综合性电子系统设计课程建设的探索与实践王金庭

Vol.9No.9

2012年9月

第9卷第9期

Journal of Hubei University of Economics(Humanities and Social Sciences)

湖北经济学院学报（人文社会科学版）

S ep.2012一、引言

随着信息技术产业的进一步发展，电子信息工程专业是目前人才市场最受欢迎的专业之一。本专业主要学习信息获取、信息传输、信息处理与信息应用等方面的理论、技术和工程实现问题，包括：信息的传感与获取、信息的表达与度量、信息的存储、信号通过系统的响应、信息的传输、信息的识别与分离、信息的人机界面等。该专业培养从事电子设备与信息系统的设计、开发、应用和集成的高级工程应用型人才。本专业学习的知识面很宽，专业的适用面很广，测重于电子系统的设计与构建，以及硬件平台上软件系统的开发。因此，本专业对人才的实践动手能力、工程应用能力以及创新能力有着较高的要求。

二、课程在电子信息工程专业中的地位和作用

《综合性电子系统设计》是我校电子信息类专业本科学生三年级下学期的一门必修课程。本课程是在学习了本专业的模拟电子技术、数字电技术、单片机原理及应用、高频电路、传感器及检测技术、电子线路设计制作、EDA 技术、DSP 技术、计算机辅助电路设计PROTEL 等各门理论课和相应的实验实践课的基础上，综合运用所学课程的理论知识和已经掌握了的实践技能，完成一个具有一定规模的电子系统的规划、设计、安装和调试。通过学习本课程，培养学生资料查找、系统分析与设计、项目分工与管理、科学研究、创新性思维的能力；培养学生的设计性报告写作、表达、交流沟通、团队协作、毅力等综合素质；能使学生把已经掌握的原理性知识和未来将要从事的工程设计工作之间搭建起一座桥梁，引导学生顺利地由书本走向实际，在今后的工程实践中少走弯路，更好地适应市场对本专业人才的需要。

三、课程教学内容的设置

（一）本课程的教学基础

本课程是在学生学习了模拟电子技术、数字电子技术、单片机原理及应用、传感器及检测技术、电子线路设计制件、

EDA 技术、DSP 技术、计算机辅助电路设计PROTEL 等各门

理论课和相应的实验实践课的基础上开设的一门课程，本课程对学生的专业理论和学生实践动手能力都提出了比较高的要求。对学生所学过的课程，要求如下：

1.模拟电子技术课程需要掌握信号处理电路、信号发生

电路、电源电路的基本理论和基本知识。学生学习本课程以后能独立完成共射极放大电路、负反馈放大电路、运算电路、电路比较器、RC 弦波振荡等单元电路的实验，以及实验报告的撰写。能独立完成直流稳压电源、功率放大器等电路的设计、安装和调试，以及设计性实验报告的撰写。掌握模拟电路的实验方法和实验的技能。

2.数字电子技术课程需要掌握组合逻辑电路、时序逻辑

电路、脉冲的产生与整形电路、数模和模数的基本理论和基本知识。学生学习本课程以后能独立完成门电路的功能测试、加法器、译码器、数据选择器、触发器、计数器、AD 和DA 等数字单元电路的实验，以及实验报告的撰写。能独立完成多路智力抢答器或多功能数字钟等综合性数字电路的设计、安装和调试；掌握数字电路的实验方法和实验技能。

3.单片机原理与应用课程需要掌握硬件系统、指令系统、汇编和C51程序设计方法、定时与中断系统、单片机的接

口、系统扩展等基本理论和基本知识。学生学习本课程以后能独立完成定时器、中断等单片机的基础实验，以及实验报告的撰写。能独立完成艺术彩灯控制系统的程序设计，整机安装和调试；掌握单片机开发的流程和单片机小系统的使用。

4.EDA 技术课程需要掌握EDA 的基础知识、设计输入

方法。学生学习本课程以后能独立完成组合逻辑、时序电路基础实验。能独立完成简易存储示波器等用EDA 技术实现的综合系统设计。掌握VHDL 的开发流程和EDA 小系统的使用。

5.电子线路设计制件课程需要掌握单元电路的设计流

程，安装及调试技术。学生学习本课程以后能独立完成精密整流电路、滤波电路等单元电路的设计安装和调试，能独立完成系统电路数控直流稳压电源设计、安装调试和VHDL 控制程序的编写，以及综合性电路设计性实验报告的撰写。

6.传感器及检测技术课程需要掌握各类传感器的工作

原理、基本结构、相应的测量电路和在各个领域中的应用，使学生掌握传感器的使用方法和设计要点。

（二）课程教学内容设置

本课程首先从电子技术综合设计中的分类基础内容的回顾与复习入手，通过对实际工程案例的分析和设计，将学生各先修课程中自成体系的基础理论和知识进行融合贯通；对综合性电子系统最常用的单片机小系统和FPGA 小系统进行讲解和实践；课程最后要求在老师的指导下，完成一个与所学专业相关的较复杂的完整的电子作品设计，包括：设计的前期规划、功能分析、作品制作和调试。本课程总共51学时，计3学分，其中理论教学25学时，实践教学26学时，具体的教学内

《综合性电子系统设计》课程建设的探索与实践

王金庭，刘

伟

（湖北经济学院电子工程系，湖北武汉430074）

摘

要：本文介绍了综合性电子系统设计课程在我校电子信息类专业人才培养体系中的地位和作用，探讨了课

程体系和课程教学内容的设置。提出了的本课程主要的教学方法和手段，最后介绍了该课程教学近几年来在我校的实践效果。

关键词：电子系统设计；教学体系；工程设计

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容安排如下：

1.综合性电子系统设计导论。

本单元教学的主要教学内容包括，（1）电子系统综合设计概念，电子系统综合设计需要基础知识，电子系统综合设计的主要内容；（2）电子系统综合设计中要注意的主要问题，理论和书本知识与实际情况的差别以及电磁兼容（EMC）问题；（3）电子系统的设计方法、组装及调试技术；（4）电子系统的硬件架构，介绍日常生活中常见的电子产品，以及这些电子产品的系统架构。

2.电子设计中器件的快速选型

TI公司是世界领先的半导体产品供应商，TI不仅在DSP 的市场份额上有超过65％占有率的绝对优势；在模拟产品领域，TI也一直占据出货量世界第一的位置。本单元以TI公司的产品为例，讲授在直流信号链和交流信号链中根据电路性能指标对器件的要求，对于运算放大器、数据转换器、处理器等器件的选择方法。

3.单元电路的设计、安装与调试

本单元教学的主要教学内容包括，（1）分立元件晶体管放大器的设计，集成运算放大器的设计；（2）函数发生器的设计，包括由电压比较器、差分放大器构成的函数发生器以及集成的函数发生器；（3）分立元件的滤波器和集成的开关电容滤波器；（4）温度传感器18B20的应用等。

4.单片机和FPGA开发板的使用

本单元主要讲授51或MSP430单片机小系统的系统结构和LED、数码管、按键、键盘矩阵、字符型LCDA/D转换、D/ A转换、DS18B20数字测温、DS1302时钟、红外线遥控解码、步进电机模块、各种读卡模块等功能配置以及典型应用；掌握FPGA开发板的硬件结构、工作原理和使用方法。

5.系统电路的设计、安装与调试

本单元主要让学生完成一个与所学专业相关的较复杂的完整的电子作品设计，设计的课题为简易相位测量仪。通过设计的前期规划、功能分析，使用单片机和FPGA开发板等开发工具，根据等精度的原理，最终完成作品制作和调试。

四、课程的教学方法和手段

（一）本课程的教学方法

综合性电子系统设计是一门涵盖知识很广的综合性设计课程，几乎涵括了电子技术、计算机技术、信息技术和通信技术等内容，并且电子技术发展快，变化日新月异。为此，课程在教学过程中，主要强调通过理论课堂和实验、实践项目激发学生的学习热情和兴趣，挖掘学生的潜能。

课程通过实际工程案例的分析和设计，将学生各先修课程中自成体系的基础理论和知识进行融合贯通；再要求学生按照教师要求和综合设计选题内容进行相关最小系统板的设计及实践；课程最后引导并要求学生完成一个与所学专业相关的较复杂的完整的电子作品设计，最终通过答辩、作品展示和总结结束课程的学习。

（二）本课程的教学手段

由于课程综合性强、信息密集、应用设计实例多，单纯的黑板书写和电子课件PPT讲解的教学手段传递给学生的知识量非常有限的，因此教师在教学活动中运用了先进的现代教育技术，逐步形成了课堂讲授以电子课件讲课为主；黑板板书、实物展示和播放视频录像等为辅；课堂专题研讨、项目实例分析、项目模拟设计等多元化、立体化的教学方式，同时，注重理论与实践相结合。在教学手段上，主要方法和特色包括：

1.使用电路设计仿真软件，提高电子系统设计的效率

采用传统的电路设计方法不仅开发时间很长，在开发过程中要使用很多元器件，开发的成本也很高。目前有一些很好的电路设计仿真软件，比如对于模拟和数字电路，用multisim 软件的仿真结果接近于实际情况。对于有处理器的电路，则可以使用Proteus软件，该软件可以实现数字电路、模拟电路及微控制器系统与外设的混合电路系统的电路仿真、软件仿真、系统协同仿真和PCB的全部功能。电路设计仿真软件的使用，提高电子系统设计的效率，降低了开发成本。

2.将电子设计大赛等学科竞赛与课程教学相结合，培养学生实践创新能力

历年的全国和全省的大学生电子设计竞赛的选题和设计都体现了电子、计算机、信息和通信技术等领域的典型应用和经典设计，是很好的设计参考和指导材料，通过将历年的竞赛设计实例和相关设计思路、方法引入到课程中来，让学生对综合系统设计有了非常亲密的感性地认知，极大地激发了他们的学习热情和设计激情。

3.充分利用网络资料

目前，很多高校电子信息类专业都开设了相关课程，并建成了课程网站。比如武汉大学就把电子系统综合设计课程已建成了省级精品课程，课程网站资料非常丰富，包括了电子系统综合设计技术的教学课件和自学资源、实时更新的电子系统综合设计技术相关的科研最新进展和技术的最新发展动态，最新的电子系统综合设计技术相关的研究文献等内容，而且还有其他高校电子系统综合设计技术教学相关的参考学习课件。网站丰富多彩的栏目内容充分调动了学生学习电子系统综合设计技术课程的积极性，起到了良好的效果。

4.设立创新“学分”，采取多种措施鼓励学生进行创新实践

我校电子信息类人才培养方案中专门设置了2个课外的创新学分，鼓励学生科研立项和参加大学生电子设计竞赛、船模竞赛等课程创新科技活动。创新学分由院系专家评审委员会负责创新学分的评定，学校每学期末受理创新学分的申报工作，由本人填写创新学分申请表，经所在院系审核，由教务处报创新学分评定委员会评定后，可获得创新学分，并记入学生成绩档案。

五、结语

针对电子信息类专业学生实践动手能力存在的不足，以及电子信息类企业对学生知识、素质和能力的要求，我们对本课程的课程体系和教学内容进行了精心的设计，积极进行教学方法和教学手段的改革。课程开设四年来，学生学习的积极很高，教学质量良好，学生电子系统综合设计能力、工程应用能力有了很大提高。

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