徐運武+李艷

摘 要：通過EDA技術(shù)的實驗實訓(xùn)項目與電子信息技術(shù)專業(yè)多門課程知識點有機結(jié)合，可幫助電子信息專業(yè)的學(xué)生將所學(xué)課程以知識模塊的形式連接成一個完整的數(shù)字通信系統(tǒng)，以解決傳統(tǒng)實驗箱對學(xué)生缺少吸引力，導(dǎo)致學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)主動性、創(chuàng)造性的問題，采取以“項目教學(xué)法”“案例驅(qū)動教學(xué)法”“小組討論教學(xué)法”以及“學(xué)生示范教學(xué)法”等教學(xué)方法，改變考核方式，將教與學(xué)、理論與實際緊密結(jié)合，幫助學(xué)生建立對通信系統(tǒng)的感性認(rèn)識，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)他們分析和解決實際問題的能力，提高實際操作技能。

關(guān)鍵詞：EDA；電子信息；課程體系；項目教學(xué)法

中圖分類號：TP39；G712.4 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2018）02-0-03

0 引 言

將《數(shù)字通信技術(shù)》《EDA技術(shù)及應(yīng)用》《移動通信技術(shù)》等電子信息技術(shù)專業(yè)多門課程有機結(jié)合，以幫助電子信息專業(yè)學(xué)生建立課程體系結(jié)構(gòu)，將所學(xué)課程以知識模塊的形式連接起來，形成一個完整的數(shù)字通信系統(tǒng)。但從本院近幾屆電子信息專業(yè)學(xué)生的知識掌握情況來看，由于缺乏系統(tǒng)、科學(xué)的學(xué)習(xí)方法和積極的學(xué)習(xí)態(tài)度，電子信息專業(yè)課程的學(xué)習(xí)效果差強人意，對后續(xù)就業(yè)產(chǎn)生了較大影響[1]。因此非常有必要形成一門專業(yè)課程體系，闡明各課程在實際通信系統(tǒng)中的作用和意義。

1 電子信息課程教學(xué)中面臨的問題

（1）學(xué)生沒有明確的學(xué)習(xí)目的，因此提不起學(xué)習(xí)興趣。如《數(shù)字通信技術(shù)》《高頻電子技術(shù)》和《移動通信技術(shù)》等課程理論性非常強，傳統(tǒng)實驗教學(xué)的主動權(quán)掌握在教師手中，學(xué)生處于被動的學(xué)習(xí)狀態(tài)。在教學(xué)過程中，教師先講解與實驗內(nèi)容相關(guān)的理論知識，然后進行實驗操作演示，學(xué)生通常只需在實驗臺上進行簡單的插接連線、信號測試等工作，最后提交簡單的實驗報告即可。在這種實驗教學(xué)模式下，教學(xué)內(nèi)容多以單純驗證與相關(guān)理論內(nèi)容為主。過分強調(diào)實驗課作為理論課的驗證手段導(dǎo)致出現(xiàn)了一系列問題：學(xué)生缺乏實驗學(xué)習(xí)的主動性，實驗氣氛沉悶；忽視對學(xué)生能力的培養(yǎng)；教師知識更新不及時[2]，實驗內(nèi)容無法反映通信發(fā)展的最新水平；實驗過程缺乏創(chuàng)造性，無法滿足社會對技能人才的要求；缺乏對學(xué)生實踐能力的客觀考察與激勵優(yōu)秀學(xué)生的評價機制。

（2）對于《EDA技術(shù)及其應(yīng)用》等課程的教學(xué)，教師應(yīng)把授課重點放在程序設(shè)計語言的基本語法講授和掌握上，所選的編程實例大多用于語法規(guī)則的驗證和說明，僅從程序設(shè)計語言的使用這一角度進行教學(xué)，或講授的內(nèi)容以針對數(shù)字電子技術(shù)為主，如加法器，觸發(fā)器等，與電子信息專業(yè)課程或?qū)I(yè)領(lǐng)域內(nèi)的具體項目聯(lián)系甚少，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性不高，導(dǎo)致大多數(shù)學(xué)生在學(xué)完本課程后“吃不透、用不活”，對程序中出現(xiàn)的邏輯錯誤不知所措，在開發(fā)較大應(yīng)用程序時不知該從何入手。經(jīng)過幾次失敗后[3]，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性逐漸減退，很難實現(xiàn)預(yù)期的教學(xué)效果。

2 教學(xué)改革模式的實施

2.1 理論教學(xué)改革

精心規(guī)劃實驗項目。高職教育理念以就業(yè)為導(dǎo)向，專業(yè)理論基礎(chǔ)教學(xué)要以“夠用”“適用”為原則。為此，在高職課程教學(xué)內(nèi)容改革上，針對高職院校電子信息類課程的教學(xué)實際，力求滿足以學(xué)生為本、體現(xiàn)應(yīng)用的教學(xué)要求。一方面要引導(dǎo)學(xué)生掌握課程內(nèi)容的基本概念、應(yīng)用方法和內(nèi)在關(guān)聯(lián)；另一方面，要突出重點、抓住要點和解決難點，提出“以線帶點”的改革思路，實現(xiàn)“點線關(guān)聯(lián)、線主點重”的學(xué)習(xí)內(nèi)容安排，對課程的內(nèi)容體系進行改革[4]。

2.2 實驗實訓(xùn)教學(xué)改革

構(gòu)建完整的實驗教學(xué)體系，分層次組織實踐教學(xué)，針對電信專業(yè)課程理論性強、知識點豐富的特點，建立感性的認(rèn)識，幫助學(xué)生鞏固理論知識。因此，通過幫助學(xué)生建立通信系統(tǒng)的感性認(rèn)識，培養(yǎng)他們分析和解決實際問題的能力，提高實際操作技能，并將此作為實踐教學(xué)體系構(gòu)建的目標(biāo)和出發(fā)點。在實踐教學(xué)過程中，建立驗證性實驗、仿真設(shè)計實驗和創(chuàng)新性實驗層層遞進的實踐教學(xué)體系。

模塊一：數(shù)字基帶信號模塊

設(shè)計項目1：基于FPGA的曼徹斯特碼設(shè)計；

設(shè)計項目2：基于FPGA的HDB3碼設(shè)計；

設(shè)計項目3：基于FPGA的單、雙極性NRZ碼設(shè)計；

設(shè)計項目4：基于FPGA的極性交替反轉(zhuǎn)碼AMI碼設(shè)計；

模塊二：數(shù)字編解碼模塊

設(shè)計項目1：基于FPGA的線性分組碼編譯碼器設(shè)計；

設(shè)計項目2：基于FPGA的循環(huán)碼編譯碼器設(shè)計；

設(shè)計項目3：基于FPGA的奇偶校檢碼編譯碼器設(shè)計；

設(shè)計項目4：基于FPGA的卷積碼編譯碼器設(shè)計；

設(shè)計項目5：基于FPGA的交織與解交織器設(shè)計。

模塊三：數(shù)字調(diào)制解調(diào)模塊

設(shè)計項目1：基于FPGA的2ASK調(diào)制解調(diào)器設(shè)計；

設(shè)計項目2：基于FPGA的2FSK調(diào)制解調(diào)器設(shè)計；

設(shè)計項目3：基于FPGA的2PSK調(diào)制解調(diào)器設(shè)計；

設(shè)計項目4：基于FPGA的2DPSK調(diào)制解調(diào)器設(shè)計；

設(shè)計項目5：基于FPGA的CMPSK系統(tǒng)設(shè)計；

設(shè)計項目6：基于FPGA的QPSK系統(tǒng)設(shè)計。

模塊四：數(shù)字同步模塊

設(shè)計項目1：基于FPGA的巴克碼發(fā)生器設(shè)計；

設(shè)計項目2：基于FPGA的序列檢測器設(shè)計；

設(shè)計項目3：基于FPGA的位同步提取電路設(shè)計。

模塊五：數(shù)字通信系統(tǒng)模塊的FPGA設(shè)計與實現(xiàn)，利用前四個模塊生成元件符號，在頂層設(shè)計中實現(xiàn)的數(shù)字通信系統(tǒng)設(shè)計如圖1所示[5]。

模塊六：綜合設(shè)計項目：CDMA通信系統(tǒng)模塊的FPGA設(shè)計。

通過對以上各模塊的設(shè)計，使學(xué)生既能準(zhǔn)確理解數(shù)字通信系統(tǒng)的組成及各模塊的作用，又能夠熟練掌握EDA硬件描述語言，為后續(xù)開發(fā)芯片打下堅實的基礎(chǔ)。endprint

2.3 以項目組織實驗，培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力

以項目組織實驗，每個學(xué)生負責(zé)一個或兩個具體項目，做到“人人有項目”，由組內(nèi)其他學(xué)生負責(zé)輔助工作。實驗室提供基礎(chǔ)實驗平臺、電腦仿真平臺、自制實驗平臺等實驗條件，各組學(xué)生可根據(jù)自身情況自由選擇實驗方式[6]。

2.4 改革實驗考核方式，建立新實驗評價標(biāo)準(zhǔn)

現(xiàn)有通信專業(yè)課程的實驗教學(xué)分為兩個模塊，即課內(nèi)實驗和期末集中實訓(xùn)或課程設(shè)計。傳統(tǒng)考核將課內(nèi)實驗考核計入課程成績，將集中實訓(xùn)或課程設(shè)計作為單獨的課程計分。這種實驗考核方式割裂了實驗課程的內(nèi)容，不利于實驗課程的改革，應(yīng)采取將課內(nèi)實驗和期末集中實訓(xùn)或課程設(shè)計統(tǒng)一為一門課程的考核方式?？己藘?nèi)容可覆蓋實驗表現(xiàn)、實驗報告和成果、實驗難度等方面，建立完整的數(shù)字通信系統(tǒng)實驗考核評價體系，體現(xiàn)“強調(diào)過程，重視結(jié)果”的考核思想。實驗表現(xiàn)體現(xiàn)在項目組成員互評、教師觀察兩個方面[7]。

3 以“ 交織-解交織的FPGA設(shè)計”為例，將移動通信關(guān)鍵技術(shù)之一與EDA緊密結(jié)合

交織技術(shù)實質(zhì)包括發(fā)送端的交織和接收端的解交織。在發(fā)送端，編碼后的信息輸入交織器后，將連續(xù)的信息比特流以非連續(xù)的方式送入信道，此時若在信道中加入突發(fā)差錯，則在接收端解交織時會將非連續(xù)的信息比特恢復(fù)成連續(xù)比特，同時會將突發(fā)差錯轉(zhuǎn)換為隨機差錯，然后再利用信道解碼的檢查糾錯功能糾正隨機差錯，從而提高信息傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

本設(shè)計中交織+解交織結(jié)構(gòu)如圖2所示，由ROM模塊、計數(shù)器、RAM模塊和二選一選擇器組成， 本設(shè)計頂層電路圖和仿真結(jié)果如圖3和圖4所示。

（1）計數(shù)器模塊CNT的作用在于為選擇器提供順序地址，為只讀存儲器提供順序地址和讀寫控制信號。只讀存儲器中存放著交織地址，但這并不意味著只讀存儲器的輸入輸出方式是交織的，其輸出元素是交織的。該模塊元件符號中各端口作用：clk是時鐘信號，clr是清零信號，ena是使能信號，q是輸出。輸出顯示0～15位數(shù)字。主要作用在于讀取順序地址，與后面的交織地址對應(yīng)。

（2） 選擇器MUX2的主要功能是可進行選擇，對地址過濾，當(dāng)需要順序地址時，計數(shù)器讀取后送到RAM1總線上，然后按照輸入的正常順序讀出來；若需要交織，則計數(shù)器的輸出就先送到ROM1地址總線，然后按照ROM1的交織地址按照交織順序輸出。圖中的d1和d2輸出sel，是選擇信號，即控制何時為交織何時為解交織。sel為“1”時交織，為“0”時解交織。q為輸出的結(jié)果。

（3）ROM1 只讀存儲器模塊用來存儲和輸出交織地址，其內(nèi)容何時讀出受計數(shù)器輸出控制，程序中的data信號用來輸出交織的地址。交織的數(shù)據(jù)已存放在ROM1表中，從這里得到最終的結(jié)果。我們預(yù)先把交織結(jié)果存放在ROM1表中，然后采用選擇器來控制輸出交織結(jié)果即可。

（4）RAM1模塊用來接收輸入的數(shù)據(jù)，受選擇器地址控制，并按選擇器地址輸出數(shù)據(jù)，但其讀寫并非同時進行，映射了實際電路的時延[8]。

如本項目要求，學(xué)生要想完成任務(wù)，首先需要完全理解交織、解交織的原理與移動通信技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)，同時也應(yīng)熟練掌握EDA硬件描述語言的語法和層次設(shè)計的方法，能夠熟練使用Quaaus II軟件。經(jīng)驗證，該軟件比移動實驗箱單純的驗證性實驗效果更好，也能為學(xué)生帶來更多的成就感。同時還可根據(jù)學(xué)生的能力，提出思考問題。若要改變交織深度，提高糾錯能力，只需增加存儲器單元數(shù)量和地址線的位數(shù)即可。以項目完成情況提供考核標(biāo)準(zhǔn)，讓設(shè)計更加靈活。

4 改革目標(biāo)和擬解決的問題

（1）針對我院的辦學(xué)定位、人才培養(yǎng)情況和生源情況，制定了符合我院電子信息專業(yè)學(xué)生實際情況的數(shù)字通信技術(shù)、EDA技術(shù)、移動通信技術(shù)、現(xiàn)代交換技術(shù)等課程標(biāo)準(zhǔn)與人才培養(yǎng)方案，考試大綱，編寫了實用教程與相關(guān)課程輔導(dǎo)書。

（2）編撰規(guī)范的EDA技術(shù)及應(yīng)用、通信原理課程習(xí)題試題集與實驗實訓(xùn)指導(dǎo)書，盡可能編寫適合我專業(yè)學(xué)生的移動通信技術(shù)、EDA技術(shù)及其應(yīng)用教材。

（3）開發(fā)學(xué)習(xí)環(huán)境，開放網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺及系統(tǒng)，包括教室、學(xué)習(xí)資源網(wǎng)站、課件等。學(xué)生在校內(nèi)外可以利用網(wǎng)絡(luò)平臺自主學(xué)習(xí)，充分調(diào)動學(xué)生的腦、眼、耳、手，使教學(xué)不再枯燥、教學(xué)效果更直觀，大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了教學(xué)效果[9]。

（4）積極探索多種教學(xué)方法，并將其靈活運用到課程教學(xué)中，如 “項目教學(xué)法”“案例驅(qū)動教學(xué)法”“小組討論教學(xué)法”以及“學(xué)生示范教學(xué)法”等，以各模塊設(shè)計為基礎(chǔ)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

（5）改變單一考核方式，提供約10套模擬考試題，針對某些操作性較強的科目設(shè)置了理論試題和機試試題，防止學(xué)生為了考試而被動學(xué)習(xí)，提升了課程項目實踐在考核中的比重。

（6）利用我專業(yè)電子信息協(xié)會創(chuàng)新實驗室的硬件條件，根據(jù)學(xué)生興趣成立程序設(shè)計和硬件電路設(shè)計興趣小組，提高學(xué)生對編程、做項目的積極性與動手編程能力和創(chuàng)新實踐能力。

（7）改變傳統(tǒng)驗證性實驗教學(xué)手段，以實驗箱為主，將示波器作為檢測波形工具，通過硬件調(diào)試驗證理論知識的正確性。由于這種實驗方法硬件電路的不穩(wěn)定性，需要通過調(diào)節(jié)一系列電位器后才能夠使波形輸出，實驗效果不理想，沒有任何創(chuàng)新之處。若采用軟件編程方式，以任務(wù)項目為目標(biāo)，既可加深對理論知識的理解，又可靈活應(yīng)用軟件語言，并通過軟硬件的仿真驗證，使結(jié)果更穩(wěn)定清晰，讓學(xué)生有一定的成就感，提高其學(xué)習(xí)興趣[10]。

（8）對比EDA技術(shù)與傳統(tǒng)電子技術(shù)設(shè)計方法，大大縮短了電路產(chǎn)品的研制周期，提高了產(chǎn)品的可靠性、降低了成本。日趨進步和完善的EDA技術(shù)正在逐步取代傳統(tǒng)的電子設(shè)計方法而成為現(xiàn)代電子設(shè)計技術(shù)的核心，它是電子技術(shù)類課程教學(xué)改革的重要方向。將該技術(shù)與電子信息專業(yè)數(shù)字通信技術(shù)有效結(jié)合，為學(xué)生后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)[11]。

5 結(jié) 語

本項目組成員擁有多年的電子信息專業(yè)課程教學(xué)經(jīng)驗，對《數(shù)字通信技術(shù)》《EDA技術(shù)及應(yīng)用》《移動通信技術(shù)》《可編程控制實訓(xùn)》等相關(guān)課程之間的關(guān)系有深入研究，對各課程在通信系統(tǒng)中的作用非常明確，現(xiàn)已將《數(shù)字通信技術(shù)》《移動通信技術(shù)》等多門通信專業(yè)課程實驗實訓(xùn)與《EDA技術(shù)及應(yīng)用》有效結(jié)合，取得了較好的教學(xué)效果。

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