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數控技術(shù)課程設計
數控技術(shù)課程設計1
計算機及其相關(guān)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生在學(xué)習過(guò)程中，除了要對理論知識加以了解，更重要的是要提升自己的動(dòng)手能力。計算機組成與結構實(shí)驗教學(xué)，就是計算機專(zhuān)業(yè)學(xué)生的必修課，通過(guò)課程設計把理論知識運用到實(shí)踐中，可以起到拓展知識的作用。
一、EDA技術(shù)概述
EDA也就是電子設計自動(dòng)化，EDA技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了計算機輔助設計、計算機輔助制造、計算機輔助測試以及計算機輔助工程。EDA技術(shù)的工具就是計算機，在EDA軟件平臺上，設計者常常用硬件描述語(yǔ)言HDL來(lái)完成具體的課程設計文件，然后再在計算機平臺上自動(dòng)完成邏輯編譯、分割、優(yōu)化、布局、仿真等多個(gè)步驟。
EDA技術(shù)最大的優(yōu)勢在于用軟件的方法來(lái)實(shí)現硬件的實(shí)際功效。一項設計最重要的部分是仿真和調試，采用EDA技術(shù)進(jìn)行設計時(shí)，從設計的高層次上對設計進(jìn)行全局縱覽，有助于早期改造結構設計上的毛病，避免工作量的增加，也可以減少進(jìn)行邏輯功效仿真的工作量，增加設計的成功率。
二、將EDA技術(shù)應用于計算機組成與結構課程設計
計算機是一個(gè)典型的復雜數字系統，如果在計算機設計系統開(kāi)發(fā)中加入EDA技術(shù)的軟硬件設計平臺，不僅可以提高系統設計與調試的斂率，也可以節約硬件開(kāi)發(fā)成本，縮短設計周期。因此在計算機組成與結構的實(shí)踐教學(xué)中，要不斷提高學(xué)生利用現代化的電子技術(shù)手段進(jìn)行設計的能力。當然，EDA技術(shù)將成為計算機組成與結構實(shí)驗教學(xué)的發(fā)展方向。
�。ㄒ唬┱n程的實(shí)施方案
課程設計是要完成模型計算機的設計以及FPGA的實(shí)現，而課程實(shí)驗則是用來(lái)驗證計算機的各個(gè)組成部件以及其具體的邏輯功能的。這兩種課程內容都是為了讓學(xué)生能夠掌握計算機的硬件系統中各個(gè)部件的具體組成原理、邏輯實(shí)現方法及其具體的設計方法，從而建立一種整體的概念，提高學(xué)生在學(xué)習過(guò)程中進(jìn)行獨立分析設計的能力。計算機組成與結構的課程設計中運用了多門(mén)課程，比如計算機組成原理、VHDL、匯編語(yǔ)言程序設計等，這些課程都能對學(xué)生的自學(xué)能力有很好的提高。因為該課程設計不僅在理論上要求學(xué)生有扎實(shí)的理論基礎，在實(shí)踐上則要求學(xué)生具有電路分析與設計、能進(jìn)行完整實(shí)驗的能力。
�。ǘ┱n程設計的內容
計算機組成與結構實(shí)驗教學(xué)中，進(jìn)行課程設計的內容主要有以下幾個(gè)方面。首先是進(jìn)行系統的總體設計，畫(huà)出模型機的數據通路框圖；其次是設計微程序控制器或者硬聯(lián)線(xiàn)控制器的邏輯結構框圖；開(kāi)始設計機器指令格式和指令系統；由給出的課程題目和設計指令系統來(lái)編寫(xiě)相應的匯編語(yǔ)言，進(jìn)行仿真等。
三、將EDA技術(shù)應用于計算機組成與結構課程實(shí)驗
進(jìn)行課程設計之后就可以進(jìn)行具體的課程實(shí)踐。在進(jìn)行課程實(shí)踐之前，要掌握具體的設計方法。計算機的CPU包含基本的功能模塊以及與基本功能模塊相連的數據通路。在進(jìn)行課程設計實(shí)踐時(shí)要掌握基本功能模塊的具體功能以及各自的'特點(diǎn)，再對每個(gè)模塊進(jìn)行設計、調試、軟件仿真和硬件設計等。計算機組成與結構課程設計實(shí)驗中采用的CPU采用大多是單總線(xiàn)系統結構的16位CISC CPU，EDA軟件大多是可編程邏輯器件設計工具軟件。
�。ㄒ唬┗灸＠缬嬎銠C的設計
在具體的課程設計中，為了保證清晰的系統結構，一般在系統的頂層結構采用原理圖輸入法，而在其他的模塊都采用VHDL語(yǔ)言進(jìn)行設計。對各個(gè)模塊進(jìn)行處理時(shí)要在文本編輯器中輸入每一個(gè)單元模塊所對應的VHDL源程序，并且要對各個(gè)源程序進(jìn)行編譯，可以產(chǎn)生相應的圖元，供頂層的電路調用使用。各個(gè)模塊的圖元可以生成圖元庫，運用EDA技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗課程，很重要的一步就是要進(jìn)行軟件仿真，而仿真的元器件就來(lái)源于圖元庫。在圖形編輯器中可以對圖元庫中的各種圖元進(jìn)行調用，再根據數據通路的總體框架圖連接成頂層電路圖，就可以進(jìn)行電路的仿真。計算機組成與結構實(shí)驗所設計的CISC模型機的頂層電路圖中有很多基本器件模塊，比如時(shí)序信號發(fā)生器、程序計數器、算術(shù)邏輯運算單元、移位寄存器、指令寄存器、比較器、地址寄存器、一個(gè)控制單元等。而這些模塊也共用一組16位的三態(tài)數據總線(xiàn)。
系統結構中的存儲模塊是一個(gè)重要的組成部分，存儲元件由嵌入式陣列塊構成，通過(guò)調用宏模塊并設置模塊相關(guān)的參數來(lái)實(shí)現存儲功能。系統的各個(gè)部分都承擔了不同的功能，其中，存儲CPU主要是對指令和數據進(jìn)行執行，具體的過(guò)程是處理器從存儲元件中讀取相應的指令，CPU再執行指令來(lái)運行下行的各種程序，整個(gè)過(guò)程中的指令都被存儲在指令寄存器中。譯碼過(guò)程由控制單元完成，控制單元主要是控制相應的信號進(jìn)行相互作用，并且控制各個(gè)處理單元來(lái)執行這些指令。
系統結構中的控制模塊其實(shí)是一個(gè)狀態(tài)機，它主要控制CPU的各項動(dòng)作之間的順序，比如取指令、譯碼、執行指令，控制模塊進(jìn)行操作時(shí)要針對各個(gè)動(dòng)作發(fā)出具體的時(shí)序控制信號，使得計算機內部的各個(gè)動(dòng)作都能進(jìn)行協(xié)調的工作，進(jìn)而完成各個(gè)指令的具體功能。這種方法與微程序設計方法不同，微程序設計法主要在控制存儲器中寫(xiě)入微指令，通過(guò)控制微程序來(lái)執行具體的控制指令。
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當系統CPU得到一個(gè)復位信號后，系統即開(kāi)始進(jìn)行復制操作，復位信號是使CPU內部狀態(tài)復位的一個(gè)信號操作。一般說(shuō)來(lái)，系統的每個(gè)寄存器都有不同的功能，寄存器1主要存放模塊的的起始地址，寄存器2主要存放系統目標區的起始地址，而寄存器6則主要存放被復制模塊的末地址。在具體的操作過(guò)程中要判斷數據模塊的復制工作是否已經(jīng)結束，若已經(jīng)滿(mǎn)足結束條件則可以停止運行，否則要繼續記數直至數據模塊復制完成。
將設計的程序輸入并且進(jìn)行編譯之后，還有一個(gè)重要的步驟就是仿真，仿真也是對設計進(jìn)行驗證的一個(gè)重要步驟，若在仿真中發(fā)現不符合要求的地方，則要及時(shí)找出原因進(jìn)行改正，以保證最終結果的正確性。
結語(yǔ)
計算機組成與結構課程是鍛煉學(xué)生積極思考以及提升其思維能力的重要課程，不同的設計對象和內容導致設計的具體內容完全不同，這也考驗了學(xué)生獨立思考的能力，由于EDA技術(shù)與計算機輸入技術(shù)、邏輯編程和仿真等方面都有緊密的聯(lián)系，而且在硬件實(shí)驗之后有具體的圖像可以進(jìn)行對比，因此在實(shí)驗教學(xué)中具有很好的靈活性和可操作性。也能提高學(xué)生進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)的能力，可以達到課程設計的效果。
數控技術(shù)課程設計2
一、機械加工基礎訓練
這個(gè)部分總課時(shí)為84學(xué)時(shí)，通過(guò)學(xué)習鑄造、焊接、鉗工、車(chē)工、銑工這些工種后，我們特意設計了一套包含這些工種的實(shí)用工具（套絲扳手和攻絲扳手）。經(jīng)過(guò)這一套零件加工，學(xué)生別學(xué)習了這些工種牽涉的各種機床使用和安全操作方法，接觸了鉆床、車(chē)床、銑床、齒輪加工機床和內外磨床，掌握了工藝制定方法、加工方法及保證工件精度、表面粗糙度各種技術(shù)要求。在這一課題中，我們重點(diǎn)訓練了孔加工、螺紋加工及尺寸精度控制等項目，每個(gè)學(xué)生逐一過(guò)關(guān)，并對學(xué)生在這些項目中出現的問(wèn)題進(jìn)行答疑，找出出現錯誤的原因，然后按照圖紙重新進(jìn)行加工，而對于一些次要項目只要求符合圖紙要求。當學(xué)生把他們加工的零件組裝成一件能使用的產(chǎn)品時(shí)，他們的臉上都露出甜美的笑容。
二、數字加工技術(shù)訓練
在這一課題中，我們分為兩個(gè)部分數控車(chē)和數控銑。設計課時(shí)為56學(xué)時(shí)，在數控車(chē)中，要求學(xué)生熟練使用常用指令、熟練地編程，加工中避免出現不安全的冒險動(dòng)作和操作。把重點(diǎn)放在高效加工工藝確定、準確的走刀路線(xiàn)使用、程序的最佳優(yōu)化上。在這樣的訓練后，讓學(xué)生按圖加工一個(gè)（手用千斤頂），不但包含數控車(chē)加工的內容，還是一個(gè)很美觀(guān)的小工具。在數控銑中，我們設計了一個(gè)精美的（首飾盒），這個(gè)產(chǎn)品中，要求學(xué)生必須掌握平面、臺階面、內型腔、V型槽、螺紋等項目的加工。要求學(xué)生考慮工件的裝夾、工藝的確定、保證獲得較高表面粗糙度的方法，最后組裝成一個(gè)小巧可愛(ài)的工藝品。
三、拓展創(chuàng )新加工訓練
這一課題為28學(xué)時(shí)，起初階段我們首先介紹了三軸、五軸加工中心的使用知識和操作方法。緊接著(zhù)給學(xué)生布置拓展內容，拓展中要求學(xué)生敢于思考、敢于創(chuàng )新，只要學(xué)過(guò)的知識點(diǎn)都可以設計在要加工的工件中，按照這樣的.思路先設計產(chǎn)品，簡(jiǎn)述產(chǎn)品設計思路，再畫(huà)出CAD圖紙、擬定加工工藝及加工設備。在這些內容基本完成后教給指導老師審核，在指導老師認可的情況下就可以進(jìn)行產(chǎn)品加工。在這一課題中，學(xué)生的思維很活躍，有些還很先進(jìn)，符合拓展學(xué)習要求，如有的學(xué)生設計加工出西湖的“三潭”、荷蘭風(fēng)車(chē)、國際象棋……
四、實(shí)施方法及成績(jì)評定
一般把六位學(xué)生分為一組，這樣在設計中學(xué)生可以集思廣益，在操作中又可以分工合作，最終成績(jì)評定中又是“風(fēng)雨同舟”。不斷提高互相合作、患難與共的精神。如果一組成績(jì)被老師評定后，那這六個(gè)人的成績(jì)都是同一層次的。打分前，老師會(huì )對設計思路、工藝、加工易難程度當著(zhù)學(xué)生的面進(jìn)行點(diǎn)評，指出優(yōu)缺點(diǎn)，對于存在的問(wèn)題一一給予分析解答，并指出修改思路，使學(xué)生徹底掌握最優(yōu)化的工藝和加工流程。通過(guò)我院數控11241和數控11242兩個(gè)班級的實(shí)踐，總體效果如下：
1.實(shí)訓課時(shí)安排充分，一共178學(xué)時(shí)。
2.涉及機械加工中的所有工種，面廣量大。
3.應用新型教學(xué)模式———拓展創(chuàng )新教學(xué)法。
4.培養學(xué)生團隊合作精神，發(fā)揚集體的智慧。
5.極大地提高學(xué)生的學(xué)習興趣。在這種模式下，學(xué)生帶著(zhù)興趣而學(xué)，老師教得有勁。與以前“滿(mǎn)堂灌”是截然不同的效果，特別是采用項目教學(xué)法后，學(xué)生的練習件組合裝配后就是一件有使用價(jià)值的產(chǎn)品。最終這兩個(gè)班級的成績(jì)顯示：優(yōu)秀為18%，良好為70%，及格為12%，不及格幾乎沒(méi)有。今后還會(huì )對畢業(yè)生在企業(yè)的工作情況進(jìn)行回訪(fǎng)，了解他們在企業(yè)中遇到什么問(wèn)題，今后教學(xué)中還需添加哪方面知識點(diǎn)，對現行教學(xué)內容進(jìn)行調整和修改，逐步完善高職本科教育體系�？傊�，高職本科生培養處于摸索階段，還在不斷探索與改進(jìn)之中。高職本科的特點(diǎn)是培養出知識面廣、動(dòng)手能力強、能較快適應企業(yè)生產(chǎn)、及時(shí)解決企業(yè)存在的技術(shù)問(wèn)題。他們能更快地接受新事物、新技術(shù)，并及時(shí)轉換到生產(chǎn)第一線(xiàn)，這是培養高職本科新型高端技術(shù)人才的真正目的。
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