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數(shù)控技術課程設計
數(shù)控技術課程設計1
計算機及其相關專業(yè)的學生在學習過程中，除了要對理論知識加以了解，更重要的是要提升自己的動手能力。計算機組成與結構實驗教學，就是計算機專業(yè)學生的必修課，通過課程設計把理論知識運用到實踐中，可以起到拓展知識的作用。
一、EDA技術概述
EDA也就是電子設計自動化，EDA技術的發(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言HDL來完成具體的課程設計文件，然后再在計算機平臺上自動完成邏輯編譯、分割、優(yōu)化、布局、仿真等多個步驟。
EDA技術最大的優(yōu)勢在于用軟件的方法來實現(xiàn)硬件的實際功效。一項設計最重要的部分是仿真和調(diào)試，采用EDA技術進行設計時，從設計的高層次上對設計進行全局縱覽，有助于早期改造結構設計上的毛病，避免工作量的增加，也可以減少進行邏輯功效仿真的工作量，增加設計的成功率。
二、將EDA技術應用于計算機組成與結構課程設計
計算機是一個典型的復雜數(shù)字系統(tǒng)，如果在計算機設計系統(tǒng)開發(fā)中加入EDA技術的軟硬件設計平臺，不僅可以提高系統(tǒng)設計與調(diào)試的斂率，也可以節(jié)約硬件開發(fā)成本，縮短設計周期。因此在計算機組成與結構的實踐教學中，要不斷提高學生利用現(xiàn)代化的電子技術手段進行設計的能力。當然，EDA技術將成為計算機組成與結構實驗教學的發(fā)展方向。
�。ㄒ唬┱n程的實施方案
課程設計是要完成模型計算機的設計以及FPGA的實現(xiàn)，而課程實驗則是用來驗證計算機的各個組成部件以及其具體的邏輯功能的。這兩種課程內(nèi)容都是為了讓學生能夠掌握計算機的硬件系統(tǒng)中各個部件的具體組成原理、邏輯實現(xiàn)方法及其具體的設計方法，從而建立一種整體的概念，提高學生在學習過程中進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課程，比如計算機組成原理、VHDL、匯編語言程序設計等，這些課程都能對學生的自學能力有很好的提高。因為該課程設計不僅在理論上要求學生有扎實的理論基礎，在實踐上則要求學生具有電路分析與設計、能進行完整實驗的能力。
�。ǘ┱n程設計的內(nèi)容
計算機組成與結構實驗教學中，進行課程設計的內(nèi)容主要有以下幾個方面。首先是進行系統(tǒng)的總體設計，畫出模型機的數(shù)據(jù)通路框圖；其次是設計微程序控制器或者硬聯(lián)線控制器的邏輯結構框圖；開始設計機器指令格式和指令系統(tǒng)；由給出的課程題目和設計指令系統(tǒng)來編寫相應的匯編語言，進行仿真等。
三、將EDA技術應用于計算機組成與結構課程實驗
進行課程設計之后就可以進行具體的課程實踐。在進行課程實踐之前，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(shù)據(jù)通路。在進行課程設計實踐時要掌握基本功能模塊的具體功能以及各自的'特點，再對每個模塊進行設計、調(diào)試、軟件仿真和硬件設計等。計算機組成與結構課程設計實驗中采用的CPU采用大多是單總線系統(tǒng)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。
（一）基本模犁計算機的設計
在具體的課程設計中，為了保證清晰的系統(tǒng)結構，一般在系統(tǒng)的頂層結構采用原理圖輸入法，而在其他的模塊都采用VHDL語言進行設計。對各個模塊進行處理時要在文本編輯器中輸入每一個單元模塊所對應的VHDL源程序，并且要對各個源程序進行編譯，可以產(chǎn)生相應的圖元，供頂層的電路調(diào)用使用。各個模塊的圖元可以生成圖元庫，運用EDA技術進行實驗課程，很重要的一步就是要進行軟件仿真，而仿真的元器件就來源于圖元庫。在圖形編輯器中可以對圖元庫中的各種圖元進行調(diào)用，再根據(jù)數(shù)據(jù)通路的總體框架圖連接成頂層電路圖，就可以進行電路的仿真。計算機組成與結構實驗所設計的CISC模型機的頂層電路圖中有很多基本器件模塊，比如時序信號發(fā)生器、程序計數(shù)器、算術邏輯運算單元、移位寄存器、指令寄存器、比較器、地址寄存器、一個控制單元等。而這些模塊也共用一組16位的三態(tài)數(shù)據(jù)總線。
系統(tǒng)結構中的存儲模塊是一個重要的組成部分，存儲元件由嵌入式陣列塊構成，通過調(diào)用宏模塊并設置模塊相關的參數(shù)來實現(xiàn)存儲功能。系統(tǒng)的各個部分都承擔了不同的功能，其中，存儲CPU主要是對指令和數(shù)據(jù)進行執(zhí)行，具體的過程是處理器從存儲元件中讀取相應的指令，CPU再執(zhí)行指令來運行下行的各種程序，整個過程中的指令都被存儲在指令寄存器中。譯碼過程由控制單元完成，控制單元主要是控制相應的信號進行相互作用，并且控制各個處理單元來執(zhí)行這些指令。
系統(tǒng)結構中的控制模塊其實是一個狀態(tài)機，它主要控制CPU的各項動作之間的順序，比如取指令、譯碼、執(zhí)行指令，控制模塊進行操作時要針對各個動作發(fā)出具體的時序控制信號，使得計算機內(nèi)部的各個動作都能進行協(xié)調(diào)的工作，進而完成各個指令的具體功能。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入微指令，通過控制微程序來執(zhí)行具體的控制指令。
�。ǘ┸浖O計
當系統(tǒng)CPU得到一個復位信號后，系統(tǒng)即開始進行復制操作，復位信號是使CPU內(nèi)部狀態(tài)復位的一個信號操作。一般說來，系統(tǒng)的每個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(tǒng)目標區(qū)的起始地址，而寄存器6則主要存放被復制模塊的末地址。在具體的操作過程中要判斷數(shù)據(jù)模塊的復制工作是否已經(jīng)結束，若已經(jīng)滿足結束條件則可以停止運行，否則要繼續(xù)記數(shù)直至數(shù)據(jù)模塊復制完成。
將設計的程序輸入并且進行編譯之后，還有一個重要的步驟就是仿真，仿真也是對設計進行驗證的一個重要步驟，若在仿真中發(fā)現(xiàn)不符合要求的地方，則要及時找出原因進行改正，以保證最終結果的正確性。
結語
計算機組成與結構課程是鍛煉學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(nèi)容導致設計的具體內(nèi)容完全不同，這也考驗了學生獨立思考的能力，由于EDA技術與計算機輸入技術、邏輯編程和仿真等方面都有緊密的聯(lián)系，而且在硬件實驗之后有具體的圖像可以進行對比，因此在實驗教學中具有很好的靈活性和可操作性。也能提高學生進行軟件開發(fā)的能力，可以達到課程設計的效果。
數(shù)控技術課程設計2
一、機械加工基礎訓練
這個部分總課時為84學時，通過學習鑄造、焊接、鉗工、車工、銑工這些工種后，我們特意設計了一套包含這些工種的實用工具（套絲扳手和攻絲扳手）。經(jīng)過這一套零件加工，學生別學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、車床、銑床、齒輪加工機床和內(nèi)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要求。在這一課題中，我們重點訓練了孔加工、螺紋加工及尺寸精度控制等項目，每個學生逐一過關，并對學生在這些項目中出現(xiàn)的問題進行答疑，找出出現(xiàn)錯誤的原因，然后按照圖紙重新進行加工，而對于一些次要項目只要求符合圖紙要求。當學生把他們加工的零件組裝成一件能使用的產(chǎn)品時，他們的臉上都露出甜美的笑容。
二、數(shù)字加工技術訓練
在這一課題中，我們分為兩個部分數(shù)控車和數(shù)控銑。設計課時為56學時，在數(shù)控車中，要求學生熟練使用常用指令、熟練地編程，加工中避免出現(xiàn)不安全的冒險動作和操作。把重點放在高效加工工藝確定、準確的走刀路線使用、程序的最佳優(yōu)化上。在這樣的訓練后，讓學生按圖加工一個（手用千斤頂），不但包含數(shù)控車加工的內(nèi)容，還是一個很美觀的小工具。在數(shù)控銑中，我們設計了一個精美的（首飾盒），這個產(chǎn)品中，要求學生必須掌握平面、臺階面、內(nèi)型腔、V型槽、螺紋等項目的加工。要求學生考慮工件的裝夾、工藝的確定、保證獲得較高表面粗糙度的方法，最后組裝成一個小巧可愛的工藝品。
三、拓展創(chuàng)新加工訓練
這一課題為28學時，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。緊接著給學生布置拓展內(nèi)容，拓展中要求學生敢于思考、敢于創(chuàng)新，只要學過的知識點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，簡述產(chǎn)品設計思路，再畫出CAD圖紙、擬定加工工藝及加工設備。在這些內(nèi)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行產(chǎn)品加工。在這一課題中，學生的思維很活躍，有些還很先進，符合拓展學習要求，如有的學生設計加工出西湖的“三潭”、荷蘭風車、國際象棋……
四、實施方法及成績評定
一般把六位學生分為一組，這樣在設計中學生可以集思廣益，在操作中又可以分工合作，最終成績評定中又是“風雨同舟”。不斷提高互相合作、患難與共的精神。如果一組成績被老師評定后，那這六個人的成績都是同一層次的。打分前，老師會對設計思路、工藝、加工易難程度當著學生的面進行點評，指出優(yōu)缺點，對于存在的問題一一給予分析解答，并指出修改思路，使學生徹底掌握最優(yōu)化的工藝和加工流程。通過我院數(shù)控11241和數(shù)控11242兩個班級的實踐，總體效果如下：
1.實訓課時安排充分，一共178學時。
2.涉及機械加工中的所有工種，面廣量大。
3.應用新型教學模式———拓展創(chuàng)新教學法。
4.培養(yǎng)學生團隊合作精神，發(fā)揚集體的智慧。
5.極大地提高學生的學習興趣。在這種模式下，學生帶著興趣而學，老師教得有勁。與以前“滿堂灌”是截然不同的效果，特別是采用項目教學法后，學生的練習件組合裝配后就是一件有使用價值的產(chǎn)品。最終這兩個班級的成績顯示：優(yōu)秀為18%，良好為70%，及格為12%，不及格幾乎沒有。今后還會對畢業(yè)生在企業(yè)的工作情況進行回訪，了解他們在企業(yè)中遇到什么問題，今后教學中還需添加哪方面知識點，對現(xiàn)行教學內(nèi)容進行調(diào)整和修改，逐步完善高職本科教育體系。總之，高職本科生培養(yǎng)處于摸索階段，還在不斷探索與改進之中。高職本科的特點是培養(yǎng)出知識面廣、動手能力強、能較快適應企業(yè)生產(chǎn)、及時解決企業(yè)存在的技術問題。他們能更快地接受新事物、新技術，并及時轉(zhuǎn)換到生產(chǎn)第一線，這是培養(yǎng)高職本科新型高端技術人才的真正目的。
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