产学研联动模式下的可编程逻辑器件技术研究

陈景霞　钮文良　李琳　肖琳　袁克亚

摘要：可编程逻辑器件作为电子领域的重要硬件，该技术的研究及学习除了传统的实验辅助方法外，还应结合当前电子市场的需求，以及借助企业工程实践的力量 ，共同开发出适合高职学生的课程设计策略和课程内容。本文在实验辅助型技术研究的基础上引入新的创新的研究模式-产学研联动模式，指出该模式下企业、高校、科研机构缺一不可，整个链条有机结合，才能做到人才、智力、经济、科技的紧密衔接，才能实现可编程逻辑器件学习的终极目标。

关键词：产学研 电子 可编程逻辑

中图分类号：TM932 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）06-0000-00

可编程逻辑器件（Programmable Logic Device，PLD）指的是器件逻辑功能按照用户编程来确定的半定制集成电路，其发展经历了从逻辑规模较小的简单PLD（PROM、PLA、PAL、GAL）到采用大规模集成电路技术的复杂PLD（EPLD、CPLD、FPGA）的发展进程，在结构、工艺、集成度、速度和性能等方面都得到极大的提高。《可编程逻辑器件及应用》课程主要以复杂可编程逻辑器件中的FPGA为硬件载体，讲授该类PLD的应用方法和内在规律。本课程是电子信息工程技术专业的一门专业方向必修课，其具体任务是：通过本课程的学习使学生具备FPGA基础开发、实例开发和高级应用的能力，提高工程实践能力，学会应用FPGA技术解决一些简单的电子设计问题，并为将来从事电子信息工程和电气工程等领域的工程应用打下基础。

1课程现状

本课程已经连续开设了多届，目前的教学设计方案是实践服务于理论，整个课程以理论为主线，学生做实验是为了更好的理解课堂上的理论知识或者方法，对于大部分的章节都有配套的基础实验。显然，当前的课程教学方法和设计方案在一定程度上起到了加深理解可编程逻辑器件相关原理、设计方法的作用，然而鉴于高职学生的特点，如缺少学习枯燥理论的耐性、传统授课注意力难以集中、与单纯听讲理论相比，更多地喜欢实践操作等。另一方面，电子类课程的学习离不开对当前社会电子产业发展的现状的了解，以及社会对电子类专业的需求。因此，该课程还需要进行适当改革，以找到适合当前授课对象和社会需求的教学模式和方法。本文将“产学研”联动模式与《可编程逻辑器件及应用》课程相结合，以激发学生的求知欲和对专业课程的学习热情，相信可以进一步促进良好学风的形成。

2 传统实验辅助型研究模式

根据教学大纲，学生通过掌握FPGA专业知识的基础上，应该达到以下的能力目标：

（1）基本组合逻辑电路和时序逻辑电路的VHDL描述。

（2）简单数字电路的设计，如7段数码显示译码器设计、简易分频器设计等。

（3）能设计简单有限状态机，如交通信号灯控制器设计等。

（4）对于简单的数字系统能迅速得出其需求分析表，列出其硬件组成和软件构思等。

（5）能够借助Quartus Ⅱ开发平台完成一些简单的SOPC嵌入式系统的设计，包括Nios系统基础实验（流水灯实验，JTAG UART通信实验、按键中断实验、计数显示实验）和综合实验（电子乐器实验）。

（6）培养学生软件和硬件协同开发的能力以及团队合作精神。

传统的实验辅助型教学方法，是教师为了实现以上的教学目标，以某本教材为指导，将整个教学过程分为若干个章节，分章分节来讲授。为了使得学生易于掌握和验证所学的知识，多数章节配套有相应地实验，如图1所示。显然，相对于纯粹的理论授课，该方法在一定的程度上起到了辅助教学的作用，使得所学知识更加直观，一定程度上也引起了学生的兴趣和学习热情。

但随着电子技术的迅速发展，原有的电子类人才培养方案落后，教学方法、培养模式都比较单一，学术型人才已经很难满足需要了。因此综合性人才如何培养，培养模式单一的状况如何改变，成了迫切需要解决的问题。

3 产学研联动模式下的研究模式

所谓产学研，即产业、学校、科研机构等相互配合，发挥各自优势，形成强大的研究、开发、生产一体化的先进系统并在运行过程中体现出综合优势。产学研合作是指企业、科研院所和高等学校之间的合作，通常指以企业为技术需求方，与以科研院所或高等学校为技术供给方之间的合作，其实质是促进技术创新所需各种生产要素的有效组合。

在这样的社会背景下，本课程的教学设计可作如下调整：

首先，专业教师和企业工程师共同研讨，制定适合的教学案例，并以案例为主导，融入专业知识。《可编程逻辑器件》课程，根据其课程内容以及目标，通过企业、任课教师共同商讨可以基于FPGA的智能小车作为贯穿整个课程的教学实物。

课程的第一堂课，就是给学生演示类似图2所示的智能小车，详细说明操作要领及其功能，主要说明各功能对应的的基本原理框架。这样，从课程的开始就吸引学生的眼球，并引起学生浓厚的兴趣，但也从一开始就给学生一点点渗透课程的基本内容，既生动又不失深度，区别于纯粹的只讲操作不讲原理的实践操作类课程。此课程导入的方式远比，用图3所示的框图要效果好得多。

接着，将智能小车系统的各个模块展开成图4所示的硬件结构。并在讲述每个功能的实现过程中渗入课程相关的理论知识，如FPGA系统开发流程、Avalon总线、Nios常用外设编程知识。

如此，在企业工程师的协助下，以系统工程开发为主线，在实现功能的过程中穿插理论知识的讲解，既能提高学生的学习兴趣，同时也使得校内所学的技能是以解决实际问题为目标。

与此同时，教师和学生都应该到有合作的企业中去锻炼和学习，这样可进一步提升二者的社会实践能力。学生在求学期间的实习，对于企业来说，属于性价比较高的劳动力，企业的有些功能模块可以直接拿进校园来完成，这也是校企合作中，企业能够有效且可长期配合的动力。

校企共建研发、实习基地，校企共同制定人才培养计划，通过密切的产、学和研的结合，能将整个链条有机组合，将人才培养、科技研究、企业发展等多个环节融为一体。做到产业、学校、科研有机结合，人才、智力、经济、科技的紧密衔接。

4结语

本文从实验辅助型教学方法的缺点触发，引入新的创新课程研究模式-产学研联动模式，并具体说明该模式在本课程中的具体实施，指出该模式下企业、高校、科研机构的有机结合，才能实现可编程逻辑器件学习的终极目标。

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收稿日期：2016-03-28

基金项目：北京联合大学2015高职特色实践类课程建设（可编程逻辑器件及应用）项目支持。

作者简介：陈景霞（1979—），女，山西夏县人，硕士，讲师，主要研究方向为电子系统设计和电能动态计量。