电子系统设计范文

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现代EDA技术的基本特征是采用高级语言描述，具有系统级仿真和综合能力。EDA技术研究的对象是电子设计的全过程，有系统级、电路级和物理级各个层次的设计。EDA技术研究的范畴相当广泛，从ASIC开发与应用角度看，包含以下子模块：设计输入子模块、设计数据库子模块、分析验证子模块、综合仿真子模块和布局布线子模块等。EDA主要采用并行工程和“自顶向下”的设计方法，然后从系统设计入手，在顶层进行功能方框图的划分和结构设计，在方框图一级进行仿真、纠错，并用VHDL等硬件描述语言对高层次的系统行为进行描述，在系统一级进行验证，最后再用逻辑综合优化工具生成具体的门级逻辑电路的网表，其对应的物理实现级可以是印刷电路板或专用集成电路。

二、EDA技术的发展

EDA技术的发展至今经历了三个阶段：电子线路的CAD是EDA发展的初级阶段，是高级EDA系统的重要组成部分。它利用计算机的图形编辑、分析和存储等能力，协助工程师设计电子系统的电路图、印制电路板和集成电路板图。它可以减少设计人员的繁琐重复劳动，但自动化程度低，需要人工干预整个设计过程。

EDA技术中级阶段已具备了设计自动化的功能。其主要特征是具备了自动布局布线和电路的计算机仿真、分析和验证功能。其作用已不仅仅是辅助设计，而且可以代替人进行某种思维。

高级EDA阶段，又称为ESDA(电子系统设计自动化)系统。过去传统的电子系统电子产品的设计方法是采用自底而上(Bottom-UP)的程式，设计者先对系统结构分块，直接进行电路级的设计。EDA技术高级阶段采用一种新的设计概念：自顶而下(TOP-Down)的设计程式和并行工程(ConcurrentEngineering)的设计方法，设计者的精力主要集中在所设计电子产品的准确定义上，EDA系统去完成电子产品的系统级至物理级的设计。此阶段EDA技术的主要特征是支持高级语言对系统进行描述。可进行系统级的仿真和综合。

三、基于EDA技术的电子系统设计方法

1.电子系统电路级设计

首先确定设计方案，同时要选择能实现该方案的合适元器件，然后根据具体的元器件设计电路原理图。接着进行第一次仿真，包括数字电路的逻辑模拟、故障分析、模拟电路的交直流分析和瞬态分析。系统在进行仿真时，必须要有元件模型库的支持，计算机上模拟的输入输出波形代替了实际电路调试中的信号源和示波器。这一次仿真主要是检验设计方案在功能方面的正确性。仿真通过后，根据原理图产生的电气连接网络表进行PCB板的自动布局布线。在制作PCB板之前还可以进行后分析，包括热分析、噪声及窜扰分析、电磁兼容分析和可靠性分析等，并且可以将分析后的结果参数反标回电路图，进行第二次仿真，也称为后仿真，这一次仿真主要是检验PCB板在实际工作环境中的可行性。

可见，电路级的EDA技术使电子工程师在实际的电子系统产生之前，就可以全面了解系统的功能特性和物理特性，从而将开发过程中出现的缺陷消灭在设计阶段，不仅缩短了开发时间，也降低了开发成本。2.系统级设计

系统级设计是一种“概念驱动式”设计，设计人员无须通过门级原理图描述电路，而是针对设计目标进行功能描述。由于摆脱了电路细节的束缚，设计人员可以把精力集中于创造性概念构思与方案上，一旦这些概念构思以高层次描述的形式输入计算机后，EDA系统就能以规则驱动的方式自动完成整个设计。

系统级设计的步骤如下：

第一步：按照“自顶向下”的设计方法进行系统划分。

第二步：输入VHDL代码，这是系统级设计中最为普遍的输入方式。此外，还可以采用图形输入方式(框图、状态图等)，这种输入方式具有直观、容易理解的优点。

第三步：将以上的设计输入编译成标准的VHDL文件。对于大型设计，还要进行代码级的功能仿真，主要是检验系统功能设计的正确性，因为对于大型设计，综合、适配要花费数小时，在综合前对源代码仿真，就可以大大减少设计重复的次数和时间，一般情况下，可略去这一仿真步骤。

第四步：利用综合器对VHDL源代码进行综合优化处理，生成门级描述的网表文件，这是将高层次描述转化为硬件电路的关键步骤。综合优化是针对ASIC芯片供应商的某一产品系列进行的，所以综合的过程要在相应的厂家综合库支持下才能完成。综合后，可利用产生的网表文件进行适配前的时序仿真，仿真过程不涉及具体器件的硬件特性，较为粗略。一般设计，这一仿真步骤也可略去。

第五步：利用适配器将综合后的网表文件针对某一具体的目标器件进行逻辑映射操作，包括底层器件配置、逻辑分割、逻辑优化和布局布线。

第六步：将适配器产生的器件编程文件通过编程器或下载电缆载入到目标芯片FPGA或CPLD中。如果是大批量产品开发，通过更换相应的厂家综合库，可以很容易转由ASIC形式实现。

四、前景展望

21世纪将是EDA技术的高速发展时期，EDA技术是现代电子设计技术的发展方向，并着眼于数字逻辑向模拟电路和数模混合电路的方向发展。EDA将会超越电子设计的范畴进入其他领域随着集成电路技术的高速发展，数字系统正朝着更高集成度、超小型化、高性能、高可靠性和低功耗的系统级芯片(SoC，SystemonChip)方向发展，借助于硬件描述语言的国际标准VHDL和强大的EDA工具，可减少设计风险并缩短周期，随着VHDL语言使用范围的日益扩大，必将给硬件设计领域带来巨大的变革。

［摘要］本文从EDA技术的定义及构成出发，系统介绍了EDA技术的发展概况，以及基于EDA技术的电子系统设计的方法和步骤，快速实现系统数字集成，具有深刻的理论意义和实际应用价值。

［关键词］EDA技术电子系统仿真

二十世纪后半期，随着集成电路和计算机的不断发展，电子技术面临着严峻的挑战。由于电子技术发展周期不断缩短，专用集成电路(ASIC)的设计面临着难度不断提高与设计周期不断缩短的矛盾。为了解决这个问题，要求我们必须采用新的设计方法和使用高层次的设计工具。在此情况下，EDA(ElectronicDesignAutomation即电子设计自动化)技术应运而生。随着电子技术的发展及缩短电子系统设计周期的要求，EDA技术得到了迅猛发展。

参考文献：

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课堂教学。教学效果虽然取决于学生和教师两个方面，但归根到底还是看教学方法是否得当。“电子系统设计”课程一般安排在第7学期，此时大部分学生专注于考研和找工作，学习积极性和时间投入不足；本课程涉及面较广，不仅需要灵活运用前修课程的相关知识，而且须加强对实际电子系统（产品）的分析和综合能力，有一定的难度。这些特点对课堂教学方法提出了较高要求。虽然很多教师对多媒体课件制作、双主体课堂教学模式等方面进行了有益的改进和运用，但是在授课的深入浅出、知识的融会贯通、理论联系实际等方面普遍存在不足，难以调动学生的积极性和主动性。实践教学。“电子系统设计”课程的实践性极强，一般配备综合课程设计等实践环节。实践科目的设计是其中的重点和难点，常常存在以下问题，达不到预期训练效果：难度及工作量偏大或便小；覆盖面经常偏小，等同于一个课程实验；趣味性或实用性不够，难以引起学生兴趣；设计及制作成本考虑不足，给学校或学生造成负担；较大的课题以团队形式完成，但任务分工及考核量化不明确，等等。另外，实践教学手段较单一，没有很好体现教学与行业应用、与教师科研的合理结合。

改进方法探讨

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高职教育是一种以就业为导向的教育，其目的是为生产第一线培养技术应用型人才。高职教育的毕业生除应具备通用能力外，还应具有必要的专业素质，成为“动手能力强、专业技术过硬、掌握高新技术的技能型人才。”这些目标的实现都离不开实验实训的教学环节。通过实训环节，可使学生从感性认识上升到理性认识，巩固已学到的理论知识，掌握一定的实践能力，提高动手能力，培养其创新思维。

综合性电子设计实训是电子、单片机、检测等课程相结合的实训课程，体现了模数结合、硬软结合，有利于学生将几门课程的知识融会贯通，理论与实践结合，使学生具备初步的综合电子设计能力。

经过几年的教学实践，在借鉴了其他高职院校经验的基础上，根据我院的实际情况，我们提出了“综合性电子设计实训”的改革思路，建立了“模块化”的实训平台。

分立课程的实训模式及其弊端

从专业规划来看，我院电类专业主要包含电子、电气、机电三个方向，学生毕业后主要从事现代工业设备的安装、操作、管理与维护工作，在这些岗位上他们所用的知识不是单一课程的，而是集多学科为一体的综合知识。

在改革前，我院电类专业的专业课包含电工电子技术基础模块、电子工艺基础模块和自动控制技术模块三大块的内容：（1）电工电子技术基础模块，包括电工基础与实训、电机与实训、模拟电子技术与实训、数字电子技术与实训。（2）电子工艺基础模块，包括电子CAD与实训、电子工艺与实训、电子测量与实训。（3）自动控制技术模块，包括自动检测技术与实训、单片机技术与实训、PLC技术与实训。

以上每个课程及实训都是在专业实验室进行，其指导思想是通过反复练习和实训，使学生掌握每门课程的知识。这些课程系统性、理论性强，但是缺点也是明显的，主要表现在：（1）单科性过于明显，几乎每门课程都对应一个实验室，课程之间没有贯通，知识点都是孤立的；（2）验证性的实验居多，学生基本都是按照实验指导书按部就班地进行试验，独立思考的空间很小，收获不多。

综合性电子系统设计实训及其优点

综合设计性实验就是对电子技术课程进行综合性设计。课程视题目的大小集中在两至四周内，内容选择信号检测与控制、信号采集与转换、数字钟计时系统等综合性题目。例如设计单片机数据采集系统，就可显示为如下框图系统。

通过对框图的分析发现，单片机数据采集系统就是把以前做过的A／D转换器、D／A转换器、放大器等实验“模块”根据需要组合在一起，经调试即可满足上述要求。综合性设计试验使用的电路模块如下表所示。

从以上的实例可以看出采用综合性电子设计实训有以下优点：

采用“模块化”设计便于学生掌握 在综合电子设计实训中，我们采用了“模板化”设计，使系统设计的局部和整体有机结合，电路形式简洁直观，便于学生理解和掌握系统设计的概念。例如学生在以前的实验中设计好的A/D转换器、D/A转换器的“模块化”电路，在上述的单片机数据采集系统中就可以拿来用。另一方面，也提高了实验资源的利用率。就高职学生的理论水平和实际经验而言，要独立设计一个大的系统尚有一定难度，但有了以上这些单个实验模块电路后，学生可把它们作为一些基本的“元件”来看，通过组合这些“元件”来实现一定的功能，就比较容易了。

提高学生的学习积极性及设计能力在实训过程中，学生通过自己设计实验电路、实验步骤、实验方法等，综合应用电子技术的能力、理论联系实际的能力得到了很大的提高，促进了学生创造性思维的发挥。模块化的设计方式通过化整体为部分，化复杂为简便，提高了学生对系统的设计参与意识与兴趣，综合素质普遍提高。对于那些理论基础较扎实，实践能力强，特别是具有创新精神的学生来说就有了施展自己才能的空间。在激烈的就业竞争中，由于我院的学生动手能力强，能很快适应岗位，得到了用人单位的一致好评。转贴于

促进教师教学水平的提高电子设计实训的改革，要求教师在教学中不但熟悉所教课程的知识，还要了解其他课程的内容，对教师提出了更高要求。由于教师必须注重理论联系实际，自己也要动手做，促进了“双师型”教师队伍的培养。教师在教学过程中不断关注专业领域的新思想、新成果，并将这些信息及时传递给学生，使学生能较早地接触新知识。在这一过程中，教师之间、学生之间相互促进、共同提高，形成了良好的教学氛围。

新的电子系统设计实训促进了多门课程实验项目和设备的相互补充，将专业课程进行整合，使各课程相互融会贯通，从而提高了实验设备的利用率，激发了学生的学习兴趣，提高了实验教学水平和质量。

参考文献：

[1]姚福安，卞琳，周常森.电子技术基础实践教学的“现代化、层次化、模块化”教学体系研究[J].电气电子教学学报，2003，20（6）.

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1.引言

综合电子系统设计是电子信息类本科学生的一门专业核心课程，该课程是电路原理、模拟电路、数字电路、单片机原理、微机原理和嵌入式系统等多门课程的综合运用，通过设计任务、查找参考资料、设计电路、计算机仿真、安装调试和整理总结等环节，使学生初步掌握电子系统设计的思路和方法，培养学生的工程实践意识。其教学效果直接体现了学生利用现代电子系统的设计方法的创新和实践能力。在教学过程中，笔者一直在思考和探索，试图通过教学模式的改革，激发学生自主学习的积极性，培养出自学能力强、适应性强、具有创新意识和团队协作能力的人才。

2.教学现状

目前该课程的教学模式采用传统的理论授课与验证性实验相结合的方式，注重教学的系统性和完整性，习惯按照参考书的编排顺序组织教学，这种教学模式可以使学生掌握电子系统设计的各种理论和方法，但也存在一些明显的不足。一是理论与实际脱节。传统教学过程中基本原理讲解过泛，软硬件应用举例过于简单，没有针对实际产品开发的案例或应用，技术储备的前瞻性低，学生往往也不了解所学理论在实际项目开发中的哪些环节可以应用以及如何应用。二是缺乏系统设计概念的培养。电子信息类的学生毕业后往往都从事于电子产品开发相关的工作，产品开发是一个整体的过程，即使了解每一个技术细节，需要较强的综合、规划能力，而传统的教学方法无法提供这样的训练。三是缺乏团队协作能力的培养。传统的教学方法中理论的学习和实验的操作都只是个体行为，而实际的产品开发中，往往是一个项目团队合作开发的集体行为，团队协作能力显得尤为重要。因此，以团队协作为基础，以具体应用为导向并贯穿产品开发全过程的实践教学模式将是课程改革的主要方向。

3.教学模式改革

3.1 实施开放式教学，培养学生的主动性和积极性

开放教学的时间和空间、拓宽教学的渠道，引导学生自主参与实践活动，从知识的被动接受者变为知识的主动建构者，灵活地选取探索途径和方法，为学生提供发展创造性思维和实践的机会。教学过程的开放性主要体现在：

（1）选题开放

项目的选取以实践项目为载体，有的来源于指导教师组的科研项目；有的是企业急需解决的实际问题；还有一些是历年全国大学生电子设计竞赛的题目。指导教师根据项目的难度和工作量确定项目的难度系数，学生可以根据自己的兴趣选取不同的课题，或者自拟具有一定工程应用价值的题目。

（2）学时开放

传统的教学时间集中为两周，学时安排较为紧张，很多问题来不及思考就在匆忙中结束。考虑到项目设计过程工作量较大，将项目设计过程分散到一学期内完成，打破了教学周学时的限制，将学习的自交给学生，引导学生发挥其主动性，充分利用好课余时间，实现课内与课外教学活动的统一。

（3）空间开放

由于综合电子课程设计有着严格的验收考核制度，因此，学生实践的空间上不在限制，可以在宿舍、图书馆、机房或者网上预约开放实验室，以进行资料的查询、硬件的安装、调试等。在整个项目设计过程中，无论采取哪种方式，我们都尊重学生的选择，充分发挥学生的主观能动性。

3.2 组建项目团队，培养学生的团队协作精神

在教师指导的基础上，让学生以项目组的形式开展自主学习、自主探究、自我评价，通过相互沟通、协作，高质量、高效率的完成学习任务并共享学习成果，创建团队协作的良好氛围。项目组通常以3人为一组，分成三个角色：项目经理、硬件工程师和软件工程师。学生可以自由组队，自由选择感兴趣的角色，整个项目由项目经理具体组织进行。在课程教学项目化的基础之上，以项目组为单位考核每个实践项目，团队成员共享提问、仿真测试等过程学习环节的成绩。

3.3 优化考核评价体系，实现以评促学

制定及实施科学、合理的课程考核评价体系是课程教学模式改革的关键。针对综合电子系统设计课程理论学习与实践并重的特点，评价体系侧重于学习过程、实践及应用能力的考核，主要构成如下：平时成绩占10%，理论考试占30%，项目制作占30%，课题验收占30%。平时成绩是指课堂表现，参与讨论的程度，完成平时作业的情况；理论考试检查学生对基本理论知识的掌握程度；项目制作包括电路设计、计算机仿真和硬件制作等方面；课题验收是根据项目组完成课题的情况进行综合评价，主要由项目组自评、项目组互评和指导教师组评价三部分组成。

在整个项目的实施过程中，从信息的收集、方案的选择、软硬件的设计与制作、测试到成果的评价，学生全程参与了项目开发过程的每一个环节，成为教学活动的主体。一方面，在积极参与项目开发的过程中，学生的求知欲和兴趣得到了提高；另一方面，通过与项目组成员的合作，锻炼了学生的沟通能力与团队协作能力。

4.结束语

实践结果表明，综合电子系统设计教学模式的改革，极大地解决了传统教学中存在的问题，激发了学生学习的原动力，调动了学习的主动性、积极性，培养了学生综合运用知识的能力、系统设计能力、分析能力、工程实践能力、表达能力和团队协作能力。当然在教学改革的过程中也遇到了一些问题，例如项目工程化对指导教师的要求相应提高，开放式教学的时间长，工作量也相应的延长，如何评价开放后的教师工作量，如何合理考虑他们的岗位津贴等，需要制定一套合理规范的办法；学校与企业联系不够，来源于企业一线的课题相对较少等。这些都是急需解决的问题，还有待在具体的实践过程中不断的总结和完善。

参考文献

[1]许岳兵，张登玉，谭岳衡，龙祖强.综合电子系统设计的教学研究与实践[J].科技创新导报，2012，21：158.

[2]陆旭明，缪建华.项目化课程教学改革探索[J].江苏技术师范学院学报，2010，3：79-84.

[3]崔瑞雪，陈刚，毕亚军.基于CDIO的电子技术课程设计教学模式研究与实践[J].北华航天工业学院学报，2012.12：51-53.

[4]赵胜颖，王雪洁，徐洁.Mini-Project教学法在电子系统设计课程中的应用[J].高等理科教育，2009.1：136-138.

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中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）08-0223-02

Abstract： With the development of China's economic and social development， electronic information technology has been a good environment for development. And as a kind of new circuit design environment. ASEDA can to electronic system design constraints and performance as the starting point， macro mode topology structure and actively set up， through the synthesis and optimization of the level of development， as well as the macro model automatic creation tools used， simulation is carried out， to obtain the optimal system design solution， so as to promote the design quality and accuracy of the whole system. Therefore， this paper mainly analyzes the standards and drawbacks of the electronic design system， studies the process and environment of the electronic system design and its characteristics， which is helpful to the progress and development of the electronic system design in our country.

Key words： electronic system； design method； design environment

作为一种新型技术形式，电子系统设计自动化技术突破了传统自底向上的设计方式，能够有效权衡设计周期、系统成本以及系统性能之间的关系，以此实现我国电子信息技术的健康发展。因此，笔者主要针对这一问题进行分析与研究，从而为我国的电子信息系统的发展做出相应的贡献。

1 电子设计系统的衡量标准与弊端

所谓电子设计自动化就是Edlectronic Design Automation，简称为EDA。主要是通过CAD（Computer Aided Design）的技术，实施电子系统与专用集成电路设计的技术。随着向20世纪90年代的迈进，EDA技术已经具有了一些鲜明的特征，如系统仿真、高级语言描述以及综合优化等，这时的EDA就被称作ESDA。以往的电子系统都是借助自底向上的设计方式，通过SPICE，将模拟验证方式完成。这种形式需要设计者具有较多的设计经验。目前，EDA借助了自顶向下的途径，能够积极权衡设计周期、系统成本与系统性能之间的关系，属于层次化的设计方式。当前很多普通的硬件平台能够对CAD软件的运行进行支持。这种自顶向上的形式有助于对整个项目的划分与管理，可以使设计队伍的管理得以简化，能够避免一些不必要的重复，促进设计成功率的提升等[1]。

对于电子自动化系统的衡量标准主要有三方面，首先一般性。借助这种自动化系统，可以比较准确地达到电路与性能的要求；其次是精确性。借助这种设计方式，可以积极保证设计精度。最后就是有效性。电路设计编译所需时间，以及综合优化过程中消耗的CPU时间的有效性等[2]。从目前来看，我国的电子系统设计环境仍然具有一定的问题。系统层次比较单一，库单元不足，结构具有固定性特点，不能进行充分地修改与扩充；另外，由于自动化程度不高，还要借助人工设计的方式。另外一些核心算法存在一定的问题，设计时间与精度与理想的要求不符。因此，应该积极重视这些问题与弊端，积极总结以往设计环境的经验，运用性的电子系统设计环境，促进电子系统的积极发展。

2 ASEDA的设计流程与环境

如图1所示，电子系统设计流程能够抽象出如此的模式。一方面，设计师进行概念的设计，是针对要求的设计性能与设计限制，也就是将系统信号流程图积极建立起来。从ASEDA中将模块选择出来，达到ASEDA中进行层次化设计，对框架进行综合与优化等。接下来，输出形式应该借助电路图，以及文本格式等，当做版图设计级，进行输入，最终能够出现VHDL描述。

如图2所示，ASEDA设计的层次化综合与优化流程。这一系统的核心内容主要是能够逐渐分解系统与设计限制，使之成为更小的部件与设计限制，以此进行设计综合，另外每层电路的分析综合与优化过程是相同的[3]。

首先，作为性能要求与设计限制文件来说，这些最高层主要是用户提出的。低层次的则是上一层自动生成的。其次，针对性能要求与设计限制，可以选取适当的宏模型拓扑结构，这主要在相应层次的宏模型库中生成，主要是根据模糊匹配的原则，同时为用户提供一个及一个以上的拓扑结构，以此来让用户进行选择。若是用户对系统自耦东选择的结构较为满意，那么便可以进行接下来的设计工作。若是用户不满意，那么必须要进行自行修改，并且也要构造出新的结构，利用相关的模型等工具来进行宏模型的建立，之后在对其进行设计。对于电路来说，属于变化多样的拓扑结构，所有用户的需求对于一个单元库来说，具有一定的难度，这就需要构建新的电路拓扑[4]。因此，自动建立电路宏模型能够促进设计效率的提升。

在相应的拓扑结构被确定之后，要能对其进行参数方面的优化，以及宏模型仿真，并且要以主要设计的目标以及相关的限制目标进行处理，对系统的性能指标以及相关产量进行优化。对于优化方法来说，主要方式有以下几种：首先是最速下降法，此方式能够在一般情况下进行局部最优解。其次就是模拟退火法，这是在计算机技术逐渐发展的过程中，逐渐产生并且得到广泛应用的一种方式。宏模型主要是利用相关的符号模拟以及数值模拟等形式，来对最终的结果进行优化。若是相关的验证结构域合计要求存在较大的偏差，那么必须要对其进行重新拓扑，或者是进行结果方面的优化处理。同时在针对各个层次上的仿真，一定要避免将该层次的错误带到下一层。以此来充分提升设计的成功几率。

另外，若是宏模型的仿真通过了，那么将要准备好下一层次的设计工作，可以将该层的拓扑结构进行分解，将其分解成各个子模块，同时也要对各个子模块的功能进行分解以及限制，这也就是所谓的对子模块进行性能指标的确定，以及设计上的限制。对于该环节的工作来说，其对下一层的设计合理与否有很大的影响。在完成分解工作之后，要向着各个模块中的设计转入，以此来进行下一层的设计。这一设计工作需要不断进行，直到最终整个系统设计工作的完成[5]。

ASEDA中主要借助符号模拟技术，将电路的符号模型建立起来。由于相应的符号模拟技术没有对电路的形式以及相关性能进行约定，这样将会解决一般性的问题，电路议程将会自动生成，这样将会有效缩短准备时间。对于宏模型来说，其具有层次结构，同时也具有自动化特征，这样将会有效减少综合优化的时间，解决相关的问题。另外，要借助非参数统计分析方式，来建立起电路宏模型，以此来充分将线性回归模型函数固定形式造成偏差进行解决。作为一种具有较强功能、较高效率，方便科学核工程计算的交互式软件包，最新的MATLAB for Windows的4.0版，具有以往交互式编程功能以外，还能将大量的MATLAB配套工具箱进行提供，主要有优化工具箱、神经网络工具箱、信号处理工具箱以及控制系统工具箱等。除此以外，还能对别的语言接口加以提供，从而增强其功能。所以，在ASEDA中，主要用作系统级仿真。

3 ASEDA设计环境的特征

设计者借助ASEDA提供的工具，可以设计出各种电子系统，主要涉及仿真、输入、测试与实现等。因此对于ASEDA来说，主要具有以下几方面的特点：

首先，作为电子系统设计与仿真来说，图形用户界面是统一的；其次，借助MATLAB，在系统级仿真过程中，能够帮助对设计结构中问题的及时发现，防止设计工作的浪费现象的出现[6]。再有，其自身的电路综合设计具有层次化的框架，这与自顶向下的系统设计要求相符合；另外，对反馈回路的多级嵌套具有一定的支持作用，能够适应多级、复杂的系统要求；此外，关于电路宏模型库的建立，主要具有层次化与可扩充性特征，可以积极保障分层次系统的设计，也使得设计的灵活性得以提升，缩减了设计所需的时间。并且设计环境自身的综合优化算法具有高效性特征，借助灵活的方式，通过用户人工干预的形式，还可以是通过计算机自动生成的形式，得到各层次的宏模型。除此以外，体系结构具有开放性特征，不但可以对其他设计工具的接口进行提供，还能让设计人员拥有自主性，可以在系统中对设计工具进行扩充与建立等，以此便于各种设计人员的电子系统设计工作，尤其是帮助模数混合的电子系统设计。最后，可以借助多用电路模拟与验证方式，除掉传统的SPICE等数值模拟工具以外，还能借助符号模拟工具，来验证模拟电路等，能够帮助设计人员适当地折中设计精度与时间等。

4 结论

总而言之，电子系统的设计发展离不开电子系统设计自动化方式与设计环境的作用。合理运用科学的电子系统设计自动化方式，有助于我国电子系统设备的发展。因此，对于相关电子信息借助的设计人员来说，应该加强对电子系统性能与设计限制的分析与研究，借助有效的方式科学设计电子系统。在当前信息时代的发展浪潮中，为了能够适应社会的发展趋势，应该积极增强自身的科学技术水平，提升信息技术人才的综合素质与能力，以此可以为我国的信息技术的发展做出相应的贡献，并且能够使我国积极走向现代化、信息化的道路中，实现我国的综合国力的增强，以及生活质量的提升。

参考文献：

[1] 江朝晖.“电子系统设计”教学的问题分析与方法探讨[J].教育教学论坛，2013（3）：89-90.

[2] 肖忠.《电子系统设计》课程教学方法的探讨[J].科技信息，2011（26）：56-58.

[3] 余小平，庹先国，奚大顺，高嵩，刘明哲.《电子系统设计实践》教学改革尝试[J].实验科学与技术，2011（6）：126-127.

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研究生教学与本科教学一样都存在重理论轻实践教学、多门理论和实践课程相互独立、课程内容重复或脱节的现象，造成理论和实践严重脱节，研究生电子技术操作和设计能力较差。

因此，如何改进教学内容，激发学生的自主学习和实践活动的热情，把设计和加工、制作、自主创新结合起来，把培养学生的创新能力在课程体系中确定下来是亟待解决的问题。

二、构建层次化、教学与实践并重的课程体系

本校的研究生从理论实践课程设置、课程内容安排、实验基地建设等方面入手完善电子系统设计课程体系。

1.课程体系改革。

课程建设遵循“顶层设计，分层实施，基础扎实，综合创新”的原则，将课程体系划分为五个层次：工程感知层、理论基础层、技能训练层、综合应用层和创新研究层，以机器人技术为载体，建立机电、控制等多学科交叉融合的知识体系。多学科交叉的电子技术教学体系从感知训练的工业技术、制造过程认识开始，在理论课程中增加部分其他学科基础知识，在实践应用中主要通过综合训练和创新研究层次锻炼学生的理论与工程实践综合应用的能力。

各专业方向的不同，课程教学内容侧重点也不同。对于电路、通信、信号类专业，侧重信号运算、处理、变换等电路分析、计算与设计；对于控制等专业来说，侧重对电路组成、控制的分析与设计，注意学科交叉，注意技术性、综合性与探索性之间的关系，知识结构合理，理论和实际紧密联系。

2.实践性教学模式改革。

实验教学模式注重形成多学科的知识结构，尤其利用学校优势学科将机器人创新设计，机电控制系统引入教学环节，建设电子信息类多专业综合型实验教学平台和实践教学体系。实验教学模式将被动式、建制班式的实验模式转变为学生自主学习式、开放式的实验管理模式，采用具有不同特色、不同教学要求和较大发展空间的实践性教学模式，创造EDA/SOPC联合实验室、DSP技术联合实验室、嵌入式系统实验室和电子加工实训基地等实训环境，为电子系统设计课程提供最重要的创新性实践教学支撑中心。

3.充分利用第二课堂和第三课堂，加强研究生工程实践能力培养。

在第二课堂，通过组织有关大赛和竞赛，调动学生的主观能动性，实现专业自主学习和训练。在第三课堂，与多个科研院所及企事业单位联合共建多个校外创新实践教学基地，引导学生将工程中的问题带回学校，有针对性地学习和研究。聘请企业科技人员作为课程兼职教师和实验教师，使学生广泛进入社会，了解生产过程，体验工程氛围，树立工程意识。

4.教学手段和教学方法改革。

根据学生的认知规律，课题组采取“一仿二改三放”三阶段的设计思想进行实践教学设计。“一仿”是指在实践教学的初期，通过精选新器件的几个典型应用，让学生掌握新的设计方法，练习新的开发手段，熟悉新器件；“二改”是提出一些新的设计任务要求，激发学生学习和设计热情，通过对电路改造，引导学生进行创新型设计；“三放”是指放开内容，让学生自主选题，利用新器件，进行电子系统设计，得到工程应用能力和创新能力的全面训练和培养。

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在1999年以前，我国硕士研究生规模较小，主要是为教学科研岗位培养学术性人才。此后，为适应社会发展需要，开始逐步加强专业学位教育，培养实践部门需要的应用型人才。自2009年开始我国明确提出推行将硕士研究生教育从以培养学术型人才为主向以培养应用型人才为主的转变政策，实现研究生教育结构的战略性调整。目前，专业学位硕士是我国研究生教育的一种重要形式。电子系统设计自动化课程作为电子类专业硕士培养的工具类课程，将其与CDIO理念结合，以项目制的形式驱动课程学习，将可较好地满足对应用型、复合型、技能型高层次专门人才培养的需求。

1.专业学位硕士培养定位与CDIO的基本理念

根据国务院学位委员会的定位，专业学位教育是为培养理论与实践相结合的创新型人才，即培养具有扎实理论基础，并适应特定行业或职业实际工作需要的应用型高层次专门人才。专业学位教育的突出特点是学术性与职业性紧密结合，以专业实践为导向，重视实践和应用，在专业和专门技术上进行正规的、高水平训练。然而，我国工科专业学位硕士培养中仍然存在不少问题，如重理论轻实践、重视个人学术能力而忽视团队协作精神、重视知识学习而轻视开拓创新的培养等问题。CDIO工程教育模式的提出为这一问题的解决提供了一种新的思路。CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动、实践、课程之间有机联系的方式学习工程。CDIO培养模式将工程毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面。在专业学位硕士研究生教育中推行CDIO工程教育模式的改革，有助于改变传统的以课堂教育为主的学习模式，培养与国际接轨的中国工程师。

2.电子系统设计自动化课程改革方案

电子系统设计自动化是电子与通信工程、仪器仪表专业学位硕士研究生的重要工具类课程，主要讲述电子线路仿真、PCB设计、电路测试仪器设备等工具的应用，结合CDIO的教学理念，以项目制形式驱动课程教学，有望更好地促进学生掌握专业技能。

2.1 电子系统设计自动化课程教学环节设计

电子系统设计自动化课程教学环节主要分为技能测试、分组、项目构思、方案论证和项目实施五个阶段，如图1所示。

图1 教学环节设置

2.1.1技能测试：主要通过问卷调查、电路识别与电路图绘制现场测验，掌握学生对于电子设计类工具软件的掌握程度，以及在电路设计方面的项目经验。

2.1.2分组：根据学生对电子设计类软件的掌握程度，对学生进行分组，达到因材施教，进阶式学习的目的。其中由具有一定电子线路设计基础的学生组成项目组，每组6-8人;由对电子设计类软件不熟悉的学生组成基础组，每组6-8人，并针对基础组学生进行基础训练，包括电路设计方法、电路仿真方法、PCB板制作与电路调试方法，完成基础训练后，可进阶至项目组完成后续学习任务。

2.1.3项目构思：项目组学生通过两种方式完成项目构思，第一种在上一年级已实施项目基础上提出改进的设想;第二种则由学生通过调研讨论提出新的项目需求，在此基础上完成市场评估与方案设计。

2.1.4方案论证：项目组学生针对所设计方案进行公开学术报告，不同组别间学生相互提问，由于硕士研究生通常具有不同的本科专业背景，且来自不同的学校，可从不同角度对方案的可行性进行论证，以帮助完善方案。

2.1.5项目实施：分为两个阶段进行，第一阶段以小组形式组织，按照项目方案进行项目研发，每周组织不同小组进行进展汇报，交流项目执行过程中面临的困难，采用头脑风暴方式相互启发，推动项目顺利进行;第二阶段在第一阶段已完成的项目研发基础上，对已完成项目产品进行交叉测试与试用，根据不同组别人群的使用体验提出项目修改意见，以完善项目设计。

2.2 电子系统设计自动化课程教学组织形式

以学生为主体，根据在教学过程中承担的任务，将参与教学的群体分为教师、基础组、项目组、高年级组四个类别，如图2所示。

图2 教学组织形式

2.2.1任务分配。教师在教学过程中主要承担组织者的任务，对各个教学环节进行监督，并适时发现教学过程中的问题，针对学生薄弱环节调整阶段教学任务，保证各个教学环节的顺利实施;项目组同学作为任务执行者参与对基础组学生的基础培训中，通过讲座和一对一辅导的形式完成进阶式的学习，教师在此过程中及时发现项目组同学和基础组同学学习过程中存在的问题，进行适当干预，达到更好的学习效果。高年级组由上一年级已完成项目实施的学生组成，以讲座形式对项目组同学传授项目研发思路，与教师共同引导项目组同学完成方案设计。在此基础上项目组同学分组完成项目实施过程。

2.2.2团队协作。团队协作主要体现在三个方面：首先，由项目组同学在对基础组同学进行训练的过程中，增进学生之间的了解与交流;其次，通过高年级同学讲解已实施项目情况，让项目组同学对于团系协作的组织形式有更直观和深入的理解;最后，通过项目组同学共同调研确定项目方案和组织项目实施，完成团队内部分工协作，不同团队间相互对已研发产品进行体验，完成团队间的交流与协作。

2.2.3学科传承。为保证学科方向的延续性，组织高年级学生对上一年度已完成项目进行讲解，引导项目组学生在此基础上对产品功能进行扩展，提出改进的设想，使学生体会产品更新换代的研发思路，同时促进不同年级学生之间的交流，在学科发展上保持一定的延续性。

2.3 电子系统设计自动化课程教学课时分配

根据各教学环节的设置，电子系统设计自动化课程分配40学时进行教学，教学课时安排如下表所示：

表 教学课时分配

如上表所示，课堂学时主要保证学生相互之间的交流，部分项目实践工作尚需项目组成员在课外完成。

3.结语

按照专业学位硕士研究生培养目标，根据学生对技能的掌握程度划分为基础组、项目组，以学生为主体设置课程学习环节。通过项目组的讲座公开课、一对一培训，培养学生的个人交流与表达能力和团队组织能力，让基础组学生在学习过程中实现阶段学习目标、进阶目标，形成合理的工程梯队。通过教师和高年级组学生的引导，帮助项目组同学完成项目创意至实施的全过程，促进高年级与低年级学生之间的交流，保持学科的延续性，培养学生团队协作能力;通过不同项目组之间交叉对项目研发成果进行测试、体验、评估，培养学生的批判性思维与辩证思维能力，锻炼学生的工程设计思维。

参考文献：

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篇8

中图分类号： TN99?34； TM417 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）01?0145?04

Abstract： A business organization and coordination tool based on workflow technology is studied and designed proceeding from the actual demand. The activity network diagram was extended with the business process modeling to divide the nodes into the activity node and logic node， which makes the template can better describe the business process. The template verification algorithm is introduced to check the logical error in the template design process. The workflow engine is expanded and separated， which is convenient for the system deployment， configuration and maintenance. The exception handling mechanism is introduced into the workflow engine to make the system have better fault tolerance. The distributed business organization tool was constructed by means of the agent mechanism， which can accomplish the mission requirements of the distributed business organization in local area network. The collaborative work among multiple business processes was realized with the coordination control mechanism.

Keywords： business process modeling； workflow engine； exception handing； distribution business； collaboration

0 引 言

随着互联网的快速发展和企业业务需求的不断增长，企业中出现大量的遗留软件系统，短时间内很难完全通过全新的软件系统来取代。如果能将这些遗留的软件系统通过某种技术组合起来满足企业新的业务需求，必将为企业节省巨大的经济开支。本文基于上述需求，在大量理论研究的基础上，结合现有的工作流系统设计并实现了一个基于工作流的业务组织管理系统，将具有特定功能的软件当作流程中的任务节点，通过定义流程模板将软件与任务节点联系起来，实现不同软件的协调运行，共同完成特定业务流程。

1 基于工作流技术的业务组织工具研究

1.1 业务组织工具的总体架构

业务组织工具采用MVC架构设计，将该工具的系统分成三层：描述层、逻辑层、数据库层。业务组织工具的系统架构如图1所示。

1.2 业务流程模型设计

业务模板在设计完成后进行模板验证用以判断用户设计的逻辑是否合理。验证一个业务流程模板，首先要对其进行模板解析以便进行验证。模板解析最主要的工作是解析出流程模板中定义的各个节点的属性信息和它们之间的逻辑关系以及各条边中定义的转移条件。其中各个节点之间的逻辑关系用前驱节点和后继节点的集合来表述，@取拓扑关系的算法思想是读取流程模板中的每条边，将该边的终止节点加入到起始节点的后继节点集中，将该边的起始节点加入到终止节点的前驱节点集中，这样当处理完所有边后，整个模板的逻辑拓扑关系就都通过每个节点的前驱和后继节点集保存起来。

为了判断流程模板的正确性，首先应该对流程模板进行一些规则性的约束，这样能够以这些规则来判断流程模板的正确性，下面描述对应的约束条件：业务模板开始节点和结束节点惟一，并且它们不能直接相连；子流程中子开始节点和子结束节点惟一，并且不能直接相连；除活动节点外，其他逻辑节点必须成对出现，流程中必须有开始节点和结束节点，出现与分支、或分支、循环开始必须有与其对应的与汇聚、或汇聚、循环结束节点出现；各节点的边约束必须有规定，例如：开始节点只有输出边，结束节点只有输入边等；在模板中逻辑控制节点不能交叉出现，但可以相互包含；边必须有前驱节点和后继节点；从开始节点出发，到模板中的每一个节点都有一个可达路径。

1.3 工作流引擎设计

（1） 工作流引擎总体设计

工作流引擎中最基本的也是最重要的模块是流程调度模块，该模块主要包含：控制中心、任务管理、依赖检查、转移控制。工作流引擎的内部组成如图2所示。

（2） 工作流引擎调度算法设计

流程调度算法是整个工作流引擎的核心内容，引擎调度算法涉及的数据结构主要包括四个队列：RS：未完成队列；ES：执行中队列；SS：已完成队列；MSG：消息队列。

以上队列可以由数组模拟实现，其中RS，ES，SS三个队列用于存储节点的ID，MSG队列存储的是引擎的执行状态消息，引擎的状态消息可由一个二元组表示WFMessage=。其中NodeId是节点ID，msgType表示节点的执行状态情况，其中：0表示执行成功，1表示执行失败，2表示执行错误。

1.4 工作流异常处理设计

（1） 基于改进ECA规则和案例推理的工作流异常处理模型

SECA_CBR异常处理方法模型的主要思想是：在处理异常时，首先系统通过SECA规则库进行查询，判断规则库中的规则是否存在对应的处理方法，如果有对应的规则，则按照已定的规则处理相应的异常；如果不存在对应的规则，通过案例推理方法进行匹配和推理新异常处理方法，推理出来的方法并不立即执行而是将该方法推送给用户，让用户决定是通过推理出的方法还是使用自己判断的处理方法。当用户对新异常确定处理方法后，系统会将其新的处理方法存入异常案例库以扩展新的案例，通过规则转化为SECA规则存入SECA规则库，这样既丰富了案例库使案例推理更加准确，又能在该异常再次发生时通过SECA规则迅速处理。

（2） 基于SECA规则的异常处理

本工具通过改进的ECA规则设计出SECA（Super ECA），将流程的模板设计和工作流异常处理设计彻底分开，这将降低业务模板的复杂程度，而且方便对异常规则的维护。

SECA规则通过添加模板ID和异常活动的ID信息用于标识不同模板，实现了将SECA规则库和流程模板分开，让流程文件更加简洁便于维护，如果需要添加新的规则不必在模板文件中添加，只需在SECA规则库中添加，方便用户的操作，同时提高了系统的可维护性。

（3） 基于案例推理的异常处理

本业务组织工具需将案例通过一些规则转换成SECA规则，并将已处理过的异常案例通过对应的规则转换成SECA规则并存到SECA规则库，在下次遇到该异常时可以直接查询SECA规则库中的规则对异常进行处理，这样可以绕开复杂的案例推理过程，提高异常处理的速度和效率。

2 业务组织工具协同机制研究

2.1 业务流程分布式运行机制研究

（1） 基于的分布式架构

为了实现业务组织工具工作的分布式和充分利用计算机资源，本文设计并实现独立的部件。有自己的端口，可以接收本地任务和外部发来的任务请求。收到请求后，首先通过预处理对数据进行处理、数据映射以及加密和解密工作；然后根据相应的请求调用已定义的业务软件，并将相应的参数传入启动的软件或服务中，等处理完成后将执行的结果和状态返回给对应的工作流引擎。

工作流程大概如下：工作流A执行过程中遇到活动节点将该节点交给去处理，判断该节点的属性是否是本地执行，是则启动相应程序并将执行完的结果返回给业务组织工具；否则将活动节点的详细信息通过通信协议发送给其他（如B，C，D等）。假如B收到信息判断是本执行，则启动相应的应用程序，并将执行完成后的结果返回。其他收到信息后判断与自己无关自动忽略。

（2） 分布式框架的实现

是由登录、系统配置、业务处理、服务和监控管理模块组成。监控管理模块的接口与业务组织工具的异常处理保持一致，可以通过业务组织工具管理服务的异常情况；系统配置涉及到的东西和业务组织工具的分布式协同关系不大。

2.2 业务流程协同机制研究

（1） 协同机制架构

为实现多流程之间的协同工作任务要求，本文在工作流引擎之间引入了协同控制机制，如图3所示。通过该机制能蛐调需要多流程协同工作的业务流程。

（2） 协同工作流

一般情况下协同工作流的实现都会有对应的协同模板，将协同模板作为优先级高的流程进行执行，当有需要执行的协同模板活动时就会执行对应的协同交互工作。本工具将协同模板设计省略，通过采用可视化的方法对模板之间的活动添加对应的时序约束关系。在工作流引擎执行协同流程时通过查询时序约束关系自动完成流程之间的时序约束关系。

（3） 协同机制的实现

本工具不将协同规则写入对应的模板文件中，而是把协同规则存入独立的协同规则库。在设计协同规则时通过业务组织工具的模板验证模块获取流程的拓扑结构，获取每个流程模板中的活动节点，然后设定各模板中活动节点的时间约束性。

3 基于工作流的业务组织工具的实现

3.1 业务流建模工具的实现

（1） 模板绘制

业务组织工具、建模工具的绘制功能主要通过Qt图形视图框架进行开发，Qt开发图形视图框架由项（Item）、场景（Scene）和视图（View）三层构成。其中项提供各种图形供绘制功能使用；场景是项的存储容器，可以用来管理图形项；视图是控制可视化窗口部件，主要使场景中的内容可见。

（2） 界面展示

本工具将业务建模工具集成在业务组织工具中，主要有新建模板、打开模板、保存模板、另存为模板等功能。从实际需求出发绘制的业务流程模板，如图4所示。

3.2 工作流引擎的实现

（1） 本地引擎的实现

引擎实现类主要由WorkFlowInstance构成。其主要的函数有：模板写入数据库函数，控制流程引擎的主函数，模板的逻辑结构拓扑结构生成函数，获取该节点信息函数，初始化节点函数，MSG消息队列的处理函数，向队列中加入节点函数，处理开始节点函数，处理结束节点函数，处理活动节点函数，处理与分支节点函数，处理与汇聚节点函数，处理或分支节点函数，处理或汇聚节点函数，处理循环开始节点函数，处理循环结束节点函数，处理子流程节点函数，处理边上条件设置的判断并返回结果函数，线程启动时内存初始化设置函数，根据异常处理模块返回的处理建议处理函数，重新执行某个节点函数。

（2） 业务监控工具的实现

业务流程监控模块的主要功能是当用户启动一个业务流程后，对流程实例进行实时管理和控制，其主要组成部分包括：正在执行的流程管理，执行完毕的流程管理，流程运行状态监控，已执行完的流程回放等。

3.3 异常处理模块的实现

3.3.1 异常处理功能类的实现

异常处理模块的主要应用环境是业务流实例执行活动节点发生异常情况，对异常情况进行适当的处理使流程能够继续执行下去。该功能模块主要由WFException，WFExceptionMonitor和WFEManualDlg三个类实现，其中三个类之间相互关联。

3.3.2 功能展示

业务流程由项目目标、需求分析、设计方案、提交方法四个活动组成。在设计项目方案时必须先获取项目要实现的目标，这样才能根据目标进行分析并设计执行方案，假如在调用项目目标软件获取项目要实现的目标时，获取不到查询结果，此时系统抛出异常，该异常被异常探测模块捕获并将获取到的异常信息发送给异常分析模块，该模块收到信息后首先查询SECA规则库。

SECA规则库中没有关于该异常的规则，因此异常分析模块将异常信息发给案例推理模块，案例推理模块接收到异常信息后首先用改进后的案例匹配算法对案例库进行检索，获取与该异常相似的案例组，然后通过案例修正算法对匹配到的案例中的解方法进行修正使其适合处理新异常，最后将修正后的处理方法作为异常处理建议发给用户。

3.4 分布式和协同模块实现

3.4.1 分布式的实现

在流程模板设计时，活动节点需要指定由哪个角色和用户执行，该角色和用户是计算机登录采用的账号，分布式工作的设计在设计活动节点属性时已经指定。界面记录所有的登录情况，包括用户名称、IP地址、订阅信息等。通过该可以接收和发送请求，其发送请求过程类似三次握手，邀请?同意?确定其左侧为对应的邀请信息，右侧为本收到的返回信息。通过右侧收到的实时状态反馈，对本任务进行对应的操作。

3.4.2 协同控制机制实现

业务组织工具通过引入协同控制机制来协调多流程之间的协同工作问题，业务协调机制最主要的是协同规则的表述问题。通过具体的协同工作实例来展示该机制的工作方式。其中参加协同工作的业务流程模板如图5，图6所示。

在设计上述流程模板后，需要将该模板设置成协同模板组。本文将对应的协同工作组添加到对应的数据空中为其建立惟一标识。

其中流程模板信息展示协同模板组中各模板的信息，包括：模板ID、模板名称、活动节点号、活动节点名称等。该功能是通过模板验证模块的拓扑关系图来实现的。

4 结 论

本文在大量理论研究的基础上，结合现有的工作流系统设计并实现了一个基于工作流的业务组织工具，将具有特定功能的软件当作流程中的任务节点，通过定义流程模板将软件与任务节点联系起来，实现不同软件的协调运行，共同完成特定业务流程。

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篇9

当前中国科技水平快速发展，电子化系统已经逐步应用到各行各业的工作中。电子化系统不仅能够降低人们的工作压力，还能够有效地提高工作质量和效率，促进各行各业进入到自动化、信息化和智能化。计量检测作为企业生产工作中的一项重要技术工作，确保原始记录的稳定、准确、可追溯至关重要，因此将计量检测原始记录电子化是最有效的措施。

1计量检测和计量检测原始记录的概述

计量检测是对测量对象各项参数进行反复测试，从而得到准确结果的过程。所涉及的领域非常广泛，所测量的类型也非常多，比如压力测量、压强测量、温度测量、硬度测量、质量测量等。为了确保计量检测所得参数的准确性，需要选择专业匹配的测量仪器。因此，在选择测量仪器时，会选择灵敏度符合标准的测量仪器。如果选择的计量检测仪器灵敏度过低，会导致计量检测参数出现误差溢出标准不确定度。如果选择计量检测仪器灵敏度过高，会导致测量过程中较难达到稳定状态，给精准读数带来一定困难。所以选择的标准仪器规格不仅要满足被测对象的参数，还需确保在被测仪器的量程之内。计量检测原始记录指在检测过程中所得出结果的记录。一般应遵循几点原则:(1)采用符合规程的系统原始记录格式。针对不同测量对象要采用不同的原始记录格式，并根据实际情况将原始记录格式进行调整。(2)确保检测数据的准确性。为了能够确保检测数据准确性，就需要检测工作人员在测量的过程中严格按照规程进行检测，并且准确读出检测数据，减少人工误差。

2计量检测原始记录电子系统的设计

传统计量检测原始记录系统存在很多不足，系统占用空间比较大，共享使用人员在搜索数据中浪费大量时间，增加了数据维护人员不必要的重复工作量。随着大数据的不断发展，将电子系统应用到计量检测原始记录系统中，不仅能将计量检测原始记录数据进行有效的科学分类，还能让使用人员在短时间内搜索到想要的信息。为了实现计量检测原始记录电子化系统，就要明确原始记录电子化系统的设计步骤，做到以下几点。(1)计量检测原始电子信息系统设计的工作人员要及时地搜索检测所用数据是否规范和符合标准，及时清理计量检测原始系统中过期数据和无效数据，选择可入选的数据模型，从而避免过期数据给电子信息系统提供错误的基础信息，提高计量检测原始记录电子化系统工作的效率。(2)需要准确记录检查的时间和截止日期。(3)为了确保输入计量检测原始电子化系统的数据准确，还需要在计量检测原始电子化系统中设计校对功能，让计量检测人员使用电子化系统实现与原始记录自动校对。一旦发现输入电子系统的数据存在不准确，使用者可马上检测出错误数据，从而提高计量检测工作效率和质量。(4)需要在原始的计量检测系统中设计标准的计算公式模板，电子化系统能够将原始记录进行自动编号和分类，对不同的检测原始记录进行分类，并可以将它们进行类别和时间排序。将计量检测原始记录系统实现电子化的目的是确保电子系统能够为使用者提供准确的、实用的原始记录，并且还能够帮助使用者很快的找出计量检测的数据。为了能够快速的达到这个目标，在对计量检测原始系统设计的过程中需要将各方面的数据尽可能全的考虑到，以实现计量检测原始记录电子化系统的包容。

3计量检测原始记录电子化系统的实现

3.1建立动态的链接库

电子化系统是采用EXCEL表格的形式对计量检测数据进行记录，因为EXCEL表格具备自动校对数据、函数计算模板、自动生成编码等功能，所以将EXCEL应用到电子化系统中非常方便。只要将原始的检测数据输入到EXCEL表格中，就会自动建立动态的链接库，可快捷储存原始数据，而且还有利于帮助工作人员快速提取数据，实现数据的高效管理，这是建立动态链接库的主要优势所在。例如:在加油工厂中需要对所生产的油的含量进行检测记录，检索人员可以将自己检测出的数据输入到计量检测电子系统中，电子信息系统会自动地将数据进行校对，从而找出与原始记录有误差的数据，检测人员可以将输入的数据进行修改，最后使正确的数据输入到动态链接库中。当检测人员应用到这些检测数据结果时，可以在动态链接库中进行搜索，进而可有效地提高工作效率。

3.2原始记录的数据具有安全性

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作者简介：冯月芹（1975-），女，安徽砀山人，南京工程学院通信工程学院，讲师；宗慧（1963-），女，江苏南京人，南京工程学院通信工程学院，讲师。（江苏　南京　211167）

基金项目：本文系南京工程学院教研基金（项目编号：JG201121）的研究成果。

中图分类号：G642?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）32-0031-02

随着科学技术的发展、知识经济时代的到来，社会对大学生提出了许多新的要求。大学生应该具有扎实的基础理论知识、较强的实践能力、创新意识、创业精神和协调能力、强烈的责任感和服务意识等。

当今世界，电子产品不断更新发展，并且向智能化方向发展，日益突出单片机和FPGA等可编程器件在电子产品设计和创新中的重要性。新产品的更新换代促使用人单位对电子信息专业的学生有更高的要求：第一，要有扎实的专业基础知识，例如学习和掌握“模拟电子技术”、“数字电子技术”、“高频电子技术”、“单片机原理”和“微机原理”等主要课程；第二，动手能力要强；第三，要能紧跟电子信息产业的迅速发展，要有较强的适应工作的能力，使用先进应用软件的能力，例如会利用诸如Protel、MaxplusII、Multisim、Matlab等工具软件进行电路设计和仿真调试。用人单位对毕业生的要求除了能够掌握一定的基础理论和工具之外，还要求毕业生具有基于单片机系统的电子产品的设计经验。

电子设计竞赛正是对人才全面培养、更新教育理念、改革教学方法和内容等起到了促进作用，具有极其重要的现实意义。电子设计竞赛的选题引进了新的理论与技术，是跨学科的、系统的和综合的。为了有效指导学生参加各类电子竞赛，特对综合电子系统设计的教学模式、课程内容、教学方法及考评进行改革。

一、综合电子系统设计课程的性质

电子系统设计主要是指基于单片机控制的完整应用系统的设计，包括系统软硬件设计及系统调试等多方面的知识。电子系统设计课程体系是以“单片机原理及应用”课程为核心，由“模拟电子技术”、“数字电子技术”、“传感器技术”、“电子设计自动化”、“可编程逻辑器件及应用”、“C语言程序设计”等相关课程组成。它是一门综合性较强的专业课程，通过本课程的理论学习和动手实验，培养学生的专业知识综合运用能力、系统分析能力和电子产品开发创新能力。

学生经过前期基础课的学习，通过随课的验证性实验，对于电子信息领域的相关理论知识有了了解和掌握，在老师的指导下基本能够进行单元电路的设计和调试，通过课程设计也能完成本课程简单的综合性实验。但一些验证性实验多数是教材内容原理的演示和再现，实验内容和方法都是老师指定，学生基本没有进行系统级的设计和实训，综合实践能力有待提高，学生没有发挥自己的主观能动性，积极性不高，不利于创新性人才的培养。

鉴于上述情况，对综合电子系统设计的理论内容和实践方法进行改革创新。

二、综合电子系统设计理论课内容

根据本课程的实际情况和学生所具备基础知识，安排如下几个环节：模拟电路单元设计，数字系统单元的设计，微处理器单元电路的设计以及电子系统抗干扰技术等环节。

结合全国电子大赛，模拟单元电路主要讲述运算放大器的设计以及正确使用、有源滤波器的设计方法、电子元器件（电子、电容）的计算和选择；直流稳压电源的设计方法以及参数元器件的选择；各种信号产生的方法，重点讲述数字频率合成DDS的原理和实现技术。以上这些单元内容的安排是结合历年来全国电子设计大赛有关模拟电路环节而选择的，通过这些内容的讲解有利于提高学生模拟电子技术的设计方法。

数字系统设计单元主要讲解数字系统设计方法，突出现代数字系统设计——EDA设计方法；可编程逻辑器件的特点及选择；数字系统设计举例，比如AD、DA控制器的实现、交通灯控制器的实现、电子密码锁的设计等。通过大量实例的讲解使学生能初步掌握用大规模可编程逻辑实现中等难度的数字逻辑系统。

微处理器单元主要讲述目前流行的各种处理器，例如51内核单片机、MSP430单片机、AVR单片机、PIC单片机等型号，介绍它们的特点、应用范围、怎样根据项目需求来选择合适的微处理器；根据学生目前对微处理器的掌握和学习情况，重点讲述基于单片机串行通信的设计，包括几种流行的串行通信协议：SPI协议、IIC协议、UART协议以及one—wire协议，分析它们的特点，在不具有SPI总线、IIC总线的微处理器中怎样通过IO口模拟它们的总线协议；以具有这些总线协议的集成电路芯片的利用提高学生的C语言编程能力。

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电力电子技术是综合电子学、电力学、控制领域等学科的交叉学科。电力电子系统集成是电子技术领域大众普遍关注的课题，电力电子技术必然成为未来领域研究的热点和方向，也在一定程度上决定电力电子技术未来的兴衰命运。此时，相对应的冷却技术也应与之保持同步发展状态。但电力电子装置的负载下与其应用之前的矛盾更加尖锐，也会阻碍电力电子技术的发展。制定热控制方案时，电子元器件最高允许温度和功耗为主要设计参数，热分析是展开热设计的基础，安全、可靠的热分析是进行热评估的主要手段。热分析应贯穿热设计始终，为修改并完善整个方案提供重要依据。文中以热设计要求和传递方式为基础，以直流-直流电源模块热设计实例介绍热设计要点和安全性。

1 热设计的基本要求及传递方式

1.1 热设计基本要求

运用计算机模拟手段，在设计初期获得温度分布数据。设计初期即可掌握产品存在的热缺陷，并对其设计进行改进，创建一个满足要求的环境温度控制系统。换言之，就是设计相应的冷却系统，由热源至热沉间提供低热阻通道，确保热量顺利传递下去。同时，该设计能控制所有电子元器件温度，确保其设备所处环境不超过最高允许值，保障电子产品在合理的热环境下进行工作。电子产品热设计要依据产品可靠性及其所处环境确定热设计目标，通常情况下，设计师根据热设计目标及设备重量、结果等展开设计，主要包含选择恰当的冷却方法、安装元器件、设置变压器、模块散热结构等。电力电子系统热设计应与电路设计和结构相结合，保障满足设备的可靠性要求。

1.2 热传递主要方式

1.2.1 传导散热

传导散热是当物体直接接触时进行能量交换的情况。必须注意，不同物体的导热机理有所不同，非导电固体、液体利用物体内部分子运动的弹性波达到传递热量的效果。在金属材料中，主要利用自有电子运动传递能力。因此，导电性能较好的材料，其导热性能佳。传导散热计算公式为：

Q=KAt/L （1）

上述式子中，Q表示传导散热量，A表示导体横截面积，L表示传热路径长度，表示传热路径两端温差。

1.2.2 辐射散热

辐射散热是利用电磁波传递能量的情况。热量传递过程中，由热能转变为辐射能，被物体吸收后变为热能。热辐射无需介质，在真空环境下热辐射最强，因此，外层飞行器运用辐射换热非常有利。辐射散热计算公式如下：

Q=・・T4 （2）

其中，Q表示辐射散热量，T表示绝对温度。

1.2.3 对流换热

对流换热设置流体流过固体壁面发生的能量交换情况，它与流通宏观运动密切相关，且与流体物理性质及换热面几何形状，设计位置等因素密切有关。流散热量计算公式为：

Q=hAt （3）

在上述式子中，Q表示对流散热量，h表示换热系数，A表示有效换热面积，t 表示换热面积与流体温差。

2 热设计主要考虑因素

2.1 系选定的热阻模式

电力电子系统模块是发热体与散热体相互组合的形式，从热管理层面来说，更多的关注该系统内部发热体与散热体如何进行热传递。在各种热传递方式中，热阻表示某物体阻止热传递的能力，热阻是阻止热量向下一个环节传递的重要设计。热阻和电阻的概念有一定相似之处，如果某个物体传热功率为1W时，促使导热路径两端存在温差。

从进行热设计的方面来说，其主要工作是将发热体所产生的热量借助相应的散热体传递至系统外环境中。发热体主要零件有：电阻、变压器、功率半导体等，发热体内部热流抵抗称作内热阻。模块根据设计的电路图，对各个发热零组件实施构装设计。散热体主要由致冷器、导热胶等零件组成，在零组件空间内的等效热阻称作外热阻。电力电子系统热阻模式如图1。系统等效热阻是发热体总等效热阻与不同散热体等效热阻串联方式呈现的效果。

2.2 热平衡验证

热分析就是以能量守恒为基础设计的热平衡方程，借助有限元法计算不同节点温度，并获取其它热物理参数。

热分析就是以能量守恒为基础设计的热平衡方程，借助有限元法计算不同节点温度，并获取其它热物理参数。热分析主要包括稳态和瞬态传热，从传热学理论角度来说，热分析根据能量守恒定律，

Q-W=U+KE+PE （4）

上述公式中，Q和W分别表示热量、做工，U、KE表示系统内能和动能，PE 表示系统势能，部分工程传热问题中，一般考虑是否做工，如果W=0，则Q=U；对稳态热进行分析，Q=U=0，表明流入和流出热量处于相等状态；瞬态热分析如下：q=Du/dt，表示流入和流出热传递数量与系统内能为相等状态。分证传热计算的正确性就是判定热量是否满足热平衡方程。热平衡能力守恒程序部分代码为：

POST1 //进入后处理；

SET，LAST //读取最后一步结果；

*GET，NMAX，NODE，NuM，MAX //获取模型的最大节点号；

*GET，NUMBER，NODE，COUNT //获取节点数；

*IF，NSEL（K_B），EQ，1，THEN //判定本节点是否选中；

*GET，S，NODE，K_B，ABS（HFLU） //若是将该节点的HFLU赋给变量S；

*SET，SUM，SUM+S

*ENDDO.

2.3 发热零组件

挑选发热零组件时，应充分考虑各组件实施组装是接触外部结构的散热装置，例如：散热片、导热胶等。必须注意，发热零件或设计的模块不同，在单位时间内其散热量也有所差异，导致各组件进行构装时均存在一定距离，待系统电源有所稳定后，热传导方可达到热平衡效果。环境温度不管是自然或强制对流，如果外部散热系数增加，热阻值变小。

3 分析直流-直流电源模块热设计

目前，直流-直流模块电源广泛用在传输、交换、数据等通信和监控设备内容，如何提出高|量、可靠性高、低成本的电源来提升产品竞争力，成为每个业界人士重点关注的课题，为适应市场对电源性能提出的高要求，以热阻为基础进行热设计尤为重要。在对直-直流模块展开设计时，优秀设计者从低压大电流、高效率、宽输入范围等要求内，尽可能满足客户对电源效能的期望和需求。

3.1 选用分布式电源

分布式与集中式电源概念有所差异，前者进行设计透过前端电源，提出由直流埠分配至不同直-直流模块的电源管理方法，这种设计可有效分散热源并对其实施优化处理。设计者必须注意不要让个别供电超过最大功率值，使用者要保障整个系统设计的功率不超过系统设定上限，检验电源供应器设计的建议功率值。

3.2 散热问题

想要移除直-直流模块内变压器所产生的热，主要使用风扇冷却或增设散热片空气对流等方法达到散热的目的。不得不说，上述两种散热方法均有一定限制。部分变压器因受到铁芯外露、材料等方面的影响，促使散热片尺寸增加。此时，系统中发热零件产生的热能主要集中在某个区域内也是困难所在。

4 结论

总之，热设计射界物理学、化学、环境学、传热学等多学科知识，一个优秀的热设计师必须掌握热设计基本理论及相关知识，从系统、单元、模块至元器件、材料等进行综合分析和设计，如果一个环节失控，就无法达到预想的设计效果。因此，文中根据热阻对电力电子系统进行热设计，以期为从事热设计人员一些启发和引导。

参考文献

[1]黄韬.大容量通用电力电子功率模块散热系统的设计[J].华电技术，2013，17（09）：15-18.

[2]吴芳.现代电子系统中电源技术的发展和应用[J].电源技术应用，2014，11（03）：18-18.

篇12

中图分类号：G642 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-8181.2013.19.121

近年来，各高校针对电子信息工程专业人才培养过程中暴露出来的人才创新能力培养不足、人才培养模式与社会需求脱节等问题进行了大量的研究。绝大多数普通院校将培养目标定位于培养应用创新型人才，优化、重组、整合了课程结构和教学内容，制订了形式多样的教学计划，形成了与之相适应的课程体系。但传统的以理论教学为主、实践教学为辅的教学理念很难调动学生的学习积极性，不利于培养学生的工程项目的研发和设计能力。所以，目前迫切需要解决的问题是如何提高学生的学习兴趣，使学生的综合素质和能力得到最大限度的提高。为此，我们整合了电子系统综合设计这门课程，提出了基于导师制的项目驱动教学法。

1 电子系统综合设计的课程性质和特点

电子系统综合设计是一门综合性极强的应用设计型课程。涉及了电路分析、模拟电子技术、数字电子技术、单片机原理与应用、微机原理与接口技术、嵌入式操作系统和嵌入式系统设计等多门课程。其任务在于训练学生综合应用各种电子技术知识，掌握电子系统的设计方法和制作过程的能力；培养学生的科学性、系统性，及全面性的设计素质；开拓学生的设计思路，增强学生理论知识与实践相结合的能力。其目的是通过一个以工程实践或社会生活为背景的电子系统的研究、设计与实现，使学生能将已学过的模拟电路、数字电路以及单片机等知识综合运用于电子系统的设计中，从而培养学生知识综合应用及电子系统设计的能力，使学生在单元电路设计、系统电路分析、整机联调、计算机辅助设计和信号与信息处理、通信、控制等方面的能力都有一个质的飞跃。但目前存在着多种嵌入式开发软硬件平台和开发工具，如何在诸多的技术中选择教学内容，是首先需要解决的问题。电子系统设计的知识综合性强，教学内容不可能在有限的时间内完全覆盖，而且电子系统发展迅速，新的CPU、接口和总线不断出现或升级，新的软件、标准和开发方法不断发展和更新，因此在教学方法和内容上必须保持开放性的特点。

2 项目驱动教学法的具体实施

电子系统综合设计是实践性极强的课程，在教学过程中实行导师制，加强实践环节，推行项目化教学方法，即以项目为引导、以需求学理论、以实践为主导的教学方法。该课程在本科第三学年开展，历时2个学年，在导师全程指导下进行相应专业课程的学习，采用灵活多样的个性化教学形式，使得学生在完成真实项目的过程中，提高电子系统综合设计、项目管理和团队合作等实践能力。

2.1 学生的培养实行导师制

在新生入学时，为每位学生指定专业导师，学生的培养实行导师负责制，组建指导教师团队，导师要有独立从事电子系统设计的教学科研能力，能够组织和带领学生对外承接开发项目，并以项目开发为主线组织专业教学。导师的遴选打破传统的系室限制，可以在全院范围内进行，一位导师每届负责指导5～10名学生，导师在指导学生项目开发的过程中，根据学生的特长帮助确定其具体发展方向，以便因材施教，并在此基础上进行相应专业课程的学习。

2.2 项目设计

项目设计是保证教学效果的关键环节，电子系统综合设计的项目涉及的内容包含电子技术、微处理器和嵌入式系统的综合应用，使学生可以获得电子系统设计的基本技能，培养学生的工程实践、系统分析与设计、创新思维与团队合作等多方面能力与素质。

2.3 教学过程

在教学过程中，由导师组建团队，团队规模一般为3～5人。导师采用单元化训练和引导学生自主学习相结合的方法来完成电子系统设计各个阶段所需要的知识。在课程开设之前，将项目对应的需求摆在学生面前，鼓励学生自学、提前学。每门课程的课程作业都必须紧密结合目标项目，在每门课程结束之后就必须为项目做一些工作，最终完成项目的所有内容。电路分析、模拟电子技术、数字电子技术等课程学习结束，学生必须具备阅读电路图、制作电路板的能力；微机原理与接口技术、单片机原理及应用等课程学习结束，学生要具备阅读器件手册、电路设计和以C语言为基础的微处理器程序设计能力；Verilog语言与EDA技术学习结束，使学生具备理解现代硬件数字电路的软件化设计方法，掌握当代国际数字技术设计领域的最新技术。通过上述几门课程的学习，使学生熟悉阅读资料、选择方案、设计电路、编程、电路安装调试和指标测试、撰写报告等过程，培养学生的电路设计与综合应用的能力，提高电路设计水平和实验技能，培养学生综合运用所学知识解决实际问题的能力和创新研究能力。在本科第6学期结束时，每位同学都要完成一个电子系统设计方面的项目，包括产品、技术文档和产品手册等。

2.4 立体式考核方式

学生的考核由导师负责，实行课程考核和项目考核结合的方式考评学生项目驱动学习情况。每个子项目结束之后，导师对学生进行综合评分，包括学习态度、开发能力、文档编制能力、组织协调能力以及团队协作能力等。同时，根据考核结果进行详细的分析，了解学生学习的薄弱环节，不断地改进教学方法，因材施教，更好地达到培养目标。另外，还可将全国大学生电子设计竞赛选拔工作和该课程的教学考核结合起来，进一步激发学生的学习和创新热情。

3 结束语

通过该项目的研究与实施，改进传统的以学科为基础的教学方法，以学生为中心，强调小组合作学习和自主学习，注重培养专业技术应用能力、团队协作交流能力、系统工程分析能力和自我提升能力，全面培养学生在科学技术、个人和专业素质、人际等方面的能力，从而在本科层次培养出具备终生学习能力的高素质电子系统开发人才，让我们的学生深入理解电子系统相关理论，扎实掌握电子系统软硬件开发的能力。并且让我们的每一个学生都带着自己的作品向工作岗位。

参考文献：

[1]翟文正.项目驱动法在嵌入式系统实践教学中的探索[J].台州学院学报，2012，（6）.

[2]许岳兵，张登玉等.综合电子系统设计的教学研究与实践[J].科技创新导报，2012，（21）：158.

[3]王冬艳，郑骊等.项目驱动教学法进行数字电子技术实训改革[J].电气电子教学学报，2012，34（6）：77-79.

[4]李泽辉.“项目驱动式”教学法的探索与实践[J].实验科学与技术，2011，9（2）：133-134.