时间：2022-07-04 11:40:08
导语：在电子系统设计论文的撰写旅程中，学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径，好期刊汇集了九篇优秀范文，愿这些内容能够启发您的创作灵感，引领您探索更多的创作可能。
关键词：电子文档控制方案管理
引言
随着计算机网络的飞速发展，计算机已经成为企事业单位日常办公不可或缺的重要工具，大量的文本文件、图形文件、表格文件、影像文件等电子文档信息不仅包括企业秘密，更有甚者还包括国家秘密在网络上共享和传播，为工作提供了极大地便利，同时也增加了重要信息泄密的风险。在信息安全面临严峻挑战的形势下，电子文档安全工作应当引起越来越多的重视。
1.电子文档存在的安全隐患和风险
电子文档是指人们在社会活动中形成的，以计算机盘片、磁盘和光盘等化学磁性材料为载体的文字材料。主要依赖计算机系统存取并可在通信网络上传输。它看得见，摸不着，在一般管理模式下，通常依赖保密管理制度强制实施，辅以人工监管手段来达到防护电子文档的安全，但这给日常工作带来了诸多的不便和风险。它的易传播、易扩散性也成为了企业管理的安全隐患。主要表现在以下几个方面：
（1）共享在局域网上的文件夹及文件没有加密措施；
（2）分散的输出方式不利于安全管理；
（3）复印、打印设备使用权限难以控制；
（4）打印审批存在效率低、难以记录的问题；
（5）涉密文件的生命周期安全管理严重依赖于人工；
（7）终端用户的日常操作和网络行为没有监控和审计管理，难以形成全面、细致的日志审计和统计报表输出。
（8） 恶意文件/病毒通过U盘、光盘、网络轻易进入系统，导致文档数据丢失。
1.1此外，还有内部人员有意或无意地泄密。
随着全球信息化时代的来临，计算机泄密行为呈上升趋势。一个恶意的泄密事件往往会给企业造成难以估量的后果：轻则需要投入巨额资金进行补救，重则将会使一个企业置之死地。权威数据显示，几乎所有的中国企业对电子文档都没有任何防护措施，企业对于信息有保护措施的不到3%。一些机密性的资料，电子文档轻易就可以通过电子邮件和移动硬盘泄密到网络外部。全球最具权威的IT研究与顾问咨询公司Gartner调查显示：有超过85%的安全威胁来自组织内部，而内部网络各种安全漏洞造成的损失中，30% - 40% 是由电子文件的泄露造成的，而在 Fortune（财富杂志）排名前1000家的公司中，每次电子文件泄露所造成的损失平均是50万美元。
2.电子文档安全有效控制方案
为了更有效防止电子文档的泄密，就需要一套合理有效的电子文档安全管理方案，保障最核心的电子文档的安全。
2.1以授权管理作控制
通过技术手段对文档的查看、下载、打印、修改、删除等权限进行控制，严防泄密，提高保密安全管理水平，变分散、无序的设备输出管理为集中而有序的监控管理。设备使用、用户权限可控，避免非授权使用设备，用户权限可管理。对使用者进行权限设定，来控制其是否有复印、打印、彩色输出等权限，并且还可通过设定配额以控制输出；使用者可通过身份认证进行文件输出；打印机、复印机等输出设备平时处于锁定状态，非授权人员无法使用复印及打印功能。
2.2以数据文档安全为核心
对指定进程和特定文档其创建，编辑，保存自动加密，非授权用户无法明文打开特定文档；打印输出采取闭环管理，文件需要先进行审批，审批通过后，通过身份认证，自动嵌入条码打印输出，通过条码进行自动化快速文件回收，全面记录文件打印、审批、回收等全周期信息，确保打印出的即为经过审批的，且打印内容与审批内容一致，打印者即为得到打印输出文件的第一人；做到安全打印，避免文件丢失、敏感信息泄露，确保打印内容与审批内容一致，避免误操作，减少浪费，自动负载均衡，减少排队。
2.3以监控审计作追查
特定管理人员可查看打印复印日志，可以全程追溯文件生存的全生命周期；通过柱形图饼状图等方式，直观的显示任一时间段内,输出设备的使用负荷、部门输出、个人输出情况。全面而详尽的电子化日志记录，变纸质人工登记为自动电子化日志记录，且信息更为全面，便于日后审计和追溯。
3.电子文档安全系统功能及技术阐述
电子文档安全管理系统是根据电子文档安全有效控制方案详细设计出的一套管理系统，主要应包括以下功能：
3.1安全认证：采用口令加USBKEY等方式通过管理控制台对登录系统进行进行身份认证控制，不同的身份在服务器上有不同的存储区。通过此管理方式，可满足一人一台、一人多台及多人一台使用电脑的实际情况。
3.2文档管理：采用文档标密和定密的方式，对文档起草、批准、审批和审核全生命周期进行控制。对不同性质的部门、用户和用户组制定不同的权限策略，文档创建时按策略标记文档权限属性，属性包括创建者、可使用的部门和用户列表。
3.3安全存储：提供网络硬盘功能，对加密的电子文档上传服务器进行集中存储，进而实现对本地涉密电子文档的备份。只有数据拥有者能查看和使用，即使其它合法用户也不能查看和使用他人的数据。
3.4人员管理：对系统中所有用户按照人员岗位职责及涉密范围进行统一的密级管理。采用人员定密的方式对用户的密级分为绝密、机密、秘密、非密四种。针对不同密级用户，可配置强制加密策略，在文件交换时，文件不能由高密级用户传到低密级用户。
3.5文档流转：根据人员密级和文档的密级，严格控制文档流转过程，防止合法用户对文档进行非法操作。文件对内部或外部协同流转时，需提交文档审核申请修改文件权限，审核的文件副本和操作记录日志，保障内部文档安全顺畅流转；外部发送文档的安全协同。
3.6文档输出打印：电子文档打印输出需要通过部门或上级领导的审核通过后，才能将电子文档进行刻录或U盘导出，导出形式可以根据保密需要进行加密处理。对电子文件打印输出执行严格的打印申请、审批流转，对涉密文件输出纸张采用数字水印技术，自动嵌入条码打印输出，用户刷卡输出，严格执行安全保密管理规章制度对于打印管理的要求。
3.7安全管理与审计：根据安全保密管理规章制度设置系统提供系统管理员、安全保密管理元和安全审计员三员，不同管理员的权限设置应相互独立、相互制约，确保系统满足“三权分立”原则，各行其职，各尽其责。系统管理员单独查看某 个文件的操作历史，安全保密管理员查看整个文件夹的操作历史，安全审计员查看整个系统所有用户的操作历史。
3.8病毒扫描防护：实现病毒扫描引擎，上传文件，均会进行病毒扫描，如果发现病毒，会通知管理员进行处理。
总之，做文档安全的目的是为涉密电子文档的管理提供一套有效的管理办法，防止内部重要电子文档被泄密，实现了对电子文档全生命周期的安全管理。
结束语：
本科生综合素质培养项目是我校为促进学生文理兼修、知行并举、全面发展、提升素养和能力而开设的一类新型选修课程，主要包括职业素质、特长培养和创新实践等三类课程。其中，创新实践类综合素质项目因其鲜明的实践特性和能力培养要求，其教学涉及理论拓展、实践锻炼、教学组织模式以及指导方法等多个方 [本文由wWw. dYLw.neT提供，第 一论 文 网专业写作教育教学论文和毕业论文以及服务，欢迎光临DyLw.neT]面，如何发挥课程特点，提高教学质量，是项目实施过程中的一个核心问题。本文以“电子设计”教学为例，研究、探索创新实践类综合素质项目的教学组织模式和指导方法，总结提出了若干可行的创新思路。
“电子设计”综合素质项目面向具有电子设计兴趣爱好的二年级以上学生开展，本着“实践、协作、创新”的教学理念，以工程实践能力、团队协作精神和创新设计能力培养为目标，以营造电子设计文化、介绍电子设计方法、组织分类专题实践、开展电子系统设计课题、指导学生参加相关竞赛为主要内容。该课程是非常典型的创新实践类综合素质项目，项目实施以来，因地制宜，因材施教，不断改进完善，实施效果良好，受到了学生的欢迎。
1 教学组织模式
创新实践类综合素质项目一般是依托某一专业方向的外延型综合实践设计课，它不是学生所学专业的必修内容，但与已学课程或正在学习的课程相关，为那些有相关兴趣爱好的学生提供了一个实践锻炼的机会和环境，通过老师的指导和自身的努力，可以逐步提升学生的工程实践能力和综合素质，包括创新意识和协作精神。从教学的组织实施方面来说，应立足于激发选修学生的学习和实践兴趣，推动学生的自主学习，发挥学生的自主性、积极性。以“电子设计”为例，由于选修学生专业、年级各异、个人能力不同，应注重因材施教，以鼓励个人潜能发挥，不断提高其创新设计能力;实行高低年级协作编组、实施开放式教学，则利于培养学生的协作精神。据此，在教学实践中，我们采取的教学组织模式主要有以下三点。
1.1 动态教学方案、多套实施计划
为鼓励学生的兴趣，满足实践需求，项目允许本科二年级以上学生选报选修，因此，选修学生的专业覆盖面广、理论基础跨度大、实践能力差别明显。基于这一现状，我们在不同学期采用不同的教学实施方案，相应设计至少三套教学实施计划并根据实际情况进行动态调整。
秋季学期实施方案：因部分学生刚开始学习电类基础课，部分学生则具备了一定的电子设计能力，因此本期以模块化设计训练和基础能力培养为主，分阶段组织学生互助自学，最终实现功能模块设计或小型电子系统设计。按照这一方案，针对选修学生情况，具体采用基础能力培养和小型系统设计两套教学实施计划，并兼顾自学和协作能力培养。
春季学期实施方案：本学期选修学生均具有一定的电路基础知识，因此主要实行春季学期教学计划，开始即以某个课题方向为牵引，直接进入专题实践训练，每个设计小组选定一个感兴趣的专题（方向），由简到难，逐步深入，一以贯之，不断完善和创新自己的设计。
项目鼓励跨学期选报选修，对于连续选修的学生，充分考虑其实践、提高的需求，实行动态的教学方案和实施计划。
1.2 科学编组，协作实践
根据综合实践类课程特点及综合素质项目教学需要，为了培养学生的自主学习能力以及协作精神，除了基本能力培养阶段以外，项目主要以分组模式进行，并有小分组和大分组两种模式。 小分组：在功能模块、拓展设计以及小型电子系统设计阶段，采用两人编组的协作模式，并以高、低年级学生混合编组。这种模式主要在秋季学期实施。
大分组：在以系统功能划分专题的电子系统设计阶段，全程采用三人一组的协作模式，小组内成员分工负责、积极协作，共同完成专题项目。这种模式主要在春季学期实施。
1.3 统筹课内外时间，实施开放式教学
根据项目的实践特色，在教学过程中实行开放式教学。教师充分利用综合素质项目课堂时间，进行课题规划，讲座辅导，指导学生课内实践等工作。根据项目需要，学生还必须积极利用课外时间和开放实验室条件，由学生骨干负责，进行自主管理、自主实践。为了便于开放式教学，在完善整体实施方案的同时，我们进一步确立了骨干职责、自主学习规范、检查要求、考核办法、辅导和资助细则等。
2 教学指导方法
上述教学组织模式，激发了学生的兴趣，调动了实践积极性，增强了学生的自主学习、自主管理以及协作攻关的能力，同时充分发挥了每一名学生的潜力，为其实践能力和综合素质的提高创造了最佳氛围和最优环境。在具体的教学指导方法上，则应根据具体项目课程的特点，研究探索怎样才能在教学中更好地提高学生的能力和素质。“电子设计”综合素质项目具有典型的代表性，下面以之为例，提出几点经实践检验效果良好的教学指导方法。
2.1 教师指导、学生骨干协助
创新实践类项目一般限制最多30人的选修规模，由于其设计性和实践性特点，如果要求指导组教师对每一名学生进行细致入微地指导，难度较大，也不符合项目培养的基本要求，因此，我们倡导和鼓励更多的学生骨干参与到项目教学和指导中，并鼓励相关学科研究生，特别是在相关赛事中获奖的研究生参与项目讲座。
教师每学期从连续选修的学生中指定至少两名学生骨干。项目实施中，教师主要进行专题讲座、选题引导、过程指导、答疑解惑、考核评优和指导参赛①等。学生骨干在做好课外实践管理的同时，根据自身参与课题情况，协助教师对低年级学生进行指导。
2.2 分类实践、专题引导
本文1.1节提到，不同学期采用不同的教学方案和实施计划，在具体教学内容和指导方法上，则概括为“分类实践、专题引导”。“专题引导”是指项目实施和指导过程中，用于引导学生学习实践、贯穿始终的电子设计专题方向。根据所在学期和选修学生理论和实践基础，实行不同的项目专题分类设计，概括为“分类实践”。
第一学期，首先进行基本功训练，②然后以模块化功能电路设计为专题，如EDA及PCB设计、单片机入门设计、电源模块设计、放大器模块设计、测量 模块设计等。完成基本模块电路设计以后，即按照小分组模式，对基本模块电路进行拓展设计，并可进一步延伸到小型电子系统设计。
第二学期，以电子系统功能进行专题分类，以大分组模式指导学生开展电源及功率电路设计类、信号发生器类、仪器仪表类、通信类、控制类等专题方向的项目设计，每年基于实验室条件和电子技术发展动态，进行项目选题更新优化。
根据选修学生的具体情况，上述基于分类专题实践的指导方法，可以结合春、秋学期教学实施方案进行相应调整和优化。
2.3 循序渐进，不断完善创新
从实践教学的特点和能力培养的规律出发，项目指导始终遵循“循序渐进、由简到难、不断完善创新”的方法思路。在“电子设计”教学中，从电子技术实践技能等基本功训练开始，从基本电路模块设计到小分组 [本文由wWw. dYLw.neT提供，第 一论 文 网专业写作教育教学论文和毕业论文以及服务，欢迎光临DyLw.neT]阶段的模块电路拓展设计，从小型电子系统设计到大分组的专题设计，从方案设计到软硬件设计，到系统测试联调，再到系统功能优化，整个过程，由简到难，层层递进，从而使学生循序渐进，步步深入，实践能力不断提高，创新设计能力和团队协作精神不断增强。
3 结论
本文以“电子设计”教学为例，对创新实践类本科生综合素质项目教学进行了研究和探索，总结提出了动态方案、协作编组、教师主导、骨干协助、分类实践、专题引导、循序渐进、自主开放的教学模式与方法，并在教学实践中取得了良好的教学效果和优异的教学成果。
基金项目：信息工程大学2014年教学建设项目（2014117）
论文关键词：EDA，实验系统，模块
1 引言
随着电子技术的发展及电子系统设计周期缩短的要求，EDA技术得到迅猛发展。
EDA是ElectronicDesign Automation(电子设计自动化)的缩写。EDA技术，就是以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式，以计算机、大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计开发工具，通过使用有关的开发软件，自动完成电子系统设计的逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化、逻辑布局布线、逻辑仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射、编程下载等工作，最终形成集成电子系统或专用集成芯片的一门新技术[1]。
目前，几乎所有高校的电类专业都开设了EDA课程，为加强教学效果，通常都使用专门的EDA实验箱来辅助教学，但是实验箱采用了一体化结构，所有的电路和器件都在一块电路板上，在功能上难以根据需要进行扩展，不利于学生的创新设计，复杂系统难以实现；实验箱体积较大，不便携带；EDA 实验箱、单片机实验箱、DSP实验箱、ARM实验箱中很多功能模块的硬件电路是相同的，但不同实验箱上相同模块不能共享，存在资源浪费。由于实验箱的上述缺点，很多高校都纷纷开始设计开发自己的实验系统模块，提高实验箱的利用率，提高学生的工程创新能力[2][3]。
2 EDA实验系统开发的特点
EDA实验系统的开发具有以下特点：
（1）实验内容由单一性向综合性发展
早期开发的EDA实验系统主要是学生用来学习EDA课程、下载程序、进行仿真的工具；使用实验系统是老师用来培养学生设计数字电路的能力、帮助学生学习和掌握开发语言的手段。因此EDA实验系统仅在电子类专业的EDA课程中使用，系统所提供的实验内容仅限于简单的数字电路设计，包括计数器、编码译码器的设计、数码管的显示等。随着EDA技术的发展，电信、通信等专业纷纷引入EDA实验系统，在“通信原理”等课程的实验教学中被广泛应用于实践[4]，实验内容也从单一的基本数字电路的设计发展到集EDA技术实验、单片机实验、DSP实验等为一体的综合性的实验平台[5]。因此，EDA实验平台逐渐面向电子信息类相关专业的学生进行课程的学习，课外竞技活动，电子类设计比赛，并逐渐用于教师进行科研。
（2）系统结构从一体化向模块化发展
早起开发的EDA实验系统在结构上采用一体化的实验箱设计，所有的电路和器件都在一块电路板上[6]。这样，系统的使用虽然可以帮助学生掌握软件的应用，但也使学生对硬件电路不了解；另外，系统在功能上难以根据需要进行扩展，不利于学生进行创新设计，复杂的系统则难以实现。因此在后来的EDA实验系统的开发上，大都都采用了模块化的结构[7][8]，即FPGA、单片机等做在一块核心板上，其IO口以插针形式引出，以方便和外围电路的连接；外围电路则以模块的形式单独做在不同的电路板上，比如数码管显示模块、按键模块、LED显示模块等；根据不同的实验摘要的模块搭建自己设计的电路，从而提高学习兴趣，增强实验教学的效果；此外，模块化的设计还方便老师对学生设计的重复实现，有利于教学水平的提高杂志铺。
（3）核心芯片由单一化向丰富化发展
早期开发的EDA实验系统由于仅用于EDA课程的学习，其核心芯片大都为Altera公司的FPGA等可编程逻辑器件，开发语言环境主要为界面友好、操作简便的Maxplus Ⅱ和Quartus Ⅱ。随着EDA技术向不同学科不同专业的渗透，核心芯片逐渐发展为FPGA、单片机和DSP器件的综合使用，开发语言也逐渐开始使用C语言或汇编语言等。这样，实验系统能提供的实验内容和规模均有所增加，除了基本的数字电路设计实验模块以外，还可以增设调制解调模块、帧同步模块、信号波形产生模块等，扩大了实验系统的使用率，使实验设备向大型化、先进化发展。
（4）使学生的学习由被动向主动发展
电子技术的发展日新月异，早期的实验平台由于其电路设计的封闭性，实验内容只停留在验证实验上，很难加入自己设计的外围电路。而模块化数字电路开放实验平台由于其接口电路的开放性，有能力的学生可以自行设计外围电路达到提高的目的，对于成功的设计还可以加到以后的实验教学中，成为具有自主知识产权的模块。
另外，由于整合了单片机、DSP等芯片的功能模块，实验内容得到很大扩展，学生在实验过程中可以拓宽知识面，主动去学习了解实验所需要的知识，学习的主动性得到很大的提高，并且，由于实验由简单的验证实验向综合的大型设计过渡，学生在实验过程中更容易理解数字电路设计中硬件的概念以及工程的概念。
学生在设计实验时，可能会用到一些实验系统没有开发出的模块，这时，学生需要自己设计该电路模块的电路图以及制作PCB板，直至实际制作出该功能模块。这样，学生除了掌握编程、还需要去学习怎样设计并制作电路板、学习该模块与核心板的接口电路设计等相关知识，因此，在实验过程中，学生的积极性和主动性得到提高。同时，由于实验的规模逐渐增加，同学之间需要团结合作才能共同完成一个实验，因此也锻炼了同学之间的团结合作精神。
3 结论
一个好的EDA实验平台，能培养学生开拓创新精神和团结协作精神、很强的实践操作能力、工程设计能力、综合应用能力、科学研究能力以及独立分析问题和解决问题的能力。我国高校现阶段所研制开发的EDA综合实验平台，能有效整合和优化多个电子类实验课程的功能，为单片机和 EDA技术等课程提供了综合实验平台，为高校培养创新性人才提供良好的实验条件和氛围。随着电子技术的发展以及EDA技术的不断深入发展，EDA实验平台的开发也将会日益完善：大规模可编程器件将被使用；实验系统将向体积小、功耗小的便携式嵌入式系统发展。
参考文献：
[1]廖超平,等著.EDA技术与VHDL实用教程[M]. 北京: 高等教育出版社, 2007:1
[2]刘延飞,等著.开发EDA综合实验平台，提高学生工程创新能力[J]. 实验室研究与探索, 2009,26(8):63-64.
[3]范胜利.一种基于模块的EDA教学实验系统[J]. 读与写杂志, 2009,6(11):102
[4]韩伟忠著.EDA,DSP技术与通信实验装置的总体设计[J]. 金陵职业大学学报, 2002,17(1),52-54
[5]孙旭,等著.单片机、DSP、EDA的综合实验系统的设计[J]. 实验科学与技术, 2008, 6(6): 55-57
[6]雷雪梅,等著.EDA教学实验箱的设计[J]. 内蒙古大学学报(自然科学版), 2004, 35(3): 344-347
[6]刘建成,等著.EDA实验系统的设计与实现[J]. 实验室研究与探索, 2009, 28(1): 86-88
[6]史晓东,等著.数字系统EDA实验平台的应用及发展[J]. 实验室研究与探索, 2005, 24: 78-81
关键词：PCB; 电子线路CAD; 改革; 有效性; 可行性
中图分类号：G642 文献标识码：A文章编号：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
随着大规模集成电路技术的发展和应用，电子系统的复杂性越来越高，传统的手工设计已不满足现代电子系统设计要求。这对电子系统设计人员提出了新的挑战，以计算机为基础，利用性能强大的软件开发工具进行电子线路设计的电子线路CAD（Computer Aided Design，计算机辅助设计）技术成为硬件电子工程师必需掌握的技能。这大大增加了《电子线路CAD》课程在电子专业学生能力培养中的重要性。因而，根据课程的特点和实际应用的需要，进行深入的教学研究和有效的教学改革具有非常重要意义。
目前，大量的教育工作者对《电子线路CAD》的教学内容、教学方式和考核形式进行了改革：根据美国著名儿童教育家、伊利诺易大学教授凯兹博士和加拿大儿童教育家、阿尔伯特大学教授查德博士共同创立的一种以学生为本的“项目式教学法”，国内进行了“《电子线路CAD》项目式教学法”探索和改革 [1-2]。从调动学生学习积极性的角度，进行关于“任务驱动法在《电子线路CAD》教学中的应用”的改革[3]， 针对Protel软件的使用，进行了“电子线路CAD―PROTEL课堂教学方法探析”[4]。同时，从学内容设计、教学方法的选用等方面进行分析，以培养学生标准意识、规范意识及质量意识为目的，进行了“电子线路CAD课程的教学探讨”[5-7]。这些改革对促进学生掌握CAD工具（如Protel、Multisim、Orcad等）的基本操作和使用起到很大的帮助，但由于《电子线路CAD》是一门综合性、实践性和创造性都很强的课程。它即不同于的计算机语言类课程（如C语言），只需要熟悉某个计算机语言的语法和基本操应用，又不同于电路基础知识类课程（如模拟电子线路），只需要掌握某个领域内知识。它需要用户以电子线路的相关理论知识为支撑，去操作对应的工具软件，完成一个电子系统的原理图绘制、PCB（Printed Circuit Board, 印刷电路板）设计和结果仿真。除了有工具软件本身操作需要学习的内容外，更重要的还需要有相关PCB电路设计的知识做支撑，比如信号完整性分析、电磁兼容、阻抗匹配、时延匹配等。同样的原理图，工作低频段和工作在高频段的PCB 图设计是有所不同的。现有改革方法侧重于工具软件的教学，忽略了教会学生与PCB设计有关的知识，导致学生在学习以后虽然会设计出原理图，但不能设计出能到达实际工作要求的PCB图。本文从实际需要的角度出发，根据大学生课余时间灵活性强的特点，以课内和课外结合、兴趣和专业结合、理论与实践结合为原则，充分发挥学生的积极主动性，从教学内容、教学方式和考核方式上全面考虑，对《电子线路CAD》教学提出了一种新的改革方法，并以全国大学生电子设计竞赛为实践验证平台，证明了该方法的有效性和可行性。
1 以满足实际需要为原则，结合人才培养目标和培养计划，完善教学内容
开设《电子线路CAD》课程的目的是培养学生硬件电路设计和制作的能力，硬件设计能力包括设计原理图的能力和设计PCB电路的能力。具备设计原理图的能力需要熟悉电子线路CAD工具的操作并掌握模拟电路、数字电路、单片机、高频电路等电路理论知识；具备设计PCB电路的能力需要熟悉电子线路CAD工具的操作并掌握高速电路板设计、信号完整性分析、电磁兼容和PCB制作工艺等工程知识。这是因为电路可分为低速电路和高速电路。低频信号和部分中频信号（一般在30MHz以下）是用“路”的理论进行分析和设计的，即信号间的传递需要通路是导线。高频信号和部分中频信号，需要用“场”的理论进行设计，即信号可以无线传输，必须考虑连线间的串扰和信号传输过程中的反射等因素，如收音机和手机电路等。电路原理图的作用是表述其工作部件的连接关系和工作原理的示意图，并不涉及与实际工作有关的硬件制作问题，因此，在用CAD工具设计原理图的时候，无论高频系统还是低频电路，都可以不加区别地选用标准器件符号进行绘制。但PCB电路是实际电子元件的连接载体，设计过程中必须考虑信号频率、阻抗匹配、时延匹配等参数的影响才能满足实际工作的需要。因此，在应用CAD工具进行PCB设计的过程中，除了熟悉工具软件的操作外，还需要应用高速电路板设计、信号完整性分析、电磁兼容、PCB设计工艺等知识为理论指导进行正确的设计。
《电子线路CAD》课程通常在本科或高职、高专阶段开设，在学时有限的情况下，要保证基础课程的完整性，只能开设完与原理图设计有关的课程，而不能全面开设与PCB设计相关的课程。部分课程（如电磁兼容、信号完整性分析等）往往在研究生阶段纳入培养计划，但很多本专科学生毕业后需要从事PCB设计方面的工作。因此，需要对教学内容进行改革，让学生学习后能满足实际工作的需求。具体改革内容如下：
1.1 让学生了解现有电子线路CAD工具的发展情况
目前电子线路CAD工具软件繁多，在硬件设计方面，有简单易学但功能相对较小的Protel、Orcad、Pispice等，有功能强大，学习相对较难的ADS、Power PCB、CADENCE等，不同的电子公司根据开发产品的实际需求情况，要求员工使用对应的软件。学生应该熟悉其中一到两种，并了解其它软件功能和特点，否则在应聘过程中可能会不满足企业需要而失败。因此在教学过程中应给学生介绍工具软件的发展情况，并通过参考资料的方式提供相关教程的电子文档或学习网站网址，传授学生学习方法。
1.2 补充高速PCB设计的相关知识
随着大规模集成电路技术的发展，电路系统体积越来越小，工作频率越来越高，给硬件设计人员带来了新的挑战。因此需要给学生补充高速电路板PCB设计的相关知识，如高速电路板设计、电磁兼容理论和信号完整性分析等。
1.3 增加多层PCB设计的知识
目前，大多本科教学主要让学生进行单面板和双层板的设计。由于集成电路引脚越来越密集，封装体积越来越小，大部分电子系统都要求用多层电路板进行设计，所以在教学中让学生掌握多层电路板设计的知识非常重要。在高速数字电路设计 中，电源与地层应尽量靠在一起为了减少层间信号的电磁干扰，相邻布线层的信号线走向应取垂直方向。信号布线层数由网络密度，平均管脚密度等基本参数。可以参考如表1所示的经验数据。
1.4 增加元件布局的理论
元件的布局好坏直接影响工作性能，好的布局除了保证电路性能稳定外，还能降低步线难度。电子线路CAD教程中一般只介绍如何操作CAD工具进行布局，如器件旋转、移动等，但缺少介绍布局的理论依据，从而让学生学习后不知道什么样的布局才满足最佳性能要求。为了让学生在布局过程中能有的放矢，应该给学生补充以下知识：
A.遵照“先难后易先大后小，”的布置原则，即核心元器件、重要的单元电路应当优先布局．
B.布局应尽量满足高电压与低电压、大电流与小电流信号完全分开，高频信号与低频信 号分开，模拟信号与数字信号分开总的连线尽可能短，关键信号线最短。
C.根据原理框图，按主信号流向规律安排主要元器件。
D.相同结构电路部分，采用“对称式”结构布局；
1.5 让学生掌握PCB布线的规约
电子线路CAD教程一般以某个软件工具为重点，在布线方面注重教会学生如何把元件间的连线布通，忽略了保证线路能正常工作的理论介绍。表2给出了常见的布线规约及易犯的错误。其它还有3W法则、走线的谐振规则、走线长度最短规则等。在教学中及时根据学生在实际设计中存在的问题，给予指正。
1.6 增加培养学生思考能力的教学内容
在实践过程项目中有针对性地设置故障问题，让学生思考和解决，培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，加强学生动手能力的强化。
2 根据教学内容和学生实际情况，改革教学方法
在规定的学时内，补充与PCB设计有关的教学内容，如果按照传统的教学方法全面讲解，是不可能完成的。甚至因为讲解东西太多，让学生难以接受而影响教学效果。所以，必须改革教学方法，才能达到理想的教学效果。改革的思路是：根据学生课余时间较多的特点，而且有一定自学能力的特点，充分利用开放的实验资源，利用互联网建立教师和学生之间互动的桥梁，发挥学生的积极主动性，让学生兴趣与专业结合，理论与实践结合，课内与课外结合，通过实践训练和理论指导提高其硬件设计能力。具体的措施是：
A.明确学习目的，让学生有具体的学习目标。介绍目前企业对电子线路CAD方面人才的需求情况，提高学生的兴趣，给学生树立明确的目标，让学生有的放矢地进行学习。
B.给学生提供课外学习资料，并教会学生如何利用学校的数据库资源和网络资源，收集相关学校资料，如利用超星图书资源，教会学生查阅和收集资料的能力。
C.给学生介绍学习方法，该自学的让学生在课余时间自学，该讲解的进行讲解，该通过上机和实验进行学习的就让学生通过开放实验进行学习。
D.建立网上预约制度，及时通过网络方式和更新教学资源，提高电子线路CAD方面教学改革的论文和前沿知识的读物，给学生提供良好的学习环境。
E.发挥学生的积极主动性，在以项目点评、小组讨论等方式，在教学过程中及时发现并纠正学生存在的问题。
3 改革考核方式
针对《电子线路CAD》课程理论性、实践性和综合性强的特点，如果只以一次考试决定学生学习成绩，即不能真实体验学生的能力，也利于调动学生的学习积极性。因此应该改革考核方式，从学习积极性、学习效果、动手能力进行全面考评。将考勤、理论设计、安装调试、仿真、思考问题等纳入考核范围，增加平时考核的力度和比重，每个项目有对应的项目考核，每个阶段有阶段考核，综合评定期末成绩。
4 改革效果
本文提出的改革方法在宜宾学院《电子线路CAD》教学中实施开展，学生在PCB方面的设计能力得到较大提高，设计的PCB板性能稳定。在2009年全国大学生电子设计竞赛中获得本科组全国一等奖和二等奖各一项，该优异成绩得获得，有多方面的因素决定的，但电子线路CAD的设计能力也有很重要的作用，比如竞赛题目中要求：在增益为60dB，带宽为直流到10MHz的情况下，静噪声输出小于300mv，学生在PCB设计过程中考虑电磁兼容问题，采取了缩短信号走线和减小线间串扰等布线策略，最后输出静噪声小于70mv，性能远远高于指标要求。实践证明了该改革方案的有效性和可行性。
5 结束语
《电子线路CAD》是一门综合性、应用性和实践性很强的课程，具有易学难通的特点，教学难度比较大，所以任何有效的改革方法都是有意义的。本文从满足目前复杂电子系统的实际需要出发，对其教学内容、教学方式和考核方式进行了改革，在教会学生掌握CAD工具操作的情况下，该方法能让学生学会应用高速电路板设计的理论知识去设计性能稳定的电路系统，并在全国大学生电子设计竞赛中验证了该方法是可行和有效的，能为其他进行相关教学改革的教师提供参考，促进更多教学改革成果的诞生。
参考文献：
[1] 毕秀梅.《电子线路CAD》课程项目式教学法的探索[J].电脑知识与技术,2009,5(16):4235-4237.
[2] 黄淑一.浅谈项目教学法在《电子线路CAD))教学中的应用[J].科技情报开发与经济,2009,19(34):179-181.
[3] 吕殿基.任务驱动法在《电子线路CAD》教学中的应用[J].北京市经济管理干部学院学报,2008,23(2):66-68.
[4] 王海熔.电子线路CAD―PROTEL课堂教学方法探析[J].电脑知识与技术,2010,6(14):3697-3698.
[5] 徐作华,赵丽,谭丽娜. 电子线路CAD课程的教学探讨[J].中国新技术新产品,2010(5).
[6] 奚洋,汪涛.电子线路CAD课程教改初探[J].科教导刊,2009(11):56-61.
论文摘要：功耗问题正日益变成VLSI系统实现的一个限制因素。对便携式应用来说，其主要原因在于电池寿命，对固定应用则在于最高工作温度。由于电子系统设计的复杂度在日益提高，导致系统的功耗得到其主要功耗成分。其次，以该主要功耗成分数学表达式为依据，突出实现SoC低功耗设计的各种级别层次的不同方法。
引言
从20世纪80年代初到90年代初的10年里，微电子领域的很多研究工作都集中到了数字系统速度的提高上，现如今的技术拥有的计算能力能够使强大的个人工作站、复杂实时语音和图像识别的多媒体计算机的实现成为可能。高速的计算能力对于百姓大众来说是触指可及的，不像早些年代那样只为少数人服务。另外，用户希望在任何地方都能访问到这种计算能力，而不是被一个有线的物理网络所束缚。便携能力对产品的尺寸、重量和功耗加上严格的要求。由于传统的镍铬电池每磅仅能提供20W.h的能量，因而功耗就变得尤为重要。电池技术正在改进，每5年最大能将电池的性能提高30%，然而其不可能在短期内显著地解决现在正遇到的功耗问题。
虽然传统可便携数字应用的支柱技术已经成功地用于低功耗、低性能的产品上，诸如电子手表、袖珍计算器等等，但是有很多低功耗、高性能可便携的应用一直在增长。例如，笔记本计算机就代表了计算机工业里增长最快的部分。它们要求与桌上计算机一样具有同样的计算能力。同样的要求在个人通信领域也正在迅速地发展，如采用了复杂语音编解码算法和无线电调制解调器的带袖珍通信终端的新一代数字蜂窝网。已提出的未来个人通信服务PCS（PersonalCommunicationServices）应用对这些要求尤其明显，通用可便携多媒体服务是要支持完整的数字语音和图像辨别处理的。在这些应用中，不仅语音，而且数据也要能在无线链路上传输。这就为实现任何人在任何地方的任何时间开展任何想要的业务提供了可能。但是，花在对语音、图像的压缩和解压上的功耗就必须附加在这些可便携的终端上。确实，可便携能力已经不再明显地和低性能联系在一起了；相反，高性能且可便携的应用正在逐步得到实现。
当功率可以在非便携环境中获得时，低功耗设计的总理也变得十分关键。直到现在，由于大的封装、散热片和风扇能够轻而易举地散掉芯片和系统所产生的热，其功耗还未引起多大的重视。然而，随着芯片和系统尺寸持续地增加，要提供充分的散热能力就必须付出重要代价，或使所提供的总体功能达到极限时，设计高性能、低功耗数字系统方法的需求就会变得更为显著。幸好，现在已经发展了许多技术来克服这些矛盾。
由于可以高度集成，并具有低功耗、输入电流小、连接方便和具有比例性等性质，CMOS逻辑电路被认为是现今最通用的大规模集成电路技术。下面研究CMOS集成电路的功耗组成，概述实现集成电路——SoC（SystemonChip）系统的低功耗设计的诸多方法。目的在于揭示当今电子系统结构复杂度、速度和其功耗的内在联系，在及在数字电子系统设计方向上潜在的启示。
1CMOS集成电路功耗的物理源
要研究SoC的低功耗设计，首先要物理层次上弄清该集成电路的功耗组成，其次，才能从物理实现到系统实现上采用各种方法来节省功耗，达到低功耗设计的目的。图1为典型CMOS数字电路的功耗物理组成。
（1）动态功耗
动态功耗是由电路中的电容引起的。设C为CMOS电路的电容，电容值为PMOS管从0状态到H状态所需的电压与电量的比值。以一个反相器为例，当该电压为Vdd时，从0到H状态变化（输入端）所需要的能量是CVdd2。其中一半的能量存储在电容之中，另一半的能量扩展在PMOS之中。对于输出端来说，它从H到0过程中，不需要Vdd的充电，但是在NMOS下拉的过程中，会把电容存储的另一半能量消耗掉。如果CMOS在每次时钟变化时都变化一次，则所耗的功率就是CBdd2f，但并不是在每个时钟跳变过程之中，所有的CMOS电容都会进行一次转换（除了时钟缓冲器），所以最后要再加上一个概率因子a。电路活动因子a代表的是，在平均时间内，一个节点之中，每个时钟周期之内，这个节点所变化的几率。最终得到的功耗表达式为：Psw=aCVdd2f。
（2）内部短路功耗
CMOS电路中，如果条件Vtn<Vin<Vdd-|Vtp|（其中Vtn是NMOS的门限电压，Vtp是PMOS的门限电压）成立，这时在Vdd到地之间的NMOS和PMOS就会同时打开，产生短路电流。在门的输入端上升或者下降的时间比其输出端的上升或者下降时间快的时候，短路电流现象会更为明显。为了减少平均的短路电路，应尽量保持输入和输出在同一个沿上。
一般来说，内部短路电流功耗不会超过动态功耗的10%。而且，如果在一个节点上，Vdd<Vtn+|Vtp|的时候，短路电流会被消除掉。
（3）静态漏电功耗
静态漏电掉的是二极管在反向加电时，晶体管内出现的漏电现象。在MOS管中，主要指的是从衬底的注入效应和亚门限效应。这些与工艺有关，而且漏电所造成的功耗很小，不是考虑的重点。
（4）小结
通过设计工艺技术的改善，Pint和Pleak能被减小到可以忽略的程度，因而Psw也就成为功耗的主要因素。后面所做的功耗优化大部分是围绕这一个公式来进行的。对于SoC来说，所有的方法都是围绕着动态功耗来做文章的，因为在电路信号变化时，功耗消耗主要在电路中电容的充放电过程。如果从各个层次、各个方面尽量减少电路的充放电，将是我们关心的主题。
2降低集成电路SoC功耗的方法
功耗对于一个便携式SoC数字系统来说尤为重要。事实上，很多便携式SoC系统的设计，是先进行功耗分析，由功耗分析的结果再来划分设计结构。可以说，功耗将可能决定一切。现在要做的是，根据功耗分析的结果，评判SoC结构，改进设计，优化方案。
SoC系统的功耗所涉及的内容十分广泛，从物理实现到系统实现都可以采用各种方法来节省和优化功耗。通过对国外大量文献的查阅，我们得到了常用的实现低功耗设计的各种较为有效的方法，
（1）系统级功耗管理
这一部分实际上是动态功耗管理。主要做法是在没有操作的时候（也就是在SoC处于空闲状态的时候），使SoC运作于睡眠状态（只有部分设备处于工作之中）；在预设时间来临的时候，会产生一个中断。由这个中断唤醒其它设备。实际上，这一部分需要硬件的支持，如判断，周期性的开、关门控时钟（gateclock）等。
（2）软件代码优化
软件代码优化是针对ARM嵌入式处理器而言的。对于编译器来说，所起的使用不到1%，而对于代码的优化则可以产生高达90%的功耗节省。Simunic等人曾分别做过用各种针对ARM处理器的编译器进行的试验。比此的实验结果发展，风格比较好的代码产生的效果远比用ARM编译器优化的效果好。
（3）Clock控制
这是在ASIC设计中行之有效的方法之一。如果SoC芯片在正常工作，有很大一部分模块（它们可能是用于一些特殊用途中，如调试Debug、程序下载等）是乖于空闲状态的，这些器件的空运作会产生相当大的功耗。这一部分应使用时钟控制，即clockenable&disable。
（4）RTL级代码优化
与软件相似，不同的RTL（RegisterTransferLevel，寄存器传输级）代码，也会产生不同的功耗，而且RTL代码的影响比软件代码产生的影响可能还要大。因为，RTL代码最终会实现为电路。电路的风格和结构会对功耗产生相当重要的影响。
RTL级代码优化主要包括：
①对于CPU来说，有效的标准功耗管理有睡眠模式和部分未工作模块掉电。
②硬件结构的优化包括能降低工作电压Vdd的并行处理、流水线处理以及二者的混合处理。
③降低寄存电容C的片内存储器memory模块划分。
④降低活动因子a的信号门控、减少glitch（毛刺）的传播长度、Glitch活动最小化、FSM（有限状态机）状态译码的优化等。
⑤由硬件实现的算法级的功耗优化有：流水线和并行处理、Retiming(时序重定)、Unfolding（程序或算法的展开）、Folding(程序或算法的折叠)等等基本方法以及其组合。
（5）后端综合与布线优化
既然SoC的功耗与寄生电容的充放电有很大的关系，作为后端综合与布线，同样也可采取一些措施来减少寄存器电容。可以优化电路，减少操作（电路的操作），选择节能的单元库，修改信号的相关关系，再次综合减少毛刺的产生概率。
实际上，这一部分与使用的工具有关。与软件部分有相同之处，后端综合与布线同软件的编译差不多。软件编译的结果是产生可执行的机器代码；而RTL的综合与布线是把RTL代码编译成真实的电路。但是，后端综合与布线优化比较编译优化有更好的效果。这是因为一段RTL代码所对应的电路是可以有多种形式的；同时现有些编译器会根据设计者提供的波形，智能地修改电路（前提是最终电路的效果还是一样的），编译器就会进行相关的优化。但是后端综合的优化与RTL级代码优化和时钟控制相比，同样的RTL级与时钟优化所产生的影响要远大于用编译工具所产生的影响。
（6）功耗的精确计算
后端综合与布线工具不但可以根据基本单元提供的功耗参数进行优化，还可以根据这些参数估算出整个SoC的功耗。正因为有这样一些工具，使我们可以精确地知道我们所设计的是否达到设计要求。万一设计功耗不符合总体要求，则可能要求从系统级到物理综合布线都要做出检查与分析，做出可能的改进，尽可能地减少功耗以达到设计要求。
（7）小结
从上面的各种降低以及估算功耗的方法可以看出，SoC系统的拉耗优化涉及到从物理实现到系统实现的方方面面，是芯片设计中一个十足的系统工程。可以说，功耗可以决定一切。
结语
本文首先分析了CMOS集成电路的功耗物理组成，得到了其主要功耗成分。其次，以该主要功耗成分数学表达式为指导，突出了SoC低功耗设计的各种级别层次的不同方法。不管是现在还是将来，该领域的重要性将会日益显著。在下面的一些发展方向还将会有较大的发展：
①实现SoC系统设计的变换以及映射技术的进一步探索。
②将各种低功耗设计手段按照各性质最佳综合起来，以便使用基于人工智能的技术（如遗传算法和启发式算法等等）来研究。
③发展以实现低功耗为目的CPU指令程序的改写技术，以将其扩展到复杂SoC系统的设计中。
④进一步研究应用于SoC低功耗设计的编码和信号表示技术。
关键词：嵌入式系统；SOPC；MP3播放器
中图分类号：TP311 文献标识码：A文章编号：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，嵌入式系统进入全面应用的阶段，己经成为通信和消费类产品的共同发展方向。在硬件方面，市场上不仅有各大公司生产的各种微处理器芯片，还有用于学习和进行研发的各种配套的软件开发包和开发工具。SOPC具有系统集成度高、体积小、功耗低、结构简洁、可靠性高、开发快速等特点，很好的满足了的嵌入式系统在硬件上的需求。SOPC技术的目标是试图将尽可能大而完整的电子系统，包括嵌入式处理器系统、接口系统、硬件协处理器或加速器系统、存储电路、DSP系统、数字通信系统、以及普通数字系统等，在单一FPGA中实现，使得所设计的电路系统在其规模、可靠性、体积、功耗、功能、性能指标、上市周期、开发成本、产品维护及其硬件升级等多方面实现最优化。
二、系统总体设计
设计一个具有基本功能的MP3播放器需要有时钟电路、CPU、RAM及RAM控制器、Flash及Flash控制器、SD卡及SD卡控制电路、液晶及液晶显示器驱动电路、DMA控制器、音频驱动及音频控制电路、定时器等模块，如图1所示。
图1：MP3播放器系统结构图
除显示驱动模块、音频控制模块和SD卡控制模块外其他模块都可以从SOPC Builder中添加IP核构建。
其中显示驱动模块可以在altera提供的VGA控制器的基础上添加CLK和BLANK信号完成；SD卡控制模块只需要定义几个GPIO端口就可以了，不需要单独设计。
三、音频播放模块
采用的MagicSOPC实验开发平台配有AC97音频解码模块，主控制芯片为UCB1400（带有触摸屏功能的立体声音频编解码器），它支持可编程抽样率、输入/输出增益和数字音响处理，包括音量、静音、低音和高音控制。
音频控制模块是CPU与UCB1400间的接口电路，功能为将缓存中的音频数据通过AC-Link总线发送到UCB1400的DAC输入端口实现音乐的播放，以及由AC-Link总线接收UCB1400采集的音频编码数据。本设计采用verilog语言来设计如下各个功能模块。
（一）UCB1400寄存器访问控制
音频播放时主控制器（CPU）需要经常读/写UCB1400中相关的寄存器，因为采用AC-Link串行总线传输数据，时序变得非常重要，所以定义了访问控制模块。要访问UCB1400时，该模块向UCB1400发送请求信号；当一次读取完成，数据准备好时，该模块向CPU发送反馈信号。
（二）UCB1400掉电模式控制
UCB1400可以将暂时不用的模块关闭以节约功率，向UCB1400的Power-down Control/status Register（0x26）写入相应的数值可以控制UCB1400中各个模块的开启和关闭。所以设计掉电模式控制模块，该模块负责监视UCB1400各模块的状态并将此信息反馈给主控制器。
（三）串行输入/输出寄存器
FPGA内部数据为并行传输，而与UCB1400间则功过AC_Link总线串行传输，所以应设计串并转换模块。
（四）输入/输出FIFO
为保证音乐播放的流畅，应为每个声道配置一定容量的FIFO用来保存已接收到和即将传输的数据。
设计完成后的AC97_Controller结构框图如图2所示：
图2：AC97_Controller结构图
具有如下功能：
可变比特率支持、双声道立体声输出支持、双声道立体声输入支持、单声道麦克风输入支持、DMA传送方式支持。
四、系统软件设计
将基于NiosⅡ的SOPC系统进行编译并下载到FPGA中生成硬件系统的同时，SOPC Builder帮助用户生成相应的SOF文件。在此基础上，可开始系统软件的设计。可使用汇编、C、C++来进行嵌入式程序设计，使用IDE工具进行程序的编译连接以及调试。MP3播放器的软件系统结构如图3所示：
图3MP3播放器软件系统结构
五、结语
本系统采用SOPC技术在一片FPGA和少数外设上实现了MP3播放器的基本功能。在50MHz的系统时钟下实现了MPEG-Ⅰ layer-Ⅲ解码，流畅播放MP3格式的音频文件。
SOPC方案的优势在于系统功能改进的灵活性，在不改变硬件平台的情况下，可以方便对系统进行增删和优化，这是传统ARM方案无法达到的。
参考文献：
[1]曾璇.基于NiosⅡ软核处理器的嵌入式PMP系统设计[D].北京交通大学硕士学位论文,2008,5
【关键词】电子竞赛 创新人才培养 探索与实践
【中图分类号】G71 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）31-0240-01
教育部在《高等职业教育创新发展行动计划（2015-2018年）》中，明确提出“将学生的创新意识培养和创新思维养成融入教育教学全过程”，“探索将学生完成的创新实验、、专利获取、自主创业等成果折算为学分，将学生参与课题研究、项目实验等活动认定为课堂学习；为有意愿有潜质的学生制定创新创业能力培养计划”[1] 。近年来，我校树立创新人才培养的指导思想，深入开展高职教育教学改革，打通创新人才培养渠道，在电子信息专业开展了“以电子设计竞赛为抓手，提升高职学生实践创新能力”的教育教学改革[2]-[4]，建立了包含项目化课程、研究性课程、学生科技创新社团活动、大学生实践创新立项课题及大学生电子设计竞赛五部分组成的较为完善的学生创新能力培养体系，取得了可喜的实绩与显著的成效。
一、项目化课程
电子竞赛课题具有很强的综合性和实用性，其包含的知识点涉及到电子信息专业的所有课程。竞赛要求学生具有熟悉应用各种器件，能够采用各种软硬件技术综合设计，具备文献资料查阅能力、分析解决问题能力、报告梳理写作能力以及团结协作精神和创新意识等综合素质和能力。因此，我们以电子设计竞赛为抓手，开展了基于“项目引领、任务驱动、过程导向”的项目化课程改革和课程建设，将电子设计竞赛内容提炼内化为课程与教材改革项目，形成了有利于电子信息专业学生创新能力培养的项目化、综合化、设计性、研究性系列课程。通过实施以学生为主体的“项目教学”、“教学做一体化”教学，引导学生主动学习、主动实践、主动思考、分工协作来完成项目任务。推进了学生主动性的实践学习、应用性的技能学习、创新型的研究学习，提升了学生创新能力。
项目课程以电子电路系统或电子产品为载体，将电子设计竞赛内容提炼内化为课程与教材改革项目，如：《电工电路设计与制作》、《模拟电路设计与制作》、《数字电路设计与制作》、《电子工程制图》、《射频装置的制作与调试》、《单片机小系统的制作及应用》、《可编程器件原理与项目训练》、《电子设计与制作》、《电子技术综合应用》等。通过项目课程教学，学生的创新意识得到大大提升。
二、研究性选修课程
开设本学科领域或跨学科领域的具有综合性、开放性、可研究性的课程，系统训练学生掌握从事科研工作从理论到实践的方法。通过几年的实践积累，研究性选修课形成了“简单电路设计应用、处理器应用开发、复杂电子系统设计”三个层次，开发的主要课程有：《实用电子电路设计》、《技术报告和学术论文撰写》、《基于CPLD的数字系统设计》、《基于单片机的系统设计》、《系统综合设计应用》等，有效培养了学生的创新实践能力。
三、学生科技创新社团活动
成立学生电子制作兴趣小组、家电维修小组、电子设计科技创新社团，每个社团制定具体活动计划，学校提供一定的资助资金，且配有实践经验丰富的指导教师辅导，制定辅导计划。低年级学生侧重于电子小制作活动，高年级学生开展家电维修社区服务、参加电子设计科技创新社团。电子设计科技创新社团主要围绕电子设计竞赛要求开设模块化课程，进行从总体设计论证到分模块的软硬件设计制作、调试、撰写报告等一系列电子设计制作训练，保证了学生有理论有实践地在教师指导下完成电子设计制作项目的研究和学习。
四、学生科技创新实践立项课题
一部分动手能力较强、对项目开发有强烈兴趣爱好的学生3～5人组成小组，自主申报院级科技创新课题立项，优秀的课题申报省级大学生实践创新训练计划课题立项，科研骨干参加学校的实验室改造立项课题研究或教师的科研项目。三个层次的立项课题学校均提供一定的资金资助，学生在教师的指导下，利用课余开展科技创新研究。
按照电子信息专业高职学生实践创新能力培养体系开展的一系列实践活动，全面提高了学生的实践创新能力。学生在创新实践课题研究、和电子设计竞赛等方面取得丰硕的成果。
五、校内大学生电子设计竞赛
学校在每年十月举办为期1-2个月的科技创新节，本专业组织开展电子知识竞赛、电子技能竞赛、电子设计竞赛、创新成果展示会和新技术专题讲座等。常规化院级的电子设计竞赛活动为学生提供了较大的施展空间，学生参加的积极性越来越高，参加的人数越来越多，促进了学生实践创新能力的培养。参加省级、国家级的大学生电子设计竞赛，已连续获得五届全国一等奖，极大提高了学生的竞争力。
学校以大学生电子设计竞赛为契机，着眼于培养高素质创新人才，先后投数百万元，高起点规划和组织建设了学校大学生创新能力培养的硬件环境。通过几年的研究实践，课程改革和课程建设均取得了丰硕成果，获得国家教学成果奖一项，省级教学成果奖一项。
电子竞赛推动学生创新能力的培养，提高了学生学习的积极性，学生主动实践、主动研究，动手实践、综合应用能力和创新能力全面提高，促进了人才培养质量和专业内涵建设。毕业生深受用人单位的欢迎，就业质量逐年提高，企业满意率达95%以上，有些学生已成为企业的技术骨干。尤其是在大学生电子设计制作竞赛中的优胜学生，毕业后深受各用人单位的欢迎、好评与肯定。
参考文献：
[1]教育部关于印发《高等职业教育创新发展行动计划（2015-2018年）》的通知（教职成[2015]9号），2015年。
[2]刘春风.浅析科技创新活动对大学生创新意识和创新能力的培养. 中国科教创新导刊，2008年29期，97页。
[3]丁群燕.高职机电专业学生创新能力培养探索与研究. 黑龙江科技信息，2015年18期，143页。
[4]孙雷，占永宁.电子设计竞赛深化电子信息实验教学改革的探索. 科技信息，2013年4期，19页。
关键词：温度；AD590；单片机
中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)01-0177-03
近年来，随着半导体技术和测温技术的发展，集成温度传感器有很大的发展，与热电偶、热电阻等传统温度传感器相比，集成温度传感器的输出呈线性且测温精度高。集成温度传感器的种类很多，根据现场使用条件，选择恰当的传感器类型才能保证测量的准确可靠，并同时达到增加使用寿命和降低成本的目的。集成温度传感器AD590具有灵敏度高、线性度优良、性能稳定、无需补偿、热容量小、抗干扰能力强、可远距离测温且使用方便等优点，如果能够利用集成温度传感器的这些优点做成测温系统，减少非线性，提高测温精度，可广泛应用于各种冰箱、空调器、仓库、冷库等各种需要进行温度测量和控制的领域。
1硬件设计方案
整个系统划分按键模块、显示模块、电源模块、温度采集模块和单片机模块。用户通过键盘模块设置上下限温度报警值，显示模块用于显示温度值，报警模块用于提供声、光报警信息。电源模块主要是提供稳定的电压，温度采集模块主要是测量外界温度值，单片机模块定是采集电压值，将其转换成温度值并显示，接受键盘输入，完成设置报警功能。系统总体设计方案图1所示。
图1系统总体设计方案
本设计使用AT89C51单片机作为控制中心，控制测温电路对温度进行测量，并将测量值送显示电路显示，同时，根据预设的报警值决定是否控制报警电路报警。通过控制报警电路，实现报警值的设置操作。温度传感器采用集成温度传感器AD590实时测量温度值，实现温度值的变化转化成测量输出电压值的变化。该系统方案的指标：测温范围：-55℃~+150℃；测温分辨力：0.5℃；测温准确度：1%。
单片机模块定时采集电压值，将其转换成温度值并显示：接受键盘输入，完成设置报警值的功能。单片机电路由AT89C51单片机及相关器件组成，AT89C51的P2口接键盘。P0.0控制变色二极管的红色端；P0.1控制变色二极管的绿色端；P0.2控制蜂鸣器鸣叫。P1.0、P1.1为显示器提供串行时钟及数据信号，P1.2、P1.3提供A/D转换的串行时钟及数据信号，P1.4用于提供MAX187的片选信号。
集成温度传感器AD590是一种新型的两端式恒流温度传感器，流过的电流值等于绝对温度的度数。通过AD590的基本应用电路把电流信号转换成电压信号输出，用来采集外界温度。
在AD590中，流经器件的电流等于其改变的热力学温度数；电阻R1为10KΩ，其输出电流与绝对温度成正比，温度每升高1K（K为开尔文温度），输出电流就增加1uA。其输出电流I=（273.2+T）uA，本设计中串联电阻的阻值选用10KΩ,所以输出电压V0=（2732+ 10T）mV。然后把变化的电压输入到AD转换器中，把模拟信号转换成数字信号输入到单片机。
显示电路使用LED数码管显示器，采用静态显示方法。4片74LS164通过串接为LED数码管提供显示段码。R1~R41是LED限流电阻，为取电阻值为1KΩ。系统是使用单片机的两个引脚为74LS164提供移位脉冲及串行数据，软件编程时，每次通过这两个引 脚串行传送4个显示字符的32位段码。显示模块用于显示温度值。温度值范围-55℃~+150℃，显示到小数点后一位，采用静态显示方法。第一位LED数码管显示符号，第二、三位显示温度值整数部分，第四位显示小数部分【3】。
按键模块采用4×4行列矩阵结构，用户通过键盘模块设置上、下限温度报警值。用户可以使用的按键有0~9十个数字键，在数位间移动的NEXT按键，确定输入值的确定键以及符号按键，共13个按键。KEYL0~KEYL3是行线，分别接单片机的P2.0~P2.3；KEYR0~KEYR3是列线，分别接单片机的P2.4~P2.7。软件编程时采用线反转法，该方法要求行线和列线都要上拉电阻。由于MCS-51单片机的P2口内部集成上拉电阻，所以系统未加。S1~S10分别表示0~9字符键，S11表示NEXT键，S12表示符号键，S13表示确认键。
LS1是一个蜂鸣器，有SPCON端控制发声。当SPCON输出低电平时，蜂鸣器响；输出高电平时，蜂鸣器停止鸣叫。变色二极管LED1有两个引脚：K为公共阳极接VCC；G为绿色控制输入端，输入低电平时，发绿色光；R为红色控制输入端，输入低电平时，发红色光。系统通过LEDRCON、LEDGCON控制LED1发不同颜色的光。通过蜂鸣器实现声音报警；通过变色二极管实现上限报警和下限报警，红色表示上限报警，绿色表示下限报警。
2系统软件总体设计
软件设计主要是对温度进行采集、显示并判断是否超出预设范围：通过安检操作，输入温度上下限报警值。整个软件可分为按键子程序，显示子程序、温度采集子程序、报警子程序及其系统主程序。按键子程序针对硬件电路总的按键电路，负责键盘扫描返回用户按键值。显示子程序针对硬件电路中的显示电路，负责显示温度值。报警子程序针对硬件电路中的报警电路，控制蜂鸣器鸣叫和发光二极管发光。温度采集子程序针对硬件电路的测温电路，实现将温度转化成数字量。主程序通过调用各个子程序，实现系统功能。
系统主程序通过调用其他主程序实现系统功能。函数调用刷新显示函数完成不同模式的显示功能，调用按键扫描函数获得按键，调用按键处理函数对按键进行处理。主程序流程图如图2所示。
温度采集子程序负责控制MAX187对输入电压进行转换，并读取转换后的数字量，根据测温电路原理计算得出AD590输出的电流大小，再根据电流大小与热力学温度度数之间的关系，得出系统温度值。温度采集子程序流程图如图3所示。
刷新显示函数用于主程序中，完成显示温度值及显示设置报警值。函数流程图如图所示，当SysMode=0时显示采集的温度值，并进行报警处理；当SysMode=1时，用于实现设置上限报警值的显示；当SysMode=2时，用于实现设置下限报警值的显示。刷新显示流程图如图4所示。图4刷新显示流程图
报警子程序设置报警函数用来设置上、下限报警值。程序流程图如图所示，如果Mode=1，该函数用来设置上限报警值；Mode= 2，用来设置下限报警值。设置报警流程图如图5所示。
图5设置报警流程图
报警子程序通过控制蜂鸣器和变色二极管实现声光报警。根据系统采集的温度值，据顶是否控制报警电路报警。若温度值大于上限报警值，则蜂鸣器响、二极管发红光；若小于下限报警值，则蜂鸣器响、二极管发绿光；否则不报警。报警程序流程图如图6所示。
3结论
本文给出了电子设计详细原理图和软件设计方案，按照详细的电路图进行软件设计，经过多次下载程序到硬件电路中调试，测试温度性能调整，完成测温系统的设计，整个系统运行稳定、良好，各项性能指标均达到设计的要求。实践证明了本系统的正确性并具有一定的实用性。
参考文献：
[1]李金平,沈明山,姜余详.电子系统设计[M].北京：电子工业出版社,2007:128-145.
[2]胡伟,季晓衡.单片机C程序设计及应用实例[M].北京：人民邮电出版社,2003:236.
二、教学秩序规范、教学质量良好
一年来学院高度重视课堂教学，把提高教学质量作为满意度建设的一个重要举措，对照学校的各种规章制度和办法，加强教学过程的监控和管理。我院出台了《关于进一步加强课堂教学管理 规范教学秩序的规定》，建立了一套教、学、管连环相扣的教学监控反馈机制，形成了教师、辅导员、教务、学工齐抓共管的局面，整个学院的教风和学风有很大提高。鼓励教师积极开展教研教改活动，努力提高教学质量。通过以上工作的落实，学院的日常教学工作和学风建设均取得了长足的进步，主要成绩如下：
（2） 2011年下学期期中教学检查优秀单位
（3） 校级重点教改项目1项、一般项目1项。
（5） 两位老师参加青年教师教学优秀簇拥活动。反响良好，2等奖1项、3等奖1项。教务处今年的评奖改革，使这个奖的含金量更高更过硬。
（6） 07级本科毕业生报考研究生38人，其中上线28人，录取22人。08级本科生中报考研究生的有62人
三、注重实践环节，竞赛成绩突出
一年来，学院高度重视学科竞赛，注重锻炼同学们理论联系实际和工程实践方面的能力，着力激发广大同学对于通信与电子系统设计和开发的兴趣，进一步加强第二课堂在培养大学生综合素质方面的作用，积极的推动大学生创新意识和能力的培养，在实践教学方面取得了突出的成绩。
在第三届全国电子商务“创新 创意 创业”挑战赛中，也取得了湖南赛区本科组一等奖一项、专科组二等奖一项的优秀成绩。
在2011年第九届“挑战杯”湖南省大学生课外学术科技作品竞赛中我院通信工程08级学生傅文卫（指导老师：黄科）凭借自主研发的80Mhz调频发射机夺得科技发明制作类三等奖。
在2011年全国大学生英语竞赛中，我院通信工程1001班的袁婧获国家二等奖。
四、师资水平不段提升，科研工作再创丰收
五、学生工作丰富多彩
六、教师队伍团结合作、乐于奉献
“团结和朝气”是电气学院的院风，学院的教师平均年龄都不大，师资队伍充满朝气和活力，并对学校有着深厚感情；教务和学工更是上下一心，团结合作、乐于奉献。在“红歌我来唱”教职工卡拉OK比赛中，经过激烈角逐，吴李薿老师获二等奖，学院获得组织奖，由胡凤、冯洁、刘兴旺、陈志明、颜曦等老师组成的篮球队在青春杯篮球赛中勇猛顽强，展示了电气教职工的风采，也获得组织奖。
为圆满的完成学院的各项工作，我们的老师做了大量的工作，也涌现了许多感人的事迹。为了搞好学院网站建设，黎丽红老师带领几个学生加班加点，从创意、策划到组织实施付出了大量的心血，现在网站已经成了展示学院亮点的良好平台。侯玉宝、李刚老师为了顺利完成康佳实习，远离家人，不能照顾家庭。冯卫梅老师一心扑在学生工作上，为了带好新生，放弃了晚上与家人团聚，租住在学校附近。还有董莉、梁欣、周飞红、王菁、杨葆华、周飞红、黄彩云等一大批年轻的女老师，克服孩子幼小、需要照顾的困难而圆满完成自己的工作，陈敏佳老师作为学院督导，热情辅导年轻教师提高教学水平，本学期听课达36节以上。王景芳教授一心扑在科研上面，发表了大量的科研论文。冯洁、杨灿、欧阳娣等实验室老师为我们的实验教学和竞赛精心准备场地设备，默默奉献。李玲琳老师为了完成招生工作，付出了极大的热情和激情。丁雄老师为了招生，不顾爱车的受损在颠簸崎岖的山路上奔跑。还有教务办和学工办的老师常年坚守在自己的岗位，来得比别人早，回得比别人晚。
购物车(0)