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篇(1)

在高速數(shù)字電路設(shè)計技術(shù)的研究中,最為主要的研究點在于:

(1)高速數(shù)字電路信號的完整性;

(2)高速數(shù)字電路電源的設(shè)計兩個方面。在本節(jié)中,筆者將進行系統(tǒng)的闡述,強化對高速數(shù)字電路設(shè)計的認識與研究。具體而言,主要在于以下幾點內(nèi)容:

1.1高速數(shù)字電路信號的完整性設(shè)計

在高速數(shù)字電路信號的完整性設(shè)計中,最主要的研究要點在于兩個方面:一是不同電路信號網(wǎng)傳輸信號的干擾情況;二是不同信號在電路信號網(wǎng)中的相互干擾情況。也就是說,在電路信號的完整性中,信號干擾是最為關(guān)鍵的因素,無論是對于干擾問題,還是對于反射問題,都是高速數(shù)字電路信號完整性設(shè)計的研究要點。在理想狀態(tài)之下,不同阻抗是相等的,存在相互匹配性。所以,在電路設(shè)計的過程中,要特別注意阻抗的控制,阻抗過小(過大)都會對線路中的電流及電壓造成影響,進而形成信號干擾問題。當(dāng)然,在高速數(shù)字電路的設(shè)計中,是很難以讓臨界阻抗與電路新城相互匹配的狀態(tài),這就強調(diào),高速數(shù)字電路信號系統(tǒng),應(yīng)最可能的處于較為合適的狀態(tài),以最大程度上提高高速數(shù)字電路的信號質(zhì)量。

1.2高速數(shù)字電路電源的設(shè)計

高速數(shù)字電路電源設(shè)計,是設(shè)計技術(shù)研究的重點內(nèi)容之一。對于高速數(shù)字電路而言,需要大量的低電壓元器件的應(yīng)用,以更好地確保設(shè)計的需求。但是,低壓元器件的應(yīng)用,帶來了一個問題,即電源穩(wěn)定性受到一定的影響,造成電源設(shè)計問題的出現(xiàn)。因此,在實際的設(shè)計過程中,需要對高速數(shù)字電路電源設(shè)計作充分的考慮。在電源設(shè)計中“,電源完整性”是主要的關(guān)鍵因素,是指電源波形的質(zhì)量。這一因素的影響主要表現(xiàn)為:

(1)瞬間電流產(chǎn)生過大,即在高速開關(guān)狀態(tài)下,線路器件極易產(chǎn)生過大的瞬間電流;

(2)信號回路阻抗變大,即在電路之中,過多的電感以至于回路阻抗變大,進而產(chǎn)生一定影響。因此,在高速數(shù)字電路電源的設(shè)計中,最為理想的狀態(tài)的設(shè)計就是在高速數(shù)字電路電源系統(tǒng)中,并不存在所謂的“阻抗”。這樣一來,不僅不存在阻抗所帶來的損耗,而且確保了系統(tǒng)中各電位的恒定,當(dāng)然,在實際之中,理想狀態(tài)的設(shè)計是不存在,電源系統(tǒng)所形成的干擾噪聲,對高速數(shù)字電路系統(tǒng)的運行造成較大影響。于是乎,電路設(shè)計應(yīng)對電源的電阻及電感做充分的設(shè)計考慮,提高高速數(shù)字電路設(shè)計的有效性。

2結(jié)語

篇(2)

【關(guān)鍵詞】容錯技術(shù)硬件冗余 VHDL代碼

1 引言

數(shù)字硬件電路設(shè)計越來越精密，但其故障的檢測也越來越難。而數(shù)字電路的設(shè)計大都是用VHDL語言來描述的，因此提出了一個在VHDL描述中自動插入故障容錯結(jié)構(gòu)的工具。采用這種工具來做容錯電路的設(shè)計，用戶可以根據(jù)不同的需求在VHDL源碼級自動做電路故障容錯設(shè)計。

2 電路源碼級故障容錯的插入工具

數(shù)字電路自動化實現(xiàn)故障容錯，也就是在用VHDL語言設(shè)計數(shù)字電路時，自動化的加入故障容錯結(jié)構(gòu)，并且最后得到具有容錯功能的VHDL描述的數(shù)字電路。這個自動化的過程用一個工具來實現(xiàn)，也就是故障容錯結(jié)構(gòu)自動插入工具。該工具由六部分組成，如圖1所示。

VHDL源碼經(jīng)過分析器轉(zhuǎn)化成一種特殊的中間數(shù)據(jù)格式，存儲在設(shè)計庫中；這種數(shù)據(jù)格式以有向無環(huán)圖（DAG）的形式組織起來，保存了VHDL完整的語義信息。用戶通過用戶接口輸入某些信息，來定位所需容錯的關(guān)鍵部件及從故障容錯器選擇所用的容錯器件。容錯后的數(shù)據(jù)重新送回到設(shè)計庫中，用反編譯系統(tǒng)再次恢復(fù)成VHDL代碼。本文對基于硬件冗余技術(shù)對源碼級容錯結(jié)構(gòu)插入過程進行闡述。

3 硬件冗余技術(shù)

硬件冗余技術(shù)采用在系統(tǒng)中多加的硬件資源，包括被動冗余、主動冗余及主被動相結(jié)合三種形式。

被動冗余又稱為靜態(tài)冗余（Masking Redundancy ），它不改變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，靠附加的元器件來屏蔽掉故障元器件的作用。常用的被動冗余稱為三模冗余（Triple Modular Redundancy， TMR）結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)由相同功能的三個模塊及表決器構(gòu)成，三個相同模塊同步運行，三個模塊的輸出作為表決器的輸入，系統(tǒng)的輸出是多數(shù)表決的結(jié)果。

所謂的主動冗余技術(shù)，就是能讓系統(tǒng)配置動態(tài)的改變，從而消除故障對系統(tǒng)的影響，同時補充系統(tǒng)冗余。當(dāng)系統(tǒng)模塊發(fā)生故障時，依靠存儲多個模塊和故障檢測機構(gòu)，通過系統(tǒng)內(nèi)部的一次重組來切除或替換故障模塊。

4 硬件冗余的插入過程

數(shù)字電路設(shè)計者在使用該工具時，首先需要編寫電路的VHDL源碼、同時要提供采用的容錯技術(shù)類型及想要的容錯的位置（設(shè)計單元名和需復(fù)制的對象名）這些信息。

此處假定需要容錯的位置是：設(shè)計單元A，需復(fù)制的對象RESULT，而容錯技術(shù)采用硬件被動冗余中的三模冗余技術(shù)。插入技術(shù)主要由以下過程來實現(xiàn)。

4.1 三個新信號的拷貝

如圖2所示，首先通過設(shè)計庫的search（pname，sname）函數(shù)從庫中找到用戶所輸入的設(shè)計單元A，然后再使用符號表的 search（object_name，global）函數(shù)從符號表中查找目標(biāo)對象RESULT，進行相對應(yīng)的屬性修改后，清空temp。經(jīng)過這些步驟后，完成了三模冗余技術(shù)所需要的新對象的聲明。

4.2 語句的復(fù)制

如圖3所示，該流程圖是對于語句的修改。

經(jīng)過上面的步驟，完成了三模冗余技術(shù)的對象復(fù)制部分，將這些信息修改完成后再返存入設(shè)計庫中，實現(xiàn)了在數(shù)字電路的VHDL源碼級進行故障容錯結(jié)構(gòu)的插入。

5 結(jié)語

利用自動化工具在數(shù)字電路的VHDL源碼級進行故障容錯結(jié)構(gòu)的插入，能夠有效的提高設(shè)計者的工作效率。

參考文獻

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[2]L.Entrena，C.Lopez，E.Olias.Automatic insertion of fault-tolerant structures at the RT level.7th IEEE Int.On-Line Testing workshop，July 2001，48-50.

[3]齊星剛.VDHL編譯器設(shè)計技術(shù)研究[D]. [碩士學(xué)位論文].成都：四川大學(xué)，2013.

[4]Isabel Gonzalez，LuisBerrojo. Supporting fault tolerance in an industrial environment：the AMATISTA approach.7th IEEE Int.On-Line Testing workshop，July 2001，178-183.

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關(guān)鍵詞：脈沖與數(shù)字電路；實踐教學(xué)；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)方法

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）10-0019-02

一、引言

《脈沖與數(shù)字電路》是電子信息、通信、計算機控制等專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，也是面向我院很多專業(yè)的一門基礎(chǔ)課。隨著“數(shù)字時代”的到來，該課程的作用與地位與日俱增。這不僅因為其理論知識在工科專業(yè)中占有重要的基礎(chǔ)性地位，更重要的這是一門理論聯(lián)系實際非常緊密的課程，通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握課程的基本理論、基本知識和基本技能，為深入學(xué)習(xí)后續(xù)課程并與有關(guān)專業(yè)的結(jié)合打好基礎(chǔ)。

二、教學(xué)體系和教學(xué)內(nèi)容改革

調(diào)整脈沖與數(shù)字電路課程的授課學(xué)期，建立層次化、模塊化的教學(xué)體系，對課程重新進行整合。整合后的脈沖與數(shù)字課程包括：“理論體系”、“實驗設(shè)計”、“電路仿真”以及“課程設(shè)計”。調(diào)整了實驗課程的教學(xué)內(nèi)容，在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段等方面進行了改革，進一步精簡小規(guī)模器件和傳統(tǒng)設(shè)計方法的介紹，加強現(xiàn)代設(shè)計方法的討論，提高了“脈沖與數(shù)字電路”課程的教學(xué)水平，使學(xué)生了解、掌握數(shù)字電子技術(shù)發(fā)展的最新知識。注重將課堂教學(xué)向課外延伸，鼓勵學(xué)生通過課堂學(xué)習(xí)掌握數(shù)字電路設(shè)計理論知識，在創(chuàng)新實驗室自行開展創(chuàng)新活動，學(xué)生通過理論與實際應(yīng)用的結(jié)合，提高了自身的實踐和創(chuàng)新能力。依托綜合性大學(xué)文化優(yōu)勢，以大學(xué)生科技活動延伸課堂教育，積極開展大學(xué)生科技創(chuàng)新活動。學(xué)生通過課堂學(xué)習(xí)掌握的數(shù)字電路設(shè)計理論知識，在電子創(chuàng)新實驗室開發(fā)小制作等，通過理論與實際的結(jié)合，提高了自身的實踐能力和創(chuàng)新。

1.緊跟數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展，適時引進新的教學(xué)內(nèi)容。（1）“教、學(xué)、做相結(jié)合”的教學(xué)方法。教學(xué)中每章都從最基本的應(yīng)用實例出發(fā)，由實際問題入手通過技能訓(xùn)練引入相關(guān)知識和理論，由實訓(xùn)引出相關(guān)概念及相關(guān)電路。（2）“循環(huán)式”教學(xué)方法。通過實訓(xùn)得到感性認識、定性認識。在簡單電路的基礎(chǔ)上通過逐步完善的方式一步一步組合成復(fù)雜系統(tǒng)，通過對基本電路的多次重復(fù)，以循環(huán)向上的方式達到更高的程度。（3）“支架式”教學(xué)方法。將知識點分成基本邏輯器件、基本邏輯器件構(gòu)成的數(shù)字電路、基本數(shù)字電路構(gòu)成的簡單數(shù)字電路應(yīng)用系統(tǒng)等模塊，每個模塊處于不同的層次，只有掌握了前面的模塊，才能學(xué)習(xí)后面的模塊，就像攀登支架一樣。

2.多種教學(xué)手段相結(jié)合的教學(xué)方法。針對這門課程的教學(xué)特點，在授課過程中采用課堂教學(xué)、實驗教學(xué)相互交叉融合的教學(xué)結(jié)構(gòu)；制作《脈沖與數(shù)字電路》電子課件，利用多媒體等現(xiàn)代化教學(xué)手段教學(xué)；準(zhǔn)備建立《脈沖與數(shù)字電路》課程學(xué)習(xí)網(wǎng)站，充分利用網(wǎng)絡(luò)進行輔助教學(xué)。實踐教學(xué)環(huán)節(jié)所占比例高，實踐環(huán)節(jié)改革力度大。增加了軟件仿真環(huán)節(jié)，在教學(xué)內(nèi)容上更加注意體現(xiàn)現(xiàn)代技術(shù)要求的背景知識的教學(xué)特色，將最新的知識與技術(shù)納入教學(xué)內(nèi)容，同時將科研和教學(xué)改革中與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的成果引入教學(xué)過程中，通過理論與實際的結(jié)合，進一步提高學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新精神。

3.全新的考試方式。期末考試采用純理論試卷考試，占60%的成績；平時采用階段考試和實驗考核結(jié)合的方式，分別給出成績，結(jié)合平時的出勤、作業(yè)、實驗、課堂表現(xiàn)等方面給出40%的平時成績。

三、教學(xué)方法和教學(xué)手段的改革

在教學(xué)方法上，改變傳統(tǒng)的“滿堂灌”的教學(xué)模式，倡導(dǎo)并采用研究型學(xué)習(xí)。如針對“計算機輔助邏輯化簡”、“計算機輔助狀態(tài)化簡”等專題讓學(xué)生查閱資料、撰寫小論文，開發(fā)計算機輔助設(shè)計軟件。并讓學(xué)生走上講臺介紹各自的研究結(jié)果，鍛煉了學(xué)生的綜合素質(zhì)，取得了很好的效果。為了使學(xué)生學(xué)習(xí)、了解器件的基本知識和使用方法，根據(jù)設(shè)計要求，自己到市場選擇器件，使學(xué)生在實際工作中了解器件的價格，掌握器件選購的方法和注意事項，為今后走向社會打好基礎(chǔ)。教師注重將科研成果轉(zhuǎn)化成本科教學(xué)的內(nèi)容，一方面體現(xiàn)在編寫的教材中，另一方面將自己的科研成果、工程設(shè)計方法和經(jīng)驗融入課堂教學(xué)中。如各種集成電路的特點、選擇方法以及正確使用方法等，如何根據(jù)集成電路的帶負載能力，在滿足應(yīng)用需求的條件下，正確選擇拉電流負載或灌電流負載以及采取必要的驅(qū)動方式。這種理論結(jié)合實際的教學(xué)內(nèi)容，充分調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，培養(yǎng)了學(xué)生解決實際問題的能力，取得了非常好的效果。注重將課堂教學(xué)向課外延伸。以大學(xué)生科技活動延伸課堂教育，積極開展大學(xué)生科技創(chuàng)新活動。學(xué)生通過課堂學(xué)習(xí)掌握的數(shù)字電路設(shè)計理論知識，通過理論與實際的結(jié)合，提高了自身的實踐能力和創(chuàng)新。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新的教學(xué)手段必須體現(xiàn)在整個課程的教學(xué)環(huán)節(jié)中。本課程的特點是內(nèi)容豐富、圖表較多，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)有一定的困難，而采用多媒體技術(shù)將復(fù)雜的圖表直觀、形象地展示出來，不僅便于教師的講解和學(xué)生的學(xué)習(xí)，而且還將大大增加課堂的信息量，解決課時少、內(nèi)容多的矛盾。但是課堂教學(xué)不能完全依靠多媒體課件，從調(diào)動學(xué)生思維、加強師生互動和循序漸進講解以便學(xué)生理解等方面考慮，目前“脈沖與數(shù)字電路”課程中主要采用了PowerPoint課件和板書相結(jié)合的方法，可以相互取長補短，效果較好。利用脈沖與數(shù)字電路課程網(wǎng)站，將教學(xué)內(nèi)容制作成視頻資源、課件等資源鏈接等放在網(wǎng)絡(luò)平臺上，充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)突破空間、距離限制的優(yōu)勢，讓學(xué)生能夠最大限度地利用學(xué)習(xí)資源，自主地學(xué)習(xí)和提高，彌補課堂上未能及時消化吸收的部分內(nèi)容。

四、實踐教學(xué)內(nèi)容和方法的改革

在傳統(tǒng)的教學(xué)理念中，長期存在著重視理論教學(xué)而輕視實踐教育的問題。教師只注重對學(xué)生理論知識的講授與輔導(dǎo)，相對忽視了理論知識在實踐中的應(yīng)用，這導(dǎo)致學(xué)生的實際動手能力普遍偏低。此外，大多數(shù)的實驗教學(xué)都是作為理論教學(xué)的補充，并不單獨設(shè)課，而且試驗內(nèi)容往往都是驗證性的，雖然能夠使學(xué)生加深對理論知識的理解，但是會在一定程度上造成學(xué)生的思維局限于相應(yīng)的理論課程。從總體教學(xué)計劃上來說，相對于理論教學(xué)實驗學(xué)時相對較少，這讓學(xué)生沒有足夠的時間消化實驗老師講解的內(nèi)容，只能被動地按照要求完成實驗任務(wù)，而不能有效利用做實驗的機會進行實踐能力的培養(yǎng)。

1.改進實驗教學(xué)方法，提高教學(xué)效率。在實驗教學(xué)方式上，要改變傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方式，采用多樣化的實驗課程組織方式。在實驗課上教師可以只對實驗原理、實驗內(nèi)容進行適當(dāng)?shù)闹v解，對稍微復(fù)雜的實驗進行現(xiàn)場演示，給學(xué)生更大的自由發(fā)揮的空間。這樣學(xué)生會根據(jù)老師布置的實驗任務(wù)，積極開動腦筋，嘗試采用不同的試驗方法來解決問題，從而達到實踐教學(xué)的目的。根據(jù)電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展新的形勢，逐步改革傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方法，充分利用多媒體等現(xiàn)代化教學(xué)手段于實驗教學(xué)中。完善實驗教學(xué)資源共享的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、實驗室網(wǎng)絡(luò)管理化系統(tǒng)和實驗教學(xué)指導(dǎo)與監(jiān)控系統(tǒng)，學(xué)生在做實驗之前可通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對實驗進行預(yù)習(xí)，熟悉儀器工作原理和使用方法，從而充分利用實驗課堂時間，提高實驗教學(xué)的效率和教學(xué)水平。

2.提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。探索實驗教學(xué)的新型模式，建立“以人為本”的實驗教學(xué)方式，通過實驗設(shè)備的更新、實驗內(nèi)容的改革，增加實驗室對學(xué)生的吸引力，充分調(diào)動學(xué)生參與實踐的積極性。改變實驗教學(xué)方法，變以老師為中心的實驗教學(xué)方式為教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生平等開放的教學(xué)方式，提高學(xué)生做實驗的興趣。鼓勵學(xué)生認真對待電子信息類專業(yè)中的每一個基礎(chǔ)的和專業(yè)的實驗，把那種“質(zhì)疑一切，一絲不茍，勇于探索，努力學(xué)習(xí)，大膽動手”的精神，貫穿于每一個實驗之中。循序漸進，通過由簡單到復(fù)雜、由一般到個別的實驗訓(xùn)練，達到理論聯(lián)系實際的目的。學(xué)生在做完基本的實驗項目后，在學(xué)有余力的前提下，可以根據(jù)個人的興趣和愛好，選擇參加一些層次較高的具有綜合性和研究性的開放性實驗。這類實驗教學(xué)的內(nèi)容大多是來源于具體的橫向的項目或縱向的科學(xué)研究與技術(shù)革新課題，具有先進性、綜合性和科研性。教師在進行實驗指導(dǎo)時，應(yīng)發(fā)揮學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體作用，積極調(diào)動學(xué)生的積極性，培養(yǎng)學(xué)生勇于探索、敢于實踐的進取精神。同時要鼓勵學(xué)生以市場為導(dǎo)向，尋找科研開發(fā)群體，運用集體的智慧和力量，進行創(chuàng)造性實驗，使學(xué)生獲得發(fā)揮創(chuàng)造才能的機會。這種開放式的實驗教學(xué)方法，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，拓寬學(xué)生知識面，增長學(xué)生動手能力的有效途徑。

五、結(jié)論

通過以上各項改革，提高了學(xué)生分析問題、綜合問題、解決問題的能力，既滿足學(xué)生對知識的渴求，又培養(yǎng)了獨立探索、富于創(chuàng)新、勇于開拓的精神；具有生動、形象、操作性強的特點；加強了現(xiàn)代設(shè)計方法的講授和討論；注重將新技術(shù)和教師的最新科研成果、工程設(shè)計方法和經(jīng)驗融入課堂教學(xué)中，充分調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性；注重將課堂教學(xué)向課外延伸，積極開展大學(xué)生科技創(chuàng)新活動；通過理論與實際的結(jié)合，進一步提高了學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新精神。

參考文獻：

[1]李曉輝，許先番.電子信息科學(xué)與工程類專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的實踐與探索[D].2008年全國高等學(xué)校電子信息科學(xué)與工程類專業(yè)教學(xué)協(xié)作會議論文集，北京郵電大學(xué)出版社，2008.

篇(4)

關(guān)鍵詞：等占空比；奇數(shù)分頻器；倍頻器；格雷碼計數(shù)器

在基于FPGA的數(shù)字電路設(shè)計中，雖然可以使用集成鎖相環(huán)(EDA軟件提供的宏功能模塊)來進行時鐘的分頻、倍頻以及相移設(shè)計，但是這類鎖相環(huán)數(shù)量有限，因此在一些場合需要自主設(shè)計電路進行時鐘分頻。

文中設(shè)計了一種簡單的電路結(jié)構(gòu)實現(xiàn)奇數(shù)等占空比分頻，全部電路都采用CMOS元器件構(gòu)成，與現(xiàn)在非常流行的CMOS工藝相兼容，可以方便的集成到芯片上，實現(xiàn)分頻功能。

本設(shè)計要點是利用倍頻器將輸入頻率變?yōu)樵瓉淼?倍，然后對加倍后的頻率進行偶數(shù)等占空比分頻。設(shè)計中倍頻器的實現(xiàn)受到數(shù)字電路中邊沿檢測電路的啟發(fā)，完全與CMOS工藝兼容，其難點是時序的控制，直接影響到整個電路能否工作；偶數(shù)分頻還是采用計數(shù)器實現(xiàn)，但是設(shè)計中利用格雷碼來計數(shù)，盡可能最大的消除了計數(shù)時電路可能產(chǎn)生的冒險現(xiàn)象。本設(shè)計利用Candence自帶的仿真工具Spectre進行了仿真驗證。

1 奇數(shù)分頻電路設(shè)計原理

受外部周期信號激勵的震蕩，其頻率恰為激勵信號頻率的純分數(shù)，都叫做分頻。分頻的目的在于只用一個振蕩器(如石英晶體振蕩器)通過分頻電路得到所需的不同頻率的時鐘信號?？捎糜嫈?shù)器和門電路實現(xiàn)分頻或者用比較器實現(xiàn)分頻。例如5分頻電路，從0000開始計數(shù)，當(dāng)計數(shù)到0100時，讓計數(shù)器發(fā)出一個脈沖，迫使計數(shù)器復(fù)位，再從0000開始計數(shù)，則此脈沖就是分頻后的脈沖信號。另一種方法是用計數(shù)器作為計數(shù)電路，與比較器預(yù)置的數(shù)字N比較，一旦兩者相等，就輸出一個脈沖信號。此信號即為N分頻信號。當(dāng)實現(xiàn)等占空比分頻時，奇數(shù)分頻用計數(shù)器來分頻實現(xiàn)就比較困難。

有些文章介紹過實現(xiàn)占空比為50%的N倍奇數(shù)分頻電路的方法。大多數(shù)是采用2個模N計數(shù)器，當(dāng)計數(shù)到相同的值時分別用時鐘的上升沿和下降沿觸發(fā)，再將2個非等占空比信號相與，來實現(xiàn)奇數(shù)等占空比分頻。原理很簡單，但是用2個計數(shù)器，浪費資源，尤其是現(xiàn)在芯片做的越來越小，面積是一個很重要的制約芯片發(fā)展的因素。而且計數(shù)器產(chǎn)生的信號有很多毛刺，即所謂的冒險現(xiàn)象。本文提出了一種新的方法，原理框圖如圖1所示，來解決以上問題。

當(dāng)要求N奇數(shù)等占空比分頻，輸入頻率為CLK，輸出頻率F，則三者滿足如下關(guān)系

F=CLK /N(1)

利用倍頻器將CLK信號二倍頻，輸出信號F1 頻率為CLK的2倍，即F1=2CLK，因此計數(shù)器只需對2CLK信號進行(2N)倍偶數(shù)等占空比分頻，實現(xiàn)起來十分方便。此時三者的關(guān)系如下

F=(2CLK)/(2N)(2)

1.1 倍頻器原理

倍頻器的作用是將奇數(shù)分頻變?yōu)榕紨?shù)分頻，它的設(shè)計受到數(shù)字電路中邊沿檢測電路的啟發(fā)，在數(shù)字電路中，尤其是FPGA方面的設(shè)計，譯碼器肯定會用到，一般的大規(guī)模集成電路的譯碼器都會多出一根輸出信號，作為邊沿檢測，來檢測地址的電平翻轉(zhuǎn)?？梢苑抡沾嗽O(shè)計，來實現(xiàn)倍頻。比如輸入時鐘CLK，在CLK的上升沿和下降沿，輸出信號都翻轉(zhuǎn)，即只要CLK電平發(fā)生翻轉(zhuǎn)，則輸出信號F1就跳變。這樣得到的輸出信號的頻率就為CLK頻率的2倍，即F1=2CLK。用數(shù)字電路的基本門單元進行邏輯設(shè)計。電路圖如圖2所示。D觸發(fā)器構(gòu)成T觸發(fā)器，只要其時鐘發(fā)生跳變，其輸出就跳變。D觸發(fā)器由多路開關(guān)組成，其電路圖如圖3所示。

首先假設(shè)輸入頻率CLK和D觸發(fā)器的輸出Q的初始狀態(tài)均為高電平1。經(jīng)過邏輯運算，F(xiàn)1輸出低電平0，即D觸發(fā)器的時鐘為恒定電平，其輸出維持1不變?，F(xiàn)在建設(shè)輸入頻率CLK發(fā)生跳變，CLK跳變?yōu)榈碗娖?，此時由于延時，D觸發(fā)器的輸出Q仍然維持1一段時間，在這段時間里，F(xiàn)1的電平跳變?yōu)?。當(dāng)F1跳變時，D觸發(fā)器輸出隨之發(fā)生跳變，由1變?yōu)?，此時再與CLK的低電平邏輯組合，F(xiàn)1的輸出又跳變?yōu)?。由此可以看出，CLK一次電平跳變，F(xiàn)1的電平跳變2次。即頻率滿足如下關(guān)系

F1=2CLK(3)

圖2實現(xiàn)了輸入信號CLK的倍頻。

圖4給出了圖2所示的倍頻器電路輸入和輸出時鐘的波形示意圖。其中F1的高電平寬度與延遲有關(guān)，假設(shè)觸發(fā)器的延遲為tdq ，各個基本單元的延遲為tab，所以tn滿足

tn=tdq+4tab(4)

其中4tab分別為圖2中I3，I5，I7，和I8的延遲。有一點必須注意，tn必須足夠?qū)?，使得圖1中的計數(shù)器可以計數(shù)，考慮最壞情形，tn必須大于計數(shù)器的傳播延遲和建立時間。本設(shè)計中I5和I6均采用相同的反相器鏈設(shè)計，來增加F1的高電平延遲。反相器鏈前幾級PMOS管采用倒比管，以此增加上升時間，增加延遲，最后一級采用驅(qū)動管，來驅(qū)動后面的負載。但是反相器鏈不能一味的增加反相器，因為延遲太久可能導(dǎo)致倍頻器不能對輸入時鐘進行雙邊沿采樣，即倍頻。

本設(shè)計的重點就是時序的控制，延遲時間直接影響后面的計數(shù)器的工作。

1.2 格雷碼計數(shù)器原理

在高速電路中計數(shù)，當(dāng)計數(shù)值跳變時電路可能會出現(xiàn)冒險現(xiàn)象，使分頻電路的可靠性降低，為了消除冒險現(xiàn)象，本設(shè)計中計數(shù)時采用格雷碼計數(shù)，使計數(shù)值跳變時只有1位信號發(fā)生變化。為了詳細說明原理，以3分頻設(shè)計為例，當(dāng)要求實現(xiàn)等占空比的3分頻電路時，采用此設(shè)計，經(jīng)過倍頻器倍頻，輸入頻率加倍，計數(shù)器需要實現(xiàn)6分頻，需要為6進制計數(shù)器，會有6個狀態(tài)的跳變。格雷碼跳變順序為

001―011―010―110―111―101(Q2Q1Q0)

在格雷碼計數(shù)器值從001到101的6個狀態(tài)跳變過程中，每次跳變都只有1位信號發(fā)生變化，其跳變過程中不可能出現(xiàn)任何的毛刺輸出。有效的避免了冒險現(xiàn)象的發(fā)生。為了實現(xiàn)等占空比分頻，選定值010，當(dāng)計數(shù)器計數(shù)到此值時，進行輸出時鐘翻轉(zhuǎn)，經(jīng)過3個時鐘后恢復(fù)到初始狀態(tài)，輸出時鐘再次翻轉(zhuǎn)，這樣計數(shù)器實現(xiàn)了6分頻。

采用3個D觸發(fā)器和門級單元邏輯組合實現(xiàn)六進制計數(shù)器，為了實現(xiàn)等占空比，D觸發(fā)器需要為下降沿出發(fā)，計數(shù)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移順序按上面的格雷碼跳變順序，Q2 作為輸出，用卡諾圖化簡后得到邏輯表達式如下

Q0*=Q2Q1+Q0Q1(5)

Q1*=Q1Q0′+Q2′Q0(6)

Q2*=Q1Q2′+Q2′Q1Q0′(7)

根據(jù)表達式設(shè)計格雷碼6進制計數(shù)器，電路圖如圖5。Q0* 、Q1*、 Q2*按照上面的表達式，采用基本的門單元進行邏輯組合，組合前先利用范德蒙定律將表達式化簡。

2分頻電路仿真驗證

將圖1作為頂層電路，圖2和圖5作為其子電路，對圖1進行仿真。仿真工具采用Candence自帶的仿真工具Spectre，輸入時鐘信號CLK占空比為1：1，仿真結(jié)果如圖6所示。

從圖6仿真結(jié)果看出分頻后的時鐘F滿足設(shè)計要求，實現(xiàn)了3分頻，且占空比1∶1，且波形規(guī)則，沒有毛刺，從而驗證了本設(shè)計邏輯正確。

3等占空比任意奇數(shù)分頻電路的設(shè)計思路

本論文提出的原理思想，可以很容易的推廣到等占空比為50%的任意奇數(shù)分頻電路的設(shè)計中。

只需對輸入頻率CLK信號進行倍頻，得到(2CLK)時鐘信號，剩下的只

需對(2CLK)信號進行偶數(shù)分頻，偶數(shù)分頻的方案已經(jīng)很成熟，利用計數(shù)器，計數(shù)到N/2-1，然后時鐘翻轉(zhuǎn)，即可實現(xiàn)等占空比分頻。采用格雷碼計數(shù)器，又很好的消除了冒險現(xiàn)象。

4 結(jié)束語

文中提出利用倍頻器和格雷碼計數(shù)器實現(xiàn)等占空比奇數(shù)分頻電路，給出了3分頻電路的完整設(shè)計，并且對3分頻電路進行了仿真驗證，結(jié)果完全符合設(shè)計要求。

在基于FPGA的數(shù)字電路設(shè)計中，在一些場合需要自主設(shè)計電路進行時鐘分頻。根據(jù)本文提出的原理思想，可以方便的實現(xiàn)等占空比任意奇數(shù)分頻。本設(shè)計全部電路都采用CMOS元器件構(gòu)成，與現(xiàn)在非常流行的CMOS工藝相兼容，可以方便的集成到芯片上，實現(xiàn)分頻功能。在一些特殊的場合，本論文提出的實現(xiàn)等占空比奇數(shù)分頻的方法是很重要的。

參考文獻

[1] 杜剛，孫超，陳安軍. 基于FPGA技術(shù)的16位數(shù)字分頻器的設(shè)計.儀器儀表學(xué)報，2006(SI)：887-888.

篇(5)

關(guān)鍵詞：光電計數(shù)器；思路；設(shè)計分析

將不同種類的數(shù)字變換器接入到光電計數(shù)器的輸入通道中，并在與數(shù)字變換器相適應(yīng)的換能器的作用下就可完成不同功能的數(shù)字化儀器的制作。電子計數(shù)器在科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域都發(fā)揮著巨大的作用，達到了測量過程自動化的目的，具有操作簡便、精確度高、測量速度快、顯示結(jié)果直接以及功能多樣等優(yōu)勢。一、設(shè)計光電計數(shù)器過程中的要求

信號輸入電路、計數(shù)、處理電路、計數(shù)狀態(tài)控制電路、顯示驅(qū)動電路、電源電路、顯示器是光電計數(shù)器的主要構(gòu)成部分。信號輸入電路中能接收觸點開/關(guān)以及脈沖電壓（各種電壓幅度）形式的信號，通過連接信號輸入電路及光電耦合器的方式，成功的對計數(shù)電路和信號處理電路進行了光電隔離。此外，計數(shù)電路不僅能避免計數(shù)器出現(xiàn)復(fù)位的情況，還具有控制輸入信號的功能。外部控制電路能夠通過外接端子實現(xiàn)對計數(shù)器復(fù)位和工作的控制。 在設(shè)計光電計數(shù)器過程中，通常比較器整形都是由LM324組成的，放大整形部分由LM324同相放大組成，施密特觸發(fā)器則是由反相器組成的。

二、設(shè)計光電計數(shù)器的主要電路

光電計數(shù)器的工作過程主要是：紅外光信號在經(jīng)過發(fā)射器發(fā)射后，利用反射作用在接收管的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，?jīng)過放大比較整形后的電信號就成為了觸發(fā)脈沖。在加法計數(shù)器中，觸發(fā)脈沖就是計數(shù)脈沖，進行計數(shù)功能，而計數(shù)信號顯示功能由七段LED數(shù)碼管來進行。其中，脈沖紅外光交流驅(qū)動模式能更好的增大作用的距離。

三、光電計數(shù)器的技術(shù)要求和設(shè)計原理

SV直流穩(wěn)壓電源對整個光電計數(shù)器的電路進行供電。由驅(qū)動紅外發(fā)射管VD1發(fā)射紅外線脈沖和多諧振蕩器產(chǎn)生的方波信號（330Hz）是光電計數(shù)器的設(shè)計原理。VD2在接收了被手阻擋而反射回來的紅外線脈沖后將其轉(zhuǎn)化成電信號，并在50 Hz的燈光干擾下對高通濾波進行濾除，濾除后的信號經(jīng)過同相放大器（LM324）的放大，之后電壓比較器對其進行整形，形成幅值較大的方波信號，之后再由單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（555）進行延時整形，經(jīng)非門處理后接入到74LS160（集成同步十進制計數(shù)器）的CP端，觸發(fā)脈沖通過七段LED數(shù)碼管（由CD4511驅(qū)動）顯示出來。以下是對分支電路的描述：

脈沖式主動紅外線檢測電路是紅外檢測電路的基本電路，包括VD1（紅外發(fā)射二極管）和VD2（紅外接收二極管）兩個主要的部分。VD1和V D2的安裝方式是平行的，指向也一樣，多諧振蕩器作用時，發(fā)射二極管能夠發(fā)射經(jīng)方波脈沖調(diào)制的332赫茲的紅外線脈沖，但是接收二極管并不能接收到，發(fā)射二極管在收到手的阻礙的情況下，紅外線脈沖才會經(jīng)過反射作用由接收二極管接收到。

555多諧振蕩器電路是一種混合集成型電路，擁有八個引出端，其基本電路是由555構(gòu)成的，將數(shù)字電路和模擬電路進行了綜合。555多諧振蕩器電路的適用范圍非常廣，具有定時準(zhǔn)確和輸出驅(qū)動功率大的優(yōu)點，擁有單元內(nèi)部電壓（寬范圍的電壓），可以將模擬電平接入到電路中。555多諧振蕩器電路通過發(fā)射紅外線來實現(xiàn)對相關(guān)裝置的控制，發(fā)射的功率越大，控制的距離越遠。在脈沖狀態(tài)下，紅外發(fā)光二極管才進行工作，脈沖的峰值電流越大，調(diào)制光/脈動光的有效傳送距離越遠，因此可以通過提高峰值電流的方式來延長紅外光的發(fā)射距離，達到增加控制距離的目的。

由324組成的整形電路的基本構(gòu)件是電壓比較器，從整形電路中輸出的方波信號在電壓比較器的作用下能夠轉(zhuǎn)變?yōu)橛|發(fā)脈沖。低通濾波和VD3（二極管）通過串聯(lián)的方式形成峰值檢波電路，在設(shè)計過程中需要注意的就是要將輸入信號脈沖的脈寬設(shè)置的遠遠大于阻容元件的時間常數(shù)。

放大整形電路的基本構(gòu)造是SV單電源供電的LM324，進行大概16.5倍的同相放大作用。放大整形電路在工作原理是：將輸出信號傳送到另一個通向的運放端，然后提供大概0.8V的電壓給反向端，由反向端采取電壓比較工作。其中，如果提供的電壓大于0.8V的基準(zhǔn)電壓時，那么輸出的是高電平；提供的電壓小于0.8V的基準(zhǔn)電壓時，那么輸出的是低電平。

光電技術(shù)器的設(shè)計中利用集成同步十進制74LS160的功能，計數(shù)顯示電路能夠進行計數(shù)運算，CD4511驅(qū)動數(shù)碼管能夠進行紅外檢測，同時還能采用脈沖檢波和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器檢測等設(shè)計方法。才外，還應(yīng)該注意在整個焊接組裝過程中要嚴格按照原理設(shè)計電路圖進行，在此基礎(chǔ)上注意做到先布置地線后設(shè)置萬能板，并減少交叉線的存在等細節(jié)問題，達到美觀實用的目的。

四、調(diào)試光電計數(shù)器的方法

首先采用斷電檢查的方法：參考原理圖對硬件電路進行檢查，要細致到每一個焊點。按照單元電路―模塊電路―系統(tǒng)的步驟分層次的調(diào)試光電計數(shù)器，調(diào)試的過程中的各項指標(biāo)要參考設(shè)計圖中的進行。其次，采用通電檢查的方法：利用信號源及相關(guān)測驗儀器檢查每個模塊的電路在加入正常電壓之后的工作狀態(tài)中的電壓和波形是否正常，并進行相應(yīng)的調(diào)整。一般采用數(shù)碼管、紅外耦合反射對管、電阻、脈沖紅外驅(qū)動發(fā)射器（例如：555）、電容、74LS160、CD4511、LM324等器件來構(gòu)成電路，進行參數(shù)計算。

五、設(shè)計光電計數(shù)器過程中常見的問題及和應(yīng)對措施

在引入了50赫茲的交流電后對紅外線反射管產(chǎn)生了干擾，影響其正常工作，因此要對50赫茲的交流電利用高通濾波電路來濾除交流信號。出現(xiàn)經(jīng)常性觸發(fā)脈沖現(xiàn)象的原因是：信號在進行了波形比較和包絡(luò)檢波步驟后存在大量的毛刺?？梢岳?55單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器來延時處理電路，從而避免多次觸發(fā)計數(shù)脈沖的問題。接收管和發(fā)射管之間可以設(shè)置擋板來預(yù)防黑管在沒有物體經(jīng)過時自動接收信號的情況。多諧振蕩器在沒有設(shè)置二極管的情況下，產(chǎn)生的方波占用很大的空間（大于1/2），通過在555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器上加入二極管的方式來減少占空比。

參考文獻

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[4] 中國集成電路大全編寫委員會.中國集成電路大全[D].TTL集成電路.北京：國防工業(yè)出版社.2010.4.

篇(6)

    作為近年來組織與引導(dǎo)學(xué)生開展自主學(xué)習(xí)、科學(xué)研究與設(shè)計創(chuàng)新的第二課堂,大學(xué)生實踐培訓(xùn)基地已逐漸引起國內(nèi)各高校的關(guān)注,對于形成“課內(nèi)外結(jié)合、全方位、立體化”的科技活動平臺,提升學(xué)生工程實踐能力起到了重要作用。近年來,桂林電子科技大學(xué)投資過百萬創(chuàng)建了電子設(shè)計培訓(xùn)中心,該中心既是電子設(shè)計競賽的學(xué)生培訓(xùn)基地,也是廣西區(qū)電子設(shè)計競賽的測評場所,更是桂林電子科技大學(xué)的電子信息科技活動平臺。其建設(shè)思路定義為:以全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽為主線,整合電子信息類教學(xué)資源,以學(xué)生為中心,以創(chuàng)新思維和實踐動手能力的訓(xùn)練為核心,以培養(yǎng)創(chuàng)新務(wù)實高素質(zhì)的應(yīng)用型人才為宗旨,以創(chuàng)新思維、基本科研技能及知識綜合應(yīng)用能力等多層次訓(xùn)練為目標(biāo)的電子信息科技文化活動平臺。中心根據(jù)學(xué)生科技活動特點及學(xué)科發(fā)展要求,除購置了電腦、示波器、信號發(fā)生器、穩(wěn)壓電源等常用儀器設(shè)備以外,還配置了EDA開發(fā)系統(tǒng)、DSP開發(fā)系統(tǒng)、單片機開發(fā)系統(tǒng)、德國“樂普科”自動制版系統(tǒng)等設(shè)備。中心網(wǎng)站定期公布一些題目,全校學(xué)生均可自愿參加制作,經(jīng)培訓(xùn)中心指導(dǎo)教師驗收合格后,即可進入中心學(xué)習(xí)。中心在時間、空間、資源、指導(dǎo)等方面對學(xué)生進行開放式管理,培養(yǎng)學(xué)生的自覺研究習(xí)慣。培訓(xùn)中心的主要功能包括:

    1.1開展一系列分項目、分層次的講座,包括有關(guān)電源、DDS信號源、掃頻儀的原理,設(shè)計思路,高頻電路,FPGA,單片機,控制理論,論文寫作等專題以及電路調(diào)試中的實用方法和技巧。近三年來,電子設(shè)計培訓(xùn)中心在區(qū)內(nèi)開出公開講座2次,校內(nèi)講座10余次。

    1.2編寫《Protel設(shè)計與提高》、《FPGA實踐與應(yīng)用》等培訓(xùn)教材,面向電子設(shè)計愛好者組織經(jīng)常性的培訓(xùn),通過訓(xùn)練考核促進學(xué)生設(shè)計與制作能力的提高。同時,利用與電子行業(yè)相關(guān)企業(yè)建立的合作機制,由企業(yè)主動提供新產(chǎn)品、新設(shè)備,對師生開展進校集中培訓(xùn),介紹行業(yè)的新知識、新理論、新技術(shù)。

    1.3為有較強創(chuàng)新意識和實踐動手能力的學(xué)生參與創(chuàng)新性實驗項目、教師科研、畢業(yè)設(shè)計、課程設(shè)計等提供技術(shù)指導(dǎo)及設(shè)備支持?！靶」β蕯?shù)控交直流電流源”、“基于FPGA的RFID實訓(xùn)平臺”、“智能無線搜救系統(tǒng)”、“基于軟件無線電的數(shù)字SSB無線收發(fā)機”等一批學(xué)生項目相繼完成并通過測試。

    1.4作為大學(xué)生電子設(shè)計競賽廣西賽區(qū)的測評基地,為整個廣西賽區(qū)作品的測評提供全套設(shè)備和良好的測試環(huán)境。培訓(xùn)中心的管理采用教學(xué)改革項目模式,學(xué)校每年驗收一次,根據(jù)中心當(dāng)年的培訓(xùn)規(guī)模、參賽成果等劃撥下一年度經(jīng)費。電子信息類專業(yè)學(xué)生通過中心的活動擴大了知識面,同時學(xué)校也遴選出了一批參加區(qū)級和國家級競賽的種子選手。

    2注重興趣培養(yǎng),夯實入門基礎(chǔ)

    在學(xué)生入校之初,就宣傳“先實踐、后理論、再實踐”的學(xué)習(xí)方式,鼓勵學(xué)生及早參與競賽培訓(xùn)、體驗實踐創(chuàng)新。通過獲獎學(xué)生經(jīng)驗介紹會等形式,使新生深刻意識到:具有大賽經(jīng)歷的學(xué)生,會帶著大賽中的許多實踐問題學(xué)習(xí)理論課,迅速渡過認知階段,加深對理論知識的理解。因此,并非要課程都學(xué)完才能參加大賽,要提前介入,介入得越早越好[4]20-22。參與培訓(xùn)的學(xué)生以自愿為基礎(chǔ),采用三人組隊形式。組隊時,提倡專業(yè)搭配、學(xué)科交叉,具有電路制作、軟件仿真、單片機編程、機械設(shè)計等專長的學(xué)生合理分工,優(yōu)劣互補。組隊形式從一開始便基本固定下來,經(jīng)過長期的磨合、磋商后,一旦有了賽事,小組成員之間即可默契配合、各司其職,為獲取佳績奠定了基礎(chǔ)。對于剛接觸競賽培訓(xùn)的學(xué)生,組織參觀演示性強的往屆學(xué)生獲獎作品,提高學(xué)生的參與興趣。分別從數(shù)字電路、模擬電路、單片機、DSP及EDA等幾個方面介紹基礎(chǔ)理論知識,然后開設(shè)一些簡單的單元制作項目,具體內(nèi)容包括:信源電路、搶答器、計時器、放大器、傳感器、濾波器等。這些單元電路既是各種通用電路的基礎(chǔ),又都具有趣味性和可欣賞性,可以作為獨立的成果進行展示,從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)電子信息類知識的熱情和自信心,初步體驗電子設(shè)計制作的基本流程,邁出實踐創(chuàng)新的第一步。

    3研究競賽選題,推行層次化訓(xùn)練

    全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽的選題范圍“以電子技術(shù)(包括模擬電路和數(shù)字電路)的應(yīng)用設(shè)計為主,可以涉及單片機、可編程器件及微機(微機主要作開發(fā)用)。題目盡可能考慮到教學(xué)的基本要求,并兼顧新技術(shù)的發(fā)展?！睔v年競賽題目主要分為:(1)無線收/發(fā)信機;(2)數(shù)據(jù)采集、測量、傳輸與控制系統(tǒng);(3)高、低頻信號源;(4)交、直流放大器。細化到實際課程中,則涵蓋模擬電子電路、數(shù)字電子電路、高頻電路、傳感器技術(shù)及應(yīng)用、微機原理、單片機接口技術(shù)、PLD可編程技術(shù)、自動控制原理等多門課程[5-7]131-148,415-420,130-132。根據(jù)大學(xué)生電子設(shè)計競賽的題型和內(nèi)容傾向,針對需要掌握的基本知識、技術(shù)及技能,結(jié)合電子信息類應(yīng)用型人才培養(yǎng)方案要求,開展層次化訓(xùn)練。

    3.1分項訓(xùn)練對于具備一定設(shè)計制作基礎(chǔ)的學(xué)生,根據(jù)模擬電路、數(shù)字電路和單片機電路模塊分別進行分項專題訓(xùn)練。模擬電路部分主要訓(xùn)練項目為:音頻功放(包括音調(diào)、功率放大)、電源(穩(wěn)壓、穩(wěn)流)、程控放大器;數(shù)字電路部分包括:常規(guī)器件實現(xiàn)數(shù)字鐘、方波的展寬與變窄、常規(guī)器件實現(xiàn)的頻率計;單片機電路部分包括:單片機配合A/D轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)數(shù)字電壓表、單片機與D/A轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)的波形發(fā)生器、單片機對電機的控制。

    3.2綜合訓(xùn)練融合基礎(chǔ)層次的多個模塊給出設(shè)計題目和參數(shù)要求,啟發(fā)性地講解設(shè)計要點,使學(xué)生建立起系統(tǒng)的概念并自主設(shè)計、制作作品。

    3.3跨學(xué)科集成訓(xùn)練集中進行涉及自動化、機械、光學(xué)等多方面、跨學(xué)科的綜合訓(xùn)練,包括:直流穩(wěn)壓源、信號發(fā)生器、無線收/發(fā)信機、信號檢測與控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與控制等。指導(dǎo)教師給出參數(shù)要求和大致參考方案,具體的設(shè)計和實施則通過學(xué)生查閱資料、教師答疑和學(xué)生自己的實踐來完成[8]154-156。

    3.4賽前沖刺在開賽前期,參照電子設(shè)計競賽模式,采用模擬試題,要求學(xué)生以2-3人組隊的形式,在設(shè)定的時間限度內(nèi)完成資料查閱、方案選擇、電路制作、程序調(diào)試、問題排查、論文寫作等一系列工作,體驗競賽氛圍和工作模式。同時,邀請有豐富競賽經(jīng)驗的指導(dǎo)教師或企業(yè)工程師開設(shè)專題講座,講評電子制作作品,補充競賽方法和技巧,開拓學(xué)生的知識結(jié)構(gòu),使學(xué)生的實戰(zhàn)能力得到快速提高[9]120-123。為了能更真實地反映出學(xué)生電子設(shè)計制作的實際水平,當(dāng)前在區(qū)級賽和國家級賽中,逐漸加設(shè)了全封閉式的制作類專項競賽。由組委會提供儀器設(shè)備、電路元件、萬能板等硬件設(shè)備,各參賽隊只能攜帶參考書籍和未寫入程序的單片機小系統(tǒng)板入場。參賽隊員需自行查閱資料、設(shè)計電路方案、列出元件清單并領(lǐng)用元件、在萬能板上布設(shè)元件、焊接電路、調(diào)試并測量數(shù)據(jù)。針對這一競賽形式,反饋到賽前培訓(xùn)中,則更需要加強對學(xué)生基礎(chǔ)知識、獨立工作能力和拼搏精神的培養(yǎng)和鍛煉。

    4開展校級競賽,提供練兵舞臺

    學(xué)科競賽是考查學(xué)生基本理論知識和提高解決實際問題能力的重要途徑,同時也是培養(yǎng)學(xué)生實戰(zhàn)經(jīng)驗和良好心理素質(zhì),從而在電子設(shè)計競賽中獲取佳績的重要保障。參照電子競賽的題型設(shè)置和考核方式,結(jié)合學(xué)校電子信息類專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo),定期舉辦多項校級競賽。競賽依托豐富的校企合作資源,多采用企業(yè)提供競賽經(jīng)費或器件設(shè)備的形式,在題目中引入企業(yè)生產(chǎn)的實際問題,使競賽來源于實踐、服務(wù)于實踐?！癟I杯”模擬電子設(shè)計賽、“柯藍杯”電子設(shè)計競賽、ARM嵌入式系統(tǒng)設(shè)計競賽等各類賽事為學(xué)生提供了真刀真槍比能力的練兵平臺,同時極大地豐富了校園科技文化的內(nèi)容,營造出濃厚的創(chuàng)新實踐學(xué)習(xí)氛圍。在競賽種類的安排上,貫徹“高低年級并行、基礎(chǔ)與提高并重”的方針,注意涵蓋各年級學(xué)生的需求。針對低年級學(xué)生,定期舉辦實驗儀器操作技能大賽,鼓勵學(xué)生熟練掌握儀器設(shè)備使用、數(shù)據(jù)讀取及常見故障處理技能,為之后的電子設(shè)計制作訓(xùn)練奠定堅實的基礎(chǔ)。

篇(7)

第一屆全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽于1994年在北京、四川和陜西3個省市開展試點;1995年在9個省市開展了第二屆競賽活動,全國有60多個代表隊參賽;到1997年,第三屆競賽活動已擴大到18個省市,有200多所高校1000多個代表隊參賽。原國家教委高教司決定,以后每兩年競賽一次。這說明電子設(shè)計競賽越來越被全國高等院校和有關(guān)部門重視。電子設(shè)計競賽是全國范圍的一種內(nèi)容全面、要求較高的綜合能力考試,既考理論知識,又考設(shè)計、安裝、調(diào)試、相互協(xié)作、論文撰寫等多方面的能力。現(xiàn)將前三屆競賽試題作一分析。第一屆競賽有2個題目,第二、三屆競賽各有4個題目,大致可歸納為6類:(1)電源類。如簡易數(shù)控直流電源,直流穩(wěn)定電源。除此之外,其他題目所需電源也要自己設(shè)計;(2)信號源類。如實用信號源的制作;(3)測控類。如多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),水溫控制系統(tǒng);(4)儀器儀表類。如簡易電阻、電容和電感測試儀,簡易數(shù)字頻率計;(5)放大器類。如實用低頻功率放大器;(6)無線電類。如簡易無線電遙控系統(tǒng),調(diào)幅廣播收音機。分析以上試題有下列特點:(1)試題涉及的課程多。包括模擬電子電路、數(shù)字電子電路、高頻電子電路、功率電子技術(shù)、微機原理、單片機接口技術(shù)、PLD在系統(tǒng)編程技術(shù)、電工電子測量、自控原理;(2)綜合性強。每個題目必須依靠多學(xué)科知識才能解決問題,僅有理論水平是不夠的,還應(yīng)具有較強的設(shè)計能力、實驗技能、計算機應(yīng)用能力以及隊員之間的協(xié)作能力等;(3)實用性強。上述題目都是工業(yè)、科研、實驗室等方面經(jīng)常用到的電路或儀器。

二、電子類課程存在的問題

通過分析以上試題,發(fā)現(xiàn)電子類課程目前存在著如下問題:(1)教學(xué)內(nèi)容與科技發(fā)展不相適應(yīng)。電子技術(shù)是發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的一門技術(shù),而我們目前的教學(xué)內(nèi)容與當(dāng)今迅速發(fā)展的電子技術(shù)有較大差距,正像有些畢業(yè)生所說:“學(xué)的用不上,有用的沒有學(xué)”;(2)教學(xué)方法與能力培養(yǎng)要求不相適應(yīng)。主要體現(xiàn)在我們的教學(xué)方式仍然是以知識傳播為主,以教師講為中心,學(xué)生的內(nèi)在動力沒有充分發(fā)揮出來,不利于學(xué)生能力的培養(yǎng);(3)理論與實際不相適應(yīng)。所講內(nèi)容與現(xiàn)場應(yīng)用中的實際問題有一定距離,不利于調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性;(4)考核方法與素質(zhì)提高不相適應(yīng)。目前我們實行的考試方法仍然是以書本知識為主,以閉卷筆試為主,注重死記硬背,不利于提高學(xué)生素質(zhì)。

三、培養(yǎng)大學(xué)生電子設(shè)計能力的幾點措施

1.更新教學(xué)內(nèi)容,重構(gòu)課程體系

盡管電子技術(shù)的發(fā)展日新月異,新的器件層出不窮,但電子技術(shù)課的基礎(chǔ)地位不能動搖。因此,模擬和數(shù)字電路中的放大、振蕩、反饋、頻率特性、邏輯函數(shù)、組合邏輯電路的設(shè)計、時序邏輯電路的設(shè)計等基礎(chǔ)內(nèi)容不能削弱。在此基礎(chǔ)上要更新教學(xué)內(nèi)容,著重分析由功能單元構(gòu)成的通用集成電路(如集成運放、集成功放、集成A/D、D/A變換器等)和計算機應(yīng)用集成電路(RAM、EPROM等),同時還要加強ASIC教學(xué)內(nèi)容(如PLD、FPGA等)。電子技術(shù)基礎(chǔ)是工程設(shè)計性很強的課程,在教學(xué)改革中必須用系統(tǒng)的觀念重構(gòu)課程體系,建議將模擬和數(shù)字電路學(xué)完后,再開一門“現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計”。

2.加強EDA教學(xué),提高大學(xué)生電子設(shè)計自動化水平

國際電子技術(shù)的發(fā)展動態(tài)顯示出,ASIC與EDA是電子器件與電子設(shè)計發(fā)展的技術(shù)潮流。ASIC的開發(fā)必須借助于EDA工具,因此掌握EDA技術(shù)是對當(dāng)今電子工程師的最基本要求。目前,美國等西方發(fā)達國家,全部都開展了EDA教學(xué),其大學(xué)生在校期間就能用EDA技術(shù)開發(fā)出先進的電子產(chǎn)品。而我國在EDA教學(xué)方面還比較落后,只有一些重點院校才剛剛起步,多數(shù)院校還沒有將EDA納入教學(xué)中。從參加全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽的獲獎作品看,凡利用了EDA技術(shù)用ASIC芯片實現(xiàn)的題目,均做得比較完善,關(guān)鍵是它大大節(jié)省了設(shè)計時間。因此,必須盡快建立EDA實驗室,積極開展EDA教學(xué),提高大學(xué)生電子設(shè)計自動化水平。

3.改變教學(xué)方法,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的動力

我們在培訓(xùn)參加電子設(shè)計競賽隊員的過程中受到很大的啟發(fā),盡管培訓(xùn)時間短,但收效很大,關(guān)鍵是有一種非常強的學(xué)習(xí)動力在支持著他們,他們是在興趣中學(xué)習(xí),主動性和積極性得到了很好的發(fā)揮。同時,這一經(jīng)驗也給我們提出了一個新的問題,在我們平時的教學(xué)過程中,學(xué)生有沒有動力?他們學(xué)習(xí)的主動性、積極性是否完全發(fā)揮出來了呢?這是值得深思的問題。在當(dāng)今教學(xué)改革的大潮中,應(yīng)大膽改革教學(xué)方法和教學(xué)手段,給學(xué)生確立一個明確目標(biāo),通過該課程的學(xué)習(xí),讓學(xué)生達到什么標(biāo)準(zhǔn)、完成什么任務(wù),然后,圍繞該目標(biāo),采取多方位的教學(xué)模式,啟發(fā)學(xué)生動腦設(shè)計、動手制作,最終達到該目標(biāo)。目前應(yīng)特別注意學(xué)生對計算機、因特網(wǎng)感興趣這一特點,充分利用現(xiàn)代化的教學(xué)資源(校園網(wǎng)絡(luò)、計算機、多媒體教室),開發(fā)一些學(xué)生感興趣的課件,最大限度地激發(fā)他們學(xué)習(xí)的動力。

4.加強實踐環(huán)節(jié),使理論能夠聯(lián)系實際

電子技術(shù)課程的特點是實踐性強,因此,必須加強這一環(huán)節(jié),使他們學(xué)以致用,理論聯(lián)系實際。加強實踐環(huán)節(jié)可以采取多種方式,應(yīng)根據(jù)本校特點確定自己的最佳模式。我們目前采取了如下幾種形式:①課內(nèi)實驗。一般占課程總學(xué)時的1/4~1/3;②課外實驗。我們研制了180套微型數(shù)字電路實驗箱,給每個學(xué)生發(fā)一臺,讓他們帶回宿舍,自己隨時都可以做;③虛擬實驗。由于經(jīng)費緊張,器件品種和數(shù)量少等現(xiàn)實問題,有些不能實現(xiàn)的復(fù)雜實驗,可以利用EWB、Pspice等軟件進行仿真實驗;④課程設(shè)計;⑤實習(xí)基地;⑥開設(shè)以實驗為主的“電子系統(tǒng)工程設(shè)計”選修課;⑦優(yōu)異生參加老師的科研活動。