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電子晶體學(xué)技術(shù)精選(九篇)

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電子晶體學(xué)技術(shù)

第1篇:電子晶體學(xué)技術(shù)范文

關(guān)鍵詞:模擬與數(shù)字電路;電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn);實(shí)驗(yàn)園地;虛擬儀器實(shí)驗(yàn)

中圖分類號:G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:1674-9324(2014)08-0151-03

一、背景

以模擬與數(shù)字電路為基礎(chǔ)內(nèi)容的電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)是高等學(xué)校理工科專業(yè)學(xué)生重要的必修專業(yè)基礎(chǔ)課,也是電子、計(jì)算機(jī)、自動化等工科專業(yè)的學(xué)生在大學(xué)教育階段所要經(jīng)歷的一個重要的工程性實(shí)踐環(huán)節(jié),在培養(yǎng)學(xué)生素質(zhì)和能力方面占有十分重要的地位[1]。而電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)課程作為一門綜合性的實(shí)踐課程,與理論課程并行開設(shè),其實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不再限制于某一門課程,而是把多門相關(guān)課程的知識相互滲透,有機(jī)融合。在一個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目或設(shè)計(jì)課題中,可以融合模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、EDA技術(shù)、單片機(jī)原理等知識模塊,讓學(xué)生運(yùn)用多種技術(shù)完成一個完整的電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì),使學(xué)生對電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程有深入的理解,同時培養(yǎng)工程實(shí)踐方面的基本素養(yǎng)。除了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,課題設(shè)計(jì)還可以采用電子設(shè)計(jì)競賽、科研項(xiàng)目、學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐等方式,在“開放”的狀態(tài)下進(jìn)行,充分體現(xiàn)學(xué)生的主體性[2]。眾所周知,軟件學(xué)院的辦學(xué)宗旨是要基于“精英型軟件人才”的培養(yǎng)目標(biāo),一般的軟件學(xué)院通常擁有軟件工程和網(wǎng)絡(luò)工程兩個專業(yè)方向,而我院為了強(qiáng)化“精英型軟件人才”的培養(yǎng)目標(biāo),在本科二年級時又開設(shè)了嵌入式和物聯(lián)網(wǎng)兩個專業(yè)方向,這兩個專業(yè)方向的學(xué)習(xí)需要有更好的硬件基礎(chǔ),這也是我院面向本科一個年級800人開設(shè)模擬與數(shù)字電路理論與實(shí)驗(yàn)課程,并且實(shí)驗(yàn)教學(xué)采取獨(dú)立設(shè)課的方式的重要原因。嵌入式與物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)與電子技術(shù)等硬件課程的聯(lián)系要較為緊密一些,對于目前的模擬與數(shù)字電路教學(xué),從事這兩個專業(yè)方向?qū)W習(xí)的學(xué)生往往會感到學(xué)得不夠多,不夠深入。許多有志于這兩個專業(yè)方向?qū)W習(xí)的學(xué)生,在做完基礎(chǔ)的模擬與數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)后希望,還能有機(jī)會到實(shí)驗(yàn)室做一些額外的、提高性的實(shí)驗(yàn)。而不從事這兩個專業(yè)方向?qū)W習(xí)的軟件工程和網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的學(xué)生,往往體會不到學(xué)習(xí)電子技術(shù)等硬件課程的重要意義,簡單的認(rèn)為在軟件學(xué)院學(xué)習(xí),只要把“軟”的東西搞明白就可以了,不應(yīng)在“硬”上浪費(fèi)時間。因此,結(jié)合我院目前本科生的教學(xué)體系、培養(yǎng)目標(biāo)以及開設(shè)的相關(guān)硬件課程如:51單片機(jī)接口與匯編、fpga設(shè)計(jì)、通信原理、計(jì)算機(jī)組成原理等與硬件電路密切相關(guān)的課程,構(gòu)建“電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系”就顯得有重大的意義,能夠使基礎(chǔ)的硬件教學(xué)與軟件學(xué)院的教學(xué)體系和培養(yǎng)目標(biāo)建立起聯(lián)系,體現(xiàn)了硬件實(shí)驗(yàn)教學(xué)相對于軟件專業(yè)方向?qū)W習(xí)的重要性和關(guān)聯(lián)性,實(shí)現(xiàn)軟硬兼顧。除此以外,目前在全國眾多的軟件學(xué)院中,另外,還沒有發(fā)現(xiàn)一所軟件學(xué)院提出構(gòu)建“軟件學(xué)院電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系”的教學(xué)改革活動。著名的大學(xué)如北京大學(xué)是將軟件與微電子學(xué)院放在一起合辦,盡管如此,北京大學(xué)也沒有面向軟件工程、網(wǎng)絡(luò)工程將近800人的、規(guī)模龐大的模擬與數(shù)字電路的實(shí)驗(yàn)課程,因此,我院進(jìn)行構(gòu)建“軟件學(xué)院電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系”的教學(xué)改革實(shí)踐就顯得特別有意義,能夠起到“示范性”的作用。

二、研究基礎(chǔ)

我院自2008年開始在本科生的教學(xué)體系中引入獨(dú)立的模擬與數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)課程以來,取得了許多積極的教學(xué)成果:(1)有力的輔助了模擬與數(shù)字電路理論課的教學(xué),使抽象的理論課不再生澀難懂。(2)通過動手搭電路的實(shí)驗(yàn)很好的煅練了學(xué)生的操作能力,通過實(shí)驗(yàn)學(xué)生的實(shí)踐能力得以提高。(3)對我院其他專業(yè)方向的如計(jì)算機(jī)組成原理等理論與實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)提供了有力的支持。(4)教學(xué)模式不斷改進(jìn),部分實(shí)驗(yàn),如儀器使用的教學(xué)方式完成了由傳統(tǒng)的“老師講,學(xué)生跟著做”到以學(xué)生為主體,旨在培養(yǎng)學(xué)生“自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新意識”的開放式教學(xué)。在數(shù)字實(shí)驗(yàn)部分設(shè)立了“選做”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,面向能快速完成必做實(shí)驗(yàn)部分的、有興趣做更多學(xué)習(xí)和嘗試的學(xué)生。(5)規(guī)范實(shí)驗(yàn)教學(xué)的流程,引入了實(shí)驗(yàn)報(bào)告冊,在報(bào)告冊中明確規(guī)定實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)、操作、總結(jié)部分的要求。(6)在現(xiàn)有課程教學(xué)基礎(chǔ)上,結(jié)合我院嵌入式工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo),開設(shè)了一門提高性質(zhì)的開放式電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程“嵌入式電路設(shè)計(jì)開發(fā)與應(yīng)用實(shí)踐”。

但現(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)教學(xué)仍有許多不足之處:(1)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊,所用元器件型號過時,需要更新。(2)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目仍然偏少,不夠豐富,可供選擇的余地小,大大的限制了學(xué)生自主性的發(fā)揮,不利于創(chuàng)新型、研究型的學(xué)習(xí)。因此,驗(yàn)證性、綜合性、設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目均應(yīng)增加。(3)教學(xué)模式僵化,手段單一,仍以傳統(tǒng)的老師在課堂上按部就班的指導(dǎo),學(xué)生跟著按實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行操作驗(yàn)證為主,學(xué)生沒有自由發(fā)揮、進(jìn)行創(chuàng)新型學(xué)習(xí)的機(jī)會。實(shí)驗(yàn)室目前仍沒有完全實(shí)現(xiàn)開放,而學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)任務(wù)較重,課程設(shè)置多,很難有整塊的時間和專門的機(jī)會通過更多的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練獲得提高。(4)實(shí)驗(yàn)課程考核的方式單一,除了批閱實(shí)驗(yàn)報(bào)告之外,成績評定主要以學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)的快慢為主,即主要考核學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度,認(rèn)真預(yù)習(xí)的程度及實(shí)驗(yàn)動手操作能力的高低。(5)尚未形成一個有效的綜合教學(xué)體系,使模擬與數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)課程能更好地融入我院的整體教學(xué)體系當(dāng)中。

三、研究思路

基于以上的原因及分析,應(yīng)結(jié)合目前我院的教學(xué)體系及專業(yè)培養(yǎng)方向,以現(xiàn)有的模擬與數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)為基礎(chǔ),以“開放式”教學(xué)為主要依托,構(gòu)建“電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系”,以求根本解決我院目前模擬與數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的各種問題。

1.建設(shè)電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)園地[3]。建設(shè)電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)園地是本研究課題要實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)目標(biāo),是構(gòu)建我院電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的基礎(chǔ)。

實(shí)驗(yàn)園地中的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目如圖1所示分為以下幾大組成部分:①實(shí)驗(yàn)基本技能訓(xùn)練園地,實(shí)驗(yàn)基本技能訓(xùn)練園地主要包括:如何進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí),如查找資料,對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行理論分析;實(shí)驗(yàn)操作中的FAQ;實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告的書寫要求;電路設(shè)計(jì)仿真軟件的入門;嵌入式C、匯編語言的集成開發(fā)環(huán)境的使用;VHDL、Verilog等硬件設(shè)計(jì)語言及ISE開發(fā)編譯環(huán)境的使用;EDA技術(shù)基礎(chǔ)如電路板的原理圖、PCB板圖的設(shè)計(jì);電路焊接的基本技能培訓(xùn)等。將實(shí)驗(yàn)基本技能訓(xùn)練部分的資源放置于我院的ftp課程網(wǎng)站或?qū)W院網(wǎng)站上,根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)的要求或?qū)W生自已的需求下載使用。②專用儀器設(shè)備園地,在專用儀器設(shè)備園地中,可獲得示波器、萬用表、函數(shù)信號發(fā)生器、直流穩(wěn)壓電源、電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)箱、實(shí)驗(yàn)操作面板等儀器設(shè)備的使用說明書,操作實(shí)例,操作課件等。③基礎(chǔ)模擬與數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)園地,按照基礎(chǔ)模擬與數(shù)字電子技術(shù)通用的理論教學(xué),實(shí)驗(yàn)園地可分為四大模塊[4]:模塊A:常用電子元器件,包括電阻、電容、電感、二極管、三極管、場效應(yīng)管等,模塊A是模擬與數(shù)字電子技術(shù)的共同基礎(chǔ)。模塊B:模擬電路模塊,包括基本放大器、差動放大器、功率放大器、運(yùn)算放大器、反饋放大器、信號發(fā)生器、直流穩(wěn)壓電源等,該模塊是模擬電子技術(shù)的主要內(nèi)容,著重讓學(xué)生掌握模擬電路的基本概念、基本原理和基本分析方法。模塊C:數(shù)字邏輯和數(shù)字電路模塊,主要包括邏輯代數(shù)基礎(chǔ)、邏輯門電路、組合邏輯電路、時序邏輯電路、脈沖產(chǎn)生與整形、大規(guī)模集成電路(半導(dǎo)體存儲器、A/D和D/A等)。模塊C是數(shù)字電子技術(shù)的主要內(nèi)容,旨在讓學(xué)生掌握數(shù)電的基本知識及常用數(shù)字集成電路,學(xué)會邏輯分析和邏輯設(shè)計(jì)的方法。模塊D:可編程邏輯器件模塊,目前常用的可編程邏輯器件包括EPROM、GAL、FPGA、E2PROM,模塊D是數(shù)字電路領(lǐng)域發(fā)展較快的一項(xiàng)技術(shù),通過與EDA技術(shù)的結(jié)合,使通過軟件編程的方法實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)計(jì)成為可能。④演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)園地,將演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)園地分為三大模塊:模塊A:實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)教學(xué),實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)是從實(shí)驗(yàn)結(jié)果入手的教學(xué)方法,有助于從總體設(shè)計(jì)方面建立深入的宏觀印象,趣味性的結(jié)果還有助于激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)創(chuàng)造的興趣,使學(xué)生在充分理解了現(xiàn)有實(shí)現(xiàn)方法的基礎(chǔ)上,積極探求不同的實(shí)驗(yàn)思路和解決方案。“實(shí)物”既可以包括實(shí)驗(yàn)教師為某項(xiàng)實(shí)驗(yàn)所設(shè)計(jì)的專用演示電路實(shí)驗(yàn)板,也可以包括學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐過程中的設(shè)計(jì)產(chǎn)品,當(dāng)然也可以是實(shí)驗(yàn)電路搭接后結(jié)果的視頻演示。演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)也可以通過多媒體PPT課件,WORD或PDF文檔、視頻的形式集中于我院的FTP課程網(wǎng)站或?qū)W院網(wǎng)站上,根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)的要求或?qū)W生自已的需求下載使用。模塊B:虛擬儀器實(shí)驗(yàn),建設(shè)基于Labview的3D電子技術(shù)虛擬實(shí)驗(yàn)室??梢詽M足學(xué)生進(jìn)行常用儀器設(shè)備的熟悉與使用,驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的虛擬仿真等。如圖2所示為實(shí)驗(yàn)中心自主開發(fā)的“三維虛擬實(shí)驗(yàn)室”軟件系統(tǒng),目前該系統(tǒng)正在研制。

通過對實(shí)物如儀器設(shè)備、電子元件等的虛擬,使學(xué)生對電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)形成全方位的了解,為深入實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備,虛擬實(shí)驗(yàn)還可以減少針對儀器設(shè)備、電子器件的誤操作,降低設(shè)備器件的損耗,延長使用壽命,減少維修維護(hù)的工作量。虛擬實(shí)驗(yàn)的教學(xué)可以不受時間、空間的限制,學(xué)生可以在實(shí)驗(yàn)室開放的時間到實(shí)驗(yàn)室來做實(shí)驗(yàn),也可以在公共機(jī)房安裝有該軟件系統(tǒng)的PC機(jī)上完成實(shí)驗(yàn)任務(wù),甚至可以在宿舍、網(wǎng)吧、圖書館等有網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的地方通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué),真正實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的“開放式”。模塊C:電路仿真實(shí)驗(yàn),許多EDA軟件就具有電路仿真功能,針對簡單的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),電路仿真往往顯得特別有效,如RC電路的實(shí)驗(yàn),實(shí)現(xiàn)過程非常簡單。如果在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室之前就能利用EDA軟件針對不同電阻R和電容C進(jìn)行電路仿真,根據(jù)仿真的結(jié)果確定所需要的電阻、電容,就可以大大節(jié)省查找器件的時間,降低了在實(shí)驗(yàn)室中找不到該器件的風(fēng)險(xiǎn),提高的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的效率,有助于開放教學(xué)過程中更高效的使用實(shí)驗(yàn)室。相比于實(shí)物演示教學(xué)和虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué),電路仿真更顯得專業(yè)化。⑤提高性實(shí)驗(yàn)園地,提高性實(shí)驗(yàn)園地的建設(shè)是構(gòu)建“電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系”的關(guān)鍵,是使電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)能與軟件學(xué)院的教學(xué)體系和培養(yǎng)目標(biāo)建立聯(lián)系的重要環(huán)節(jié),體現(xiàn)硬件實(shí)驗(yàn)教學(xué)相對于軟件專業(yè)方向?qū)W習(xí)的重要性和關(guān)聯(lián)性,實(shí)現(xiàn)軟硬兼顧。結(jié)合我院本科生教學(xué)體系及專業(yè)培養(yǎng)方向的實(shí)際,以及我院目前開設(shè)的51單片機(jī)接口與匯編、fpga設(shè)計(jì)、通信原理、計(jì)算機(jī)組成原理等與硬件電路密切相關(guān)的課程,提高性實(shí)驗(yàn)教學(xué)園地包括三大模塊:模塊A:單片機(jī)硬件實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)方式為,設(shè)計(jì)電路原理圖進(jìn)行電路仿真(可選)編寫C、匯編程序編譯成HEX文件用編程器寫入MCU實(shí)驗(yàn)箱上搭接電路實(shí)現(xiàn)功能制作PCB板(可選)。單片機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)可以實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)的模擬與數(shù)字電路、單片機(jī)原理及應(yīng)用、EDA電路設(shè)計(jì)技術(shù)及軟件編程與測試等多門專業(yè)課程的綜合。模塊B:FPGA硬件實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)方式為,設(shè)計(jì)電路原理圖進(jìn)行電路仿真(可選)編寫VHDL、Verilog語言程序編譯生成bit文件燒寫到可編程器件內(nèi)搭接電路實(shí)現(xiàn)數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)或系統(tǒng)功能。FPGA硬件實(shí)驗(yàn)可以實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)的模擬與數(shù)字電路(尤其是數(shù)字邏輯)、計(jì)算機(jī)組成原理及體系結(jié)構(gòu)、EDA電路設(shè)計(jì)技術(shù)及軟件編程與測試等多門專業(yè)課程的綜合。模塊C:通信原理硬件實(shí)驗(yàn),通信原理理論課程是我院網(wǎng)絡(luò)工程系開設(shè)的一門專業(yè)課,為了深入這門課程,必須具備堅(jiān)實(shí)的模擬(包括低頻、高頻電子線路)和數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)。目前,我院尚無完善的硬件實(shí)驗(yàn)課程與之匹配,因此可在提高性實(shí)驗(yàn)園地中加入這一模塊。通信原理硬件實(shí)驗(yàn)可以實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)的模擬與數(shù)字電路(尤其是高頻電子線路與數(shù)字邏輯)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及軟件編程與測試等多門專業(yè)課程的綜合。

四、結(jié)論

由以上分析得出如圖3所示的“軟件學(xué)院電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系”的基本構(gòu)思。

實(shí)驗(yàn)教師應(yīng)是電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)園地的建設(shè)者,在利用園地中的各種實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及資源做好基礎(chǔ)及提高性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基礎(chǔ)上,承擔(dān)實(shí)驗(yàn)園地中實(shí)驗(yàn)方案與任務(wù)書的設(shè)計(jì)工作,在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開發(fā)的過程中,針對不同水平的學(xué)生,逐漸形成驗(yàn)證性,綜合性,設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的層次。做為電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)園地的使用者的學(xué)生,在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)與“開放式”教學(xué)相結(jié)合的基礎(chǔ)上,逐漸與實(shí)驗(yàn)教師建立新型的教與學(xué)的關(guān)系,如:學(xué)生自已選擇現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,盡可能的獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)教師僅起到輔助指導(dǎo)的作用;教師根據(jù)學(xué)生的水平,將現(xiàn)有的多個驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)綜合,形成實(shí)驗(yàn)方案,引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立完成;學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,尋求實(shí)驗(yàn)教師的建議及幫助,盡可能的完全獨(dú)立自主的完成電路設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)園地的建設(shè)會為基礎(chǔ)、提高性實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供更多的實(shí)驗(yàn)素材,有助于豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。教學(xué)中產(chǎn)生的問題有助于豐富實(shí)驗(yàn)園地中的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的建設(shè),使教師、學(xué)生在進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)的過程中有更多的選擇,有助于擴(kuò)展學(xué)生的知識面,提高實(shí)驗(yàn)教師的教學(xué)水平??傊咧g的良性互動將創(chuàng)造一個良好的教學(xué)實(shí)踐環(huán)境,切實(shí)提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平和教學(xué)質(zhì)量。

鳴謝:本文受到2013年大連理工大學(xué)教學(xué)改革項(xiàng)目“立足精英型軟件人才培養(yǎng)目標(biāo)的電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的構(gòu)建”項(xiàng)目資助。

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