時(shí)間：2022-07-04 11:40:08
導(dǎo)語(yǔ)：在電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文的撰寫旅程中，學(xué)習(xí)并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了九篇優(yōu)秀范文，愿這些內(nèi)容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感，引領(lǐng)您探索更多的創(chuàng)作可能。
關(guān)鍵詞：電子文檔控制方案管理
引言
隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)已經(jīng)成為企事業(yè)單位日常辦公不可或缺的重要工具，大量的文本文件、圖形文件、表格文件、影像文件等電子文檔信息不僅包括企業(yè)秘密，更有甚者還包括國(guó)家秘密在網(wǎng)絡(luò)上共享和傳播，為工作提供了極大地便利，同時(shí)也增加了重要信息泄密的風(fēng)險(xiǎn)。在信息安全面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)的形勢(shì)下，電子文檔安全工作應(yīng)當(dāng)引起越來(lái)越多的重視。
1.電子文檔存在的安全隱患和風(fēng)險(xiǎn)
電子文檔是指人們?cè)谏鐣?huì)活動(dòng)中形成的，以計(jì)算機(jī)盤片、磁盤和光盤等化學(xué)磁性材料為載體的文字材料。主要依賴計(jì)算機(jī)系統(tǒng)存取并可在通信網(wǎng)絡(luò)上傳輸。它看得見(jiàn)，摸不著，在一般管理模式下，通常依賴保密管理制度強(qiáng)制實(shí)施，輔以人工監(jiān)管手段來(lái)達(dá)到防護(hù)電子文檔的安全，但這給日常工作帶來(lái)了諸多的不便和風(fēng)險(xiǎn)。它的易傳播、易擴(kuò)散性也成為了企業(yè)管理的安全隱患。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
（1）共享在局域網(wǎng)上的文件夾及文件沒(méi)有加密措施；
（2）分散的輸出方式不利于安全管理；
（3）復(fù)印、打印設(shè)備使用權(quán)限難以控制；
（4）打印審批存在效率低、難以記錄的問(wèn)題；
（5）涉密文件的生命周期安全管理嚴(yán)重依賴于人工；
（7）終端用戶的日常操作和網(wǎng)絡(luò)行為沒(méi)有監(jiān)控和審計(jì)管理，難以形成全面、細(xì)致的日志審計(jì)和統(tǒng)計(jì)報(bào)表輸出。
（8） 惡意文件/病毒通過(guò)U盤、光盤、網(wǎng)絡(luò)輕易進(jìn)入系統(tǒng)，導(dǎo)致文檔數(shù)據(jù)丟失。
1.1此外，還有內(nèi)部人員有意或無(wú)意地泄密。
隨著全球信息化時(shí)代的來(lái)臨，計(jì)算機(jī)泄密行為呈上升趨勢(shì)。一個(gè)惡意的泄密事件往往會(huì)給企業(yè)造成難以估量的后果：輕則需要投入巨額資金進(jìn)行補(bǔ)救，重則將會(huì)使一個(gè)企業(yè)置之死地。權(quán)威數(shù)據(jù)顯示，幾乎所有的中國(guó)企業(yè)對(duì)電子文檔都沒(méi)有任何防護(hù)措施，企業(yè)對(duì)于信息有保護(hù)措施的不到3%。一些機(jī)密性的資料，電子文檔輕易就可以通過(guò)電子郵件和移動(dòng)硬盤泄密到網(wǎng)絡(luò)外部。全球最具權(quán)威的IT研究與顧問(wèn)咨詢公司Gartner調(diào)查顯示：有超過(guò)85%的安全威脅來(lái)自組織內(nèi)部，而內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)各種安全漏洞造成的損失中，30% - 40% 是由電子文件的泄露造成的，而在 Fortune（財(cái)富雜志）排名前1000家的公司中，每次電子文件泄露所造成的損失平均是50萬(wàn)美元。
2.電子文檔安全有效控制方案
為了更有效防止電子文檔的泄密，就需要一套合理有效的電子文檔安全管理方案，保障最核心的電子文檔的安全。
2.1以授權(quán)管理作控制
通過(guò)技術(shù)手段對(duì)文檔的查看、下載、打印、修改、刪除等權(quán)限進(jìn)行控制，嚴(yán)防泄密，提高保密安全管理水平，變分散、無(wú)序的設(shè)備輸出管理為集中而有序的監(jiān)控管理。設(shè)備使用、用戶權(quán)限可控，避免非授權(quán)使用設(shè)備，用戶權(quán)限可管理。對(duì)使用者進(jìn)行權(quán)限設(shè)定，來(lái)控制其是否有復(fù)印、打印、彩色輸出等權(quán)限，并且還可通過(guò)設(shè)定配額以控制輸出；使用者可通過(guò)身份認(rèn)證進(jìn)行文件輸出；打印機(jī)、復(fù)印機(jī)等輸出設(shè)備平時(shí)處于鎖定狀態(tài)，非授權(quán)人員無(wú)法使用復(fù)印及打印功能。
2.2以數(shù)據(jù)文檔安全為核心
對(duì)指定進(jìn)程和特定文檔其創(chuàng)建，編輯，保存自動(dòng)加密，非授權(quán)用戶無(wú)法明文打開(kāi)特定文檔；打印輸出采取閉環(huán)管理，文件需要先進(jìn)行審批，審批通過(guò)后，通過(guò)身份認(rèn)證，自動(dòng)嵌入條碼打印輸出，通過(guò)條碼進(jìn)行自動(dòng)化快速文件回收，全面記錄文件打印、審批、回收等全周期信息，確保打印出的即為經(jīng)過(guò)審批的，且打印內(nèi)容與審批內(nèi)容一致，打印者即為得到打印輸出文件的第一人；做到安全打印，避免文件丟失、敏感信息泄露，確保打印內(nèi)容與審批內(nèi)容一致，避免誤操作，減少浪費(fèi)，自動(dòng)負(fù)載均衡，減少排隊(duì)。
2.3以監(jiān)控審計(jì)作追查
特定管理人員可查看打印復(fù)印日志，可以全程追溯文件生存的全生命周期；通過(guò)柱形圖餅狀圖等方式，直觀的顯示任一時(shí)間段內(nèi),輸出設(shè)備的使用負(fù)荷、部門輸出、個(gè)人輸出情況。全面而詳盡的電子化日志記錄，變紙質(zhì)人工登記為自動(dòng)電子化日志記錄，且信息更為全面，便于日后審計(jì)和追溯。
3.電子文檔安全系統(tǒng)功能及技術(shù)闡述
電子文檔安全管理系統(tǒng)是根據(jù)電子文檔安全有效控制方案詳細(xì)設(shè)計(jì)出的一套管理系統(tǒng)，主要應(yīng)包括以下功能：
3.1安全認(rèn)證：采用口令加USBKEY等方式通過(guò)管理控制臺(tái)對(duì)登錄系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)行身份認(rèn)證控制，不同的身份在服務(wù)器上有不同的存儲(chǔ)區(qū)。通過(guò)此管理方式，可滿足一人一臺(tái)、一人多臺(tái)及多人一臺(tái)使用電腦的實(shí)際情況。
3.2文檔管理：采用文檔標(biāo)密和定密的方式，對(duì)文檔起草、批準(zhǔn)、審批和審核全生命周期進(jìn)行控制。對(duì)不同性質(zhì)的部門、用戶和用戶組制定不同的權(quán)限策略，文檔創(chuàng)建時(shí)按策略標(biāo)記文檔權(quán)限屬性，屬性包括創(chuàng)建者、可使用的部門和用戶列表。
3.3安全存儲(chǔ)：提供網(wǎng)絡(luò)硬盤功能，對(duì)加密的電子文檔上傳服務(wù)器進(jìn)行集中存儲(chǔ)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)本地涉密電子文檔的備份。只有數(shù)據(jù)擁有者能查看和使用，即使其它合法用戶也不能查看和使用他人的數(shù)據(jù)。
3.4人員管理：對(duì)系統(tǒng)中所有用戶按照人員崗位職責(zé)及涉密范圍進(jìn)行統(tǒng)一的密級(jí)管理。采用人員定密的方式對(duì)用戶的密級(jí)分為絕密、機(jī)密、秘密、非密四種。針對(duì)不同密級(jí)用戶，可配置強(qiáng)制加密策略，在文件交換時(shí)，文件不能由高密級(jí)用戶傳到低密級(jí)用戶。
3.5文檔流轉(zhuǎn)：根據(jù)人員密級(jí)和文檔的密級(jí)，嚴(yán)格控制文檔流轉(zhuǎn)過(guò)程，防止合法用戶對(duì)文檔進(jìn)行非法操作。文件對(duì)內(nèi)部或外部協(xié)同流轉(zhuǎn)時(shí)，需提交文檔審核申請(qǐng)修改文件權(quán)限，審核的文件副本和操作記錄日志，保障內(nèi)部文檔安全順暢流轉(zhuǎn)；外部發(fā)送文檔的安全協(xié)同。
3.6文檔輸出打印：電子文檔打印輸出需要通過(guò)部門或上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的審核通過(guò)后，才能將電子文檔進(jìn)行刻錄或U盤導(dǎo)出，導(dǎo)出形式可以根據(jù)保密需要進(jìn)行加密處理。對(duì)電子文件打印輸出執(zhí)行嚴(yán)格的打印申請(qǐng)、審批流轉(zhuǎn)，對(duì)涉密文件輸出紙張采用數(shù)字水印技術(shù)，自動(dòng)嵌入條碼打印輸出，用戶刷卡輸出，嚴(yán)格執(zhí)行安全保密管理規(guī)章制度對(duì)于打印管理的要求。
3.7安全管理與審計(jì)：根據(jù)安全保密管理規(guī)章制度設(shè)置系統(tǒng)提供系統(tǒng)管理員、安全保密管理元和安全審計(jì)員三員，不同管理員的權(quán)限設(shè)置應(yīng)相互獨(dú)立、相互制約，確保系統(tǒng)滿足“三權(quán)分立”原則，各行其職，各盡其責(zé)。系統(tǒng)管理員單獨(dú)查看某 個(gè)文件的操作歷史，安全保密管理員查看整個(gè)文件夾的操作歷史，安全審計(jì)員查看整個(gè)系統(tǒng)所有用戶的操作歷史。
3.8病毒掃描防護(hù)：實(shí)現(xiàn)病毒掃描引擎，上傳文件，均會(huì)進(jìn)行病毒掃描，如果發(fā)現(xiàn)病毒，會(huì)通知管理員進(jìn)行處理。
總之，做文檔安全的目的是為涉密電子文檔的管理提供一套有效的管理辦法，防止內(nèi)部重要電子文檔被泄密，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電子文檔全生命周期的安全管理。
結(jié)束語(yǔ)：
本科生綜合素質(zhì)培養(yǎng)項(xiàng)目是我校為促進(jìn)學(xué)生文理兼修、知行并舉、全面發(fā)展、提升素養(yǎng)和能力而開(kāi)設(shè)的一類新型選修課程，主要包括職業(yè)素質(zhì)、特長(zhǎng)培養(yǎng)和創(chuàng)新實(shí)踐等三類課程。其中，創(chuàng)新實(shí)踐類綜合素質(zhì)項(xiàng)目因其鮮明的實(shí)踐特性和能力培養(yǎng)要求，其教學(xué)涉及理論拓展、實(shí)踐鍛煉、教學(xué)組織模式以及指導(dǎo)方法等多個(gè)方 [本文由wWw. dYLw.neT提供，第 一論 文 網(wǎng)專業(yè)寫作教育教學(xué)論文和畢業(yè)論文以及服務(wù)，歡迎光臨DyLw.neT]面，如何發(fā)揮課程特點(diǎn)，提高教學(xué)質(zhì)量，是項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中的一個(gè)核心問(wèn)題。本文以“電子設(shè)計(jì)”教學(xué)為例，研究、探索創(chuàng)新實(shí)踐類綜合素質(zhì)項(xiàng)目的教學(xué)組織模式和指導(dǎo)方法，總結(jié)提出了若干可行的創(chuàng)新思路。
“電子設(shè)計(jì)”綜合素質(zhì)項(xiàng)目面向具有電子設(shè)計(jì)興趣愛(ài)好的二年級(jí)以上學(xué)生開(kāi)展，本著“實(shí)踐、協(xié)作、創(chuàng)新”的教學(xué)理念，以工程實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)為目標(biāo)，以營(yíng)造電子設(shè)計(jì)文化、介紹電子設(shè)計(jì)方法、組織分類專題實(shí)踐、開(kāi)展電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)課題、指導(dǎo)學(xué)生參加相關(guān)競(jìng)賽為主要內(nèi)容。該課程是非常典型的創(chuàng)新實(shí)踐類綜合素質(zhì)項(xiàng)目，項(xiàng)目實(shí)施以來(lái)，因地制宜，因材施教，不斷改進(jìn)完善，實(shí)施效果良好，受到了學(xué)生的歡迎。
1 教學(xué)組織模式
創(chuàng)新實(shí)踐類綜合素質(zhì)項(xiàng)目一般是依托某一專業(yè)方向的外延型綜合實(shí)踐設(shè)計(jì)課，它不是學(xué)生所學(xué)專業(yè)的必修內(nèi)容，但與已學(xué)課程或正在學(xué)習(xí)的課程相關(guān)，為那些有相關(guān)興趣愛(ài)好的學(xué)生提供了一個(gè)實(shí)踐鍛煉的機(jī)會(huì)和環(huán)境，通過(guò)老師的指導(dǎo)和自身的努力，可以逐步提升學(xué)生的工程實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)，包括創(chuàng)新意識(shí)和協(xié)作精神。從教學(xué)的組織實(shí)施方面來(lái)說(shuō)，應(yīng)立足于激發(fā)選修學(xué)生的學(xué)習(xí)和實(shí)踐興趣，推動(dòng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，發(fā)揮學(xué)生的自主性、積極性。以“電子設(shè)計(jì)”為例，由于選修學(xué)生專業(yè)、年級(jí)各異、個(gè)人能力不同，應(yīng)注重因材施教，以鼓勵(lì)個(gè)人潛能發(fā)揮，不斷提高其創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力;實(shí)行高低年級(jí)協(xié)作編組、實(shí)施開(kāi)放式教學(xué)，則利于培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)作精神。據(jù)此，在教學(xué)實(shí)踐中，我們采取的教學(xué)組織模式主要有以下三點(diǎn)。
1.1 動(dòng)態(tài)教學(xué)方案、多套實(shí)施計(jì)劃
為鼓勵(lì)學(xué)生的興趣，滿足實(shí)踐需求，項(xiàng)目允許本科二年級(jí)以上學(xué)生選報(bào)選修，因此，選修學(xué)生的專業(yè)覆蓋面廣、理論基礎(chǔ)跨度大、實(shí)踐能力差別明顯。基于這一現(xiàn)狀，我們?cè)诓煌瑢W(xué)期采用不同的教學(xué)實(shí)施方案，相應(yīng)設(shè)計(jì)至少三套教學(xué)實(shí)施計(jì)劃并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。
秋季學(xué)期實(shí)施方案：因部分學(xué)生剛開(kāi)始學(xué)習(xí)電類基礎(chǔ)課，部分學(xué)生則具備了一定的電子設(shè)計(jì)能力，因此本期以模塊化設(shè)計(jì)訓(xùn)練和基礎(chǔ)能力培養(yǎng)為主，分階段組織學(xué)生互助自學(xué)，最終實(shí)現(xiàn)功能模塊設(shè)計(jì)或小型電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)。按照這一方案，針對(duì)選修學(xué)生情況，具體采用基礎(chǔ)能力培養(yǎng)和小型系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩套教學(xué)實(shí)施計(jì)劃，并兼顧自學(xué)和協(xié)作能力培養(yǎng)。
春季學(xué)期實(shí)施方案：本學(xué)期選修學(xué)生均具有一定的電路基礎(chǔ)知識(shí)，因此主要實(shí)行春季學(xué)期教學(xué)計(jì)劃，開(kāi)始即以某個(gè)課題方向?yàn)闋恳苯舆M(jìn)入專題實(shí)踐訓(xùn)練，每個(gè)設(shè)計(jì)小組選定一個(gè)感興趣的專題（方向），由簡(jiǎn)到難，逐步深入，一以貫之，不斷完善和創(chuàng)新自己的設(shè)計(jì)。
項(xiàng)目鼓勵(lì)跨學(xué)期選報(bào)選修，對(duì)于連續(xù)選修的學(xué)生，充分考慮其實(shí)踐、提高的需求，實(shí)行動(dòng)態(tài)的教學(xué)方案和實(shí)施計(jì)劃。
1.2 科學(xué)編組，協(xié)作實(shí)踐
根據(jù)綜合實(shí)踐類課程特點(diǎn)及綜合素質(zhì)項(xiàng)目教學(xué)需要，為了培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力以及協(xié)作精神，除了基本能力培養(yǎng)階段以外，項(xiàng)目主要以分組模式進(jìn)行，并有小分組和大分組兩種模式。 小分組：在功能模塊、拓展設(shè)計(jì)以及小型電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，采用兩人編組的協(xié)作模式，并以高、低年級(jí)學(xué)生混合編組。這種模式主要在秋季學(xué)期實(shí)施。
大分組：在以系統(tǒng)功能劃分專題的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，全程采用三人一組的協(xié)作模式，小組內(nèi)成員分工負(fù)責(zé)、積極協(xié)作，共同完成專題項(xiàng)目。這種模式主要在春季學(xué)期實(shí)施。
1.3 統(tǒng)籌課內(nèi)外時(shí)間，實(shí)施開(kāi)放式教學(xué)
根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)踐特色，在教學(xué)過(guò)程中實(shí)行開(kāi)放式教學(xué)。教師充分利用綜合素質(zhì)項(xiàng)目課堂時(shí)間，進(jìn)行課題規(guī)劃，講座輔導(dǎo)，指導(dǎo)學(xué)生課內(nèi)實(shí)踐等工作。根據(jù)項(xiàng)目需要，學(xué)生還必須積極利用課外時(shí)間和開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室條件，由學(xué)生骨干負(fù)責(zé)，進(jìn)行自主管理、自主實(shí)踐。為了便于開(kāi)放式教學(xué)，在完善整體實(shí)施方案的同時(shí)，我們進(jìn)一步確立了骨干職責(zé)、自主學(xué)習(xí)規(guī)范、檢查要求、考核辦法、輔導(dǎo)和資助細(xì)則等。
2 教學(xué)指導(dǎo)方法
上述教學(xué)組織模式，激發(fā)了學(xué)生的興趣，調(diào)動(dòng)了實(shí)踐積極性，增強(qiáng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、自主管理以及協(xié)作攻關(guān)的能力，同時(shí)充分發(fā)揮了每一名學(xué)生的潛力，為其實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)的提高創(chuàng)造了最佳氛圍和最優(yōu)環(huán)境。在具體的教學(xué)指導(dǎo)方法上，則應(yīng)根據(jù)具體項(xiàng)目課程的特點(diǎn)，研究探索怎樣才能在教學(xué)中更好地提高學(xué)生的能力和素質(zhì)。“電子設(shè)計(jì)”綜合素質(zhì)項(xiàng)目具有典型的代表性，下面以之為例，提出幾點(diǎn)經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)效果良好的教學(xué)指導(dǎo)方法。
2.1 教師指導(dǎo)、學(xué)生骨干協(xié)助
創(chuàng)新實(shí)踐類項(xiàng)目一般限制最多30人的選修規(guī)模，由于其設(shè)計(jì)性和實(shí)踐性特點(diǎn)，如果要求指導(dǎo)組教師對(duì)每一名學(xué)生進(jìn)行細(xì)致入微地指導(dǎo)，難度較大，也不符合項(xiàng)目培養(yǎng)的基本要求，因此，我們倡導(dǎo)和鼓勵(lì)更多的學(xué)生骨干參與到項(xiàng)目教學(xué)和指導(dǎo)中，并鼓勵(lì)相關(guān)學(xué)科研究生，特別是在相關(guān)賽事中獲獎(jiǎng)的研究生參與項(xiàng)目講座。
教師每學(xué)期從連續(xù)選修的學(xué)生中指定至少兩名學(xué)生骨干。項(xiàng)目實(shí)施中，教師主要進(jìn)行專題講座、選題引導(dǎo)、過(guò)程指導(dǎo)、答疑解惑、考核評(píng)優(yōu)和指導(dǎo)參賽①等。學(xué)生骨干在做好課外實(shí)踐管理的同時(shí)，根據(jù)自身參與課題情況，協(xié)助教師對(duì)低年級(jí)學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)。
2.2 分類實(shí)踐、專題引導(dǎo)
本文1.1節(jié)提到，不同學(xué)期采用不同的教學(xué)方案和實(shí)施計(jì)劃，在具體教學(xué)內(nèi)容和指導(dǎo)方法上，則概括為“分類實(shí)踐、專題引導(dǎo)”。“專題引導(dǎo)”是指項(xiàng)目實(shí)施和指導(dǎo)過(guò)程中，用于引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)踐、貫穿始終的電子設(shè)計(jì)專題方向。根據(jù)所在學(xué)期和選修學(xué)生理論和實(shí)踐基礎(chǔ)，實(shí)行不同的項(xiàng)目專題分類設(shè)計(jì)，概括為“分類實(shí)踐”。
第一學(xué)期，首先進(jìn)行基本功訓(xùn)練，②然后以模塊化功能電路設(shè)計(jì)為專題，如EDA及PCB設(shè)計(jì)、單片機(jī)入門設(shè)計(jì)、電源模塊設(shè)計(jì)、放大器模塊設(shè)計(jì)、測(cè)量 模塊設(shè)計(jì)等。完成基本模塊電路設(shè)計(jì)以后，即按照小分組模式，對(duì)基本模塊電路進(jìn)行拓展設(shè)計(jì)，并可進(jìn)一步延伸到小型電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
第二學(xué)期，以電子系統(tǒng)功能進(jìn)行專題分類，以大分組模式指導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展電源及功率電路設(shè)計(jì)類、信號(hào)發(fā)生器類、儀器儀表類、通信類、控制類等專題方向的項(xiàng)目設(shè)計(jì)，每年基于實(shí)驗(yàn)室條件和電子技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)，進(jìn)行項(xiàng)目選題更新優(yōu)化。
根據(jù)選修學(xué)生的具體情況，上述基于分類專題實(shí)踐的指導(dǎo)方法，可以結(jié)合春、秋學(xué)期教學(xué)實(shí)施方案進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整和優(yōu)化。
2.3 循序漸進(jìn)，不斷完善創(chuàng)新
從實(shí)踐教學(xué)的特點(diǎn)和能力培養(yǎng)的規(guī)律出發(fā)，項(xiàng)目指導(dǎo)始終遵循“循序漸進(jìn)、由簡(jiǎn)到難、不斷完善創(chuàng)新”的方法思路。在“電子設(shè)計(jì)”教學(xué)中，從電子技術(shù)實(shí)踐技能等基本功訓(xùn)練開(kāi)始，從基本電路模塊設(shè)計(jì)到小分組 [本文由wWw. dYLw.neT提供，第 一論 文 網(wǎng)專業(yè)寫作教育教學(xué)論文和畢業(yè)論文以及服務(wù)，歡迎光臨DyLw.neT]階段的模塊電路拓展設(shè)計(jì)，從小型電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)到大分組的專題設(shè)計(jì)，從方案設(shè)計(jì)到軟硬件設(shè)計(jì)，到系統(tǒng)測(cè)試聯(lián)調(diào)，再到系統(tǒng)功能優(yōu)化，整個(gè)過(guò)程，由簡(jiǎn)到難，層層遞進(jìn)，從而使學(xué)生循序漸進(jìn)，步步深入，實(shí)踐能力不斷提高，創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神不斷增強(qiáng)。
3 結(jié)論
本文以“電子設(shè)計(jì)”教學(xué)為例，對(duì)創(chuàng)新實(shí)踐類本科生綜合素質(zhì)項(xiàng)目教學(xué)進(jìn)行了研究和探索，總結(jié)提出了動(dòng)態(tài)方案、協(xié)作編組、教師主導(dǎo)、骨干協(xié)助、分類實(shí)踐、專題引導(dǎo)、循序漸進(jìn)、自主開(kāi)放的教學(xué)模式與方法，并在教學(xué)實(shí)踐中取得了良好的教學(xué)效果和優(yōu)異的教學(xué)成果。
基金項(xiàng)目：信息工程大學(xué)2014年教學(xué)建設(shè)項(xiàng)目（2014117）
論文關(guān)鍵詞：EDA，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，模塊
1 引言
隨著電子技術(shù)的發(fā)展及電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期縮短的要求，EDA技術(shù)得到迅猛發(fā)展。
EDA是ElectronicDesign Automation(電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化)的縮寫。EDA技術(shù)，就是以大規(guī)模可編程邏輯器件為設(shè)計(jì)載體，以硬件描述語(yǔ)言為系統(tǒng)邏輯描述的主要表達(dá)方式，以計(jì)算機(jī)、大規(guī)模可編程邏輯器件的開(kāi)發(fā)軟件及實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)為設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)工具，通過(guò)使用有關(guān)的開(kāi)發(fā)軟件，自動(dòng)完成電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的邏輯編譯、邏輯化簡(jiǎn)、邏輯分割、邏輯綜合及優(yōu)化、邏輯布局布線、邏輯仿真，直至對(duì)于特定目標(biāo)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(tǒng)或?qū)Ｓ眉尚酒囊婚T新技術(shù)[1]。
目前，幾乎所有高校的電類專業(yè)都開(kāi)設(shè)了EDA課程，為加強(qiáng)教學(xué)效果，通常都使用專門的EDA實(shí)驗(yàn)箱來(lái)輔助教學(xué)，但是實(shí)驗(yàn)箱采用了一體化結(jié)構(gòu)，所有的電路和器件都在一塊電路板上，在功能上難以根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)展，不利于學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，復(fù)雜系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)；實(shí)驗(yàn)箱體積較大，不便攜帶；EDA 實(shí)驗(yàn)箱、單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱、DSP實(shí)驗(yàn)箱、ARM實(shí)驗(yàn)箱中很多功能模塊的硬件電路是相同的，但不同實(shí)驗(yàn)箱上相同模塊不能共享，存在資源浪費(fèi)。由于實(shí)驗(yàn)箱的上述缺點(diǎn)，很多高校都紛紛開(kāi)始設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)自己的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)模塊，提高實(shí)驗(yàn)箱的利用率，提高學(xué)生的工程創(chuàng)新能力[2][3]。
2 EDA實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的特點(diǎn)
EDA實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)具有以下特點(diǎn)：
（1）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容由單一性向綜合性發(fā)展
早期開(kāi)發(fā)的EDA實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要是學(xué)生用來(lái)學(xué)習(xí)EDA課程、下載程序、進(jìn)行仿真的工具；使用實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是老師用來(lái)培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)數(shù)字電路的能力、幫助學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握開(kāi)發(fā)語(yǔ)言的手段。因此EDA實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)僅在電子類專業(yè)的EDA課程中使用，系統(tǒng)所提供的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容僅限于簡(jiǎn)單的數(shù)字電路設(shè)計(jì)，包括計(jì)數(shù)器、編碼譯碼器的設(shè)計(jì)、數(shù)碼管的顯示等。隨著EDA技術(shù)的發(fā)展，電信、通信等專業(yè)紛紛引入EDA實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，在“通信原理”等課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中被廣泛應(yīng)用于實(shí)踐[4]，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容也從單一的基本數(shù)字電路的設(shè)計(jì)發(fā)展到集EDA技術(shù)實(shí)驗(yàn)、單片機(jī)實(shí)驗(yàn)、DSP實(shí)驗(yàn)等為一體的綜合性的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)[5]。因此，EDA實(shí)驗(yàn)平臺(tái)逐漸面向電子信息類相關(guān)專業(yè)的學(xué)生進(jìn)行課程的學(xué)習(xí)，課外競(jìng)技活動(dòng)，電子類設(shè)計(jì)比賽，并逐漸用于教師進(jìn)行科研。
（2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)從一體化向模塊化發(fā)展
早起開(kāi)發(fā)的EDA實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上采用一體化的實(shí)驗(yàn)箱設(shè)計(jì)，所有的電路和器件都在一塊電路板上[6]。這樣，系統(tǒng)的使用雖然可以幫助學(xué)生掌握軟件的應(yīng)用，但也使學(xué)生對(duì)硬件電路不了解；另外，系統(tǒng)在功能上難以根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)展，不利于學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，復(fù)雜的系統(tǒng)則難以實(shí)現(xiàn)。因此在后來(lái)的EDA實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)上，大都都采用了模塊化的結(jié)構(gòu)[7][8]，即FPGA、單片機(jī)等做在一塊核心板上，其IO口以插針形式引出，以方便和外圍電路的連接；外圍電路則以模塊的形式單獨(dú)做在不同的電路板上，比如數(shù)碼管顯示模塊、按鍵模塊、LED顯示模塊等；根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)摘要的模塊搭建自己設(shè)計(jì)的電路，從而提高學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果；此外，模塊化的設(shè)計(jì)還方便老師對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)的重復(fù)實(shí)現(xiàn)，有利于教學(xué)水平的提高雜志鋪。
（3）核心芯片由單一化向豐富化發(fā)展
早期開(kāi)發(fā)的EDA實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由于僅用于EDA課程的學(xué)習(xí)，其核心芯片大都為Altera公司的FPGA等可編程邏輯器件，開(kāi)發(fā)語(yǔ)言環(huán)境主要為界面友好、操作簡(jiǎn)便的Maxplus Ⅱ和Quartus Ⅱ。隨著EDA技術(shù)向不同學(xué)科不同專業(yè)的滲透，核心芯片逐漸發(fā)展為FPGA、單片機(jī)和DSP器件的綜合使用，開(kāi)發(fā)語(yǔ)言也逐漸開(kāi)始使用C語(yǔ)言或匯編語(yǔ)言等。這樣，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)能提供的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和規(guī)模均有所增加，除了基本的數(shù)字電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)K以外，還可以增設(shè)調(diào)制解調(diào)模塊、幀同步模塊、信號(hào)波形產(chǎn)生模塊等，擴(kuò)大了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的使用率，使實(shí)驗(yàn)設(shè)備向大型化、先進(jìn)化發(fā)展。
（4）使學(xué)生的學(xué)習(xí)由被動(dòng)向主動(dòng)發(fā)展
電子技術(shù)的發(fā)展日新月異，早期的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由于其電路設(shè)計(jì)的封閉性，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容只停留在驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)上，很難加入自己設(shè)計(jì)的外圍電路。而模塊化數(shù)字電路開(kāi)放實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由于其接口電路的開(kāi)放性，有能力的學(xué)生可以自行設(shè)計(jì)外圍電路達(dá)到提高的目的，對(duì)于成功的設(shè)計(jì)還可以加到以后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，成為具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的模塊。
另外，由于整合了單片機(jī)、DSP等芯片的功能模塊，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容得到很大擴(kuò)展，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可以拓寬知識(shí)面，主動(dòng)去學(xué)習(xí)了解實(shí)驗(yàn)所需要的知識(shí)，學(xué)習(xí)的主動(dòng)性得到很大的提高，并且，由于實(shí)驗(yàn)由簡(jiǎn)單的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)向綜合的大型設(shè)計(jì)過(guò)渡，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中更容易理解數(shù)字電路設(shè)計(jì)中硬件的概念以及工程的概念。
學(xué)生在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，可能會(huì)用到一些實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)沒(méi)有開(kāi)發(fā)出的模塊，這時(shí)，學(xué)生需要自己設(shè)計(jì)該電路模塊的電路圖以及制作PCB板，直至實(shí)際制作出該功能模塊。這樣，學(xué)生除了掌握編程、還需要去學(xué)習(xí)怎樣設(shè)計(jì)并制作電路板、學(xué)習(xí)該模塊與核心板的接口電路設(shè)計(jì)等相關(guān)知識(shí)，因此，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生的積極性和主動(dòng)性得到提高。同時(shí)，由于實(shí)驗(yàn)的規(guī)模逐漸增加，同學(xué)之間需要團(tuán)結(jié)合作才能共同完成一個(gè)實(shí)驗(yàn)，因此也鍛煉了同學(xué)之間的團(tuán)結(jié)合作精神。
3 結(jié)論
一個(gè)好的EDA實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，能培養(yǎng)學(xué)生開(kāi)拓創(chuàng)新精神和團(tuán)結(jié)協(xié)作精神、很強(qiáng)的實(shí)踐操作能力、工程設(shè)計(jì)能力、綜合應(yīng)用能力、科學(xué)研究能力以及獨(dú)立分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。我國(guó)高校現(xiàn)階段所研制開(kāi)發(fā)的EDA綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，能有效整合和優(yōu)化多個(gè)電子類實(shí)驗(yàn)課程的功能，為單片機(jī)和 EDA技術(shù)等課程提供了綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，為高校培養(yǎng)創(chuàng)新性人才提供良好的實(shí)驗(yàn)條件和氛圍。隨著電子技術(shù)的發(fā)展以及EDA技術(shù)的不斷深入發(fā)展，EDA實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)也將會(huì)日益完善：大規(guī)模可編程器件將被使用；實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)將向體積小、功耗小的便攜式嵌入式系統(tǒng)發(fā)展。
參考文獻(xiàn)：
[1]廖超平,等著.EDA技術(shù)與VHDL實(shí)用教程[M]. 北京: 高等教育出版社, 2007:1
[2]劉延飛,等著.開(kāi)發(fā)EDA綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，提高學(xué)生工程創(chuàng)新能力[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索, 2009,26(8):63-64.
[3]范勝利.一種基于模塊的EDA教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)[J]. 讀與寫雜志, 2009,6(11):102
[4]韓偉忠著.EDA,DSP技術(shù)與通信實(shí)驗(yàn)裝置的總體設(shè)計(jì)[J]. 金陵職業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2002,17(1),52-54
[5]孫旭,等著.單片機(jī)、DSP、EDA的綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù), 2008, 6(6): 55-57
[6]雷雪梅,等著.EDA教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱的設(shè)計(jì)[J]. 內(nèi)蒙古大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2004, 35(3): 344-347
[6]劉建成,等著.EDA實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索, 2009, 28(1): 86-88
[6]史曉東,等著.數(shù)字系統(tǒng)EDA實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的應(yīng)用及發(fā)展[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索, 2005, 24: 78-81
關(guān)鍵詞：PCB; 電子線路CAD; 改革; 有效性; 可行性
中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2011)22-5538-03
The Improvement of Teaching in "CAD of Electronic Circuit" Based on Actual Application
ZHOU QiCzhong, XU Juan
(Yibin University, Yibin 644000, China)
Abstract: To expertly apply "CAD of Electronic Circuit" technology to complete a variety of hardware circuit design, not only need a solid theoretical basis for the circuit, but also need a wealth of PCB (Printed Circuit Board) design knowledge. Aiming at the facts of that the current students are lacking of the knowledge for PCB design, a comprehensive teaching reform approach including teaching contents, teaching styles and examination models is presented in this paper. Through participating in the National Undergraduate Electronic Design Contest, The effectiveness and feasibility of the method proposed in this paper are verified.
Key words: Printed Circuit Board; CAD of electronic circuit; reform; effectiveness; feasibility
隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，電子系統(tǒng)的復(fù)雜性越來(lái)越高，傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)已不滿足現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。這對(duì)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員提出了新的挑戰(zhàn)，以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，利用性能強(qiáng)大的軟件開(kāi)發(fā)工具進(jìn)行電子線路設(shè)計(jì)的電子線路CAD（Computer Aided Design，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）技術(shù)成為硬件電子工程師必需掌握的技能。這大大增加了《電子線路CAD》課程在電子專業(yè)學(xué)生能力培養(yǎng)中的重要性。因而，根據(jù)課程的特點(diǎn)和實(shí)際應(yīng)用的需要，進(jìn)行深入的教學(xué)研究和有效的教學(xué)改革具有非常重要意義。
目前，大量的教育工作者對(duì)《電子線路CAD》的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和考核形式進(jìn)行了改革：根據(jù)美國(guó)著名兒童教育家、伊利諾易大學(xué)教授凱茲博士和加拿大兒童教育家、阿爾伯特大學(xué)教授查德博士共同創(chuàng)立的一種以學(xué)生為本的“項(xiàng)目式教學(xué)法”，國(guó)內(nèi)進(jìn)行了“《電子線路CAD》項(xiàng)目式教學(xué)法”探索和改革 [1-2]。從調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的角度，進(jìn)行關(guān)于“任務(wù)驅(qū)動(dòng)法在《電子線路CAD》教學(xué)中的應(yīng)用”的改革[3]， 針對(duì)Protel軟件的使用，進(jìn)行了“電子線路CAD―PROTEL課堂教學(xué)方法探析”[4]。同時(shí)，從學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)、教學(xué)方法的選用等方面進(jìn)行分析，以培養(yǎng)學(xué)生標(biāo)準(zhǔn)意識(shí)、規(guī)范意識(shí)及質(zhì)量意識(shí)為目的，進(jìn)行了“電子線路CAD課程的教學(xué)探討”[5-7]。這些改革對(duì)促進(jìn)學(xué)生掌握CAD工具（如Protel、Multisim、Orcad等）的基本操作和使用起到很大的幫助，但由于《電子線路CAD》是一門綜合性、實(shí)踐性和創(chuàng)造性都很強(qiáng)的課程。它即不同于的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言類課程（如C語(yǔ)言），只需要熟悉某個(gè)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的語(yǔ)法和基本操應(yīng)用，又不同于電路基礎(chǔ)知識(shí)類課程（如模擬電子線路），只需要掌握某個(gè)領(lǐng)域內(nèi)知識(shí)。它需要用戶以電子線路的相關(guān)理論知識(shí)為支撐，去操作對(duì)應(yīng)的工具軟件，完成一個(gè)電子系統(tǒng)的原理圖繪制、PCB（Printed Circuit Board, 印刷電路板）設(shè)計(jì)和結(jié)果仿真。除了有工具軟件本身操作需要學(xué)習(xí)的內(nèi)容外，更重要的還需要有相關(guān)PCB電路設(shè)計(jì)的知識(shí)做支撐，比如信號(hào)完整性分析、電磁兼容、阻抗匹配、時(shí)延匹配等。同樣的原理圖，工作低頻段和工作在高頻段的PCB 圖設(shè)計(jì)是有所不同的。現(xiàn)有改革方法側(cè)重于工具軟件的教學(xué)，忽略了教會(huì)學(xué)生與PCB設(shè)計(jì)有關(guān)的知識(shí)，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)以后雖然會(huì)設(shè)計(jì)出原理圖，但不能設(shè)計(jì)出能到達(dá)實(shí)際工作要求的PCB圖。本文從實(shí)際需要的角度出發(fā)，根據(jù)大學(xué)生課余時(shí)間靈活性強(qiáng)的特點(diǎn)，以課內(nèi)和課外結(jié)合、興趣和專業(yè)結(jié)合、理論與實(shí)踐結(jié)合為原則，充分發(fā)揮學(xué)生的積極主動(dòng)性，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和考核方式上全面考慮，對(duì)《電子線路CAD》教學(xué)提出了一種新的改革方法，并以全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽為實(shí)踐驗(yàn)證平臺(tái)，證明了該方法的有效性和可行性。
1 以滿足實(shí)際需要為原則，結(jié)合人才培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)計(jì)劃，完善教學(xué)內(nèi)容
開(kāi)設(shè)《電子線路CAD》課程的目的是培養(yǎng)學(xué)生硬件電路設(shè)計(jì)和制作的能力，硬件設(shè)計(jì)能力包括設(shè)計(jì)原理圖的能力和設(shè)計(jì)PCB電路的能力。具備設(shè)計(jì)原理圖的能力需要熟悉電子線路CAD工具的操作并掌握模擬電路、數(shù)字電路、單片機(jī)、高頻電路等電路理論知識(shí)；具備設(shè)計(jì)PCB電路的能力需要熟悉電子線路CAD工具的操作并掌握高速電路板設(shè)計(jì)、信號(hào)完整性分析、電磁兼容和PCB制作工藝等工程知識(shí)。這是因?yàn)殡娐房煞譃榈退匐娐泛透咚匐娐贰５皖l信號(hào)和部分中頻信號(hào)（一般在30MHz以下）是用“路”的理論進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)的，即信號(hào)間的傳遞需要通路是導(dǎo)線。高頻信號(hào)和部分中頻信號(hào)，需要用“場(chǎng)”的理論進(jìn)行設(shè)計(jì)，即信號(hào)可以無(wú)線傳輸，必須考慮連線間的串?dāng)_和信號(hào)傳輸過(guò)程中的反射等因素，如收音機(jī)和手機(jī)電路等。電路原理圖的作用是表述其工作部件的連接關(guān)系和工作原理的示意圖，并不涉及與實(shí)際工作有關(guān)的硬件制作問(wèn)題，因此，在用CAD工具設(shè)計(jì)原理圖的時(shí)候，無(wú)論高頻系統(tǒng)還是低頻電路，都可以不加區(qū)別地選用標(biāo)準(zhǔn)器件符號(hào)進(jìn)行繪制。但PCB電路是實(shí)際電子元件的連接載體，設(shè)計(jì)過(guò)程中必須考慮信號(hào)頻率、阻抗匹配、時(shí)延匹配等參數(shù)的影響才能滿足實(shí)際工作的需要。因此，在應(yīng)用CAD工具進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)的過(guò)程中，除了熟悉工具軟件的操作外，還需要應(yīng)用高速電路板設(shè)計(jì)、信號(hào)完整性分析、電磁兼容、PCB設(shè)計(jì)工藝等知識(shí)為理論指導(dǎo)進(jìn)行正確的設(shè)計(jì)。
《電子線路CAD》課程通常在本科或高職、高專階段開(kāi)設(shè)，在學(xué)時(shí)有限的情況下，要保證基礎(chǔ)課程的完整性，只能開(kāi)設(shè)完與原理圖設(shè)計(jì)有關(guān)的課程，而不能全面開(kāi)設(shè)與PCB設(shè)計(jì)相關(guān)的課程。部分課程（如電磁兼容、信號(hào)完整性分析等）往往在研究生階段納入培養(yǎng)計(jì)劃，但很多本專科學(xué)生畢業(yè)后需要從事PCB設(shè)計(jì)方面的工作。因此，需要對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革，讓學(xué)生學(xué)習(xí)后能滿足實(shí)際工作的需求。具體改革內(nèi)容如下：
1.1 讓學(xué)生了解現(xiàn)有電子線路CAD工具的發(fā)展情況
目前電子線路CAD工具軟件繁多，在硬件設(shè)計(jì)方面，有簡(jiǎn)單易學(xué)但功能相對(duì)較小的Protel、Orcad、Pispice等，有功能強(qiáng)大，學(xué)習(xí)相對(duì)較難的ADS、Power PCB、CADENCE等，不同的電子公司根據(jù)開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的實(shí)際需求情況，要求員工使用對(duì)應(yīng)的軟件。學(xué)生應(yīng)該熟悉其中一到兩種，并了解其它軟件功能和特點(diǎn)，否則在應(yīng)聘過(guò)程中可能會(huì)不滿足企業(yè)需要而失敗。因此在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)給學(xué)生介紹工具軟件的發(fā)展情況，并通過(guò)參考資料的方式提供相關(guān)教程的電子文檔或?qū)W習(xí)網(wǎng)站網(wǎng)址，傳授學(xué)生學(xué)習(xí)方法。
1.2 補(bǔ)充高速PCB設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)
隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，電路系統(tǒng)體積越來(lái)越小，工作頻率越來(lái)越高，給硬件設(shè)計(jì)人員帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。因此需要給學(xué)生補(bǔ)充高速電路板PCB設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)，如高速電路板設(shè)計(jì)、電磁兼容理論和信號(hào)完整性分析等。
1.3 增加多層PCB設(shè)計(jì)的知識(shí)
目前，大多本科教學(xué)主要讓學(xué)生進(jìn)行單面板和雙層板的設(shè)計(jì)。由于集成電路引腳越來(lái)越密集，封裝體積越來(lái)越小，大部分電子系統(tǒng)都要求用多層電路板進(jìn)行設(shè)計(jì)，所以在教學(xué)中讓學(xué)生掌握多層電路板設(shè)計(jì)的知識(shí)非常重要。在高速數(shù)字電路設(shè)計(jì) 中，電源與地層應(yīng)盡量靠在一起為了減少層間信號(hào)的電磁干擾，相鄰布線層的信號(hào)線走向應(yīng)取垂直方向。信號(hào)布線層數(shù)由網(wǎng)絡(luò)密度，平均管腳密度等基本參數(shù)。可以參考如表1所示的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
1.4 增加元件布局的理論
元件的布局好壞直接影響工作性能，好的布局除了保證電路性能穩(wěn)定外，還能降低步線難度。電子線路CAD教程中一般只介紹如何操作CAD工具進(jìn)行布局，如器件旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)等，但缺少介紹布局的理論依據(jù)，從而讓學(xué)生學(xué)習(xí)后不知道什么樣的布局才滿足最佳性能要求。為了讓學(xué)生在布局過(guò)程中能有的放矢，應(yīng)該給學(xué)生補(bǔ)充以下知識(shí)：
A.遵照“先難后易先大后小，”的布置原則，即核心元器件、重要的單元電路應(yīng)當(dāng)優(yōu)先布局．
B.布局應(yīng)盡量滿足高電壓與低電壓、大電流與小電流信號(hào)完全分開(kāi)，高頻信號(hào)與低頻信 號(hào)分開(kāi)，模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)分開(kāi)總的連線盡可能短，關(guān)鍵信號(hào)線最短。
C.根據(jù)原理框圖，按主信號(hào)流向規(guī)律安排主要元器件。
D.相同結(jié)構(gòu)電路部分，采用“對(duì)稱式”結(jié)構(gòu)布局；
1.5 讓學(xué)生掌握PCB布線的規(guī)約
電子線路CAD教程一般以某個(gè)軟件工具為重點(diǎn)，在布線方面注重教會(huì)學(xué)生如何把元件間的連線布通，忽略了保證線路能正常工作的理論介紹。表2給出了常見(jiàn)的布線規(guī)約及易犯的錯(cuò)誤。其它還有3W法則、走線的諧振規(guī)則、走線長(zhǎng)度最短規(guī)則等。在教學(xué)中及時(shí)根據(jù)學(xué)生在實(shí)際設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，給予指正。
1.6 增加培養(yǎng)學(xué)生思考能力的教學(xué)內(nèi)容
在實(shí)踐過(guò)程項(xiàng)目中有針對(duì)性地設(shè)置故障問(wèn)題，讓學(xué)生思考和解決，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，加強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手能力的強(qiáng)化。
2 根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生實(shí)際情況，改革教學(xué)方法
在規(guī)定的學(xué)時(shí)內(nèi)，補(bǔ)充與PCB設(shè)計(jì)有關(guān)的教學(xué)內(nèi)容，如果按照傳統(tǒng)的教學(xué)方法全面講解，是不可能完成的。甚至因?yàn)橹v解東西太多，讓學(xué)生難以接受而影響教學(xué)效果。所以，必須改革教學(xué)方法，才能達(dá)到理想的教學(xué)效果。改革的思路是：根據(jù)學(xué)生課余時(shí)間較多的特點(diǎn)，而且有一定自學(xué)能力的特點(diǎn)，充分利用開(kāi)放的實(shí)驗(yàn)資源，利用互聯(lián)網(wǎng)建立教師和學(xué)生之間互動(dòng)的橋梁，發(fā)揮學(xué)生的積極主動(dòng)性，讓學(xué)生興趣與專業(yè)結(jié)合，理論與實(shí)踐結(jié)合，課內(nèi)與課外結(jié)合，通過(guò)實(shí)踐訓(xùn)練和理論指導(dǎo)提高其硬件設(shè)計(jì)能力。具體的措施是：
A.明確學(xué)習(xí)目的，讓學(xué)生有具體的學(xué)習(xí)目標(biāo)。介紹目前企業(yè)對(duì)電子線路CAD方面人才的需求情況，提高學(xué)生的興趣，給學(xué)生樹(shù)立明確的目標(biāo)，讓學(xué)生有的放矢地進(jìn)行學(xué)習(xí)。
B.給學(xué)生提供課外學(xué)習(xí)資料，并教會(huì)學(xué)生如何利用學(xué)校的數(shù)據(jù)庫(kù)資源和網(wǎng)絡(luò)資源，收集相關(guān)學(xué)校資料，如利用超星圖書資源，教會(huì)學(xué)生查閱和收集資料的能力。
C.給學(xué)生介紹學(xué)習(xí)方法，該自學(xué)的讓學(xué)生在課余時(shí)間自學(xué)，該講解的進(jìn)行講解，該通過(guò)上機(jī)和實(shí)驗(yàn)進(jìn)行學(xué)習(xí)的就讓學(xué)生通過(guò)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)進(jìn)行學(xué)習(xí)。
D.建立網(wǎng)上預(yù)約制度，及時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)方式和更新教學(xué)資源，提高電子線路CAD方面教學(xué)改革的論文和前沿知識(shí)的讀物，給學(xué)生提供良好的學(xué)習(xí)環(huán)境。
E.發(fā)揮學(xué)生的積極主動(dòng)性，在以項(xiàng)目點(diǎn)評(píng)、小組討論等方式，在教學(xué)過(guò)程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)并糾正學(xué)生存在的問(wèn)題。
3 改革考核方式
針對(duì)《電子線路CAD》課程理論性、實(shí)踐性和綜合性強(qiáng)的特點(diǎn)，如果只以一次考試決定學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)，即不能真實(shí)體驗(yàn)學(xué)生的能力，也利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。因此應(yīng)該改革考核方式，從學(xué)習(xí)積極性、學(xué)習(xí)效果、動(dòng)手能力進(jìn)行全面考評(píng)。將考勤、理論設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試、仿真、思考問(wèn)題等納入考核范圍，增加平時(shí)考核的力度和比重，每個(gè)項(xiàng)目有對(duì)應(yīng)的項(xiàng)目考核，每個(gè)階段有階段考核，綜合評(píng)定期末成績(jī)。
4 改革效果
本文提出的改革方法在宜賓學(xué)院《電子線路CAD》教學(xué)中實(shí)施開(kāi)展，學(xué)生在PCB方面的設(shè)計(jì)能力得到較大提高，設(shè)計(jì)的PCB板性能穩(wěn)定。在2009年全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中獲得本科組全國(guó)一等獎(jiǎng)和二等獎(jiǎng)各一項(xiàng)，該優(yōu)異成績(jī)得獲得，有多方面的因素決定的，但電子線路CAD的設(shè)計(jì)能力也有很重要的作用，比如競(jìng)賽題目中要求：在增益為60dB，帶寬為直流到10MHz的情況下，靜噪聲輸出小于300mv，學(xué)生在PCB設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮電磁兼容問(wèn)題，采取了縮短信號(hào)走線和減小線間串?dāng)_等布線策略，最后輸出靜噪聲小于70mv，性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于指標(biāo)要求。實(shí)踐證明了該改革方案的有效性和可行性。
5 結(jié)束語(yǔ)
《電子線路CAD》是一門綜合性、應(yīng)用性和實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，具有易學(xué)難通的特點(diǎn)，教學(xué)難度比較大，所以任何有效的改革方法都是有意義的。本文從滿足目前復(fù)雜電子系統(tǒng)的實(shí)際需要出發(fā)，對(duì)其教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和考核方式進(jìn)行了改革，在教會(huì)學(xué)生掌握CAD工具操作的情況下，該方法能讓學(xué)生學(xué)會(huì)應(yīng)用高速電路板設(shè)計(jì)的理論知識(shí)去設(shè)計(jì)性能穩(wěn)定的電路系統(tǒng)，并在全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中驗(yàn)證了該方法是可行和有效的，能為其他進(jìn)行相關(guān)教學(xué)改革的教師提供參考，促進(jìn)更多教學(xué)改革成果的誕生。
參考文獻(xiàn)：
[1] 畢秀梅.《電子線路CAD》課程項(xiàng)目式教學(xué)法的探索[J].電腦知識(shí)與技術(shù),2009,5(16):4235-4237.
[2] 黃淑一.淺談項(xiàng)目教學(xué)法在《電子線路CAD))教學(xué)中的應(yīng)用[J].科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì),2009,19(34):179-181.
[3] 呂殿基.任務(wù)驅(qū)動(dòng)法在《電子線路CAD》教學(xué)中的應(yīng)用[J].北京市經(jīng)濟(jì)管理干部學(xué)院學(xué)報(bào),2008,23(2):66-68.
[4] 王海熔.電子線路CAD―PROTEL課堂教學(xué)方法探析[J].電腦知識(shí)與技術(shù),2010,6(14):3697-3698.
[5] 徐作華,趙麗,譚麗娜. 電子線路CAD課程的教學(xué)探討[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品,2010(5).
[6] 奚洋,汪濤.電子線路CAD課程教改初探[J].科教導(dǎo)刊,2009(11):56-61.
論文摘要：功耗問(wèn)題正日益變成VLSI系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的一個(gè)限制因素。對(duì)便攜式應(yīng)用來(lái)說(shuō)，其主要原因在于電池壽命，對(duì)固定應(yīng)用則在于最高工作溫度。由于電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜度在日益提高，導(dǎo)致系統(tǒng)的功耗得到其主要功耗成分。其次，以該主要功耗成分?jǐn)?shù)學(xué)表達(dá)式為依據(jù)，突出實(shí)現(xiàn)SoC低功耗設(shè)計(jì)的各種級(jí)別層次的不同方法。
引言
從20世紀(jì)80年代初到90年代初的10年里，微電子領(lǐng)域的很多研究工作都集中到了數(shù)字系統(tǒng)速度的提高上，現(xiàn)如今的技術(shù)擁有的計(jì)算能力能夠使強(qiáng)大的個(gè)人工作站、復(fù)雜實(shí)時(shí)語(yǔ)音和圖像識(shí)別的多媒體計(jì)算機(jī)的實(shí)現(xiàn)成為可能。高速的計(jì)算能力對(duì)于百姓大眾來(lái)說(shuō)是觸指可及的，不像早些年代那樣只為少數(shù)人服務(wù)。另外，用戶希望在任何地方都能訪問(wèn)到這種計(jì)算能力，而不是被一個(gè)有線的物理網(wǎng)絡(luò)所束縛。便攜能力對(duì)產(chǎn)品的尺寸、重量和功耗加上嚴(yán)格的要求。由于傳統(tǒng)的鎳鉻電池每磅僅能提供20W.h的能量，因而功耗就變得尤為重要。電池技術(shù)正在改進(jìn)，每5年最大能將電池的性能提高30%，然而其不可能在短期內(nèi)顯著地解決現(xiàn)在正遇到的功耗問(wèn)題。
雖然傳統(tǒng)可便攜數(shù)字應(yīng)用的支柱技術(shù)已經(jīng)成功地用于低功耗、低性能的產(chǎn)品上，諸如電子手表、袖珍計(jì)算器等等，但是有很多低功耗、高性能可便攜的應(yīng)用一直在增長(zhǎng)。例如，筆記本計(jì)算機(jī)就代表了計(jì)算機(jī)工業(yè)里增長(zhǎng)最快的部分。它們要求與桌上計(jì)算機(jī)一樣具有同樣的計(jì)算能力。同樣的要求在個(gè)人通信領(lǐng)域也正在迅速地發(fā)展，如采用了復(fù)雜語(yǔ)音編解碼算法和無(wú)線電調(diào)制解調(diào)器的帶袖珍通信終端的新一代數(shù)字蜂窩網(wǎng)。已提出的未來(lái)個(gè)人通信服務(wù)PCS（PersonalCommunicationServices）應(yīng)用對(duì)這些要求尤其明顯，通用可便攜多媒體服務(wù)是要支持完整的數(shù)字語(yǔ)音和圖像辨別處理的。在這些應(yīng)用中，不僅語(yǔ)音，而且數(shù)據(jù)也要能在無(wú)線鏈路上傳輸。這就為實(shí)現(xiàn)任何人在任何地方的任何時(shí)間開(kāi)展任何想要的業(yè)務(wù)提供了可能。但是，花在對(duì)語(yǔ)音、圖像的壓縮和解壓上的功耗就必須附加在這些可便攜的終端上。確實(shí)，可便攜能力已經(jīng)不再明顯地和低性能聯(lián)系在一起了；相反，高性能且可便攜的應(yīng)用正在逐步得到實(shí)現(xiàn)。
當(dāng)功率可以在非便攜環(huán)境中獲得時(shí)，低功耗設(shè)計(jì)的總理也變得十分關(guān)鍵。直到現(xiàn)在，由于大的封裝、散熱片和風(fēng)扇能夠輕而易舉地散掉芯片和系統(tǒng)所產(chǎn)生的熱，其功耗還未引起多大的重視。然而，隨著芯片和系統(tǒng)尺寸持續(xù)地增加，要提供充分的散熱能力就必須付出重要代價(jià)，或使所提供的總體功能達(dá)到極限時(shí)，設(shè)計(jì)高性能、低功耗數(shù)字系統(tǒng)方法的需求就會(huì)變得更為顯著。幸好，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展了許多技術(shù)來(lái)克服這些矛盾。
由于可以高度集成，并具有低功耗、輸入電流小、連接方便和具有比例性等性質(zhì)，CMOS邏輯電路被認(rèn)為是現(xiàn)今最通用的大規(guī)模集成電路技術(shù)。下面研究CMOS集成電路的功耗組成，概述實(shí)現(xiàn)集成電路——SoC（SystemonChip）系統(tǒng)的低功耗設(shè)計(jì)的諸多方法。目的在于揭示當(dāng)今電子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜度、速度和其功耗的內(nèi)在聯(lián)系，在及在數(shù)字電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方向上潛在的啟示。
1CMOS集成電路功耗的物理源
要研究SoC的低功耗設(shè)計(jì)，首先要物理層次上弄清該集成電路的功耗組成，其次，才能從物理實(shí)現(xiàn)到系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)上采用各種方法來(lái)節(jié)省功耗，達(dá)到低功耗設(shè)計(jì)的目的。圖1為典型CMOS數(shù)字電路的功耗物理組成。
（1）動(dòng)態(tài)功耗
動(dòng)態(tài)功耗是由電路中的電容引起的。設(shè)C為CMOS電路的電容，電容值為PMOS管從0狀態(tài)到H狀態(tài)所需的電壓與電量的比值。以一個(gè)反相器為例，當(dāng)該電壓為Vdd時(shí)，從0到H狀態(tài)變化（輸入端）所需要的能量是CVdd2。其中一半的能量存儲(chǔ)在電容之中，另一半的能量擴(kuò)展在PMOS之中。對(duì)于輸出端來(lái)說(shuō)，它從H到0過(guò)程中，不需要Vdd的充電，但是在NMOS下拉的過(guò)程中，會(huì)把電容存儲(chǔ)的另一半能量消耗掉。如果CMOS在每次時(shí)鐘變化時(shí)都變化一次，則所耗的功率就是CBdd2f，但并不是在每個(gè)時(shí)鐘跳變過(guò)程之中，所有的CMOS電容都會(huì)進(jìn)行一次轉(zhuǎn)換（除了時(shí)鐘緩沖器），所以最后要再加上一個(gè)概率因子a。電路活動(dòng)因子a代表的是，在平均時(shí)間內(nèi)，一個(gè)節(jié)點(diǎn)之中，每個(gè)時(shí)鐘周期之內(nèi)，這個(gè)節(jié)點(diǎn)所變化的幾率。最終得到的功耗表達(dá)式為：Psw=aCVdd2f。
（2）內(nèi)部短路功耗
CMOS電路中，如果條件Vtn<Vin<Vdd-|Vtp|（其中Vtn是NMOS的門限電壓，Vtp是PMOS的門限電壓）成立，這時(shí)在Vdd到地之間的NMOS和PMOS就會(huì)同時(shí)打開(kāi)，產(chǎn)生短路電流。在門的輸入端上升或者下降的時(shí)間比其輸出端的上升或者下降時(shí)間快的時(shí)候，短路電流現(xiàn)象會(huì)更為明顯。為了減少平均的短路電路，應(yīng)盡量保持輸入和輸出在同一個(gè)沿上。
一般來(lái)說(shuō)，內(nèi)部短路電流功耗不會(huì)超過(guò)動(dòng)態(tài)功耗的10%。而且，如果在一個(gè)節(jié)點(diǎn)上，Vdd<Vtn+|Vtp|的時(shí)候，短路電流會(huì)被消除掉。
（3）靜態(tài)漏電功耗
靜態(tài)漏電掉的是二極管在反向加電時(shí)，晶體管內(nèi)出現(xiàn)的漏電現(xiàn)象。在MOS管中，主要指的是從襯底的注入效應(yīng)和亞門限效應(yīng)。這些與工藝有關(guān)，而且漏電所造成的功耗很小，不是考慮的重點(diǎn)。
（4）小結(jié)
通過(guò)設(shè)計(jì)工藝技術(shù)的改善，Pint和Pleak能被減小到可以忽略的程度，因而Psw也就成為功耗的主要因素。后面所做的功耗優(yōu)化大部分是圍繞這一個(gè)公式來(lái)進(jìn)行的。對(duì)于SoC來(lái)說(shuō)，所有的方法都是圍繞著動(dòng)態(tài)功耗來(lái)做文章的，因?yàn)樵陔娐沸盘?hào)變化時(shí)，功耗消耗主要在電路中電容的充放電過(guò)程。如果從各個(gè)層次、各個(gè)方面盡量減少電路的充放電，將是我們關(guān)心的主題。
2降低集成電路SoC功耗的方法
功耗對(duì)于一個(gè)便攜式SoC數(shù)字系統(tǒng)來(lái)說(shuō)尤為重要。事實(shí)上，很多便攜式SoC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，是先進(jìn)行功耗分析，由功耗分析的結(jié)果再來(lái)劃分設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。可以說(shuō)，功耗將可能決定一切。現(xiàn)在要做的是，根據(jù)功耗分析的結(jié)果，評(píng)判SoC結(jié)構(gòu)，改進(jìn)設(shè)計(jì)，優(yōu)化方案。
SoC系統(tǒng)的功耗所涉及的內(nèi)容十分廣泛，從物理實(shí)現(xiàn)到系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)都可以采用各種方法來(lái)節(jié)省和優(yōu)化功耗。通過(guò)對(duì)國(guó)外大量文獻(xiàn)的查閱，我們得到了常用的實(shí)現(xiàn)低功耗設(shè)計(jì)的各種較為有效的方法，
（1）系統(tǒng)級(jí)功耗管理
這一部分實(shí)際上是動(dòng)態(tài)功耗管理。主要做法是在沒(méi)有操作的時(shí)候（也就是在SoC處于空閑狀態(tài)的時(shí)候），使SoC運(yùn)作于睡眠狀態(tài)（只有部分設(shè)備處于工作之中）；在預(yù)設(shè)時(shí)間來(lái)臨的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷。由這個(gè)中斷喚醒其它設(shè)備。實(shí)際上，這一部分需要硬件的支持，如判斷，周期性的開(kāi)、關(guān)門控時(shí)鐘（gateclock）等。
（2）軟件代碼優(yōu)化
軟件代碼優(yōu)化是針對(duì)ARM嵌入式處理器而言的。對(duì)于編譯器來(lái)說(shuō)，所起的使用不到1%，而對(duì)于代碼的優(yōu)化則可以產(chǎn)生高達(dá)90%的功耗節(jié)省。Simunic等人曾分別做過(guò)用各種針對(duì)ARM處理器的編譯器進(jìn)行的試驗(yàn)。比此的實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)展，風(fēng)格比較好的代碼產(chǎn)生的效果遠(yuǎn)比用ARM編譯器優(yōu)化的效果好。
（3）Clock控制
這是在ASIC設(shè)計(jì)中行之有效的方法之一。如果SoC芯片在正常工作，有很大一部分模塊（它們可能是用于一些特殊用途中，如調(diào)試Debug、程序下載等）是乖于空閑狀態(tài)的，這些器件的空運(yùn)作會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的功耗。這一部分應(yīng)使用時(shí)鐘控制，即clockenable&disable。
（4）RTL級(jí)代碼優(yōu)化
與軟件相似，不同的RTL（RegisterTransferLevel，寄存器傳輸級(jí)）代碼，也會(huì)產(chǎn)生不同的功耗，而且RTL代碼的影響比軟件代碼產(chǎn)生的影響可能還要大。因?yàn)椋琑TL代碼最終會(huì)實(shí)現(xiàn)為電路。電路的風(fēng)格和結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)功耗產(chǎn)生相當(dāng)重要的影響。
RTL級(jí)代碼優(yōu)化主要包括：
①對(duì)于CPU來(lái)說(shuō)，有效的標(biāo)準(zhǔn)功耗管理有睡眠模式和部分未工作模塊掉電。
②硬件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化包括能降低工作電壓Vdd的并行處理、流水線處理以及二者的混合處理。
③降低寄存電容C的片內(nèi)存儲(chǔ)器memory模塊劃分。
④降低活動(dòng)因子a的信號(hào)門控、減少glitch（毛刺）的傳播長(zhǎng)度、Glitch活動(dòng)最小化、FSM（有限狀態(tài)機(jī)）狀態(tài)譯碼的優(yōu)化等。
⑤由硬件實(shí)現(xiàn)的算法級(jí)的功耗優(yōu)化有：流水線和并行處理、Retiming(時(shí)序重定)、Unfolding（程序或算法的展開(kāi)）、Folding(程序或算法的折疊)等等基本方法以及其組合。
（5）后端綜合與布線優(yōu)化
既然SoC的功耗與寄生電容的充放電有很大的關(guān)系，作為后端綜合與布線，同樣也可采取一些措施來(lái)減少寄存器電容。可以優(yōu)化電路，減少操作（電路的操作），選擇節(jié)能的單元庫(kù)，修改信號(hào)的相關(guān)關(guān)系，再次綜合減少毛刺的產(chǎn)生概率。
實(shí)際上，這一部分與使用的工具有關(guān)。與軟件部分有相同之處，后端綜合與布線同軟件的編譯差不多。軟件編譯的結(jié)果是產(chǎn)生可執(zhí)行的機(jī)器代碼；而RTL的綜合與布線是把RTL代碼編譯成真實(shí)的電路。但是，后端綜合與布線優(yōu)化比較編譯優(yōu)化有更好的效果。這是因?yàn)橐欢蜶TL代碼所對(duì)應(yīng)的電路是可以有多種形式的；同時(shí)現(xiàn)有些編譯器會(huì)根據(jù)設(shè)計(jì)者提供的波形，智能地修改電路（前提是最終電路的效果還是一樣的），編譯器就會(huì)進(jìn)行相關(guān)的優(yōu)化。但是后端綜合的優(yōu)化與RTL級(jí)代碼優(yōu)化和時(shí)鐘控制相比，同樣的RTL級(jí)與時(shí)鐘優(yōu)化所產(chǎn)生的影響要遠(yuǎn)大于用編譯工具所產(chǎn)生的影響。
（6）功耗的精確計(jì)算
后端綜合與布線工具不但可以根據(jù)基本單元提供的功耗參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，還可以根據(jù)這些參數(shù)估算出整個(gè)SoC的功耗。正因?yàn)橛羞@樣一些工具，使我們可以精確地知道我們所設(shè)計(jì)的是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。萬(wàn)一設(shè)計(jì)功耗不符合總體要求，則可能要求從系統(tǒng)級(jí)到物理綜合布線都要做出檢查與分析，做出可能的改進(jìn)，盡可能地減少功耗以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
（7）小結(jié)
從上面的各種降低以及估算功耗的方法可以看出，SoC系統(tǒng)的拉耗優(yōu)化涉及到從物理實(shí)現(xiàn)到系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的方方面面，是芯片設(shè)計(jì)中一個(gè)十足的系統(tǒng)工程。可以說(shuō)，功耗可以決定一切。
結(jié)語(yǔ)
本文首先分析了CMOS集成電路的功耗物理組成，得到了其主要功耗成分。其次，以該主要功耗成分?jǐn)?shù)學(xué)表達(dá)式為指導(dǎo)，突出了SoC低功耗設(shè)計(jì)的各種級(jí)別層次的不同方法。不管是現(xiàn)在還是將來(lái)，該領(lǐng)域的重要性將會(huì)日益顯著。在下面的一些發(fā)展方向還將會(huì)有較大的發(fā)展：
①實(shí)現(xiàn)SoC系統(tǒng)設(shè)計(jì)的變換以及映射技術(shù)的進(jìn)一步探索。
②將各種低功耗設(shè)計(jì)手段按照各性質(zhì)最佳綜合起來(lái)，以便使用基于人工智能的技術(shù)（如遺傳算法和啟發(fā)式算法等等）來(lái)研究。
③發(fā)展以實(shí)現(xiàn)低功耗為目的CPU指令程序的改寫技術(shù)，以將其擴(kuò)展到復(fù)雜SoC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中。
④進(jìn)一步研究應(yīng)用于SoC低功耗設(shè)計(jì)的編碼和信號(hào)表示技術(shù)。
關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；SOPC；MP3播放器
中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1007-9599 (2011) 20-0000-02
Mp3 Player Design Based on SOPC
Xie Huicheng1,Guo Li2
(1.School of Electronic Engineering,Jiujiang University,Jiujiang332005,China;2.Jiujiang University,Information Science and Technology College,Jiujiang332005,China)
Abstract:This paper mainly from the audio playback and the intersection of SOPC technology,this paper proposes the use of technology in Altera's SOPC CyelonII EP2C35 FPGA mp3 player built on the design.The use of IP design reuse,collaboration software and hardware,hardware acceleration and other methods,combined with the experimental characteristics of platform resources to build a soft-core processor based on NiosII mp3 player system. Achieve MPEGⅠ layerⅢ smooth playback audio decoding.The system has a small size,design flexibility,short development cycle and so on.
Keywords:Embedded system;SOPC;MP3 player
一、引言
目前，嵌入式系統(tǒng)進(jìn)入全面應(yīng)用的階段，己經(jīng)成為通信和消費(fèi)類產(chǎn)品的共同發(fā)展方向。在硬件方面，市場(chǎng)上不僅有各大公司生產(chǎn)的各種微處理器芯片，還有用于學(xué)習(xí)和進(jìn)行研發(fā)的各種配套的軟件開(kāi)發(fā)包和開(kāi)發(fā)工具。SOPC具有系統(tǒng)集成度高、體積小、功耗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、可靠性高、開(kāi)發(fā)快速等特點(diǎn)，很好的滿足了的嵌入式系統(tǒng)在硬件上的需求。SOPC技術(shù)的目標(biāo)是試圖將盡可能大而完整的電子系統(tǒng)，包括嵌入式處理器系統(tǒng)、接口系統(tǒng)、硬件協(xié)處理器或加速器系統(tǒng)、存儲(chǔ)電路、DSP系統(tǒng)、數(shù)字通信系統(tǒng)、以及普通數(shù)字系統(tǒng)等，在單一FPGA中實(shí)現(xiàn)，使得所設(shè)計(jì)的電路系統(tǒng)在其規(guī)模、可靠性、體積、功耗、功能、性能指標(biāo)、上市周期、開(kāi)發(fā)成本、產(chǎn)品維護(hù)及其硬件升級(jí)等多方面實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化。
二、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)一個(gè)具有基本功能的MP3播放器需要有時(shí)鐘電路、CPU、RAM及RAM控制器、Flash及Flash控制器、SD卡及SD卡控制電路、液晶及液晶顯示器驅(qū)動(dòng)電路、DMA控制器、音頻驅(qū)動(dòng)及音頻控制電路、定時(shí)器等模塊，如圖1所示。
圖1：MP3播放器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
除顯示驅(qū)動(dòng)模塊、音頻控制模塊和SD卡控制模塊外其他模塊都可以從SOPC Builder中添加IP核構(gòu)建。
其中顯示驅(qū)動(dòng)模塊可以在altera提供的VGA控制器的基礎(chǔ)上添加CLK和BLANK信號(hào)完成；SD卡控制模塊只需要定義幾個(gè)GPIO端口就可以了，不需要單獨(dú)設(shè)計(jì)。
三、音頻播放模塊
采用的MagicSOPC實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)平臺(tái)配有AC97音頻解碼模塊，主控制芯片為UCB1400（帶有觸摸屏功能的立體聲音頻編解碼器），它支持可編程抽樣率、輸入/輸出增益和數(shù)字音響處理，包括音量、靜音、低音和高音控制。
音頻控制模塊是CPU與UCB1400間的接口電路，功能為將緩存中的音頻數(shù)據(jù)通過(guò)AC-Link總線發(fā)送到UCB1400的DAC輸入端口實(shí)現(xiàn)音樂(lè)的播放，以及由AC-Link總線接收UCB1400采集的音頻編碼數(shù)據(jù)。本設(shè)計(jì)采用verilog語(yǔ)言來(lái)設(shè)計(jì)如下各個(gè)功能模塊。
（一）UCB1400寄存器訪問(wèn)控制
音頻播放時(shí)主控制器（CPU）需要經(jīng)常讀/寫UCB1400中相關(guān)的寄存器，因?yàn)椴捎肁C-Link串行總線傳輸數(shù)據(jù)，時(shí)序變得非常重要，所以定義了訪問(wèn)控制模塊。要訪問(wèn)UCB1400時(shí)，該模塊向UCB1400發(fā)送請(qǐng)求信號(hào)；當(dāng)一次讀取完成，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好時(shí)，該模塊向CPU發(fā)送反饋信號(hào)。
（二）UCB1400掉電模式控制
UCB1400可以將暫時(shí)不用的模塊關(guān)閉以節(jié)約功率，向UCB1400的Power-down Control/status Register（0x26）寫入相應(yīng)的數(shù)值可以控制UCB1400中各個(gè)模塊的開(kāi)啟和關(guān)閉。所以設(shè)計(jì)掉電模式控制模塊，該模塊負(fù)責(zé)監(jiān)視UCB1400各模塊的狀態(tài)并將此信息反饋給主控制器。
（三）串行輸入/輸出寄存器
FPGA內(nèi)部數(shù)據(jù)為并行傳輸，而與UCB1400間則功過(guò)AC_Link總線串行傳輸，所以應(yīng)設(shè)計(jì)串并轉(zhuǎn)換模塊。
（四）輸入/輸出FIFO
為保證音樂(lè)播放的流暢，應(yīng)為每個(gè)聲道配置一定容量的FIFO用來(lái)保存已接收到和即將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。
設(shè)計(jì)完成后的AC97_Controller結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示：
圖2：AC97_Controller結(jié)構(gòu)圖
具有如下功能：
可變比特率支持、雙聲道立體聲輸出支持、雙聲道立體聲輸入支持、單聲道麥克風(fēng)輸入支持、DMA傳送方式支持。
四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
將基于NiosⅡ的SOPC系統(tǒng)進(jìn)行編譯并下載到FPGA中生成硬件系統(tǒng)的同時(shí)，SOPC Builder幫助用戶生成相應(yīng)的SOF文件。在此基礎(chǔ)上，可開(kāi)始系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)。可使用匯編、C、C++來(lái)進(jìn)行嵌入式程序設(shè)計(jì)，使用IDE工具進(jìn)行程序的編譯連接以及調(diào)試。MP3播放器的軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示：
圖3MP3播放器軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
五、結(jié)語(yǔ)
本系統(tǒng)采用SOPC技術(shù)在一片F(xiàn)PGA和少數(shù)外設(shè)上實(shí)現(xiàn)了MP3播放器的基本功能。在50MHz的系統(tǒng)時(shí)鐘下實(shí)現(xiàn)了MPEG-Ⅰ layer-Ⅲ解碼，流暢播放MP3格式的音頻文件。
SOPC方案的優(yōu)勢(shì)在于系統(tǒng)功能改進(jìn)的靈活性，在不改變硬件平臺(tái)的情況下，可以方便對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行增刪和優(yōu)化，這是傳統(tǒng)ARM方案無(wú)法達(dá)到的。
參考文獻(xiàn)：
[1]曾璇.基于NiosⅡ軟核處理器的嵌入式PMP系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文,2008,5
【關(guān)鍵詞】電子競(jìng)賽 創(chuàng)新人才培養(yǎng) 探索與實(shí)踐
【中圖分類號(hào)】G71 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2016）31-0240-01
教育部在《高等職業(yè)教育創(chuàng)新發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2015-2018年）》中，明確提出“將學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)培養(yǎng)和創(chuàng)新思維養(yǎng)成融入教育教學(xué)全過(guò)程”，“探索將學(xué)生完成的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、、專利獲取、自主創(chuàng)業(yè)等成果折算為學(xué)分，將學(xué)生參與課題研究、項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)等活動(dòng)認(rèn)定為課堂學(xué)習(xí)；為有意愿有潛質(zhì)的學(xué)生制定創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)計(jì)劃”[1] 。近年來(lái)，我校樹(shù)立創(chuàng)新人才培養(yǎng)的指導(dǎo)思想，深入開(kāi)展高職教育教學(xué)改革，打通創(chuàng)新人才培養(yǎng)渠道，在電子信息專業(yè)開(kāi)展了“以電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽為抓手，提升高職學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力”的教育教學(xué)改革[2]-[4]，建立了包含項(xiàng)目化課程、研究性課程、學(xué)生科技創(chuàng)新社團(tuán)活動(dòng)、大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新立項(xiàng)課題及大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽五部分組成的較為完善的學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系，取得了可喜的實(shí)績(jī)與顯著的成效。
一、項(xiàng)目化課程
電子競(jìng)賽課題具有很強(qiáng)的綜合性和實(shí)用性，其包含的知識(shí)點(diǎn)涉及到電子信息專業(yè)的所有課程。競(jìng)賽要求學(xué)生具有熟悉應(yīng)用各種器件，能夠采用各種軟硬件技術(shù)綜合設(shè)計(jì)，具備文獻(xiàn)資料查閱能力、分析解決問(wèn)題能力、報(bào)告梳理寫作能力以及團(tuán)結(jié)協(xié)作精神和創(chuàng)新意識(shí)等綜合素質(zhì)和能力。因此，我們以電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽為抓手，開(kāi)展了基于“項(xiàng)目引領(lǐng)、任務(wù)驅(qū)動(dòng)、過(guò)程導(dǎo)向”的項(xiàng)目化課程改革和課程建設(shè)，將電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽內(nèi)容提煉內(nèi)化為課程與教材改革項(xiàng)目，形成了有利于電子信息專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的項(xiàng)目化、綜合化、設(shè)計(jì)性、研究性系列課程。通過(guò)實(shí)施以學(xué)生為主體的“項(xiàng)目教學(xué)”、“教學(xué)做一體化”教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、主動(dòng)實(shí)踐、主動(dòng)思考、分工協(xié)作來(lái)完成項(xiàng)目任務(wù)。推進(jìn)了學(xué)生主動(dòng)性的實(shí)踐學(xué)習(xí)、應(yīng)用性的技能學(xué)習(xí)、創(chuàng)新型的研究學(xué)習(xí)，提升了學(xué)生創(chuàng)新能力。
項(xiàng)目課程以電子電路系統(tǒng)或電子產(chǎn)品為載體，將電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽內(nèi)容提煉內(nèi)化為課程與教材改革項(xiàng)目，如：《電工電路設(shè)計(jì)與制作》、《模擬電路設(shè)計(jì)與制作》、《數(shù)字電路設(shè)計(jì)與制作》、《電子工程制圖》、《射頻裝置的制作與調(diào)試》、《單片機(jī)小系統(tǒng)的制作及應(yīng)用》、《可編程器件原理與項(xiàng)目訓(xùn)練》、《電子設(shè)計(jì)與制作》、《電子技術(shù)綜合應(yīng)用》等。通過(guò)項(xiàng)目課程教學(xué)，學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)得到大大提升。
二、研究性選修課程
開(kāi)設(shè)本學(xué)科領(lǐng)域或跨學(xué)科領(lǐng)域的具有綜合性、開(kāi)放性、可研究性的課程，系統(tǒng)訓(xùn)練學(xué)生掌握從事科研工作從理論到實(shí)踐的方法。通過(guò)幾年的實(shí)踐積累，研究性選修課形成了“簡(jiǎn)單電路設(shè)計(jì)應(yīng)用、處理器應(yīng)用開(kāi)發(fā)、復(fù)雜電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)”三個(gè)層次，開(kāi)發(fā)的主要課程有：《實(shí)用電子電路設(shè)計(jì)》、《技術(shù)報(bào)告和學(xué)術(shù)論文撰寫》、《基于CPLD的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)》、《基于單片機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)》、《系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)應(yīng)用》等，有效培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。
三、學(xué)生科技創(chuàng)新社團(tuán)活動(dòng)
成立學(xué)生電子制作興趣小組、家電維修小組、電子設(shè)計(jì)科技創(chuàng)新社團(tuán)，每個(gè)社團(tuán)制定具體活動(dòng)計(jì)劃，學(xué)校提供一定的資助資金，且配有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富的指導(dǎo)教師輔導(dǎo)，制定輔導(dǎo)計(jì)劃。低年級(jí)學(xué)生側(cè)重于電子小制作活動(dòng)，高年級(jí)學(xué)生開(kāi)展家電維修社區(qū)服務(wù)、參加電子設(shè)計(jì)科技創(chuàng)新社團(tuán)。電子設(shè)計(jì)科技創(chuàng)新社團(tuán)主要圍繞電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽要求開(kāi)設(shè)模塊化課程，進(jìn)行從總體設(shè)計(jì)論證到分模塊的軟硬件設(shè)計(jì)制作、調(diào)試、撰寫報(bào)告等一系列電子設(shè)計(jì)制作訓(xùn)練，保證了學(xué)生有理論有實(shí)踐地在教師指導(dǎo)下完成電子設(shè)計(jì)制作項(xiàng)目的研究和學(xué)習(xí)。
四、學(xué)生科技創(chuàng)新實(shí)踐立項(xiàng)課題
一部分動(dòng)手能力較強(qiáng)、對(duì)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)有強(qiáng)烈興趣愛(ài)好的學(xué)生3～5人組成小組，自主申報(bào)院級(jí)科技創(chuàng)新課題立項(xiàng)，優(yōu)秀的課題申報(bào)省級(jí)大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃課題立項(xiàng)，科研骨干參加學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室改造立項(xiàng)課題研究或教師的科研項(xiàng)目。三個(gè)層次的立項(xiàng)課題學(xué)校均提供一定的資金資助，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，利用課余開(kāi)展科技創(chuàng)新研究。
按照電子信息專業(yè)高職學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系開(kāi)展的一系列實(shí)踐活動(dòng)，全面提高了學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。學(xué)生在創(chuàng)新實(shí)踐課題研究、和電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽等方面取得豐碩的成果。
五、校內(nèi)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽
學(xué)校在每年十月舉辦為期1-2個(gè)月的科技創(chuàng)新節(jié)，本專業(yè)組織開(kāi)展電子知識(shí)競(jìng)賽、電子技能競(jìng)賽、電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、創(chuàng)新成果展示會(huì)和新技術(shù)專題講座等。常規(guī)化院級(jí)的電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽活動(dòng)為學(xué)生提供了較大的施展空間，學(xué)生參加的積極性越來(lái)越高，參加的人數(shù)越來(lái)越多，促進(jìn)了學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。參加省級(jí)、國(guó)家級(jí)的大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽，已連續(xù)獲得五屆全國(guó)一等獎(jiǎng)，極大提高了學(xué)生的競(jìng)爭(zhēng)力。
學(xué)校以大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽為契機(jī)，著眼于培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新人才，先后投數(shù)百萬(wàn)元，高起點(diǎn)規(guī)劃和組織建設(shè)了學(xué)校大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的硬件環(huán)境。通過(guò)幾年的研究實(shí)踐，課程改革和課程建設(shè)均取得了豐碩成果，獲得國(guó)家教學(xué)成果獎(jiǎng)一項(xiàng)，省級(jí)教學(xué)成果獎(jiǎng)一項(xiàng)。
電子競(jìng)賽推動(dòng)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，學(xué)生主動(dòng)實(shí)踐、主動(dòng)研究，動(dòng)手實(shí)踐、綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力全面提高，促進(jìn)了人才培養(yǎng)質(zhì)量和專業(yè)內(nèi)涵建設(shè)。畢業(yè)生深受用人單位的歡迎，就業(yè)質(zhì)量逐年提高，企業(yè)滿意率達(dá)95%以上，有些學(xué)生已成為企業(yè)的技術(shù)骨干。尤其是在大學(xué)生電子設(shè)計(jì)制作競(jìng)賽中的優(yōu)勝學(xué)生，畢業(yè)后深受各用人單位的歡迎、好評(píng)與肯定。
參考文獻(xiàn)：
[1]教育部關(guān)于印發(fā)《高等職業(yè)教育創(chuàng)新發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2015-2018年）》的通知（教職成[2015]9號(hào)），2015年。
[2]劉春風(fēng).淺析科技創(chuàng)新活動(dòng)對(duì)大學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng). 中國(guó)科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2008年29期，97頁(yè)。
[3]丁群燕.高職機(jī)電專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)探索與研究. 黑龍江科技信息，2015年18期，143頁(yè)。
[4]孫雷，占永寧.電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽深化電子信息實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的探索. 科技信息，2013年4期，19頁(yè)。
關(guān)鍵詞：溫度；AD590；單片機(jī)
中圖分類號(hào)：TP391文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2012)01-0177-03
近年來(lái)，隨著半導(dǎo)體技術(shù)和測(cè)溫技術(shù)的發(fā)展，集成溫度傳感器有很大的發(fā)展，與熱電偶、熱電阻等傳統(tǒng)溫度傳感器相比，集成溫度傳感器的輸出呈線性且測(cè)溫精度高。集成溫度傳感器的種類很多，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用條件，選擇恰當(dāng)?shù)膫鞲衅黝愋筒拍鼙ＷC測(cè)量的準(zhǔn)確可靠，并同時(shí)達(dá)到增加使用壽命和降低成本的目的。集成溫度傳感器AD590具有靈敏度高、線性度優(yōu)良、性能穩(wěn)定、無(wú)需補(bǔ)償、熱容量小、抗干擾能力強(qiáng)、可遠(yuǎn)距離測(cè)溫且使用方便等優(yōu)點(diǎn)，如果能夠利用集成溫度傳感器的這些優(yōu)點(diǎn)做成測(cè)溫系統(tǒng)，減少非線性，提高測(cè)溫精度，可廣泛應(yīng)用于各種冰箱、空調(diào)器、倉(cāng)庫(kù)、冷庫(kù)等各種需要進(jìn)行溫度測(cè)量和控制的領(lǐng)域。
1硬件設(shè)計(jì)方案
整個(gè)系統(tǒng)劃分按鍵模塊、顯示模塊、電源模塊、溫度采集模塊和單片機(jī)模塊。用戶通過(guò)鍵盤模塊設(shè)置上下限溫度報(bào)警值，顯示模塊用于顯示溫度值，報(bào)警模塊用于提供聲、光報(bào)警信息。電源模塊主要是提供穩(wěn)定的電壓，溫度采集模塊主要是測(cè)量外界溫度值，單片機(jī)模塊定是采集電壓值，將其轉(zhuǎn)換成溫度值并顯示，接受鍵盤輸入，完成設(shè)置報(bào)警功能。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案圖1所示。
圖1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案
本設(shè)計(jì)使用AT89C51單片機(jī)作為控制中心，控制測(cè)溫電路對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量，并將測(cè)量值送顯示電路顯示，同時(shí)，根據(jù)預(yù)設(shè)的報(bào)警值決定是否控制報(bào)警電路報(bào)警。通過(guò)控制報(bào)警電路，實(shí)現(xiàn)報(bào)警值的設(shè)置操作。溫度傳感器采用集成溫度傳感器AD590實(shí)時(shí)測(cè)量溫度值，實(shí)現(xiàn)溫度值的變化轉(zhuǎn)化成測(cè)量輸出電壓值的變化。該系統(tǒng)方案的指標(biāo)：測(cè)溫范圍：-55℃~+150℃；測(cè)溫分辨力：0.5℃；測(cè)溫準(zhǔn)確度：1%。
單片機(jī)模塊定時(shí)采集電壓值，將其轉(zhuǎn)換成溫度值并顯示：接受鍵盤輸入，完成設(shè)置報(bào)警值的功能。單片機(jī)電路由AT89C51單片機(jī)及相關(guān)器件組成，AT89C51的P2口接鍵盤。P0.0控制變色二極管的紅色端；P0.1控制變色二極管的綠色端；P0.2控制蜂鳴器鳴叫。P1.0、P1.1為顯示器提供串行時(shí)鐘及數(shù)據(jù)信號(hào)，P1.2、P1.3提供A/D轉(zhuǎn)換的串行時(shí)鐘及數(shù)據(jù)信號(hào)，P1.4用于提供MAX187的片選信號(hào)。
集成溫度傳感器AD590是一種新型的兩端式恒流溫度傳感器，流過(guò)的電流值等于絕對(duì)溫度的度數(shù)。通過(guò)AD590的基本應(yīng)用電路把電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出，用來(lái)采集外界溫度。
在AD590中，流經(jīng)器件的電流等于其改變的熱力學(xué)溫度數(shù)；電阻R1為10KΩ，其輸出電流與絕對(duì)溫度成正比，溫度每升高1K（K為開(kāi)爾文溫度），輸出電流就增加1uA。其輸出電流I=（273.2+T）uA，本設(shè)計(jì)中串聯(lián)電阻的阻值選用10KΩ,所以輸出電壓V0=（2732+ 10T）mV。然后把變化的電壓輸入到AD轉(zhuǎn)換器中，把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸入到單片機(jī)。
顯示電路使用LED數(shù)碼管顯示器，采用靜態(tài)顯示方法。4片74LS164通過(guò)串接為L(zhǎng)ED數(shù)碼管提供顯示段碼。R1~R41是LED限流電阻，為取電阻值為1KΩ。系統(tǒng)是使用單片機(jī)的兩個(gè)引腳為74LS164提供移位脈沖及串行數(shù)據(jù)，軟件編程時(shí)，每次通過(guò)這兩個(gè)引 腳串行傳送4個(gè)顯示字符的32位段碼。顯示模塊用于顯示溫度值。溫度值范圍-55℃~+150℃，顯示到小數(shù)點(diǎn)后一位，采用靜態(tài)顯示方法。第一位LED數(shù)碼管顯示符號(hào)，第二、三位顯示溫度值整數(shù)部分，第四位顯示小數(shù)部分【3】。
按鍵模塊采用4×4行列矩陣結(jié)構(gòu)，用戶通過(guò)鍵盤模塊設(shè)置上、下限溫度報(bào)警值。用戶可以使用的按鍵有0~9十個(gè)數(shù)字鍵，在數(shù)位間移動(dòng)的NEXT按鍵，確定輸入值的確定鍵以及符號(hào)按鍵，共13個(gè)按鍵。KEYL0~KEYL3是行線，分別接單片機(jī)的P2.0~P2.3；KEYR0~KEYR3是列線，分別接單片機(jī)的P2.4~P2.7。軟件編程時(shí)采用線反轉(zhuǎn)法，該方法要求行線和列線都要上拉電阻。由于MCS-51單片機(jī)的P2口內(nèi)部集成上拉電阻，所以系統(tǒng)未加。S1~S10分別表示0~9字符鍵，S11表示NEXT鍵，S12表示符號(hào)鍵，S13表示確認(rèn)鍵。
LS1是一個(gè)蜂鳴器，有SPCON端控制發(fā)聲。當(dāng)SPCON輸出低電平時(shí)，蜂鳴器響；輸出高電平時(shí)，蜂鳴器停止鳴叫。變色二極管LED1有兩個(gè)引腳：K為公共陽(yáng)極接VCC；G為綠色控制輸入端，輸入低電平時(shí)，發(fā)綠色光；R為紅色控制輸入端，輸入低電平時(shí)，發(fā)紅色光。系統(tǒng)通過(guò)LEDRCON、LEDGCON控制LED1發(fā)不同顏色的光。通過(guò)蜂鳴器實(shí)現(xiàn)聲音報(bào)警；通過(guò)變色二極管實(shí)現(xiàn)上限報(bào)警和下限報(bào)警，紅色表示上限報(bào)警，綠色表示下限報(bào)警。
2系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì)
軟件設(shè)計(jì)主要是對(duì)溫度進(jìn)行采集、顯示并判斷是否超出預(yù)設(shè)范圍：通過(guò)安檢操作，輸入溫度上下限報(bào)警值。整個(gè)軟件可分為按鍵子程序，顯示子程序、溫度采集子程序、報(bào)警子程序及其系統(tǒng)主程序。按鍵子程序針對(duì)硬件電路總的按鍵電路，負(fù)責(zé)鍵盤掃描返回用戶按鍵值。顯示子程序針對(duì)硬件電路中的顯示電路，負(fù)責(zé)顯示溫度值。報(bào)警子程序針對(duì)硬件電路中的報(bào)警電路，控制蜂鳴器鳴叫和發(fā)光二極管發(fā)光。溫度采集子程序針對(duì)硬件電路的測(cè)溫電路，實(shí)現(xiàn)將溫度轉(zhuǎn)化成數(shù)字量。主程序通過(guò)調(diào)用各個(gè)子程序，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。
系統(tǒng)主程序通過(guò)調(diào)用其他主程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)功能。函數(shù)調(diào)用刷新顯示函數(shù)完成不同模式的顯示功能，調(diào)用按鍵掃描函數(shù)獲得按鍵，調(diào)用按鍵處理函數(shù)對(duì)按鍵進(jìn)行處理。主程序流程圖如圖2所示。
溫度采集子程序負(fù)責(zé)控制MAX187對(duì)輸入電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量，根據(jù)測(cè)溫電路原理計(jì)算得出AD590輸出的電流大小，再根據(jù)電流大小與熱力學(xué)溫度度數(shù)之間的關(guān)系，得出系統(tǒng)溫度值。溫度采集子程序流程圖如圖3所示。
刷新顯示函數(shù)用于主程序中，完成顯示溫度值及顯示設(shè)置報(bào)警值。函數(shù)流程圖如圖所示，當(dāng)SysMode=0時(shí)顯示采集的溫度值，并進(jìn)行報(bào)警處理；當(dāng)SysMode=1時(shí)，用于實(shí)現(xiàn)設(shè)置上限報(bào)警值的顯示；當(dāng)SysMode=2時(shí)，用于實(shí)現(xiàn)設(shè)置下限報(bào)警值的顯示。刷新顯示流程圖如圖4所示。圖4刷新顯示流程圖
報(bào)警子程序設(shè)置報(bào)警函數(shù)用來(lái)設(shè)置上、下限報(bào)警值。程序流程圖如圖所示，如果Mode=1，該函數(shù)用來(lái)設(shè)置上限報(bào)警值；Mode= 2，用來(lái)設(shè)置下限報(bào)警值。設(shè)置報(bào)警流程圖如圖5所示。
圖5設(shè)置報(bào)警流程圖
報(bào)警子程序通過(guò)控制蜂鳴器和變色二極管實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警。根據(jù)系統(tǒng)采集的溫度值，據(jù)頂是否控制報(bào)警電路報(bào)警。若溫度值大于上限報(bào)警值，則蜂鳴器響、二極管發(fā)紅光；若小于下限報(bào)警值，則蜂鳴器響、二極管發(fā)綠光；否則不報(bào)警。報(bào)警程序流程圖如圖6所示。
3結(jié)論
本文給出了電子設(shè)計(jì)詳細(xì)原理圖和軟件設(shè)計(jì)方案，按照詳細(xì)的電路圖進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)多次下載程序到硬件電路中調(diào)試，測(cè)試溫度性能調(diào)整，完成測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、良好，各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。實(shí)踐證明了本系統(tǒng)的正確性并具有一定的實(shí)用性。
參考文獻(xiàn)：
[1]李金平,沈明山,姜余詳.電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社,2007:128-145.
[2]胡偉,季曉衡.單片機(jī)C程序設(shè)計(jì)及應(yīng)用實(shí)例[M].北京：人民郵電出版社,2003:236.
二、教學(xué)秩序規(guī)范、教學(xué)質(zhì)量良好
一年來(lái)學(xué)院高度重視課堂教學(xué)，把提高教學(xué)質(zhì)量作為滿意度建設(shè)的一個(gè)重要舉措，對(duì)照學(xué)校的各種規(guī)章制度和辦法，加強(qiáng)教學(xué)過(guò)程的監(jiān)控和管理。我院出臺(tái)了《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)課堂教學(xué)管理 規(guī)范教學(xué)秩序的規(guī)定》，建立了一套教、學(xué)、管連環(huán)相扣的教學(xué)監(jiān)控反饋機(jī)制，形成了教師、輔導(dǎo)員、教務(wù)、學(xué)工齊抓共管的局面，整個(gè)學(xué)院的教風(fēng)和學(xué)風(fēng)有很大提高。鼓勵(lì)教師積極開(kāi)展教研教改活動(dòng)，努力提高教學(xué)質(zhì)量。通過(guò)以上工作的落實(shí)，學(xué)院的日常教學(xué)工作和學(xué)風(fēng)建設(shè)均取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，主要成績(jī)?nèi)缦拢?/p>
（2） 2011年下學(xué)期期中教學(xué)檢查優(yōu)秀單位
（3） 校級(jí)重點(diǎn)教改項(xiàng)目1項(xiàng)、一般項(xiàng)目1項(xiàng)。
（5） 兩位老師參加青年教師教學(xué)優(yōu)秀簇?fù)砘顒?dòng)。反響良好，2等獎(jiǎng)1項(xiàng)、3等獎(jiǎng)1項(xiàng)。教務(wù)處今年的評(píng)獎(jiǎng)改革，使這個(gè)獎(jiǎng)的含金量更高更過(guò)硬。
（6） 07級(jí)本科畢業(yè)生報(bào)考研究生38人，其中上線28人，錄取22人。08級(jí)本科生中報(bào)考研究生的有62人
三、注重實(shí)踐環(huán)節(jié)，競(jìng)賽成績(jī)突出
一年來(lái)，學(xué)院高度重視學(xué)科競(jìng)賽，注重鍛煉同學(xué)們理論聯(lián)系實(shí)際和工程實(shí)踐方面的能力，著力激發(fā)廣大同學(xué)對(duì)于通信與電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的興趣，進(jìn)一步加強(qiáng)第二課堂在培養(yǎng)大學(xué)生綜合素質(zhì)方面的作用，積極的推動(dòng)大學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和能力的培養(yǎng)，在實(shí)踐教學(xué)方面取得了突出的成績(jī)。
在第三屆全國(guó)電子商務(wù)“創(chuàng)新 創(chuàng)意 創(chuàng)業(yè)”挑戰(zhàn)賽中，也取得了湖南賽區(qū)本科組一等獎(jiǎng)一項(xiàng)、專科組二等獎(jiǎng)一項(xiàng)的優(yōu)秀成績(jī)。
在2011年第九屆“挑戰(zhàn)杯”湖南省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽中我院通信工程08級(jí)學(xué)生傅文衛(wèi)（指導(dǎo)老師：黃科）憑借自主研發(fā)的80Mhz調(diào)頻發(fā)射機(jī)奪得科技發(fā)明制作類三等獎(jiǎng)。
在2011年全國(guó)大學(xué)生英語(yǔ)競(jìng)賽中，我院通信工程1001班的袁婧獲國(guó)家二等獎(jiǎng)。
四、師資水平不段提升，科研工作再創(chuàng)豐收
五、學(xué)生工作豐富多彩
六、教師隊(duì)伍團(tuán)結(jié)合作、樂(lè)于奉獻(xiàn)
“團(tuán)結(jié)和朝氣”是電氣學(xué)院的院風(fēng)，學(xué)院的教師平均年齡都不大，師資隊(duì)伍充滿朝氣和活力，并對(duì)學(xué)校有著深厚感情；教務(wù)和學(xué)工更是上下一心，團(tuán)結(jié)合作、樂(lè)于奉獻(xiàn)。在“紅歌我來(lái)唱”教職工卡拉OK比賽中，經(jīng)過(guò)激烈角逐，吳李薿老師獲二等獎(jiǎng)，學(xué)院獲得組織獎(jiǎng)，由胡鳳、馮潔、劉興旺、陳志明、顏曦等老師組成的籃球隊(duì)在青春杯籃球賽中勇猛頑強(qiáng)，展示了電氣教職工的風(fēng)采，也獲得組織獎(jiǎng)。
為圓滿的完成學(xué)院的各項(xiàng)工作，我們的老師做了大量的工作，也涌現(xiàn)了許多感人的事跡。為了搞好學(xué)院網(wǎng)站建設(shè)，黎麗紅老師帶領(lǐng)幾個(gè)學(xué)生加班加點(diǎn)，從創(chuàng)意、策劃到組織實(shí)施付出了大量的心血，現(xiàn)在網(wǎng)站已經(jīng)成了展示學(xué)院亮點(diǎn)的良好平臺(tái)。侯玉寶、李剛老師為了順利完成康佳實(shí)習(xí)，遠(yuǎn)離家人，不能照顧家庭。馮衛(wèi)梅老師一心撲在學(xué)生工作上，為了帶好新生，放棄了晚上與家人團(tuán)聚，租住在學(xué)校附近。還有董莉、梁欣、周飛紅、王菁、楊葆華、周飛紅、黃彩云等一大批年輕的女老師，克服孩子幼小、需要照顧的困難而圓滿完成自己的工作，陳敏佳老師作為學(xué)院督導(dǎo)，熱情輔導(dǎo)年輕教師提高教學(xué)水平，本學(xué)期聽(tīng)課達(dá)36節(jié)以上。王景芳教授一心撲在科研上面，發(fā)表了大量的科研論文。馮潔、楊燦、歐陽(yáng)娣等實(shí)驗(yàn)室老師為我們的實(shí)驗(yàn)教學(xué)和競(jìng)賽精心準(zhǔn)備場(chǎng)地設(shè)備，默默奉獻(xiàn)。李玲琳老師為了完成招生工作，付出了極大的熱情和激情。丁雄老師為了招生，不顧愛(ài)車的受損在顛簸崎嶇的山路上奔跑。還有教務(wù)辦和學(xué)工辦的老師常年堅(jiān)守在自己的崗位，來(lái)得比別人早，回得比別人晚。