產(chǎn)學(xué)研聯(lián)動(dòng)模式下的可編程邏輯器件技術(shù)研究

陳景霞　鈕文良　李琳　肖琳　袁克亞

摘要：可編程邏輯器件作為電子領(lǐng)域的重要硬件，該技術(shù)的研究及學(xué)習(xí)除了傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)輔助方法外，還應(yīng)結(jié)合當(dāng)前電子市場(chǎng)的需求，以及借助企業(yè)工程實(shí)踐的力量 ，共同開(kāi)發(fā)出適合高職學(xué)生的課程設(shè)計(jì)策略和課程內(nèi)容。本文在實(shí)驗(yàn)輔助型技術(shù)研究的基礎(chǔ)上引入新的創(chuàng)新的研究模式-產(chǎn)學(xué)研聯(lián)動(dòng)模式，指出該模式下企業(yè)、高校、科研機(jī)構(gòu)缺一不可，整個(gè)鏈條有機(jī)結(jié)合，才能做到人才、智力、經(jīng)濟(jì)、科技的緊密銜接，才能實(shí)現(xiàn)可編程邏輯器件學(xué)習(xí)的終極目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：產(chǎn)學(xué)研 電子 可編程邏輯

中圖分類號(hào)：TM932 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）06-0000-00

可編程邏輯器件（Programmable Logic Device，PLD）指的是器件邏輯功能按照用戶編程來(lái)確定的半定制集成電路，其發(fā)展經(jīng)歷了從邏輯規(guī)模較小的簡(jiǎn)單PLD（PROM、PLA、PAL、GAL）到采用大規(guī)模集成電路技術(shù)的復(fù)雜PLD（EPLD、CPLD、FPGA）的發(fā)展進(jìn)程，在結(jié)構(gòu)、工藝、集成度、速度和性能等方面都得到極大的提高。《可編程邏輯器件及應(yīng)用》課程主要以復(fù)雜可編程邏輯器件中的FPGA為硬件載體，講授該類PLD的應(yīng)用方法和內(nèi)在規(guī)律。本課程是電子信息工程技術(shù)專業(yè)的一門(mén)專業(yè)方向必修課，其具體任務(wù)是：通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生具備FPGA基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)、實(shí)例開(kāi)發(fā)和高級(jí)應(yīng)用的能力，提高工程實(shí)踐能力，學(xué)會(huì)應(yīng)用FPGA技術(shù)解決一些簡(jiǎn)單的電子設(shè)計(jì)問(wèn)題，并為將來(lái)從事電子信息工程和電氣工程等領(lǐng)域的工程應(yīng)用打下基礎(chǔ)。

1課程現(xiàn)狀

本課程已經(jīng)連續(xù)開(kāi)設(shè)了多屆，目前的教學(xué)設(shè)計(jì)方案是實(shí)踐服務(wù)于理論，整個(gè)課程以理論為主線，學(xué)生做實(shí)驗(yàn)是為了更好的理解課堂上的理論知識(shí)或者方法，對(duì)于大部分的章節(jié)都有配套的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)。顯然，當(dāng)前的課程教學(xué)方法和設(shè)計(jì)方案在一定程度上起到了加深理解可編程邏輯器件相關(guān)原理、設(shè)計(jì)方法的作用，然而鑒于高職學(xué)生的特點(diǎn)，如缺少學(xué)習(xí)枯燥理論的耐性、傳統(tǒng)授課注意力難以集中、與單純聽(tīng)講理論相比，更多地喜歡實(shí)踐操作等。另一方面，電子類課程的學(xué)習(xí)離不開(kāi)對(duì)當(dāng)前社會(huì)電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀的了解，以及社會(huì)對(duì)電子類專業(yè)的需求。因此，該課程還需要進(jìn)行適當(dāng)改革，以找到適合當(dāng)前授課對(duì)象和社會(huì)需求的教學(xué)模式和方法。本文將“產(chǎn)學(xué)研”聯(lián)動(dòng)模式與《可編程邏輯器件及應(yīng)用》課程相結(jié)合，以激發(fā)學(xué)生的求知欲和對(duì)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)熱情，相信可以進(jìn)一步促進(jìn)良好學(xué)風(fēng)的形成。

2 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)輔助型研究模式

根據(jù)教學(xué)大綱，學(xué)生通過(guò)掌握FPGA專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)上，應(yīng)該達(dá)到以下的能力目標(biāo)：

（1）基本組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路的VHDL描述。

（2）簡(jiǎn)單數(shù)字電路的設(shè)計(jì)，如7段數(shù)碼顯示譯碼器設(shè)計(jì)、簡(jiǎn)易分頻器設(shè)計(jì)等。

（3）能設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單有限狀態(tài)機(jī)，如交通信號(hào)燈控制器設(shè)計(jì)等。

（4）對(duì)于簡(jiǎn)單的數(shù)字系統(tǒng)能迅速得出其需求分析表，列出其硬件組成和軟件構(gòu)思等。

（5）能夠借助Quartus Ⅱ開(kāi)發(fā)平臺(tái)完成一些簡(jiǎn)單的SOPC嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括Nios系統(tǒng)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)（流水燈實(shí)驗(yàn)，JTAG UART通信實(shí)驗(yàn)、按鍵中斷實(shí)驗(yàn)、計(jì)數(shù)顯示實(shí)驗(yàn)）和綜合實(shí)驗(yàn)（電子樂(lè)器實(shí)驗(yàn)）。

（6）培養(yǎng)學(xué)生軟件和硬件協(xié)同開(kāi)發(fā)的能力以及團(tuán)隊(duì)合作精神。

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)輔助型教學(xué)方法，是教師為了實(shí)現(xiàn)以上的教學(xué)目標(biāo)，以某本教材為指導(dǎo)，將整個(gè)教學(xué)過(guò)程分為若干個(gè)章節(jié)，分章分節(jié)來(lái)講授。為了使得學(xué)生易于掌握和驗(yàn)證所學(xué)的知識(shí)，多數(shù)章節(jié)配套有相應(yīng)地實(shí)驗(yàn)，如圖1所示。顯然，相對(duì)于純粹的理論授課，該方法在一定的程度上起到了輔助教學(xué)的作用，使得所學(xué)知識(shí)更加直觀，一定程度上也引起了學(xué)生的興趣和學(xué)習(xí)熱情。

但隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，原有的電子類人才培養(yǎng)方案落后，教學(xué)方法、培養(yǎng)模式都比較單一，學(xué)術(shù)型人才已經(jīng)很難滿足需要了。因此綜合性人才如何培養(yǎng)，培養(yǎng)模式單一的狀況如何改變，成了迫切需要解決的問(wèn)題。

3 產(chǎn)學(xué)研聯(lián)動(dòng)模式下的研究模式

所謂產(chǎn)學(xué)研，即產(chǎn)業(yè)、學(xué)校、科研機(jī)構(gòu)等相互配合，發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，形成強(qiáng)大的研究、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)一體化的先進(jìn)系統(tǒng)并在運(yùn)行過(guò)程中體現(xiàn)出綜合優(yōu)勢(shì)。產(chǎn)學(xué)研合作是指企業(yè)、科研院所和高等學(xué)校之間的合作，通常指以企業(yè)為技術(shù)需求方，與以科研院所或高等學(xué)校為技術(shù)供給方之間的合作，其實(shí)質(zhì)是促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新所需各種生產(chǎn)要素的有效組合。

在這樣的社會(huì)背景下，本課程的教學(xué)設(shè)計(jì)可作如下調(diào)整：

首先，專業(yè)教師和企業(yè)工程師共同研討，制定適合的教學(xué)案例，并以案例為主導(dǎo)，融入專業(yè)知識(shí)。《可編程邏輯器件》課程，根據(jù)其課程內(nèi)容以及目標(biāo)，通過(guò)企業(yè)、任課教師共同商討可以基于FPGA的智能小車作為貫穿整個(gè)課程的教學(xué)實(shí)物。

課程的第一堂課，就是給學(xué)生演示類似圖2所示的智能小車，詳細(xì)說(shuō)明操作要領(lǐng)及其功能，主要說(shuō)明各功能對(duì)應(yīng)的的基本原理框架。這樣，從課程的開(kāi)始就吸引學(xué)生的眼球，并引起學(xué)生濃厚的興趣，但也從一開(kāi)始就給學(xué)生一點(diǎn)點(diǎn)滲透課程的基本內(nèi)容，既生動(dòng)又不失深度，區(qū)別于純粹的只講操作不講原理的實(shí)踐操作類課程。此課程導(dǎo)入的方式遠(yuǎn)比，用圖3所示的框圖要效果好得多。

接著，將智能小車系統(tǒng)的各個(gè)模塊展開(kāi)成圖4所示的硬件結(jié)構(gòu)。并在講述每個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中滲入課程相關(guān)的理論知識(shí)，如FPGA系統(tǒng)開(kāi)發(fā)流程、Avalon總線、Nios常用外設(shè)編程知識(shí)。

如此，在企業(yè)工程師的協(xié)助下，以系統(tǒng)工程開(kāi)發(fā)為主線，在實(shí)現(xiàn)功能的過(guò)程中穿插理論知識(shí)的講解，既能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)也使得校內(nèi)所學(xué)的技能是以解決實(shí)際問(wèn)題為目標(biāo)。

與此同時(shí)，教師和學(xué)生都應(yīng)該到有合作的企業(yè)中去鍛煉和學(xué)習(xí)，這樣可進(jìn)一步提升二者的社會(huì)實(shí)踐能力。學(xué)生在求學(xué)期間的實(shí)習(xí)，對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)，屬于性價(jià)比較高的勞動(dòng)力，企業(yè)的有些功能模塊可以直接拿進(jìn)校園來(lái)完成，這也是校企合作中，企業(yè)能夠有效且可長(zhǎng)期配合的動(dòng)力。

校企共建研發(fā)、實(shí)習(xí)基地，校企共同制定人才培養(yǎng)計(jì)劃，通過(guò)密切的產(chǎn)、學(xué)和研的結(jié)合，能將整個(gè)鏈條有機(jī)組合，將人才培養(yǎng)、科技研究、企業(yè)發(fā)展等多個(gè)環(huán)節(jié)融為一體。做到產(chǎn)業(yè)、學(xué)校、科研有機(jī)結(jié)合，人才、智力、經(jīng)濟(jì)、科技的緊密銜接。

4結(jié)語(yǔ)

本文從實(shí)驗(yàn)輔助型教學(xué)方法的缺點(diǎn)觸發(fā)，引入新的創(chuàng)新課程研究模式-產(chǎn)學(xué)研聯(lián)動(dòng)模式，并具體說(shuō)明該模式在本課程中的具體實(shí)施，指出該模式下企業(yè)、高校、科研機(jī)構(gòu)的有機(jī)結(jié)合，才能實(shí)現(xiàn)可編程邏輯器件學(xué)習(xí)的終極目標(biāo)。

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收稿日期：2016-03-28

基金項(xiàng)目：北京聯(lián)合大學(xué)2015高職特色實(shí)踐類課程建設(shè)（可編程邏輯器件及應(yīng)用）項(xiàng)目支持。

作者簡(jiǎn)介：陳景霞（1979—），女，山西夏縣人，碩士，講師，主要研究方向?yàn)殡娮酉到y(tǒng)設(shè)計(jì)和電能動(dòng)態(tài)計(jì)量。