電子教學(xué)改革課件

1、電子教學(xué)改革(1)2022/10/7電子教學(xué)改革(1)電子教學(xué)改革(1)2022/10/3電子教學(xué)改革(1)創(chuàng)新平臺的背景集成電路的發(fā)展趨勢 集成化小型化模塊化將原來使用分立元器件實(shí)現(xiàn)的功能,集成到一個芯片上器件工藝的改進(jìn),將器件內(nèi)按照不同功能劃分版圖,電子教學(xué)改革(1)創(chuàng)新平臺的背景集成電路的發(fā)展趨勢 集成化小型化模塊化將原來使創(chuàng)新平臺的背景未來電子系統(tǒng)的發(fā)展趨勢“電路板”級“芯片”級電路板上搭“積木”芯片上搭“積木”平臺的變化，要求未來設(shè)計者能產(chǎn)生個性化的、差異化的設(shè)計基于“芯片”級的“系統(tǒng)級”設(shè)計能力，是對未來電子設(shè)計人員的要求嵌入式系統(tǒng)單芯片上實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的典型應(yīng)用電子教學(xué)改革(1)

2、創(chuàng)新平臺的背景未來電子系統(tǒng)的發(fā)展趨勢“電路板”級“芯片”級電創(chuàng)新平臺的背景 片上系統(tǒng)(System-on-Chip, SOC)技術(shù)的不斷發(fā)展,也反映了半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展潮流。 片上系統(tǒng)絕對不是一個IP核在單芯片內(nèi)的集成，而是在更高層次上考察了“系統(tǒng)級”設(shè)計的能力，設(shè)計的“智慧”，這個智慧就是“從扎實(shí)的理論和工程實(shí)踐知識”，在單芯片內(nèi)實(shí)現(xiàn)“創(chuàng)意性的設(shè)計。電子教學(xué)改革(1)創(chuàng)新平臺的背景 片上系統(tǒng)(System-on-C創(chuàng)新平臺的背景 美國Xilinx公司推出的ZyNQ-7000可擴(kuò)展處理平臺EPP,將ARM硬核處理器、可編程門陣列、ADC轉(zhuǎn)換器等集成在單芯片上實(shí)現(xiàn)。 為數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計和嵌入式系統(tǒng)的傳

3、統(tǒng)設(shè)計方法，帶來了一場深刻的“革命”。 推動了未來在培養(yǎng)“創(chuàng)新人才”方法上的改革。電子教學(xué)改革(1)創(chuàng)新平臺的背景 美國Xilinx公司推出的ZyN創(chuàng)新平臺的背景電子教學(xué)改革(1)創(chuàng)新平臺的背景電子教學(xué)改革(1)創(chuàng)新平臺的背景-值得期待電子教學(xué)改革(1)創(chuàng)新平臺的背景-值得期待電子教學(xué)改革(1)創(chuàng)新平臺的背景-值得期待電子教學(xué)改革(1)創(chuàng)新平臺的背景-值得期待電子教學(xué)改革(1)創(chuàng)新平臺的背景 比如: 美國Cypress公司推出的可編程片上系統(tǒng)PSoC1/3/5,將M8C/8051/Cortex-M3 硬核處理器、可編程模擬陣列、可編程數(shù)字陣列等集成在單芯片上實(shí)現(xiàn)。為國內(nèi)大學(xué)進(jìn)行電子教學(xué)改革提供

4、了前所未有的機(jī)遇。 電子教學(xué)改革(1)創(chuàng)新平臺的背景 比如: 美國Cypress公司推創(chuàng)新平臺的背景電子教學(xué)改革(1)創(chuàng)新平臺的背景電子教學(xué)改革(1)創(chuàng)新平臺的背景-操作系統(tǒng)對PSoC的支持C/OS-III PSOC5PSOC3RTX51 Tiny 電子教學(xué)改革(1)創(chuàng)新平臺的背景-操作系統(tǒng)對PSoC的支持C/OS-III創(chuàng)新平臺的背景 對未來電子專業(yè)的學(xué)生的要求“重基礎(chǔ)” 要求扎實(shí)的理論知識“寬專業(yè)” 要求能系統(tǒng)的運(yùn)用理論知識解決實(shí)際工程問題。 電子信息類專業(yè)最重要和最基礎(chǔ)課程：電路原理模擬電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)電子綜合課程設(shè)計電子教學(xué)改革(1)創(chuàng)新平臺的背景 對未來電子專業(yè)的學(xué)生的要求電子信

5、息類專電子課程實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀模擬電子技術(shù)-抽象的理論知識, 難于理解 (放大器、濾波器、振蕩器等知識點(diǎn)) 解決：要通過做大量的驗(yàn)證和設(shè)計性實(shí)驗(yàn)，才能讓學(xué) 生掌握這些抽象的知識。解決的難點(diǎn)： 教學(xué)資源有限（硬件平臺有限，硬件器件有限）授課時數(shù)有限（壓縮整個課時）教師精力有限（很難實(shí)現(xiàn)一對一的進(jìn)行輔導(dǎo)）遇到難點(diǎn)：怎么能讓學(xué)生掌握？ 大量的分析和習(xí)題解答，學(xué)生仍不能理解。 還抱怨難學(xué)，直接影響后續(xù)電路課程學(xué)習(xí)。電子教學(xué)改革(1)電子課程實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀模擬電子技術(shù)-抽象的理論知識, 難于理解電子課程實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀數(shù)字電子技術(shù)-抽象的邏輯理論知識, 建立邏輯模型 (邏輯代數(shù), 時序電路, 狀態(tài)機(jī)最難理解) 解

6、決： 親自熟悉真值表、卡諾圖、最小表達(dá)式、門電 路的實(shí)現(xiàn)、仿真的過程。解決的難點(diǎn)： 教學(xué)資源有限（提供大量分立邏輯LSI電路很繁瑣）授課時數(shù)有限（壓縮整個課時）教師精力有限（設(shè)計所有的邏輯電路）遇到難點(diǎn)： 都是離散的邏輯分析，和模擬電路根本不是一回事情，導(dǎo)致模擬和數(shù)字都弄不明白。電子教學(xué)改革(1)電子課程實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀數(shù)字電子技術(shù)-抽象的邏輯理論知識, 建立電子課程實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀電子綜合課程設(shè)計-模擬電路、數(shù)字電路、ADC、DAC 的綜合設(shè)計。 解決： 花費(fèi)很長的時間一個一個的模塊重新的講解， 學(xué)生根本沒有精力進(jìn)行系統(tǒng)級描述。最后的結(jié)果： 模擬和數(shù)字電路實(shí)踐教學(xué)沒有起到應(yīng)有的作用。綜合課程設(shè)計所要

7、求“系統(tǒng)級”設(shè)計目標(biāo)，無從談起。惡性循環(huán)出現(xiàn)了（學(xué)生的厭惡、無奈和恐懼）遇到難點(diǎn)： 由于模擬和數(shù)字電路的基礎(chǔ)掌握不扎實(shí)，根 本無法進(jìn)行小規(guī)模電子系統(tǒng)的設(shè)計。電子教學(xué)改革(1)電子課程實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀電子綜合課程設(shè)計-模擬電路、數(shù)字電路、A嵌入式系統(tǒng)相關(guān)課程的教學(xué)現(xiàn)狀 嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)，側(cè)重點(diǎn)應(yīng)該是如何使得學(xué)生真正能掌握嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計方法，而不是僅僅教會“一個CPU、一個指令集、一個簡單的應(yīng)用”。 嵌入式系統(tǒng)實(shí)際上是軟件和硬件的高級集成和綜合的應(yīng)用，對未來的設(shè)計者的要求，能不能從“系統(tǒng)級”的角度，把握嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)律和設(shè)計方法。 難點(diǎn)：學(xué)生感覺學(xué)完了沒有什么大的收獲，似懂非懂。老師也覺得非常吃

8、力。電子教學(xué)改革(1)嵌入式系統(tǒng)相關(guān)課程的教學(xué)現(xiàn)狀 嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)，側(cè)重點(diǎn)改革電子課程實(shí)踐教學(xué)的思考 思考1：從傳統(tǒng)的基于面板板上搭電路。 轉(zhuǎn)向在單個芯片里搭電路。 思考2：電子實(shí)踐教學(xué)中，不消耗大量的芯片，而實(shí) 現(xiàn)中等復(fù)雜模擬電路、數(shù)字電路和模擬/數(shù)字 混合電路。 思考3：讓學(xué)生有充分實(shí)踐的機(jī)會，親自將模擬電路 和數(shù)字電路中的關(guān)鍵知識點(diǎn)通過實(shí)踐來掌握。 充分的發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性。電子教學(xué)改革(1)改革電子課程實(shí)踐教學(xué)的思考 思考1：從傳統(tǒng)的基于面板板改革電子課程實(shí)踐教學(xué)的思考 思考4：充分利用電子綜合課程設(shè)計的環(huán)節(jié)，以學(xué)生所 掌握的知識點(diǎn)為基礎(chǔ)，以小的項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)為導(dǎo) 向，充分培養(yǎng)學(xué)生“系統(tǒng)

9、級”的設(shè)計能力。 即“搭積木的能力”，這個過程是對基礎(chǔ)知識 考核和分析能力提高的過程。思考5：通過電子課程的實(shí)踐教學(xué)，為后續(xù)課程的銜接 打好基礎(chǔ)。電子教學(xué)改革(1)改革電子課程實(shí)踐教學(xué)的思考 思考4：充分利用電子綜合課程設(shè)計改革電子課程實(shí)踐教學(xué)的思考思考6：教師在實(shí)踐教學(xué)中的角色是幫助學(xué)生答疑解 惑，將實(shí)踐教學(xué)的主角變成學(xué)生，教師是輔助 的作用。想法是好，但是如何實(shí)現(xiàn)？找到破解上述難題的方法？ 思考7： 實(shí)驗(yàn)室是學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)的一個場所，但不是唯 一的場所，學(xué)生可以隨時隨地的完成實(shí)驗(yàn)環(huán) 節(jié)，他們在實(shí)驗(yàn)室是完成最后的調(diào)試任務(wù)。 思考8： 借助廠商的力量，使得學(xué)生能充分的利用廠商 的“生態(tài)系統(tǒng)”。電

10、子教學(xué)改革(1)改革電子課程實(shí)踐教學(xué)的思考思考6：教師在實(shí)踐教學(xué)中的角色是幫改革電子課程實(shí)踐教學(xué)的具體手段 所有的電子課程實(shí)踐教學(xué)應(yīng)該圍繞下面的大目標(biāo)： 讓學(xué)生通過電子課程實(shí)踐環(huán)節(jié)掌握電子課程的基礎(chǔ) 知識。 讓學(xué)生通過電子課程綜合設(shè)計環(huán)節(jié)初步具有“設(shè)計 系統(tǒng)”的能力。電子教學(xué)改革(1)改革電子課程實(shí)踐教學(xué)的具體手段 所有的電子課程實(shí)踐教學(xué)應(yīng)該圍改革電子課程實(shí)踐教學(xué)的具體手段 讓學(xué)生擁有一塊廉價便宜的硬件平臺，在這個平臺上可以實(shí)現(xiàn)模擬和數(shù)字電路課程所涉及的知識點(diǎn)內(nèi)容。 學(xué)生可以隨時隨地的實(shí)現(xiàn)設(shè)計。 教師可以根據(jù)時間靈活的準(zhǔn)備實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容和設(shè)計創(chuàng)新性的實(shí)踐教學(xué)案例（項(xiàng)目）。 實(shí)驗(yàn)場所從實(shí)驗(yàn)室，擴(kuò)展

11、到任何安全的場所。電子教學(xué)改革(1)改革電子課程實(shí)踐教學(xué)的具體手段 讓學(xué)生擁有一塊廉價便宜改革電子課程實(shí)踐教學(xué)的具體手段實(shí)例1： 北京工業(yè)大學(xué)軟件學(xué)院在教授Xilinx FPGA相關(guān)課程時，將開發(fā)板借給學(xué)生使用，學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)的課程時，有很好的自由度，教師起的作用是集中解答問題。把主動權(quán)交給學(xué)生。實(shí)例2： 北京化工大學(xué)信息學(xué)院在教授Xilinx FPGA相關(guān)本科和研究生課程時，將開發(fā)板借給學(xué)生使用，學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)的課程時，有很好的自由度，教師起的作用是集中解答問題。把主動權(quán)交給學(xué)生。電子教學(xué)改革(1)改革電子課程實(shí)踐教學(xué)的具體手段實(shí)例1：實(shí)例2：電子教學(xué)改革(改革電子課程實(shí)踐教學(xué)的具體手段實(shí)例3：

12、 Xilinx在國內(nèi)多個省市承辦的大學(xué)生電子設(shè)計競賽 采用將該省多個學(xué)校的教師集中在一所大學(xué)，進(jìn)行相關(guān)的輔導(dǎo)。采用的方法就是編講理論邊實(shí)踐的方法，參加培訓(xùn)的教師對這種方式非常贊同。 數(shù)字電路基礎(chǔ)和后續(xù)課程銜接。真值表化簡卡諾圖最簡邏輯表達(dá)式門極電路設(shè)計門級仿真實(shí)現(xiàn)時序仿真測試和驗(yàn)證HDL高層次描述綜合電子教學(xué)改革(1)改革電子課程實(shí)踐教學(xué)的具體手段實(shí)例3：真值表化簡卡諾圖最簡邏改革電子課程實(shí)踐教學(xué)的具體手段電子教學(xué)改革(1)改革電子課程實(shí)踐教學(xué)的具體手段電子教學(xué)改革(1)改革電子課程實(shí)踐教學(xué)的具體手段 實(shí)例4：北京化工大學(xué)信息學(xué)院在近期準(zhǔn)備啟動電子課程實(shí)踐教學(xué)改革，打通模擬電子、數(shù)字電子和電子

13、課程綜合設(shè)計實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，專門分配一定的課時，在美國Cypress公司提供的CY8CKIT-030開發(fā)平臺上，完成模擬電子和數(shù)字電子課程實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。并且在電子信息專業(yè)學(xué)生進(jìn)行單片機(jī)課程教學(xué)時，引入該設(shè)計平臺。 另外在國內(nèi)其它一些高校，也開始進(jìn)行類似的實(shí)踐教學(xué)改革。電子教學(xué)改革(1)改革電子課程實(shí)踐教學(xué)的具體手段 實(shí)例4：北京化工大學(xué)改革電子課程實(shí)踐教學(xué)的具體手段 實(shí)例5：2012年6月-7月，天津工業(yè)大學(xué)計算機(jī)學(xué)院大學(xué)二年級的學(xué)生，在Xilinx和天津市大學(xué)軟件學(xué)院合作的實(shí)訓(xùn)基地，進(jìn)行了長達(dá)5個星期的高強(qiáng)度實(shí)訓(xùn)，我全程參與學(xué)生的實(shí)訓(xùn)過程，主要內(nèi)容有： 1）數(shù)字邏輯（主要是時序電路） 2）硬件

14、描述語言HDL 3）使用HDL，對基本數(shù)字邏輯單元的抽象描述 4）設(shè)計典型的接口及控制器，包括：VGA、LCD、 LED、RS-232。 5）使用Xilinx提供的8位CPU，編寫匯編語言，最終實(shí) 現(xiàn)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計。電子教學(xué)改革(1)改革電子課程實(shí)踐教學(xué)的具體手段 實(shí)例5：2012年6月改革電子課程實(shí)踐教學(xué)的具體手段 在整個實(shí)訓(xùn)過程中，采用了下面的教學(xué)方法： 1.循序漸進(jìn)的教學(xué)方法 2.充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性和創(chuàng)新能力 3.摒棄“填鴨式的”教學(xué)方法。 4.以項(xiàng)目為導(dǎo)向，以創(chuàng)新平臺為載體，將所學(xué)的理論 知識和最新的數(shù)字電子技術(shù)密切結(jié)合。 5.改革對學(xué)生的評價方式，重點(diǎn)考察學(xué)生的創(chuàng)新能力 。通

15、過合理的評價方式，激發(fā)學(xué)生刻苦鉆研的精神 和團(tuán)隊(duì)合作的精神。 事實(shí)證明，在教學(xué)的主要過程，應(yīng)該從“以教師的被動教學(xué)為中心”,轉(zhuǎn)向“以學(xué)生主動思考為中心”的新的教學(xué)思路和教學(xué)方法。電子教學(xué)改革(1)改革電子課程實(shí)踐教學(xué)的具體手段 在整個實(shí)訓(xùn)過程中，采用了改革電子課程實(shí)踐教學(xué)的具體手段 實(shí)例6： Cypress最近在國內(nèi)陸續(xù)舉辦了PSoC技術(shù)的集中輔導(dǎo)，采用將多個學(xué)校的教師集中在一所大學(xué)，進(jìn)行相關(guān)的輔導(dǎo)（目前，由清華大學(xué)教學(xué)儀器廠承擔(dān)了這個任務(wù)）。 采用的方法就是編講理論邊實(shí)踐和循序漸進(jìn)的方法，先模擬電路設(shè)計、數(shù)字電路設(shè)計、數(shù)模混合系統(tǒng)設(shè)計和單片系統(tǒng)設(shè)計的方法，將PSoC技術(shù)和目前國內(nèi)電子類課程的

16、教學(xué)緊密的結(jié)合，破解目前電子課程理論和實(shí)踐教學(xué)的所面臨的“困惑”。電子教學(xué)改革(1)改革電子課程實(shí)踐教學(xué)的具體手段 實(shí)例6： Cypr改革電子課程實(shí)踐教學(xué)的具體手段CY8CKIT-001開發(fā)板外觀電子教學(xué)改革(1)改革電子課程實(shí)踐教學(xué)的具體手段CY8CKIT-001電子教學(xué)改革電子課程實(shí)踐教學(xué)的具體手段CY8CKIT-030開發(fā)板外觀電子教學(xué)改革(1)改革電子課程實(shí)踐教學(xué)的具體手段CY8CKIT-030電子教學(xué)改革電子課程實(shí)踐教學(xué)的具體手段CY8CKIT-050開發(fā)板外觀電子教學(xué)改革(1)改革電子課程實(shí)踐教學(xué)的具體手段CY8CKIT-050電子教學(xué)開放式電子實(shí)踐教學(xué)平臺參考書 Cypress

17、PSoC設(shè)計指南系列參考書籍 （化工出版社出版）可編程片上系統(tǒng)PSoC設(shè)計指南（已經(jīng)出版） 目標(biāo)：針對PSoC3/5的單片機(jī)/嵌入式8051片上可編程系統(tǒng)原理及應(yīng)用（已經(jīng)出版） 目標(biāo)：針對PSoC3的單片機(jī)設(shè)計（RTX51 Tiny操作系統(tǒng)） PSoC模擬與數(shù)字電路設(shè)計指南（已經(jīng)出版） 目標(biāo)：針對本科/高職電子課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)，手把手學(xué)習(xí)混合嵌入式、信號設(shè)計（8月出版） 目標(biāo)：針對PSoC1的嵌入式設(shè)計Cortex-M3片上可編程系統(tǒng)原理及應(yīng)用（8月出版） 目標(biāo)：針對PSoC5的嵌入式設(shè)計（C/OS-III操作系統(tǒng)）電子教學(xué)改革(1)開放式電子實(shí)踐教學(xué)平臺參考書 Cypress開放式電子實(shí)踐教學(xué)平

18、臺參考書電子教學(xué)改革(1)開放式電子實(shí)踐教學(xué)平臺參考書電子教學(xué)改革(1)開放式電子實(shí)踐教學(xué)平臺參考設(shè)計 全書包含本科/高職模擬/數(shù)字電子課程教學(xué)所需要的設(shè)計實(shí)例。 模擬電路設(shè)計部分：簡單運(yùn)算放大器設(shè)計同相放大器的設(shè)計反相放大器的設(shè)計儀表放大器的設(shè)計積分器和微分器的設(shè)計一階有源濾波器的設(shè)計二階有源濾波器的設(shè)計基于非線性元件的電路設(shè)計波形發(fā)生器的設(shè)計電子教學(xué)改革(1)開放式電子實(shí)踐教學(xué)平臺參考設(shè)計 全書包含本科/高職模擬開放式電子實(shí)踐教學(xué)平臺參考設(shè)計數(shù)字電路設(shè)計部分： SIO特性測試及應(yīng)用邏輯表達(dá)式及最小化實(shí)現(xiàn)編碼器和譯碼器的設(shè)計碼轉(zhuǎn)換的設(shè)計多路復(fù)用器的設(shè)計多位數(shù)字比較器的設(shè)計算術(shù)運(yùn)算單元的設(shè)計鎖存器和觸發(fā)器的設(shè)計寄存器的設(shè)計有限自動狀態(tài)機(jī)的設(shè)計計數(shù)器的設(shè)計基于查找表的數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計多諧振蕩器的設(shè)計復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)的高層次描述電子教學(xué)改革(1)開放式電子實(shí)踐教學(xué)平臺參考設(shè)計數(shù)字電路設(shè)計部分：電子教學(xué)改革開放式電子實(shí)踐教學(xué)平臺參考設(shè)計好處表現(xiàn)在： 學(xué)生人手一塊； 隨時隨地就可以搭電路，不要在為教學(xué)資源的不足發(fā)愁； 在芯片里通過搭積木（IP）的方式，組成最終的模擬和數(shù)字混合 系統(tǒng)