序論：寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇生命時鐘的知識范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創作。

篇(1)

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2012）12A-0056-01

一寸光陰一寸金，寸金難買寸光陰。說的是我們生命當中的分分秒秒都是珍貴的，是用任何東西都無法與之交換的。而它的珍貴與它自身的價值意義相同。從某種程度上來看，時間貫穿在我們的生命長度之中，我們在時間的維度中創造價值。所以教師要讓學生了解時間的價值含義，這是進行“時、分、秒”教學的最終目標，而在這一過程中，教師首先要讓學生了解“時、分、秒”作為時間單位的淺顯意義。

一、創設情境，進行形象教學

“時、分、秒”這三個時間元素是比較抽象的時間概念，對于小學生來說，僅憑教師的講解是很難使之對時間有具體明晰的認識的，所以教師要兼顧課堂內容特點和學生自身接受知識的特點，選擇行之有效的教學方法。

對于這一階段的學生來說，他們的形象思維能力較強，對那些外化的東西比較容易感知并接受。所以，教師應該為學生營造形象、生動、有趣的認知情境空間，讓學生更直觀地去感知“時、分、秒”這三個時間元素的意義，使學生在觀察、欣賞、動手、玩樂過程中感受到時間在不間斷地流逝。

首先是對時間進行整體認知。在這一環節中，教師可以利用多媒體，將正在滴答滴答響著的時鐘展示在小學生的面前，然后讓他們屏氣凝神感受時間分分秒秒地流逝。這時候學生的身心都是安靜的，他們會感受到超越數學之外的時間的意義。而后教師再讓學生觀察時針、分針、秒針的變化過程，繼而了解時、分、秒這三個時間元素的層次遞進關系：時高于分和秒，分又由秒累積而成，秒是最小的時間單位。

其次是對“秒”這一時間單位的認知。教師可以從生活中具體的例子形象地引出“秒”這一時間單位。例如，教師可以模擬春節晚會的跨年倒計時，讓學生在進行“10、9、8、7、6……”倒數之后敲響書桌代替跨年的鐘聲，學生在倒數、敲擊桌椅的過程中找到樂趣，再在教師的引導下，對“秒”這一概念有所掌握。

第三是對“分”這一時間單位的認知。由于分是由秒累積而成的，所以基于這一點，教師在進行“分”教學的時候，首先要利用時鐘由“秒”過渡到“分”。這一環節，教師可以先讓學生觀察多媒體顯示的時鐘，探究秒與分的關系。通過觀察，學生可以得知秒針繞時鐘轉了一圈，分針才挪動一小格。為了更明晰地觀察分針、秒針的變化，教師可以讓學生動手用紙片做一個模擬的時鐘。學生在手工制作的過程中，去明確“分”這一單位概念以及“分”與“秒”的差別。

最后是對“時”這一時間單位的認知。時是最大的時間單位。“秒”累積成“分”，“分”又積累成“時”，所以教師在進行“時”教學的時候要聯系“分”，將分秒的兌換方法運用到“分”與“時”上。

二、運用形象演示，進行“時、分、秒”課堂練習

課堂練習對剛剛接觸的新知識具有鞏固的作用，所以教師在講解完“時、分、秒”這一知識內容之后，要對學生進行相關知識的訓練。在這一環節中，教師可以采用擊鼓傳鐘的方法。教師首先要找一個擊鼓人，當鼓聲響起，學生就開始將正常運行的鐘依序逐個傳遞，當鼓聲停止，時鐘落到哪位學生手中，就由哪位學生讀出時間。在這一環節中，教師是引導者，需核對學生讀出的時間正確與否。在這一游戲過程中，學生的學習興趣被激發，為更有效地學習“時、分、秒”奠定了基礎。這一方法的運用，比做大量的習題更有效。

在進行“時、分、秒”課堂練習的時候，教師還可以在黑板上寫出具體時間，然后讓學生在黑板上畫出與這一時間相對應的鐘表。這對學生逆向思維的培養有重要作用。可以說，形象演示教學給學生營造了一個豐富、有活力的數學學習空間，學生根據形象思維對“時、分、秒”這一知識進行具體的理解，并在教師的引導下感知時間概念。

篇(2)

關鍵詞：精選內容；教材教法；電路制作

在當前的中職教育中，專業教學應與當地經濟發展相適應，與社會發展同步，緊跟當前科技發展，為學生就業鋪路。專業課程設置與教學內容合理，教育才能發展，所以對專業課程教學內容進行必要的選材是十分重要的，而且還要精選，這樣才能適應當前社會經濟發展的需要，職業教育才有生命力。

由于目前中職教育電子類課程教材較多，各大出版社都有相關的職中電子教材，但選擇一套緊跟當前科技發展和適應當地經濟發展情況的教材就較小，有些版本內容及知識明顯滯后社會現實，跟不上現代科技發展。例如一些課本還大篇幅內容為AM型超外差式收音機等過時知識，目前市場上很小或根本就沒有這些中波段AM類收音機產品，只有FM或立體聲等收音機產品，學生學會AM類收音機也沒有多大作用，其二，學生在學校所學的知識和技能，都希望能夠解決日常生活中的一些實際問題，或對今后的工作有所幫助。所以要順應社會和學生，教學選材內容是關鍵。

選取教學內容應有一個既定的方向，重點選材方向是緊扣當前科技發展形勢，拼棄過時的產品講解，貼近本土企業生產需求，適當結合中職生特點，少選一些高深理論或較難推導的計算公式及圖表等教材，實現教學與科技同步，教學與生產、與社會同步。下面是筆者多年電子課教學選材與教法的一些做法，希望能對中職電子課程教學和選材有所幫助。

一、以實操為主線選內容

目前電子實操內容有很多，如各類電子制作，單元電路，功能模塊電路等，這些都是實操性很強的實驗電路，如何從這些電路中選取有代表性的單元電路，讓學生在實操中有興趣，不感到實操有難度，且通過實操過程形成技能。

例如電子學中有一振蕩時間常數公式為T=RC，具體應用中許多學生不明白，筆者選用功能電路實驗來幫助學生記憶時間常數公式，實驗電路為典型的多諧振蕩器電路，電路如圖1。

這個多諧震蕩電路極具趣味，電路結構簡單，可觀性強，選材方便，學生制作非常容易，成功率高。電路工作原理也容易明白，當電路接通電源時，電流通過R1對C1進行充電，C1電壓提高，當滿足三極管Q 1導通時，C1電流通過三極管放電。循環工作，形成震蕩。R2、C2、Q2工作原理也一樣。如果改變R1或C1的參數，則震蕩周期也會改變，電路的發光二極管閃爍也跟隨變化閃亮，電路顯示直觀，學生對公式T=RC這個物理意義的理解就不會感到困難，容易記憶。在這個電路教學中，平時較差的學生也能完成這個電路制作，效果較好。這電路雖然只有幾個電阻，但是電阻都是色環電阻，學生在辨別色環電阻時也需要一番功夫，色環電阻的教學學生平時很難記住色環對應的阻值，在這里通過閃爍的快慢來記憶色環的數值，一舉兩得，達到事半功倍的效果。

二、以實用性原則選材

中職教材多以實操實驗為主，實驗制作多，在眾多的實用電路中，可結合學生的實際進行選取實驗電路，如較實用的電路中有簡易自動抽水裝置電路，這一電路選材時考慮是基于有一部分學生是農村生，農村有部分水池或水井需經常抽水，所以選這自動抽水裝置電路作為代表。該電路特點是實用性極強，能有全自動抽水功能，經濟實用。電路使用元件小，工作性能穩定，故障率極少，維修方便。且安裝簡單，凡有需要自動抽水的的地方都可安裝這個電路。該電路如圖2。

電路工作原理：當水池水位低于C端時，三極管Q1基極沒有電流，三極管Q1截止，Q2導通，繼電器K1閉合，同時輔助觸頭K2斷開，電機得電工作抽水，當水池水位上升至B點，則三極管Q1導通，Q2截止，K1斷開，水泵停止抽水，K2閉合，維持在低水位狀態，只有當水位下降到低于C點時，電路又重復以上工作過程。

學生在學習安裝該電路時，主要對圖選好元件，照圖安裝，基本都能成功。在指導學生電路安裝時，注重安裝工藝教學，令學生完成一個電路制作就是一件好的產品，能夠使用，真正是學以致用，學以實用。幾年前，有的學生在家安裝這個自動抽水電路，到現在，已使用有五年多，電路一直工作正常。所以，選材教學是要以解決學生的實際問題為原則。

三、選材要適合學生現有的知識水平

作為一名電子專業教師，教學上不與時俱進，不精心選取教學內容，教學很難有長進，平時有教師教電子數字電路時覺得特別難教，其實這是一個沒有適當、合理的選材內容教學的問題。教學時只是對電路的與非門，脈沖波形，時序圖，卡諾圖等作理論教學，少配實操訓練，所以學生當然就難學難記。誠然，主要教之有法，輔以實操，數字電路教學也是很容易的。筆者的選材與教法學生就特別有興趣，在時序與脈沖內容的教學，筆者采用制作法，因學生已有模擬電路基礎和電路制作能力，一般的電路制作，學生安裝與調試，并不感到有太大的難度。所以先選一個用發光二極管七段顯示數字時鐘電路進行制作。（圖3）為七段二極管一位數字顯示，（圖4）為時鐘電路原理圖。

原理圖如下：

學生只要按照電路原理圖，按步驟插件和焊接，制作數字時鐘大多會成功，學生自然就有成功感和喜悅感，接下來對電路的原理，脈沖產生，震蕩頻率，計時方法等學生都有興趣，學習起來就會有動力，自然就不會覺得有困難。對難度較大的觸發器電路學習就相對較為順利。本電路在教學時可設置幾個時鐘常見故障供學生在實操時驗證其理論正確性：（1）時鐘走時不準，時快時慢。（2）有的數字不顯示，或數字缺劃。（3）全部沒有顯示。（4）顯示間斷等。數字時鐘電路制作是一件實用性作品，可以在家庭使用，學生自然注重走時的準確性，在制作時想辦法弄明白震蕩頻率數值的意義（晶振4.0MHZ），進位控制方法（由P0、P1、到P5輸出端），七段顯示輸入控制端（P10到P16端引腳）等功能。

另外，數字電路的擴展學習也是一個核心的內容，例如數字集成電路，時基電路555，廣告顯示牌電路，電腦集成數字電路，分立發光二極管LED大型數字時鐘顯示屏，鐘樓時鐘，廣場時鐘，工廠各類計數器電路等都是與數字電路相關，教學時這部分電路可以適當結合學生實際情況進行講授，學生對這部分知識有所了解，在今后的工作中會受益匪淺。

四、選材內容新穎，貼近現代生活

現在的中職生都喜歡時尚，喜歡玩弄電子電器，如手機，MP3播放器，數碼產品等，且大多數學生都擁有一件以上的電子產品，手機可以講現在人手一部，所以在電子教學中要精選一些當前較為實用的且還要迎合學生需求的電子產品、相應電路作為教學內容。例如選用較為常用的多功能穩壓電路，手機充電器電路，節能燈電路，MP3播放器電路，液晶電視部分電路等等，學生對這些電路非常感興趣，有興趣就有動力。精選這些題材內容教學，較貼近實際生活需要，在講授時要精講，重點教會學生設計電路，制作與調試，每制作一個電路都務須要成功。例如學生制作手機萬能充電器，要求充電器適應不同的手機進行充電，學生制作成功后，學生覺得好用，實用。這樣就會刺激學生的學習熱情。如果要制作一件高性能的電路，學生一般都會非常認真投入制作，而且還要精選元件，用心調試電路參數，務求使電路性能達到最佳狀態，教學中有一點可以肯定的是在這種模式下學生學習相當認真。

現代科技不斷進步，電子電器產品日新月異，產品向多功能、小型化、微型化方向發展，以手機、微型電腦、液晶電視等作為代表，標志著當前科技發展的形勢與速度，因此，可以選擇這些產品的知識作為教學內容，但在教學過程中可以適當降低理論難度，重點是使學生知道相關的專業知識及其產品基本功能，優點。也可剖析產品的結構，裝配工藝等，讓學生了解產品制造工藝，性能，該行業領域的科技發展方向，為學生參加工作打下良好基礎。

（作者單位：廣東江門市新會岡州職業技術學校）

篇(3)

    基礎教育課程改革的浪潮滾滾而來，新課程體系在課程功能、結構、內容等方面都較原來的課程有了重大創新和突破。這場改革給教師帶來了嚴峻的挑戰和不可多得的機遇。可以說，新一輪基礎教育課程改革將使我國的中小學教師隊伍發生一次歷史性的變化。每一位教師都將在這場變革面前實現新的"蛻變"，新的跨越。

中小學美術新課程標準打破了傳統美術教學的知識框架，從全新的角度，按學習方式把美術課程分為欣賞·評述，造型·表現，設計·應用，綜合·探索四大學習領域，造型表現、設計應用兩個學習領域的活動方式強調學生自由表現，大膽設計創造，外化自己的認識和情感；欣賞評述則傾向于內化為文化品位和素質品質：綜合探索則強調通過綜合性美術活動的體驗學習，引導學生主動探求，研究創造，運用綜合性知識技能去制作，表現和展示，喚起學生對未知領域的探求欲望，體驗愉悅和成就感。從新課標劃分的四個學習領域中，我們可以看出，不論是外化能力、內化品質，還是探索未知，體驗成功與情感，新課標賦予了新教材很多體驗性學習的方式。新課程強調"一切為了學生的發展"，從學生的經驗出發，教學要向少年兒童的生活世界回歸。教學方式由被動的接受式轉向探究性學習、自主合作學習。

在新課程中學年級的美術教材中，體驗學習的內容占了較大的比例：如"多采的學習生活"是對校園環境、人物以及校園內各種活動的繪畫表現，加深對校園豐富多采的學習生活的體驗；"教室壁報的編排設計"是對校園豐富多采的學習生活的熱愛，培養同學之間相互團結、密切合作的人際關系，是對共同合作獲得的成功與快樂的體驗；"生活用品"是對日常用品的材質、款式、造型、色彩結構、功能、氣味、特性的體驗；"環境藝術--雕塑"是對不同材料可塑性的體驗；"校園規劃"，"閃亮的星空"，"藝術欣賞"，"椅子設計"，"網頁設計"，是對合作學習的體驗。這些課程內容從不同角度體現了學習主體對個體的體驗學習，為學生提供了一個寬泛的體驗學習空間，怎樣在美術教學活動中實施體驗性學習呢？筆者從體驗性學習的主客體交融性，體驗性學習的實踐性，體驗性學習注重教材內容的靈活性三個方面做一些淺析，以與大家共同探討。

一、體驗性學習注重主客體的交融性

    學習的過程是主客體交融的過程，就是學習主體對知識客體融會整合的過程。學生作為學習的主體，具有自主性、能動性和創造性，而教材內容則是固定的、靜止的，具有自閉性、被動性，甚至排他性；為學生主體增加了障礙和困難；學習主體與教材客體成了一對矛盾。開展體驗性學習，教師的作用就是使固定的、自閉的、被動的教材內容活起來，就是根據學生的生理、心理特點與教材自身的功能和內涵，注入體驗性學習的機制和方式方法，使教學內容成為開放的，具有趣味的，充滿活力的各種學習活動。如在"人體比例"教學中，創設學生相互觀察的機會，體驗人體的活力與美感；通過觀看人體的視覺體驗，豐富了學生對人體各種站姿、坐姿、跪姿的認識；通過動手繪畫人物全身姿態的寫生練習，體驗人體結構的和諧美和人體的動態美。使學生獲得了成功的愉悅體驗，口語交流的體驗。有機地創設體驗學習情景和體驗學習氣氛，體驗學習的契機。使學生對認知活動產生興趣，產生愛意，自主地參與到學習活動中去，去體驗和感悟，能動地擁抱知識，認識知識，學習主體與知識學習活動融為一體，在主客體的交融體驗學習中，知識融入了學生的生命之中，使學生嘗試到每一次學習體驗都是生命意義的升華和對生命價值的體驗，而獲得對學習美術的持久興趣。

二、體驗性學習注重學習主體的實踐性

    實踐是認知的基礎，實踐是體驗性學習的基本方式，體驗性學習就是通過豐富多彩的實踐活動，充分刺激學生的視覺、觸覺、聽覺，從而獲得感知認識，完成對客體的認知。如在"光明的始者"教學中，學生在把觀察、撫摸燈具的過程中，通過手的觸覺，體驗到燈的實體，燈的外型、質感、功能；通過造型的觀察、視覺體驗，不但認識了燈，而且發現不同形狀的燈與不同色彩的燈的區別；通過動手繪畫體驗，才發現平面上的燈與生活中的燈有很大的差別，但又互相聯系。開展體驗性學習活動，是在感知覺體驗認識的基礎上，進一步調動思維和情感的體驗，逐步獲得對知識的感悟和認知。再通過動手實踐制作的體驗，檢驗感知覺的認識，校正和提升認知思維，再進一步獲得創造與成功愉悅的體驗。

三、體驗性學習注重教材內容的靈活性

    在美術教學中，開展體驗性學習的方式多種多樣。如果按人體的功能可分為感觸覺體驗，視覺學習體驗，動手實踐體驗，思維想象體驗，情感審美體驗。按認知客體內容可分為，對物體媒材性能、特征的體驗，對雙基知識的認知過程體驗，對作品塑造的體驗。按體驗性學習的類型可分為：觸摸感覺體驗，視聽情景體驗，活動參與體驗，實踐創造體驗，情感體驗，成功體驗，挫折體驗，評價交流體驗，審美體驗等等。

篇(4)

19世紀的她，憑著不屈不撓的心，憑著堅韌不拔的意志，驅散了生命的黑暗，創造了生命的奇跡，譜寫了強者之歌！她的名字已成為不屈不撓的象征，成為堅強的代名詞。她雖身處黑暗之中，卻給人類帶來光明，她雖被命運之神奪走了視覺和聽覺，卻緊緊扼住命運的咽喉，她雖無數次摔倒，卻又無數次站起來。她用自己燦爛的微笑告訴人們：生命因堅強而輝煌！她，就是被譽為19世紀最杰出的人：海倫?凱勒！

最近，我們學習了《海倫?凱勒》這篇課文，我被她那不屈不撓的奮斗精神所震撼了。再次翻開語文書，海倫摸讀盲文的情景又回到我的眼前：“她不分晝夜，像一塊干燥的海綿吮吸著知識的甘霖。她拼命摸讀盲文，不停地書寫單詞和句子。她是這樣地如饑似渴，以至小小的手指頭都摸出了血。”當別人進入了甜蜜的夢鄉時，只有海倫還在書桌前摸讀著盲文，時鐘不知走了多少圈，可海倫在知識的引領下，不停地學，不停地摸。就這樣，幾千個日日夜夜過去了，她一步一步踏出了一條光明之路，一步一步向成功邁去。

翻開歷史長河，古今中外有多少人雖身處逆境卻攀上了光輝的頂點！有多少人跨越困難到達了成功的彼岸！他們用事實證明：任何困難堡壘在頑強意志面前都會灰飛煙滅的。張海迪在殘酷的命運挑戰面前，以頑強的毅力在輪椅上唱出了高昂激越的生命之歌，在書的扉頁上寫下了“生命之樹常青”；臺麗華雖遭到聾啞之痛，卻在舞臺上將“千手觀音”演繹到了絕美境地；霍金只有三只手指有知覺，但思維卻飛出了地球，飛出了太陽系，飛出了銀河系，飛到了百億光年外的宇宙深處，飛向了神秘莫測的黑洞，成了當代的愛因斯坦；貝多芬雖耳聾，卻扼住了命運的咽喉，用生命去聆聽，創造了流傳至今的第九交響樂，成為了天地間的英雄。他們像一盞盞明燈，憑著堅強不屈，點亮一個個心靈，他們歷經挫折與磨難，使命運之神屈服了，從弱者漸漸走向強者，成就了輝煌人生。

再想想我們的生活，我們健全人有著一切都是他們所希望擁有的，唯一少的就是那一份面對困難的勇氣，只要我們有著不屈不撓的奮斗精神，光明大道同樣也會為我們敞開！

記住，生命因堅強而輝煌！

篇(5)

伴隨著特殊教育新課程即將實施，積極推動培智數學學科的健康發展，以培智學生的發展為基點，探索適合培智數學課程實施的新的途徑，結合自身教學實際談一談培智數學課程建設的幾點思考.

一、尊重數學的學科性

學校一直以來使用的是上海市盧灣區輔讀學校的生活數學教材.而此套教材具有很強的地方特色，加上學生情況的個體差異，在具體的實施過程中存在很多的困難.同時由于學校實行“個別化教育”，課程的教學內容要從學生長短期目標中提取，這就造成了教師在進行教學時，教學內容前后關聯性較弱，打破了數學的學科體系.但是作為教師，我們應該要重視學科知識體系，雖然智力障礙兒童的發展較普通兒童來說相對緩慢，但是我們要遵循“中重度智障兒童數學課程框架模式圖”進行教學.橫向生活體系的建立遵循生活化教學原則，以學生真實的家居生活、學校生活、社區生活為主，安排教學內容和學習材料；縱向知識體系的建立遵循可接受性教學原則，按照中重度智障兒童身心特點、認識規律，逐步提升數學知識，豐富學習內容.

二、注重培智數學與其他學科融合

在培智學校的數學教學中，要不斷加強數學學科與其他學科的融合，以促進學生的健康、全面發展.例如培智數學可以將數學與美工課程聯系起來，鼓勵學生動手開展實踐活動.比如，在進行圖形識別教學時，教師可以將美工教學中的三角形、圓形等圖形繪畫訓練引入到數學課堂中.讓學生選擇幾樣圖形，然后進行繪畫，畫好后涂上自己喜歡的顏色并裁剪下來，最后讓學生對自己的作品進行講解.這樣不但鍛煉了學生的實踐能力，還促進了學生美工知識、語言表達能力以及數學圖形識別能力的提高.

三、充分利用真實情境進行教學

學習數學知識是為了更好地為生活服務，應用于生活，學以致用.理論聯系實際對教學來說是行之有效的方法，尤其是對于智障兒童來說，與具體實踐相結合是提高教學質量的有效手段.雖然，教師在課堂教學中會運用到“情景教學法”，創設各種模擬的環境供學生們進行學習，這種模擬的環境是單純的、被預先設置好的，是在教師的掌控下進行的.但是真實情景往往會更加復雜，它對孩子不僅有“數學技能”上的要求還會有“言語溝通”、“禮儀”等等各方面的要求，而往往模擬情境只能幫助孩子獲得技能，卻無法幫助他們有更全面的學習.如在學習“使用人民幣購物”時，教師可以將“超市”搬入課堂，但是教師無法創設真實的溝通交流環境，因此會導致學生學會了技能，但可能真正購物時卻又出現別的問題，如溝通交流問題，而影響其生活.因此教師在教學中不應拘泥于課堂形式，而應當充分利用真實情境進行教學，以此貫徹生活化教學法，培養學生的實際動手能力，讓學生切切實實地掌握技能，并運用到生活中.因此教師應通過對現實生活中真實事件和問題的分析、體驗與探索來進行教學.在教學過程中，教師要呈現真實的問題、真實的事情、真實的情景，為他們解決問題與探究新知識提供工具與材料，幫助他們搭建起新知識的概念體系.

四、數學課堂注重動手操作，直觀感受

由于培智學校學生對于抽象概念的感知和理解能力相對較差，數學教師如果僅僅依靠口頭講解，是很難達到理想的教學效果的.因此，教師應該經常讓學生自己動手，通過直觀的方式來理解數學知識.比如在進行時間的識別教學時，教師可以在課堂上準備一個可以調適的時鐘模型，在講解完時間的識別理論以及時針、分針和秒針的轉動規律和功能后，可以讓學生分別親自動手調適自己想設定的時間，并讓其他學生來指認時鐘所指時刻，最后由數學教師來評判誰正確.通過這樣的方式，學生親自動手以直觀的形式體會時鐘上時間識別的技巧，豐富學生數學知識的同時提升了他們的實踐能力.

五、家校聯動實施主題式數學教學

培智學生學習的最終目的是回歸主流社會，為了在教學中實施主題式教學，必須讓學生家長參與進來，學校通過家長學校、家長會、親子互動等形式對家長進行生活化主題教學實踐宣傳，要求家長全力配合學校和班級對學生生活自理等方面能力進行家庭實踐和有效評價并及時向老師反饋.通過家校聯動實施實踐教育，創建和諧教育.

六、樹立正確的課程意識

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關鍵字： FPGA； UART； 多模塊； Verilog； Xilinx ISE

中圖分類號： TN911?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）13?0071?03

Realization of asynchronous serial communication based on FPGA

TIAN Le1， ZHANG Yong2

（1. School of Electronic and Information， Xi’an Polytechnic University， Xi’an 710048， China；

2. Xinjiang Xinhua energy R & D center in Xi’an Electric Co.， Ltd.， Xi’an 710304， China）

Abstract： In order to adapt to the widely applications of full digital automatic control， a multi?module system is designed with FPGA for UART， to make the integration level of the serial communication higher. The UART system structure is discomposed into three modules： FPGA baud rate generator control module， FPGA data sending module and the data receiving module. The hardware functionality is described by Verilog language. By using FPGA chip of Xilinx， the design， compiling， synthesis and download could be completed in Xilinx ISE Design Suite 13.4 environment. The simulation is conducted by ModelSim.

Keywords： FPGA； UART； multi?module； Verilog； Xilinx ISE

異步串行通信（UART）是一種廣泛應用的串行數據傳輸協議，UART[1?3]的要求是傳輸線少，可靠性高而且傳輸距離遠。UART功能負責從總線采集數據，轉換成傳輸格式，然后發送到串口。也負責從串口接收數據，檢查和刪除附加的位，并傳送結果數據給總線。異步串行通信廣泛的應用于軍事、工業、自動控制、儀器、通信、醫藥、話音圖像處理等眾多領域[4?6]。現實應用中多采用專用集成芯片實現UART功能，如8250、8250A、16450、16C451、16C551等[7]。但在實際應用中，一般只需要UART的幾個主要功能，專用芯片成本比較大且造成資源的浪費[8?9]。近年來隨著電子設計技術的日趨成熟，特別是FPGA在集成度和速度上的大幅提高，可以用一個芯片構成一個復雜的系統。一個芯片就能完成處理計算、通信、控制等多功能，而且成本大幅度降低[10?11]。根據以上考慮，本文采用FPGA實現UART 功能。

1 UART通信原理

串行通信分為兩種類型：同步通信方式和異步通信方式。UART即通用異步串行通信收發器。UART的一幀數據由起始位、數據位、奇偶校驗位和停止位組成。數據在傳輸過程中是通過一個字符接一個字符進行傳輸來實現通信的。每一幀的信息在傳送前傳輸線處于高電平狀態。在傳送一個字符信息的時候，每一個字符的接收是靠起始位來同步的，字符的前面是一位起始位，首先發送起始位為低電平，一般用下降沿通知收方傳輸開始，然后發送起始位之后的數據位，數據位的傳送先低位后高位，字符本身由5～8位數據位組成。

數據位后面是奇偶校驗位，奇偶校驗位后的是停止位，標志著一幀字符結束。停止位后為高電平，為空閑位，并為下一個字符的開始傳送做準備。在發送、接收數據時，數據的幀與幀之間如果有間隙，就要在停止位之后附加空閑位，停止位后面是不定長度的空閑位。停止位和空閑位都規定高電平，這樣可以保證起始位開始處有一個下降沿。如圖1所示。

圖1 UART的一幀數據

1.1 系統設計與硬件實現

異步通信允許在串行鏈路上進行全雙工的通信。本文把異步通信電路作為一個整體來實現，數據接收經過MAX232進行電平轉換后經FPGA串口模塊的RXD端輸入，由FPGA進行串/并轉換后，8位有效數據進入總線，再進入處理芯片。數據發送經數據處理后經由總線進入FPGA串口模塊，8位有效數據在FPGA中進行并行轉換為串行數據后由TXD端輸出到MAX232的12管腳，在MAX232種經過電平轉換后由TXD端輸出，系統基本結構框圖如圖2所示。

圖2 系統基本結構框圖

幀格式采用1位開始位，8位數據位，1位停止位，波特率為115 200，根據采用的幀格式，需要發送的數據為10位（1位開始位、8位數據位、1位停止位），在發送完這10位后，就應該停止發送，并使發送端電平處于邏輯1，然后等候下次的發送。

1.2 FPGA波特率發生器模塊

串口通信，就是RS 232/RS 485通信，要求通信的雙方波特率等通信格式一樣才可以通信成功。在電子通信領域，波特率（Baud Rate）即調制速率，指的是信號被調制以后在單位時間內的變化，即單位時間內載波參數變化的次數。它是對符號傳輸速率的一種度量，1 Baud即指每秒傳輸1個符號。在基于FPGA實現通用異步通信時，波特率發生器是一個必不可少的部分。波特率發生器實際上就是一個分頻器，可以根據給定的系統時鐘頻率和要求的波特率算出波特率分頻因子，算出的波特率分頻因子作為分頻器的分頻數從而產生所需的時鐘頻率。在設定發送和接收使用相同的波特率的情況下，UART只需要一個波特率發生器就可以了。

系統提供的時鐘頻率為10 MHz，數據信號的傳輸速率為115 200 Hz，波特率發生器產生的時鐘對數據信號進行采樣，設定對傳輸的數據信號進行3倍采樣，則波特率發生器產生的頻率為：

3×115 200=345 600 Hz

那么就可以根據給定的系統時鐘和要求的波特率計算出分頻因子：

1×107/345 600=28.94

對時鐘進行28.94分頻是很難實現的，因此取整數30作為分頻因子。盡管這樣會使得分頻得到的時鐘會比所需的 345 600 Hz高3.5%，但這樣微小的變化不會影響實際電路的工作。其仿真圖如圖3所示。

1.3 FPGA數據發送模塊

發送過程就是把并行總線上的數據發送到串行總線上。數據發送的過程可以分為空閑狀態、加載狀態、發送狀態和發送完成狀態。空閑狀態就是UART內核復位后的空閑狀態，等待加載狀態。UART進入空閑狀態后，當檢測到發送控制信號有效時，就進行加載狀態并開始進行數據的加載。加載狀態就是發送模塊按照串行發送的順序將要發送的這一幀數據加載到移位寄存器內，將移位寄存器和計數器都復位，使移位寄存器和計數器的工作時鐘為系統時鐘。當計數器達到了計數的上限時，它會產生一個指示信號通知UART內核進入發送狀態。UART內核狀態機進入發送狀態的同時要改變相應信號，這時移位寄存器時鐘必須為波特率時鐘，最重要的是將輸出信號送到RS 232的發送端口TXD上。在發送狀態，也需要計數器的控制，當計數器達到了計數的上限時，它會產生一個信號通知UART內核進入發送完成狀態。當UART內核狀態機進入發送狀態后，并產生發送完成中斷信號。這樣就可以把數據從串行端口上發送出去了。發送數據和接收數據的狀態轉換圖如圖4所示。

圖3 波特率發生器30分頻

圖4 發送數據和接收數據的狀態轉換圖

發送一幀數據的部分程序如下：

′send ：

begin

if（cnt>=8′h21） //cnt=33

nstate

else

begin

case（state）

bit0 ： begin txd

bit1 ： begin txd

bit2 ： begin txd

bit3 ： begin txd

bit4 ： begin txd

bit5 ： begin txd

bit6 ： begin txd

bit7 ： begin txd

bit8 ： begin txd

bit9 ： begin txd

bit10 ： begin txd

endcase

end

發送一幀數據的仿真結果如圖5所示。

1.4 FPGA數據接收模塊

數據的接收與數據的發送相比要復雜些。在數據的接收過程中，UART的接收模塊首先要進行的是對起始位的檢驗。一般當接收的第一個是低電平，就標志著一個數據幀的開始，但是在一個數據幀中間也有可能包括—個低電平的位，系統有可能默認為這個低電平為起始位，這樣就會產生一個“假的起始位”。所以，在數據接收的過程當中還要包括對數據起始位的判斷。所以數據的接收過程可以分為空閑狀態、起始位檢測狀態、數據位讀取狀態、讀取停止狀態、準備完成接收和停止位讀取狀態。在判斷起始位低電平后，觸發接收過程，進入數據位讀取狀態使串行總線的輸入數據不斷被讀取并且保存在寄存器內，計數器也到達計數的上限時，接收完成之后并進入準備完成接收狀態，UART控制器會在輸出結果之前對已經接收的數據進行奇偶校驗。然后進入停止位讀取狀態。在每一種狀態，如果使能信號無效時都轉回空閑狀態。最后UART 控制器準備下一次的數據接收并重置控制器內的信號檢測器。

圖5 發送一幀數據

在接收數據過程中，會有一些其他原因使信號產生反轉。為了消除毛刺，在接收數據時，采用3選2的方法消除誤差。也就是這個字符的值是至少有兩次采樣的值相等的值。

采用3選2方法接收數據的程序如下：

always @（ posedge clk）

begin

if（pstate==′read_data）

begin

d1_out[i]=rxd ；

i

if（i==3′b11）

begin

if（ d1_out[0]==d1_out[1]）

d_out[i1]

else if （ d1_out[0]==d1_out[2]）

d_out[i1]

else

d_out[i1]

i

i1

end

end

end

接收一幀數據的仿真結果如圖6所示。

圖6 接收一幀數據

在波特率為115 200情況下對UART進行仿真，結果如圖7所示。通過仿真波形可以看出，設計結果正確地發送和接收一幀數據并產生相應的中斷。

圖7 接收一幀數據和發送一幀數據

2 結 論

本文介紹了一種基于 FPGA實現異步串行通信功能，采用多模塊的方法實現異步串行通信功能，可以方便用戶根據需要進行裁減、便于理解和調試。本文運用Verilog語言進行設計異步串行并行收發器的 IP核電路。

用FPGA 實現UART 功能，充分利用了FPGA的剩余資源，相對于專用UART芯片，減小系統PCB板的面積，降低系統的功耗，提高系統的穩定性。近年來在電子設計領域中，這種硬件軟件化的方法已經成為一種流行趨勢。該設計采用Xilinx公司的Spartan3E系列中器件XC3S100E。通過 ISE軟件進行時序仿真和硬件測試各項通信指標均滿足要求，整個設計的正確性和完整性得到驗證，各項功能均達到預期的要求。

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[7] 汪灝，郭二輝.通用異步串行收發器UART核在DSP芯片中的設計與實現[J].中國集成電路，2011，20（3）：36?39.

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篇(7)

成長中的故事猶如滿天星，其中也有的像黃河水一樣流向了遠處，但又一件事深深地印在我的腦海里。

打開記憶的大門，回想起那件事。

在我13歲那年時的一個秋季。一天，我早早的起了床，因為今天是我的生日嘛！吃完早飯，便去了學校。上學的路上，一些認識我的人見了就問：“今天怎么這么高興？吃開心果了嗎？”我答道：“沒有啊，就是今天天氣不錯，心情自然也不錯嘍！”到了學校里，開開心心地上完早讀。下課時，同學們都過來和我說：“生日快樂！”好高興啊！他們還送了禮物給我呢！一天就在我愉悅的心情中度過了。回到家，不經意間看到了桌子上的一個蛋糕。不等我開口問，奶奶便把話搶了過去：“你看，為了給你過生日，你爸爸還特意給你買了一個蛋糕。”好激動啊！爸爸竟然還給我準備了蛋糕。晚上，我們一家聚在一起，為我開了一個生日party。插了蠟燭的蛋糕放在了桌子上，隱隱約約的燭光讓我看到了爸媽頭上的縷縷銀絲。爸媽老了，他們為我付出了多少心血啊，以前我是任性，現在我終于讀懂了爸媽的愛。從今以后，我一定不會讓爸媽生氣。“婷婷，該許愿了。”媽媽的一句話把我帶回了現實中。我含著淚，許了一個愿望，（這個愿望暫時不告訴你們，保密吧！）之后，我吹滅了蠟燭，開始切蛋糕了。時間過得真快，鐘表已經指向了10點，我們只好收拾桌子。收拾完桌子，我便依依不舍的去睡覺了。

生活中并不是事事順心，“萬事如意”，“一帆風順”這些吉祥語不可能實現，而是人們對美好生活的象征。生活并不是風調雨順，那些經受不住磨練的人是達不到成功的終點的。

隨著年齡的增長，身高的增長，煩惱也不期而致。它們拉幫結派，一起來擾亂我們的生活。