簡析電子系統綜合設計能力培養的創新與實踐論文
論文摘要：依托電子競賽的內容，結合電子信息專業的特點組織綜合電子系統設計教學；通過讓學生根據課題收集資料、整理資料、提出實現方案的途徑，以達到提高學生分析問題、解決問題的能力，為以后的工作奠定了良好的專業知識基礎。
論文關鍵詞：電子系統；設計方法；設計能力
隨著科學技術的發展、知識經濟時代的到來，社會對大學生提出了許多新的要求。大學生應該具有扎實的基礎理論知識、較強的實踐能力、創新意識、創業精神和協調能力、強烈的責任感和服務意識等。
當今世界，電子產品不斷更新發展，并且向智能化方向發展，日益突出單片機和FPGA等可編程器件在電子產品設計和創新中的重要性。新產品的更新換代促使用人單位對電子信息專業的學生有更高的要求：第一，要有扎實的專業基礎知識，例如學習和掌握“模擬電子技術”、“數字電子技術”、“高頻電子技術”、“單片機原理”和“微機原理”等主要課程；第二，動手能力要強；第三，要能緊跟電子信息產業的迅速發展，要有較強的適應工作的能力，使用先進應用軟件的能力，例如會利用諸如Protel、MaxplusII、Multisim、Matlab等工具軟件進行電路設計和仿真調試。用人單位對畢業生的要求除了能夠掌握一定的基礎理論和工具之外，還要求畢業生具有基于單片機系統的電子產品的設計經驗。
電子設計競賽正是對人才全面培養、更新教育理念、改革教學方法和內容等起到了促進作用，具有極其重要的現實意義。電子設計競賽的選題引進了新的理論與技術，是跨學科的、系統的和綜合的.。為了有效指導學生參加各類電子競賽，特對綜合電子系統設計的教學模式、課程內容、教學方法及考評進行改革。
一、綜合電子系統設計課程的性質
電子系統設計主要是指基于單片機控制的完整應用系統的設計，包括系統軟硬件設計及系統調試等多方面的知識。電子系統設計課程體系是以“單片機原理及應用”課程為核心，由“模擬電子技術”、“數字電子技術”、“傳感器技術”、“電子設計自動化”、“可編程邏輯器件及應用”、“C語言程序設計”等相關課程組成。它是一門綜合性較強的專業課程，通過本課程的理論學習和動手實驗，培養學生的專業知識綜合運用能力、系統分析能力和電子產品開發創新能力。
學生經過前期基礎課的學習，通過隨課的驗證性實驗，對于電子信息領域的相關理論知識有了了解和掌握，在老師的指導下基本能夠進行單元電路的設計和調試，通過課程設計也能完成本課程簡單的綜合性實驗。但一些驗證性實驗多數是教材內容原理的演示和再現，實驗內容和方法都是老師指定，學生基本沒有進行系統級的設計和實訓，綜合實踐能力有待提高，學生沒有發揮自己的主觀能動性，積極性不高，不利于創新性人才的培養。
鑒于上述情況，對綜合電子系統設計的理論內容和實踐方法進行改革創新。
二、綜合電子系統設計理論課內容
根據本課程的實際情況和學生所具備基礎知識，安排如下幾個環節：模擬電路單元設計，數字系統單元的設計，微處理器單元電路的設計以及電子系統抗干擾技術等環節。
結合全國電子大賽，模擬單元電路主要講述運算放大器的設計以及正確使用、有源濾波器的設計方法、外圍電子元器件（電子、電容）的計算和選擇；直流穩壓電源的設計方法以及參數元器件的選擇；各種信號產生的方法，重點講述數字頻率合成DDS的原理和實現技術。以上這些單元內容的安排是結合歷年來全國電子設計大賽有關模擬電路環節而選擇的，通過這些內容的講解有利于提高學生模擬電子技術的設計方法。
數字系統設計單元主要講解數字系統設計方法，突出現代數字系統設計——EDA設計方法；可編程邏輯器件的特點及選擇；數字系統設計舉例，比如AD、DA控制器的實現、交通燈控制器的實現、電子密碼鎖的設計等。通過大量實例的講解使學生能初步掌握用大規模可編程邏輯實現中等難度的數字邏輯系統。
微處理器單元主要講述目前流行的各種處理器，例如51內核單片機、MSP430單片機、AVR單片機、PIC單片機等型號，介紹它們的特點、應用范圍、怎樣根據項目需求來選擇合適的微處理器；根據學生目前對微處理器的掌握和學習情況，重點講述基于單片機串行通信的設計，包括幾種流行的串行通信協議：SPI協議、IIC協議、UART協議以及one—wire協議，分析它們的特點，在不具有SPI總線、IIC總線的微處理器中怎樣通過IO口模擬它們的總線協議；以具有這些總線協議的集成電路芯片的利用提高學生的C語言編程能力。
在微處理器單元里，另外的重點內容多基于單片機的并行通信設計，包括常用的人機接口電路（鍵盤、LCD、LED顯示），這是在大多數的電子系統設備中都具有的，學生有必要掌握它們的設計方法以及編程技術。
電子系統抗干擾技術也是綜合電子系統設計中非常重要的內容。當系統處在比較惡劣的環境下，抗干擾設計的好與壞直接決定了系統能否正常工作。微處理器雖然本身的抗干擾能力較強，但是用微處理器構造的控制系統仍存在著抗干擾的問題。為防止外界對系統的干擾，并確保電子系統安全可靠運行，必須采取相應的抗干擾措施。電子系統的干擾主要來自于供電系統、過程通道及空間電磁波。電子應用系統的抗干擾設計應針對不同的干擾源采取必要的抗干擾措施。具體方法有硬件抗干擾技術和軟件抗干擾技術。
在這一章節里主要講解電磁兼容設計、器件選型、降熱散熱計算、電路板和電子系統可靠性測試等綜合知識。通過對本小節的學習，使學生應達到以下目標：熟悉系統的各種干擾來源及形式；學會供電系統及過程通道的抗干擾措施；能說出在印制電路板設計中體現的抗干擾措施；學習設計軟件陷阱及看門狗電路，從而為綜合電子設計系統設計打下良好的基礎。
三、精心設計安排實驗
這門課實踐性很強，除了教師講述的理論內容和方法外，安排大量的實驗以及鼓勵學生去參加科技創新和各種電子設計的比賽，提升學生分析問題、解決問題的能力，從而提高他們的實際動手能力。根據課程的內容合理安排一些設計性的實驗題目。安排的實驗不同于在學習相應的基礎時所做的實驗，要體現獨立思考的能力。
教師布置實驗題目、講述方法，學生以實驗項目為中心，整合理論知識，查閱相關資料，具體的實驗方案和電路要學生自己去網上或圖書館查閱資料獨立完成。在做實驗前，電路圖以及程序代碼要在課下完成，實驗室只是調試電路和程序以及老師考核實驗成績。這樣做可以更好地將理論與實踐結合到實驗項目中去，使學生在動手實踐能力和分析解決問題的能力上有一定的提升；也可以鍛煉學生學會搜集資料、整理資料，提高他們獨立自主的學習能力。同時，教師在帶領學生學習的過程中也在不斷地提升自己，積累經驗。
結合電子設計競賽，安排各章節相應的實驗項目：模擬電路單元主要是運算放大器和二階有源濾波器的設計；重點是直流穩壓電源的設計；數字系統單元設計安排了數字頻率計、交通燈控制器，重點是DDS數字頻率的合成實驗。微處理器單元安排了基于單片機SPI總線時鐘顯示器和基于單片機并行通信的LCD顯示系統。鑒于目前的實驗條件，這些實驗主要是通過仿真軟件來完成。模擬單元電路里，利用Multisim電子電路仿真軟件來完成運算放大器和有源濾波器以及直流穩壓電源的設計；在數字電路系統設計中，利用MAX+PLUS II軟件完成DDS數字頻率合成的實驗；微處理器單元，利用PROTEUS軟件完成單片機的并行和串行通信實驗。這樣在不需要任何實驗儀器和元器件的情況下，為學生提供了一個展示才華的平臺，充分發揮學生的想象力和創造力。
四、綜合電子系統設計的考核標準
目前我國教育領域使用的最普遍的考核方式仍是閉卷考試。閉卷考試對于考核學生的知識掌握情況是非常重要的，但對于綜合電子系統設計這門技術性實踐性和綜合性非常強的課程，不適合采用閉卷考試對學生能力進行考查。
為了真正鍛煉學生的實際動手能力，對這門課的考核采取如下方式：平時上課出勤、答疑以及學習的主動性占20%；實驗占30%（其中課前預習的情況比重占80%）；最后50%的成績是學生的作品。學生可以完成一個老師指定的題目，在確定最佳設計方案后，到實驗室完成了系統單元電路的仿真，進行安裝、測量和調試，把實際的設計作品做出來。也可以根據學科專業方向并結合自身興趣，自主選擇一個課題作為課程的設計項目，經過系統規劃、設計、電路實現、系統調試完成一個完整的電子作品；最后通過驗收、答辯、總結、演講結束課程的學習。在系統的制作和調試過程中，讓學生想方設法采取各種措施解決所遇到的實際問題，不斷調整參數，修改和完善設計方案，得到真正的訓練。
五、結論
實踐證明，向學生介紹一種完整的電子系統設計方法和概念，通過理論講授、實用性的設計舉例以及相應的動手實驗使學生了解并掌握電子系統設計的一般方法以及制作調試技能，為后來的畢業設計、今后的學習和實際工作打下扎實的基礎，符合全國電子大賽“立足行業、突出實踐、促進就業”的宗旨。
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