硬件设计论文范文
硬件设计论文范文第1篇
静止无功发生器硬件电路主要包括:整流电路、逆变电路、智能功率模块IPM的驱动电路、过零检测电路，电流调理电路，锁相环电路。逆变电路采用了IPM，该芯片内含驱动电路，报警电路等独特结构，一方面提高了系统的可靠性;另一方面也避免了保护电路的另外设计，简化了硬件装置的设计。主电路主要由整流部分和逆变部分组成。整流部分通过三相不可控整流桥将三相交流电压转换为三相直流电压，在经过电容滤波后得到稳定的直流电压。逆变部分采用SPWM控制技术来控制IPM内部IGBT的开断从而获得所需的补偿电流。将整流输出的直流电逆变转化为交流电回馈到电网。IPM内含保护电路，当发生故障时，IPM的自保能力使得IGBT的损坏率较低，提高了系统的可靠性。
二、SVG各硬件电路组成
(一)整流电路。整流电路采用三相不可控整流桥，输出的三相直流电通过电容稳压、滤波获得稳定的直流电压。根据以往的经验，直流侧电容取用4个2200μF/450V的电解电容，两并两串接进电路。电路组成如图2所示。为了避免大电流烧坏整流装置，电容需要通过一个充电电阻对不可控整流桥的输出端进行充电，直到充满在直接接到不可控整流桥的输出端。另外，为避免故障发生，在不使用整流电路时要对滤波电容进行放电。根据计算的电压、电流，选用二极管整流模块6RI30G－160G－120即(30A，1200V)。
(二)IPM及其驱动电路。通过计算智能功率模块(IPM)参数，选用型号为PM25CLA120的IPM(25A，1200V)，内部有IGBT，内含驱动电路。通过资料得知IPM驱动电路的控制电源电压范围为13．5V～16．5V，本文选用4路隔离的l5V直流电源。利用DSP发出PWM信号经光耦器件隔离后作为驱动信号对IPM进行控制。
(三)电流调理电路。该电路可将18A的电网电流相量转换成0～3Vpp的电压信号并实现过零点检测功能。该电路与电压调理电路的组成基本一致，不同之处在于互感器TVA1421－01用作电流互感器，采样电阻取59Ω。若一次侧电流为18A，二次侧输出(－0．5～+0．5)V的正弦波;经放大电路，输出电压(－1．5～+1．5)V的正弦波;最后经过加法电路输出(0V～3．00V)的电压信号。同时大于50Hz的正弦信号被滤除。过零比较电路在正弦波的过零时刻输出下降沿跳变。
(四)锁相环电路。本文采用了由TI公司生产的CD7H4C4046型锁相环芯片对电网频率进行跟踪，避免了利用固定频率采样时产生的误差。本系统中，锁相环的输出信号有两大作用:一是作为ADC模块的转换触发信号;二是作为事件管理器A(EVA)的时钟输入信号。通过锁相环电路使其产生跟随电网频率变化的SP-WM波，从而精确控制后级逆变器。
三、结语
硬件设计论文范文第2篇
1飞行原理与机械结构
四旋翼飞行器的旋翼对称地安装在呈十字交叉的支架顶端，位置相邻的旋翼旋转方向相反，同一对角线上的旋翼旋转方向相同，以此确保了飞行系统的扭矩平衡［7］，如图1所示。四旋翼飞行器旋翼的旋转切角是固定值，因此，要通过调节每个电机的转速来实现六自由度的飞行姿态控制。增大或减少4个电机的转速来完成垂直方向上的升降运动，调节1，3旋翼的转速差来控制仰俯速率和进退运动，调节2，4旋翼的转速差来控制横滚速率和倾飞运动，调节2个顺时针旋转电机和2个逆时针旋转电机的相对速率来控制偏航运动。通过对飞行原理的分析，把可行性、低成本、易维护作为主要考虑因素，设计的样机如图2所示。机臂由镂空工程塑料材料PA66和30%玻璃纤维制成，质量相对较轻，强度大，对称电机轴距55cm，为保证水平起飞与平稳着陆，四旋翼飞行器底部安装起落架。电机旋翼等具体参数为:机体质量为857g;最大负载约为300g;机身高度为31cm;飞行时间约为8min。在整机安装过程中尽量保证重心在机械机构的对称中心，实际飞行实验证明了系统动力设备与机械结构的可行性。
2总体结构设计
四旋翼飞行器的硬件系统设计以飞控板为核心，搭载动力设备、电源模块与遥控模块。图3描述了以ATMEGA644P—AU为核心芯片搭载多传感器的飞行控制系统总体结构框图，整体系统利用11．1V锂电池供电，飞控与无刷电调以I2C总线数据传输来调节4个电机的转速;在遥控模块中，2．4MHz的控制信号通过PPM解码板与飞控板进行数据传输;在多传感器系统中，大气压力感器用行高度检测，陀螺仪与加速度计的融合使用用于姿态解算。
3电源模块
四旋翼飞行器由2200MAh，11．1V，持续放电倍率30C锂电池供电，通过稳压电路的设计对不同电路进行供电，确保各模块正常稳定的工作。控制系统设计需要5，3V两种电平供电，电压转换电路如图4所示。由锂电池提供的11．1电压经两块7805稳压芯片后转为5V电压，一部分用控板供电，一部分向预留的外部接口供电。经7805输出的5V电压经过2个MCP1700T稳压芯片输出3V电压，一部分供给控制系统的数字电路，一部分供给控制系统的模拟电路。330μF/25V电解电容器，10nF/16V钽电容器，贴片电容器的并联使用起到了防止电压抖动与滤波的作用。
4多传感器控制模块
为了准确地控制四旋翼飞行器的飞行姿态，需要在控制系统中加入不同的传感器，加速度传感器与三个陀螺仪来测量三轴加速度与角速度，大气压力传感器通过测量起始位置与飞行位置的气压差对飞行高度控制，为自主导航功能提供支持。大气压力传感器选择的是Freescale公司的MPX4250A，在该集成传感器芯片上，除具有压阻式压力传感器外，还有用作温度补偿的薄膜电阻网络，测压范围为20～250kPa，输出电压为0．2～4．9V，工作温度范围为－40～+125℃。电路如图5所示，可以根据压力的大小，通过控制P_1和P_2选择不同的放大倍数，提高采样的精度。LIS344ALH是一种低功耗、高性能、高精度的三轴加速度传感器，通过模拟输出为外部电路提供直接测量信号，加速度传感器的工作电压为2．2～3．6V，检测量程可以在±2gn或±4gn间选择。其中，VREF为通过稳压芯片MCP1700T转换为3V的稳定电压输入。应用电路如图6所示，选择100nF的贴片电容器作为VCC端的解耦电容，在输出端使用1μF的滤波电容减小噪声。考虑到振动误差无法通过加速度传感器进行补偿，因此，陀螺仪选型的过程中把机械性能作为重要的考虑因素，选择了可以在单芯片上实现完整单轴角速度响应的ADXRS610陀螺仪传感器。3个ADXRS610陀螺仪分别安装于垂直于机体坐标系的XYZ轴来实现系统三轴角速度的测量。
5实验与仿真
四旋翼飞行器在姿态解算时，陀螺仪传感器直接测量的是角速度，在积分得到角度的过程中随着时间的增长会产生累计积分误差，积分误差产生的原因一方面是积分时间，另一方面，由于自身的机械特性会产生零漂温漂等现象［8］。在陀螺仪的使用过程中融合加速度传感器，不仅为陀螺仪提供了绝对参考系，而且使加速度传感器优秀的静态性能与陀螺仪良好的动态性能相结合［9］，较好地抑制了外界干扰。数据经卡尔曼滤波算法处理后，可有效地降低数据噪声。图8为加速度传感器采样数据与卡尔曼滤波后的数据比较，可以明显地看到噪声信号减小了，但是仍有少量的扰动存在。图9的曲线表明了陀螺仪采集角速度数据存在零漂、温漂现象，当确定零漂为0．05°，静态输出电压为2．63V时，从波形图中可以观察到通过卡尔曼滤波处理后的积分数据平滑收敛，不但对零点漂移进行了补偿，而且对累计积-10-5051015角度/（°）012345时间/s卡尔曼滤波后的数据加速度计采集数据图8加速度计采样数据经卡尔曼滤波后的数据图Fig8DatadiagramofsamplingdatasofaccelerometerprocessedbyKalmanfiltering分误差，温漂有较好的抑制作用。-10-5051015角度/（°）012345时间/s卡尔曼滤波后的陀螺仪数据陀螺仪积分数据采集角速度数据。
6结论
硬件设计论文范文第3篇
关键词：变压器；冷却控制系统；硬件
1变压器冷却控制系统控制模块的设计总体思想
本文所进行的就是对变压器冷却控制系统控制器模块进行设计，其中包括了可以对主变压器风扇投入与切除的温度范围进行自行设定，也可以按照用户的要求而变化。在传统控制方式中，风扇投切的温度限制值是不能改变的，此外，风扇电机的启动和停止温度有一余量，不像传统的控制方式中是一个定值，避免了频繁启动的缺陷，此外还有运行、故障保护及报警等信号的显示及其与控制中心或调度中心的通讯，上传这些信息，如变压器油温、风扇运行状态有无故障等。至于风扇的分组投切设置是为了节约电能，具有一定的经济意义，但这个分组数不宜过多，以免控制复杂，且散热效果不佳。
控制器主要由AT89CS1单片机、A/D转换器、键盘控制芯片，输出模块、通讯模块以及自动复位电路等组成，其中单片机是控制器的核心，AID转换器是把输入信号转换为数字信号。
2变压器风扇控制系统的硬件接线
基于以上的要求，我们设计的风扇控制器的硬件线路图如下页图1所示。变压器风扇控制中对控制模块进行改进是本文研究的重点，其中包括主要芯片的选用以及一些抗干扰元件的使用。所以在本章节中，我们重点将要介绍变压器风扇冷却控制模块中的主要硬件芯片的作用、选用以及它们之间的连接力一法。
（1）单片机AT89C51（如图1）。
AT89C51是Atmel公司生产的一种低功耗，高性能的8位单片机，具有8k的flash可编程只读存储器，它采用Atmel公司的高密度不易丢失的存储器技术，并且和工业标准的80c51和80c52的指令集合插脚引线兼容，其集成的flash允许可编程存储器可以在系统或者通用的非易失性的存储器编程中进行重新编程。AT89C51集成了一个8位的CPU，8K的flash。256字节的EDAM，32位的I/0总线。三个16字节的定时器/计数器，两级六中段结构，一个全双工的串行口，振荡器及时钟电路。AT89C51是完成系统的数据处理和系统控制的核心，所有其它器件都受其控制或为其服务。
在本文中，经过TLC1543A/D转换器后输出的数字量输入到AT89C51单片机中，同时在进行了温度参数的设置以后，进行它的输出控制，其中包括了变压器的温度显示、状态显示、以及声音报警设备等等，也就是我们所研究的变压器冷却控制系统的核心部分。
（2）变压器的温度采集及温度处理模块。在变压器的风扇冷却自动控制系统中，第一步进行的就是对变压器上层油温进行的温度采集工作。变压器的温度采集是由变压器的温度控制器来实现的，其中包括铂电极、传感器以及变送器。经过温度控制器输出的信号进入变送器，变送器送出一个4一20毫安的电流信号，然后将此电流信号通过控制芯片上的电阻元件实现电流电压信号的转换，转换后的电压是在0.4一2（伏特）之间，然后将此电压信号输入到TLC1543数模转换器，进行信号处理。变送器输出信号有电流和电压信号两种，考虑到变压器安装的位置（室外）距本控制装置（室内）有一定的距离，电流信号不易损失，故选择了4一20毫安的电流信号。（3）11通道10位串行A/D转换器丁LC1543。
TLC1543A/D转换器是美国TI公司生产的众多串行A/D转换器中的一种，它具有输入通道多、转换精度高、传输速度快、使用灵活和价格低廉等优点，是一种高性价的模数转换器。TLC1543是CMOS，10位开关电容逐次逼近模数转换器。它有三个输入端和一个3态输出端：片选（CS），输入/输出时钟（I/0CLOCK），地址输入和数据输出（DATAOUT）。这样通过一个直接的四线接口与卞处理器或的串行口通讯。片内还有14通道多路选择器可以选择11个输入中的任何一个三个内部自测试（self-test）电压中的一个。
（4）BC7281128段LED显示及64键键盘控制芯片。
BC7281是16位LED数码管显示器键盘接口专用控制芯片，通过外接移位寄存器（典型芯片如74HC164，74LS595等），最多可以控制16位数码管显示或128支独立的LED。BC7281的驱动输出极性及输出时序均为软件可控，从而可以和各种外部电路配合，适用于任何尺寸的数码管。
BC7281各位可独立按不同的译码方式译码或不译码显示，译码方式显示时小数点不受译码影响，使用方便；BC7281内部还有一闪烁速度控制寄存器，使用者可随时改变闪烁速度。
BC7281芯片可以连接最多64键C8*8）的键盘矩阵，内部具有去抖动功能。它的键盘具有两种工作模式，BC7281内部共有26个寄存器，包括16个显示寄存器和10个特殊（控制）寄存器，所有的操作均通过对这26个寄存器的访问完成。
BC7281采用高速二线接口与MCU进行通讯，只占用很少的I/O资源和主机时间。
BC7281在本系统中主要用于驱动变压器温度显示的LED以及显示风扇运行状态的指示灯。
前已提及，BC7281芯片内部共有26个寄存器，包括16个显示寄存器和10个特殊功能寄存器，共用一段连续的地址，其地址范围是OOH-19H，其中OOH-OFH为显示寄存器，其余为特殊寄存器。
（5）使用MAX232实现与PC机的通讯。
①MAX232芯片简介
MAX232芯片是1VIAX工M公司生产的低功耗、单电源双RS232发送/接收器，适用于各种E工A-232E和V.28；V.24的通信接口，1VIAX232芯片内部有一个电源电压变换器，可以把输入的+5V电源变换成RS-2320输出电平所需±10V电压，所以采用此芯片接口的串行通信系统只要单一的+5V电源就可以。
我们的设计电路中选用其中一路发送/接收，RlOUT接MCS一51的RXD，T1工N接MCS一51的TXD，TlOUT接PC机的RD，Rl工N接PC机的TD1。因为MAX232具有驱动能力，所以不需要外加驱动电路。
系统中使用了此技术之后就实现了变压器风扇冷却系统的远程控制，工作人员可以在控制室对冷却系统进行控制，可以达到方便、准确、快捷的日的，这也是我们对传统的风扇冷却控制系统而做的一个重要的改进。
②串行通讯
在此实现中，我们必须要对MCS-51串行接日和PC机串行接日的串行通讯要有一定的了解，串行通信是指通信的发送方和接收方之间数据信息的传输是在单根数据线上，以每次一个二进制位移动的，它的优点是只需一对传输线进行传送信息，囚此其成本低，适用于远即离通信；它的缺点是传送速度低；串行通信有异步通信和同步通信两种基本通信方一式，同步通信适用于传送速度高的情况，其硬件复杂；而异步通信应用于传送速度在50到19200波特之间，是比较常用的传送方式，本文中使用的就是异步通讯方式。
（6）“看门狗”电路DS1232
在系统运行的过程中，为了避免因干扰或其他意外出现的运行中的死机的情况，“看门狗电路”DS1232会自动进行复位，并且能够重读EEPROM中的设置，以保证系统可以安全正常的运行。
美国Dallas公司生产的“看门狗”（WATCHDOG）集成电路DS1232具有性能可靠、使用简单、价格低廉的特点，应用在单片机产品中能够很好的提高硬件的抗干扰能力。
DS1232具有以下特点：
①具有8脚DIP封装和16脚SOIC贴片封装两种形式，可以满足不同设计要求；
②在微处理器失控状态卜可以停止和重新启动微处理器；
③微处理器掉电或电源电压瞬变时可自动复位微处理器；
④精确的5%或10%电源供电监视；
在本变压器冷却控制系统中，DS1232作为一定时器来起到自动复位的作用，在DS1232内部集成有看门狗定时器，当DS1232的ST端在设置的周期时间内没有有效信号到来时，DS1232的RSR端将产生复位信号以强迫微处理器复位。这一功能对于防止由于干扰等原因造成的微处理器死机是非常有效的，因为看门狗定时器的定时时间由DS1232的TD引脚确定，在本设计中，我们将其TD引脚与地相接，所以定时时间一般取为150ms。
3结论
本装置实现了通过单片机自动控制冷却器的各种运行状态并能精确监测变压器的油温和冷却器的各种运行、故障状态，显示了比传统的控制模式的优越性。（1）能够对变压器油温进行监测与控制；（2）实现了变压器冷却器依据不同油温的分组投切，延长了冷却器的使用寿命，有较好的经济意义；（3）实现了冷却系统的各种状况，如油温、风扇投切和故障等信息的上传，便于值班员、调度员随时掌握情况。
由于固态继电器实现了变压器的无触点控制，解决了传统的控制回路的弊端，同时此控制装置具有电机回路断相与过载的保护功能。由于使用了单片机，因而具有一定的智能特征，实现了油温、风扇的投入、退出和故障等信号的显示以及上传等。通过实际运行表明，该装置的研制是比较成功的。但今后，我们还应该对固态继电器本身的保护进行一些研究，以免主回路因电流过大而造成固态继电器的损坏，以使变压器风扇冷却控制回路更加完善。
参考文献
硬件设计论文范文第4篇
关键词： 《计算机组成原理》 硬件实践教学 课程体系 教学方法 工程化实践教学
在我国大多数高校的计算机课程教学中，《计算机组成原理》作为一门重要的理论和硬件基础课程，其中的实践环节（硬件实践实验）占较大的比重。目前，不少高校的计算机专业在《计算机组成原理》的理论教学和实践实验中普遍存在“重软轻硬”现象[1]，使得学生对计算机组成的理论和硬件的结合理解流于表面，特别是在理论和硬件实践教学中，教学内容和硬件实验设备严重落后于当前工业界的最新技术发展，使得培养出的学生严重不符合社会企业的需求，即无论是在理论理解方面，还是在硬件实践方面，都不足以承担计算机硬件方面的设计与开发工作。因此，如何适应工业界对毕业生理论和实践能力不断增强的需求，改革《计算机组成原理》及相关课程体系，提高计算机理论和硬件教学水平，提高学生对理论的理解和实践动手能力已成为当前高校计算机专业教学面临的重要课题。
1.当前《计算机组成原理》课程教学存在的主要问题
当前，我校在计算机类、电子类、物联网类、软件工程类专业均开设了《计算机组成原理》课程，理论教学内容、目标基本一致，但硬件实践教学存在问题，主要表现在以下三个方面：
（1）偏重理论教学，忽视或轻视硬件实践教学，硬件实践课时被迫删减。
在《计算机组成原理》课程中，理论是基础，但是要深入理解计算机基本原理及体系结构等理论必须结合硬件实践[1]。但是硬件实践实验教学由于培养目标、培养方案、教学大纲及硬件实践教学设备等，很多高校普遍在计算机专业的教学中轻视硬件实践教学的建设，理论教学占很大比重，总学时确定后，硬件实践教学课时只能被迫删减，以至于无法保证硬件实践教学的质量，导致学生学习硬件知识和动手实践的积极性不高，最终的结果就是理论和实践相分离，理论知识没有深入的理解，实践能力没有得到很好的培养。
（2）理论和实践教学内容陈旧，课程计划没有与时俱进。
当前，大多数国内高校的计算机类专业，硬件系列课程均包含如下课程：《数字逻辑电路》、《计算机组成原理》（《计算机组成与结构》）、《微机原理及接口技术》、《计算机体系结构》等。这些课程开设选用的教材大多内容相近，部分理论仍停留在5年甚至10年以前，知识陈旧，与当前工业界的实际应用脱节，和现代快速发展的计算机硬件研究和开发技术形成明显的差距。比如有的硬件课程教学中以74181等淘汰的部件芯片为教学模型，即使学会也只能在课堂上用到，对将来的工作没有什么作用，直接导致对学生缺少吸引力，教学效果不甚理想。另外，这一系列硬件相关课程之间重复的知识点较多，在课程系列安排计划上缺乏统一性和合理性。
（3）硬件实践教学环节不够重视，缺少工程化设计和开发能力及创新能力的培养。
现代计算机硬件设计和研发均已采用软件和硬件设计相结合的方式，并大量使用优秀的工具软件进行开发和仿真，以及使用硬件开发板进行验证和优化。在实际教学中，由于硬件实践教学比理论和软件仿真实验教学要复杂得多，因此很多教师在教学过程中仍沿用过时的软件仿真和硬件实验方法，并且学生在学习过程中除了进实验室外，在日常学习中无法进行硬件实验或为硬件实验做足够的准备。另外，目前大多数高校计算机专业的硬件实验设备仍停留在“插线板”时代，只能让学生手动连接铜线进行简单的验证性和基础性实验，如要进行相关创新能力培养的实验，其复杂度过高，绝大多数学生无法完成。
2.《计算机组成原理》课程建设和改革的具体措施
（1）引进计算机硬件的现代设计和研发技术，培养学生的工程化研发能力。
《计算机组成原理》课程一大部分教学内容围绕CPU的各个部件展开，但现有的教学内容严重落后于现代工业芯片研发技术。为跟上时代的步伐，我们引进当下大多数企业采用芯片研发流程和设计语言和工具。具体而言，针对CPU的各个部件教学，我们引进Logisim[2]和Verilog[3]教学，以仿真的方式向学生展示如何设计选择器、加法器、寄存器、存储器、控制器等部件，以及这些部件间如何组合及连接。在此基础上，我们进一步加入单周期MIPS[4]CPU工程化设计方法的教学，介绍如何组合选择器、加法器、寄存器、存储器、控制器等部件以构成简单但功能完善即能完成基本加减、移位、分支、跳转等功能的单周期CPU。
为进一步提高学生的工程化硬件实践能力，还引进Xilinx公司的FPGA开发板，加入如何使用FPGA开发板的实验教学内容，并指导学生把已完成的MIPSCPU设计下载到FPGA上，以真实的硬件实验验证自己的设计，并对现有的设计做相应的优化。
（2）加强理论和硬件实践教学的结合，提高学生对理论的理解和对硬件实践的能力。
在《计算机组成原理》课程教学中，理论和硬件知识是相辅相成的，但目前计算机教学中普遍偏重理论讲解，硬件实践仅仅是验证性实验，其对理论的深入理解并无多大帮助。特别是理论知识对学生来说是一个个单独的知识点，彼此之间不能够贯通起来加深对计算机整体硬件系统的理解[5]。比如，学生学习了选择器、寄存器、加法器、存储器等理论知识，但不知道如何使用Verilog等硬件编程语言在FPGA等开发板上实现这些部件。另外，学生在学习CPU控制部件理论后，无法用现有的老旧芯片如74181等把CPU各个部件组合起来，只能依赖现成的已把CPU各个部件组合连接好的硬件开发板，不了解如何用Verilog等硬件编程语言直接把CPU的各个部件组合以构成完整可运行的CPU。因此，在《计算机组成原理》教学中应注意理论和硬件实践开发间的结合，使学生掌握更完整的理论知识和硬件实践能力，通过硬件实践提高其对理论的理解，通过理论学习指导硬件实践实验，提高其计算机系统理论和硬件协同能力。
（3）调整计算机硬件系列课程的教学内容，优化课程体系和课程间的衔接。
为适应新加入的Logisim、Verilog、XilinxFPGA开发板等教学内容，我们适当调整计算机硬件系列课程之间的教学内容。比如对《数字电子技术基础》课程，经过学院硬件教学团队的协商沟通，适当加入Logisim，Verilog等硬件编程语言的教学内容，并在部分实验中加入Logisim和Verilog语言实现部分电路。在《汇编语言程序设计》课程教学中，针对MIPSCPU设计，加入MIPS汇编语言的学习。在实验安排中，加入适当的MIPS汇编练习。总而言之，为了适应新的教学内容和方法，加强硬件系列课程体系结构建设，完善教学计划，对硬件系列课程如《数字电子技术基础》、《计算机组成原理》、《微机原理及应用》和《汇编语言程序设计》等课程进行融合、优化，既避免知识点的重复教学，又加强课程间教学内容的衔接，保证计算机硬件教学的连续性和完整性[6]。
（4）探索硬件系列课程教学方法，提高教师团队的整体教学水平。
为加强计算机硬件系列课程教师团队的协调沟通和建设，使相互关联课程的授课教师有更多的合作和协作，定期开展硬件系列课程的教研活动，从整体上协商计算机硬件系列课程的教学，逐步形成一支由具有较高教学科研水平的教授领衔，并搭配有一定数量的副教授和讲师的计算机硬件系列课程教学团队[5]，从而保证计算机硬件系列课程建设的连续性。
为了充分发挥青年教师的主观能动性，我们积极改革传统的教学方法，借助扬州大学的网络教学平台，积极探索研究性教学，利用“任务驱动”的教学方法，将实际教学内容分成一个个具体的任务，并引导学生在网络教学平台上参与讨论和解决任务，使得学生在讨论和交流中解决问题，并逐步引导学生深入理解和掌握教学内容。该教学方法可以大大提高大部分学生的主动性、积极性及团体合作能力。此外，在网络教学中注重和学生的在线交流和互动，通过论坛交流和答疑、在线任务测试等多种手段，促进学生的彼此交流和学习，提高课堂教学效率。
（5）丰富教学资源建设，引进企业培训和提高教师实践教学能力。
在引进新的教学内容的同时，依托扬州大学网络教学平台，对《计算机组成原理》课程的教学资源如Logsim、Verilog参考资料、教学课件、教学视频、硬件实践实验指导资料、习题等全部加入网络教学平台，构建丰富的网络教学资源[6-7]，使得学生的学习不受时间和空间的限制，在课堂教学以外的时间根据自己的实际情况合理安排课程学习。
另外，围绕课程建设和教学内容的改革，我们积极联系相关硬件研发企业，邀请其到学校直接对学生进行指导。例如Verilog硬件编程语言学习和使用经验分享、XilinxFPGA开发板的使用讲解和现场指导，并且根据企业实际研发需求，向学生进行针对性的授课和指导。
3.结语
《计算机组成原理》课程具有很强的理论性、实践性和实用性，其中CPU相关的知识涉及本科和研究生各个层次，如何让该课程不再仅仅停留在理论知识的学习是该课程建设和改革必须解决的问题。通过引进符合工业界当前流行技术的教学内容和方法，积极引导学生通过自学和合作，接触当前最新的硬件编程语言、硬件设计软件和FPGA开发技术，并尝试调动学生学习的主动性，培养实践动手能力，让学生更好地协作、沟通，从而提高学生对理论知识的理解和硬件实践的能力。另外，近几年我院通过对计算机专业硬件系列课程进行优化和改革，解决硬件系列课程之间缺乏沟通、相互独立、知识点重复或者缺乏衔接等一系列问题[4]，加强硬件系列课程间的联系，保证计算机硬件系列课程间的连续性和完整性。
参考文献：
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基金项目：
国家自然科学基金青年基金（编号：61502412），项目负责人，01/2016-12/2018。
江苏省自然科学基金青年基金（编号：BK20150459），项目负责人，07/2015-06/2018。
硬件设计论文范文第5篇
关键词:硬件课程;教学体系;项目驱动;系统性
随着计算机硬件技术的迅速发展,各类硬件产品越来越多地应用到人们的生活中。因此,业界对硬件类技术人员需求急剧上升。然而,嵌入式之类的硬件系统开发需要的是软硬件紧密结合的复合型人才;通常企业不愿花费太多的人力物力去培养。而一般本科院校的计算机类专业由于实验设备和传统偏软的教学体系,造成毕业生对硬件知识的欠缺或掌握不够系统,不具备业界需求的硬件系统开发能力[1]。技术发展和硬件类产品的大量应用带来了对硬件开发工程师的巨大需求,这给计算类专业学生带来了新的机遇,但同时也对学校的教学体系和学生能力培养提出更高的要求。
一般本科院校在开展硬件类知识和技术方面的教学中通常有如下一些问题:
1) 院校投入了大量的硬件实验设备,但是学生硬件开发能力的提高并不明显;
2) 学校开设的硬件类课程衔接不够紧密,使学生对课程之间的联系掌握不够;
3) 理论教学时间多,实践教学时间少,实验设备利用率低;
4) 学生面对具体的硬件项目开发时,无从着手或知识能力欠缺。
而在学生方面,通常也存在一些问题:
1) 很多学生对硬件知识学习有一种畏惧心理,从而造成学习信心不足;
2) 硬件学习需要花大量的时间,而且效果并不像学习软件一样直观,很多人都失去深入学习的耐心;
3) 软件实践需要的器材很容易满足,一般就是PC+软件,而有些硬件(扩展)实验门槛较高,实验环境难以搭建;
4) 由于硬件的集成度高,学生只能从理论上掌握硬件底层细节,容易形成硬件盲区,学习积极性容易被打击。
随着对硬件开发人员需求的不断增大,近年来在计算机类专业硬件教学方面也提出了一些有效的方法,如文献[2]对硬件教学的系统性进行了一定的探讨;文献[3]对陈旧的硬件教学内容进行了改进;文献[4]对硬件实践教学提出了一些看法。而本文则结合当前流行的嵌入式硬件开发,在多个硬件系统项目开发的基础上,总结了提高硬件开发能力所需要的知识和涉及到的相关课程,并对课程之间前修后续关联进行了合理的安排,建立了一套行之有效的硬件课程教学体系。
1硬件类课程体系设置
学生硬件开发能力的培养涉及到多个学科的课程,包括计算机和电子等专业的课程,还与具体应用背景的一些专业知识有关。具体的课程包括模拟电路、数字电路、嵌入式微处理器、操作系统、程序设计语言、软件开发技术、接口技术与设计、嵌入式操作系统及底层驱动等技术,是软件、硬件的有机结合。在制定硬件人才培养计划时,既要拓宽深度和广度体现硬件系统具有软硬结合、面向具体应用的特点,又要注意与原有的计算机专业课程体系相兼容。
因此,需要在原有的计算机专业课程基础上进行调整,有针对性地增加一些硬件类课程和实践教学环节,增加学生对硬件方面的知识,有效地提高学生的综合性动手能力和具体应用产品和项目的开发能力,并激发学生的学习积极性。
课程调整将与硬件系统开发的相关专业、相关课程合理地散列在低年级的各个学期,留给学生足够的时间去钻研、消化和深入,培养学生扎实的知识背景和基础能力。同时,为几门相关性比较大的课程或者重要性相对突出的课程,设置一些综合性课程设计,让每个学生感觉到一定的成就感,给予一定的动力。另外,设置一些独立性实验,几个人一组,让学生自己查资料,自己设置实验方案等,独立完成。通过上述的这些锻炼后,能很大程度上提高学生团队协作能力和自学能力,提高学生综合素质。具体的课程体系设置图1所示。
从图1可以看出,课程之间都是有很强的关联性,先修课程与后继课程之间需要进行重要知识点的衔接,才能逐步培养学生具有硬件系统开发能力。在学生每修完一门课程,就开设一门能覆盖重要知识的综合课程设计。通过完整的工程项目案例教学,系统地提高学生的综合能力,培养学生具备到企业去做实际项目的实践能力和开发经验。充分满足业界对硬件开发人员的能力要求。
2硬件课程的教学方法和实践
培养学生硬件开发能力,一些基础课学习必不可少,如数字电路、模拟电路、C语言、数据结构、计算机组成原理、操作系统等。如果这些基础知识掌握不牢固,学生在后续专业课程的学习中会感到力不从心。另外,由于硬件知识的学习十分抽象,脱离实践去学习可能会举步维艰。因此,在教学方面要解决“重理论轻实践”问题,贯彻“理论教学与实践教学相互印证和支撑”,将多种实验课程贯穿于课程教学体系中,以提高学生学习效率和知识掌握的熟练程度。下面分几个方面对教学环节中的一些方法进行讨论。
1) 理论课堂教学。
在理论课上,教师通过对具体理论知识点的实例演示,同时穿插对理论知识点讲解,让学生们理解的更具体,从而激发学生的学习兴趣,也间接提升学习信心。学生在课后让依照课堂的演示实验自行进行实例的重复和知识点的验证。如在“嵌入式系统原理与接口技术”课程中讲解串口的传输和实现,教师在课堂上围绕验证S3C2410芯片的功能进行讲解,并在课下开放实验室让学生自行学习,以提高学生独立思考和分析解决问题的能力。
2) 实验课教学。
在实验课上,教师结合理论课上所演示的实验,讲述具体的实验内容,但并不需要完全透彻地讲解,而是把更多的时间留给学生自己思考。如“嵌入式操作系统及应用”课程的实验,教师在课上演示如何建立SAMBA服务器实现开发环境,简要地阐述一遍实验的原理及其过程,把更多时间留给学生,让学生自己建立SAMBA并建立通讯,鼓励同学间的相互讨论和提出问题。
3) 单门的课程设计。
课程设计以设计性和综合性实验为主,在一学期的理论学习和实验的基础上,进一步提高学生对整门课程知识的理解以及对相应基础课程知识的复习,并培养学生一定的动手能力。如操作系统课程设计“银行家算法实现进程同步”结合了C语言、数据结构等知识,不仅可以复习巩固一系列相关课程知识,我们还对这些课程知识进行汇总,设计出综合性课程设计,提升学生知识体系的系统性。课程设计指导书按照知识要点,循序渐进,对这些基础知识进行了进一步的综合,从而使学生将离散的知识点逐步综合起来,增强了其实践能力。
4) 综合性实践。
在学习完各门基础课程之后,教师采用适当的工程案例开展一站式综合案例教学:
(1) 讲解具体项目的知识点,并将它们联系起来;
(2) 将同学们按项目分成小组,引导各组进行项目的讨论并完成具体设计,这样不仅可以提高学生的动手能力,还能培养学生的工程素养和综合能力。
3课程体系验证
通过该课程体系的培训,学生能够具备一定的硬件系统开发能力。下面就通过一个学生实践创新项目――机房温度湿度检测硬件系统的开发来验证课程体系的有效性。
该项目的系统原理图如图2所示。系统采用ARM7系列LPC2114芯片作为控制单元,设备包括温度、湿度传感器、降温通气设备控制接口、键盘和液晶显示屏。其中键盘和液晶显示屏作为系统与人机控制的界面,这些设备采用RS-485通信接口方式和计算机实现远程控制,如及时给用户发送信息,用户对设备进行操作、处理等。
通过图2可以清晰地看到计算机与电子专业的结合:
1) 学生在选择相关的设备时需要用到一定的数字电路和模拟电路等技术知识,并了解相应的参数;
2) 选好了各种款式的电子设备后,需要设计可靠的电路,这更需要学生在电子技术实验中获取的经验;
3) 选好了硬件外设和控制芯片之后,将这些设备与CPU进行连接,就需要用到计算机组成原理和嵌入式接口技术相关的知识;
4) 接着,需要编写相应的驱动,这将涉及嵌入式操作系统和程序设计方面的知识。
当上述步骤完成后,系统可以通过传感器获取需要的外部信息。但还需要对所采集的信号进行处理,然后将处理后的信息反映到显示器上,用户还可以通过相应的设置,进行一些简单的设置,在这里就会用到如A/D转换、通信原理、数据结构和算法设计等相关知识。
系统设计完成之后,学生通过Protel绘制电路图,制作电路板将所有的外设和芯片集成起来,安装操作系统和编写好的控制软件,这样就形成了可以实际应用的一个硬件产品。
4结语
通过这种以完成项目为每门课程最终目的的方式,强调“授之以渔”的教学宗旨,使得学生每学完一门课程就能解决一些相应的实际问题,很好地提高学生的动手能力和对学科的积极性,从而有效地培养了学生的实践能力。
参考文献:
[1] 刘全利,黄贤英,杨武. 计算机应用型人才培养新思路[J]. 重庆工学院学报,2005,19(6):144-145.
[2] 易法令,谢云. 计算机硬件教学的系统性与实践性探讨[J]. 理工高教研究,2005,24(1):83-84.
硬件设计论文范文第6篇
1．系统设计
1．1系统结构本文所设计的计算机硬件组装虚拟实验系统采用C/S架构，系统结构如图1所示。在服务器端利用Quest3D封装的交互模型建立虚拟实验系统，并对用户的操作数据进行存储；共享网络可以是建立在机房的局域网络也可以应用互联网络；用户在客户端通过QuestViewer执行硬件组装虚拟应用程序完成计算机硬件组装的三维模拟浏览、虚拟演示、模拟操作等，系统还具有更新功能，通过下载数据库的最新数据，完成虚拟硬件的型号、参数更新。
1．2设计流程根据计算机硬件学习资料内容进行需求分析、虚拟硬件模型设计与动画制作、人机交互设计和性能测试、系统流程设计，在需求分析中结合学生学习特点和教学大纲，确定系统功能模块，对系统的角色、权限、数据库、界面等进行规划；通过对计算机硬件的外形、接口、参数等进行硬件模型设计，应用部分现有3DWarehouse等模型库中的硬件模型提高系统的开发效率，对一些需要进行精细设计的模型可采用Sketchup工具对现有模型进行修改或者是应用3DMAX软件进行制作，再通过Deepexploration软件对模型优化使其达到与现实硬件产品精度、参数的统一；人机交互建立硬件组装场景，利用Quest3D软件进行虚拟实现，完成人与系统的交互功能；最后对系统进行测试，如发现问题进行逐步改进。
1．3模块设计根据系统架构和功能分析，系统模块主要分为计算机硬件理论知识学习模块、硬件组装技能练习模块和系统管理模块。计算机硬件理论知识学习模块是呈现计算机硬件图片和文字说明的理论型模块，该模块主要以理论知识学习和计算机模型浏览为主，学生可以通过客户端从任意角度浏览硬件模型，当鼠标置于模型既定位置时提示硬件信息参数及文字说明。硬件组装技能练习模块是由部分图片、视频等组合而成的人机互动模块，该模块可由学生虚拟实验计算机硬件的组装与匹配，并且能够给出匹配结果和最优选择。系统管理模块是对系统的功能、用户及安全进行管理，系统管理员可增加和删除系统的登录用户，能够对硬件模型进行更新，并且能够对系统应用的各项数据进行监控和数据备份，保护系统的安全。
2．系统实现
2．1交互界面实现计算机组装虚拟实验系统交互界面采用导航栏形式方便用户快速熟悉系统菜单中的各项功能，快捷菜单设计在系统界面的顶部，以隐性树形结构显示，将一级分类显示在主界面顶部，当鼠标点击一级分类下拉出二级分类，当鼠标置于二级分类时标有符号的分类显示三级分类，便于用户依照顺序定位系统功能，在主画面区可显示硬件3D图像，并可用鼠标、键盘、触摸屏等对虚拟硬件进行移动、旋转、放大、缩小，便于用户详细观察硬件的各个细节，同时主显示界面可以播放RMVB、AVI、3GP等格式的视频文件，学生可以选择计算机组装的细节教学视频进行学习。
2．2主要功能实现用户与系统进行交互首先登录系统进入用户登录模块，该模块利用Quest3D中的DBDriverMysql、DBinfo、DBQue-ry、DBValue等连接信道与数据库进行连接，确认用户身份进入系统；其次系统视频演示实验与动画实验功能实现操作界面与人的交互，视频演示是教学模型，教师可以将硬件组装实际操作视频播放给学生观看，动画实验功能是学生通过系统可以在虚拟环境下以动画形式操作计算机各硬件的组装，通过调用Quest3D中的MediaTexture、MediaTextureCom-mand、Trigger、UserInput等信道完成该功能；用户在进行硬件组装虚拟练习时，通过鼠标、键盘、触摸屏等对虚拟环境下的CPU、显卡、内存、电源、主板等进行组装，系统可正确判断各虚拟硬件放置位置是否正确，通过Quset3D中userinput、expressionvalue、setvalue等节点进行实现；在遇到新型硬件时，系统可扩展添加新型硬件的图片、参数，建立虚拟模型，并保存在MySQL模型数据库中。
2．3故障排除交互实现学生在进行计算机硬件组装虚拟实验系统操作时，操作错误系统会弹出错误提示，譬如：在完成计算机硬件组装虚拟实验进行模拟开机时，提示开机错误，并显示显卡错误、声卡错误或者是内存条错误等信息的提示，该功能的实现可采用模拟树的方式进行设计，在模拟树下增加判断型节点，节点内容包括：主板、CPU、显卡、硬盘、内存、光驱、电源、鼠标、键盘、显示器，当任一节点未正确安装，则无法完成计算机虚拟开机，弹出提示框辅助学生找到故障所在，并对故障原因加以解释说明。
3．结束语
硬件设计论文范文第7篇
关键词：EDA技术 计算机硬件 存在问题 优化措施
一、EDA技术的基本特征研究
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，具有开放式的实际环境以及丰富的元器件模型库等；硬件描述语言输入是EDA系统的主要输入方式，由于现代社会电子系统规模日渐增大，硬件描述语言输入逐步取代了之前传统的原理图输入设计方法，其优势在于能够进行逻辑综合优化，使设计者在比较抽象的层次上对设计的结构和内部特征进行描述。
二、传统计算机硬件设计存在的问题
（一）硬件设备短缺，开发周期较长
早期的计算机由于工作环境、硬件材料等方面因素的影响，随着时间的延长，计算机硬件设备的损耗量相对较大。为了保证计算机硬件设备正常运转，管理人员不得不花费较多的人力、物力和财力进行修复和管理。同时，受当时技术水平的制约，计算机硬件设备的开发周期较长，而对于相关专业的任课教师来说，从理论知识的学习到最终熟练进行知识的讲解，中间还需要经历长时间的计算机硬件设计分析和试验，因此，计算机硬件设备的周期非常漫长。而对于高校的计算机实验室来说，如果坚持与时俱进的进行计算机硬件设备更新换代，虽然能够保证各项计算机教学试验正常开展，但是高频率的计算机硬件设备更新必然会造成较大的经济压力，不利于高校的综合性建设；而如果长时间不进行计算机硬件设备的更新，又起不到教学应有的效果。
（二）硬件与试验脱节且不够系统化
计算机专业的硬件类课程是一门实用性很强的学科，学生不仅要掌握计算机系统设计的基本方法和理论知识，而且要学会计算机系统的设计技术和计算机的控制运用。但是从现阶段高校计算机硬件设计教学来看，许多高校专业教师仍然没有从根本上转变教学方法，课堂理论知识讲解的比重过高，学生独立思考和独立设计的时间偏少，由此导致计算机硬件的理论教学与实践相脱节。除此之外，即便是在教师的带领下开展了计算机硬件实验课程，由于缺乏规范化的组织和系统化的安排，学生的自主动手和实验能力也得不到有效的发挥，多数情况下只能按照教师所讲解的内容进行模仿设计，学生计算机应用能力和硬件设计能力没有得到真正的提高。
（三）教学内容相对固定，缺乏创新性实验
计算机硬件设备的设计要满足与当前社会的发展需要，这就要求其设计理念必须紧跟市场发展形势，不断的进行自我更新和完善。但是作为高校的一门学科，计算机硬件设计要受到多种因素的制约，例如其硬件开发不仅受高校实验室硬件设备的影响，还与实验人员的整体素质有关。而有些高校为了降低计算机硬件设计的开发成本，对某个实验室的设计功能进行了限定，这种方法虽然能够降低硬件设计成本，但是不利于实验室功能的延伸，并且专用实验台的故障率较高，后期投入维修的花费也大。因此，计算机硬件教学内容难以实现与时俱进的更新，缺乏创新意识，是制约其硬件设计的主要根源。
三、基本设计思想和EDA技术
开发利用EDA平台进行计算机系统部件及主机系统设计，其实质是利用运行在计算机上软件所提供的虚拟实验环境，设计人员利用该系统所提供的各种元器件和芯片仿真模型，根据实验需要设计逻辑电路，进行系统布线和调试运行。由于整个实验过程都是在虚拟环境下进行，因此可以反复操作和多参数调控，而不必担心系统设计的成本问题。同时，设计者还能随时进行存档，将当前设计的系统、线路进行保存，并在再次使用时随时调用。在此基础上，可以针对自己设计出的部件及系统进行编译、模拟仿真测试，以验证自己逻辑设计的正确性。课程设计结束后，可以将存储的设计图及结果提交给检查者。使用EDA技术，解决微指令时序控制时逻辑与非门电路比较复杂的问题：时序设计分一个周期完成一条机器指令或是二个周期完成一条机器指令，对于后者，时序控制逻辑就比较复杂。
四、基于EDA技术开展计算机硬件的优势
（一）提高学生自主学习能力，丰富课程内容
EDA技术的优势之一在于其应用范围的广泛性，在电子信息工程专业和计算机技术专业专业领域内，学生都需要进行不同深度的EDA课程学习。同时，EDA技术还是一门辅助教学能力较强的课程，学生在掌握基础的理论知识和熟练的EDA技术操作后，能够为继续进行相关方面的专业学习提供极大便利。例如，EDA技术要求学生动手进行线路设计和按照操作，对于提升学生的动手操作能力和团队合作能力有积极帮助。而今后学生在学习系统编程时，也离不开这两种能力。因此可以说，EDA技术对于丰富学生专业课程内容，提高学生自主学习能力有极大的帮助。
（二）弥补条件的不足，节约课程投入
以往的电子相关课程以理论讲解为主，学生虽然有机会参与到实践操作中，但是许多技术方面的问题得不到及r解决，容易影响下一步的知识学习。而EDA技术则能够在很大程度上避免类似问题：首先，EDA技术以计算机和电子技术为支撑，学生在教师讲解完相关的课堂知识后，能够立即在计算机上完成实践联系，包括设计电路、调整参数、系统运行以及模型分析等。其次，利用计算机上的这些仿真软件，能够随时进行设计修改和多参数调试运行，而不用担心成本问题。而在以往的实验室操作教学中，如果学生操作不当，很容易出现器材损坏、元器件丢失等问题，给实验室造成一定的经济损失。因此，EDA技术的使用，间接的节省了实验开发成本。
参考文献：
[1]易小琳，胡林青.计算机组成原理实践教程―基于EDA平台[M].航空航天大学出版社，2006.
硬件设计论文范文第8篇
[关键词]工科研究生；科研能力；科研立项申请；科研实施
[中图分类号] G312 [文献标识码]A[文章编号]1672-0717（2008）02-0136-04
一、引 言
科研能力是研究生独立从事科学研究的能力，它是研究生所应具备的最基本的一种能力。具体而言，研究生的科研能力主要囊括了以下几个方面[1]:发现科学问题的能力；科学实践能力；研究论文的写作能力。
科研能力的高低是衡量研究生综合素质的一个很重要的指标。加强研究生的科研能力培养既是时代提出的任务，也是高等教育改革的内在逻辑和本质需要。
二、工科研究生开发类选题能力培养的主要环节
研究生教育是高等教育的最高阶段，反映了国家教育的精华。工科
研究生毕业后从事科研工作的能力高低直接影响我们国家整体的科研水平，因此高等学校在培养工科研究生的过程中要加强科研能力的培养[2]。结合长期的科研开发工作的经历和多年研究生培养的经验，笔者认为培养和提高研究生的科研能力应从以下环节着手：科研立项申请(关键之一)；科研实施(关键之二)；知识产权申请(专利及软件著作权)；发表科研论文；项目结题验收，技术移交；成果鉴定(包括成果查新，检测报告，研制报告，技术报告等)；成果报奖；成果转化及产业化。
1-科研立项申请
科研立项申请包括可行性论证报告和填写标书。可行性论证报告是科研选题的基础和前提，要确保科研课题的创新性，科研选题可行性论证工作一定要充分具体[3]。
第一，要做好文献资料的调研论证工作，这是科研选题的基础。文献调研一方面可以向科技主管部门咨询，了解国家科技工作的方针和政策。科技主管部门定期公布的“研究计划纲要”、“项目指南”和“招标指南”，集中体现了国家对科研工作的具体要求，它是指导科研选题的重要依据，是选题的方向；另一方面可以通过科技主管部门指定的信息部门进行开题查新检索，查新的结果具有权威性。另外，网络资源是一个巨大的信息资源库，它不仅方便快捷，更重要的是它具有时效性，每天都有数以万计的科研信息在网上。
第二，要组织好专家论证，这是科研选题的质量保证。各学科的专家不仅具有丰富的专业理论知识，更具有宝贵的实践经验，他们绐终站在学科的前沿，是巨大而又不可多得的科研信息资源库。科研人员可以通过作开题报告、答辩等多种形式，广泛征询有关专家的意见，反复修改，严把科研选题的质量关。
第三，要撰写好标书，确保选题内容的准确表达。课题选好后，研究生的研究思路必须通过标书的形式表达出来。标书是评审专家及主管部门评审课题研究水平的唯一依据，其质量的高低是能否获得资助的关键。这就要求研究生在填写标书时，在形式上，填写要规范、手续要完备;在内容上，必须利用标书充分阐明科研选题的意义、学术思路、研究方案和技术关键。
科研可行性论证报告的内容，一般包括以下几个方面：项目名称（如果一个大的课题里包括几个小题，应加入小题名称；若本题属于某一大题中的子题，也应注明）；立项的背景与意义；国内外研究现状与发展趋势；项目实施主要内容、技术关键与创新点、预期目标；应用或产业化前景与市场需求；现有工作基础，条件和优势；项目的实施方案、组织方式与课题分解；进度安排与年度计划内容；承担单位和主要研究人员简况；经费预算来源、使用计划及还款能力分析；经济、社会效益分析；备注。
2-科研实施
对于工科研究生开发类选题，科研实施的内容包括：总体方案设计；硬件设计及实现；软件设计及实现；运行调试结果分析；技术资料归档(原理图、源代码、使用说明书)。
(1)总体方案设计。总体方案设计不好，可能出现致命的问题，造成的损失许多情况下是无法挽回的。产品性能的好坏特别是系统设计合理性、科学性、可靠性、稳定性都与总体方案设计密切相关。对于一个好产品，特别是大型复杂产品，总体方案的反复论证是不可缺少的。只有经过多次反复论证的方案，才能成为好方案。
总体设计方案内容主要有：开发的目的及主要功能；单板功能描述、单板逻辑框图及各功能模块说明；单板软件功能描述及功能模块划分、接口简单定义与相关板的关系；主要性能指标、功耗和采用标准。
在总体设计方案中，项目开发人员应勇于尝试新的先进技术；应坚持采用开放性的硬件架构，把握硬件技术的主流和未来发展，在设计中考虑将来的技术升级；应充分里利用现有的成熟技术，保持产品技术上的继承性；应在设计中考虑成本，控制产品的性能价格比达至最优。
(2)硬件设计及实现。首先要做的硬件设计工作就是进行硬件需求分析，硬件需求分析在整个产品开发过程中是非常重要的一环，它可以明确硬件开发的任务。硬件需求分析主要有以下内容：项目系统工程组网及实用说明；基本配置及其互连方法；硬件整体系统的基本功能和主要性能指标；硬件分系统的基本功能和主要功能指标；功能模块的划分；关键技术的攻关；外购硬件的名称型号、生产单位、主要技术指标；主要仪器设备；可靠性，稳定性，电磁兼容讨论；电源、工艺结构设计；硬件测试方案等等。
硬件需求分析完成后进行硬件总体设计，并撰写总体方案书。硬件总体设计的主要任务就是从总体上进一步划分各单板的功能以及硬件的总体结构描述，规定各单板间的接口及有关的技术指标。硬件总体设计主要有下列内容：系统总体结构图及功能划分；单板命名；系统逻辑框图；系统各功能模块的电路结构图，电路结构图及单板组成；单板逻辑框图和电路结构图；关键技术讨论；关键器件。
硬件总体设计方案通过后就要着手购买关键器件，然后进行结构电源设计、单板总体设计。在以上任务都完成后，就要进行系统联调了。系统联调是整机性能的提高，稳定的重要环节，认真周到的系统联调可以发现各单板以及整体上设计的不足，也是验证设计目的是否达到的唯一方法。
如果联调通过，项目要进行文件归档，准备好应该归档的文件。
在硬件设计及实现中，项目开发人员必须具备如下基本技能：由需求分析至总体方案，详细设计的设计创造能力；熟练运用设计工具，设计原理图，PCB板以及调试程序的能力；运用仿真设备，示波器等分析仪器调试硬件的能力；常用标准电路的设计能力；故障定位，解决问题的能力；文档写作能力。
(3)软件设计及实现。软件的设计及实现主要包括确定软件功能框图，编写代码，进行调试。
对于软件编程过程中所用到的编程语言，编译器的调试环境都需要熟悉。目前软件开发语言主要采用C语言和汇编语言两种，个别情况有用PLM的。软件调试有两种方法，它们是硬件仿真器和软件仿真器。硬件仿真器主要用于开发初期目标板硬件系统尚未稳定器件的软、硬件调试。当目标板稳定后仍可用仿真器调试，查找软件疑难问题。软件调试器一般是通过PC串口与目标板串口相连，通过目标板上监控程序下载程序在目标中进行调试，重点调试软件的流程功能等，其前提条件是目标板硬件已经完全没有问题，至少是CPU程序、RAM、串口等部分可正常运行。
要特别强调的是：在软件设计开发过程中，要充分考虑中断、主程序、子程序的功能、入口参数、出口参数、局部变量、函数调用的规范性和流程图。在相关的通信协议，应说明物理层，链路层通讯协议和高层通讯协议如何定义。
(4)运行结果调试及分析。在系统联调过程中，首先通过调试实现各模块功能，然后，各模块组合联调。调试过程中，总会发生一些问题，以及在硬件设计、软件设计时没有考虑到的问题。此时，就需要多方查阅资料，以及在网上寻求帮助。在系统功能达到满足后，还要对性能指标进行进一步论证。并详细记录调试过程中的实验数据，以待日后分析。在调试过程中，可以对硬件做必要的调整。下次改版时，就可以把修正做到硬件中。
(5)技术资料归档(原理图、源代码、使用说明书)。项目调试成功后，将开发过程中所撰写的文档归档是非常有必要的，对于日后二次开发，或者借鉴相关项目经验都是不无裨益的。对于该项目所取得的成果，可以进行专利申请。
3-科研结题
项目开发完成后，为了能让自己的成果得到众人的认可，为了能让后续的技术开发人员更好地接替自己的工作，项目开发人员必须进行知识产权的申请，提交科研论文，撰写好项目的结题报告，做好成果的报奖以及成果的转化及产业化。
(1)知识产权的申请。随着知识经济发展和经济全球化进程的加快，知识产权的重要性得到了历史性的提升，国家的核心竞争能力日益体现为对智力资源和智慧成果的培育、拥有、配置和调控能力，所以申请知识产穿显的尤为重要。知识产权的申请包括实用新型专利的申请、发明专利的申请和计算机软件著作权的申请[4]。
(2)科研论文的撰写。科研论文撰写必须做到以下几点：选题要小题大做；论文的五个模块要规范；题目要反映全文所作的工作，名称要简洁明确不宜过长，一看题目就知道做什么研究；摘要要反映四要素——目的、方法、结果、结论，摘要是全文的缩写；关键词：要符合词条要求，每年均有新的词条；英文：要注意英文题目、摘要、关键词的规范性。正文：正文分为引言，主要内容和结束语。引言要论述为什么要做，主要内容要说明怎么做的，结束语（结论）要说明做得怎样。参考文献：要注意参考文献中的格式、文中标注、参考作用、新、经典等。
(3)项目结题验收及技术移交。项目完成后，要上交结题报告，并要做好技术移交的工作。在结题报告中要认真撰写研究工作总结。技术移交所要做的工作有移交源代码、硬件原理图、Protel电路图、软硬件使用说明书等，这样可以让后续的技术开发人员更快地了解先前项目的设计思路，进一步进行修改。
(4)成果报奖，成果的转化及产业化。成果报奖的范围有国家、省部级奖励；三大奖：自然科学奖、科技发明奖、科技进步奖。科研成果的转化及产业化有利于企业经济效益和社会效益的提高。胡锦涛总书记在视察中科院时强调加强与各创新单元，包括与大学、企业、行业的联合与共建，并努力加强产学研的结合，形成完整、有效的创新价值链。为此，加强科研成果的转化和产业化对我国的经济发展是大有裨益的。
三、结束语
高等学校的首要任务是培育人才，而培育人才的关键之一是科研[5]。做学问必须围绕科研，惟有通过科研工作才能培养科研能力。要尽量让研究生直接参与科研的各个环节或承担项目的子课题，提高他们的科研能力。
提高研究生的科研能力是培养高层次研究生人才的重要环节，有助于研究生分析问题和解决问题能力的提高[6]，使学生不仅拥有丰富的专业知识，而且还拥有细致而又准确的观察能力；精确而又娴熟的操作能力；独创而又敏捷的思维能力；新颖而又大胆的想象能力；深刻而又敏锐的评判能力；简洁而又流畅的表达能力；沉着而又果断的组织决策能力；友善而又谦和的团队结协作能力[7]，为他们成为一名合格的高级人才打下坚实的基础。
[参考文献]
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[3]戴瑜兴，郑善贤.工学类研究生科研选题问题的探讨[J]．实验室研究与探索，2006，(11)：1500-1502．
[4]王景川.应高度重视培育和发展知识产权能力[J].中国经贸导刊，2007，（9）：35．
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硬件设计论文范文第9篇
关键词：硬件描述语言，VerilogHDL，ITL，Tempura
1、引言
几十年前，人们所做的复杂数字逻辑电路及系统的设计规模比较小也比较简单，其中所用到的FPGA或ASIC设计工作往往只能采用厂家提供的专用电路图输入工具来进行。为了满足设计性能指标，工程师往往需要花好几天或更长的时间进行艰苦的手工布线。硕士论文，ITL。工程师还得非常熟悉所选器件的内部结构和外部引线特点，才能达到设计要求。这种低水平的设计方法大大延长了设计周期。
近年来，FPGA 和ASIC 的设计在规模和复杂度方面不断取得进展，而对逻辑电路及系统的设计的时间要求却越来越短。硕士论文，ITL。这些因素促使设计人员采用高水准的设计工具，如：硬件描述语言（Verilog HDL 或VHDL）来进行设计。
然而，Verilog HDL 硬件描述语言缺乏对于电路逻辑关系描述和分析的形式化方法，尤其是缺乏基于时序的逻辑描述。这对于化简和检验正确性都带来了麻烦。而ITL语言描述则提供了另一套基于时序的形式化解决方法，对Verilog HDL 硬件描述语言起到了很好的补充作用。
2、ITL简介
区间时态逻辑(interval Temporal logic，ITL)是一种用于描述离散区间或时段的逻辑系统，它是时态逻辑的一个分支。我们可以把一个区间(interval)看作是一个有限的状态序列;这里的状态就是从所有变量到其值的映射。区间的长度定义为该区间内状态数减 1。因此，只含有一个状态的区间的长度为0。一个区间s0… sn 的长度是n。一个只有单个状态的区间的长度是0。
ITL 的基本表达式和公式的语法如下所示
表达式：
公式：
其中，μ为一个整数值;a 为静态变量(在区间内不改变);A 为状态变量(在区间内
值可变);g 是函数符号;p 为谓词。硕士论文，ITL。下面我们以RS 触发器为例来说明ITL的使用：
一个RS 触发器是一个简单的储存和保持一位数据的记忆单元。两个输入决定了互补的输出和。S（Set）为置一，R（Reset）为置零。
图1 RS 触发器结构图图2 RS 触发器的真值表
按照传统的方法，根据真值表列出输入输出变量的逻辑方程，得到：
Qn+1=S+￢R*Qn
S*R=0
而用 ITL描述可以直接把逻辑关系（动作、谓词）写出来，再化简：
把时间等参数变量考虑进去，我们就可以得到RS触发器的结构方程：
3、Tempura
用ITL 能够方便准确地描述基于时序的数字电路，然而缺乏可执行能力，运算公式不能直接进行计算机仿真和验证。Tempura 则是ITL 强有力的可编程可执行的工具集，大大增强了ITL 的实用性。Tempura 是一种可直接执行的数字电路时序逻辑设计方式，是 ITL 的一个可执行子集。发展到今天，Tempura 已经能够直接在Windows 环境下运行。硕士论文，ITL。只要熟悉ITL 的语句，对照着Tempura 自带的指导工具，使语法公式一一对应就可以进行编程和仿真，十分方便。硕士论文，ITL。
下面我们还是以RS 触发器为例来说明
用VerilogHDL采用门级描述为：
moduleRS_FF(R,S,Q,QB);
input R,S;
output Q,QB;
nor (Q,R,QB);
nor (QB,S,Q);
endmodule
用VerilogHDL采用行为描述为：
moduleRS_FF(R,S,Q,QB);
input R,S;
output Q,QB;
reg Q;
assign QB=~Q;
always@(R or S)
case({R,S})
2'b01:Q<=1;
2'b10:Q<=0;
2'b11:Q<=1'bx;
endcase
endmodule
而根据前文所述的用 ITL描述的RS触发器改写成Tempura 语言，代码如下：
为了检验设计结果，需要输入仿真参量，代码如下：
(S=0) and (R=0)and (Q=0) and (Qbar=0) and
for lis<<1,0>,<0,0>,<0,1>,<1,0>,<0,0>>
do (len(5)and (Sgets l0) and (R gets l1)
)
and
(S,R)latch(Q,Qbar)
仿真结果如下，和真值表一样。
图3 仿真结果
传统的数字电路设计方法繁琐且不严谨，而且往往缺乏时序逻辑的描述能力。针对这个问题，HDL的使用为硬件设计师提供了一个非常好的分析和设计数字硬件的工具，也为沟通软件和硬件提供了一种方法。然而，这些 HDL 一般是为模拟数字硬件的功能而设计，往往比较适用于较低层级的设计。同时传统的HDL 设计方法缺乏对数字硬件推理和证明的机制；对行为描述的能力较弱，缺乏形式设计或验证的支持工具。形式化的设计方法则提供另一种强有力的数字电路描述。在软件工程中，形式方法已经取得一些引人注目的成就。但是在硬件设计领域，形式方法的应用研究和成就仍然在起步阶段。在国内的面向市场的数字电路设计，情况更是这样，形式方法的使用很是有限。ITL 等形式方法（特别是配以成熟高效的可执行工具，如Tempura）， 将有效提高我们描述和设计数字电路。硕士论文，ITL。正如本文开头所说，在硬件设计速度赶不上软件速度的今天，形式方法将给我们带来一种新的突破思路，这在未来的电路设计领域将有广阔的应用和发展空间。
参考文献
[1]Benjamin C. Mosszkowski. ITL HandbookDecember 6, 2007
[2]Antonio Cau. Interval Temporal Logic Anot so short introduction 2009
[3]舒风笛。《面向嵌入式实时软件的需求规约语言及检测方法》，武汉大学，2004
[4]夏宇闻。《Verilog 数字系统设计教程》，2008年，北京：北京航天航空大学出版社。
硬件设计论文范文第10篇
[关键词]硬件课程 教学改革 实践教学课程化
1.计算机专业硬件系列课程教学改革的必要性。计算机硬件知识的教与学对于高校计算机专业的重要性是不言而喻的。上世纪五十到八十年代，我国一些学校的计算机及应用专业基本上是以计算机硬件技术的教育为主，致力于计算机硬件技术专业人才的培养。近年来计算机软、硬件，特别是计算机网络快速、蓬勃地发展，我国计算机专业教育的内容、形式也都发生了很大变化，但在广大学生的学习过程中，不论是学习态度还是学习效果，都普遍出现了“重软轻硬”的倾向，在这种倾向的背后，必然隐藏着硬件课程教与学中存在的一些问题，这无疑对国内高校硬件类课程的教学提出了新的更高的要求；提高学生的综合素质，培养目标由知识型向高素质的复合型人才转变，是大学本科计算机专业教学所面临的又一新课题，在计算机硬件系列课程的教学过程中，如何根据计算机技术的高速发展进行知识的合理优化，采用什么方式更有效的进行课堂教学，如何引导学生学习硬件知识的主动性，如何进一步提高学生硬件动手能力等等，所有这些问题只有通过对计算机专业硬件系列课程进行教学改革，才能得以圆满解决。
2.目前计算机硬件系列课程教学存在的主要问题。
2.1 教材与教学内容陈旧、落后，跟不上计算机科学与技术发展的步伐。一方面，随着计算机硬件技术飞速发展，真正能反映当今世界硬件领域技术的教材太少，教学内容大多较旧，计算机硬件课程未能跟上技术的更新，其相应的实验设备和条件几乎为零；另一方面，计算机硬件知识不直观，最新的硬件知识往往包含许多较复杂的技术，讲述起来抽象、枯燥，学生较难学习和理解，因此许多教师偏向于讲述旧的知识。
2.2 学生中存在“重软轻硬”倾向，硬件动手能力较差。目前计算机教育存在着重软轻硬的倾向。很多学生对硬件课程的了解甚少，认为硬件课程只是学习计算机的内部工作原理，在计算机应用当中无关紧要，认识不到硬件技术在应用方面的重要性，再加上相应的实践环节难以保证，课程考试评价体系中对硬件实践能力的不重视，导致学生在学习中缺乏积极性。
2.3 各门课程内容衔接存在问题，教学效率不高。计算机是一个由硬件和软件组成的庞大的复杂系统，计算机知识有着很强的系统性。而在目前的教学中，硬件课程知识与软件课程知识之间缺乏足够的交叉和互补，学生无法深入理解计算机的基本工作原理及其在软件系统中的作用。另外，在硬件课程之间也缺乏充分的衔接，有些知识点重复或缺失，这些都导致了学生的知识体系不系统、结构不健全。
2.4 缺乏创新能力的培养。目前高校中开设的硬件实验课程大多以验证性实验为主，教师往往提供了实验的所有环节，大部分学生在做实验的过程中，基本上不对实验的实用性进行延伸思维，只按设定好的正确线路、程序、步骤、数据一一照做。这样的实践不利于学生创新思维的培养，成了另一种形式的理论学习通过实验达不到理论与实践相结合的目的，达不到培养学生初步科研能力的要求。
3.关于计算机硬件系列课程教学改革的思路。
3.1 改革教学内容，构建科学的、系统的计算机硬件教学体系。
3.1.1 计算机硬件系列课程教材目前存在的主要问题是知识陈旧、落后跟不上计算机科学与技术的发展步伐，这种现象在基础教材中尤为突出。为适应计算机科学与技术飞跃发展的需要，教材丛书应具有先进性和时代特征。并且每隔一二年做一次小的调整，每隔四五年重新修订出版。教材要紧跟计算机科学与技术的飞速发展是不可能的，况且知识的传授不能受教材的制约，因此，计算机硬件系列课程教学中应注重知识的更新，计算机硬件技术的发展、更新速度是惊人的，这要求教师时刻关注最新发展动态，及时了解本学科的新技术、新趋势，及时调整更新授课内容，使该课程能够反映学科的发展前沿。教师授课时注意知识点的延伸性，即从知识点最早出现的基本原理发展到目前技术状态的过程，这样可以减少学生理解的抽象性，从而提高学生的学习积极性。
3.1.2 在充分分析原计算机专业所开设的《数字逻辑》、《计算机组成原理》、《操作系统》、《汇编语言程序设计》、《计算机接口技术》、《计算机体系结构》、《单片机原理》和《嵌入式操作系统及应用》等硬件课程教学内容和教学时数的基础上，剔除掉不必要和重叠的教学内容或课程，增加新的必须的教学内容或课程，构建出符合现在计算机硬件教学需要的，面向工程应用的课程体系方案和相应的教学内容。如缩减《大学物理》学时，增加((EDA技术》课程，借助EDA技术学生能完成涉及多门硬件类课程的实验，在不同的学习阶段，学生学习了相应的硬件课程后，就可以采用EDA技术，自行设计与本课程相关的实验设计或复杂应用系统设计。将EDA技术的应用贯穿于计算机硬件体系实验教学，使学生调试、验证自己的设计项目成为可能，为学生的自主实验提供广阔的发展空间，学生的自主设计能力和创新意识都得到极大提高，避免了学习的抽象、枯燥，增强学生学习硬件课程的兴趣，提高动手能力，有助于解决学生“重软轻硬”的认识问题。
3.1.3 构建新的硬件课程体系，解决硬件课程之间的衔接问题，提高教学效率。该课程体系由必修课程、选修课程及配套实践三部分组成。必修课包括“组成原理”、“接口技术”、“系统结构”等基础课程。为适应社会需求，在选修课中增加“EDA技术”、“计算机控制技术”、“嵌入式系统”等社会需求较强、实用价值高的应用性课程，同时新开了“模型机设计与组装”、“硬件综合实践”、“嵌入式系统实践”等实践课程，保证课程体系的实用性与先进性。硬件系列课程从体系结构上划分为三个层次：基础层、应用层和提高层，其课程间的关系如图1所示。基础层为“数字电路”与“组成原理”。“数字电路”课程虽然在教学体系上不属于计算机硬件系列课程，但它是计算机硬件系统的技术基础，是必修的前续课：“组成原理”介绍计算机的基本组成和工作原理，解决整机概念；以"EDA技术”的应用为基础，通过“金工电子实习”与“模型机设计与组装”两门实践课程，强化学生的硬件动手能力。在应用层中，通过“接口技术”介绍应用层的接口和相关外设，以“嵌入式系统”等三门实用性强的课程作为选修课，每门课程都配有相应的实验环节，并通过“硬件综合实践”、“嵌入式系统实践”强化学生对基础知识的掌握和综合应用。提高层为“系统结构”及“性能测试与分析”实践课程，通过学习和实践，能够使学生比较全面地掌握计算机系统的基本概念、基本原理、基本结构、基本分析方法、基本设计方法和性能评价方法，并建
立起计算机系统的完整概念。
3.2 改革课堂教学模式和教学方法，提高教学质量。教学实践证明，以课堂理论教学为主，实验教学为辅的培养模式，无法满足计算机硬件系列课程教学的要求，必须改造为以工程应用为目的，以项目驱动案例教学为手段的高效、实用的人才培养模式。教师先讲解相应知识的项目案例，然后设立新项目，由学生去实施和完成。比如《计算机组成原理》课程，可以设立定点运算器、时序发生器及时序分析、计数器设计、微程序控制器设计等一系列项目，采用“课外为主、课内为辅”的方式，即学生领取任务后，通过课余时间进行资料查阅、讨论、设计和实验，以及完成项目保报告书等；然后使用课内少量学时，由教师进行引导，选取部分学生报告项目完成情况，进行简短答辩和讨论。该方式既不影响课堂教学内容和教学进程，又能使学生充分利用业余时间积极、主动地学习，同时，课堂上的适当讨论也能活跃课堂气氛。通过这种项目案例教学模式可以有效地锻炼学生的自主性，提高学生学习的积极性和效率。
3.3 建立实践教学课程化的教学模式，保证硬件设计的连续性。计算机软、硬件设计能力是计算机专业本科必须具备的能力，在一般高校，很多只是注重了软件的设计能力培养，在软件类课程的开设中，保证软件设计的四年不断线，而硬件设计却很难保证。因此，在硬件课程实践教学的安排上也要保证设计不断线，使学生能真正理解计算机结构的系统性并能进行相关的设计。
我们的改革措施是去除与单一理论课程对应的课程设计等实践环节，理论课程内只保留最基本的实验，达到帮助学生理解基本理论的目的，其他实践教学内容进行系统性整合，按照学期单独设课，形成完整的实践教学系统。
3.4 建立科研导师制度。为学有余力的学生，提供一个学习和培养技术特长的机会。由硬件应用系统开发经验丰富并申请有科研课题或技术服务项目的教师担任导师，吸收对该课题有兴趣和能力的学生参加并共同完成，同时负责学生的学习规划制定和在课外直接指导学生的创新性实验、产品制作、参加电子竞赛、软件制作大赛和挑战杯比赛等。学院为特长生提供学习环境和机会，学生通过参加课题来提高自己的实践能力和工作经验，培养其浓厚的学习兴趣和学习主动性。
3.5 改革考试、考查方式。考试方法改革突破了单一的理论知识考核和传统的闭卷考试方式，实现对学生的综合能力和实训过程考核。具体要求为加大平时考核比重；注重实践操作考核；考试方法的改革将促进学生学习的自觉性和主动性。
4.结束语。对计算机硬件课程教学改革，笔者在实践中作了初步的尝试，对推进课堂教学建设，改革课程教学体系，改进教学方法，培养学生的创新精神和实践能力，提高课程的整体教学水平和教学质量起了一定的推动作用。
参考文献
1 宋人杰等，计算机专业硬件系列课程教学改革探讨[J]，东北电力大学学报，2007(5)
硬件设计论文范文第11篇
【关键词】单片机 理论与实验 课程设计 协同教学
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）31-0243-01
引言
单片机理论、实验和课程设计相关课程体系是各高等院校电子电气信息类工科专业基础专业课程设置的重要组成部分，为大学生深入学习掌握单片机的基本原理，设计方法，实践应用等打下基础。大多数理工科高校开设这些课程，对学生进行综合培养。对于单片机的理论与实践教学，既可以选择汇编语言，也可以选择C语言进行。在高校的实际教学工作中，大多数老师是选择汇编语言进行教学的，因为从汇编语言入手能更好的掌握单片机的硬件资源使用原理等，也有部分老师是直接使用C语言进行教学，认为汇编语言编程过于繁琐，而C语言编程能够在将来的实践工作中得到更好的应用。本文通过总结作者多年来在单片机相关课程教学积累的经验和教学研究心得，以51单片机理论、实验和课程设计教学为例，对如何在使用不同编程语言进行繁琐和复杂的教学中使学生更好地掌握单片机知识体系进行了探讨。
1.单片机理论教学
1.1 汇编语言理论教学
单片机是一个把中央处理器CPU、数据存储器RAM、程序存储器ROM、并行IO接口、串行IO接口、定时器计数器、时钟振荡电路等集成在一起的控制芯片，硬件资源简单且丰富，也易于扩展电路，所以单片机的学习侧重点首先在于掌握硬件资源使用方法。因为汇编语言实际上是CPU能够识别的机器码的助记符，从汇编语言入手开始教学，能够使学生更好地掌握单片机的硬件资源使用原理。使用汇编语言编程可以很方便地对单片机存储器地址直接进行存取操作，也能很方便地对存储器地址进行整体安排分配，前提是对单片机硬件资源非常熟悉，能够灵活调用。比如指令MOV、MOVC和MOVX可以分别访问单片机内部的数据存储器、程序存储器和外部扩展的数据存储器。汇编编程的缺点在于进行算术运算和逻辑判断跳转等比较繁琐。
1.2 C语言理论教学
国内的单片机C语言程序设计教程多数的编排都会在前面开始的章节介绍单片机硬件资源以及汇编语言指令系统，然后以更大篇幅讲述C语言程序设计语法和针对硬件资源的编程。针对单片机的C语言程序设计语法与计算机C语言高级程序设计编程语法基本一致，而针对硬件资源的指令又类似于汇编语言指令系统，所以应该可以说单片机C语言程序设计是计算机C语言高级程序设计和汇编语言指令结合体。要掌握好C语言编程依然要对于单片机的硬件资源理解透彻并能灵活调用。但是C语言针对硬件资源的指令与汇编语言指令比较起来却不如汇编那么直观，也不如汇编指令那样更加有助于单片机硬件体系结构的理解。
为了使初学者能够更好地理解单片机硬件体系结构，掌握硬件资源的调用，选择汇编语言进行教学显然是更加合适的。
2.单片机实验教学
单片机作为电子电气信息类专业的一门专业基础核心课程，比某些专业基础课程如电路原理、数字电子技术、模拟电子技术等更加注重编程实践的练习。单片机实验课程一般都是配套安排在单片机理论课程的下半学期，这样能够更加有助于理论的理解和掌握。作为理论课程的配套课程，单片机实验课程在教学上必须与理论课程保持一致性，选择汇编语言进行实验教学就是必然和最好的选择。
在实验设备的选择上，学院实验室早期购置过星研单片机Star ES51实验箱，后来又购置了大批光佑STC开发板，可以两者选其一。
早期的单片机实验都是集中在实验室进行，两人共用一台实验箱，通过连线和读写配套程序仿真运行来进行实验。这样的实验有一些明显的不足，比如配套程序调用了很多键盘显示的子程序，而这些子程序没有直接给出来，实验箱的很多硬件电路连接也没有给出详细原理图，所以造成了实验结束后多数学生也是对实验原理和编程似懂非懂的结果。
有了STC开发板后，每个学生可以分配一块开发板，各自进行单片机的编程仿真实验，还可以将开发板带回宿舍课后继续练习，实验可以更方便地进行。实验开发板的原理图清晰，例子程序丰富，通过读写配套例程可以较好的掌握单片机的基本原理。
显然使用汇编语言选择STC开发板进行单片机实验是实验教学的最好安排。实验课程的要求注重于单片机基础知识的掌握和硬件资源的调用。
3.单片机课程设计教学
单片机课程设计的安排是为了进一步提高学生的实践能力，所以课程设计的教学就不再局限于基本原理的掌握，而是必须达到更高程度的实践效果。汇编语言编程有利于对基础知识的理解和单片机硬件资源的掌握，却不利于复杂逻辑的处理。所以在学生已经基本掌握了基础理论的情况下，课程设计选择C语言编程，可以让学生更加方便的进行复杂程序的编写。
单片机课程设计实践项目内容的安排上，必须注重单片机内部和外部硬件资源的综合调用，以便完成具有实际意义的综合程序的编写。课程设计实践项目安排了可以综合调用单片机I/O口资源进行键盘扫描数码管显示以及中断处理的实现计算器功能的程序编写，和能够使用I2C总线进行通讯的AD/DA处理的程序编写。这两种程序的综合度和复杂度都远远大于单片机实验题目的要求。从实践结果来看，通过这种综合性复杂程序的编写练习，能够大大提高学生的开发设计实际项目的动手实践能力。
结束语
在我国大力实行人才战略强调人才培养的大环境下，本文作者所在高校也响应国家号召加强本科生培养，实施卓越工程教育，取得了积极可喜的成绩。本文积极探索和提高单片机理论实验课程设计协同教学的方法，取得了长足的进步和发展，也得到了学生的高度认同。以此方法培养出来的本科生在参加全国大学生电子设计竞赛的过程中也取得了骄人的成绩。本文作者经验和方法也可以为兄弟院校相关专业的教学提供参考和借鉴。
参考文献：
[1]李朝青.单片机原理及接口技术（第4版），北京航空航天大学出版社，2013.7
[2]郭天祥.新概念51单片机C语言教程――入门、提高、开发、拓展， 电子工业出版社，2009.1
[3]彭伟.单片机C语言程序设计实训100例――基于8051+Proteus仿真（第2版）， 电子工业出版社，2012.10
硬件设计论文范文第12篇
关键词：嵌入式系统；人才培养目标；计算机本科专业；课程体系
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-9599(2011)23-0000-01
Curriculum Study for Computer Undergraduate Embedded System
Li Biyun,Shi Junping,Li Zongshou
(College of Information Science&Engineering,Jishou University,Jishou 416000,China)
Abstract:For the lag teaching and training in higher education embedded system,this article analyzes the development characteristics of the embedded system,identify curriculum thinking and personnel training objectives of building embedded systems of major computer science in colleges,a new curriculum system with theory and practice of the embedded system is proposed based on the courses of major in computer.
Keywords:Embedded system;Talents training objective;Computer undergraduate;
Curriculum system
一、引言
嵌入式系统是指以应用为核心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗严格要求的专用计算机系统。它由包括微处理器、定时器、微控制器、存储器、传感器等一系列微电子芯片与器件，和嵌入在存储器中的微型操作系统、控制应用软件组成，共同实现诸如实时控制、监视、管理、移动计算、数据处理等各种自动化处理任务。嵌入式系统以应用为中心，以微电子技术、控制技术、计算机技术和通讯技术为基础，强调硬件软件的协同性与整合性，软件与硬件可剪裁，以满足系统对功能、成本、体积和功耗等要求[1]。
嵌入式系统已被广泛地应用于工业控制系统、信息家电、通信设备、医疗仪器、智能仪器仪表等众多领域，如手机、PDA、MP3、手持设备、智能电话、机顶盒等，可以说嵌入式技术无处不在。由于社会对掌握嵌入式技术人才的大量需求，使嵌入式软硬件工程师成为未来几年最为热门的职业之一。
目前，随着嵌入式技术越来越热，国内越来越多的高校陆续开设了相关课程，并建立了嵌入式实验室。但是通过各种渠道反映出，很多高校嵌入式课程开设的情况不理想，很多学校建立了优良的嵌入式实验室，却很难达到理想的授课效果。归结其原因主要有两点：一、没有完善的课程体系；二、需要合适的师资力量。吉首大学作为一所办在民族地区的省属高校，其办学宗旨之一就是为地方经济建设服务。吉首大学计算机系一直就是秉承此种宗旨来发展和培养应用型人才的。从目前的嵌入式系统技术发展趋势来看，计算机专业本科教学不仅要面向计算机软硬件系统，更应与嵌入式系统方向相结合，与人才培养模式和人才需求相结合进行适时调整，从理论及实践课程体系、师资能力到人才培养模式进行整体规划，以适应当前应用广泛的嵌入式系统人才需要。
二、计算机本科专业嵌入式方向的人才培养目标
按照嵌入式技术及其密切相关的电子信息产业目前及未来的发展需求，培养与我国社会主义现代化建设要求相适应的，在德、智、体、美等方面全面发展，掌握计算机科学与技术基本理论、基本知识和基本技能，具有深厚嵌入式理论基础、能从事嵌入式系统设计与开发、集成电路设计与应用、无线通信等实际工作，具有良好的政治素养、文化科学素养、较强的学习能力、实践能力和创新意识和综合解决实际问题能力的高级应用型人才。嵌入式系统方向重点培养学生嵌入式系统软件工程实践能力，包括软件工程及各种嵌入式系统开发技术、调试和测试工具[2]，毕业后学生将具备嵌入式系统软件开发能力，有能力适应巨大的嵌入式系统产品市场需求，成为嵌入式系统产品企业所急需的掌握嵌入式系统软件技术的人才。
毕业生具有的知识、素质、能力包括：1.具有良好的思想道德素养和团结协作的精神，熟悉计算机方面的有关法规，遵纪守法，善于合作，勇于创新。掌握较丰富的科学文化知识、较扎实的计算机学科基础知识、系统的专业基础知识和基本技能，了解计算机专业的发展趋势和新进展。2.具有较强的学习能力和实践能力，能够熟练地运用多种方法获取知识、理解知识、掌握知识，能够综合性地提出问题、分析问题和解决问题；具有较强的计算机综合应用能力和一定的科学研究能力。3.掌握嵌入式系统开发的理论和基本方法，具有嵌入式系统软硬件的设计、开发、调试及维护的基本能力。具体掌握一种嵌入式操作系统，具有在该操作系统环境下设计、编程及开发的能力。兼具软件及硬件的协调开发能力。4.具有良好的语言表达和书面表达的能力，适应现代社会的交往沟通方式，具有较强的集体合作和组织协调的意识与能力。5.熟练掌握一门外语,并能顺利阅读本专业的外文书刊，了解文献检索、资料查询的基本方法。能够较熟练地使用英语从事嵌入式方向的研究与开发。
三、计算机本科专业嵌入式系统方向课程体系建设思路
嵌入式系统作为一个完整的智能电子系统，需要掌握有关电子和计算机等相关领域的硬、软件综合知识。一般而言，自动化、测控和电子类的学生电子设计的基础较好，程序设计偏弱；而计算机类的学生程序设计基础好，电子设计能力偏弱。计算机本科专业嵌入式系统方向课程体系的建设和规划，应从以下几方面结合进行。
（一）计算机本科专业课程与嵌入式系统方向相结合
嵌入式系统是将先进的计算机技术以及电子技术与各个行业的具体应用相结合的产物。嵌入式系统的应用范围可以粗略分为两大类：电子系统的智能化(工业控制、现代农业、家用电器、汽车电子、测控系统、数据采集等)，计算机应用的延伸(MP3、手机、通信、网络、计算机设备等)。从这些应用可以看出，要完成一个以MCU为核心的嵌入式系统应用产品设计，需要硬件、软件及行业领域相关知识。硬件主要有MCU的硬件最小系统、输入／输出电路、人机接口设计。软件设计有固化软件的设计，也可能含PC机软件的设计，这些有关嵌入式系统的硬、软件设计和测试也是计算机系统的组成部分之一，嵌入式系统知识体系最主要的三大技术仍然是计算机体系结构、计算机操作系统和计算机网络，嵌入式系统方向的课程设置应与这些计算机本科专业课程相结合，在计算机相关软硬件知识基础进一步拓展设计和应用知识。
（二）与嵌入式系统自身特点相结合
嵌入式系统以计算机、电子技术为基础，但嵌入式系统也有其自身的特点。按照层次结构看待嵌入式系统，嵌入式系统分为4层：硬件层、驱动层、操作系统层和应用层，不能片面地从“电子”或“计算机软件”角度认识嵌入式系统，嵌入式系统软件硬件密切相关，软硬件协同设计已经成为电子系统级工具和方法的主要应用，是软件与硬件的综合体，没有对硬件的理解就不可能写好嵌入式软件，同没有对软件的理解也不可能设计好嵌入式硬件。软硬件相结合进行课程设置是嵌入式系统的特点要求之一[3]。嵌入式系统设计也是一门实践性非常强的课程,作为以应用为中心的课程，实践教学是嵌入式系统教学的关键，要求理论与实践并重，为将学生的操作能力、分析能力、工程设计能力与应用实践结合起来，引导学生由浅入深地掌握嵌入式系统设计的理论与技术，嵌入式系统方向课程设置应以培养实践动手能力为核心。
（三）与市场、企业需求相结合
高校计算机专业嵌入式方向从需求的角度，总体培养目标是培养人才市场紧缺，企业需求量大，就业率高的软硬结合的复合型嵌入式开发工程师。嵌入式系统人才的培养应与社会需求相接轨，充分培养学生技能水平与职业素养，使学生能够达到企业实际岗位的用人标准，满足企业应用需求，缩短企业二次岗前培训，成为具有完备的专业知识和技术能力的应用型人才。
四、嵌入式方向课程体系基本内容
要完成一个嵌入式系统应用产品设计，需要硬件、软件及行业领域相关知识与实践训练，嵌入式方向人才培养的定位为应用型技术人才，综合计算机本科专业嵌入式系统方向课程体系建设的三个结合点，制定一套培养应用型人才为目标的课程体系[4]。
（一）理论课程体系
计算机科学与技术专业课程包括电路与模拟电子技术、数字逻辑电路、汇编语言程序设计、计算机组成原理、计算机体系结构、微机原理与接口技术等硬件课程；C语言程序设计、离散数学、数据结构与算法、面向对象程序设计（Java和C++）、软件工程等软件课程；操作系统原理、计算机网络、数据库原理等专业核心课程，这些课程也应该为嵌入式方向的支撑课程群。操作系统考虑嵌入式方向课程设置，应增加Linux操作系统的实训内容。
在这些计算机专业课程基础上，删减原来与嵌入式方向联系不大，相对独立的若干专业课程，适当增大嵌入式系统应用技术方向课程比例，构成计算机专业嵌入式方向理论课程体系。基础课程中增加嵌入式系统概论，硬件层面上增加可编程逻辑器件及描述语言FPGA/VHDL、嵌入式处理器体系结构。软件层面上增设Linux下C语言编程、嵌入式Linux驱动开发、嵌入式实时操作系统、嵌入式应用程序开发；嵌入式系统级别上考虑软硬结合增设嵌入式系统设计课程，考虑嵌入式发展方向，增设WinCE设计与开发、嵌入式软件测试技术课程。
（二）实践课程体系
嵌入式系统是面向应用的，实践是整个嵌入式系统课程体系中最重要的环节，其目标是培养学生实际的嵌入式软硬件设计能力。在嵌入式课程实践中，采用多层次专业实践与培训认证相结合的实践体系。专业实践包括课内实验、课程设计、综合项目实践、毕业实习与毕业设计，课内实验学时占每门课总学时数比例不低于30%，课程设计包括软硬件和应用系统开发等课程，综合项目实践以项目团队的形式使学生得到团队协作的训练，毕业实习以校企合作、实习基地形式进行。课内实验和课程设计可使学生课程理论知识得到巩固提高，综合项目实践则培养学生阶段性综合性实践能力，毕业实习和毕业设计可培养学生综合分析设计的应用能力。目前，在嵌入式专业领域内的知名厂商及相关认证也越来越为更多的大学毕业生及在职工程师所关注，在实践教学中，引入国际和国内嵌入式认证的培训内容和知识更新体系，增加实践动手能力，积累项目开发经验，增加就业竞争力。
五、结束语
在IEEE计算机协会和ACM共同制定的2004版计算机类课程体系中，嵌入式系统已经被列为核心课程之一。嵌入式系统课程群建设是一项长期、艰难的任务，新知识更新速度明显快于传统学科，计算机本科专业嵌入式系统方向课程体系的规划与建设，需要明确人才培养目标和建设思路，并在计算机专业课程基础上进行，既重视融合学科的基础知识积累，又强调实践性，使嵌入式系统的教学紧随嵌入式技术的发展。
参考文献：
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[4]杨立林.从企业招聘需求看嵌入式系统教学课程体系设置[J].中国电力教育,2011(22):69-70
[作者简介]
硬件设计论文范文第13篇
关键词：计算机硬件 设计安全 策略分析
中图分类号：TP309 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）04-0000-00
当下我国计算机软件相关技术发展迅速，但是计算机硬件的发展却相对滞后，尤其是在硬件设计安全方面存在的问题还是比较多的。只要保证计算机硬件的设计安全，就能加快计算机硬件的发展速度，尽快与软件发展齐步。
1 计算机硬件安全的概述
计算机硬件安全的关键点是实现计算机内部的信息安全，而信息安全主要是保密、实用和集成三个方位建成的一个安全体系。做好信息安全，就是需要引导用户掌握使用产品的方法，进而保证计算机系统的信息安全。从计算机硬件安全的发展史来看，计算机硬件安全是以集成电路为主的集芯片设计、电路设计和工程技术设计于一体的安全系统。常采用的应用和技术主要有数据中心、通信系统和传感器网络等。
2 计算机硬件的设计安全现状分析
2.1 计算机硬件的设计安全发展现状
计算机硬件通常是指构成计算机系统的各类电子和机械以及电元件组成的物理部件。计算机硬件的安全问题大体上有三类，问题源也相应的有三类：输入设备、储存介质和输出设备。输入设备带来的安全问题具体有输入信息数据造成的安全问题和输入时非法操作两种情况。前者主要是指输入的信息数据可能有木马病毒等，引起本身计算机系统内的信息数据的风险系数增大；后者主要会引起计算机的数据信息遭到破坏等问题。储存介质带来的安全问题主要是指计算机的储存介质本身不能对计算机内部的数据信息形成安全保护层，对暴力破坏和非法拷贝等不合法操作没有抵抗力。输出设备带来的安全问题主要是存在一部分的输出设备具备记忆功能，会对计算机内数据信息或操作动作进行复制，给计算机系统带来较大的风险。总之，计算机硬件的设计安全现状还是较为严峻的，有较多问题亟待解决。
2.2 计算机硬件的设计安全分析
计算机硬件安全绝大部分取决于硬件的设计，多样设计是当下提升计算机硬件安全性能的主要手段，主要用来降低成本减少能量损耗。此外，工程变异中的CMOS技术和离子技术也广泛应用到提升计算机硬件的安全上，解决芯片老化等问题。但是这些都无法检测木马病毒。目前的硬件安全设计主要是以处理硬件木马为主的。硬件木马主要攻击原始芯片，对其进行修改恶意破坏行为。同时，不可复制技术也提高了计算机硬件的安全系数。总之，计算机硬件在设计阶段的安全性设计决定了计算机在以后运行时的硬件安全性。
3 计算机硬件设计安全的策略分析
3.1 做好内置安全确认工作
内置安全确认，主要是在计算机芯片的测试和制造过程中运用PUF（Physical Unclonable Functions）技术和EPIC（Ending Piracy of Integrated Circuits）技术通过电路设计方式来保护硬件IP。计算机硬件内置保护的流程工作大体如下：原始设计好的IC在IC制造厂采用PUF技术后得到芯片变异了的PUF ID，经过EDA工具编译后得到物理版图，先前得到的PUF ID与加密后的IC数据信息合成得到校验密钥，接着可以在IC的物理版图中预先选择关键区域，将校验密钥加密后的验证模块附加在原始设计好生成保护的IC版图，最终用于IC产品制造。这样在充分了解内置保护工作之后，相关的工作人员可以做好确认内置安全工作，保证计算机硬件的设计安全性。
3.2 检测外置辅助安全
目前外置辅助安全的监测工作主要采用RAS技术进行，依靠可信的密钥管理部产生公开密钥和私用密钥。公开密钥主要是加密芯片的数据信息并将其集成储存到标签电路中，私用密钥主要储存在密钥储存器里，而密钥储存器主要用于外置辅助安全的检测。此外，安全验证芯片也是用于检测外置辅助安全的。检测时，密钥储存器主要经RFID读取芯片上集成的标签电路的数据信息，进而通过安全验证芯片的检测来检测芯片。
3.3 在计算机硬件研发中注重安全设计
在计算机硬件的安全设计过程中，不单单要注意技术层面的保护检测，更要注意其他方面的问题，比如设计理念、工作侧重点和设计人员等。在计算机硬件的研发进行时，质量和性能得到保障的前提下需要注意加强设计研发人员对计算机硬件的认识，加强对计算机硬件安全性能的注重，从内置和外置入手，做好安全设计，形成计算机硬件安全性评估机制，做好对硬件安全性能的评估，同时从输入、存储和输出设备三个方面进行评估，及时发现安全风险解决隐患。
3.4 在计算机硬件设计安全中注重创新技术
计算机硬件的安全设计之所以会出现较多的问题，是由于计算机硬件的安全设计技术发展滞后，适应不了时代的发展。因此，需要注重创新技术，完善并发展现有计算机硬件的安全设计技术，结合实际情况和实践经验，及时完善不足之处。同时，建立起完整的计算机硬件安全技术系统，做好计算机硬件各部分的有机结合，加强各技术的协助。此外，还需要开展新型的计算机硬件安全技术，可以将微生物理论、光学理论和量子理论应用到计算机硬件安全技术中，这样才能实现计算机硬件安全性能的快速提升。
4 结语
综上所述，计算机硬件的种类较多，存在着较大的差异，需要根据各自的安全问题采取适当的解决策略、因此，在计算机硬件的安全设计中，需要在技术层面上确认好内置安全和检测好外置辅助安全，同时注重形成安全保护的设计理念，研发工作侧重安全保护，创新计算机硬件的安全设计技术，最终高效促进计算机硬件的安全性能提高。
参考文献
[1]王科超.计算机硬件的设计安全探究[J].山东工业技术，2015，（8）：135-136.
[2]刘亮.计算机硬件设计安全问题分析[J].黑龙江科技信息，2015，（17）：157.
[3]潘晓伟.改进的铁路信号安全计算机硬件结构设计[J].电脑知识与技术，2015，11（3）：232-233.
硬件设计论文范文第14篇
【关键词】数字信号处理 DSP Builder 教学实践环节
【基金项目】论文由“上海理工大学‘精品本科’系列研究项目”专项资助。
【中图分类号】G642.0 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）35-0231-01
数字信号处理是一门的重要专业基础课，由于理论性很强、比较抽象，对于听课的学生和授课的教师均是一个难点。为了能让学生深入的体会和学好数字信号处理的理论知识，教学实践环节是必不可少的。
1.数字信号处理教学实践环节的现状
目前在数字信号处理课程的教学实践环节中，较为普遍的是采用MathWorks公司的数学分析软件Matlab，学生通过Matlab软件编程对数字信号处理的理论知识进行仿真和验证，这种通过纯粹软件编程进行仿真验证的实践方法仍然是比较抽象的，不利于学生对所学知识的深入理解，也不利于理论联系实践。
国内一些高校开始采用Matlab编程与可编程逻辑器件相结合的方法来进行该课程的实践教学，这种将软、硬件平台相结合的方法是一个很好的尝试，但它需要学生在熟悉可编程逻辑器件的基础上，熟练进行硬件描述语言（HDL，hardware description language）的编程，这样就容易使学生在掌握软件使用和熟悉硬件平台等方面花费过多的时间，从而忽视了对数字信号处理课程本身一些重要理论和概念的理解与掌握，达不到教学实践目的。因此，需要对本课程教学实践的方法进行探索和改革。
2.教学实践方法的改革
2.1教学实践方法的思路探索
需要找到一种简单易行的方法，使得数字信号处理的理论算法可以在硬件上得以实现，并且可以通过嵌入式测量软件（如：QuartusII中的SignalTapII Logic Analyzer）对信号的处理结果进行实时在线观测，那么学生必然会对所学的理论知识能有更生动的体会和更深刻的理解，增强学生的学习兴趣，提高学生理论联系实践的能力。
鉴于学生在前期课程中已学习过可编程逻辑器件FPGA的相关知识，而FPGA是一种实现数字信号处理的通用硬件器件，如果能够通过一种简单的操作将数字信号处理的理论算法在FPGA器件中得以直接实现，那么就能起到事半功倍的学习效果。
2.2 DSP Builder工具软件的特点
在数字信号处理中Matlab是用作算法开发和仿真的软件，而DSP Builder通过Matlab中的Simulink模块将Matlab的算法开发和仿真与硬件描述语言（HDL）的综合、仿真和Altera开发工具整合在一起，实现了这些工具软件的集成，从而使学生在进行系统级设计、算法设计和硬件设计时共享同一个开发平台，并且不需要过多关注硬件设计方面的知识和硬件描述语言的编程，同时，DSP Builder是作为Matlab中Simulink模块的一个工具箱出现[1]，使得学生可以通过Simulink图形界面调用DSP Builder工具箱中的提供Altera知识产权核（IP core， intellectual propert core）MegaCore进行DSP系统设计，因此学生只需要掌握Simulink的使用即可，并不需要花过多的精力熟悉DSP Builder的使用。
2.3 DSP Builder应用于教学实践
应用DSP Builder在教学实践中进行基于FPGA的DSP系统开发，整个设计流程是基于Matlab的Simulink模块，DSP Builder和QuartusII的，包括从系统描述到硬件实现都可以在一个完整的设计环境中完成，构成了一个自顶向下的设计流程。它主要分为以下几步[2， 3]：
（1）利用Simulink模块、DSP Builder模块以及IP核模块Matlab的Simulink模块中对DSP系统进行建模，只需双击系统中的模块就可以对该模块进行参数设置，同时可以基于Simulink平台仿真验证所搭建DSP系统的功能。
（2）利用DSP Builder具箱中的Signal Compiler模块，将Simulink模块文件（.mdl）转换成RTL级的VHDL硬件描述语言代码描述以及用于综合、仿真、编译的TCL脚本。
（3）在得到VHDL文件后，设计者仍然可以通过Signal Com？鄄piler自动调用综合工具和编译工具。目前DSP Builder自动流程中支持的综合器有QuartusII， Synplify和Leonardo Spectrum。综合后产生的网表文件送到QuartusII中进行编译优化，最后生成编程文件和仿真文件，即利用生成的POF和SOF配置文件对目标器件进行编程配置和硬件实现，同时生成可分别用于QuartusII的门级仿真文件和Modelsim的VHDL时序仿真文件以及配套的VHDL仿真激励文件，可用于实时测试DSP系统的工作性能。另外，设计者也可以在Simulink外手动调用其他C合工具和编译工具。
（4）针对第二步中生成的VHDL，利用自动生成的Modelsim的TCL脚本和仿真激励文件所做的仿真为功能仿真，而当由QuartusII编译后生成的VHDL仿真激励文件和Modelsim的TCL脚本进行的仿真为时序仿真。
（5）最后将QuartusII生成的配置文件下载到目标器件中，形成DSP硬件系统。
2.4教学实践的实施步骤
（1）教授学生使用DSP Builder进行基于FPGA的DSP系统开发的过程。
（2）设计出利用DSP Builder进行数字信号处理教学实践的典型题目。
（3）让学生将Matlab中编写的数字信号处理算法，直接在FPGA器件中得以实现。
（4）对信号的处理结果进行实时测试，解决数字信号处理中的实际问题，切实做到理论联系实践。
3.教学实践的效果
在数字信号处理的教学实践中，应用DSP Builder在FPGA器件上实现数字信号处理的算法，使学生在设计过程中摆脱了繁琐的具体硬件设计，将更多的精力关注在数字信号处理算法设计的实现上，对所学数字信号处理的理论知识能有一个更生动的体会和更深刻的理解，增强学生的学习兴趣，提高学生理论联系实践的能力，取得了良好的教学效果。
参考文献：
[1]杨守良. Matlab/simulink在FPGA设计中的应用[J]. 微计算机信息，2005（8）：[98].
硬件设计论文范文第15篇
关键词：硬件技术基础 课程整合 教学方法 考核方法 教材建设
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）06（c）-0141-02
对计算机偏软专业而言，在教学培养目标方面，掌握必要的计算机硬件基础知识非常重要，能促进培养全面发展的、具有扎实功底的系统设计和开发的高级人才，但具体开设哪些硬件课程？在本科的哪些阶段开设？学生需要掌握哪些硬件知识？掌握到什么程度？具备哪些硬件实践能力？这些问题都是培养方案中需要切实解决的、非常重要的问题。
《计算机硬件技术基础》是我院软件工程、网络工程、信息安全等专业必修的一门专业基础课程，其目的是对于计算机偏软专业如软件工程、信息安全等只需要通过一门计算机课程精炼的学习，就能够掌握必备的计算机基本的硬件知识，从而培养具有扎实硬件基础的 高级设计开发人员。
该文通过该课程的定位分析，围绕课程体系、教学内容、教学方法、实践教学、考核方法等方面对该课程的教学改革进行了一系列的探索和实践。
1 课程的定位
本课程定位在大专院校计算机偏软专业如软件工程专业、软件学院各专业、网络工程专业、信息安全专业等对计算机硬件基础需要有一定了解，同时也无需安排多学时、多门课程的教学要求，以《计算机组成原理》课程教学大纲为主线，涵盖数字逻辑与设计、微型计算机与接口技术和计算机系统结构等相关硬件课程的内容并进行有机的衔接，达到一门课程完成对计算机硬件系统涉及内容讲解的目标。课程围绕如何理解和构建一台简单的计算机硬件系统为目标，全面而系统地讲解计算机组成的工作原理，同时以最具代表性的Intel 8086为背景，简要讲述微处理器及常用的接口电路的原理，并从计算机系统结构的角度讲述了提高计算机系统性能的各种方法和技术[1]。
目前，这门课程安排在大一的下学期开设，先导课为《计算机导论》，共80课时，除了理论教学和实验教学之外，还安排了一周的课程设计。
2 课程改革的具体措施
2.1 重视课程内容的建设，突出应用性
《计算机硬件技术基础》课程涉及的知识点非常多，且内容比较抽象、枯燥，难以理解。内容主要涉及到《数字电路》《计算机组成原理》《微机原理及应用》《计算机系统结构》等四门课程的相关内容，通过调整教学大纲，减少重复度，把上述四门课程整合为一门课程《计算机硬件技术基础》[2]，从而通过一门课程的学习，就能覆盖计算机偏软专业所需掌握的硬件知识；同时对教学内容进行优化和调整，精炼教学内容，突出重点，以注重能力培养为目标，重点讲述计算机组成的工作原理，并强调微机原理及接口技术的应用。另外，增加目前广泛使用的32位机的硬件技术，确保教学内容与时俱进，激发学生的学习兴趣。
2.2 改善教学手段、改革教学方法
不断改革教学方法和教学手段，改变传统的灌输式教学模式，根据教学内容，提倡启发式、讨论式教学方式，在教学过程中，注意学生学习能力的个体化差异，注重因材施教。另外，在课程教学中积极探索研究性教学方法，改变传统教学以教师为主的现象，体现以学生为主导，激发学生的学习兴趣，提高学生自主式、探究式学习能力。
2.3 加强实践教学、提升动手能力
该课程的实践教学环节除了实验教学之外，还安排了一周的课程设计。在实验教学环节，改革实验教学内容与体系，不断更新实验项目、实验内容；在课程设计环节，突出综合性、应用性，不断提高学生的动手能力、实践能力。
2.4 改革考核方法、实行“教考分离”
改革传统考试中的“谁任教，谁出卷”的考核方法，课程组通过多次研讨，规范课程的教学大纲、重点、难点，建立《计算机硬件技术基础》试题数据库，并每年更新10%的试题，每次考试前根据题型、知识点、难度等从试题库中抽题组卷，从而对课程实行“教考分离”，避免了任课教师不同，试卷的要求和难度不同的情况。课程考核后，课程组还需进一步对试卷进行分析和对课程进行考试后的总结，并以此促进下一轮课程教学质量的提高。
2.5 依托网络教学平台、丰富网络教学资源
在课程建设的同时，不断加强网络教学平台的建设，制作了多媒体课件，并逐步完成课堂教学视频的制作。依托扬州大学网络教学平台，本课程的教学资源如教学大纲、教案、课件、教学视频、实验指导、习题等全部上网，并设置了疑难解答[3]。通过网络教学平台，弥补了课堂教学受时间、空间控制的不足，方便了师生间的交流，提高了教学效果。另外，制定了网络教学资源更新计划，更新比例要求每年不低于10%。
2.6 强化师资队伍的建设、不断提高教学水平
结构合理的师资队伍是课程建设的关键，是合格人才培养的基础和保证。通过成立《计算机硬件技术基础》课程组，建立了一支由教学水平高、工程能力强的、教授领衔的，副教授、讲师等教师组成、老中青搭配的硬件教学团队[4]，保证了课程建设的连贯性。课程组注重培养骨干教师，尤其加强对青年主讲教师的培养，积极鼓励青年教师参加各类学术会议和培训，通过老教师指导、课程组研讨、督导听课、学生反馈等手段不断提升教师的教学水平，同时鼓励青年教师积极参与企业工程项目，提高工程实践能力，以实践促进教学。
3 成效
近几年来，课程组对《计算机硬件技术基础》课程不断进行深入的改革与探索，在课程建设方面开展了一系列工作，取得了以下成效。
3.1 整合教学内容、优化课程体系
针对计算机偏软专业的培养要求，课程组通过多次研讨，对该专业所需掌握的硬件知识进行归纳、整理，并重新制定了教学大纲。在课程的内容方面，围绕“硬件”这条线，整合了《数字电路》《计算机组成原理》《微机原理及应用》《计算机系统结构》等四门课程的相关内容，减少了重复度，突出了重点，突出了应用性，同时在教学中穿插介绍当前最新的计算机知识点，确保教学内容与时俱进。
3.2 构建了多层次的实践教学体系
本课程实践性、应用性比较强，为加强课程的实践教学，构建了课程实验、课程设计等多层次的实践教学体系。在实验环节，主要完成数字逻辑实验、计算机部件实验、微机接口等方面实验，为提升学生的动手能力，在实验项目设计方面，既有简单的验证性实验，又有一定难度的设计性实验和综合性实验，通过实验难度的不断提高，循序渐进地培养学生的思考能力、创新能力。在课程设计环节，突出应用性，把汇编程序、FPGA、硬件设计等内容结合起来，进一步培养了学生的动手能力和综合能力。
3.3 加强了实验室的建设
现有的硬件技术基础实验设备比较落后，远远滞后于现代计算机技术的发展，通过多方调研，及时维护现有实验设备，同时更新、引进先进的硬件设备，从而大大改善了实验室的硬件设备，实现教学与时俱进，为培养高质量的人才奠定必要的基础。为满足对学生课后开放实验室的需求，同时为提高实验室设备的技术含量和使用效率，下一步，将制定创新性、开放式实验室规划及开放计划，鼓励学生利用课余时间到实验室来积极参与实验及科研项目，从而进一步加强学生的动手能力、综合能力[5] 。
3.4 强化了教材建设
为配合课程体系、教学内容的改革，课程组结合多年的教学经验，编写了兼具“实用”和“创新”特色的教材《计算机硬件技术基础》，2011年由机械工业出版社出版。本教材共分为11章，第一章概述；第二章介绍数字电路与逻辑设计的基本知识；第三章至第八章重点讲述了计算机组成原理的内容，介绍了运算器部件、存储器部件、控制器部件、总线和指令系统等；第九章到第十章以Intel 8086微处理器为背景，讲述了微型计算机的基本原理以及常用的接口电路及其使用方法；第十一章讨论了指令流水线、多处理机系统等基本概念和工作原理[1]。
通过对全书内容进行精心编排，使得教材内容衔接流畅、深浅适当、通俗易懂；覆盖知识面宽、叙述简练、重点突出；满足了一门课程涵盖计算机硬件系统涉及内容的讲解要求。目前该教材在我院软件工程专业已使用四轮，学生使用效果较好，后续还将继续对教材内容进行更新，确保教学内容与时俱进。
4 结语
《计算机硬件技术基础》是一门理论性、实践性都很强的课程，如何针对不同专业的培养目标，适应不同层次学生的教学要求，做到因材施教，提高学生创新能力，课程改革是关键，该课程为计算机偏软专业的学生通过一门课程的学习，掌握必备的硬件知识作了有益的探索。在课程教学过程中，由于涉及知识点较多，要注意突出重点，强化应用，另外在教学过程中要及时反映硬件发展的新技术，做到与时俱进。
参考文献
[1] 李云，葛桂萍.计算机硬件技术基础[M].北京：机械工业出版社，2011.
[2] 孙德文.计算机硬件课程改革与建设探讨[C]//大学计算机课程报告论坛论文集.2006.
[3] 黄伟，冯径.《计算机硬件技术基础》课程教学改革探索[J].现代计算机，2011（5）：36-37.
