核心能力，提高大學生就業的核心競爭力，培養從事EDA技術研究、設計與開發的高級人才，具有非常明顯的成效。
參考文獻：
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本課題旨在使電子設計類課程的教學與畢業設計相結合，貫穿于本科二年級到四年級，即從二年級開始開設的設計類課程到大四的畢業設計，有效地提升電子信息工程專業的教學質量和學生的專業水平。
一 電子設計類課程的教學模式
以單片機課程的教學為例。
1 在實例中傳授理論知識
打破傳統上以“講概念說原理”為主的教學模式，消除電子設計類課程的神秘感及學生的懼怕心理，提高和改進學習效果，使此類課程被更多學生所接受[2]。設計幾個較基礎的實例，將理論知識融合其中，使學生對課程有著最直接的深刻認識，可收到事半功倍的學習效果。例如：在講授單片機的I/O口資源時，直接給學生演示鍵盤控制LED的效果，這樣有利于強化學生對I/O口作用的理解，同時也熟知某引腳具備輸入或輸出功能時的應用。
2 課程實踐項目的設計
“會考試，不會做”是目前電子信息工程專業學生普遍存在的問題。以實際項目的開發過程和方法為主線，采用“項目驅動、案例導向”模式進行啟發式教學，將“邊做邊學、以做促學”的教學思想貫穿于整個教學過程中。這樣，學生不僅加深了對原來只停留在書本上的專業概念和原理的理解，而且每個學生或項目團隊都能完成一個完整的、甚至有創造性的作品。充分激發了學生的成就感和自主學習的積極性，有利于顯著提高課程教學效果[3-4]。
本課題通過建立“三層次實踐項目”（基本型項目、提高型項目、研究創新型項目）教學模式和與該模式配套的實踐教學管理體系[5]，在每個實踐項目中，提出了“基本”與“擴展”內容的不同要求，保證了實踐教學的系統性和實踐環節的完整性，形成了“基礎―提高―創新”的研究型實踐教學新體系，從而兼顧了不同層次的學生[6]，使所有學生都能根據自己的知識水平選擇適合自己的實驗項目，從根本上解決了“單片機只是為少數學生開設的課程”這一問題。單片機實踐項目的設計如表1所示。
3 課程考核方式
以項目考核代替筆試。以表1中的實踐項目完成情況及期末作品（期末作品完全由學生自由選擇，可以參考“研究創新型”項目）進行綜合評價。為了防止學生拿他人成果作為作品，按畢業設計的要求來驗收作品項目――提交完整的設計報告、設計源代碼、分組進行答辯，其中設計報告需包括目錄、設計題目、設計任務、設計思路（原理組成框圖、資源分配）、硬件電原理圖和連接圖、程序流程圖、設計心得和參考資料;設計源代碼要有較為詳細的注釋。這樣的做法將是學生對畢業設計過程的一次預練，也有利于督促學生在項目上多花時間和精力，真正掌握單片機的知識及其設計方法。
4 項目在課程結束后的延續
在教學過程中發現，很多學生在課程結束后都會存在項目（特別是提高型項目和研究創新型項目）的部分功能未完成或想進一步完善的情況。這時如果繼續給學生提供實驗室平臺和相關資源，將會使學生更進一步。可以按本科畢業設計的難易程度對項目在原有基礎上進行功能的添加，修改成畢業設計題目，有助于學生學習的延續，也為畢業設計提前做了準備。
二 基于提升畢業設計質量的應用實踐
學生在做畢業設計中存在兩大問題：一是從畢業設計題目下達到畢業答辯不到一年的時間里，部分學生考研或找工作占用了大四的絕大部分時間，真正進行畢業設計的時間不夠;二是學生對所選題目不了解或不感興趣使得很難進入設計工作狀態。這兩方面因素最終導致畢業設計質量不高，部分學生到了答辯時還不清楚自己的設計方向，甚至為了應付完成任務，少數人去抄襲或購買畢業設計作品或論文。
為了提升畢業設計的質量，很多人提出了各種辦法和建議，如：適當延長畢業設計的時間，讓學生有充分的時間來深入研究一個課題[7]。增設命題介紹環節，提供選題依據，允許自選題目;采用信息化管理手段，提高管理效率和畢業設計教學質量[8]。增強指導教師責任心，嚴格畢業答辯[9]。不可否認，這些方法都能從一定程度上提升畢業設計的質量，但不能從根本上解決問題。我們認為，畢業設計質量能否提升，真正的決定性因素在于學生，而不在于教師或管理手段。必須讓學生先對題目有深入了解，根據自身的專業水平選題，進而產生興趣，才有可能真正投入到設計工作中[10]。
將設計類課程的項目開發延續到畢業設計中（在原有項目的基礎上進行擴展，作為畢業設計的提前準備），學生有了更充裕的時間和更明確的設計任務，可以和指導教師協商選擇自己感興趣的畢業設計課題，從而充分發揮學生的潛能，提高畢業設計質量。
實踐表明，平時在課堂上按教師的指導完成課程任務的學生對單片機系統設計有較為深入的認知。以課堂上完成的項目為基礎，提前進入畢業設計環節，普遍使畢業設計的完成質量有了明顯的提高。由學生自由組隊進行實踐項目開發，培養團隊合作能力;鼓勵學生自選題目，充分發揮學生的自主想象力和創造力。文中的教學過程主要以單片機為例，項目的設計稍加修改可以推及到嵌入式系統、電子系統設計等課程，具有一定的參考價值和推廣意義。
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論文關鍵詞：核
1引言
EDA是（ElectronicDesignAutomation）的縮寫即電子設計自動化。EDA的關鍵技術之一就是IP核（IntellectualProperty)。IP核是一段具有特定電路功能的硬件描述語言程序，具有可移植性，并具有很高的通用性和靈活性，可以通過軟件編程完成用戶需要的，不同的，特定的功能，可以任意使用在各種嵌入式微控制系統中。嵌入式IP核的應用，大幅降低了設計成本，縮短了設計周期，成為當今SOC的重要設計手段。在EDA技術和開發中占有重要的地位。
2系統介紹
本文的設計工具是Altera公司的QuartusII，用VHDL語言進行描述，采用自頂向下的設計原則。MC8051IPCore頂層結構圖如圖1所示，圖1中指示了mc8051_core的頂層結構以及與三個存儲模塊的連接關系，同時顯示了頂層的輸入輸出I/O口。定時器/計數器和串行接口單元對應于圖1中的mc8051_tmrctr和mc8051_siu模塊，數量是可選擇的，在圖中用虛線表示。MC8051IPCore核心由定時器/計數器、ALU、串行接口和控制單元各模塊組成。ROM和RAM模塊不包括于核心內，處于設計的頂層，方便于不同的應用設計及仿真。
圖1MC8051IPCore頂層結構圖
3系統實現
3.1可編程時間間隔定時/計數器8254的設計
任何微型計算機系統中都存在定時控制問題，可編程時間間隔定時/計數器8254的設計是在使用軟件控制下的精確時間延遲，這樣可以解決定時控制問題。內部結構如圖2所示。
圖28254內部結構圖
3.28259的設計
分析8259A的功能和內部結構可知，本單元應分成五個部分三個模塊來實現，模塊層次關系如圖3所示：
圖38259層次關系圖
各模塊的主要功能如下：
數據緩沖模塊：對8259A數據緩沖和暫存。
讀寫控制模塊：負責8259A的所有初始化工作及讀寫操作。
中斷請求模塊：負責中斷詢求、中斷信號的產生及判優。
中斷控制模塊：完成中斷應答功能，中斷向量的生成，級聯選通，主從功能設置等這一系列功能。
優先級控制模塊：設定實現不同的優先級判別方式。
3.3MCS-51IP核的設計
按照自頂向下的設計原則，整個系統分為：控制模塊、定時/計數模塊、算術邏輯模塊ALU、串行通信模塊四個功能模塊，而RAM和ROM在使用時，只根據需要進行定制。系統核心由定時器/計數器、ALU、串行接口和控制單元各模塊組成。ROM和RAM模塊為方便各種應用設計和仿真，處于設計的頂層。在本設計中控制單元主要完成操作指令譯碼、時序邏輯控制、中斷響應優先順序處理和微操作控制等功能。它分為中斷的響應及指令的譯碼子模塊和微操作控制模塊兩個子模塊。其中，ontrol_fsm模塊產生各指令的控制信號并主要實現MCS-51中斷的響應，ontrol_fsm模塊產生微操作信號的具體操作過程，控制RAM存儲器的讀寫地址及數據傳輸、PC寄存器的賦值、串口與定時器的中斷信號處理、中斷的查詢、SFR的讀寫等功能。在定時/計數器單元，本設計能保證計數速率為1/12個振蕩器頻率。計數脈沖在選擇計數器工作模式時在來自相應的外部輸入引腳T0或Tl。對外部輸入信號的占空比這一電平至少要保持一個機器周期，因為必須確保某一給定的電平在變化之前至少被采樣一次。算術邏輯運算模塊設計調試以優化后綜合后產生的模塊符號圖如圖4所示，該工程項目文件可在其它邏輯電路設計中直接調用。
圖4ALU模塊符號圖
通過前面的模塊設計和綜合后生成MSC-51單片機系統，如圖5所示：
圖5mc8051最終圖形
4．結束語
EDA技術近年來發展速度令人驚奇，它作為當下電子設計技術的核心，被廣泛的應用在電子系統設計中。
本文創新點：1.采用完全同步設計，即整個SOC系統都是在統一工作時鐘的協調下工作的。內部采用鎖相環進行分頻得到其它工作頻率。2.指令集和標準8051微控制器完全兼容。3.優化的CPU時序使得完成一條指令最多只需1~4個時鐘周期，執行性能優于標準8051微控制器8倍左右，提高其運算速度。4.用戶可選擇定時器/計數器、串行接口單元的數量。5.新增了特殊功能寄存器用于選擇不同的定時器/計數器、串行接口單元。6.可選擇是否使用乘法器（乘法指令MUL）。7.可選擇是否使用除法器（除法指令DIV）。8.可選擇是否使用十進制調整功能（十進制調整指令DA）。9.I/O口不復用。10.內部帶256BytesRAM。11.最多可擴展至64Kbytes的ROM和64Kbytes的RAM。12.最多可擴展至64Kbytes的ROM和64Kbytes的RAM。
參考文獻
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關鍵詞：EDA；實踐教學改革；應用型人才培養；創新能力
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）28-0052-03
一、引言
進入20世紀90年代以后，電子設計自動化（EDA，Electronic Design Automation）技術得到了飛速發展，電子系統的設計觀念、設計方法發生了革命性的變化，傳統的設計方法正逐步退出歷史舞臺，而基于EDA技術的芯片設計正在成為電子系統設計的主流[1]。國內EDA技術的應用和教學工作起步較晚，近年部分大專院校才開始著手有關EDA的教學工作，因此我國在這方面的設計、研發人才十分匱乏。擺在我們面前亟待解決的任務是，在深入進行高等院校教育改革的大好形勢下，應抓住良好的發展機遇，使學生掌握現代電子設計方法，培養適應電子信息技術快速發展的專業技術人才[2]。EDA是一門實用性很強的課程，學生在學完該課程后必須具備一定的硬件電路設計和調試的能力，因此在教學中需要不斷地用實踐訓練來強化學生在課堂所學習的理論知識，并使他們達到能夠獨立設計較復雜硬件電路的能力[3]。EDA技術自身的特點也決定了它的學習內容和方式相比于其他課程具有自身的規律和獨特性，在教學中合理把握其特點、加強實踐教學改革，有助于培養學生的綜合實踐能力和創新能力。實踐的主體是學生，實踐的手段和方法是利用EDA技術，與具體項目相結合是實踐性要求的另一個方向[4]。應按照“加強基礎、培養能力、提高素質、突出創新”的原則，加強實踐性體系結構的建設，增加綜合性、設計性強的內容，鼓勵學生積極參與到產踐中去，培養學生的科學實踐能力和創新思維能力[5，6]。
二、EDA傳統實驗教學存在的問題
EDA是一種新興的設計技術，教學觀念不能單停留于教會學生使用軟件工具上，更主要的是對個人或小組的設計能力的培養與加強。在EDA傳統實驗教學中，教師先講解實驗原理和要求，給出示例程序，學生參照程序在QuartusⅡ軟件平臺上完成編譯、仿真，然后下載到EDA/SOPC實驗箱上進行硬件測試。這種實驗教學方法存在很多的不足。
1.實驗靈活性不夠，忽視了學生的作用。傳統實驗教學中，教師給出相應的參考程序，讓學生驗證。每個實驗操作過程都一樣，實驗方法單一，實驗內容比較固定，不能完全滿足實驗設計的要求，不能突出實驗中EDA技術的實用性。導致學生興趣降低，被動應付實驗，影響了實驗效果。另外，學生在做完實驗后只是掌握了軟件設計和調試的技巧，對FPGA電路部分的設計和調試方法卻一無所知，缺少了硬件實現方面的鍛煉，阻礙了實踐創新能力的提高。達不到面向工程實際的電子設計的自主創新性；達不到學生設計能力、自主創新能力的培養和與工程實際相結合的動手能力的培養；達不到培養學生獨立分析問題、解決問題的能力。不能發揮學生的能動性，學習的積極性和實踐能力得不到提高。
2.綜合設計性實驗難開展，阻礙了實踐創新能力的提高。傳統的EDA實驗教學主要是利用系統軟件QuartusⅡ和EDA/SOPC實驗箱進行模擬仿真，學生做的只是按照給定程序進行編譯、仿真、引腳鎖定和下載測試，這種實驗方法不能很好地將硬件電路和軟件編程有機結合起來，導致實驗教學效果不理想，學生學習積極性不高。同時，采用實驗箱進行的實驗多為驗證性實驗，綜合設計性實驗較少，即使是綜合設計性實驗，它與應用型人才培養的目標所要求的硬件實現、軟件編程過程也相差甚遠。課程結束后，學生雖然對EDA的原理、概念有所了解，但對EDA技術還是缺乏整體的掌握，與社會需求的差距較大。
三、EDA實踐教學改革
1.更新EDA設計理念，倡導啟發性實踐教學。引導學生建立自頂向下的現代數字系統設計理念，從傳統搭積木式的自底向上設計轉向基于可編程邏輯器件的數字系統設計，培養學生的調研分析、創新能力、系統設計、工程實現方面的能力與素質。對實踐教學中的疑難點，加大教師在實踐教學中的指導、監督、啟發的作用。這樣充分發揮學生的主觀能動性和創造性，避免學生在實驗中“照葫蘆畫瓢”、“囫圇吞棗”。
2.改革實驗教學內容，提高學生的綜合設計能力。傳統的EDA實驗教學以驗證性實驗為主，能夠培養學生綜合能力和創新能力的綜合性設計性實驗開設較少，因此應在EDA實驗教學中增加綜合性設計性實驗的比重。在保證學生能起步操作軟件的基礎上，給學生更多的自主學習和研究的機會，來完成不同的實驗。綜合設計性實驗選題采取廣泛選題方式，對來自教師課題、創新項目、競賽項目、企業開發項目等途徑來的題目，在提交明確的設計背景、目標、任務和方法，經教師審核后可以作為課程綜合設計性實驗題目。這些實驗項目與學生日常生活聯系比較緊密，使學生可以接受更為實際、更加系統的訓練。綜合設計性實驗最大的特點是沒有現成的模式可循，學生需獨立完成軟硬件設計和調試。在調試過程中，學生要自己分析解決實驗中出現的問題，在解決問題的過程中進一步加深對EDA系統軟硬件設計的理解。綜合設計性實驗項目的開設雖然對學生來講有一定難度，但因與現實生活聯系比較緊密，學生的興趣比較高，能使學生從被動應付實驗變成主動實驗，更好地培養學生學習的自主能力和創造能力。
3.改革實驗教學方法，提高學生的學習興趣和自主實驗的能力。為了達到學生設計能力和自主創新能力的培養，在實驗教學改革中采用“工程導向”的教學模式。首先，教師給出設計任務，讓學生明白設計要求。其次，學生自己分析設計要求，寫出設計方案。在這個過程中小組成員之間、教師都可以對方案的可行性提出質疑，并加以指導解決，實現了“教”與“做”的結合，充分發揮學生的主觀能動性和團隊合作精神。再次，學生根據方案自己編譯程序，仿真下載測試。在這個過程中學生可以充分發揮電路設計能力和自主創新能力。可以培養學生分析問題和解決問題的能力。最后，教師驗收。檢查該設計是否達到設計要求，并與學生討論該設計是否有優化的可能，是否有其他的設計方案等，加深對知識的理解并且可以鍛煉學生的思維廣闊性和創新性。
4.課外EDA實踐訓煉，提高學生的創新實踐能力。（1）學生成立EDA創新學習小組，利用實驗室的資源，開展EDA軟件編程和硬件設計實踐訓練。給學生提供一個完善自我、表達自我的空間和舞臺，能使學生的想法在實驗室變成產品、變成論文，有利于學生的個性發展和特長發揮，培養學生的實踐創新能力和分析問題、解決問題的能力。（2）鼓勵學生參與教師的科研項目，引導學生將FPGA/CPLD的新技術應用到科研項目的設計中去。讓學生輔助教師進行設計、分析、實現，并制定測試方案，在實踐中充分發揮學生的創造性、想象力和主觀能動性，培養學生的知識應用能力、信息獲取和選擇能力、創新能力、實踐能力。按照“興趣感知學習探索創新設計研究開發”這樣一個循序漸進的過程來培養學生的綜合創新素質和研究能力。（3）在課程設計、畢業設計等環節中給學生推出數量較多的EDA應用題目，從而讓學生利用已有知識對EDA技術進行更深層次的設計，啟發學生思維，開發學生創新意識，從而將實驗教學、課程設計、畢業設計等多個實踐教學環節緊密連接起來，形成一種從單元到模塊、從模塊到系統，從仿真到實驗、從實驗到設計，從簡單到復雜的層層推進、環環相扣的實踐教學模式。這種多層次的實踐教學，充分調動了學生自主實踐的積極性，并且培養了學生解決問題的能力，從而切實提高學生實踐活動的效果。（4）組織學生參與各種形式的學科專業競賽，大大提高學生的綜合設計能力和創新能力。如2009年“NEC杯”全國大學生電子設計競賽中，獲省級一等獎3項，二等獎4項，三等獎2項，2010年“高教社&XILINX杯”山東省大學生電子設計競賽中，獲山東省一等獎7項，二等獎3項，三等獎3項；2011年“瑞薩”杯全國大學生電子設計競賽中，獲全國二等獎3項，省級一等獎5項，二等獎5項，獲獎層次和數量居省內高校前列。
四、結束語
實踐教學在EDA課程教學中占有非常重要的地位，應結合學校和學生的實際情況，進行EDA實踐教學改革。通過改革，學生在動手和實踐應用方面的能力大大提高了，也給學生提供了極大的創造空間，強化了學生在教學活動中的主體地位，有利于學生創新思維和創新能力的培養，有利于學生個性和才能的全面發展，為社會主義現代化建設培養應用型人才。
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高校電類本科專業指通信工程專業、電子與信息工程專業、電子科學與技術專業、電子信息科學與技術專業、計算機科學與技術專業、自動化專業、電氣工程和自動化專業等.這些電類專業在專業基礎理論課、實踐教學體系方面有許多共同之處，是參加電子設計競賽的主力軍.全國大學生電子設計競賽是教育部倡導的大學生學科競賽之一，是面向大學生的群眾性科技活動，目的在于推動高等學校促進信息與電子類學科課程體系和課程內容的改革，有助于高等學校實施素質教育，培養大學生的實踐創新意識與基本能力、團隊協作的人文精神和理論聯系實際的學風；有助于學生工程實踐素質的培養、提高學生針對實際問題進行電子設計制作的能力；有助于吸引、鼓勵廣大青年學生踴躍參加課外科技活動，為優秀人才的脫穎而出創造條件.
2高校電子設計競賽的組織
全國大學生電子設計競賽由教育部高等教育司和信息產業部人事司共同主辦，負責領導全國范圍內的競賽工作.各地競賽事宜由地方教委（廳、局）統一領導.為保證競賽順利開展，組建全國及各賽區競賽組織委員會和專家組.以高等學校為基本參賽單位，參賽學校應成立電子競賽工作領導小組，負責本校學生的參賽事宜，包括組隊、報名、賽前準備、賽期管理和賽后總結等.高校在組建成立電子競賽工作領導小組時，如果學校電類專業單一，可設常設機構，由具體電類專業所在院系負責、教務處、學生處、團委、后勤集團等單位參與；若學校電類專業較多，可由電類專業相關院系輪流擔任理事，按屆組織，其它院系積極參與，教務處、學生處、團委、后勤集團等單位參加，適當引入競爭機制.在參賽小組的選拔中，首先由學生自由組隊報名，要求組隊后的3個隊員各自具有較強的能力且隊員之間能配合默契，在單片機系統設計與應用，模擬和數字電路的應用，硬件焊接與調試，計算機編程以及撰寫設計報告論文等方面要有所分工；然后組織報名參賽隊進行選拔考試，內容包括模擬電路、數字電路、單片機、傳感器等方面的基本知識及應用，典型測量系統的設計方案，對電子競賽的了解，參加競賽的優勢自述等；最后指導教師根據各參賽隊成員選拔考試的結果、面試表現以及綜合考慮各參賽隊在團隊合作、硬件制作、軟件編程、報告撰寫能力等方面的實力，確定參加競賽的組數和各組成員.電子設計競賽的命題范圍廣,涉及到電子技術(模擬電路、數字電路)、高頻電子線路、通信原理、單片機技術、可編程器件等多門課程,并鼓勵新技術的應用.這就要求賽前指導老師要有更寬的知識面和更豐富的實踐經驗.年青教師對新技術、新軟件上手快,但實踐經驗缺乏,老教師經驗豐富但計算機應用和新技術的掌握上又有不足.為了發揮特長,實現互補,在賽前指導上成立賽前指導小組,在小組中注意年齡和特長的結合,注意學科的結合.教師在指導學生的過程中相互學習,共同提高.知識和經驗的相互滲透和補充促進指導老師的業務素質的提高,這使教師能夠在日常的教學和科研中發揮更大的作用,推動師資隊伍建設.
3參賽學生的培訓
3.1參賽學生的現狀
參加電子設計競賽的學生一般是大學二、三年級的學生，已學習了很多相關課程的理論知識，也具有一定的實踐能力，特別是在外語能力、計算機能力、單片機編程能力、查閱文獻能力方面.但是在模擬電路，單片機硬件，電路安裝工藝，如何根據系統性能指標設計電路方案和確定單元電路的性能指標，單元電路調試排錯能力，系統的聯調方面卻存在著一定的不足.學生在此前的課程中，雖然學習過一些電子設計制作中常用的軟件，如Protel電子原理圖的設計，印刷電路板設計繪制，以及電子邏輯分析仿真等，但是缺乏一定的深度，其熟練程度需加強.常規電子儀器（如示波器、信號發生器、仿真器、掃頻儀、萬用表等）的使用不夠熟練.雖然學生在電工電子、電子線路等實驗課中使用過常規電子儀器，但是往往更換型號后就不能很快地熟練使用，影響電路的調試速度.另外學生的“單片機原理與技術”課程實驗通常采用普通的51單片機，而電子競賽往往會使用一些功能強大的單片機，因此在開發工具和仿真器方面存在差異.學生在培訓期間，要加強理論與實踐的結合，使學生在電子競賽中涉及的知識點的深度和實踐動手能力方面能得到很快的提升，這樣才能確保在電子競賽期間順利完成競賽的設計任務.為了鼓勵電類大學生積極參加電子設計競賽培訓全部過程（包括前期課程與后期競賽培訓），可在完成競賽訓練作品設計與設計報告后，由指導教師給出相應成績，可替代相應一門課程或實踐環節的成績，如“電子系統設計”、“認識實習”、“電子技術課程設計”等.
3.2培訓內容選擇、方案討論及實際制作
如何在一個相對短的時間內盡快地提高參賽學生的設計開發和實踐動手能力是培訓階段要解決的關鍵問題，在輔導中采用實戰訓練的方法，即模擬進行一次次的競賽過程.包括給各組布置不同的設計題目、限時提交設計方案、全體隊員集中由各組分別介紹設計方案并進行交流討論、指導教師點評、各組分別實際制作、撰寫設計總結報告，最后進行實物演示和總結答辯，這樣盡管每個組只具體設計制作了一個系統，但是通過互相交流，對其它組所涉及的技術也有較系統的了解，在以后類似技術的實際設計制作過程中能起到事半功倍的效果.在培訓開始時，向參賽學生詳細介紹大學生電子競賽的競賽規則、競賽命題、評審和評獎等方面的情況，邀請已參加過電子競賽的高年級學生介紹參賽期間的注意事項及參賽體會；對歷年的大學生電子競賽題目、實現的方案、獲獎小組的總結報告等進行深入的破析和討論；讓參賽學生對競賽及要求有一個全面的了解.引導學生既要重視困難又不能畏懼困難，在充分認識本小組的優勢與弱勢的情況下，心理上充分地做好艱苦訓練的準備.組織責任心強、具有相當專業技術水平和經驗豐富的老師，針對電子競賽的特點，在模擬電路、數字電路、單片機應用技術方面進行講解，講解中對基本電路的原理，實現的方法，相關電路的主要性能指標及測試方法、設計及調試中需要注意的事項作簡明的介紹，對涉及的電子元件進行實物展示，對一些輔助設計軟件、查閱科技論文的方法及常用的電子元器件及應用的網站作一些推薦性的介紹.
從歷年的競賽題目中確定各參賽小組的第一次訓練題目，盡量做到各參賽小組選擇不同的訓練題目，按照電子競賽的要求，規定在一個適當的時間內完成實物的制作、性能指標的測試、總結報告的撰寫.然后由各小組對訓練情況進行詳細的介紹，各小組之間展開廣泛的討論，商討是否有更好的實現方案，設計的電路及測試的結果是否合理，撰寫的報告是否嚴謹，盡可能地發現訓練中的不足之處，輔導老師根據各組的完成情況進行講評.要求各小組根據討論情況在1～2天時間內完善制作的實物及報告，同時要求各小組對另外小組的實物進行測試，通過相互交流在相對短的時間內能掌握更多的知識.在第一個實際系統設計后，協商電子設計競賽第二次訓練題目，要求盡可能多地涉及未曾接觸的知識點，在規定的時間內完成設計任務，然后各小組演示實物的功能，測試電子系統的各項指標，注重測試方法是否正確，測試性能指標是否符合設計要求，對于差異較大的需要認真分析其原因，找出合理的解決方案并實施.最后，要求各參賽小組認真整理前一階段培訓完成的實物，單元電路要求注明電源要求、詳細且清楚的輸入輸出接口信息，達到的性能指標并形成文字，軟件要求有整體的說明，需要占用的資源說明、語句有詳細的注釋.輔導老師對培訓中出現的問題向學生做詳細的介紹，對競賽中容易出現的問題也需要提醒學生.在參賽的前一天不安排具體的工作，保證學生能休息好，以極佳的狀態參加電子設計競賽.
4競賽過程中的注意事項
4.1注意競賽紀律
全國電子設計競賽采用全國統一命題、分賽區，“半封閉、相對集中”的組織方式.競賽題目在競賽開始時打開（如2009年全國大學生電子設計競賽是9月2日8:00正式開始）.每支參賽隊限定在提供的A、B、C、D、E、F等題中任選一題；要求認真填寫《登記表》內容，填寫好的《登記表》由賽場巡視員暫時保存.參賽者必須是有正式學籍的全日制在校大學生，應出示能夠證明參賽者學生身份的有效證件（如學生證）供隨時備查.每隊嚴格限制3人，開賽后不得中途更換隊員.競賽期間，可使用各種圖書資料和網絡資源，但不得在學校指定競賽場地以外進行設計制作，不得以任何方式與他人交流，包括教師在內的非參賽隊員必須回避，對違紀參賽隊取消評審資格.競賽開始后，為保證競賽工作順利進行，參賽學校應組織專人負責提供競賽所需設備、元器件、后勤保障等工作.競賽結束后（如2009年全國大學生電子設計競賽是9月5日20:00競賽結束），上交設計報告、制作實物及《登記表》，由專人封存，并在指定時間前送到指定地點.
4.2競賽題目分析及方案設計
參賽隊員應仔細閱讀所有競賽題目，根據自己組3個隊員的訓練情況，選擇相應的題目進行參賽制作.選擇題目應注意題目中不應該有知識盲點，即要能夠看懂題目要求.如果不能看懂題目要求，原則上該題目是不可選擇的.設計制作分基本要求和發揮部分，一般各占50分，設計總結報告30-50分（2009年30分，以前50分）.應注意的是基本要求的各項分值題目中沒有給出，但在發揮部分給出了各小項的分值，選擇題目時應仔細分析各項要求.確定競賽題目的時間原則上不要超過兩小時，題目一旦選定，中途不要隨意更改.確定競賽題目后，參賽小組的3個隊員應認真討論設計方案，設計方案應考慮制作的可行性，包括元器件是否能夠采購到都必須考慮.設計方案可以提出一到兩個，或者確定一個方案，對有些部分作出兩個或者兩個以上方案.同時應盡快提出元器件清單，確定元器件庫中沒有的元器件，提出采購清單.元器件采購清單應提供元器件名稱、型號、規格、數量、替代型號及規格.確定方案的時間應不超過6小時.
4.3元器件的采購和設計裝配制作
元器件采購是保證競賽順利進行的基礎，沒有元器件，作品是不可能制作成功的.因為競賽題目事先不知道，學生作出的設計方案也是各不相同，需要的元器件也是多種多樣的，可以事先準備一些元器件，但不可能完全備齊.競賽中采購是必須的.不同的院校在不同的城市，要保證能夠采購到競賽所需要的元器件，應在競賽開始前兩天，派1-2名老師到比較大的電子市場去采購，找好元器件供應商.競賽開始后，競賽學生不斷的提出需要的元器件清單，由教師去購買，并以最快的速度運送給競賽學生.在競賽中，各隊學生可以按照在訓練中的分工，按照軟件編程、硬件制作、設計總結報告寫作三部分分頭進行，每個隊員各有側重，注意分工合作.設計制作過程中，可以分模塊設計、安裝、調試，一步一步進行.3人之間要注意多溝通，多交流.遇到問題，要冷靜處理，不要慌張.在設計、安裝、調試的每一步，都需要兩人以上進行核對和檢查.特別是到總調試階段，一定要格外小心，通電前一定要兩人以上進行核對和檢查，不要急于通電，否則通電燒掉作品而前功盡棄.作品應該在第四天的下午全部完成，到第四天下午沒有完成的功能和指標，也就不要再做了.很有可能的是，為了追求更好的指標和功能，結果將已完成的部分弄壞了.負責設計總結報告寫作的隊員，要根據軟件和硬件設計隊員提供的電路圖紙、程序清單等設計資料，按照設計總結報告寫作要求進行整理.到第四天上午，除測試數據外，應全部完成.測試數據可以在作品調試完畢，競賽結束前補充到設計總結報告中去.競賽一般在第四天下午8點結束，上交設計報告、制作實物及《登記表》，由賽場巡視員封存.封存時應注意文件完整，符合競賽要求.作品要妥善包裝，要能防止運輸和搬運過程中的沖擊和振動.整個競賽時間是四天三夜，要注意競賽時間的合理安排，注意休息和飲食，參賽學校應組織專人負責提供飲食后勤保障，使參賽學生保持充沛的精力，圓滿完成競賽.
二十世紀九十年代以來，計算機的不斷發展引發了各個領域的革命性變革。航運界也受其影響，使得現代航運對船舶自動化程度和信息集成程度的要求也越來越高。為了適應現代自動化機艙的要求，PLC控制逐漸取代繼電接觸器控制成為船舶機艙控制的主要環節，使控制系統更加安全、迅速、可靠。 船舶在正常航行過程中，機艙出現故障經常需要輪機員下去對主機，輔機等設備進行維修和保養，由于現在大多數船舶采用的是無人機艙的模式，所以在機艙工作的數量就很少。故而當輪機員進入機艙工作就需要有可靠的監測報警系統，傳統的繼電器控制的輪機員安全報警器，雖說能夠提供報警但是其容易發生故障且不易被察覺。然而采用PLC控制這能使輪機員報警系統的安全系數大大的提高，從而使輪機員的工作更加安全可靠。上述設計滿足了《2006鋼質海船建造入級規范》的迅速、實時、可靠、直觀等要求。所以用PLC控制輪機員報警器就能夠使輪機員在機艙工作地安全系數得到大大的提高
關鍵詞 ：船舶輪機員安全 監視報警系統 PLC 繼電器控制
Abstract
Keywords Engineers to monitor the ship security alarm system control PLC relay
目 錄
1 引言 1
2 工作原理 2
2.1系統的基本組成 2
2.2工作原理及過程 2
3 PLC簡介及程序設計 3
3.1 PLC簡介： 3
3.2 PLC控制的船舶輪機員安全報警系統設計 3
3.3 PLC控制的輪機員安全報警系統程序 5
3.4 PLC接線圖 6
3.5 I/O接線列表 7
4、 PLC控制的輪機員安全報警系統與繼電器控制的輪機員報警系統的比較 7
4.1 繼電器接觸器控制的缺點 7
4.2 PLC控制的的優點 8
結 論 9
致 謝 10
1 引言
隨著船舶建造水平的發展，大量高科技設備得到應用，使得很多設備的運行已不再需要人工看護和操作，出現了無人機艙或一人機艙，人們只需要在必要的時候對機艙設備進行巡檢就可以了。
因此，為了保證輪機員的安全，產生了輪機員安全報警系統。當輪機員下機艙工作前，開通此系統就可以保證輪機員安全地工作。如果在工作期間出現了人身傷害，不能在固定時間內將本系統復位時，本系統會發出警報，報警信號送至機艙延伸報警燈柱和機艙報警檢測系統。
機艙報警檢測系統又會將此報警送至延伸報警系統，再送至駕駛室及相關船員房間以及公共場所，提醒大家進入機艙救人。
值班輪機員能夠在固定的時間內復位本系統，則本系統將重新報警計時，直至輪機員安全離開機艙關閉本系統時，本系統才不再進行報警計時。該系統的采用大大的提高了輪機員的人身安全系數，有的船廠將其稱為死人報警。
圖1傳統輪機員安全報警系統（繼電器接觸器控制）
2 工作原理
由于每個廠家的原理圖有所不同，但都是大同小異，在這里我只以上面的一種電路圖為例進行討論。
2.1系統的基本組成
該系統主要由控制回路（都安置在集控臺內），啟動／停止按鈕箱（每個機艙的入口位置）和復位按鈕箱（在機艙的報警燈柱還機艙報警檢測的樓梯口）等。
2.2工作原理及過程 3 PLC簡介及程序設計
3.1 PLC簡介：
PLC即可編程控制器（Programmable logic Controller），是指以計算機技術為基礎的新型工業控制裝置。在1987年國際電工委員會（International Electrical Committee）頒布的PLC標準草案中對PLC做了如下定義：PLC英文全稱Programmable Logic Controller ,中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是:一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執行邏輯運算,順序控制，定時，計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。
“PLC是一種專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。PLC及其有關的外圍設備都應該按易于與工業控制系統形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。”
3.2 PLC控制的船舶輪機員安全報警系統設計
本輪機員安全報警系統由輪機員安全主控模塊、輪機員安全復位模塊、輪機員安全起/停模塊三部分構成。
其中，一個輪機員安全主控模塊可配置4個區域的輪機員安全子系統，每個輪機員安全子系統可配置多個輪機員安全復位模塊和一個輪機員安全子系統起/停模塊。
本系統可實現啟動、停止、復位和求救信號的采集、報警定時、預報警和報警輸出等，輪機員安全主控模塊安裝在各機艙艙室內，輪機員安全復位模塊上含有報警燈、復位按鈕、求救按鈕、喇叭等，它被安裝在一個區域的多個部位，實現輪機員安全監控和求救的功能。輪機員安全子系統起/停模塊上含有電源指示燈、起/停按鈕、聲光報警等，它被安裝在一個區域的入口處，實現輪機員安全監控子系統的運行和停止運行等功能。系統原理框圖如圖1所示。當船員進入機艙內開啟起停模塊上的起停開關后，系統初始化后進入正常工作狀態，計時器開始計時，到達預報警指定時間時開啟預報警，復位模塊聲光報警啟動，此時計時器繼續計時。若船員按下復位鍵，報警取消，計時器重新計時；如果復位沒有按下且已經到達事故報警指定時間則開啟事故報警，起停模塊聲光報警啟動。
圖1
3.3 PLC控制的輪機員安全報警系統程序
圖2系統程序圖
3.4 PLC接線圖
圖3 PLC接線圖
3.5 I/O接線列表
I0.0 SB1復位按鈕 I0.3 啟動按鈕
I0.1
I0.2 轉換開關K2 I0.4 停止按鈕
Q0.0 KM1 Q0.7 機艙報警燈柱 Q0.2 H1 Q1.1 KM3 Q0.6 KM8
4、 PLC控制的輪機員安全報警系統與繼電器控制的輪機員報警系統的比較
4.1 繼電器接觸器控制的缺點
對于傳統繼電控制的機艙輪機員安全報警系統，由于采用的是機械式的控制元件，所以存在許多的缺點。
而對于現在的船舶其自動化程度越來越高對控制系統的精確度和安全系數的要求就要更高。
（1）傳統的繼電控制的輪機員安全報警系統，電器控制系統控制邏輯采用硬件接線，利用繼電器機械觸點的串聯或并聯等組合成控制邏輯，其連線多且復雜、體積大、功耗大，系統構成后，想再改變或增加功能較為困難。
（2）繼電器的觸點數量有限，所以電器控制系統的靈活性和可擴，當電源接通時，電路中所有繼電器都處于受制約狀態，即該吸合的繼電器都同時吸合，不該吸合的繼電器受某種條件限制而不能吸合，這種工作方式稱為并行工作方式。
（3）繼電器控制系統依靠機械觸點的動作以實現控制，工作頻率低，機械觸點還會出現抖動問題。電器控制系統采用時間繼電器的延時動作進行時間控制，時間繼電器的延時時間易受環境溫度和溫度變化的影響，定時精度不高。由于電器控制系統使用了大量的機械觸點，其存在機械磨損、電弧燒傷等，壽命短，系統的連線多，所以可靠性和可維護性較差。
4.2 PLC控制的的優點
（1）采用PLC控制則PLC采用了計算機技術，其控制邏輯是以程序的方式存放在存儲器中，要改變控制邏輯只需改變程序，因而很容易改變或增加系統功能。系統連線少、體積小、功耗小，而且PLC所謂“軟繼電器”實質上是存儲器單元的狀態，所以“軟繼電器”的觸點數量是無限的，PLC系統的靈活性和可擴展性好LC的用戶程序是按一定順序循環執行，所以各軟繼電器都處于周期性循環掃描接通中，受同一條件制約的各個繼電器的動作次序決定于程序掃描順序，這種工作方式稱為串行工作。
（2）PLC的用戶程序是按一定順序循環執行，所以各軟繼電器都處于周期性循環掃描接通中，受同一條件制約的各個繼電器的動作次序決定于程序掃描順序。PLC通過程序指令控制半導體電路來實現控制的，速度快，程序指令執行時間在微秒級，且不會出現觸點抖動問題。
（3）PLC采用半導體集成電路作定時器，時鐘脈沖由晶體振蕩器產生，精度高，定時范圍寬，用戶可根據需要在程序中設定定時值，修改方便，不受環境的影響，且PLC具有計數功能，而電器控制系統一般不具備計數功能。PLC大量的開關動作由無觸點的半導體電路來完成，其壽命長、可靠性高，PLC還具有自診斷功能，能查出自身的故障，隨時顯示給操作人員，并能動態地監視控制程序的執行情況，為現場調試和維護提供了方便。
結 論
本系統主控制器采用了西門子S7-200 PLC，其緊湊的結構，良好的擴展性能，強大的指令功能，利用485標準的通信口進行信息傳送, 并自行設計相應接口而組成的船舶機艙巡回監測報警系統充分應用了該微型PLC的硬件資源，發揮了其軟件優勢。輸入輸出采用差動方式，提高了抗干擾能力，同時，主機和多臺終端可以全部并聯在一對雙絞線上進行多機通訊，節省了傳輸線，所以本系統小但功能齊全，穩定性好。為用戶帶來極大的方便;在近兩年的實際運行中未出現故障，為船舶的安全、可靠的航運起到了非常重要的作用，同時也為航運公司帶來了巨大經濟效益。通過PLC程序的控制使得輪機員安全報警器的工作過程更加的安全可靠，使得無人機艙技術應用得到更好推廣和發展。同時利用PLC程序的控制能夠大大的節約機械繼電裝置的應用，從而使的輪機員報警器的形狀更加小繼而節約船舶的空間。
致 謝
這次畢業論文能夠得以順利完成，并非我一人之功勞，是所有指導過我的老師，幫助過我的同學和一直關心支持著我的家人對我的教誨、幫助和鼓勵的結果。我要在這里對他們表示深深的謝意！ 感謝我的指導老師——老師，沒有您的悉心指導就沒有這篇論文的順利完成。 感謝班主任周靜，王麗，趙玥老師三年的生活相處不久，卻從您身上學到了太多，必將終身受益。感謝所有教授過我課程的暨海事學院的老師們，是你們誨人不倦才有了現在的我。感謝我的父母，沒有你們，就沒有我的今天，你們的支持與鼓勵，永遠是支撐我前進的最大動力。 感謝身邊所有的朋友與同學，謝謝你們三年來的關照與寬容，與你們一起走過的繽紛時代，將會是我一生最珍貴的回憶。
[2]田瑞庭.可編程控制器應用技術. 北京：機械工業出版社.1994年
[3]常斗南.可變程序控制器原理應用及通訊.北京：機械工業出版社 1997年
[4]閆世杰.船舶信號.北京：人民交通出版社 2006年
[5]陳弘揚.船舶信號[M].北京：人民交通出版社 1991年
關鍵詞：研究性教學；ARM嵌入式系統；研究性教學平臺；研究性教學模式；研究性教學成效
作者簡介：譚會生（1966-），男，湖南茶陵人，湖南工業大學電氣與信息工程學院，副教授。（湖南株洲412008）
基金項目：本文系湖南工業大學教育教學改革教學之星專項（項目編號：2011C03）、湖南省教育廳大學生研究型學習與創新性實驗計劃項目（項目編號：2009-225）的研究成果。
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2012）10-0070-02
一、開展本科生研究性教學的必要性和條件
研究性教學是一種新的教育理念，是一種新的現代學習觀，它強調學習的自主性和開放性。在教師的研究性教學理念的引導下，教學設計被看成是一項系統工程，從研究思想、研究手段、研究策略等各方面進行教學過程的全新設計，激發學生的研究及探索科學問題的興趣。學生運用探索的方法，對問題進行研究，最終獲得知識。研究性教學理念要求教師通過自己的教學，培養學生做事和做人的能力和素質。
綜合現有觀點并結合作者多年實際開展研究性教學的實踐，作者認為開展本科生研究性教學必要性如下：大眾化高等教育的差異化教育的需要；提高大學生綜合應用能力的需要；提高大學生實踐動手能力的需要；提高大學生專業創新能力的需要；提高大學生專業綜合素養的需要；改變大學生被動學習學風的需要。隨著經濟社會的發展和高等教育的大力發展，我國高等教育已由精英化教育轉向大眾化教育，學生群體出現多樣化的趨勢，學生學習興趣、學習能力、學習需求的差異性日顯突出。為了提高大眾化高等教育的質量，更好地滿足市場經濟條件下對人才的高要求，筆者按人才培養方案組織教育的同時，對一些優秀和比較優秀的學生，根據社會發展的需求、學生的興趣愛好、學生的職業規劃等，進行加深與擴展，實現優才優教。
開展本科生研究性教學的主要條件如下：提高教師研究性教學的能力；激發學生研究性學習的積極性；提供研究性教學資源與教學場地；選擇一個合適的有效平臺；構建有效的研究性教學評價與評估體系。其中選擇一個合適的有效平臺，是研究性教學持續而有效開展的一個關鍵性因素。作為電類專業研究性教學的有效平臺，應該方便學生進行軟件仿真和硬件設計與制作，并具有綜合性強、創新性強、成本低廉、靈活性強等優點。
二、基于ARM嵌入式系統的研究性教學的主要優勢
嵌入式系統是指以應用為中心，以計算機技術為基礎，并且軟硬件可裁減，適用于應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統。嵌入式系統融合了計算機軟硬件技術、通信技術和微電子技術，是集成電路發展過程中的一個標志性成果。可以預言，嵌入式系統將成為后PC 時代的主宰。
嵌入式系統具有非常廣泛的應用，包括智能產品、工業自動化、辦公自動化、電網安全、電網設備檢測、石油化工、商業應用、安全防范、網絡通信、汽車電子與航空航天以及軍事等各個領域，是現代計算機技術改造傳統產業、提升多領域技術水平的有力工具。
按照體系結構分類，目前世界上有四大流派的嵌入式處理器內核，即MIPS處理器內核、ARM處理器內核、PowerPC和68K/COLDFIRE。其中ARM架構處理器已在高性能、低功耗、低成本應用領域中占據領先地位，它在當今最活躍的無線局域網、3G、手機終端、手持設備、有線網絡通信設備中得以廣泛應用。
利用ARM嵌入式系統設計實現電子系統具有以下幾個方面的優點：芯片內外資源豐富，硬件系統簡單；可運行各種實時操作系統，降低了復雜系統應用程序開發的難度；可運行多種操作系統，應用程序開發難度降低，系統人機界面友好；系統數據處理能力強，控制精度高；有成熟的開發工具，豐富的開發資源和資料；目前ARM具有眾多的開發人群，有助于降低企業項目開發成本、保持開發的連續性。
使用ARM嵌入式系統作為研究性教學的平臺，它具有以下優點：技術先進、社會急需、綜合性強、創新性強、成本低廉。
三、基于ARM嵌入式系統的研究性教學的研究模型
為了描述基于ARM嵌入式系統的研究性教學的研究背景、主要研究目標、主要研究內容以及主要研究期望，圖1給出了基于ARM嵌入式系統的研究性教學模型。現將主要內容具體闡述如下：
1.利用ARM嵌入式系統開展研究性教學的研究目標
利用ARM技術開展研究性教學的研究目標，主要包括三個方面：基于ARM嵌入式系統的系統設計與實現基礎訓練；基于ARM嵌入式系統的系統設計與實現相關研究；基于ARM嵌入式系統的系統設計與實現課題研究。
2.利用ARM嵌入式系統開展研究性教學的研究內容
利用ARM技術開展研究性教學的研究內容，主要包括三個方面的內容：
（1）ARM嵌入式系統設計開發基礎研究：主要包括ARM器件結構、ARM匯編語言、C/C++語言、操作系統移植、應用程序開發、驅動程序開發等嵌入式系統設計與實現基礎理論、基本方法、基本工具的學習與使用。
（2）ARM嵌入式系統設計與實現相關研究：主要是與課題設計和實現有關的數字信號處理、數字圖像處理、工業智能控制、網絡通信控制、數字家電控制等基礎理論、實現算法和系統仿真等研究，重點是實現算法的設計、選擇和仿真。
（3）基于ARM的嵌入式系統設計與實現：主要包括系統設計需求分析、ARM實現硬件設計、ARM操作系統移植、ARM應用程序設計、ARM驅動程序設計、ARM系統組裝與調試。
3.基于ARM嵌入式系統開展研究性教學的主要形式
基于ARM嵌入式系統開展研究性教學的主要形式，包括組建ARM嵌入式系統學習興趣小組、課題系統設計與實現研究小組和選拔教師科研項目助理等，通過專題訓練、分散研究、定期討論、按需答疑、總結匯報等形式開展研究活動。
四、基于ARM嵌入式系統的研究性教學的主要成效
1.熟練掌握ARM嵌入式系統基礎理論、基本方法、基本技巧、調試方法和調試技巧
從研究性學習訓練學生的畢業設計論文的質量可以看出，他們熟練掌握ARM嵌入式系統基礎理論、基本方法、基本技巧、調試方法和調試技巧，能夠盡快地適應從事嵌入式系統設計與開發工作。
2.熟練掌握與ARM嵌入式系統設計開發課題相關的基礎理論、基本方法、基本技巧
經過研究性學習訓練的學生，無論是以前學習過并且掌握的、還是以前學過但似是而非的、或是以前根本沒接觸過需重新學習的，現在已熟練掌握與ARM嵌入式系統設計開發課題相關的基礎理論、基本方法、基本技巧。
3.全面提高學生的綜合應用能力、實踐動手能力、創新創業能力和就業核心競爭力
通過研究性學習訓練的學生，不但具有良好的參考文獻查找能力、分析利用和文檔處理能力，同時他們的綜合應用能力、實踐動手能力、創新創業能力大為提高，就業核心競爭力顯著提高，80%的學生畢業時均能找到從事嵌入式系統設計與開發的工作，并且工資待遇也相當不錯。
五、結論
實踐結果表明，以課題為中心，以興趣為紐帶，以新興的、有著廣泛發展前途的ARM嵌入式系統的學習與應用為目標；采用ARM嵌入式系統學習興趣小組、課題設計與實現研究小組、參加教師科研項目等形式；通過具體的專題訓練、分散研究、定期討論、按需答疑、總結匯報等活動；開展基于ARM嵌入式系統的電類專業本科研究性教學，對提高大學生綜合應用能力、實踐動手能力、創新創業能力；提高大學生的專業核心能力，就業的核心競爭力，培養從事嵌入式系統研究、設計與開發的高級人才，具有非常明顯的成效。
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關鍵詞：單片機實驗；實驗教學；教學改革
中圖分類號：TP368.2 文獻標識碼：A
文章編號：1672-5913（2007）08-0028-03
The Teaching Reform and Exploration of Single Chip Computer Experiment
ZHANG Xin, ZHANG Yan, YANG Li, GAO Qun
(School of Information and Electronics Engineering, Shandong Institute of Business and Technology, Shandong, Yantai, 264005, China)
Abstract: The necessity of experiment teaching reform of " Single chip computer Principle and Application" curriculum has been analyzed in the paper. the new experiment educational reform plan has be proposed, which’s goal lies in to stimulate the enthusiasm which the student studies, to train the project consciousness and the ability to analysis question and solves question and to enhance student's innovation ability and comprehensive quality.
Keywords: single chip computer experiment; experimental teaching;teaching reform
1 引言
作為典型代表，單片機推動了嵌入式系統的發展，成為現代電子系統中重要的智能化工具。無論是尖端科技，如軍事、通信、能源、機器人、交通、IT，還是現代工業、農業、儀器儀表、汽車電子系統、家用電器、玩具及個人信息終端等諸多領域，都離不開單片機，其使用率和普及率遠遠超過了其他類型的計算機。因此“單片機原理及應用”課程也在高校的計算機類、電子類、電氣類、機械類等專業的教學計劃中有著特殊的地位。這些專業除了單獨設課程外，在涉及的許多實踐環節，如課程設計、畢業設計乃至研究生論文課題中，單片機系統都是應用最廣泛的手段之一。近年來，在高校中大力推行的各種電子設計競賽中，單片機已成為主要方法。
2 單片機實驗改革的必要性
“單片機原理及應用”是一門理論性和實踐性都很強的課程，在重視理論教學的同時，必須重視實驗教學。學生通過設計硬件電路、編制軟件程序、仿真調試等實驗過程，才能更好地掌握單片機的理論知識和應用技能。
傳統的實驗教學形式單一、方法呆板，實驗課一直以教師為中心，學生在規定的時間內，用統一的模式，按照指導書上規定的步驟做相同的實驗。實驗技術、手段相對較落后，效率不高。這種實驗教學方法不利于培養學生的動手能力、創新能力和綜合運用知識的能力，也不能進一步激發學生的學習興趣和主觀能動性，為了適應當今社會對單片機行業人才的需求，必須對單片機實驗教學進行改革。
3 單片機實驗教學的改革與探索
要使學生真正掌握知識，學會運用知識，必須通過學生的親身實踐。如何通過實驗教學使學生進一步鞏固和消化課堂上所學知識，掌握單片機應用技術，同時又培養學生的動手能力、創新能力和綜合運用知識的能力，造就綜合型、創新型、復合型人才，具有重要的意義。
3.1 實驗教學內容的改革
根據單片機課程的特點，將實驗教學內容分為基礎實驗、基本接口實驗、綜合設計實驗三個部分。
基礎實驗主要有硬件的認知、指令系統實驗、匯編語言程序設計實驗。考慮到學生已學習了一些相關的課程，掌握了一定的硬件知識、軟件知識以及編程方法，基于學時的限制，這部分的內容可讓學生利用課外時間自行完成。
基本接口實驗安排在課堂進行，是實驗教學的重點。它包括硬件接線與軟件編程兩部分。學生在進行實驗時，首先要根據實驗任務完成硬件設計、搭建主體電路，然后編寫程序，最后調試。
實踐環節應充分發揮學生的自主性。傳統的單片機教學中，實驗內容通常是理論知識的驗證，很少有應用理論知識去解決實際問題的綜合設計性實驗。綜合設計實驗旨在幫助學生全面掌握所學內容，提高綜合運用所學知識解決實際問題的能力。安排的內容主要是簡單電子產品的設計。在進行綜合設計實驗時，指導書只給出了任務、要求和原理性說明，學生必須根據實驗的目的和要求，獨立完成軟硬件設計和調試。學生要自己分析解決實驗中出現的問題，在解決問題的過程中進一步加深對單片機系統軟硬件設計的理解。觀察實驗現象，分析實驗結果，寫出實驗報告。
正確處理好三類實驗關系。基礎實驗、基本接口實驗是綜合型實驗的基礎。必要的基本實驗是不可缺少的，學生可以通過基本實驗掌握單片機的基本原理。綜合設計型實驗可以培養學生的動手能力和綜合應用知識的能力，充分發揮學生的主觀能動性，激發學生的學習興趣。基本實驗可安排在教學環節的前期，其目的在于在教學開始之初幫助學生熟悉單片機軟硬件環境。而綜合設計實驗是為了培養學生綜合運用所學知識的能力，使學生受到更為實際、更加全面的科學研究訓練，沒有現成的模式可循，主要利用實驗后期、開放實驗室結合課程設計、課外興趣小組、大學生電子設計大賽、畢業設計進行。綜合設計實驗和課程設計雖然有一定難度和深度，但對學生很有吸引力，能使學生從被動應付實驗變成主動實驗，不僅提高了基本操作技能，也發揮了學生的學習自主性和創造性。
3.2 精選實驗內容
實驗內容的選取要做到典型的芯片都安排有相關的實驗內容，要適應不同層次學生的需要，將單純的驗證性實驗逐步向綜合應用實驗和創新實驗類型發展，增強學生的參與意識，提高學生的動手能力，增加以設計性、系統性為主的實驗內容。
單片機實驗既要進行硬件接線，又要編寫程序，且程序的準確編寫是實驗成功的前提條件；有些實驗，學生要在有限的時間內完成任務是不容易的。因此，編寫實驗指導書時，要精心設計，對程序比較復雜的實驗，給出部分的程序，并將其中的關鍵語句刪去或是用錯誤的語句來取代，由學生去完善。這樣可以縮短學生編寫程序的時間，又能使學生掌握其中的關鍵。重視思考分析題的設計，使學生通過完成思考分析題，拓寬知識面、提高分析問題和解決問題的能力。
3.3 改進實驗教學方法
3.3.1 要求學生進行實驗預習.
實驗預習是提高實驗效果的一個重要環節。在每次實驗完成后，就布置下一個實驗的內容，并在上實驗課時通過提問、檢查預習報告等形式進行檢查。學生通過預習并聽了教師的講授之后，在做實驗時就能做到心中有數，實驗操作的過程也比較容易實現，還能提出一些問題與指導教師探討，效果較好。
3.3.2 啟發式教學
在實驗過程中，積極對學生進行引導，最大限度地調動和發揮學生在實驗中的主體作用。對學生在實驗過程中提出的問題，不做正面的回答，而是圍繞問題引導學生積極地對待實驗中出現的問題，并自己動手獨立解決問題。將傳統的以教師和課堂教學為主的教學模式，逐步演變成基礎實驗以教師為主導，綜合實驗教師與學生并重，創新實驗以學生為主的多種形式。鼓勵學生結合實際自己立項，獨立完成項目。
在實驗過程中啟發學生尋找解決方法，就能訓練學生遇到問題（提出問題）─尋找方法（分析問題）─解決問題的方法和技巧，培養獨立工作能力，使實驗更具有實踐性和實用性。
3.3.3 通過多種渠道實現實踐教學
教學過程中要與學生的實踐活動緊密結合；通過課堂實踐教學、課外科研訓練實踐、大學生電子設計競賽等多種渠道實現真正的創新型實踐教學。利用課程設計進行系統設計級綜合實驗，使學生將各章學到的知識進行綜合歸納，提高學生對單片機應用系統的認識和應用水平。以全國大學生電子設計競賽、山東省大學生電子設計競賽為契機，充分調動學生學習的積極性。
3.3.4 鼓勵學生利用課外時間到開放實驗室進行實驗
開放實驗室是由教師組織學生利用課余時間開展的教學活動，它是對課堂教學的補充和完善，是學生獨立思考、親自動手的實驗環節，也是解決學時少與內容多這一矛盾的重要手段。指導教師可以結合課堂上的內容，提出一些設計性題目或學生自行設計實驗題目與方案，由學生獨立操作調試，最后寫出實驗報告及收獲。基礎好的同學得到了施展才能的機會，可以設計出頗有特色的實驗方案，寫出很好的實驗報告，一般同學也會感到有壓力，增強了實驗的自覺性。
3.3.5 充分利用多媒體進行實驗教學，建立網上虛擬實驗室
充分運用現代信息技術手段輔助實驗教學，結合實驗項目的內容和教學大綱的要求，將相應的實驗原理、實驗步驟、實驗設備和儀器、實驗所用到的芯片工作原理和外形通過多媒體技術設計制作出將文字、圖形、圖像、聲音、視頻、動畫等集于一體的多媒體虛擬實驗軟件。形象逼真地將相關的實驗內容展現在學生面前，產生動靜結合的畫面和智能性啟發誘導功能，使學生身臨其境，直接去感受、體驗，便于學生進一步鞏固課堂上所學的基礎理論，同時了解實驗基本技能，使學生在較短的時間內獲得較多的信息量，為教學提供高效、交互、實時的操作環境和良好的服務。大大提高了實驗教學效率，保證了實驗教學效果。
3.4 在專業課程設計中融入單片機內容
為了進一步加強單片機的應用，在專業課程設計中融入單片機應用內容，使之成為專業課程設計的重要組成部分，從而使學生通過專業課程設計獲得綜合培養和鍛煉，具備單片機應用系統的設計、開發能力。
3.5 規范實驗報告，改革考核模式
實驗完成后，要求學生按規范寫出實驗報告。實驗報告的規范完成，是實驗效果的綜合反映。
改革考核模式，從理論和實踐兩方面進行，重點考核和評價學生的實際應用和創新能力。考試成績采用百分制：期末考試占60%、平時成績（作業、答疑、課堂提問）占10%、實驗占30%，加大實驗成績在整個課程成績的比重，以促進學生應用創新能力的培養與提高。若實驗成績不合格，則取消其筆試資格。實驗成績的評定方法為：預習報告占10%，硬件電路連接占25%，軟件設計占25%，系統調試占25%，實驗報告占15%。另外，對實驗中出現的問題，根據解決的情況可獎勵0～50分（百分制）。
為了充分發揮學生的主動性、創造性，全天開放實驗室。保證學生在規定的學時內順利完成相關實驗，并對實驗結果當面考核。
3.6 注重實驗教學隊伍的培養，提高教師素質
實驗教學離不開實驗教師，由于加強了綜合設計型實驗項目，使得學生進行同一項目的實驗時，實驗程序和實驗電路有所不同，這就對實驗教師提出了更高的要求。必須加強對實驗人員的培訓，造就一支穩定的、高素質的實驗教師隊伍。
4 結束語
通過對單片機課程的實驗教學進行改革，提高了學生的創新能力和綜合素質，激發學生的學習積極性、主動性；使學生能夠學到更多的知識，實際操作能力也得到了一定程度的提高。同時也更新了教師知識，提高了教師的綜合能力。
實驗教學的改革是一項長期而復雜的任務。我們只有立足單片機實驗教學的實際，逐步深入，取長補短，推陳出新，才能建立起一套完整的實驗教學體系，新的教學方法才能日趨完善，也才能更好地適應時展的需要。
參考文獻：
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作者簡介：
張鑫（1965.5-），女，黑龍江省慶安縣人，山東工商學院信電學院教師，副教授，系副主任。主要從事單片機原理及應用、微機原理及應用教學，單片機應用技術和智能控制系統的開發工作。
通信方式：山東煙臺山東工商學院信電學院，264005
全國大學生電子設計競賽是信息產業部人事司和教育部高等教育司主辦的四大學科競賽之一，是具有權威性和很大影響力的全國性電子類專業大學生課外科技競賽活動。全國大學生電子設計競賽的開展，不僅提高了大學生的電子設計制作能力、創新能力和協作精神，同時也促進了電子技術類課程的教學改革和教學質量的提高。我校自2005年開始已連續參加了三屆，本文依據我校參賽和培訓的情況，淺談我校以全國大學生電子設計競賽促進電子技術類課程實踐教學改革，培養學生的實踐能力和創新能力的體會。
1.全國大學生電子設計競賽的意義
1.1有利于培養學生的創新能力，激發學生對實踐課的興趣
傳統的實踐教學是理論教學的輔助，實驗內容多數是驗證理論知識，學生根據實驗指導書上的方法和步驟就可完成實驗，整個實驗過程學生完全是被動的[1]。這樣的驗證實驗不能實現對學生實踐能力和創新能力的培養，難以激發學生的對實踐教學的興趣。全國大學生電子設計競賽要求參賽學生在四天內完成從選題、搜集資料、設計方案、分析論證、元器件選擇、硬軟件設計、組裝、調試、測試、排除故障、做出成品和撰寫設計報告的全過程，并且要求三人組隊參賽，是對學生綜合素質的全面考核，具有極大的挑戰性[2]。比賽中既要動手操收稿日期：2011－4－16基金項目：湖南省教育廳教學改革資助項目“應用型本科電子技術專業實踐教學體系改革的研究與實踐”（項目編號：湘教通[2009]321號）。作者簡介：張新安（1957－），男，湖南永州人，本科，副教授，研究方向為數字信號處理及實踐教學改革。作，又要理論分析。經過培訓和參加競賽的學生，其實踐能力與創新能力都得到很大的提高，同時激發了學生對實踐教學的興趣。
1.2有利于增強學生的競爭意識和就業能力
在電子設計競賽中能脫穎而出的都是理論知識扎實，動手能力強，經過嚴格訓練，具有創新意識和協作精神的優秀學生。無論獲獎與否，參加過培訓和電子設計競賽的學生，在系統設計、方案論證、合作精神與創新能力等方面都有很大的提高，在畢業設計中受到老師的青睞，在實際工作中，表現出較好的獨立性，創新精神、協作能力與競爭意識，得到社會及用人單位一致的肯定和好評，增強了就業能力[3]。
1.3有利于推動電子技術類課程的教學改革
電子競賽題目是一批高水平的教授、專家根據電子技術發展的最新信息擬出的。選題涵蓋了模擬電路、數字電路、高頻電路、單片機應用、可編程器件、傳感器技術、自動控制技術和EDA等課程的內容[4]，競賽中既要考察學生的實際動手能力，又要考察學生的理論知識和創新能力；既有涉及知識面廣、功能多的系統設計，又有單一功能的電路設計；既有以指標性設計為目的的題目，又有以功能性設計為目的的題目；既有基本要求，又有發揮部分，同時在電子設計競賽中又鼓勵學生使用新技術、新器件和新電路，以滿足先進的技術指標。所以，對電子技術類課程的教學改革具有指導和推動作用。
2.對參賽學生的能力要求
參加電子設計競賽的學生應具備的實踐能力包括[5]：電子元器件的識別及使用方法、印制電路板設計與制作等電子設計制作基礎；集成直流穩壓電源、運算放大器電路、信號產生電路和處理電路、顯示電路和A/D轉換器等單元電路設計；通用鍵盤及顯示電路、單片機與液晶顯示接口電路、單片機與D/A和A/D轉換電路等單片機最小系統設計；FPGA最小系統和配置電路的設計及FPGA的最小系統板下載等可編程邏輯器件系統設計，以及資料查閱、綜合系統設計、創新設計和撰寫設計報告等。
3.電子設計競賽中反映的問題我校歷屆培訓及競賽現場，主要表現出以下一些問題[6]。
（1）查閱參考資料的能力差。在拿到競賽題目后，學生都是先翻教科書，不去查找具有最新技術的期刊文獻，特別是上網搜集資料的能力差。
（2）對知識的綜合應用能力不強。對一個制作項目能夠提出的設計方案很少，不能對方案進行充分的論證和比較，生搬硬套參考電路，不能設計出簡單先進的電路，綜合應用所學知識分析和解決問題的能力較差。反映我們的實踐教學缺少綜合性、設計性實驗的訓練。
（3）新技術、新器件的應用能力差。有的制作項目如能采用新技術、新器件，如FPGA、CPLD等實現系統設計，不僅性能指標優于傳統電路，而且電路簡單。反映我們的實踐教學內容陳舊，不能緊跟電子科學技術的發展。
（4）不適應工程設計技術指標要求。競賽中學生對競賽題目的各類技術指標的實現和改善上感到無從下手。
（5）實驗動手能力不強。競賽過程中，一部分同學在安裝、焊接、電路調試、故障查找和排除等過程中操作不熟練，不能適當地設計實驗數據表格，不能通過對實驗數據的歸納、總結去分析、解決問題。反映我們的實驗教學驗證性實驗多，綜合性、設計性的實驗少，學生的動手能力和綜合運用能力沒有得到應有的訓練。
（6）單片機知識的應用能力有限。很多競賽題要用到單片機的知識去完成設計，部分參賽同學因單片機知識與應用能力不夠，未能取得較好的競賽成績。
（7）設計報告撰寫的質量不高。設計報告的格式與內容存在很多缺陷，方案論證不夠充分，理論分析不夠嚴謹。反映我們的實驗課教學忽視了實驗報告這個重要環節。
4.電子技術類課程的實踐教學改革
根據全國大學生電子設計競賽的內容及要求，針對學生在培訓和競賽過程中暴露的問題，我們對電子技術類課程的實踐教學進行了如下改革。
4.1改革實踐教學體系
依據學科專業特點，結合我校實際，將實踐教學從理論教學中分離出來，單獨設課、單獨考核，構建起一個與理論教學體系相互匹配，相互聯系、相互補充，相對獨立、科學優化的實踐教學體系。將實驗教學環節劃分為三個層次[7]。
（1）基本技能訓練層：以電子工藝實習、實訓為教學內容，掌握萬用表的使用，電子元器件識別、檢測，印制板制作、焊接，直流穩壓電源組裝，收音機安裝調試等基本操作技能。以電路分析、電子測量、模擬電子技術、數字電子技術等專業基礎課的實驗為教學內容，掌握信號發生器和示波器等常用儀器的使用方法，培養正確記錄、處理數據及分析實驗結果的能力。
（2）課程設計實驗層：以電子技術、單片機技術、EDA技術等課程的實驗為教學的主要內容。通過對簡單電路的設計，熟悉常用電子元器件，學會查閱元器件手冊及通過互聯網尋找所需資料的方法，讓學生通過安裝調試，學會通過調整元件參數，滿足實驗指標要求。
（3）綜合設計實踐層：以傳感器技術及應用、單片機技術、EDA技術、電子系統綜合設計等課程實驗、電子設計競賽等課外活動為實踐教學環節，掌握用最先進的設計平臺和最新的工具進行高效的綜合設計，用組裝的系統電路板，用電子設計自動化仿真軟件Matlab、Muhisim等工具，進行“虛、實、軟、硬”相結合的現代電子技術設計實踐。要求學生能獨立完成從設計到制作的全過程，提高學生運用所學知識進行電路級的綜合設計能力以及系統級的開發應用和創新能力。
4.2更新實驗教學內容
實踐教學改革的關鍵是教學內容的改革，要根據認知規律、學科特點、實踐教學自身的規律和學生實踐能力、創新能力的培養要求，更新實驗內容。
（1）減少驗證性實驗，增加應用性、設計性、綜合性、創新性實驗。增加DSP、PLD、FPGA、嵌入式系統和虛擬儀器等先進的實踐教學內容[8]。增加單片機課程設計的實驗課時，加強其實驗和設計應用，增加EDA技術和Protel課程設計的實驗課時，加強Protel電路設計軟件和EDA電路設計仿真軟件的實踐應用；增加電子實習課時，增加和競賽有關電路的制作內容。實踐教學內容要體現最新的科技成果，反映運用現代科學技術成果的新的實驗技術和新的實驗方法，實現實踐教學內容的與時俱進。
（2）增加能培養學生實際操作能力的工藝性操作實踐。注重電子元器件特別是新型元器件的使用[9]。元器件選擇方面，除個別驗證性實驗仍保留部分分立器件外，其余均采用集成化，數字化，模塊化的器件，如集成穩壓電源、集成運放、集成功放、集成A/D，D/A等器件，RAM、EPROM集成電路，以及ASIC可編程控制器。對于綜合型、設計型實驗，指導學生選擇最新器件來完成設計。
（3）對整個課程體系的實驗內容進行整體優化組合，將同類課程體系或同類學科的實驗項目合并，創建新的綜合實驗課程，實現學科之間實驗內容的互相交叉滲透。修改綜合設計內容，把本專業的理論知識同單片機技術和PLC技術更多地結合應用，并把電子設計競賽知識結合其中。
（4）設立學生科研基金，資助運用新技術、新器件、新思想的電子設計與制作的學生課題[10]。把科研引進教學過程，鼓勵學生參與教師的科研工作和生產中急需解決或探索的實際問題的研究，培養學生的方案論證、裝配、調整、檢測，數據處理、數據分析、總結歸納，撰寫科研論文等能力。
4.3改革實踐教學方法
（1）實施開放式實踐教學在實踐內容、實踐時間、實踐方法、組織形式等方面實行開放式教學，打破時間、空間的限制，提供給學生進行創造的環境，讓學生真正成為學習的主體[11]。在實驗內容上，設定必做實驗、選做實驗和自主實驗的比例，前者保證教學基本要求和基本技能訓練，后者則由學生根據自身的條件與興趣，在眾多的實驗課題中選擇，以達到因材施教的目的。課程設計、綜合性、設計性實驗，教師只提出設計的總體要求和要達到的效果，不制定統一的參數指標，設計步驟，給學生一個較大的創造空間。提倡方案的多樣性，給學生充分的創新機會。由學生完成從方案制定、電路設計、元件篩選、焊接組裝、程序設計、系統調試到設計報告撰寫、答辯等全部過程，教師變指導為引導，充分發揮學生的主動性。
（2）增大實驗室開放的力度在安排好課內實驗教學的基礎上，充分利用實驗室資源，制訂實驗室的開放項目、開放計劃。在實驗室開放時間里，為學生提供實驗場地的同時，還為學生提供萬用表、信號源、示波器、電類實驗箱、單片機實驗箱等設備，還安排教師進行現場指導。建立現代化的實驗中心網上實驗預約與管理系統，在開放的平臺上，選做實驗和自主實驗學生可以個人預約，預約的內容包括實驗時間、場地、內容、指導教師等，這種“集中”和“自由”相結合的開放管理方式，提高了實驗室和儀器設備的利用率。
（3）開設電子技術實踐選修課根據現代電子技術的發展和全國大學生電子設計競賽的情況，我們為電類專業的學生開設了如“電子制作”、“電子創新設計”等選修實踐課，內容包括簡單電路、系統電路和有創新特色的電子電路等的設計與制作等，為愛好電子設計的學生提供更多的學習機會。
（4）舉辦校內電子設計競賽，激發學生學習興趣我校每年舉行的全校大學生電子設計競賽，按照全國大學生電子設計競賽的方式進行，在為電子設計愛好者提供施展才能機會的同時，也為參加全國大學生電子設計競賽選拔了隊員。在校領導和有關部門的支持及全國大學生電子設計競賽的影響下，參賽人數逐年增多，大學生電子設計競賽已成為我校學生最喜愛的科技活動。
（5）認真組織學生參加全國大學生電子設計競賽我校是專升本不久的本科院校，電子類專業的辦學時間不長，基礎薄弱，參加全國性的電子設計大賽的經驗更少，我們把參賽作為學習、實訓、取經、提高的過程，參賽成績逐年提高。
關鍵詞：電子信息；創新型；人才培養；校企合作
中圖分類號：G640 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）02-0087-02
一、背景
電子信息工程專業培養的是電子系統設計、信號處理方面的高級技術人才，結合本人在教學和學生創新實踐培養過程中的經驗，就高校電子信息工程專業大學生創新型人才培養方面提出自己的幾點看法。電子信息工程是一個理論與實際動手能力緊密結合的專業，提高實際動手能力的最好途徑就是參與具體的課題研究。目前存在的普遍問題是：學生大學四年所學的書本知識不少，參與實際項目的開發研究機會較少，動手能力亟待提高。根據《教育部 財政部關于“十二五”期間實施“高等學校本科教學質量與教學改革工程”的意見》的精神，結合我校“十二五”的發展綱要及電子信息工程專業培養方向的要求，探討提高電子信息工程專業大學生動手能力、培養適合社會急需的創新型人才的方法是本課題研究的重點。
二、創新型人才培養目標
創新型人才的培養是一個系統工程，貫穿于學生四年的大學生活。經過四年的理論知識的學習和參加具體項目實際訓練，學生要掌握扎實的專業知識、具有熟練通讀外文技術資料的水平、很強的動手和創新能力，畢業時能設計一個具有行業領先水平的產品，能承擔信號處理方面的科研工作。
三、創新型人才培養的意義
創新型人才培養對促進教學工作、提高教學質量的意義在于以下幾個方面：
1.創新型人才培養模式我們采用擇優錄取，優勝劣汰的原則，形成特定的文化氛圍，以加速學生個體心理的健康成長與精英專業思維的形成。
2.我們對常規課程體系進行改革，除建立在數理基礎上的科學性系列課程以外，還提前側重工程實踐的工程性系列課程的講授時間。依據教育心理學中的目標定向理論與自我效能感理論，通過課內外貫通式創新實驗，形成持續的學習自我效能感，通過貫通式課程，形成階段性的知識融合，以改變學習目標不明確、精力投入不足、學習效果差的問題。
3.通過搭建引導、激勵、環境三方面結合的全方位創新實踐支撐平臺，實施課內外結合的貫通式創新實踐活動，以構建立體化創新實踐教學體系，實現本科全過程創新實踐能力培養。
四、創新型人才培養計劃
根據最新技術發展趨勢、社會需求和創新中心團隊老師的知識結構，經多次討論，多媒體創新中心培養創新型人才的方向分為嵌入式和DSP兩個方面。學生經過四年培訓，在嵌入式或DSP平臺上具有較強的動手、科研能力，能承擔各企業、科研院所在DSP、嵌入式方面的科研工作。創新型人才的培養遵循“分階段、分步驟、適當超前”的原則。“分階段、分步驟”的方法將大學四年分為基礎訓練階段（大一、大二、大三）和綜合訓練階段（大四）；“適當超前”就是在培養的各個階段，通過講座、自學，將課堂教學的內容提前掌握，盡早進入實際課題的研究工作。針對每個不同的培養階段，制定不同的培養目標。每個階段以學生制作的作品為考核內容。為此，創新中心設計了四組作品，每個作品由中心老師、學生制作完整的技術方案、元器件的選型、技術指標以及考核方法，由學生組成團隊或個人完成。
1.基礎訓練階段。經過大一到大三三年基礎訓練階段的培養，重點掌握扎實的專業理論知識，提高實際動手能力。根據基礎訓練階段的特點，將三年分為三個階段，每個階段制定不同的要求、任務，在課堂學習的基礎上，指導學生自學新的知識，參與一些課題的訓練。（1）大一階段。大一是學生從高中階段到大學階段轉換的關鍵時期，學生的自學及科研的習慣、初步動手能力及興趣的培養是重點。C語言是嵌入式和DSP兩個平臺開發的基礎，是信號處理的基礎。通過課堂教學和強化訓練，使學生熟練掌握C語言。單片機的開發相對嵌入式和DSP兩個平臺入門簡單，從單片機的小產品入手，培養大一學生的動手能力與興趣，學會Proteus、Keil仿真平臺的使用，養成在開發前期使用仿真平臺的習慣。大一的目標：在掌握以上基礎知識的基礎上，大一期間完成會議電子名片或自行車碼表的制作，具有一定的動手能力。（2）大二階段。經過一年的培養，學生具有一定的動手能力，了解了電子信息工程專業的發展方向，明確了電子信息工程專業學習目的。在此基礎上，學習Matlab軟件（重點Simulink在信號處理中的應用），通過課堂學習、內部培訓及視頻教材，熟練掌握信號與系統、濾波器設計、數字信號處理等理論知識。大二的目標：在掌握以上基礎知識的前提下，完成基于51單片機的DTMF信號生成及檢測、語音信號的A/D、D/A系統設計。（3）大三階段。按照學生的選擇，培養方向分為嵌入式及DSP平臺兩個平臺進行專業訓練。嵌入式方向的同學學習Linux操作系統，掌握ARM系列芯片的硬件原理，針對具體應用，掌握3～4個協議棧的使用，學會裁剪操作系統。DSP方向重點以TI公司DSP芯片為開發平臺，熟練掌握CCS軟件的使用和定時器、串口、存儲器的擴展、HPI接口的基本知識。結合數字信號處理、高頻電子線路、通信原理、嵌入式系統的應用、DSP原理及應用的課堂學習及實驗，學生掌握了電子信息工程專業大部分知識，大三的目標：在掌握以上知識的前提下，完成基于嵌入式（ARM）/DSP的DTMF信號生成與檢測、新型電視傳輸系統兩個研究課題。
2.綜合訓練階段。學生經過前三年的訓練，具有較強的動手能力和扎實的基礎知識。大四階段是出成果的關鍵一年，創新中心的領域是多媒體通信的研究，結合中心的研究領域及市場的需求，重點研究語音編解碼、語音識別、語音合成、語音增強方面的課題。根據課題的具體要求，學生可以選擇性地在自適應濾波器、現代信號處理等理論方面進一步學習，以更好地完成綜合訓練階段的訓練。綜合訓練階段的目標根據學生基礎訓練階段所學知識和動手能力的情況，設計了以下課題：強噪聲環境下的通信系統、麥克風陣列語音增強系列產品的開發等，這些課題在ARM、DSP平臺上的實現。
五、創新型人才培養團隊
以上各階段目標的實現需要一個具有很強戰斗力、責任心和愛心的團隊來執行。經過一段時間的運行多媒體通信創新中心通過以下措施來實現以上目標：
1.每周四下午例行的技術講座，主講人以本中心的老師、學生為主，適當的時候請一些專家來進行相關領域的前沿技術講座，擴大老師、學生的知識面。
2.“以老帶新、以點帶面”，部分同學經過較長時間的培養，具有一定的實踐經驗，由他們指導剛進入中心的新生，培養了大家的團隊意識。
3.針對不同階段、不同基礎的學生，中心制訂了電子信息工程專業創新人才培養計劃。講座、自學、課堂學習幾個方面來擴大大家的知識面，不同階段不同的課題培養大家的動手能力和專業技能，通過大四的綜合訓練階段提升大家的全面能力，達到創新人才培養的最終目標。
4.創新中心的運行需要一定的運行費用，需要對市場和技術具有敏銳的洞察力，通過校企合作的方式，將學校的技術優勢與公司的市場優勢有機結合，是一種切實可行的途徑。
六、成果
在指導老師及廣大同學共同努力下，在語音信號處理、圖像信號處理等方面能夠取得一定的成績。產品能應用于市場；在學生中的影響面能借由創新中心的學生帶入各個班級。
1.系列拾音器的開發：正在開發的兩款數字拾音器，原理樣機已經研制完畢。此數字拾音器采用了麥克風陣列、盲源分離、回聲抵消等多種語言增強技術，實際效果比較理想。利用這些技術，還準備研制多媒體教室的話筒，取代目前的模擬話筒。
2.會議電子名片：正在開發會議電子名片，系統通過計算機向會議電子名片系統發送需要顯示的名字等內容，具有較好的市場前景。
3.全網絡樓宇對講系統：正在開發的基于CORTEX M4的全網絡樓宇對講系統中使用了拾音器方面的關鍵技術，單元機及戶內機之間語音、圖像信號的傳輸全部通過網絡實現。目前國內這方面的產品較少，市場前景廣闊。
4.學生中的正面影響：值得一提的是電院大二、理學院大二兩位同學，自進入大學開始，一直在創新中心老師指導下學習，和其他同學相比，他們的動手能力強、知識面寬，專業知識基本上學到了大三下學期的課程。在他們的帶領下，各個班級的電子產品小制作活動廣泛開展起來了。
七、后語
我們通過建設貫通式課程體系、搭建立體化創新實踐平臺，從個性、知識、能力三方面進行針對性培養，引導學生明確目標，不斷獲得克服困難、解決問題的成功體驗，形成目標+持續成就感的正向反饋與良性循環，最終實現創新型人才培養目標。
我們嘗試最大限度拓展學生實踐投入時間、鍛煉學生實踐能力。科研創新效果明顯，科研項目數及參與人次逐年遞增。學生參與發表科研論文、申請專利。畢業生知識面廣，知識掌握深，動手能力強，綜合能力高，進入社會發展潛力大。
在創新型人才培養過程中，深感責任重大，“沒有教不好的學生”是我們最大的感受，看到同學們一天一天地成長，我們備感欣慰。創新中心通過企業出項目、教師重引導的方式，激發、培養和發揮學生的創新能力，實現產學研互相轉化。這些活動的開展，拓展了老師的視野，提高了學生的動手能力和創新能力，推動了企業產品研發；同時，有利于探討校企合作下的大學生創新人才培養模式，為實現從大學生到工程師快捷培養提供了一條有效途徑。
參考文獻：
[1]王定華.走進美國教育[M].北京：人民教育出版社，2004.
