时间：2023-03-21 17:14:16
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在学生愿意主动来到课堂学习的前提下，吸引学生的学习兴趣更为重要。为了可以让学生兴趣盎然地参与到教学过程中来，教师在能讲述知识的前提下，还要能激发学生的学习动机，唤起学生的求知欲望。在这方面，教师可以结合实际应用，讲述一些射频集成电路在日常生活中的应用。比如，美国半导体产业协会（SIA）总裁兼执行长BrianToohey曾指出：“从物联网、智能汽车、智能家居等市场都可以看出，半导体普遍出现在每一种产品类型中，而且正变得无处不在。”仅仅在我们每天使用的智能手机中就包含RF收发器、功率放大器、天线开关模块、前端模块、双工器、滤波器及合成器等关键射频元件。而且有报告指出，2011年这些射频器件的市场规模为36亿美元，预计2011~2015年的年复合增长率为5.6%，到2016年主要的射频器件市场将达47亿美元。此外，目前应用比较广泛的WiFi及物联网都与射频集成电路有着密切的关系。这些切实应用由于与学生的生活以及将来的就业息息相关，因此，相关内容的讲述能够有效地激发学生的学习热情。
二、如何让学生成为课堂的主人
“以教师为中心”“以灌输为主要形式”的传统教学方式已经无法适应新时代的需求。如果教师仅根据教材对内容进行枯燥的讲解，无法抓住学生的注意力，学生很容易溜号，影响课堂教学质量。因此可以通过引进研究型教学模式、师生互动来活跃课堂气氛。所谓“研究型教学模式”即将教师由知识的传授者转变为学习的指导者，将学生由被动的学习转变为主动的学习。如何使学生成为课堂的主人，在教学实践中发现培养学生的问题意识是课堂教学的有效手段，教师可以通过创设开放的问题情景，引导学生进入主动探求知识的过程，使学生围绕某类主体调查搜索、加工、处理应用相关信息，回答或解决现实问题。比如，以射频技术在物联网中的应用为开放课题，学生通过查资料，分析整理，更深刻体会了射频技术在智能家居、交通物流、儿童防盗等方面的应用，使学生在学习过程中主动把“自我”融入到课程中，敢于承担责任，善于解决问题。
三、让学生走上讲台
学生是课堂的主人，因此，可以改变以往教师在讲台上讲、学生坐在下面听的传统教学模式。让学生走上讲台可以将传统的讲授方式转换为专题研讨的教学模式。教师可以提前布置专题内容，如射频器件模型、射频电路设计、射频技术发展、射频技术的应用及未来发展趋势等。有个专题内容作为核心，学生可以在老师的指导下通过检索资料，组织分析资料，最终走上讲台向老师和其他学生讲述相关的内容。通过几年的实践，发现这样可以增加学生学习的主动性和自觉性、同时也能使学生对相关的问题发表各自的观点，形成对问题各抒己见、取长补短的研讨学习方式，大大拓宽学生的知识面以及综合表述能力。
四、通过实践教学加深理解理论教学内容
理论教学是掌握一门技术的基础，但实践教学也是必不可少的。学生在掌握一定的基础理论的同时，须要通过设计实践来强化巩固。实践教学的引入，不仅能够加深学生对理论知识的深入理解，洞悉细节，提高学生的动手能力，还可以培养学生创新思维及科研能力。因此，教师可以通过设置几个开放的课程设计内容来让学生主动研究探索。在本课程的教学中，本人已经有计划地进行了实践教学活动，例如，在实践教学中，曾经给学生布置了“用于GPS的低噪放电路设计”的实践设计。在该设计过程中，学生须要深入理解多方面知识，比如明确GPS的频段、确定低噪放的电路结构，并有效评估电路性能等。为了课程设计的顺利进行，学生须要进行查阅分析资料、软件安装、软件学习、电路设计、课程论文撰写等几个环节的分析设计工作，并最终在实践中系统深刻地理解掌握课程的理论内容，为以后的工作及深造打下坚实的基础。
五、鼓励学生参与科研项目
由于CRT显示器和液晶屏具有不同的显示特性,两者的显示信号参数也不同,因此在计算机(或MCU)和液晶屏之间设计液晶显示器的驱动电路是必需的,其主要功能是通过调制输出到LCD电极上的电位信号、峰值、频率等参数来建立交流驱动电场。
本文实现了将VGA接口信号转换到模拟液晶屏上显示的驱动电路,采用ADI公司的高性能DSP芯片ADSP—21160来实现驱动电路的主要功能。
硬件电路设计
AD9883A是高性能的三通道视频ADC可以同时实现对RGB三色信号的实时采样。系统采用32位浮点芯片ADSP-21160来处理数据,能实时完成伽玛校正、时基校正,图像优化等处理,且满足了系统的各项性能需求。ADSP-21160有6个独立的高速8位并行链路口,分别连接ADSP-21160前端的模数转换芯片AD9883A和后端的数模转换芯片ADV7125。ADSP-21160具有超级哈佛结构,支持单指令多操作数(SIMD)模式,采用高效的汇编语言编程能实现对视频信号的实时处理,不会因为处理数据时间长而出现延迟。
系统硬件原理框图如图1所示。系统采用不同的链路口完成输入和输出,可以避免采用总线可能产生的通道冲突。模拟视频信号由AD9883A完成模数转换。AD9883A是个三通道的ADC,因此系统可以完成单色的视频信号处理,也可以完成彩色的视频信号处理。采样所得视频数字信号经链路口输入到ADSP-21160,完成处理后由不同的链路口输出到ADV7125,完成数模转换。ADV7125是三通道的DAC,同样也可以用于处理彩色信号。输出视频信号到灰度电压产生电路,得到驱动液晶屏所需要的驱动电压。ADSP-21160还有通用可编程I/O标志脚,可用于接受外部控制信号,给系统及其模块发送控制信息,以使整个系统稳定有序地工作。例如,ADSP-21160为灰度电压产生电路和液晶屏提供必要的控制信号。另外,系统还设置了一些LED灯,用于直观的指示系统硬件及DSP内部程序各模块的工作状态。
本设计采用从闪存引导的方式加载DSP的程序文件,闪存具有很高的性价比,体积小,功耗低。由于本系统中的闪
存既要存储DSP程序,又要保存对应于不同的伽玛值的查找表数据以及部分预设的显示数据,故选择ST公司的容量较大的M29W641DL,既能保存程序代码,又能保存必要的数据信息。
图2为DSP与闪存的接口电路。因为采用8位闪存引导方式,所以ADSP-21160地址线应使用A20-A0,数据线为D39—32,读、写和片选信号分别接到闪存相应引脚上。
系统功能及实现
本设计采用ADSP-21160完成伽玛校正、时基校正、时钟发生2S、图像优化和控制信号的产生等功能。
1伽玛校正原理
在LCD中,驱动IC/LSI的DAC图像数据信号线性变化,而液晶的电光特性是非线性,所以要调节对液晶所加的外加电压,使其满足液晶显示亮度的线性,即伽玛(Y)校正。Y校正是一个实现图像能够尽可能真实地反映原物体或原图像视觉信息的重要过程。利用查找表来补偿液晶电光特性的Y校正方法能使液晶显示系统具有理想的传输函数。未校正时液晶显示系统的输入输出曲线呈S形。伽玛表的作用就是通过对ADC进来的信号进行反S形的非线性变换,最终使液晶显示系统的输入输出曲线满足实际要求。
LCD的Y校正图形如图3所示,左图是LCD的电光特性曲线图,右图是LCD亮度特性曲线和电压的模数转换图。
2伽玛校正的实现
本文采用较科学的Y校正处理技术,对数字三基信号分别进行数字Y校正(也可以对模拟三基信号分别进行Y校正)。在完成v校正的同时,并不损失灰度层次,使全彩色显示屏图像更鲜艳,更逼真,更清晰。
某单色光Y调整过程如图4所示,其他二色与此相同。以单色光v调整为例:ADSP-21160首先根据外部提供的一组控制信号,进行第一次查表,得到Y调整系数(Y值)。然后根据该Y值和输入的显示数据进行第二次查表,得到经校正后的显示数据。第一次查表的Y值是通过外部的控制信号输入到控制模块进行第一次查表得到的。8位显示数据信号可查表数字0～255种灰度级显示数据(Y校正后)。
3图像优化
为了提高图像质量,ADSP-21160内部还设计了图像效果优化及特技模块,许多在模拟处理中无法进行的工作可以在数字处理中进行,例如,二维数字滤波、轮廓校正,细节补偿频率微调、准确的彩色矩阵(线性矩阵电路),黑斑校正、g校正、孔阑校正、增益调整、黑电平控制及杂散光补偿、对比度调节等,这些处理都提高了图像质量。
数字特技是对视频信号本身进行尺寸、位置变化和亮,色信号变化的数字化处理,它能使图像变成各种形状,在屏幕上任意放缩,旋转等,这些是模拟特技无法实现的。还可以设计滤波器来滤除一些干扰信号和噪声信号等,使图像的清晰度更高,更好地再现原始图像。所有的信号和数据都是存储在DSP内部,由它内部产生的时钟模块和控制模块实现的。
4时基校正及系统控制
由于ADSP-21160内部各个模块的功能和处理时间不同,各模块之间存在一定延时,故需要进行数字时基校正,使存储器最终输出的数据能严格对齐,而不会出现信息的重叠或不连续。数字时基校正主要用于校正视频信号中的行,场同步信号的时基误差。首先,将被校正的信号以它的时基信号为基准写入存储器,然后,以TFT-LCD的时基信号为基准读出,即可得到时基误差较小的视频信号。同时它还附加了其他功能,可以对视频信号的色度、亮度、饱和度进行调节,同时对行、场相位、负载波相位进行调节,并具有时钟台标的功能。
控制模块主要负责控制时序驱动逻辑电路以管理和操作各功能模块,如显示数据存储器的管理和操作,负责将显示数据和指令参数传输到位,负责将参数寄存器的内容转换成相应的显示功能逻辑。内部的信号发生器产生控制信号及地址,根据水平和垂直显示及消隐计数器的值产生控制信号。此外,它还可以接收外部控制信号,以实现人机交互,从而使该电路的功能更加强大,更加灵活。
此外,ADSP21160的内部还设计了I2C总线控制模块,模拟FC总线的工作,为外部的具有I2C接口的器件提供SCLK(串行时钟信号)和SDA(双向串行数据信号)。模拟I2C工作状态如图5和图6所示。
系统软件实现
在软件设计如图7所示,采用Matlab软件计算出校正值,并以查找表的文件形式存储,供时序的调用。系统上电
开始,首先要完成ADSP-21160的一系列寄存器的设置,以使DSP能正确有效地工作。当ADSP-21160接收到有效的视频信号以后,根据外部控制信息确定Y值。为适应不同TFT-LCD屏对视频信号的显示,系统可以通过调整Y值,以调节显示效果到最佳。再如图4所示,对先前预存的文件进行查表,得到所需的矫正后的值,然后暂存等待下一步处理。系统还可以根据视频信号特点和用户需要完成一些图像的优化和特技,如二维数字滤波、轮廓校正、增益调整、对比度调节等。这些操作可由用户需求选择性使用。利用ADSP-21160还可以实现图像翻转、停滞等特技。最后进行数字时基校正,主要用于校正视频信号中的行、场同步信号的时基误差,使存储器最终输出的数据能严格对齐,而不会出现信息的重叠或不连续。除了以上所述的主要功能以外,ADSP-21160还根据时序控制信号,为灰度电压产生电路和TFT-LCD屏提供必要的控制信号。另外,ADSP-21160还能设置驱动通用I/O脚配置的LED灯,显示系统工作状态。
通过参考成熟的CAN/LIN总线设计电路，经过基础测试及单元电路测试，应用电路设计软件Alti-umDesigner10．0设计了电路原理图，如图1所示．本设计采用SiliconLaboratories公司生产的汽车级控制芯片C8051F500Q作为整个硬件系统核心控制芯片;恩智浦半导体(NXP)公司生产的TJA1040、TJA1020收发器分别作为控制局域网CAN物理总线与协议控制器之间的硬件接口，LIN主机从机协议控制器和LIN传输媒体之间的接口;采用AT24C04作为存储扩展，并结合JTAG调试烧写电路和12V转5V转压电路共同构成一个独立完整的工作电路［3－4］．
2中央控制器硬件
电路中央控制电路如图2所示，由于数字电路的频率高、模拟电路的敏感度强的特点，针对通信信号线，高频的信号线要尽可能远离敏感的模拟电路器件，因此，本设计将模拟地与数字地进行隔离．C8051F500芯片内部提供了稳定的24M内部晶振，因而电路中未设置外部晶振电路．SiliconLabs公司C8051F500芯片内部集成博世CAN控制器，采用CAN协议进行串行通信．CAN控制器包含一个CAN核、控制寄存器、消息RAM及消息处理状态机．控制器符合博世2．0A基本CAN标准和2．0B全功能CAN标准，方便在CAN网络上的通信．
3电源电路设计
采用了LM2937IMP－5．0的12V转5V转压芯片;为保护转压电路的安全性，防止回流，采用二极管N5817;输入及输出两端的电容起到稳定两端电压的作用．CAN/LIN总线接口芯片电路设计CAN总线接口电路如图4所示，其中P0口的P0．6和P0．7分别为CAN总线收发器TJA1040与主控制器C8051F500Q的发送接口和接收接口．TJA1040作为CAN物理总线和控制器之间的硬件接口，能提高对CAN总线的差动发送与差动接收能力［5］．LIN总线接口电路如图5所示，LIN总线通信需要12V外部供电，P1口的P1．0和P1．1分别作为LIN总线收发器TJA1020与主控制器C8051F500Q的发送接口和接收接口，P1．2作为LIN的启动引脚．TJA1020是LIN物理总线和主———从协议控制器之间的硬件接口，工作波特率在2．4kbits/s～20kbits/s之间．TXD管脚输入的发送数据通过LIN收发器转换成LIN总线信号，通过收发器控制转换速率与波形，这样能够减少EME．通过一个内部终端电阻LIN总线的输出管脚被拉成高电平．通过LIN总线的输入管脚，收发器检测到的数据流通过RXD管脚发送至微控制器［6－7］．
4系统调试
1.1基本原理LVDS驱动线路可以有多种结构，常见的包括单电源模式、双电流电源和电压模式。单电流源模式需要较大的电阻，如果采用传输逻辑实现电压驱动，需要复杂的电路对电压进行修正。因此在设计中可以选择双电流源模式进行驱动。电路如图：双电流源模式的电阻需求较小，可以方便的提供恒定电流，相对稳定。双电流源模式，对PMOS管以及NMOS管进行分别设置，形成两个电流镜（M1、M2、M3、M4）。通过适当的调节可以保证电流输出稳定在3.5mA。M2和M4、R组成偏置电路产生偏置电流，然后通过电流镜映射到M1和M3端，为驱动电路提供电流。如果in1是高电平则M5、M8导通，M6、M7阻断。电流从M5通过，从out1输出，经过电阻控制后再从out2输入，进入M8后经过M3，形成一个回路。这样驱动电路输出端out1和out2上的电流相反，形成一个差分信号。
1.2电路模型构建和分析按照前面的分析，M2和M4提供偏置电流，如果要保证电流经过电阻R的电流与偏置电流一致，并控制其参数，根据电流镜的原理，只需要对M1的宽度进行调整，设置为M2的3.5倍。如果此时Ir=1则驱动电路工作电流为3.5mA。同时设定电阻R=200Ω，并确定M2和M4宽长比一致，设定二者漏极电流就可获得其相对应的电压。为了获得稳定的工作电流3.5mA，设计要求M1和M3的漏极电流为3.5mA。根据电流镜的工作原理，可以得到各个关键位置的基本参数。获得相关的M2和M4的比值。在电路输出后，为了保证反转时性能的稳定，M5-M8管应保持参数一致。所以计算其中一个即可获得其他的参数。在电流导通的时候M5是非饱和状态，因此在输出时LVDS的高电压为1.25V，同时电流源的电流为3.5mA，所以MOS开关启动的时候，漏流为3.5mA，而Vds则很小，为100mA。经过计算可以得到M5的宽长比。实际中往往取值较大，因为这样可以减少沟道电阻，加快电平的转换速度。通过仿真可以对LVDS的驱动器进行修正，最终获得各个MOS管的尺寸、电阻和电容等，提高电路的性能。
2LVDS接受设计
在设计中电路的核心部分是接受电路，电路图如下，in1和in2为LVDS输入信号，经过运算和放大后，经由反向器输出。按照电流镜的基本原理其中M3和M4的参数一致。此时Id3为主导，Id4随其发生改变，且二者相等。如果in1和in2相同，此时Id1=Id2；Id3=Id4.从而Id4=Id1=Id2，Iout为零。如果输入的差分信号为共模则电流为零。如果输入信号中in1大于in2则PMOS将发挥作用，此时电流只能从out端流出，而Iout大于零。相反则出现Iout小于零的情况，输入的LVDS信号直接会导致Iout的改变。按照差分放大器的各种性能要求，利用相关公式即可获得相关技术参数，各个点位的电压和电流，如图2中所示。
3结束语
同步扰码的实质是让输入比特与随机数产生器所产生的一位随机比特进行异或来产生扰码的输出比特，其原理如图1所示。JESD204B协议规定的扰码方式需采用自同步扰码方式，自同步的扰码与解扰电路结构如图2所示。可见，对于自同步串行扰码，每次扰码输出都是由移位寄存器第13位和第14位比特进行异或，得到的结果再与输入比特值进行异或而得到的。由于传输层数据成帧之后，往往是以8位或16位数据进行并行传输的，所以必须在串行扰码的基础上，设计8位并行或16位并行的扰码与解扰电路。下面将在串行扰码表达式的基础上推导并行扰码的逻辑表达式。串行扰码每次只处理一个比特。在每个时钟周期，移位寄存器只移一位［3］。对于串行扰码，假设此刻输入比特是bn，输出比特是an，则移位寄存器s0中存储的比特是an－1，依此类推移位寄存器s14中存储的比特是an－15，因此an=bn+an－14+an－15。则下一个时刻的输入比特是bn+1，输出比特是an+1，此时移位寄存器s14中存储的比特是an－14，因此an+1=bn+1+an－13+an－14。由上面两组公式可以看出，只要保证扰码器和解扰器中对应的各个移位寄存器中的值相同即可，即扰码器的移位寄存器状态与解扰器的移位寄存器状态必须达到同步。由于协议中并没有规定移位寄存器的初始值，所以要解决解扰器输出与移位寄存器初始状态值有关的问题。为了不让解扰电路的输出与初始状态值有关，便于收发两端的同步，下面给出一种改进的并行扰码与解扰电路结构。
2改进的并行扰码与解扰电路
前面已经提到，协议规定的扰码与解扰模块位于数据传输层和数据链路层之间，在传输层数据成帧的过程中，发射器为了与接收器之间达到同步会在用户数据前发送编码数据同步序列和初始通道校准序列，协议要求在这两种序列发送的过程中是不能进行扰码的，在此过程中扰码器和解扰器处于非工作状态。另一方面，在用户数据到达后，扰码器和解扰器要开始工作，如果此时扰码器与解扰器中移位寄存器的初始状态值不同，会导致接收端不能正确恢复用户数据前两个字节值［4］。为了避免前两个字节值的丢失，在扰码器与解扰器的移位寄存器同步之前，用户数据前两个字节可以在无扰码操作的情况下传输，两个字节之后，扰码器与解扰器移位寄存器的状态就会由用户数据的前两个字节所确定，这时能够保证达到同步状态。基于以上考虑，提出一种带使能信号的改进扰码与解扰电路结构［4］，如图3所示。此时扰码器和解扰器都加入了一个使能控制信号。当en信号为低电平时，输入不经扰码直接输出;同理在接收端也不用解扰。两个字节之后，扰码器和解扰器移位寄存器中的状态都是由输入决定的确定值，此时可将en信号电平拉高，进行正常的扰码与解扰操作。
3仿真结果
用MODELSIM软件对设计的并行扰码和解扰电路进行了功能仿真。把扰码电路和解扰电路串联起来进行了仿真，仿真结果如图4和图5所示。由仿真结果看出，无论是8位并行扰码还是16位并行扰码，前两个字节都没有被扰码，当然也没有被解扰，此时扰码器的输出和解扰器的输出是相同的。从第3个字节开始，扰码器和解扰器就进行了正常的扰码与解扰。这样的输出结果正是协议的规范和要求。而解扰器的输出与扰码器的输入是完全相同的，从而证明了电路扰码和解扰功能的正确性。用DesignCompiler软件对设计进行综合，得到电路在面积、动态功耗、弛豫时间等方面的结果，如表1所示。由以上综合结果可以看出，该电路功耗很低，至少可以运行于较高频率，满足协议对加扰电路的速度要求。
4总结
古人云“活到老，学到老”。学习伴随人的一生，一个学习者具备的基本素质是其自主学习能力。最早引入“自主学习”的Holec将其定义为“负责自己学习的能力”[1]。通俗讲，自主学习能力是由学习者自觉确定学习目标，制订学习计划，选择学习方法，调控学习过程，评价学习结果的过程或能力[2]。自主学习需要做到“四学”，即“想学”“能学”“会学”“恒学”。基于信息化条件的自主学习是指借助现代化技术及工具完成自主学习。信息化条件包括互联网、电子图书馆、学习软件(如Multisim，EWB，CAD)、音频视频、Flash等。信息化条件下的自主学习改变了以往的师生学习模式，学员成为学习的主体，教员主要以问题引导、知识顾问、技术支持、效果评价为主要任务，引导学员充分利用和开发信息化资源，将先进的信息技术和学习过程优化整合，开展自主性学习，提高教育的质和量，更好地适应新时代的要求。
2信息化条件
2.1互联网
随着信息技术的飞速发展，互联网在现代生活中越来越普及。互联网具有信息资源海量、不受时间和空间限制的特点，因此它为自主学习提供了便捷条件。利用互联网强大的搜索引擎功能，搜索学习内容、疑难问题、模拟考题等。计算机网络平台提供了一个友好的交互界面，图文并茂，静动结合，生动有趣。由于院校的特殊性，我院学员除了可以在特定地点及方便时间上互联网外，还可以查阅军网内部丰富资源。互联网改变了传统的学习方式，提高了学习兴趣，提高了学员发现问题、解决问题的能力，使学习成为一种主动、积极的过程，自主学习意识进一步加强，学员真正成为学习的主人。
2.2电子图书馆
电子图书馆以互联网为平台，主要由实地图书馆和虚拟图书馆两部分构成。实地图书馆是与传统图书馆具有一样的馆藏图书功能，资源归本单位共享；虚拟图书馆是指本馆没有收藏但是从网络系统、数据库中可以获得信息的图书馆，例如维普、万方、CNKI等电子期刊，超星、国图、阿帕比、中国军事等数字图书以及硕博论文、外文数据库等等。学习者在相应数据库进行文献搜索、下载需要的论文、书籍完成知识的自主学习与深化，多角度、多维度的学习理论，广范围、广视角的了解应用。我院电子图书馆馆藏丰富，既有实地图书馆又有虚拟数据库，为学员学习提供了资源保障。
2.3软件工具
软件工具是指能够辅助学习的工具软件，例如绘图工具AutoCAD，ProE，3DMAX等，仿真工具simulink，EWB，Multisim，ansys等，不同领域选择不同的软件工具。以数字电子技术中常用的Multisim和EWB为例(如图1和2所示)，它具有丰富的元器件库和仪表库，当学完电路理论之后，学员大部分直观认识不深入，对电路是否能够实现所讲述的功能持怀疑态度，仿真软件恰好解决了这个问题。利用仿真软件构建虚拟的电路，通过仪表及指示装置，直观形象地看到电路现象，加深对理论的理解。同时，在实际搭建电路时，为了避免资源浪费及烦琐的调试，可利用仿真软件先验证设计电路的正确性，之后再去实际搭建。目前学员具有电脑使用条件，只需安装软件即可使用，软件工具的出现为自学提供了又一个有力的条件。
2.4自主学习平台
自主学习平台可以是远程教育学习平台，也可以是根据不同科目搭建的学习平台。其作用是学员在教员的辅导和帮助下，自主使用网络学习平台，有针对性地选择各种学习资源，调整学习时间，控制学习过程，以达到学习目标。自主学习平台具有辅、开放性、自主性、重复性、交互性的特点[3]。为方便学员数字电子技术课程学习，教研室设计了数字电子技术网络课程(如图3所示)。主要包含教案、视频、教案、习题、作业、答疑、测验以及参考资料等内容。
3以组合电路设计为例，借助信息化条件培养学员自主学习能力
3.1组织流程
组合电路设计内容丰富，方法多样。课本中讲述多以分立元件设计为例讲述，为拓展学员思路，本课程安排时笔者并未加以限定，只布置了任务，学员自行完成。教员布置任务，学员以小组形式开展学习。各小组实行组长负责制，针对任务组织学员讨论、确定方案，针对不同的方案安排组员提前查阅互联网、电子图书馆、网络课程等资料；课上分工协作，不同学员按照不同方案设计实现；学员自学仿真软件Multisim或者EWB，并借助软件仿真验证设计的正确性；设计报告由专人撰写，汇总各种方案及方法并进行描述；由于时间限制，并非所有奇思妙想都能一一设计实现，因此附加了拓展环节，集思广益，学员只需描述出新思路新创意即可；最后为检验学习效果，加入答辩环节，从小组中任意抽取一名组员，回答其他学员和教员提出的问题。
3.1.1设计任务
1个主评委和3个副评委共4人鉴定某项目，当主评委不赞同，但3个副评委全部赞同项目时，裁定项目通过鉴定；当主评委赞同并且3个副评委中多数赞同项目时，也裁定项目通过鉴定。试设计满足要求的逻辑电路。你还能想到哪些器件设计方法？
3.1.2小组分配
本教学班次共计43人，4～5人为一小组。组长负责分工，一般2人设计方案，1人学习仿真软件，1人撰写设计报告，最终集思广益，拓展创新方法。
3.1.3丰富的设计方案，多样化的仿真实现
借助分立元件实现电路设计组合电路是课本中主要讲述的方法，其他方法课本中并没有专门提及。另外，仿真软件使用方法，如何仿真电路都需要学员自行摸索。但从效果分析，学员都能够通过自学或者小组互助学习方式解决上述问题。现列举几种学员的设计方案及仿真电路。
3.1.4答辩环节
为保障学习效果，笔者设计了答辩形式的督促机制。要求在设计完成后，小组内每位成员都要掌握本组设计的电路方案，随机抽取某位学员上台讲解，一旦答辩不顺利，将会影响本组学员的整体成绩。在这种指导思想下，每位学员都参与其中，组内互助，使得方案形成时，每位学员也都掌握了知识。本次课程笔者提问了第一组的一位学员，答辩过程中每当出现思路断档，整组学员的精神都跟着紧张起来，但经过思考他顺利完成此环节，并且将创新性的设计思路也一同与大家分享。从答辩过程可以看出，第一组学员的团结与协作，看到了传统课堂上无法发现的闪光点。
3.1.5设计报告
第一项设计任务，第二项设计方案，第三项拓展及心得体会。前两项旨在对整个知识的梳理，第三项作用有两点，一是学员方面，总结收获及不足，创新新思路，例如第九组写到“电路设计注意布局，图纸与虚拟实验有着本质差距”，第一组写到“一个好的团队不光有一个好的带头人，还要有一群踏实肯干认真听话、积极进言的成员”。二是教员方面，便于发现学员学习中存在的问题，调查学员对教学实施的满意度，为后续教学提供宝贵经验。例如第五组写到”开关的选择开始由单刀开关接入不工作，后经小组讨论和教员指导换为单刀双掷开关完成电路仿真”。第二组写到“课程使我们认识到数电并非纯粹的理论学习，而是课堂发挥、试验动手等综合能力的培养”“增强了我们的发散性思维，是一种能力的提升”。
4效果分析
按照传统讲授组合逻辑电路设计方法，一般学员比较容易想到教员或者课本上讲述的方法，思路禁锢到此无法跳出。时序电路设计与组合电路设计课程形成了鲜明的对比，时序电路设计任务是课后习题，教员只讲授了一种设计方法，因此学员在设计过程中多数应用了这种方法，很难扩展思路，开拓创新。而此次组合电路设计是学员没有见过的任务，教员对其没有过多的限制，因此设计方案多种多样，学员自学的潜力此刻淋漓尽致地表现出来。在网络、仿真软件等信息化条件下，学员顺利完成了本讲内容的学习。学员不仅掌握了组合逻辑电路设计的多种方法和仿真软件的使用方法，还提升了自身的综合能力。从期末考试成绩上分析，平均分79.44，其中良好及以上24人。通过设计报告的心得体会及期末成绩分析采取自主学习模式学员多数比较赞同，收获颇丰。上述事实证明只要给予适合的条件，学员有能力并且能够出色完成自主学习，同时锻炼了学员的提出问题、分析问题、解决问题、语言表达等多种能力，强化了团队协作意识，激发了创新思维。
5结束语
信号处理电路本身也存在于低电压手持心电的前置信号放大结构中，其主要为手持心电的电极拾取饰件发出的信号进行接受以及处理和分辨等工作，同时有效的对心脏跳动的信号进行增益，对相关杂乱信号进行降噪处理。具体来讲，信号处理电路首先需要针对自身的抗极化电压进行设计，保证抗极化电压能够有效满足信号放大的要求，保证信号处理电路能够在满足信号增益的过程中满足低电压手持心电的正常工作情况，其具体的抗极化电压以及电路设置的增益情况应该根据实际情况进行选择和调整。一般抗极化电压设置为500mV；其次信号处理电路的设计需要保证电路的频率不会对心脏跳动信号的频率采集工作造成一定的影响，具有相应的杂频降噪功能，使用输入缓冲电路中的高精度运算放大器就能够有效的完成这一工作。同时注意好信号处理电路的失调电压设置工作，保证失调电压不会出现饱和情况，常规下信号处理电路的失调电压设置的最大线路为0.55mV。
2右腿驱动电路设计工作
右腿驱动电路的作用更多的是在低电压手持心电的运转过程中消除手持心电自身工作频率对心脏频率信号采集工作的干扰，使低电压手持心电在运转过程中能够提供更小的电能消耗以及拥有更小的输出摆幅。具体来讲，右腿驱动电路的设计应该保证手持心电电压最大的输出范围部队对手持心电的功能发挥造成影响，保证其在60uA的静态工作电流下仍然能够有效的发挥手持心电的具体功能作用。
3起搏脉冲检测电路设计工作
起搏脉冲检测电路的功能主要是对低电压手持心电中起搏脉冲信号的收集以及检测再到最终与A/D转换器的信号交换工作提供相应的电能，因此起搏脉冲检测电路的设计工作对于低电压手持心电的具体工作没有较大影响，只要注意到发挥其降低手持心电的功率消耗以及电能成本的优点就行。
4电源电路的设计工作
水上接收部分主要有主控模块、电源管理模块、显示模块、数据管理模块4部分组成，水上接收部分的主控芯片为意法半导体公司的低功耗MCU（STM32F103VE），通过3.2寸触摸显示屏上的锂离子电池充电开关命令，控制锂离子电池充电并将充电状态回显到显示屏上，触摸无线传输开关命令，控制无线传输命令控制数据传输并将数据传输状态显示到显示屏上，触摸采样间隔设置命令，设置水下探测器的采样时间。
2硬件电路设计
硬件电路设计分为水下和水上两部分。水下和水上都是以STM32F103VE芯片为核心，通过各自电路以实现各自功能。STM32系列是专门为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用设计的ARMCortex内核，本设计所用芯片主频为72MHz,从闪存执行代码，功耗27mA，是32位市场上功耗最低的产品之一，相当于0.375mA/MHz。
2.1水下电路设计
水下部分电路主要有主控电路、流速测量电路、姿态解算电路、锂离子电池充放电及其保护电路、数据存储及传输电路，压力、温度采集电路5部分组成。
2.1.1流速测量
流速是本设计最重要数据，因此本设计选用低功耗、高温度稳定性霍尔器件A1220作为机械转子转速测量传感器。A1220内部集成动态补偿电路，低通滤波电路，施密特触发器，电压比较器等，我们可以看到霍尔器件输出为规则方波，因此我们可直接由STM芯片采集这些方波信号就能达到我们的需求。
2.1.2姿态解算电路
本设计采用InvenSense公司的整合性6轴（3轴陀螺仪、3轴加速度计）运动处理组件MPU-6050和Honeywell公司的3轴数字罗盘HMC5883L来采集探测器角加速度W、线加速度A、磁场强度Η，用四元数的方法进行数据融合，计算探测器姿态角。
2.1.3电源电路
电源作为海流计运行的动力，其电路设计的优劣不仅决定设备能否正常运行而且还决定了设备是否安全运行。本设计采用摩米士三星GalaxyNote3高容量锂离子电池作为电源，采用LINEAR公司的可编程充电电流的单节锂离子充电管理芯片LTC4054，自动检测锂离子电池电压及充电电流变化使锂离子电池充电过程自动在涓流充电、恒流充电、恒压充电、充电终止这四个充电过程切换，避免了处理器的参与，减少处理器的负担；采用TexasInstruments公司的单节锂离子电池电量检测和保护芯片BQ28Z560-R1，该芯片使用德州仪器ImpedanceTrackTM精确电量计算算法来报告电池状态，同时提供续航时间（分钟），充电所需时间（分钟）、电池电压和电池温度等信息,此外该芯片还提供短路、过流充电和放电、过度充电和放电保护功能；采用LINEAR公司的宽输入电压同步降压-升压DC/DC转换器，该芯片可由动态输入电压（1.8~5.5V）获得稳压输出，特别适合于锂离子电池放电特点，改变了传统先升压再降压的电路设计，降低了功耗。
2.1.4压力、温度采集电路设计
探测器所处的深度及该深度下的温度同样是海流计所需的数据，本设计采用MeasurementSpeclalties公司的工作深度0~3000m，高精度压力传感器89-03KA-4R，为了降低功耗每隔一段时间T单片机置位一次，BOOST管脚STM32采集Li_PRESSURE管脚上电压，经转化得到深度H。温度传感器采用pt100经24位模数转换芯片AD7714转换成数字信号，STM32采集数字信号，再转化为温度数据。为了提高精度，本设计采用高性能稳压芯片压力提供参考电压，采用耦合电路避免处理器数字信号干扰。压力采集电路如图7所示。
2.2水上电路设计
水上电路主要有主控电路、无线数据传输电路、无线充电电路、显示触摸电路4部分组成。无线数据传输电路采用GFSK单片式收发芯片NRF24L01。水上和水下电路各连接一块NRF24L01模块，将水下探测器数据传输给水上接收电路。
3软件设计
本设计软件以Keil4为编译平台，采用模块化编程思想，分别为水下探测部分和水上数据接收部分编写了代码，增加了代码的可读性，使设备易于升级维护。
3.1水下探测电路软件设计
水下探测电路主要任务是采集机械转子转速、探测器姿态、压力、温度等信息，并将数据增加时间戳后存储到SD卡中，其程序图如图9所示。
3.2水上接收电路软件设计
水上接收电路主要功能是接收水下探测器测量的数据，此外还有控制锂离子电池充电，控制数据传输，设置水下探测器采样间隔，指示充电状态，数据传输状态的功能。
4结果与讨论
建设集成电路设计相关课程的视频教学资源，包括集成电路设计基础理论课程讲授视频、典型案例设计讲解视频、集成电路制造工艺视频等；构建集教师、博士研究生、硕士研究生和本科生于一体的设计数据共享平台。集成电路设计是一项知识密集的复杂工作，随着该行业技术的不断进步，传统教学模式在内容上没法完全展示集成电路的设计过程和设计方法，尤其不能展示基于EDA软件进行的设计仿真分析，这势必会严重影响教学效果。另外，由于课时量有限，学生在课堂上只能形成对集成电路的初步了解，若在其业余时间能够通过视频教程系统地学习集成电路设计的相关知识，在进行设计时能够借鉴共享平台中的相关方案，将能很好地激发学生学习的积极性，显著提高教学效果。
二、优化课程教学方式方法
以多媒体教学为主，辅以必要的板书，力求给学生创造生动的课堂氛围；以充分调动学生学习积极性和提升学生设计能力的目标为导向[3]，重点探索启发式、探究式、讨论式、参与式、翻转课堂等教学模式，激励学生自主学习；在教学讲义的各章节中添加最新知识，期末开展前沿专题讨论，帮助学生掌握学科前沿动态。传统教学模式以板书为主，不能满足集成电路设计课程信息量大的需求，借助多媒体手段可将大量前沿资讯和设计实例等信息展现给学生。由于集成电路设计理论基础课程较为枯燥乏味，传统的“老师讲、学生听”的教学模式容易激起学生的厌学情绪，课堂教学中应注意结合生产和生活实际进行讲解，多列举一些生动的实例，充分调动学生的积极性。另外，关于集成电路设计的书籍虽然很多，但是在深度和广度方面都较适合作为本科生教材的却很少，即便有也是出版时间较为久远，跟不上集成电路行业的快速发展节奏，选择一些较新的设计作为案例讲解、鼓励学生浏览一些行业资讯网站和论坛、开展前沿专题讲座等可弥补教材和行业情况的脱节。
三、改革课程考核方式
改革课程考核、评价模式，一方面通过习题考核学生对基础知识和基本理论的掌握情况；另一方面，通过项目实践考核学生的基本技能，加大对学生的学习过程考核，突出对学生分析问题和解决问题能力、动手能力的考察；再者，在项目实践中鼓励学生勇于打破常规，充分发挥自己的主观能动性，培养学生的创新意识。传统“一张试卷”的考核方式太过死板、内容局限，不能充分体现学生的学习水平。集成电路设计牵涉到物理、数学、计算机、工程技术等多个学科的知识，要求学生既要有扎实的基础知识和理论基础，又要有很好的灵活性。因此，集成电路设计课程的考核应该是理论考试和项目实践考核相结合，另外，考核是评价学生学习情况的一种手段，也应该是帮助学生总结和完善课程学习内容的一个途径，课程考核不仅要看学生的学习成果，也要看学生应用所学知识的发散思维和创新能力。
四、加强实践教学
在理论课程讲解到集成电路的最小单元电路时就要求学生首先进行模拟仿真实验，然后随着课程的推进进行设计性实验，倡导自选性、协作性实验。理论课程讲授完后，在暑期学期集中进行综合性、更深层次的设计性实验。集成电路设计是一门实践性很强的课程，必须通过大量的项目实践夯实学生的基础知识水平、锻炼学生分析和解决问题的能力。另外，“设计”要求具备自主创新意识和团队协作能力，应在实践教学中鼓励学生打破常规、灵活运用基础知识、充分发挥自身特点并和团队成员形成优势互补，锻炼和提升创新能力和团队协作能力。
五、总结
