時間：2022-07-04 11:40:08
導(dǎo)語：在電子系統(tǒng)設(shè)計論文的撰寫旅程中，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
隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，計算機已經(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，同時也增加了重要信息泄密的風險。在信息安全面臨嚴峻挑戰(zhàn)的形勢下，電子文檔安全工作應(yīng)當引起越來越多的重視。
1.電子文檔存在的安全隱患和風險
電子文檔是指人們在社會活動中形成的，以計算機盤片、磁盤和光盤等化學(xué)磁性材料為載體的文字材料。主要依賴計算機系統(tǒng)存取并可在通信網(wǎng)絡(luò)上傳輸。它看得見，摸不著，在一般管理模式下，通常依賴保密管理制度強制實施，輔以人工監(jiān)管手段來達到防護電子文檔的安全，但這給日常工作帶來了諸多的不便和風險。它的易傳播、易擴散性也成為了企業(yè)管理的安全隱患。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
（1）共享在局域網(wǎng)上的文件夾及文件沒有加密措施；
（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、難以記錄的問題；
（5）涉密文件的生命周期安全管理嚴重依賴于人工；
（7）終端用戶的日常操作和網(wǎng)絡(luò)行為沒有監(jiān)控和審計管理，難以形成全面、細致的日志審計和統(tǒng)計報表輸出。
（8） 惡意文件/病毒通過U盤、光盤、網(wǎng)絡(luò)輕易進入系統(tǒng)，導(dǎo)致文檔數(shù)據(jù)丟失。
1.1此外，還有內(nèi)部人員有意或無意地泄密。
隨著全球信息化時代的來臨，計算機泄密行為呈上升趨勢。一個惡意的泄密事件往往會給企業(yè)造成難以估量的后果：輕則需要投入巨額資金進行補救，重則將會使一個企業(yè)置之死地。權(quán)威數(shù)據(jù)顯示，幾乎所有的中國企業(yè)對電子文檔都沒有任何防護措施，企業(yè)對于信息有保護措施的不到3%。一些機密性的資料，電子文檔輕易就可以通過電子郵件和移動硬盤泄密到網(wǎng)絡(luò)外部。全球最具權(quán)威的IT研究與顧問咨詢公司Gartner調(diào)查顯示：有超過85%的安全威脅來自組織內(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
通過技術(shù)手段對文檔的查看、下載、打印、修改、刪除等權(quán)限進行控制，嚴防泄密，提高保密安全管理水平，變分散、無序的設(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。對使用者進行權(quán)限設(shè)定，來控制其是否有復(fù)印、打印、彩色輸出等權(quán)限，并且還可通過設(shè)定配額以控制輸出；使用者可通過身份認證進行文件輸出；打印機、復(fù)印機等輸出設(shè)備平時處于鎖定狀態(tài)，非授權(quán)人員無法使用復(fù)印及打印功能。
2.2以數(shù)據(jù)文檔安全為核心
對指定進程和特定文檔其創(chuàng)建，編輯，保存自動加密，非授權(quán)用戶無法明文打開特定文檔；打印輸出采取閉環(huán)管理，文件需要先進行審批，審批通過后，通過身份認證，自動嵌入條碼打印輸出，通過條碼進行自動化快速文件回收，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，自動負載均衡，減少排隊。
2.3以監(jiān)控審計作追查
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；通過柱形圖餅狀圖等方式，直觀的顯示任一時間段內(nèi),輸出設(shè)備的使用負荷、部門輸出、個人輸出情況。全面而詳盡的電子化日志記錄，變紙質(zhì)人工登記為自動電子化日志記錄，且信息更為全面，便于日后審計和追溯。
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設(shè)計出的一套管理系統(tǒng)，主要應(yīng)包括以下功能：
3.1安全認證：采用口令加USBKEY等方式通過管理控制臺對登錄系統(tǒng)進行進行身份認證控制，不同的身份在服務(wù)器上有不同的存儲區(qū)。通過此管理方式，可滿足一人一臺、一人多臺及多人一臺使用電腦的實際情況。
3.2文檔管理：采用文檔標密和定密的方式，對文檔起草、批準、審批和審核全生命周期進行控制。對不同性質(zhì)的部門、用戶和用戶組制定不同的權(quán)限策略，文檔創(chuàng)建時按策略標記文檔權(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：提供網(wǎng)絡(luò)硬盤功能，對加密的電子文檔上傳服務(wù)器進行集中存儲，進而實現(xiàn)對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：對系統(tǒng)中所有用戶按照人員崗位職責及涉密范圍進行統(tǒng)一的密級管理。采用人員定密的方式對用戶的密級分為絕密、機密、秘密、非密四種。針對不同密級用戶，可配置強制加密策略，在文件交換時，文件不能由高密級用戶傳到低密級用戶。
3.5文檔流轉(zhuǎn)：根據(jù)人員密級和文檔的密級，嚴格控制文檔流轉(zhuǎn)過程，防止合法用戶對文檔進行非法操作。文件對內(nèi)部或外部協(xié)同流轉(zhuǎn)時，需提交文檔審核申請修改文件權(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?。弘娮游臋n打印輸出需要通過部門或上級領(lǐng)導(dǎo)的審核通過后，才能將電子文檔進行刻錄或U盤導(dǎo)出，導(dǎo)出形式可以根據(jù)保密需要進行加密處理。對電子文件打印輸出執(zhí)行嚴格的打印申請、審批流轉(zhuǎn)，對涉密文件輸出紙張采用數(shù)字水印技術(shù)，自動嵌入條碼打印輸出，用戶刷卡輸出，嚴格執(zhí)行安全保密管理規(guī)章制度對于打印管理的要求。
3.7安全管理與審計：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員三員，不同管理員的權(quán)限設(shè)置應(yīng)相互獨立、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。系統(tǒng)管理員單獨查看某 個文件的操作歷史，安全保密管理員查看整個文件夾的操作歷史，安全審計員查看整個系統(tǒng)所有用戶的操作歷史。
3.8病毒掃描防護：實現(xiàn)病毒掃描引擎，上傳文件，均會進行病毒掃描，如果發(fā)現(xiàn)病毒，會通知管理員進行處理。
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，實現(xiàn)了對電子文檔全生命周期的安全管理。
結(jié)束語：
本科生綜合素質(zhì)培養(yǎng)項目是我校為促進學(xué)生文理兼修、知行并舉、全面發(fā)展、提升素養(yǎng)和能力而開設(shè)的一類新型選修課程，主要包括職業(yè)素質(zhì)、特長培養(yǎng)和創(chuàng)新實踐等三類課程。其中，創(chuàng)新實踐類綜合素質(zhì)項目因其鮮明的實踐特性和能力培養(yǎng)要求，其教學(xué)涉及理論拓展、實踐鍛煉、教學(xué)組織模式以及指導(dǎo)方法等多個方 [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，提高教學(xué)質(zhì)量，是項目實施過程中的一個核心問題。本文以“電子設(shè)計”教學(xué)為例，研究、探索創(chuàng)新實踐類綜合素質(zhì)項目的教學(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”綜合素質(zhì)項目面向具有電子設(shè)計興趣愛好的二年級以上學(xué)生開展，本著“實踐、協(xié)作、創(chuàng)新”的教學(xué)理念，以工程實踐能力、團隊協(xié)作精神和創(chuàng)新設(shè)計能力培養(yǎng)為目標，以營造電子設(shè)計文化、介紹電子設(shè)計方法、組織分類專題實踐、開展電子系統(tǒng)設(shè)計課題、指導(dǎo)學(xué)生參加相關(guān)競賽為主要內(nèi)容。該課程是非常典型的創(chuàng)新實踐類綜合素質(zhì)項目，項目實施以來，因地制宜，因材施教，不斷改進完善，實施效果良好，受到了學(xué)生的歡迎。
1 教學(xué)組織模式
創(chuàng)新實踐類綜合素質(zhì)項目一般是依托某一專業(yè)方向的外延型綜合實踐設(shè)計課，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)興趣愛好的學(xué)生提供了一個實踐鍛煉的機會和環(huán)境，通過老師的指導(dǎo)和自身的努力，可以逐步提升學(xué)生的工程實踐能力和綜合素質(zhì)，包括創(chuàng)新意識和協(xié)作精神。從教學(xué)的組織實施方面來說，應(yīng)立足于激發(fā)選修學(xué)生的學(xué)習(xí)和實踐興趣，推動學(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”為例，由于選修學(xué)生專業(yè)、年級各異、個人能力不同，應(yīng)注重因材施教，以鼓勵個人潛能發(fā)揮，不斷提高其創(chuàng)新設(shè)計能力;實行高低年級協(xié)作編組、實施開放式教學(xué)，則利于培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)作精神。據(jù)此，在教學(xué)實踐中，我們采取的教學(xué)組織模式主要有以下三點。
1.1 動態(tài)教學(xué)方案、多套實施計劃
為鼓勵學(xué)生的興趣，滿足實踐需求，項目允許本科二年級以上學(xué)生選報選修，因此，選修學(xué)生的專業(yè)覆蓋面廣、理論基礎(chǔ)跨度大、實踐能力差別明顯?；谶@一現(xiàn)狀，我們在不同學(xué)期采用不同的教學(xué)實施方案，相應(yīng)設(shè)計至少三套教學(xué)實施計劃并根據(jù)實際情況進行動態(tài)調(diào)整。
秋季學(xué)期實施方案：因部分學(xué)生剛開始學(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)計能力，因此本期以模塊化設(shè)計訓(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)，最終實現(xiàn)功能模塊設(shè)計或小型電子系統(tǒng)設(shè)計。按照這一方案，針對選修學(xué)生情況，具體采用基礎(chǔ)能力培養(yǎng)和小型系統(tǒng)設(shè)計兩套教學(xué)實施計劃，并兼顧自學(xué)和協(xié)作能力培養(yǎng)。
春季學(xué)期實施方案：本學(xué)期選修學(xué)生均具有一定的電路基礎(chǔ)知識，因此主要實行春季學(xué)期教學(xué)計劃，開始即以某個課題方向為牽引，直接進入專題實踐訓(xùn)練，每個設(shè)計小組選定一個感興趣的專題（方向），由簡到難，逐步深入，一以貫之，不斷完善和創(chuàng)新自己的設(shè)計。
項目鼓勵跨學(xué)期選報選修，對于連續(xù)選修的學(xué)生，充分考慮其實踐、提高的需求，實行動態(tài)的教學(xué)方案和實施計劃。
1.2 科學(xué)編組，協(xié)作實踐
根據(jù)綜合實踐類課程特點及綜合素質(zhì)項目教學(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，項目主要以分組模式進行，并有小分組和大分組兩種模式?！⌒》纸M：在功能模塊、拓展設(shè)計以及小型電子系統(tǒng)設(shè)計階段，采用兩人編組的協(xié)作模式，并以高、低年級學(xué)生混合編組。這種模式主要在秋季學(xué)期實施。
大分組：在以系統(tǒng)功能劃分專題的電子系統(tǒng)設(shè)計階段，全程采用三人一組的協(xié)作模式，小組內(nèi)成員分工負責、積極協(xié)作，共同完成專題項目。這種模式主要在春季學(xué)期實施。
1.3 統(tǒng)籌課內(nèi)外時間，實施開放式教學(xué)
根據(jù)項目的實踐特色，在教學(xué)過程中實行開放式教學(xué)。教師充分利用綜合素質(zhì)項目課堂時間，進行課題規(guī)劃，講座輔導(dǎo)，指導(dǎo)學(xué)生課內(nèi)實踐等工作。根據(jù)項目需要，學(xué)生還必須積極利用課外時間和開放實驗室條件，由學(xué)生骨干負責，進行自主管理、自主實踐。為了便于開放式教學(xué)，在完善整體實施方案的同時，我們進一步確立了骨干職責、自主學(xué)習(xí)規(guī)范、檢查要求、考核辦法、輔導(dǎo)和資助細則等。
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)動了實踐積極性，增強了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、自主管理以及協(xié)作攻關(guān)的能力，同時充分發(fā)揮了每一名學(xué)生的潛力，為其實踐能力和綜合素質(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)具體項目課程的特點，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”綜合素質(zhì)項目具有典型的代表性，下面以之為例，提出幾點經(jīng)實踐檢驗效果良好的教學(xué)指導(dǎo)方法。
2.1 教師指導(dǎo)、學(xué)生骨干協(xié)助
創(chuàng)新實踐類項目一般限制最多30人的選修規(guī)模，由于其設(shè)計性和實踐性特點，如果要求指導(dǎo)組教師對每一名學(xué)生進行細致入微地指導(dǎo)，難度較大，也不符合項目培養(yǎng)的基本要求，因此，我們倡導(dǎo)和鼓勵更多的學(xué)生骨干參與到項目教學(xué)和指導(dǎo)中，并鼓勵相關(guān)學(xué)科研究生，特別是在相關(guān)賽事中獲獎的研究生參與項目講座。
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。項目實施中，教師主要進行專題講座、選題引導(dǎo)、過程指導(dǎo)、答疑解惑、考核評優(yōu)和指導(dǎo)參賽①等。學(xué)生骨干在做好課外實踐管理的同時，根據(jù)自身參與課題情況，協(xié)助教師對低年級學(xué)生進行指導(dǎo)。
2.2 分類實踐、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)方案和實施計劃，在具體教學(xué)內(nèi)容和指導(dǎo)方法上，則概括為“分類實踐、專題引導(dǎo)”。“專題引導(dǎo)”是指項目實施和指導(dǎo)過程中，用于引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)實踐、貫穿始終的電子設(shè)計專題方向。根據(jù)所在學(xué)期和選修學(xué)生理論和實踐基礎(chǔ)，實行不同的項目專題分類設(shè)計，概括為“分類實踐”。
第一學(xué)期，首先進行基本功訓(xùn)練，②然后以模塊化功能電路設(shè)計為專題，如EDA及PCB設(shè)計、單片機入門設(shè)計、電源模塊設(shè)計、放大器模塊設(shè)計、測量 模塊設(shè)計等。完成基本模塊電路設(shè)計以后，即按照小分組模式，對基本模塊電路進行拓展設(shè)計，并可進一步延伸到小型電子系統(tǒng)設(shè)計。
第二學(xué)期，以電子系統(tǒng)功能進行專題分類，以大分組模式指導(dǎo)學(xué)生開展電源及功率電路設(shè)計類、信號發(fā)生器類、儀器儀表類、通信類、控制類等專題方向的項目設(shè)計，每年基于實驗室條件和電子技術(shù)發(fā)展動態(tài)，進行項目選題更新優(yōu)化。
根據(jù)選修學(xué)生的具體情況，上述基于分類專題實踐的指導(dǎo)方法，可以結(jié)合春、秋學(xué)期教學(xué)實施方案進行相應(yīng)調(diào)整和優(yōu)化。
2.3 循序漸進，不斷完善創(chuàng)新
從實踐教學(xué)的特點和能力培養(yǎng)的規(guī)律出發(fā)，項目指導(dǎo)始終遵循“循序漸進、由簡到難、不斷完善創(chuàng)新”的方法思路。在“電子設(shè)計”教學(xué)中，從電子技術(shù)實踐技能等基本功訓(xùn)練開始，從基本電路模塊設(shè)計到小分組 [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，從小型電子系統(tǒng)設(shè)計到大分組的專題設(shè)計，從方案設(shè)計到軟硬件設(shè)計，到系統(tǒng)測試聯(lián)調(diào)，再到系統(tǒng)功能優(yōu)化，整個過程，由簡到難，層層遞進，從而使學(xué)生循序漸進，步步深入，實踐能力不斷提高，創(chuàng)新設(shè)計能力和團隊協(xié)作精神不斷增強。
3 結(jié)論
本文以“電子設(shè)計”教學(xué)為例，對創(chuàng)新實踐類本科生綜合素質(zhì)項目教學(xué)進行了研究和探索，總結(jié)提出了動態(tài)方案、協(xié)作編組、教師主導(dǎo)、骨干協(xié)助、分類實踐、專題引導(dǎo)、循序漸進、自主開放的教學(xué)模式與方法，并在教學(xué)實踐中取得了良好的教學(xué)效果和優(yōu)異的教學(xué)成果。
基金項目：信息工程大學(xué)2014年教學(xué)建設(shè)項目（2014117）
論文關(guān)鍵詞：EDA，實驗系統(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)計自動化)的縮寫。EDA技術(shù)，就是以大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷樵O(shè)計載體，以硬件描述語言為系統(tǒng)邏輯描述的主要表達方式，以計算機、大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷拈_發(fā)軟件及實驗開發(fā)系統(tǒng)為設(shè)計開發(fā)工具，通過使用有關(guān)的開發(fā)軟件，自動完成電子系統(tǒng)設(shè)計的邏輯編譯、邏輯化簡、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(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)都開設(shè)了EDA課程，為加強教學(xué)效果，通常都使用專門的EDA實驗箱來輔助教學(xué)，但是實驗箱采用了一體化結(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)需要進行擴展，不利于學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計，復(fù)雜系統(tǒng)難以實現(xiàn)；實驗箱體積較大，不便攜帶；EDA 實驗箱、單片機實驗箱、DSP實驗箱、ARM實驗箱中很多功能模塊的硬件電路是相同的，但不同實驗箱上相同模塊不能共享，存在資源浪費。由于實驗箱的上述缺點，很多高校都紛紛開始設(shè)計開發(fā)自己的實驗系統(tǒng)模塊，提高實驗箱的利用率，提高學(xué)生的工程創(chuàng)新能力[2][3]。
2 EDA實驗系統(tǒng)開發(fā)的特點
EDA實驗系統(tǒng)的開發(fā)具有以下特點：
（1）實驗內(nèi)容由單一性向綜合性發(fā)展
早期開發(fā)的EDA實驗系統(tǒng)主要是學(xué)生用來學(xué)習(xí)EDA課程、下載程序、進行仿真的工具；使用實驗系統(tǒng)是老師用來培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計數(shù)字電路的能力、幫助學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握開發(fā)語言的手段。因此EDA實驗系統(tǒng)僅在電子類專業(yè)的EDA課程中使用，系統(tǒng)所提供的實驗內(nèi)容僅限于簡單的數(shù)字電路設(shè)計，包括計數(shù)器、編碼譯碼器的設(shè)計、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實驗系統(tǒng)，在“通信原理”等課程的實驗教學(xué)中被廣泛應(yīng)用于實踐[4]，實驗內(nèi)容也從單一的基本數(shù)字電路的設(shè)計發(fā)展到集EDA技術(shù)實驗、單片機實驗、DSP實驗等為一體的綜合性的實驗平臺[5]。因此，EDA實驗平臺逐漸面向電子信息類相關(guān)專業(yè)的學(xué)生進行課程的學(xué)習(xí)，課外競技活動，電子類設(shè)計比賽，并逐漸用于教師進行科研。
（2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)從一體化向模塊化發(fā)展
早起開發(fā)的EDA實驗系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上采用一體化的實驗箱設(shè)計，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)生對硬件電路不了解；另外，系統(tǒng)在功能上難以根據(jù)需要進行擴展，不利于學(xué)生進行創(chuàng)新設(shè)計，復(fù)雜的系統(tǒng)則難以實現(xiàn)。因此在后來的EDA實驗系統(tǒng)的開發(fā)上，大都都采用了模塊化的結(jié)構(gòu)[7][8]，即FPGA、單片機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)不同的實驗摘要的模塊搭建自己設(shè)計的電路，從而提高學(xué)習(xí)興趣，增強實驗教學(xué)的效果；此外，模塊化的設(shè)計還方便老師對學(xué)生設(shè)計的重復(fù)實現(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
早期開發(fā)的EDA實驗系統(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，開發(fā)語言環(huán)境主要為界面友好、操作簡便的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、單片機和DSP器件的綜合使用，開發(fā)語言也逐漸開始使用C語言或匯編語言等。這樣，實驗系統(tǒng)能提供的實驗內(nèi)容和規(guī)模均有所增加，除了基本的數(shù)字電路設(shè)計實驗?zāi)K以外，還可以增設(shè)調(diào)制解調(diào)模塊、幀同步模塊、信號波形產(chǎn)生模塊等，擴大了實驗系統(tǒng)的使用率，使實驗設(shè)備向大型化、先進化發(fā)展。
（4）使學(xué)生的學(xué)習(xí)由被動向主動發(fā)展
電子技術(shù)的發(fā)展日新月異，早期的實驗平臺由于其電路設(shè)計的封閉性，實驗內(nèi)容只停留在驗證實驗上，很難加入自己設(shè)計的外圍電路。而模塊化數(shù)字電路開放實驗平臺由于其接口電路的開放性，有能力的學(xué)生可以自行設(shè)計外圍電路達到提高的目的，對于成功的設(shè)計還可以加到以后的實驗教學(xué)中，成為具有自主知識產(chǎn)權(quán)的模塊。
另外，由于整合了單片機、DSP等芯片的功能模塊，實驗內(nèi)容得到很大擴展，學(xué)生在實驗過程中可以拓寬知識面，主動去學(xué)習(xí)了解實驗所需要的知識，學(xué)習(xí)的主動性得到很大的提高，并且，由于實驗由簡單的驗證實驗向綜合的大型設(shè)計過渡，學(xué)生在實驗過程中更容易理解數(shù)字電路設(shè)計中硬件的概念以及工程的概念。
學(xué)生在設(shè)計實驗時，可能會用到一些實驗系統(tǒng)沒有開發(fā)出的模塊，這時，學(xué)生需要自己設(shè)計該電路模塊的電路圖以及制作PCB板，直至實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)計等相關(guān)知識，因此，在實驗過程中，學(xué)生的積極性和主動性得到提高。同時，由于實驗的規(guī)模逐漸增加，同學(xué)之間需要團結(jié)合作才能共同完成一個實驗，因此也鍛煉了同學(xué)之間的團結(jié)合作精神。
3 結(jié)論
一個好的EDA實驗平臺，能培養(yǎng)學(xué)生開拓創(chuàng)新精神和團結(jié)協(xié)作精神、很強的實踐操作能力、工程設(shè)計能力、綜合應(yīng)用能力、科學(xué)研究能力以及獨立分析問題和解決問題的能力。我國高?，F(xiàn)階段所研制開發(fā)的EDA綜合實驗平臺，能有效整合和優(yōu)化多個電子類實驗課程的功能，為單片機和 EDA技術(shù)等課程提供了綜合實驗平臺，為高校培養(yǎng)創(chuàng)新性人才提供良好的實驗條件和氛圍。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實驗平臺的開發(fā)也將會日益完善：大規(guī)?？删幊唐骷⒈皇褂?；實驗系統(tǒng)將向體積小、功耗小的便攜式嵌入式系統(tǒng)發(fā)展。
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關(guān)鍵詞：PCB; 電子線路CAD; 改革; 有效性; 可行性
中圖分類號：G642 文獻標識碼：A文章編號：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)雜性越來越高，傳統(tǒng)的手工設(shè)計已不滿足現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計要求。這對電子系統(tǒng)設(shè)計人員提出了新的挑戰(zhàn)，以計算機為基礎(chǔ)，利用性能強大的軟件開發(fā)工具進行電子線路設(shè)計的電子線路CAD（Computer Aided Design，計算機輔助設(shè)計）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)課程的特點和實際應(yīng)用的需要，進行深入的教學(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《電子線路CAD》的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和考核形式進行了改革：根據(jù)美國著名兒童教育家、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“項目式教學(xué)法”，國內(nèi)進行了“《電子線路CAD》項目式教學(xué)法”探索和改革 [1-2]。從調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的角度，進行關(guān)于“任務(wù)驅(qū)動法在《電子線路CAD》教學(xué)中的應(yīng)用”的改革[3]， 針對Protel軟件的使用，進行了“電子線路CAD―PROTEL課堂教學(xué)方法探析”[4]。同時，從學(xué)內(nèi)容設(shè)計、教學(xué)方法的選用等方面進行分析，以培養(yǎng)學(xué)生標準意識、規(guī)范意識及質(zhì)量意識為目的，進行了“電子線路CAD課程的教學(xué)探討”[5-7]。這些改革對促進學(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、實踐性和創(chuàng)造性都很強的課程。它即不同于的計算機語言類課程（如C語言），只需要熟悉某個計算機語言的語法和基本操應(yīng)用，又不同于電路基礎(chǔ)知識類課程（如模擬電子線路），只需要掌握某個領(lǐng)域內(nèi)知識。它需要用戶以電子線路的相關(guān)理論知識為支撐，去操作對應(yīng)的工具軟件，完成一個電子系統(tǒng)的原理圖繪制、PCB（Printed Circuit Board, 印刷電路板）設(shè)計和結(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)計的知識做支撐，比如信號完整性分析、電磁兼容、阻抗匹配、時延匹配等。同樣的原理圖，工作低頻段和工作在高頻段的PCB 圖設(shè)計是有所不同的?，F(xiàn)有改革方法側(cè)重于工具軟件的教學(xué)，忽略了教會學(xué)生與PCB設(shè)計有關(guān)的知識，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)以后雖然會設(shè)計出原理圖，但不能設(shè)計出能到達實際工作要求的PCB圖。本文從實際需要的角度出發(fā)，根據(jù)大學(xué)生課余時間靈活性強的特點，以課內(nèi)和課外結(jié)合、興趣和專業(yè)結(jié)合、理論與實踐結(jié)合為原則，充分發(fā)揮學(xué)生的積極主動性，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和考核方式上全面考慮，對《電子線路CAD》教學(xué)提出了一種新的改革方法，并以全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽為實踐驗證平臺，證明了該方法的有效性和可行性。
1 以滿足實際需要為原則，結(jié)合人才培養(yǎng)目標和培養(yǎng)計劃，完善教學(xué)內(nèi)容
開設(shè)《電子線路CAD》課程的目的是培養(yǎng)學(xué)生硬件電路設(shè)計和制作的能力，硬件設(shè)計能力包括設(shè)計原理圖的能力和設(shè)計PCB電路的能力。具備設(shè)計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、高頻電路等電路理論知識；具備設(shè)計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、信號完整性分析、電磁兼容和PCB制作工藝等工程知識。這是因為電路可分為低速電路和高速電路。低頻信號和部分中頻信號（一般在30MHz以下）是用“路”的理論進行分析和設(shè)計的，即信號間的傳遞需要通路是導(dǎo)線。高頻信號和部分中頻信號，需要用“場”的理論進行設(shè)計，即信號可以無線傳輸，必須考慮連線間的串擾和信號傳輸過程中的反射等因素，如收音機和手機電路等。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，并不涉及與實際工作有關(guān)的硬件制作問題，因此，在用CAD工具設(shè)計原理圖的時候，無論高頻系統(tǒng)還是低頻電路，都可以不加區(qū)別地選用標準器件符號進行繪制。但PCB電路是實際電子元件的連接載體，設(shè)計過程中必須考慮信號頻率、阻抗匹配、時延匹配等參數(shù)的影響才能滿足實際工作的需要。因此，在應(yīng)用CAD工具進行PCB設(shè)計的過程中，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、信號完整性分析、電磁兼容、PCB設(shè)計工藝等知識為理論指導(dǎo)進行正確的設(shè)計。
《電子線路CAD》課程通常在本科或高職、高專階段開設(shè)，在學(xué)時有限的情況下，要保證基礎(chǔ)課程的完整性，只能開設(shè)完與原理圖設(shè)計有關(guān)的課程，而不能全面開設(shè)與PCB設(shè)計相關(guān)的課程。部分課程（如電磁兼容、信號完整性分析等）往往在研究生階段納入培養(yǎng)計劃，但很多本?？茖W(xué)生畢業(yè)后需要從事PCB設(shè)計方面的工作。因此，需要對教學(xué)內(nèi)容進行改革，讓學(xué)生學(xué)習(xí)后能滿足實際工作的需求。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)計方面，有簡單易學(xué)但功能相對較小的Protel、Orcad、Pispice等，有功能強大，學(xué)習(xí)相對較難的ADS、Power PCB、CADENCE等，不同的電子公司根據(jù)開發(fā)產(chǎn)品的實際需求情況，要求員工使用對應(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，否則在應(yīng)聘過程中可能會不滿足企業(yè)需要而失敗。因此在教學(xué)過程中應(yīng)給學(xué)生介紹工具軟件的發(fā)展情況，并通過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 補充高速PCB設(shè)計的相關(guān)知識
隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，電路系統(tǒng)體積越來越小，工作頻率越來越高，給硬件設(shè)計人員帶來了新的挑戰(zhàn)。因此需要給學(xué)生補充高速電路板PCB設(shè)計的相關(guān)知識，如高速電路板設(shè)計、電磁兼容理論和信號完整性分析等。
1.3 增加多層PCB設(shè)計的知識
目前，大多本科教學(xué)主要讓學(xué)生進行單面板和雙層板的設(shè)計。由于集成電路引腳越來越密集，封裝體積越來越小，大部分電子系統(tǒng)都要求用多層電路板進行設(shè)計，所以在教學(xué)中讓學(xué)生掌握多層電路板設(shè)計的知識非常重要。在高速數(shù)字電路設(shè)計 中，電源與地層應(yīng)盡量靠在一起為了減少層間信號的電磁干擾，相鄰布線層的信號線走向應(yīng)取垂直方向。信號布線層數(shù)由網(wǎng)絡(luò)密度，平均管腳密度等基本參數(shù)?？梢詤⒖既绫?所示的經(jīng)驗數(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工具進行布局，如器件旋轉(zhuǎn)、移動等，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)生在布局過程中能有的放矢，應(yīng)該給學(xué)生補充以下知識：
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完全分開，高頻信號與低頻信 號分開，模擬信號與數(shù)字信號分開總的連線盡可能短，關(guān)鍵信號線最短。
C.根據(jù)原理框圖，按主信號流向規(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教程一般以某個軟件工具為重點，在布線方面注重教會學(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給出了常見的布線規(guī)約及易犯的錯誤。其它還有3W法則、走線的諧振規(guī)則、走線長度最短規(guī)則等。在教學(xué)中及時根據(jù)學(xué)生在實際設(shè)計中存在的問題，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
在實踐過程項目中有針對性地設(shè)置故障問題，讓學(xué)生思考和解決，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，加強學(xué)生動手能力的強化。
2 根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生實際情況，改革教學(xué)方法
在規(guī)定的學(xué)時內(nèi)，補充與PCB設(shè)計有關(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。甚至因為講解東西太多，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，才能達到理想的教學(xué)效果。改革的思路是：根據(jù)學(xué)生課余時間較多的特點，而且有一定自學(xué)能力的特點，充分利用開放的實驗資源，利用互聯(lián)網(wǎng)建立教師和學(xué)生之間互動的橋梁，發(fā)揮學(xué)生的積極主動性，讓學(xué)生興趣與專業(yè)結(jié)合，理論與實踐結(jié)合，課內(nèi)與課外結(jié)合，通過實踐訓(xùn)練和理論指導(dǎo)提高其硬件設(shè)計能力。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。介紹目前企業(yè)對電子線路CAD方面人才的需求情況，提高學(xué)生的興趣，給學(xué)生樹立明確的目標，讓學(xué)生有的放矢地進行學(xué)習(xí)。
B.給學(xué)生提供課外學(xué)習(xí)資料，并教會學(xué)生如何利用學(xué)校的數(shù)據(jù)庫資源和網(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)生在課余時間自學(xué)，該講解的進行講解，該通過上機和實驗進行學(xué)習(xí)的就讓學(xué)生通過開放實驗進行學(xué)習(xí)。
D.建立網(wǎng)上預(yù)約制度，及時通過網(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)生的積極主動性，在以項目點評、小組討論等方式，在教學(xué)過程中及時發(fā)現(xiàn)并糾正學(xué)生存在的問題。
3 改革考核方式
針對《電子線路CAD》課程理論性、實踐性和綜合性強的特點，如果只以一次考試決定學(xué)生學(xué)習(xí)成績，即不能真實體驗學(xué)生的能力，也利于調(diào)動學(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、動手能力進行全面考評。將考勤、理論設(shè)計、安裝調(diào)試、仿真、思考問題等納入考核范圍，增加平時考核的力度和比重，每個項目有對應(yīng)的項目考核，每個階段有階段考核，綜合評定期末成績。
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)中實施開展，學(xué)生在PCB方面的設(shè)計能力得到較大提高，設(shè)計的PCB板性能穩(wěn)定。在2009年全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽中獲得本科組全國一等獎和二等獎各一項，該優(yōu)異成績得獲得，有多方面的因素決定的，但電子線路CAD的設(shè)計能力也有很重要的作用，比如競賽題目中要求：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)計過程中考慮電磁兼容問題，采取了縮短信號走線和減小線間串擾等布線策略，最后輸出靜噪聲小于70mv，性能遠遠高于指標要求。實踐證明了該改革方案的有效性和可行性。
5 結(jié)束語
《電子線路CAD》是一門綜合性、應(yīng)用性和實踐性很強的課程，具有易學(xué)難通的特點，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)的實際需要出發(fā)，對其教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和考核方式進行了改革，在教會學(xué)生掌握CAD工具操作的情況下，該方法能讓學(xué)生學(xué)會應(yīng)用高速電路板設(shè)計的理論知識去設(shè)計性能穩(wěn)定的電路系統(tǒng)，并在全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽中驗證了該方法是可行和有效的，能為其他進行相關(guān)教學(xué)改革的教師提供參考，促進更多教學(xué)改革成果的誕生。
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論文摘要：功耗問題正日益變成VLSI系統(tǒng)實現(xiàn)的一個限制因素。對便攜式應(yīng)用來說，其主要原因在于電池壽命，對固定應(yīng)用則在于最高工作溫度。由于電子系統(tǒng)設(shè)計的復(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，以該主要功耗成分數(shù)學(xué)表達式為依據(jù)，突出實現(xiàn)SoC低功耗設(shè)計的各種級別層次的不同方法。
引言
從20世紀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)擁有的計算能力能夠使強大的個人工作站、復(fù)雜實時語音和圖像識別的多媒體計算機的實現(xiàn)成為可能。高速的計算能力對于百姓大眾來說是觸指可及的，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到這種計算能力，而不是被一個有線的物理網(wǎng)絡(luò)所束縛。便攜能力對產(chǎn)品的尺寸、重量和功耗加上嚴格的要求。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，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。例如，筆記本計算機就代表了計算機工業(yè)里增長最快的部分。它們要求與桌上計算機一樣具有同樣的計算能力。同樣的要求在個人通信領(lǐng)域也正在迅速地發(fā)展，如采用了復(fù)雜語音編解碼算法和無線電調(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)。已提出的未來個人通信服務(wù)PCS（PersonalCommunicationServices）應(yīng)用對這些要求尤其明顯，通用可便攜多媒體服務(wù)是要支持完整的數(shù)字語音和圖像辨別處理的。在這些應(yīng)用中，不僅語音，而且數(shù)據(jù)也要能在無線鏈路上傳輸。這就為實現(xiàn)任何人在任何地方的任何時間開展任何想要的業(yè)務(wù)提供了可能。但是，花在對語音、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，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)用正在逐步得到實現(xiàn)。
當功率可以在非便攜環(huán)境中獲得時，低功耗設(shè)計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，或使所提供的總體功能達到極限時，設(shè)計高性能、低功耗數(shù)字系統(tǒng)方法的需求就會變得更為顯著。幸好，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展了許多技術(shù)來克服這些矛盾。
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，概述實現(xiàn)集成電路——SoC（SystemonChip）系統(tǒng)的低功耗設(shè)計的諸多方法。目的在于揭示當今電子系統(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，首先要物理層次上弄清該集成電路的功耗組成，其次，才能從物理實現(xiàn)到系統(tǒng)實現(xiàn)上采用各種方法來節(jié)省功耗，達到低功耗設(shè)計的目的。圖1為典型CMOS數(shù)字電路的功耗物理組成。
（1）動態(tài)功耗
動態(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。以一個反相器為例，當該電壓為Vdd時，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在電容之中，另一半的能量擴展在PMOS之中。對于輸出端來說，它從H到0過程中，不需要Vdd的充電，但是在NMOS下拉的過程中，會把電容存儲的另一半能量消耗掉。如果CMOS在每次時鐘變化時都變化一次，則所耗的功率就是CBdd2f，但并不是在每個時鐘跳變過程之中，所有的CMOS電容都會進行一次轉(zhuǎn)換（除了時鐘緩沖器），所以最后要再加上一個概率因子a。電路活動因子a代表的是，在平均時間內(nèi)，一個節(jié)點之中，每個時鐘周期之內(nèi)，這個節(jié)點所變化的幾率。最終得到的功耗表達式為：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，這時在Vdd到地之間的NMOS和PMOS就會同時打開，產(chǎn)生短路電流。在門的輸入端上升或者下降的時間比其輸出端的上升或者下降時間快的時候，短路電流現(xiàn)象會更為明顯。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沿上。
一般來說，內(nèi)部短路電流功耗不會超過動態(tài)功耗的10%。而且，如果在一個節(jié)點上，Vdd<Vtn+|Vtp|的時候，短路電流會被消除掉。
（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，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。
（4）小結(jié)
通過設(shè)計工藝技術(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公式來進行的。對于SoC來說，所有的方法都是圍繞著動態(tài)功耗來做文章的，因為在電路信號變化時，功耗消耗主要在電路中電容的充放電過程。如果從各個層次、各個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
功耗對于一個便攜式SoC數(shù)字系統(tǒng)來說尤為重要。事實上，很多便攜式SoC系統(tǒng)的設(shè)計，是先進行功耗分析，由功耗分析的結(jié)果再來劃分設(shè)計結(jié)構(gòu)?？梢哉f，功耗將可能決定一切?，F(xiàn)在要做的是，根據(jù)功耗分析的結(jié)果，評判SoC結(jié)構(gòu)，改進設(shè)計，優(yōu)化方案。
SoC系統(tǒng)的功耗所涉及的內(nèi)容十分廣泛，從物理實現(xiàn)到系統(tǒng)實現(xiàn)都可以采用各種方法來節(jié)省和優(yōu)化功耗。通過對國外大量文獻的查閱，我們得到了常用的實現(xiàn)低功耗設(shè)計的各種較為有效的方法，
（1）系統(tǒng)級功耗管理
這一部分實際上是動態(tài)功耗管理。主要做法是在沒有操作的時候（也就是在SoC處于空閑狀態(tài)的時候），使SoC運作于睡眠狀態(tài)（只有部分設(shè)備處于工作之中）；在預(yù)設(shè)時間來臨的時候，會產(chǎn)生一個中斷。由這個中斷喚醒其它設(shè)備。實際上，這一部分需要硬件的支持，如判斷，周期性的開、關(guān)門控時鐘（gateclock）等。
（2）軟件代碼優(yōu)化
軟件代碼優(yōu)化是針對ARM嵌入式處理器而言的。對于編譯器來說，所起的使用不到1%，而對于代碼的優(yōu)化則可以產(chǎn)生高達90%的功耗節(jié)省。Simunic等人曾分別做過用各種針對ARM處理器的編譯器進行的試驗。比此的實驗結(jié)果發(fā)展，風格比較好的代碼產(chǎn)生的效果遠比用ARM編譯器優(yōu)化的效果好。
（3）Clock控制
這是在ASIC設(shè)計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，這些器件的空運作會產(chǎn)生相當大的功耗。這一部分應(yīng)使用時鐘控制，即clockenable&disable。
（4）RTL級代碼優(yōu)化
與軟件相似，不同的RTL（RegisterTransferLevel，寄存器傳輸級）代碼，也會產(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。因為，RTL代碼最終會實現(xiàn)為電路。電路的風格和結(jié)構(gòu)會對功耗產(chǎn)生相當重要的影響。
RTL級代碼優(yōu)化主要包括：
①對于CPU來說，有效的標準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)存儲器memory模塊劃分。
④降低活動因子a的信號門控、減少glitch（毛刺）的傳播長度、Glitch活動最小化、FSM（有限狀態(tài)機）狀態(tài)譯碼的優(yōu)化等。
⑤由硬件實現(xiàn)的算法級的功耗優(yōu)化有：流水線和并行處理、Retiming(時序重定)、Unfolding（程序或算法的展開）、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，修改信號的相關(guān)關(guān)系，再次綜合減少毛刺的產(chǎn)生概率。
實際上，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)行的機器代碼；而RTL的綜合與布線是把RTL代碼編譯成真實的電路。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。這是因為一段RTL代碼所對應(yīng)的電路是可以有多種形式的；同時現(xiàn)有些編譯器會根據(jù)設(shè)計者提供的波形，智能地修改電路（前提是最終電路的效果還是一樣的），編譯器就會進行相關(guān)的優(yōu)化。但是后端綜合的優(yōu)化與RTL級代碼優(yōu)化和時鐘控制相比，同樣的RTL級與時鐘優(yōu)化所產(chǎn)生的影響要遠大于用編譯工具所產(chǎn)生的影響。
（6）功耗的精確計算
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)進行優(yōu)化，還可以根據(jù)這些參數(shù)估算出整個SoC的功耗。正因為有這樣一些工具，使我們可以精確地知道我們所設(shè)計的是否達到設(shè)計要求。萬一設(shè)計功耗不符合總體要求，則可能要求從系統(tǒng)級到物理綜合布線都要做出檢查與分析，做出可能的改進，盡可能地減少功耗以達到設(shè)計要求。
（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)化涉及到從物理實現(xiàn)到系統(tǒng)實現(xiàn)的方方面面，是芯片設(shè)計中一個十足的系統(tǒng)工程?？梢哉f，功耗可以決定一切。
結(jié)語
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，以該主要功耗成分數(shù)學(xué)表達式為指導(dǎo)，突出了SoC低功耗設(shè)計的各種級別層次的不同方法。不管是現(xiàn)在還是將來，該領(lǐng)域的重要性將會日益顯著。在下面的一些發(fā)展方向還將會有較大的發(fā)展：
①實現(xiàn)SoC系統(tǒng)設(shè)計的變換以及映射技術(shù)的進一步探索。
②將各種低功耗設(shè)計手段按照各性質(zhì)最佳綜合起來，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）來研究。
③發(fā)展以實現(xiàn)低功耗為目的CPU指令程序的改寫技術(shù)，以將其擴展到復(fù)雜SoC系統(tǒng)的設(shè)計中。
④進一步研究應(yīng)用于SoC低功耗設(shè)計的編碼和信號表示技術(shù)。
關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；SOPC；MP3播放器
中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A文章編號：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)進入全面應(yīng)用的階段，己經(jīng)成為通信和消費類產(chǎn)品的共同發(fā)展方向。在硬件方面，市場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)和進行研發(fā)的各種配套的軟件開發(fā)包和開發(fā)工具。SOPC具有系統(tǒng)集成度高、體積小、功耗低、結(jié)構(gòu)簡潔、可靠性高、開發(fā)快速等特點，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中實現(xiàn)，使得所設(shè)計的電路系統(tǒng)在其規(guī)模、可靠性、體積、功耗、功能、性能指標、上市周期、開發(fā)成本、產(chǎn)品維護及其硬件升級等多方面實現(xiàn)最優(yōu)化。
二、系統(tǒng)總體設(shè)計
設(shè)計一個具有基本功能的MP3播放器需要有時鐘電路、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)動電路、DMA控制器、音頻驅(qū)動及音頻控制電路、定時器等模塊，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信號完成；SD卡控制模塊只需要定義幾個GPIO端口就可以了，不需要單獨設(shè)計。
三、音頻播放模塊
采用的MagicSOPC實驗開發(fā)平臺配有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AC-Link總線發(fā)送到UCB1400的DAC輸入端口實現(xiàn)音樂的播放，以及由AC-Link總線接收UCB1400采集的音頻編碼數(shù)據(jù)。本設(shè)計采用verilog語言來設(shè)計如下各個功能模塊。
（一）UCB1400寄存器訪問控制
音頻播放時主控制器（CPU）需要經(jīng)常讀/寫UCB1400中相關(guān)的寄存器，因為采用AC-Link串行總線傳輸數(shù)據(jù)，時序變得非常重要，所以定義了訪問控制模塊。要訪問UCB1400時，該模塊向UCB1400發(fā)送請求信號；當一次讀取完成，數(shù)據(jù)準備好時，該模塊向CPU發(fā)送反饋信號。
（二）UCB1400掉電模式控制
UCB1400可以將暫時不用的模塊關(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中各個模塊的開啟和關(guān)閉。所以設(shè)計掉電模式控制模塊，該模塊負責監(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AC_Link總線串行傳輸，所以應(yīng)設(shè)計串并轉(zhuǎn)換模塊。
（四）輸入/輸出FIFO
為保證音樂播放的流暢，應(yīng)為每個聲道配置一定容量的FIFO用來保存已接收到和即將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。
設(shè)計完成后的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、單聲道麥克風輸入支持、DMA傳送方式支持。
四、系統(tǒng)軟件設(shè)計
將基于NiosⅡ的SOPC系統(tǒng)進行編譯并下載到FPGA中生成硬件系統(tǒng)的同時，SOPC Builder幫助用戶生成相應(yīng)的SOF文件。在此基礎(chǔ)上，可開始系統(tǒng)軟件的設(shè)計?？墒褂脜R編、C、C++來進行嵌入式程序設(shè)計，使用IDE工具進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
本系統(tǒng)采用SOPC技術(shù)在一片F(xiàn)PGA和少數(shù)外設(shè)上實現(xiàn)了MP3播放器的基本功能。在50MHz的系統(tǒng)時鐘下實現(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)勢在于系統(tǒng)功能改進的靈活性，在不改變硬件平臺的情況下，可以方便對系統(tǒng)進行增刪和優(yōu)化，這是傳統(tǒng)ARM方案無法達到的。
參考文獻：
[1]曾璇.基于NiosⅡ軟核處理器的嵌入式PMP系統(tǒng)設(shè)計[D].北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文,2008,5
【關(guān)鍵詞】電子競賽 創(chuàng)新人才培養(yǎng) 探索與實踐
【中圖分類號】G71 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）31-0240-01
教育部在《高等職業(yè)教育創(chuàng)新發(fā)展行動計劃（2015-2018年）》中，明確提出“將學(xué)生的創(chuàng)新意識培養(yǎng)和創(chuàng)新思維養(yǎng)成融入教育教學(xué)全過程”，“探索將學(xué)生完成的創(chuàng)新實驗、、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、項目實驗等活動認定為課堂學(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)計劃”[1] 。近年來，我校樹立創(chuàng)新人才培養(yǎng)的指導(dǎo)思想，深入開展高職教育教學(xué)改革，打通創(chuàng)新人才培養(yǎng)渠道，在電子信息專業(yè)開展了“以電子設(shè)計競賽為抓手，提升高職學(xué)生實踐創(chuàng)新能力”的教育教學(xué)改革[2]-[4]，建立了包含項目化課程、研究性課程、學(xué)生科技創(chuàng)新社團活動、大學(xué)生實踐創(chuàng)新立項課題及大學(xué)生電子設(shè)計競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，取得了可喜的實績與顯著的成效。
一、項目化課程
電子競賽課題具有很強的綜合性和實用性，其包含的知識點涉及到電子信息專業(yè)的所有課程。競賽要求學(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，具備文獻資料查閱能力、分析解決問題能力、報告梳理寫作能力以及團結(jié)協(xié)作精神和創(chuàng)新意識等綜合素質(zhì)和能力。因此，我們以電子設(shè)計競賽為抓手，開展了基于“項目引領(lǐng)、任務(wù)驅(qū)動、過程導(dǎo)向”的項目化課程改革和課程建設(shè)，將電子設(shè)計競賽內(nèi)容提煉內(nèi)化為課程與教材改革項目，形成了有利于電子信息專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的項目化、綜合化、設(shè)計性、研究性系列課程。通過實施以學(xué)生為主體的“項目教學(xué)”、“教學(xué)做一體化”教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)、主動實踐、主動思考、分工協(xié)作來完成項目任務(wù)。推進了學(xué)生主動性的實踐學(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)計競賽內(nèi)容提煉內(nèi)化為課程與教材改革項目，如：《電工電路設(shè)計與制作》、《模擬電路設(shè)計與制作》、《數(shù)字電路設(shè)計與制作》、《電子工程制圖》、《射頻裝置的制作與調(diào)試》、《單片機小系統(tǒng)的制作及應(yīng)用》、《可編程器件原理與項目訓(xùn)練》、《電子設(shè)計與制作》、《電子技術(shù)綜合應(yīng)用》等。通過項目課程教學(xué)，學(xué)生的創(chuàng)新意識得到大大提升。
二、研究性選修課程
開設(shè)本學(xué)科領(lǐng)域或跨學(xué)科領(lǐng)域的具有綜合性、開放性、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踐的方法。通過幾年的實踐積累，研究性選修課形成了“簡單電路設(shè)計應(yīng)用、處理器應(yīng)用開發(fā)、復(fù)雜電子系統(tǒng)設(shè)計”三個層次，開發(fā)的主要課程有：《實用電子電路設(shè)計》、《技術(shù)報告和學(xué)術(shù)論文撰寫》、《基于CPLD的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計》、《基于單片機的系統(tǒng)設(shè)計》、《系統(tǒng)綜合設(shè)計應(yīng)用》等，有效培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力。
三、學(xué)生科技創(chuàng)新社團活動
成立學(xué)生電子制作興趣小組、家電維修小組、電子設(shè)計科技創(chuàng)新社團，每個社團制定具體活動計劃，學(xué)校提供一定的資助資金，且配有實踐經(jīng)驗豐富的指導(dǎo)教師輔導(dǎo)，制定輔導(dǎo)計劃。低年級學(xué)生側(cè)重于電子小制作活動，高年級學(xué)生開展家電維修社區(qū)服務(wù)、參加電子設(shè)計科技創(chuàng)新社團。電子設(shè)計科技創(chuàng)新社團主要圍繞電子設(shè)計競賽要求開設(shè)模塊化課程，進行從總體設(shè)計論證到分模塊的軟硬件設(shè)計制作、調(diào)試、撰寫報告等一系列電子設(shè)計制作訓(xùn)練，保證了學(xué)生有理論有實踐地在教師指導(dǎo)下完成電子設(shè)計制作項目的研究和學(xué)習(xí)。
四、學(xué)生科技創(chuàng)新實踐立項課題
一部分動手能力較強、對項目開發(fā)有強烈興趣愛好的學(xué)生3～5人組成小組，自主申報院級科技創(chuàng)新課題立項，優(yōu)秀的課題申報省級大學(xué)生實踐創(chuàng)新訓(xùn)練計劃課題立項，科研骨干參加學(xué)校的實驗室改造立項課題研究或教師的科研項目。三個層次的立項課題學(xué)校均提供一定的資金資助，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，利用課余開展科技創(chuàng)新研究。
按照電子信息專業(yè)高職學(xué)生實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系開展的一系列實踐活動，全面提高了學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力。學(xué)生在創(chuàng)新實踐課題研究、和電子設(shè)計競賽等方面取得豐碩的成果。
五、校內(nèi)大學(xué)生電子設(shè)計競賽
學(xué)校在每年十月舉辦為期1-2個月的科技創(chuàng)新節(jié)，本專業(yè)組織開展電子知識競賽、電子技能競賽、電子設(shè)計競賽、創(chuàng)新成果展示會和新技術(shù)專題講座等。常規(guī)化院級的電子設(shè)計競賽活動為學(xué)生提供了較大的施展空間，學(xué)生參加的積極性越來越高，參加的人數(shù)越來越多，促進了學(xué)生實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。參加省級、國家級的大學(xué)生電子設(shè)計競賽，已連續(xù)獲得五屆全國一等獎，極大提高了學(xué)生的競爭力。
學(xué)校以大學(xué)生電子設(shè)計競賽為契機，著眼于培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新人才，先后投數(shù)百萬元，高起點規(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。通過幾年的研究實踐，課程改革和課程建設(shè)均取得了豐碩成果，獲得國家教學(xué)成果獎一項，省級教學(xué)成果獎一項。
電子競賽推動學(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)生主動實踐、主動研究，動手實踐、綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力全面提高，促進了人才培養(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)計制作競賽中的優(yōu)勝學(xué)生，畢業(yè)后深受各用人單位的歡迎、好評與肯定。
參考文獻：
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關(guān)鍵詞：溫度；AD590；單片機
中圖分類號：TP391文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2012)01-0177-03
近年來，隨著半導(dǎo)體技術(shù)和測溫技術(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溫精度高。集成溫度傳感器的種類很多，根據(jù)現(xiàn)場使用條件，選擇恰當?shù)膫鞲衅黝愋筒拍鼙ＷC測量的準確可靠，并同時達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、無需補償、熱容量小、抗干擾能力強、可遠距離測溫且使用方便等優(yōu)點，如果能夠利用集成溫度傳感器的這些優(yōu)點做成測溫系統(tǒng)，減少非線性，提高測溫精度，可廣泛應(yīng)用于各種冰箱、空調(diào)器、倉庫、冷庫等各種需要進行溫度測量和控制的領(lǐng)域。
1硬件設(shè)計方案
整個系統(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模塊。用戶通過鍵盤模塊設(shè)置上下限溫度報警值，顯示模塊用于顯示溫度值，報警模塊用于提供聲、光報警信息。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量外界溫度值，單片機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)置報警功能。系統(tǒng)總體設(shè)計方案圖1所示。
圖1系統(tǒng)總體設(shè)計方案
本設(shè)計使用AT89C51單片機作為控制中心，控制測溫電路對溫度進行測量，并將測量值送顯示電路顯示，同時，根據(jù)預(yù)設(shè)的報警值決定是否控制報警電路報警。通過控制報警電路，實現(xiàn)報警值的設(shè)置操作。溫度傳感器采用集成溫度傳感器AD590實時測量溫度值，實現(xiàn)溫度值的變化轉(zhuǎn)化成測量輸出電壓值的變化。該系統(tǒng)方案的指標：測溫范圍：-55℃~+150℃；測溫分辨力：0.5℃；測溫準確度：1%。
單片機模塊定時采集電壓值，將其轉(zhuǎn)換成溫度值并顯示：接受鍵盤輸入，完成設(shè)置報警值的功能。單片機電路由AT89C51單片機及相關(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鐘及數(shù)據(jù)信號，P1.2、P1.3提供A/D轉(zhuǎn)換的串行時鐘及數(shù)據(jù)信號，P1.4用于提供MAX187的片選信號。
集成溫度傳感器AD590是一種新型的兩端式恒流溫度傳感器，流過的電流值等于絕對溫度的度數(shù)。通過AD590的基本應(yīng)用電路把電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出，用來采集外界溫度。
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，其輸出電流與絕對溫度成正比，溫度每升高1K（K為開爾文溫度），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，把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸入到單片機。
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通過串接為LED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)是使用單片機的兩個引腳為74LS164提供移位脈沖及串行數(shù)據(jù)，軟件編程時，每次通過這兩個引 腳串行傳送4個顯示字符的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)點后一位，采用靜態(tài)顯示方法。第一位LED數(shù)碼管顯示符號，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)，用戶通過鍵盤模塊設(shè)置上、下限溫度報警值。用戶可以使用的按鍵有0~9十個數(shù)字鍵，在數(shù)位間移動的NEXT按鍵，確定輸入值的確定鍵以及符號按鍵，共13個按鍵。KEYL0~KEYL3是行線，分別接單片機的P2.0~P2.3；KEYR0~KEYR3是列線，分別接單片機的P2.4~P2.7。軟件編程時采用線反轉(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表示符號鍵，S13表示確認鍵。
LS1是一個蜂鳴器，有SPCON端控制發(fā)聲。當SPCON輸出低電平時，蜂鳴器響；輸出高電平時，蜂鳴器停止鳴叫。變色二極管LED1有兩個引腳：K為公共陽極接VCC；G為綠色控制輸入端，輸入低電平時，發(fā)綠色光；R為紅色控制輸入端，輸入低電平時，發(fā)紅色光。系統(tǒng)通過LEDRCON、LEDGCON控制LED1發(fā)不同顏色的光。通過蜂鳴器實現(xiàn)聲音報警；通過變色二極管實現(xiàn)上限報警和下限報警，紅色表示上限報警，綠色表示下限報警。
2系統(tǒng)軟件總體設(shè)計
軟件設(shè)計主要是對溫度進行采集、顯示并判斷是否超出預(yù)設(shè)范圍：通過安檢操作，輸入溫度上下限報警值。整個軟件可分為按鍵子程序，顯示子程序、溫度采集子程序、報警子程序及其系統(tǒng)主程序。按鍵子程序針對硬件電路總的按鍵電路，負責鍵盤掃描返回用戶按鍵值。顯示子程序針對硬件電路中的顯示電路，負責顯示溫度值。報警子程序針對硬件電路中的報警電路，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硬件電路的測溫電路，實現(xiàn)將溫度轉(zhuǎn)化成數(shù)字量。主程序通過調(diào)用各個子程序，實現(xiàn)系統(tǒng)功能。
系統(tǒng)主程序通過調(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)對按鍵進行處理。主程序流程圖如圖2所示。
溫度采集子程序負責控制MAX187對輸入電壓進行轉(zhuǎn)換，并讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量，根據(jù)測溫電路原理計算得出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)置報警值。函數(shù)流程圖如圖所示，當SysMode=0時顯示采集的溫度值，并進行報警處理；當SysMode=1時，用于實現(xiàn)設(shè)置上限報警值的顯示；當SysMode=2時，用于實現(xiàn)設(shè)置下限報警值的顯示。刷新顯示流程圖如圖4所示。圖4刷新顯示流程圖
報警子程序設(shè)置報警函數(shù)用來設(shè)置上、下限報警值。程序流程圖如圖所示，如果Mode=1，該函數(shù)用來設(shè)置上限報警值；Mode= 2，用來設(shè)置下限報警值。設(shè)置報警流程圖如圖5所示。
圖5設(shè)置報警流程圖
報警子程序通過控制蜂鳴器和變色二極管實現(xiàn)聲光報警。根據(jù)系統(tǒng)采集的溫度值，據(jù)頂是否控制報警電路報警。若溫度值大于上限報警值，則蜂鳴器響、二極管發(fā)紅光；若小于下限報警值，則蜂鳴器響、二極管發(fā)綠光；否則不報警。報警程序流程圖如圖6所示。
3結(jié)論
本文給出了電子設(shè)計詳細原理圖和軟件設(shè)計方案，按照詳細的電路圖進行軟件設(shè)計，經(jīng)過多次下載程序到硬件電路中調(diào)試，測試溫度性能調(diào)整，完成測溫系統(tǒng)的設(shè)計，整個系統(tǒng)運行穩(wěn)定、良好，各項性能指標均達到設(shè)計的要求。實踐證明了本系統(tǒng)的正確性并具有一定的實用性。
參考文獻：
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二、教學(xué)秩序規(guī)范、教學(xué)質(zhì)量良好
一年來學(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)的一個重要舉措，對照學(xué)校的各種規(guī)章制度和辦法，加強教學(xué)過程的監(jiān)控和管理。我院出臺了《關(guān)于進一步加強課堂教學(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，整個學(xué)院的教風和學(xué)風有很大提高。鼓勵教師積極開展教研教改活動，努力提高教學(xué)質(zhì)量。通過以上工作的落實，學(xué)院的日常教學(xué)工作和學(xué)風建設(shè)均取得了長足的進步，主要成績?nèi)缦拢?/p>
（2） 2011年下學(xué)期期中教學(xué)檢查優(yōu)秀單位
（3） 校級重點教改項目1項、一般項目1項。
（5） 兩位老師參加青年教師教學(xué)優(yōu)秀簇擁活動。反響良好，2等獎1項、3等獎1項。教務(wù)處今年的評獎改革，使這個獎的含金量更高更過硬。
（6） 07級本科畢業(yè)生報考研究生38人，其中上線28人，錄取22人。08級本科生中報考研究生的有62人
三、注重實踐環(huán)節(jié)，競賽成績突出
一年來，學(xué)院高度重視學(xué)科競賽，注重鍛煉同學(xué)們理論聯(lián)系實際和工程實踐方面的能力，著力激發(fā)廣大同學(xué)對于通信與電子系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)的興趣，進一步加強第二課堂在培養(yǎng)大學(xué)生綜合素質(zhì)方面的作用，積極的推動大學(xué)生創(chuàng)新意識和能力的培養(yǎng)，在實踐教學(xué)方面取得了突出的成績。
在第三屆全國電子商務(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)本科組一等獎一項、?？平M二等獎一項的優(yōu)秀成績。
在2011年第九屆“挑戰(zhàn)杯”湖南省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽中我院通信工程08級學(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)射機奪得科技發(fā)明制作類三等獎。
在2011年全國大學(xué)生英語競賽中，我院通信工程1001班的袁婧獲國家二等獎。
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、教師隊伍團結(jié)合作、樂于奉獻
“團結(jié)和朝氣”是電氣學(xué)院的院風，學(xué)院的教師平均年齡都不大，師資隊伍充滿朝氣和活力，并對學(xué)校有著深厚感情；教務(wù)和學(xué)工更是上下一心，團結(jié)合作、樂于奉獻。在“紅歌我來唱”教職工卡拉OK比賽中，經(jīng)過激烈角逐，吳李薿老師獲二等獎，學(xué)院獲得組織獎，由胡鳳、馮潔、劉興旺、陳志明、顏曦等老師組成的籃球隊在青春杯籃球賽中勇猛頑強，展示了電氣教職工的風采，也獲得組織獎。
為圓滿的完成學(xué)院的各項工作，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)幾個學(xué)生加班加點，從創(chuàng)意、策劃到組織實施付出了大量的心血，現(xiàn)在網(wǎng)站已經(jīng)成了展示學(xué)院亮點的良好平臺。侯玉寶、李剛老師為了順利完成康佳實習(xí)，遠離家人，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)期聽課達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、歐陽娣等實驗室老師為我們的實驗教學(xué)和競賽精心準備場地設(shè)備，默默奉獻。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)工辦的老師常年堅守在自己的崗位，來得比別人早，回得比別人晚。