時(shí)間：2023-05-30 10:56:24
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇電路與系統(tǒng)，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
【關(guān)鍵詞】電路;計(jì)算;系統(tǒng)理論;思考
一、引言
伴隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電工和電氣工程各技術(shù)領(lǐng)域均獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，特別是各種新微型電子器件的出現(xiàn)，信息的滲透以及擴(kuò)展，再加上電子計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展，使得電工程理論也發(fā)生了相應(yīng)的變革。在這種形勢下，加強(qiáng)電路與系統(tǒng)理論的研究也變得尤為重要。
二、經(jīng)典電路和近代電路理論研究
在電路和系統(tǒng)理論的發(fā)展以及形成階段經(jīng)歷了自經(jīng)典到近代這一過程。電路最早出現(xiàn)于物理學(xué)中的電磁學(xué)，控制系統(tǒng)、電力系統(tǒng)以及通信系統(tǒng)在形成與發(fā)展過程中，其共同基礎(chǔ)均為電路理論。從方法論來看，電路理論主要經(jīng)歷了頻域分析與時(shí)域分析交替發(fā)展階段，在早期電路理論傾向于時(shí)域分析，但因遇到較復(fù)雜的高階段微分方程或者輸入時(shí)，于時(shí)域進(jìn)行求解的話比較困難，對(duì)此，到后期開始轉(zhuǎn)向于頻域分析。而隨著計(jì)算機(jī)的普及以及廣泛應(yīng)用，在微分方程的求解過程中所遇到的難題可借助于計(jì)算機(jī)得到有效的解決，此時(shí)時(shí)域分析也重新得到了關(guān)注以及重視，頻域和時(shí)域相結(jié)合的這一理論也日漸完善。
戰(zhàn)后年代控制系統(tǒng)、電力系統(tǒng)以及通信系統(tǒng)均獲得很大突飛猛進(jìn)的發(fā)展，尤其是控制系統(tǒng)與通信系統(tǒng)發(fā)展特別迅速，已上升成為了新理論體系，分別為控制論與信息論。在控制系統(tǒng)與通信系統(tǒng)中所運(yùn)動(dòng)的信息為時(shí)間序列，其帶有一定的隨機(jī)性，具備統(tǒng)計(jì)分布特征，而這些特征也為電路理論的研究提供了一些新的課題，再加上計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，不同新微型電子設(shè)備器件的相繼出現(xiàn)，產(chǎn)生了一種新的電路理論，即近代電路理論，該理論所含內(nèi)容非常多，比如非互易電路理論、非線性電路理論、多端電路理論、時(shí)變電路理論以及有源電路理論等，其特點(diǎn)主要如下：
第一，在時(shí)域分析上，將δ（t）引入至此起到了一定的革命性作用;在變換域分析上，自頻域向復(fù)頻域發(fā)展，接著再發(fā)展至Z域，拓寬了信號(hào)分析領(lǐng)域。
第二，時(shí)域分析和頻域分析之間的有機(jī)結(jié)合，小波變換分析法的應(yīng)用;計(jì)算方法的改變，系統(tǒng)步驟解法的應(yīng)用，該方法滿足計(jì)算機(jī)程序求解需求。
第三，動(dòng)力學(xué)體系以及代數(shù)拓?fù)涞鹊囊耄粌H為計(jì)算機(jī)應(yīng)用于電路提供了相應(yīng)的理論參考依據(jù)，同時(shí)在此基礎(chǔ)上還提出了相關(guān)的研究方式，即時(shí)變系統(tǒng)研究與非線性系統(tǒng)研究。
近代電路理論就電路規(guī)律性方面的相關(guān)內(nèi)容提出了新見解，即認(rèn)為電荷守恒定律與能量守恒定律為基本電路定律，只有基于集中化這一條件下才可將電壓定律以及電流定律表現(xiàn)出來，因電路現(xiàn)象物理實(shí)質(zhì)為電磁場，對(duì)此這一觀點(diǎn)在某種意義上更能將電路中所產(chǎn)生的這一電磁過程闡明，同時(shí)有利于和經(jīng)典電力學(xué)理論中能量守恒定律以及質(zhì)量守恒定律進(jìn)行對(duì)比，構(gòu)建統(tǒng)一且科學(xué)的電路和系統(tǒng)理論。
三、電路和系統(tǒng)理論研究分析
所謂系統(tǒng)就是指由不同互相作用以及聯(lián)系的事物所構(gòu)成的一個(gè)具備某種作用的整體，其中動(dòng)物神經(jīng)組織與太陽系等為自然系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)與供電網(wǎng)等為人工技術(shù)系統(tǒng)，此外還包含有思維意識(shí)系統(tǒng)以及社會(huì)系統(tǒng)等，于電工程范圍內(nèi)，當(dāng)前現(xiàn)有的系統(tǒng)有控制系統(tǒng)、電力系統(tǒng)以及通信系統(tǒng)。
和系統(tǒng)定義聯(lián)系密切的有信號(hào)，信號(hào)這一概念最早提出于通信這一學(xué)科中，何謂信號(hào)，簡單地講就是信號(hào)其實(shí)就是消息存在形式，而信號(hào)的內(nèi)容則為消息，從某種意義上來講，信號(hào)具有隨機(jī)性和統(tǒng)計(jì)分布特征，結(jié)合近代觀點(diǎn)來看，信息將系統(tǒng)所包括的能量以及物質(zhì)在時(shí)間與空間中分布不均勻程度反映了出來，由此可見，信號(hào)為形式，消息為內(nèi)容，而信息則為內(nèi)涵。除此之外，和系統(tǒng)還存在聯(lián)系的有網(wǎng)絡(luò)以及電路，電路作為電工設(shè)備所構(gòu)成的一個(gè)總體，為電流通過提供了相關(guān)途徑。若電路具備復(fù)雜結(jié)構(gòu)，則這種電路叫做網(wǎng)絡(luò)，于現(xiàn)代電路學(xué)理論中網(wǎng)絡(luò)或者電路被看作是實(shí)際電路科學(xué)抽象。電路和系統(tǒng)之間除了存在某種聯(lián)系以外，二者還各有特色，但是不管是系統(tǒng)，還是電路，均由元件組合所構(gòu)成。電路這種結(jié)構(gòu)為具體性，即對(duì)信號(hào)實(shí)施某一種加工處理;而系統(tǒng)則為信號(hào)通過的所有線路。在系統(tǒng)理論中所強(qiáng)調(diào)的是于特定條件下必須要具備某一種功能，即傳輸特性;而電路所強(qiáng)調(diào)的則是系統(tǒng)自身特性的實(shí)現(xiàn)應(yīng)該有的參數(shù)以及結(jié)構(gòu)。對(duì)此，從某種意義上來講，系統(tǒng)涉及到的問題為全局性，而電路涉及到的問題為局部性，信號(hào)、系統(tǒng)以及電路之間關(guān)系就如同火車車廂、鐵路以及鐵軌間的關(guān)系。近幾年，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的加快，信息技術(shù)水平的額提高，電路與系統(tǒng)理論在問題科學(xué)思想的研究上互相遞饋以及滲透;于問題方法論上互相統(tǒng)一以及協(xié)調(diào)，微電子工業(yè)的快速發(fā)展已使電系統(tǒng)、電器件以及電路融為了一體。
四、結(jié)束語
綜上所述，隨著社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)的發(fā)展，電路與系統(tǒng)理論這門學(xué)科已成為了一門具備深厚理論基礎(chǔ)以及廣泛實(shí)踐基礎(chǔ)的學(xué)科，該學(xué)科和其他領(lǐng)域?qū)W科相同，所引用的研究方式、概念以及理論內(nèi)容等均在不斷更新，該學(xué)科已經(jīng)在電子工程以及電氣工程各技術(shù)部門獲得了明顯的應(yīng)用價(jià)值，且也在自身各發(fā)展階段融合了當(dāng)前關(guān)于自然科學(xué)理論中的優(yōu)秀成果。電路與系統(tǒng)理論兼有兩個(gè)方面的淵源，即理論與實(shí)踐;同時(shí)還兼有兩個(gè)方面的背景，即學(xué)術(shù)與工業(yè)。除此之外，電路與系統(tǒng)理論還和國民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)進(jìn)步等學(xué)科領(lǐng)域存在著密切的聯(lián)系。
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【關(guān)鍵詞】數(shù)字電路與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)；本科工程教育；研究性教學(xué)；交互式教學(xué)
【Abstract】The research-based teaching requires teachers to organize teaching by explore ways to cultivate students’curiosity and creativity.Using the FPGA technology students’learning interest and study effect can be inspired and improved in experiment teaching of digital circuits and system. Though the reform and exploration， the students’ability of exploration research and engineering skills can be improved for the national undergraduate electronic design contest.In this paper，under the guidance of research-based teaching，application of FPGA technology to the digital circuits and system experiment teaching be carried on the investigative teaching method and the exploration practice.
【Key words】Digital circuits and system experimental course；Research-based teaching；Bachelor engineering education；Interactive teaching
0 引言
課程教學(xué)是高等教育的主渠道，推動(dòng)課程體系創(chuàng)新和教學(xué)內(nèi)容、方法、手段的改革，已逐漸成為高等教育創(chuàng)新性人才培養(yǎng)目標(biāo)改革的趨勢之一[1-3]。電子信息類實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等院校理工類專業(yè)學(xué)生重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，也是學(xué)生在大學(xué)教育階段的主要工程性實(shí)踐環(huán)節(jié)，它對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的素質(zhì)和能力十分重要，實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果對(duì)學(xué)生專業(yè)技能的培養(yǎng)以及就業(yè)都將產(chǎn)生直接影響[4-8]。
數(shù)字電路與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程是數(shù)字電路理論課程學(xué)習(xí)到工程師轉(zhuǎn)換的一座重要的實(shí)踐橋梁。我們采用研究性教學(xué)模式為了進(jìn)一步提升學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，創(chuàng)立類似科學(xué)研究的氛圍，以引起學(xué)生深刻體驗(yàn)和共鳴。通過該實(shí)踐環(huán)節(jié)的磨礪，使學(xué)生鞏固和加深對(duì)數(shù)字電路和模數(shù)混合系統(tǒng)的理解，增強(qiáng)工程應(yīng)用和工程實(shí)踐能力，為學(xué)生參加全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。電工電子實(shí)驗(yàn)系列課程是南京郵電大學(xué)獨(dú)立設(shè)置的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程，也是重要的學(xué)科基礎(chǔ)課程；同時(shí)也是理論性、實(shí)踐性和工程技術(shù)性都很強(qiáng)的必修課程；是江蘇省重點(diǎn)建設(shè)課程和省級(jí)精品課程。本文在研究性教學(xué)思想的指導(dǎo)下， 應(yīng)用FPGA技術(shù)對(duì)數(shù)字電路與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行研究性教學(xué)實(shí)踐， 探索實(shí)施研究性教學(xué)的教學(xué)方法。
1 授課內(nèi)容的變化
目前CPLD/FPGA有著越來越廣闊的應(yīng)用前景，它和DSP及CPU并稱為電子系統(tǒng)的三大基石。CPLD/FPGA具有體系結(jié)構(gòu)先進(jìn)、支持在線編程、應(yīng)用靈活、集成度高、功能強(qiáng)大、設(shè)計(jì)周期短、開發(fā)成本低、開發(fā)工具先進(jìn)、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化程度高、性能穩(wěn)定以及可在線檢驗(yàn)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于通信、儀器儀表、工業(yè)控制、信息處理等系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)中。而掌握CPLD/FPGA設(shè)計(jì)技術(shù)已成為當(dāng)今硬件工程師和IC設(shè)計(jì)工程師的必備技能。
在授課內(nèi)容上體現(xiàn)了繼承與發(fā)展。即：繼承基于中小規(guī)模集成的電路設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路，發(fā)展目前產(chǎn)業(yè)常用的CPLD/FPGA實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路。通過本課程授課內(nèi)容的更新，使學(xué)生通過本課程掌握VHDL的程序設(shè)計(jì)方法與CPLD/FPGA的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法，培養(yǎng)在硬件、軟件方面獨(dú)立分析問題、解決問題的能力。
通過授課內(nèi)容的變化，使學(xué)生既掌握設(shè)計(jì)與調(diào)測基于中小規(guī)模集成電路的方法，鍛煉學(xué)生的基本電路的調(diào)測和差錯(cuò)能力，同時(shí)訓(xùn)練學(xué)生掌握新技術(shù)、新工藝和新軟件，為學(xué)生解決復(fù)雜工程問題提供必要的知識(shí)積累。
2 授課形式的變化
依托我校電子科學(xué)與技術(shù)國家級(jí)實(shí)驗(yàn)中心平臺(tái)，并結(jié)合授課教師的科研背景，我們編寫了偏重與基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技術(shù)與工程應(yīng)用的普通高等院校電工電子實(shí)驗(yàn)實(shí)踐系列教材，通過具有代表性的工程案例，強(qiáng)化電工電子實(shí)驗(yàn)課程的工程技術(shù)性，并形成電工電子實(shí)驗(yàn)技術(shù)知識(shí)體系。同時(shí)積極完善該課程的教學(xué)視頻、電子教案、綜合芯片數(shù)據(jù)表文件、實(shí)驗(yàn)案例以及工程案例等線上資源，保證課程的系統(tǒng)性與完整性。
在授課形式上打通理論課和實(shí)踐課程的鴻溝，將數(shù)字電路理論課中的設(shè)計(jì)報(bào)告和研究報(bào)告在實(shí)踐課程中加以實(shí)現(xiàn)。要求實(shí)驗(yàn)報(bào)告都要以科技論文的形式書寫，盡早鍛煉學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力和文字表達(dá)能力，提升學(xué)生的研究和溝通能力。
3 考核形式的變化
針對(duì)研究性教學(xué)的形式，我們構(gòu)建了多元化的考核方式。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)既包括了平時(shí)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的提交與報(bào)告質(zhì)量、實(shí)驗(yàn)操作情況、期中考試成績和期末考試成績，同時(shí)還包括了交互式學(xué)習(xí)的內(nèi)容。在傳統(tǒng)的“平時(shí)+期中+期末”考核方式的基礎(chǔ)上，加入了平時(shí)實(shí)驗(yàn)操作成績。考試和期中測驗(yàn)允許學(xué)生攜帶自行準(zhǔn)備的參考資料進(jìn)入考場，同時(shí)試卷分為實(shí)踐部分（60分）和實(shí)驗(yàn)技術(shù)與實(shí)驗(yàn)理論部分（40分）。同時(shí)，由學(xué)生自主完成各種創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。這種靈活的考核模式，有利于學(xué)生鍛煉工程實(shí)踐能力，完備學(xué)生的電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的知識(shí)體系。
4 結(jié)束語
針對(duì)學(xué)生在工程實(shí)踐、創(chuàng)新能力薄弱的難題和瓶頸，我們在電工電子實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程中引入研究型教學(xué)模式，以有效地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容，切實(shí)倡導(dǎo)以學(xué)生為主體的教學(xué)模式，促使學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，獨(dú)立思考，營造了良好的學(xué)習(xí)氛圍。該教學(xué)改革的實(shí)施有力地推動(dòng)了我校實(shí)踐教學(xué)課程教學(xué)體系的改革與創(chuàng)新，學(xué)生參加創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)積極踴躍，表現(xiàn)出極大的熱情和自信，參加競賽并獲各類獎(jiǎng)項(xiàng)越來越多。我校在大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽、挑戰(zhàn)杯、全國大學(xué)生機(jī)器人大賽和美國機(jī)器人公開賽等重要賽事中，屢創(chuàng)佳績，近3年來獲得省級(jí)以上大學(xué)生電子類設(shè)計(jì)競賽獎(jiǎng)共計(jì)近200項(xiàng)，其中國家級(jí)90余項(xiàng)。基于研究型的數(shù)字電路與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程改革有效地提升了學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力。
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關(guān)鍵詞：鐵路信號(hào)；模擬調(diào)試系統(tǒng)；研究
1 鐵路信號(hào)模擬調(diào)試系統(tǒng)構(gòu)成
鐵路信號(hào)模擬調(diào)試系統(tǒng)主要以下幾部分構(gòu)成，即系統(tǒng)連接電纜-信號(hào)適配箱-計(jì)算機(jī)三大部分，其中信號(hào)適配箱中包含接線端子、信號(hào)燈狀態(tài)采集電路、軌道電路狀態(tài)模擬電路、道岔狀態(tài)采集電路、系統(tǒng)工作電源、主控電路模塊及USB接口。系統(tǒng)主體部分為信號(hào)適配箱，其主要功能是對(duì)外部系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)驅(qū)動(dòng)和采集信號(hào)。信號(hào)燈狀態(tài)采集電路主要用于采集信號(hào)狀態(tài)；軌道電路狀態(tài)模擬電路主要用于模擬軌道電路空閑和占用的狀態(tài)；道岔狀態(tài)采集電路主要用于采集道岔狀態(tài)；主控電路模塊通過USB接口連接計(jì)算機(jī)，主要用于采集整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，然后將這個(gè)模擬狀態(tài)傳達(dá)給電路模塊；系統(tǒng)的工作電源一般為+5V、-15V、+15V。系統(tǒng)的操作通過計(jì)算機(jī)對(duì)信號(hào)適箱進(jìn)行控制來完成，而另一端的實(shí)現(xiàn)通過接線端子與實(shí)驗(yàn)電纜連接來實(shí)現(xiàn)。用戶可以通過計(jì)算機(jī)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制以完成實(shí)驗(yàn)。
2 鐵路信號(hào)模擬調(diào)試系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
該系統(tǒng)硬件接口主要采取單片機(jī)來代替控制器實(shí)現(xiàn)采集狀態(tài)及輸出控制。適配箱拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。
當(dāng)上位機(jī)要與多路外設(shè)進(jìn)行通信時(shí)，應(yīng)該應(yīng)用設(shè)備級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)，木版通過RS-485總線連接外部設(shè)備，全部數(shù)據(jù)通過主控電路，之后使用USB接口實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)進(jìn)行通信。不但可以保證各外設(shè)與上位機(jī)之間可以有效通信，同時(shí)也可以隨著應(yīng)用環(huán)境的變化而調(diào)整外設(shè)數(shù)目，如果需要增加設(shè)備，就可以直接與主控電路直接級(jí)聯(lián)，因此其靈活性較強(qiáng)，適合進(jìn)行廣泛應(yīng)用。模擬電路和采集電路的具體數(shù)目的確定是通過主控電路中的8位開關(guān)離散量決定的，要求連續(xù)編號(hào)，主控電路與上位機(jī)的通信要通過USB接口來實(shí)現(xiàn)，主控電路與模擬電路、主控電路與采集電路的通信都是通過RS-485總線來完成的。一個(gè)采集電路或者模擬電路需要設(shè)置兩個(gè)RS-485總線接口，其中一個(gè)接口是為了與主控電路通信，而另一個(gè)則是為了拓展其電路的數(shù)目。主控電路供電通過USB接口來實(shí)現(xiàn)，而模擬電路及采集電路的供電電源模塊來實(shí)現(xiàn)。
（1）主控電路。主控電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。主控電路的功能是與采集電路、模擬電路及上位機(jī)進(jìn)行通信。在USB接口模塊中，CH375芯片與上位機(jī)的USB數(shù)據(jù)線相連接，CH375芯片與單片機(jī)連接，其中數(shù)據(jù)線連接P2，地址線連接P0，讀寫連接讀寫，中斷連接中斷0。單片機(jī)控制CH375；而在RS-485也與單片機(jī)相連接，Max485引腳1、2、3與單片機(jī)的地線及串行線相連接。模擬電路及采集電路與RS-485進(jìn)行通信用Max485譯碼表示。
（2）采集電路。采集電路主要包括道岔狀態(tài)采集電路及信號(hào)燈狀態(tài)采集，其光電隔離通過霍爾電流傳感器來實(shí)現(xiàn)。其工作原理為光耦采集。在隔離電路中，因?yàn)榈啦頎顟B(tài)采集的隔離電路與信號(hào)燈狀態(tài)采集的隔離電路在二級(jí)隔離電路上是一致的，那么在設(shè)計(jì)采集電路時(shí)就可以設(shè)置成道岔狀態(tài)采集一級(jí)隔離電路、信號(hào)燈狀態(tài)夏季一級(jí)隔離電路及采集隔離電路。前兩個(gè)主要的功能是對(duì)外部信號(hào)進(jìn)行一級(jí)隔離，因?yàn)槎咝盘?hào)采集內(nèi)容不同，因此其電路也會(huì)有所區(qū)別。道岔狀態(tài)采集隔離電路是對(duì)交流信號(hào)進(jìn)行采集，因此在進(jìn)行信號(hào)輸入時(shí)要將二極管加入實(shí)現(xiàn)控制。采集隔離電路的RS-485總線端也用Max485譯碼表示，Max485引腳1、2、3與單片機(jī)的地線及串行線相連接。而邏輯芯片的編程需要通過連入單片機(jī)的讀寫、P0、P2、復(fù)位信號(hào)，對(duì)光耦的讀選通進(jìn)行控制。
（3）模擬電路。模擬電路的RS-485總線端也用Max485譯碼表示，Max485引腳1、2、3與單片機(jī)的地線及串行線相連接。邏輯芯片與單片記得時(shí)鐘、P0、地址鎖存信號(hào)、讀寫進(jìn)行信號(hào)連接。而繼電器鎖存采用MIC580ln芯片，要想將信號(hào)接入到邏輯芯片中需要將MIC580ln芯片選通、清零、數(shù)據(jù)及地址鎖存信號(hào)，也就是繼電器的寫選通要用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)，最終利用繼電器控制將軌道電路空閑及占用狀態(tài)模擬出來。
3 鐵路信號(hào)模擬調(diào)試系統(tǒng)軟件工作的具體流程
（1）主控電路流程。向上位機(jī)進(jìn)行采集電路數(shù)目的發(fā)送及對(duì)電路數(shù)目信息進(jìn)行模擬。計(jì)算機(jī)對(duì)繼電器進(jìn)行控制，并進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，主控電路會(huì)從計(jì)算機(jī)中讀取地址及數(shù)據(jù)，檢驗(yàn)過后傳送到RS-485總線中。
（2）采集電路流程。其主要流程就是通過光耦將輸入數(shù)據(jù)信息進(jìn)行光電隔離，然后再傳送到邏輯芯片上。采集電路從RS-485總線中讀取指令數(shù)據(jù)，當(dāng)與其地址保持一致時(shí)，就會(huì)從邏輯芯片上讀取56路的數(shù)據(jù)，然后再傳回到RS-485總線中。
（3）模擬電路流程。如果C51單片機(jī)與RS-485總線地址一致時(shí)，就可以直接將數(shù)據(jù)傳送到邏輯芯片上。邏輯芯片接受完數(shù)據(jù)就會(huì)用控制信號(hào)對(duì)繼電器進(jìn)行控制。
4 結(jié)束語
文章主要研制了鐵路信號(hào)模擬調(diào)試系統(tǒng)，對(duì)信號(hào)設(shè)備的檢測具有重要的意義，其準(zhǔn)確性、有效性及快速性決定了其可以進(jìn)行推廣應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞:計(jì)算機(jī)專業(yè);電路系列課程;教學(xué)改革
我校計(jì)算機(jī)專業(yè)從1980年開始創(chuàng)辦,是廣西高校中最早開辦的計(jì)算機(jī)專業(yè),經(jīng)過近30年的發(fā)展,到今天已有六個(gè)相關(guān)專業(yè),其中計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、信息安全、網(wǎng)絡(luò)工程、數(shù)字媒體四個(gè)專業(yè)開設(shè)了電路系列課程。由于我校一直秉承以電子信息產(chǎn)業(yè)為背景,注重寬口徑教學(xué),培養(yǎng)工程應(yīng)用性人才的辦學(xué)理念,對(duì)電路系列課程一直非常重視,培養(yǎng)的計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生不僅專業(yè)能力突出,也具有較好的軟硬件綜合能力,在用人單位中具有良好口碑,就業(yè)率穩(wěn)步上升。2007年我們對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)電路系列課程開始了新一輪的改革,經(jīng)過兩年多的改革實(shí)踐,學(xué)生對(duì)我們的一系列教改措施如何評(píng)價(jià),他們有何反饋性的意見,他們是否認(rèn)為受益?為了從學(xué)生的角度收集各方面材料,以便為電路系列課程教學(xué)的深入改革提供更為可靠的依據(jù),我們于2009年12月對(duì)大二、大三、大四計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)本科學(xué)生開展了問卷調(diào)查。我們隨機(jī)發(fā)放了400份調(diào)查問卷,共回收了387份,其中未答完問卷2份,有效份數(shù)為385份[1-2]。
1問卷設(shè)計(jì)
本次問卷調(diào)查的目的在于了解學(xué)生的學(xué)習(xí)方法、對(duì)電路系列課程的內(nèi)容整合、教學(xué)方法手段改革后的意見反饋、學(xué)習(xí)電路系列課程的收獲等,因此問卷主要包括以下內(nèi)容:
1) 學(xué)生的課程學(xué)習(xí)重視程度。了解學(xué)生用于課程理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的時(shí)間,參與輔導(dǎo)答疑的次數(shù)等,從而了解學(xué)生對(duì)課程的重視程度。
2) 學(xué)生對(duì)課程教學(xué)的滿意度。了解學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的整合,實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開設(shè),教師教學(xué)方法態(tài)度等的滿意程度。
3) 學(xué)生對(duì)課程資源和學(xué)習(xí)支持服務(wù)系統(tǒng)的認(rèn)同度。了解學(xué)生對(duì)課程教材、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)的使用情況。
4) 學(xué)生對(duì)考核機(jī)制的認(rèn)同度。了解學(xué)生對(duì)理論教學(xué)教考分離、實(shí)驗(yàn)獨(dú)立考核、增加創(chuàng)新實(shí)踐學(xué)分等考核機(jī)制的認(rèn)同度。
5) 學(xué)習(xí)電路系列課程的收獲。了解電路系列課程對(duì)學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)、自身素質(zhì)、就業(yè)的影響程度。
2調(diào)查結(jié)果分析
2.1學(xué)生的課程重視程度分析
學(xué)生的學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)習(xí)慣的調(diào)查結(jié)果如表 1所示。
上表數(shù)據(jù)顯示,絕大部分學(xué)生對(duì)理論課程不作課前預(yù)習(xí),說明大家還是習(xí)慣被動(dòng)接受知識(shí),這也是課堂互動(dòng)性不能完全發(fā)揮的原因之一。對(duì)于實(shí)驗(yàn)課程,大部分學(xué)生能課前預(yù)習(xí),說明實(shí)驗(yàn)課程改革有一定效果。電路系列課程的所有實(shí)驗(yàn)是在我校的教學(xué)實(shí)踐部開設(shè),我校教學(xué)實(shí)踐部的電路電子實(shí)驗(yàn)中心是國家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心,有著嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)制度,發(fā)生任何理由的遲到現(xiàn)象都被拒之門外。實(shí)驗(yàn)改革措施之一是實(shí)驗(yàn)獨(dú)立考核,獨(dú)立學(xué)分,即實(shí)驗(yàn)不及格必須重修。這樣就杜絕了因?qū)嶒?yàn)不及格,通過理論課程考高分將總評(píng)成績拉及格的現(xiàn)象。措施之二是增加實(shí)驗(yàn)課時(shí),改革實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。電路與電子技術(shù)基礎(chǔ)(電路+模電)和數(shù)字電路與EDA的實(shí)驗(yàn)都是24學(xué)時(shí),分別是理論課時(shí)的一半。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中刪減簡單、驗(yàn)證性與陳舊性的小實(shí)驗(yàn),增加系統(tǒng)性強(qiáng)的各種綜合性實(shí)驗(yàn),同時(shí)加強(qiáng)開放設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。措施之三是鼓勵(lì)學(xué)生參加課外科技團(tuán)隊(duì),參加各類電子設(shè)計(jì)大賽,獲得創(chuàng)新實(shí)踐學(xué)分。改革后,學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重視程度有明顯增強(qiáng),70%以上的學(xué)生會(huì)在實(shí)驗(yàn)課前預(yù)習(xí)。
60%以上的學(xué)生能在課后進(jìn)行復(fù)習(xí)和獨(dú)立完成作業(yè),并查閱課外參考書。說明學(xué)生比較重視電路系列課程的學(xué)習(xí),有較好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。其原因也有因?qū)嶒?yàn)課程的重視從而提高了理論課程的學(xué)習(xí)興趣和重視程度。參加輔導(dǎo)老師答疑的學(xué)生超過30%,輔導(dǎo)老師會(huì)每周一次在固定時(shí)間和辦公地點(diǎn)給學(xué)生答疑,學(xué)生在學(xué)習(xí)中所遇到的問題,會(huì)通過自己的努力來解決,也會(huì)積極詢問老師以獲得幫助。
2.2學(xué)生對(duì)課程教學(xué)的滿意度分析
課程教學(xué)的調(diào)查結(jié)果如表2所示。
在電路系列課程改革中,我們主要進(jìn)行了理論課程內(nèi)容的整合和調(diào)整,實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系和手段改革,加強(qiáng)教師教學(xué)基本功,努力提升多媒體教案質(zhì)量。在理論課程改革中,首先是將電路與模電的內(nèi)容合為一門課,即電路與電子技術(shù)基礎(chǔ);數(shù)字電路與電子電路EDA合為一門課,即數(shù)字電路與EDA,兩門課程課時(shí)分別壓縮為48學(xué)時(shí)。其次是克服課時(shí)少,內(nèi)容多的矛盾。在內(nèi)容講授上突出宏觀全局,突出定性分析,由于電子設(shè)備逐漸集成化,授課時(shí)不在分立元件電路上深摳細(xì)節(jié)耗費(fèi)時(shí)間,分析器件與模塊少講內(nèi)部原理,主要突出外部特性,并強(qiáng)調(diào)模塊的應(yīng)用、連接和匹配。此外在教學(xué)中從工程需要的角度去進(jìn)行理論講解,再回到工程應(yīng)用中,變理論的抽象性為理論的應(yīng)用性[3]。
實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革在前2.1節(jié)已述。
提高教師素質(zhì)的主要措施是授課效果好的老教師與青年教師結(jié)為教學(xué)對(duì)子,或老教師對(duì)青年教師至少進(jìn)行教學(xué)指導(dǎo)一年以上。學(xué)院鼓勵(lì)教師參加一年一度的全校青年教師教學(xué)基本功大賽、教學(xué)新人競賽以及優(yōu)秀任課教師評(píng)比。學(xué)生評(píng)教低于70分必須參加學(xué)校組織的教學(xué)技能培訓(xùn)班。
多媒體課件的質(zhì)量好壞極大地影響授課效果,授課教師積極利用專業(yè)優(yōu)勢,與數(shù)字媒體專業(yè)學(xué)生經(jīng)過一年多的努力,分別制作了單機(jī)版與網(wǎng)絡(luò)版的電路系列課程教學(xué)軟件。其中網(wǎng)絡(luò)版課件參加2009年度全區(qū)教學(xué)軟件比賽獲一等獎(jiǎng)。
從調(diào)查結(jié)果看,80%左右學(xué)生認(rèn)為理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容安排是合理的,對(duì)教師的上課進(jìn)度和效果也比較滿意。
2.3學(xué)生對(duì)課程資源和學(xué)習(xí)支持服務(wù)系統(tǒng)的認(rèn)同度分析
課程資源和學(xué)習(xí)支持服務(wù)系統(tǒng)的調(diào)查結(jié)果如表3所示。
電路系列課程中,電路與電子技術(shù)基礎(chǔ)為自編講義,正在試用中,數(shù)子電路與EDA是自編教材,實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書是自編教材。從調(diào)查結(jié)果看,大部分學(xué)生還是非常滿意我們編寫的教材和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書。
電路系列課程網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)包含了豐富的內(nèi)容,大致包括有:1)教學(xué)大綱、教學(xué)實(shí)施方案,考試大綱;2)教材、參考教材的電子圖書、Word電子教案;3)多媒體教學(xué)課件;4)學(xué)科論壇與在線答疑;5)習(xí)題庫與試題庫。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果看,課程網(wǎng)站的利用率還是比較高的。同時(shí),在調(diào)查表的“有何建議”一項(xiàng)中,同學(xué)提出授課錄像沒有完善和部分習(xí)題、試題沒有詳細(xì)的答案,這都是需要我們完善的地方。
2.4學(xué)生對(duì)考核機(jī)制的認(rèn)同度分析
考核機(jī)制的調(diào)查結(jié)果如表4所示。
理論教學(xué)“教考分離”是指理論課程的考試試卷是由教務(wù)處指定非任課教師出題,考試題按課程網(wǎng)站上的考試大綱并從網(wǎng)站中的習(xí)題與試題庫中選題。目前學(xué)校的大部分課程是任課教師自己出題,并在考前進(jìn)行針對(duì)性復(fù)習(xí),“教考分離”與之相比顯然難度要高,估計(jì)這是近一半的學(xué)生不支持“教考分離”的原因。然而“教考分離”更能體現(xiàn)出考試的公平公正與改革的效果,這是我們需要堅(jiān)持的。
實(shí)驗(yàn)獨(dú)立考核是指實(shí)驗(yàn)課程的考核與理論課程的考核不掛鉤。學(xué)校也只有部分專業(yè)基礎(chǔ)課采用這樣的考核方式。近90%學(xué)生支持實(shí)驗(yàn)獨(dú)立考核。
創(chuàng)新實(shí)踐學(xué)分是指參加校級(jí)和校級(jí)以上的計(jì)算機(jī)類、電子設(shè)計(jì)類等大賽并獲獎(jiǎng),就可以得到一定的創(chuàng)新實(shí)踐學(xué)分。調(diào)查發(fā)現(xiàn),能獲得創(chuàng)新實(shí)踐學(xué)分的學(xué)生主要是高年級(jí)學(xué)生。我們考慮將數(shù)字電路與EDA課程提前開設(shè),將單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)、微機(jī)原理和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的系列相關(guān)課程開設(shè)時(shí)間提前,將利于學(xué)生更好地參與電子類科技活動(dòng)。
2.5學(xué)習(xí)電路系列課程的收獲
學(xué)習(xí)收獲的調(diào)查結(jié)果如表5所示。
學(xué)習(xí)電路系列課程的收獲這項(xiàng)調(diào)查主要是針對(duì)大三大四的學(xué)生,40%學(xué)生認(rèn)為電路系列課程對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)后續(xù)專業(yè)課程有一定作用,當(dāng)然計(jì)算機(jī)專業(yè)的后續(xù)課程中與軟件編程相關(guān)的專業(yè)課更多,但是就業(yè)市場更需要的是有較好的軟硬件綜合能力的創(chuàng)新人才。從調(diào)查結(jié)果看有不少同學(xué)已經(jīng)意識(shí)到加強(qiáng)電路系列課程學(xué)習(xí),參與創(chuàng)新科技團(tuán)隊(duì),將有助于提高綜合素質(zhì),擴(kuò)大就業(yè)范圍。
3結(jié)語
我校的計(jì)算機(jī)專業(yè)電路系列課程教學(xué)改革從2007年開始,迄今為止,在兩年多的時(shí)間內(nèi),我院依據(jù)專業(yè)特點(diǎn),明確培養(yǎng)目標(biāo),從教學(xué)體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段、考核方式等方面進(jìn)行了改革與探索。這次調(diào)查表明,改革增強(qiáng)了計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生對(duì)電路系列課程的興趣和學(xué)習(xí)重視程度,有效地提高了教學(xué)效果,同時(shí)調(diào)查也對(duì)進(jìn)一步改革工作提供了啟示,我們將堅(jiān)定信心,繼續(xù)努力,爭取獲得更大的改革成效。
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Investigation and Analysis of Teaching Innovation on the Electrocircuit
Curriculum of Computer Science
YANG Qing, ZHOU Ping
(Computer & Control Institute, Guilin University of Electronic Technology, Guilin 541004, China)
[關(guān)鍵詞]實(shí)驗(yàn)教學(xué)；創(chuàng)新能力；實(shí)踐能力；研究生教育
[中圖分類號(hào)] G643 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2017）01-0168-02
研究生教育屬于國民教育序列中的高等教育，對(duì)國家創(chuàng)新人才培養(yǎng)以及提高國家科技競爭力具有決定性意義。研究生教育不僅要求學(xué)生在本門學(xué)科內(nèi)掌握堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)理論和系統(tǒng)的專門知識(shí)，而且要求具備從事科學(xué)研究和教學(xué)工作或獨(dú)立承擔(dān)專門技術(shù)工作的能力和創(chuàng)新能力。因此，與本科及其之前的教育不同，研究生教育的核心是培養(yǎng)學(xué)生的科研能力、工程實(shí)踐能力以及創(chuàng)新能力。為更好地實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo)，提高培養(yǎng)質(zhì)量，當(dāng)前國內(nèi)外很多工科類大專院校在研究生階段的課程系統(tǒng)中開設(shè)有實(shí)驗(yàn)課程。大量的事實(shí)證明，研究生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ母叩停瑳Q定其科技創(chuàng)新水平的高低。而創(chuàng)新是研究生培養(yǎng)質(zhì)量的標(biāo)志和靈魂，離開了創(chuàng)新，就談不上高質(zhì)量高素質(zhì)的研究生教育。
一、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容
“測控電路與裝置”是我院儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)科研究生選修課，主要介紹測控系統(tǒng)常用硬件電路與裝置的原理及實(shí)現(xiàn)技術(shù)，其完整的教學(xué)體系包括信號(hào)運(yùn)算與處理電路、信號(hào)轉(zhuǎn)換與模擬電路、信號(hào)激勵(lì)與檢測電路、測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及新型集成電路的應(yīng)用等，內(nèi)容涵蓋了基本的原理電路和大規(guī)模集成芯片的應(yīng)用。
為了培養(yǎng)研究生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ覀冝饤壛藗鹘y(tǒng)的以教員講授為主、學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)為輔的教學(xué)模式，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化，體現(xiàn)由“學(xué)科系統(tǒng)式”向“應(yīng)用系統(tǒng)式”的轉(zhuǎn)變、由“微觀局布式”向“宏觀整體式”的轉(zhuǎn)變、由“面面俱到式”向“精選式”的轉(zhuǎn)變，將教學(xué)內(nèi)容用若干個(gè)基礎(chǔ)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)貫穿起來。我們利用基礎(chǔ)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生掌握堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)，培養(yǎng)和激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)，利用綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)綜合應(yīng)用能力，利用創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新和解決實(shí)際問題的能力。
實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的劃分可用圖1表示。基礎(chǔ)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)包括：運(yùn)算放大器的特性與參數(shù)、運(yùn)算電路的特性與參數(shù)調(diào)整、信號(hào)變換電路的特性與調(diào)整等；綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)包括：基本信號(hào)處理電路設(shè)計(jì)與調(diào)整、函數(shù)發(fā)生器電路設(shè)計(jì)與調(diào)整、直流穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)與調(diào)整、濾波電路的設(shè)計(jì)與調(diào)整等；創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)包括：信號(hào)產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用、數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用、線性系統(tǒng)性能分析、CPLD和FPGA芯片的應(yīng)用等實(shí)驗(yàn)。實(shí)際教學(xué)過程中，這些實(shí)驗(yàn)的具體內(nèi)容、要求，以及使用的器件或芯片等會(huì)根據(jù)研究生的知識(shí)掌握程度和技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行更新或調(diào)整，并鼓勵(lì)研究生自主設(shè)計(jì)，自己動(dòng)手，自由探索，開設(shè)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。
二、創(chuàng)新教學(xué)實(shí)施方法
教學(xué)過程由基礎(chǔ)講授、實(shí)驗(yàn)、撰寫報(bào)告、匯報(bào)交流或檢查評(píng)估等環(huán)節(jié)組成。教員在基礎(chǔ)內(nèi)容講授的基礎(chǔ)上，布置實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、要求及注意事項(xiàng)。研究生根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)或?qū)嶋H實(shí)驗(yàn)，仿真實(shí)驗(yàn)利用Multisim軟件在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行，實(shí)際實(shí)驗(yàn)內(nèi)容利用具體的元器件和電路實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)由研究生一人一組進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)完成后要寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告并制作PPT課件，在課堂進(jìn)行交流。對(duì)于綜合性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，還要由教員和全體學(xué)員共同評(píng)估項(xiàng)目的完成情況，作為課程考核平時(shí)成績的評(píng)定依據(jù)。2015年研究生“測控電路與裝置”課程教學(xué)實(shí)施計(jì)劃，我們安排了運(yùn)算放大器的特性與參數(shù)、運(yùn)算電路的特性與參數(shù)調(diào)整、信號(hào)變換電路的特性與調(diào)整3個(gè)基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，綜合實(shí)驗(yàn)安排了RC有源濾波器設(shè)計(jì)與調(diào)整、信號(hào)處理電路調(diào)試與仿真，最后以信號(hào)產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)、仿真與調(diào)試為創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，鼓勵(lì)研究生自主設(shè)計(jì)與創(chuàng)新。
創(chuàng)新過程可能發(fā)生在設(shè)計(jì)過程，也可能發(fā)生在仿真和調(diào)試過程中。例如，在DDS仿真電路中，U1似乎是多余的，因?yàn)樗鼪]有任何連接，而且從原理上講DDS電路也是不需要MCU的，那么U1在電路中的作用是什么呢？在進(jìn)行DDS仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)MultiSim不支持ROM的設(shè)置，即利用MultiSim無法直接設(shè)置正弦數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的值，但是研究發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行MCU仿真時(shí)，MultiSim允許將程序編譯下載到MCU的外部程序存儲(chǔ)器，于是我們可以將整個(gè)DDS電路看作MCU的電路，并利用MCU的程序編譯過程實(shí)現(xiàn)對(duì)U2的加載，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)DDS電路的仿真。
三、完善實(shí)驗(yàn)環(huán)境
培養(yǎng)研究生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?duì)教員的素質(zhì)和教學(xué)的實(shí)驗(yàn)條件提出了更高的要求。教員不僅要熟練掌握教學(xué)內(nèi)容，還要具有豐富的相關(guān)學(xué)科知識(shí)，能正確解答研究生在實(shí)驗(yàn)過程中提出的問題。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)條件也應(yīng)滿足教學(xué)要求，包括虛擬仿真實(shí)驗(yàn)所需的計(jì)算機(jī)和電路仿真軟件，以及實(shí)際實(shí)驗(yàn)中用到的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、儀器儀表、元件器件等。
虛擬仿真實(shí)驗(yàn)利用計(jì)算機(jī)和電路仿真軟件MultiSim進(jìn)行。針對(duì)實(shí)際電路實(shí)驗(yàn)，我們建立了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)除了可完成熱電偶、光敏電阻、霍爾器件等基本元器件測試以及基本的模擬、數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)外，還可對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容三個(gè)層次完成運(yùn)算放大器特性與參數(shù)調(diào)整、差動(dòng)放大器性能分析、波形轉(zhuǎn)換電路實(shí)驗(yàn)、信號(hào)產(chǎn)生電路實(shí)驗(yàn)、濾波電路實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析、線性系統(tǒng)的頻域響應(yīng)分析、典型環(huán)節(jié)時(shí)域響應(yīng)分析、電工電子創(chuàng)新設(shè)計(jì)、機(jī)電一體化綜合創(chuàng)新設(shè)計(jì)以及智能飛行器創(chuàng)新系統(tǒng)設(shè)計(jì)等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。
四、構(gòu)建綜合考核評(píng)價(jià)體系
實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建應(yīng)該將鼓勵(lì)創(chuàng)新放在首位。“測控電路與裝置”課程考核成績主要由實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與操作的成績、平時(shí)成績、創(chuàng)新設(shè)計(jì)成績?nèi)糠謽?gòu)成。其中，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與操作成績包括實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)操作情況、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等三部分成績，主要考核研究生的工程實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和創(chuàng)新能力；平時(shí)成績主要包括課堂專題討論情況、答疑討論情況、定期匯報(bào)報(bào)告情況等幾部分，主要考核學(xué)員的理論知識(shí)綜合應(yīng)用能力和總結(jié)表達(dá)能力；設(shè)立創(chuàng)新設(shè)計(jì)成績，支持和鼓勵(lì)有創(chuàng)新意識(shí)的研究生積極進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。通過這種綜合性的考核方法能夠盡可能地考核學(xué)員的各種能力，督促研究生學(xué)員有意識(shí)地加強(qiáng)創(chuàng)新實(shí)踐能力的鍛煉。
五、教學(xué)效果分析
采用實(shí)驗(yàn)教學(xué)為“測控電路與裝置”課程教學(xué)帶來了生機(jī)和活力，提高了課程的教學(xué)效果和研究生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ΑＶ饕w現(xiàn)在：
1.實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)現(xiàn)了以研究生為主體的良好教學(xué)環(huán)境，使研究生在主動(dòng)完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的過程中積極探索，主體意識(shí)明顯增強(qiáng)，學(xué)習(xí)積極性大大提高；
2.轉(zhuǎn)變了研究生的學(xué)習(xí)觀念，激發(fā)了研究生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，提高了動(dòng)手實(shí)踐能力、協(xié)調(diào)能力及解決問題和應(yīng)變的能力，自我探究能力也在不斷提高；
3.在完成實(shí)驗(yàn)的過程中，有很多問題需要討論和相互協(xié)作，研究生之間、教員與研究生之間溝通加強(qiáng)，增強(qiáng)了團(tuán)隊(duì)的合作意識(shí)；
4.通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果的總結(jié)和討論，提高了研究生的語言和文字表達(dá)能力，最大限度地開發(fā)了研究生的獨(dú)立思考能力，提升了研究生對(duì)于科研創(chuàng)新的信心。
從幾年的教學(xué)效果和研究生的反饋信息來看，研究生樂意接受這種以實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ε囵B(yǎng)為主的教學(xué)形式，課程取得了很好的實(shí)效，同時(shí)，也為理工科課程的研究生創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)提供了一些有益的借鑒經(jīng)驗(yàn)：
首先，要加強(qiáng)課程體系建設(shè)，從課程體系上深化研究生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)。
其次，在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的框架下，針對(duì)不同專業(yè)背景或不同知識(shí)掌握程度的研究生，制訂深度不同、程度合理的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，因材施教，讓能者在專業(yè)上得到長足發(fā)展。
另外，隨著高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的深入開展，創(chuàng)新和改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式和考試方式更有待深入細(xì)致的探索和實(shí)踐，尤其需要采用多元化方式激勵(lì)研究生投入更多的創(chuàng)新思維到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中去，并且不斷在實(shí)踐教學(xué)中檢驗(yàn)和發(fā)展改革效果與運(yùn)行機(jī)制。
[ 參 考 文 獻(xiàn) ]
>> Linux平臺(tái)下的ALSA聲音編程 基于Sphinx的機(jī)器人語音識(shí)別系統(tǒng)構(gòu)建與研究 linux平臺(tái)下智能卡的支持方案 Linux平臺(tái)下的MySQL存儲(chǔ)管理技術(shù)研究 Linux平臺(tái)下FTP客戶端的設(shè)計(jì)思路 自主學(xué)習(xí)平臺(tái)下英語語音教學(xué)模式的構(gòu)建 TensorFlow平臺(tái)下的手寫字符識(shí)別 Linux平臺(tái)下數(shù)據(jù)包過濾防火墻的研究與實(shí)踐 基于SkyEye的虛擬嵌式平臺(tái)下Linux內(nèi)核移植技術(shù)的研究 Windows和Linux平臺(tái)下的腰椎治療儀實(shí)時(shí)仿真 嵌入式Linux平臺(tái)下隨機(jī)序列算法的設(shè)計(jì) IP多播技術(shù)在Linux平臺(tái)下電子教室中的應(yīng)用與研究 基于ARM11在Linux平臺(tái)下網(wǎng)絡(luò)通信的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) Linux系統(tǒng)平臺(tái)下會(huì)計(jì)軟件的發(fā)展前景展望 虛擬機(jī)linux平臺(tái)下基于Xshell的遠(yuǎn)程登錄服務(wù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 在Linux平臺(tái)下基于MPI的并行PC集群搭建的實(shí)現(xiàn) 基于Sphinx4的語音解碼模塊設(shè)計(jì) 云服務(wù)安全平臺(tái)研究開發(fā)與語音識(shí)別應(yīng)用 基于車聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)下自然語音辨識(shí)系統(tǒng)的研發(fā) .NET平臺(tái)下中文語音合成技術(shù)的研究與實(shí)踐 常見問題解答 當(dāng)前所在位置：l。提交文件后，會(huì)產(chǎn)生由4個(gè)數(shù)字和后綴名組成的文件，假設(shè)其中包括的兩個(gè)文件為8521.dic字典文件和8521.lm語言模型文件即我們所需要的文件。可以用兩個(gè)線程處理這一過程，從而提高程序的性能：一個(gè)線程用來監(jiān)聽和處理語音命令，一個(gè)線程用來執(zhí)行命令對(duì)應(yīng)的應(yīng)用程序，如圖1所示。
假設(shè)C語言源程序名為hello_ps.c則可以編寫如下的Makefile文件：
#Makefile for hello_ps.c
obj=hello_ps
modeldir=$（shell pkg-config--variable=modeldir pocketsphinx）
flags=$（shell pkg-config--cflags--libs pocketsphinx sphinxbase）
$（obj）：$（obj）.c
gcc $（obj）.c-o $（obj）-DMODELDIR=\"$（modeldir）\"$（flags）
運(yùn)行make命令編譯即可產(chǎn)生hello_ps文件。然后運(yùn)行./hello_ps-lm 8521.lm -dict 8521.dic就可以測試了。
五、結(jié)束語
本文介紹了語音識(shí)別引擎pocketsphinx在Linux環(huán)境下的應(yīng)用程序編程，語音識(shí)別有著廣泛的應(yīng)用。如我們常見的聲控?fù)芴?hào)電話，語音識(shí)別鎖等等。語音識(shí)別技術(shù)是非常重要的人機(jī)交互技術(shù)，有著非常廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和市場前景色。
參考文獻(xiàn)：
[1]Carnegie Mellon University./wiki/
[2]/wiki/%E8%AF%AD%E9%9F%B3%E8%AF%86%E5%88%AB
關(guān)鍵詞EDA技術(shù);硬件基礎(chǔ)課;教學(xué)改革
中圖分類號(hào):G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B
1引言
在計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天,EDA技術(shù)帶來了全新的硬件設(shè)計(jì)理念與結(jié)構(gòu)體系,其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。歐美國家工科大學(xué)普遍要求計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生必須掌握一種硬件描述語言,國家教委指導(dǎo)委員會(huì)提議:“EDA技術(shù)是電子技術(shù)類教學(xué)改革的重要方向”。作為計(jì)算機(jī)學(xué)科的硬件基礎(chǔ)課程,“電路與電子學(xué)”、“數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)”的教學(xué)內(nèi)容,應(yīng)有意識(shí)地將EDA技術(shù)和PLD器件納為教學(xué)計(jì)劃,將EDA工具貫穿整個(gè)教學(xué)過程,這樣才能保證教學(xué)內(nèi)容緊跟前沿技術(shù)的發(fā)展,有利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力與綜合素質(zhì)。
2重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容
EDA技術(shù)分為三個(gè)層次,如圖1所示。將EDA技術(shù)引入教學(xué)內(nèi)容時(shí),必須按照此層次循序漸進(jìn),與之相應(yīng)的課程體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。當(dāng)完成該課程體系的學(xué)習(xí)及相關(guān)實(shí)驗(yàn)后,學(xué)生應(yīng)該能掌握現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理和方法,具備熟練應(yīng)用相關(guān)軟硬件工具的能力。要在學(xué)時(shí)不變甚至減少的硬件基礎(chǔ)課教學(xué)中引入EDA技術(shù),就必須根據(jù)專業(yè)學(xué)科的特點(diǎn),在傳統(tǒng)內(nèi)容與新技術(shù)、理論教學(xué)與課堂實(shí)踐中進(jìn)行優(yōu)化側(cè)重,對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重構(gòu)。
(1) 重構(gòu)“電路與電子學(xué)”(大一下學(xué)期)。
計(jì)算機(jī)專業(yè)“電路與電子學(xué)”教學(xué)內(nèi)容的廣度、難度可以比電子工程專業(yè)稍弱,但如果加大EDA的教學(xué)內(nèi)容,則同樣可以提升學(xué)生的電路設(shè)計(jì)能力。因此,課堂教學(xué)刪除了部分傳統(tǒng)內(nèi)容,去掉了支路電流法、回路電流法、三相電路、半導(dǎo)體器件導(dǎo)電原理、反饋的方框圖計(jì)算法;精簡了阻容耦合放大電路(包括多級(jí)放大)、小信號(hào)動(dòng)態(tài)圖解法、差分電路分析等內(nèi)容。
根據(jù)專業(yè)特點(diǎn),相應(yīng)加強(qiáng)了直接耦合放大電路、電流源電路和系統(tǒng)穩(wěn)定性的教學(xué)內(nèi)容。此外,增加了20學(xué)時(shí)的Multisim仿真及電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課,學(xué)生在課余時(shí)間完成設(shè)計(jì)和仿真驗(yàn)證,在有限的實(shí)驗(yàn)室課時(shí)內(nèi)只進(jìn)行硬件的接線、調(diào)試工作,這樣既節(jié)約了課時(shí),又提高了學(xué)生的動(dòng)手能力。EDA技術(shù)與傳統(tǒng)硬件實(shí)驗(yàn)相結(jié)合,提供了一種全新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。通過訓(xùn)練,學(xué)生基本掌握了設(shè)計(jì)-仿真D實(shí)際的現(xiàn)代模擬電路設(shè)計(jì)方法,為下一步可編程邏輯器件的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。
(2) 重構(gòu)“數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)”(大二上學(xué)期)
隨著技術(shù)的進(jìn)步,90%以上電子產(chǎn)品采用了數(shù)字技術(shù),這個(gè)領(lǐng)域的一般教科書都因摩爾定律而縮短了它的適用期。因此,“數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)”課程必須舍棄一些陳舊內(nèi)容用以講授新知識(shí)、新方法。課堂教學(xué)刪除了門電路、555電路、中規(guī)模集成芯片和觸發(fā)器的內(nèi)部電路、狀態(tài)化簡、編碼技巧、異步時(shí)序、可編程器件PLA、PAL、GAL應(yīng)用等內(nèi)容;精簡了卡諾圖和布爾代數(shù)化簡等傳統(tǒng)手工設(shè)計(jì)方法。
教學(xué)中始終強(qiáng)調(diào)外部邏輯功能和時(shí)序特性的描述與分析,突出EDA技術(shù)和數(shù)字邏輯功能模塊的設(shè)計(jì),增加了數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化、可編程邏輯器件CPLD/FPGA的原理與應(yīng)用、有限狀態(tài)機(jī)理論等內(nèi)容。在教學(xué)中以邏輯代數(shù)與VHDL語言并行為基礎(chǔ),依據(jù)整體“自頂向下”,細(xì)節(jié)“自底向上”的教學(xué)模式。整個(gè)課程中的用例多取自于計(jì)算機(jī)基本邏輯部件,如譯碼器、運(yùn)算器、移位器、計(jì)數(shù)器,直到存儲(chǔ)器、控制器,最后給出數(shù)字系統(tǒng)的實(shí)例DCPU的邏輯構(gòu)成。通過該課程的學(xué)習(xí),初步建立了CPU的設(shè)計(jì)理念,為將來“組成原理與結(jié)構(gòu)”、硬核嵌入式系統(tǒng)(ARM、MIPS)、軟核嵌入式系統(tǒng)(NiosII)的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。
為鞏固基礎(chǔ)知識(shí),實(shí)踐教學(xué)首先安排中小規(guī)模集成芯片的應(yīng)用性實(shí)驗(yàn),而不是簡單驗(yàn)證,如用三態(tài)門構(gòu)成總線,用譯碼器設(shè)計(jì)端口尋址電路,用74LS163、74LS148及七段發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)顯示電路等。之后,安排基于EDA技術(shù)的邏輯功能模塊的設(shè)計(jì),如用FPGA/CPLD實(shí)現(xiàn)譯碼器、加法器、計(jì)數(shù)器監(jiān)視電路等。為進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力,在大二結(jié)束的小學(xué)期里,安排有三周的課程設(shè)計(jì),要求用EDA技術(shù)完成五個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn),包括頻率計(jì)、電子鐘、鍵盤掃描電路、交通信號(hào)燈控制器和數(shù)字音樂播放器。實(shí)踐課都是開放式的實(shí)驗(yàn)環(huán)境,可自主選擇器件,實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案,改變了計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)課“按圖接線、查線排故、測看結(jié)果”的實(shí)驗(yàn)過程。此外,嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)收制度及考核標(biāo)準(zhǔn),如考核工具是否熟練使用,設(shè)計(jì)方案是否靈活多變等,都有效減少了設(shè)計(jì)抄襲現(xiàn)象的發(fā)生。
3EDA教學(xué)點(diǎn)設(shè)置
EDA技術(shù)所涉及的內(nèi)容較多,對(duì)于計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生,學(xué)習(xí)掌握軟件工具的能力很強(qiáng),EDA工具的使用只需要給學(xué)生相關(guān)內(nèi)容的PPT即可,不用額外花費(fèi)課時(shí)講解。但是,如何根據(jù)專業(yè)學(xué)科特點(diǎn),在有限的課堂教學(xué)中將EDA技術(shù)合理切入到理論教學(xué)中,使兩者有機(jī)地融為一體卻是至關(guān)重要的。
(1)Pspice/Multisim仿真平臺(tái)切入到“電路與電子學(xué)”課程
通常,在理論教學(xué)完成一段時(shí)間后才會(huì)有相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué),這樣導(dǎo)致學(xué)生當(dāng)時(shí)在課堂上被激發(fā)出的興趣及靈感逐漸消退。在“電路與電子學(xué)”課堂中及時(shí)切入EDA仿真平臺(tái),既可以增加學(xué)生對(duì)知識(shí)的感性認(rèn)識(shí),活躍課堂氣氛,又能夠?qū)⒔虒W(xué)中的難點(diǎn)用直觀的圖形和曲線表述,降低教學(xué)難度,加深對(duì)理論概念的理解,起到了事半功倍的作用。在該課程中,仿真平臺(tái)的切入點(diǎn)有以下四處:
第一,在直流分析中通過EDA仿真平臺(tái)確定戴維南等效電路。首次介紹Pspice/Multisim時(shí),應(yīng)當(dāng)讓學(xué)生對(duì)仿真軟件產(chǎn)生極大的興趣,可以在講仿真的前一次課中埋下伏筆,布置一道有難度的課后習(xí)題,使學(xué)生先進(jìn)行分析。上課時(shí)使用EDA仿真,當(dāng)瞬間分析出戴維南等效電阻和端口開路電壓時(shí),學(xué)生們都非常驚奇。此后,當(dāng)遇到難題,或?qū)Υ鸢府a(chǎn)生疑問時(shí),利用EDA工具仿真就成為了習(xí)慣。當(dāng)然,仿真軟件絕不能代替理論分析,要求作業(yè)中必須有分析步驟就可以保證這一點(diǎn)。
第二,根據(jù)我校的特色,考慮到通信系統(tǒng)中諧振電路的重要性,在交流分析中,仿真了諧振頻率特性曲線,幫助學(xué)生理解掌握品質(zhì)因數(shù)、帶寬、諧振頻率三者之間的關(guān)系。
第三,在放大電路一章中,利用EDA仿真軟件易于改變電路參數(shù)值的特點(diǎn),觀察電路在不同靜態(tài)工作點(diǎn)下產(chǎn)生的非線性失真。實(shí)踐證明,雖然教學(xué)內(nèi)容精簡了小信號(hào)動(dòng)態(tài)圖解法的理論分析,但學(xué)生依然能很清楚地掌握電路參數(shù)的變化對(duì)放大性能的影響。
第四,仿真RC正弦波振蕩器電路,觀察輸出由小到大起振并穩(wěn)定在某一幅值的全過程,觀察反饋電阻Rf對(duì)輸出波形的影響。若Rf值稍大,電路不起振或振幅較小;Rf值稍小,則出現(xiàn)非線性失真。這種直觀的圖形加深了學(xué)生對(duì)信號(hào)發(fā)生電路的理解和對(duì)運(yùn)放構(gòu)成的非線性應(yīng)用的認(rèn)識(shí)。
(2)VHDL/QuartusII 切入“數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)”課程
而近年來全國工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生較大的變化，電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的電類課程設(shè)置，逐漸被光學(xué)類課程所取代，影響了各高校專業(yè)培養(yǎng)方案的制定。本文通過總結(jié)國內(nèi)各高校電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)基礎(chǔ)與核心課程設(shè)置的經(jīng)驗(yàn)，分析本科專業(yè)對(duì)應(yīng)于電子科學(xué)與技術(shù)一級(jí)學(xué)科所屬的各二級(jí)學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)于將集成電路設(shè)計(jì)設(shè)置為電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)核心課程，來完善電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程體系設(shè)置進(jìn)行了探討。
1 全國工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)
全國工程教育認(rèn)證是我國高等教育為了融入世界得到全球高等教育界的認(rèn)可而開展的認(rèn)證，自2007年開始試點(diǎn)實(shí)行。近些年來，全國工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成為各高校制定專業(yè)培養(yǎng)方案的導(dǎo)向標(biāo)準(zhǔn)。
2011年之前的標(biāo)準(zhǔn) 2011年之前的全國工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)指出，電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的本科生運(yùn)用所掌握的理論知識(shí)和技能，從事信號(hào)與信息處理的新型電子、光電子和光子材料及其元器件，以及集成電路、集成電子系統(tǒng)和光電子系統(tǒng)，包括信息光電子技術(shù)和光子器件、微納電子器件、微光機(jī)電系統(tǒng)、大規(guī)模集成電路和電子信息系統(tǒng)芯片的理論、應(yīng)用及設(shè)計(jì)和制造等方面的科研、技術(shù)開發(fā)、教育和管理等工作。
可以看出，2011年之前的全國工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的知識(shí)要求非常強(qiáng)調(diào)電學(xué)方面的基礎(chǔ)知識(shí)，特別是集成電路和集成電子系統(tǒng)方面的知識(shí)，光學(xué)方面的知識(shí)只是作為輔助。
2012年之后的標(biāo)準(zhǔn) 2012年之后的全國工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)指出，電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)包括電動(dòng)力學(xué)、固體物理、微波與光導(dǎo)波技術(shù)、激光原理與技術(shù)等知識(shí)領(lǐng)域的核心內(nèi)容。2012年之后的全國工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的知識(shí)要求較以前有了大幅度的簡化，同時(shí)也可以看出，電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)更多地強(qiáng)調(diào)了光學(xué)方面的知識(shí)，而減少了電學(xué)方面的知識(shí)要求，對(duì)于集成電路方面的知識(shí)沒有做具體要求，只是提出各高校可以根據(jù)自己的特長設(shè)置特色課程。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)似乎更適合光電子科學(xué)與技術(shù)這樣的本科專業(yè)，當(dāng)然目前國內(nèi)并沒有光電子科學(xué)與技術(shù)這樣的本科專業(yè)，卻有光信息科學(xué)與技術(shù)和光電信息科學(xué)與工程這樣的本科專業(yè)，也就是說此要求跟光學(xué)專業(yè)的要求是比較接近且有所交叉重疊的。
2 國內(nèi)高校本科專業(yè)課程設(shè)置
《電子科學(xué)與技術(shù)分教指委本科指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范》指出，電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)涵蓋的學(xué)科范圍廣闊，以數(shù)學(xué)和近代物理為基礎(chǔ)，研究電磁波、荷電粒子及中性粒子的產(chǎn)生、運(yùn)動(dòng)、變換及其不同媒質(zhì)相互作用的現(xiàn)象、效應(yīng)、機(jī)理和規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上研究制造電子、光電子各種材料及元器件，以及集成電路、集成電子系統(tǒng)和光電子系統(tǒng)，并研究開發(fā)相應(yīng)的設(shè)計(jì)、制造技術(shù)。
清華大學(xué)的電子科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)課程設(shè)置與2012年之后的全國工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)更為接近，在對(duì)電學(xué)方面的基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行要求的同時(shí)更加強(qiáng)調(diào)了光學(xué)方面的基礎(chǔ)知識(shí)，而復(fù)旦、同濟(jì)、上海交大、浙江大學(xué)、東南大學(xué)等眾多高校的電子科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)更多地強(qiáng)調(diào)了集成電路、集成電子系統(tǒng)方面的知識(shí)，多數(shù)都把集成電路方面的知識(shí)作為必修的考試科目專業(yè)知識(shí)。
3 學(xué)科知識(shí)體系的對(duì)應(yīng)關(guān)系
《授予博士、碩士學(xué)位和培養(yǎng)研究生的學(xué)科、專業(yè)目錄》中指出，工科類一級(jí)學(xué)科電子科學(xué)與技術(shù)，涵蓋了物理電子學(xué)、電路與系統(tǒng)、微電子與固體電子學(xué)、電磁場與微波技術(shù)等4個(gè)二級(jí)學(xué)科。電子科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)應(yīng)該涵蓋一級(jí)學(xué)科所屬各二級(jí)學(xué)科物理電子學(xué)、電路與系統(tǒng)、微電子與固體電子學(xué)、電磁場與微波技術(shù)等方面的基礎(chǔ)知識(shí)，也就是說本科專業(yè)應(yīng)該涵蓋固體物理或半導(dǎo)體物理、半導(dǎo)體器件、集成電路、電磁場等方面的基礎(chǔ)知識(shí)是比較合理的，這樣既有利于本科學(xué)生將來在本學(xué)科領(lǐng)域的繼續(xù)深造學(xué)習(xí)，也有利于適應(yīng)社會(huì)需要而就業(yè)。
4 結(jié)束語
綜上所述，集成電路設(shè)計(jì)這樣的課程應(yīng)該作為電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)核心課程進(jìn)行設(shè)置，有條件的高校還可以分別設(shè)置模擬集成電路設(shè)計(jì)和數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)這樣的課程作為專業(yè)核心課程。這樣既能滿足本科指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范的要求，也能滿足為后續(xù)碩士博士研究生階段的繼續(xù)深造打下基礎(chǔ)，還能適應(yīng)國家大力發(fā)展集成電路設(shè)計(jì)與制造產(chǎn)業(yè)的要求。這樣就需要中國工程教育認(rèn)證協(xié)會(huì)對(duì)全國工程教育認(rèn)證的電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)做出修改，不再過多強(qiáng)調(diào)光學(xué)方面的基礎(chǔ)知識(shí)，而是更多地要求集成電路與集成電子系統(tǒng)方面的知識(shí)，這樣能引導(dǎo)國內(nèi)各高校回歸到加強(qiáng)電學(xué)方面的知識(shí)教育的道路上來。
在我國大力支持集成電路設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的大環(huán)境下，本文對(duì)于將集成電路設(shè)計(jì)設(shè)置為電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)核心課程，來完善電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程體系設(shè)置進(jìn)行了探討。本文探討的內(nèi)容希望能夠?yàn)槿珖こ探逃J(rèn)證電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定提供參考，也可以為兄弟院校相關(guān)專業(yè)的課程設(shè)置提供借鑒。
參考文獻(xiàn)
[1]中國工程教育認(rèn)證協(xié)會(huì).工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)（試行）[S].2011.
[2]中國工程教育認(rèn)證協(xié)會(huì).工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)[S].2012.
關(guān)鍵詞：干擾光源；PIC16F688；施密特觸發(fā)器；時(shí)間間隔校驗(yàn)算法；連續(xù)編碼濾波算法
中圖分類號(hào)：TP368.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1007-9599 (2011) 12-0000-02
MCU-based Infrared Remote Control Decoding Filter Module Design
Li Yong,Guo Qinghua
(China Coal Technology&Engineering Group Corp,Chongqing Institute,Chongqing400039,China)
Abstract:In this paper,for the control of the microcontroller core,using the appropriate hardware and software filtering algorithm to filter the infrared remote control receiver output signal in real-time dynamic processing,parsing out the actual control signals and input to output is compatible with BL9149 pin.The infrared remote control decoding module that filter out the interference signal,to improve the performance against outside interference sources;while real-time control performance to requirements.
Keywords:Interference source;PIC16F688;Schmitt trigger;Interval checksum algorithm;Continuous coding filtering algorithm
一、引言
BL9148B是用作通用紅外遙控發(fā)射器的CMOS集成電路。該電路與紅外遙控解碼芯片BL9149相匹配可以完成多種功能控制。由于基于BL9148B的遙控發(fā)射器，以其體積小、重量輕、功耗低等優(yōu)點(diǎn)在智能儀表領(lǐng)域、家電領(lǐng)域、醫(yī)學(xué)儀器領(lǐng)域等各種電子設(shè)備的遙控操作中得到了廣泛的使用。由于各廠家所生產(chǎn)的紅外遙控接收頭性能參差不齊，當(dāng)環(huán)境中存在日光或燈光等包含紅外光譜段的干擾光源時(shí)，部分紅外遙控接收頭對(duì)該干擾光源非常敏感，致使BL9149在無紅外遙控發(fā)射器的控制下，使被控制的電子設(shè)備進(jìn)入了遙控狀態(tài)。
為解決BL9149無濾波功能而導(dǎo)致的誤動(dòng)作，本文以單片機(jī)為控制核心，利用相應(yīng)的硬件濾波功能和軟件濾波算法對(duì)紅外遙控接收頭的輸出信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)地動(dòng)態(tài)處理，解析出真實(shí)的控制信號(hào)并輸入到與BL9149相兼容的輸出管腳。該紅外遙控解碼模塊即濾除了干擾信號(hào)，解決了誤動(dòng)作；同時(shí)也滿足了對(duì)電子設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的要求。
二、紅外遙控解碼模塊的硬件設(shè)計(jì)
本文設(shè)計(jì)的紅外遙控解碼模塊系統(tǒng)框圖如圖1所示，采用易受干擾的VS0068紅外遙控接收頭，PIC16F688單片機(jī)、74LS04非門電路，還包括采樣指示電路、復(fù)位電路，各部分詳述如下文所述。
圖1：紅外遙控解碼模塊系統(tǒng)框圖
Fig1：Infrared remote control decoding module system diagram
（一）紅外遙控接收頭電路與硬件濾波電路設(shè)計(jì)
紅外遙控接收頭VS0068是將光敏二極管、放大電路和解調(diào)電路組合到一起的一體化接收頭，完成紅外遙控信號(hào)的接收、放大和解調(diào)等功能。所有紅外遙控器的輸出都是編碼后的串行數(shù)據(jù)對(duì)30~56KHZ的方波進(jìn)行幅度調(diào)制而產(chǎn)生的。基于BL9148B的紅外遙控發(fā)射器其輸出的編碼脈沖是經(jīng)過38KHZ的方波進(jìn)行調(diào)制而生成。
紅外遙控接收頭VS0068將接收到的BL9148B所輸出的載波脈沖信號(hào)，經(jīng)解調(diào)后輸入到NPN三極管Q1的基極，經(jīng)Q1將VS0068的輸出電平轉(zhuǎn)換為TTL電平，Q1集電極的輸出RXIN即為還原后的0或1的脈沖編碼，如圖2所示。該脈沖編碼經(jīng)過74LS04非門電路所組成的施密特觸發(fā)器，進(jìn)行相應(yīng)的脈沖消抖和波形整形。
圖4:接收頭電路與硬件濾波電路
Fig4:Receiver circuit and the hardware filter circuit
（二）采樣電路與輸出電路的設(shè)計(jì)
如圖4所示，經(jīng)解調(diào)和硬件濾波處理后的脈沖編碼信號(hào)Sout，輸入到PIC16F688單片機(jī)的外部中斷引腳INT和端口PORTC的IO引腳RC3；端口PORTC的IO引腳RC0-RC2作為解碼模塊的輸出端口，為與BL9149相兼容輸出引腳順序分別表示為HP1、HP2、HP3，如圖5所示。其中RC5引腳用于驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管LED，用于指示有效的中斷數(shù)據(jù)采集。
圖5：采樣電路與輸出電路
Fig5：Sampling circuit and output circuit
三、紅外遙控解碼模塊的軟件設(shè)計(jì)
解碼模塊軟件流程如圖6所示。首先對(duì)單片機(jī)進(jìn)行初始化，包括中斷接口設(shè)置以及各重要數(shù)據(jù)變量的初始值設(shè)置；然后等待中斷程序采樣Sout口的脈沖編碼數(shù)據(jù)，通過采樣時(shí)間間隔校正算法后，將數(shù)據(jù)存入到指定的FIFO鏈表list中，同時(shí)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管指示有效數(shù)據(jù)已采集；主程序再對(duì)讀取的數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)編碼濾波后，進(jìn)入到解碼輸出濾波算法中進(jìn)行解析并將有效信號(hào)輸出到輸出端口，輸出端口的高電平保持時(shí)間，根據(jù)需要可以進(jìn)行相應(yīng)的延時(shí)設(shè)置。
圖6：解碼模塊軟件流程
Fig6：Decoding module software process
（一）采樣時(shí)間間隔校驗(yàn)算法
BL9148B的基本發(fā)送波形為12位bit，如圖7所示。每個(gè)發(fā)送周期按C1、C2、C3、H、S1、S2、D1、D2、D3、D4、D5、D6的次序串行發(fā)送，總長度為48t，其中t=0.42ms；因此針對(duì)一個(gè)bit，標(biāo)注的時(shí)間周期為4t即t1=1.68ms。其中C1-C3為固定的用戶碼，一般設(shè)置為100；H、S1、S2為連續(xù)發(fā)送或單次發(fā)送設(shè)置碼，為了避免干擾，一般設(shè)置為連續(xù)發(fā)送模式，即100；D1-D6為鍵輸入碼，針對(duì)本解碼模塊，只針對(duì)D1-D3三鍵輸入進(jìn)行解碼分析。
圖7：基本發(fā)送波形
Fig7：Basic sending waves
圖8：連續(xù)發(fā)送波形
Fig8：The continuous sending waves
BL9148B的連續(xù)信號(hào)發(fā)送模式的波形，如圖8所示；當(dāng)按下連續(xù)鍵時(shí)，輸出碼將連續(xù)發(fā)送。在兩組信號(hào)之間停頓208t。針對(duì)一組信號(hào)，兩個(gè)基本波形之間的時(shí)間間隔為80t即t2=33.6ms。
采樣時(shí)間間隔校驗(yàn)算法對(duì)每一組信號(hào)的t1時(shí)間間隔和t2時(shí)間間隔進(jìn)行了嚴(yán)格的校驗(yàn)。由于發(fā)送信號(hào)存在不穩(wěn)定因素，采樣時(shí)間間隔校正算法設(shè)置了一定的冗余度：t1的校驗(yàn)范圍設(shè)置為1.68ms±0.2ms；t2的校驗(yàn)范圍設(shè)置為33.6ms±3ms。具體的采樣時(shí)間間隔校驗(yàn)算法流程如圖9所示。
圖9：時(shí)間間隔校正算法
Fig9：Time-interval calibration algorithm
（二）連續(xù)編碼濾波算法
當(dāng)數(shù)據(jù)存滿指定的FIFO鏈表list[4]時(shí)，設(shè)鏈表中存儲(chǔ)的遙控編碼數(shù)據(jù)分別為d1，d2，d3，d4。連續(xù)編碼濾波函數(shù)Fc（d1，d2，d3，d4）如式（1-1）所示。當(dāng)d1，d2，d3，d4中連續(xù)的三個(gè)或四個(gè)數(shù)據(jù)均相等時(shí)，則連續(xù)編碼濾波函數(shù)Fc返回true，確認(rèn)采樣的數(shù)據(jù)符合連續(xù)編碼規(guī)則；否則返回false，確認(rèn)采樣的數(shù)據(jù)不符合連續(xù)編碼規(guī)則。
（1-1）
（三）解碼輸出濾波算法
本紅外解碼模塊只針對(duì)D1、D2、D3三鍵輸入有效。對(duì)當(dāng)采樣的數(shù)據(jù)符合連續(xù)編碼規(guī)則后，則需對(duì)12位bit：C1、C2、C3、H、S1、S2、D1、D2、D3、D4、D5、D6進(jìn)行解析。其中
C1、C2、C3、H、S1、S2必須對(duì)應(yīng)為100100，然后調(diào)用解碼輸出濾波函數(shù)Fout，如式（1-2）進(jìn)行解碼輸出。當(dāng)D4，D5，D6均為0時(shí)，設(shè)置輸出端口HP1=D1，HP2=D2，HP3=D3；當(dāng)D4，D5，D6中存在非零值，則認(rèn)為采樣的數(shù)據(jù)為干擾數(shù)據(jù)，輸出端口均輸出0。
（1-2）
“電路分析”與“信號(hào)與系統(tǒng)”課程是兩門獨(dú)立的傳統(tǒng)課程，但是這兩門課程有著相同的地方，它們都是方法的研究，電路分析從電路的角度研究其中的規(guī)律，信號(hào)與系統(tǒng)進(jìn)一步從電路的系統(tǒng)研究其中的分析方法，所以信號(hào)與系統(tǒng)是電路分析的繼續(xù)與深化。正因如此，兩門課程在具體內(nèi)容上有很多重合之處。因此將兩門課程進(jìn)行有機(jī)的整合，從分析方法的角度學(xué)習(xí)電路與電路的系統(tǒng)，從電路系統(tǒng)的角度學(xué)習(xí)電路的分析方法，把“電路”的內(nèi)容作為“信號(hào)與系統(tǒng)”的基礎(chǔ)，把“信號(hào)與系統(tǒng)”的內(nèi)容作為“電路”的繼續(xù)與延伸，在內(nèi)容上兩者不再重復(fù)，而是基礎(chǔ)與深化。特別是針對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)的特點(diǎn)，電路課程的學(xué)時(shí)少，比起電子專業(yè)要求略弱，因此更有必要將這兩門課程整合在一起，最大限度地提高課堂教學(xué)的效率。
2.當(dāng)前課程改革的狀態(tài)
根據(jù)調(diào)研，西安電子科技大學(xué)教授張永瑞率先面向計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)在西安電子科技大學(xué)建設(shè)了電路、信號(hào)與系統(tǒng)課程，并于2010年在機(jī)械工業(yè)出版社出版了《電路、信號(hào)與系統(tǒng)》教材。北京郵電大學(xué)“電路、信號(hào)與系統(tǒng)”教研室面向通信與信息管理專業(yè)出版了《電路與信號(hào)》北京市精品課程教材及其相關(guān)實(shí)驗(yàn)教材，這些有益的嘗試為我院面向計(jì)算機(jī)專業(yè)整合電路、信號(hào)與系統(tǒng)課程，建設(shè)院平臺(tái)課“電路、信號(hào)與系統(tǒng)”提供了學(xué)習(xí)研究的好材料，我們將予以認(rèn)真的研讀與借鑒。
3.電路、信號(hào)與系統(tǒng)課程大綱建設(shè)總結(jié)
電路信號(hào)與系統(tǒng)大綱按照電路三分之二，信號(hào)與系統(tǒng)三分之一分配學(xué)時(shí)，即總學(xué)時(shí)48，其中電路分析32，信號(hào)與系統(tǒng)16。
電路分析包含直流電路、動(dòng)態(tài)電路和交流電路三部分，涵蓋了電路分析的最主要的內(nèi)容。電路分析還有一塊屬于運(yùn)算電路，這部分內(nèi)容這次安排在“信號(hào)與系統(tǒng)”的連續(xù)時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的復(fù)頻域分析之中，如此這門課程將包括電路分析的全部基本內(nèi)容。電路分析部分章節(jié)還設(shè)計(jì)了電路仿真的內(nèi)容及實(shí)際或工程應(yīng)用的內(nèi)容，教師可以指導(dǎo)學(xué)生作為課外了解內(nèi)容完成。電路分析各章節(jié)基本均安排了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，部分章節(jié)還設(shè)計(jì)了電路仿真實(shí)驗(yàn)。
信號(hào)與系統(tǒng)部分包括了連續(xù)系統(tǒng)的主要內(nèi)容，即連續(xù)時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的時(shí)域、頻域和復(fù)頻域分析。這三部分內(nèi)容作為電路分析內(nèi)容的延伸，與電路分析內(nèi)容相輔相成，能夠較好地完成針對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)的電路、信號(hào)與系統(tǒng)的主要內(nèi)容的講解。由于學(xué)時(shí)較少，沒有安排離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的分析內(nèi)容，但對(duì)于計(jì)算機(jī)專業(yè)重點(diǎn)掌握連續(xù)時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的分析也夠用了。
實(shí)驗(yàn)部分共16學(xué)時(shí)，全部安排在電路分析部分之中，以保證學(xué)生較全面地掌握電路分析的主要內(nèi)容。信號(hào)與系統(tǒng)部分由于學(xué)時(shí)較少，征求了一下其他教師的意見，大綱這次暫時(shí)沒有安排。實(shí)驗(yàn)以硬件實(shí)驗(yàn)為主，安排6次，重要內(nèi)容均有實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生全面掌握；軟件部分準(zhǔn)備2次實(shí)驗(yàn)，安排在直流電路和動(dòng)態(tài)電路之中。交流部分由于學(xué)時(shí)較少，軟、硬件均未安排實(shí)驗(yàn)，教師可以讓學(xué)生作為課外實(shí)踐來完成。另外，信號(hào)與系統(tǒng)部分的MATLAB仿真應(yīng)用作為了解內(nèi)容，教師可以靈活掌握。
考核：按照校教務(wù)處的要求卷面成績占總成績的50%或以上。平時(shí)成績占總成績的50%或以下。平時(shí)成績主要培養(yǎng)和考核學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力，因此自主學(xué)習(xí)考核內(nèi)容包含自主學(xué)習(xí)報(bào)告、自主實(shí)驗(yàn)報(bào)告、發(fā)現(xiàn)性學(xué)習(xí)論文等，占總成績的20%，實(shí)驗(yàn)成績占總成績的20%，其他出勤、課外作業(yè)等占總成績的10%。
學(xué)時(shí)分配：下表為各部分教學(xué)內(nèi)容學(xué)時(shí)分配表
4.教材建設(shè)的設(shè)想
電路分析、信號(hào)與系統(tǒng)兩門課整合后的課程名為“電路、信號(hào)與系統(tǒng)”，教材內(nèi)容包含正文、實(shí)際應(yīng)用或工程應(yīng)用、仿真應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)幾部分。
正文部分的內(nèi)容主要為：第1章電路、信號(hào)與系統(tǒng)概論；第2章電路模型與電路定律；第3章電阻電路的等效變換；第4章電阻電路的一般分析，第5章電路定理；第6章一階動(dòng)態(tài)電路的分析；第7章正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析；第8章基本交流穩(wěn)態(tài)電路的分析；第9章信號(hào)與系統(tǒng)的基本概念；第10章連續(xù)時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的時(shí)域分析；第11章連續(xù)時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的頻域分析；第12章連續(xù)時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的復(fù)頻域分析。
實(shí)際應(yīng)用或工程應(yīng)用部分是在重點(diǎn)章節(jié)中加入電路分析的應(yīng)用范例。
仿真應(yīng)用部分是在重點(diǎn)章節(jié)中加入電路仿真應(yīng)用的范例。主要使用作為美國國家準(zhǔn)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的集成電路仿真軟件PSPICE,以及系統(tǒng)仿真軟件MATLAB,等等。
實(shí)驗(yàn)部分穿插在各章之中，包括函數(shù)發(fā)生器與示波器的使用等。
5.精品課程建設(shè)的設(shè)想
電路、信號(hào)與系統(tǒng)這門課要想建設(shè)成為精品課程，需要在以下幾個(gè)環(huán)節(jié)上下工夫：（1）特色教材；（2）互動(dòng)網(wǎng)站；（3）教學(xué)理念；（4）教學(xué)團(tuán)隊(duì)。
課程網(wǎng)站作為學(xué)生課外的補(bǔ)充學(xué)習(xí)平臺(tái)，要起到輔助學(xué)生學(xué)習(xí)的作用，能讓學(xué)生通過瀏覽網(wǎng)站獲得課堂上學(xué)不到的東西，進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的能力。除傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容和題庫外，還應(yīng)有疑難點(diǎn)解惑、學(xué)生自測與自動(dòng)評(píng)分系統(tǒng)、學(xué)生在線答疑、習(xí)題解答與提示、與其他同類課程網(wǎng)站的鏈接，等等。
關(guān)鍵字：電路圖；分析；故障；診斷
中圖分類號(hào)：u26 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a
一、案例
故障現(xiàn)象：一輛08年款北京現(xiàn)代悅動(dòng)1.8gls at轎車，已行駛10萬公里，在起動(dòng)時(shí)無論是否踩下加速踏板起動(dòng)機(jī)能帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，但發(fā)動(dòng)機(jī)不能起動(dòng)。
故障原因：進(jìn)氣壓力傳感器損壞。
故障分析：發(fā)動(dòng)機(jī)不能起動(dòng)的原因一般為三類：①缺電，②缺油，③漏氣。
故障診斷：首先用北京現(xiàn)代汽車專業(yè)診斷儀檢查發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)有無故障碼，結(jié)果診斷儀界面顯示為“系統(tǒng)正常”，再檢查進(jìn)氣管路有無不密封，重點(diǎn)檢查各軟管的連接處是否密封良好，曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)軟管有無漏氣和破裂，未發(fā)現(xiàn)漏氣處。接著對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)線路及油路進(jìn)行外觀檢查，均未發(fā)現(xiàn)異常。
對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行跳火試驗(yàn)，拔下各缸點(diǎn)火線圈并裝上火花塞試火，發(fā)現(xiàn)各缸均無高壓火花，初步判定該車的無法起動(dòng)故障是因點(diǎn)火系統(tǒng)故障引起的。找來北京現(xiàn)代悅動(dòng)轎車維修手冊，查閱發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)電路圖，該車型為微機(jī)控制獨(dú)立點(diǎn)火系統(tǒng)點(diǎn)火觸發(fā)信號(hào)由霍爾傳感器（曲軸位置傳感器）產(chǎn)生。
用數(shù)字萬用表對(duì)點(diǎn)火線圈的供電線及搭鐵線路進(jìn)行檢測，點(diǎn)火線圈電源端子電壓為12.5v，點(diǎn)火線圈供電線路正常。考慮到四組點(diǎn)火線圈和點(diǎn)火控制器同時(shí)損壞的可能性非常低，于是用數(shù)字萬用表檢測其霍爾傳感器，對(duì)霍爾傳感器的供電線路進(jìn)行檢測時(shí)發(fā)現(xiàn)，其電壓只有0.8v，而正常值為5v。從電路圖上看出該電源線是取自發(fā)動(dòng)機(jī)電腦的，看來是由于發(fā)動(dòng)機(jī)電腦輸出給霍爾傳感器的參考電壓有誤，在確認(rèn)電腦供電線路及搭鐵點(diǎn)電阻正常的情況下更換了發(fā)動(dòng)機(jī)電腦。
對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)電腦進(jìn)行更換后發(fā)動(dòng)機(jī)仍然無法起動(dòng)，修到這里故障診斷陷入了困境，難道新?lián)Q上的發(fā)動(dòng)機(jī)電腦也是已經(jīng)損壞的？為了驗(yàn)證新?lián)Q上的發(fā)動(dòng)機(jī)電腦是否正常，將該電腦拆換到另一輛悅動(dòng)轎車上，結(jié)果試車發(fā)動(dòng)機(jī)正常起動(dòng)，且工作正常，這說明發(fā)動(dòng)機(jī)電腦是正常的，故障原因肯定在電路上。
再次查閱電路圖資料，在分析電路圖是發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)電腦提供給霍爾傳感器的5v電源線還同時(shí)給進(jìn)氣壓力傳感器供電，對(duì)于該車，進(jìn)氣系統(tǒng)采用的是maps，沒有使用mafs。于是拔下進(jìn)氣壓力傳感器插頭，檢查其電源線電壓，結(jié)果顯示為5v（正常），在進(jìn)氣壓力傳感器插頭斷開的情況下檢測霍爾傳感器電壓也為5v（正常），重新插回進(jìn)氣壓力傳感器插頭，再次測得霍爾傳感器電源線電壓為0.8v。看來是進(jìn)氣壓力傳感器有短路的現(xiàn)象，拔下進(jìn)氣壓力傳感器插頭發(fā)動(dòng)機(jī)能順利起動(dòng)，插回進(jìn)氣壓力傳感器插頭發(fā)動(dòng)機(jī)又出現(xiàn)無法起動(dòng)的現(xiàn)象。更換一個(gè)新的進(jìn)氣壓力傳感器后故障排除。
故障小結(jié)：由于進(jìn)氣壓力傳感器內(nèi)部短路使得ecu提供給霍爾傳感器和進(jìn)氣壓力傳感器的5v參考電源線搭鐵，因此，霍爾傳感器就得不到正常的電源供應(yīng)，也就無法產(chǎn)生霍爾電壓信號(hào)，發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)因沒有點(diǎn)火觸發(fā)信號(hào)也就使得點(diǎn)火系統(tǒng)無法產(chǎn)生高壓火，發(fā)動(dòng)機(jī)就不能起動(dòng)了。
雖然電控系統(tǒng)電路的結(jié)構(gòu)和工作原理復(fù)雜，但是其電路圖分析思路與普通的串并聯(lián)電路基本相同。例如：幾乎所有的汽車電工都會(huì)在大燈不亮的情況下去檢查一下喇叭或其它燈光是否正常，而不是去檢測大燈開關(guān)和大燈保險(xiǎn)絲等，因?yàn)榇蠹叶贾肋@樣是在走彎路。大燈與喇叭并聯(lián)，如果喇叭能正常工作，說明故障僅僅在照明系統(tǒng)支路上，如果喇叭也不能工作，說明故障點(diǎn)在干路上。在電路圖分析過程中重點(diǎn)就是要把握某個(gè)干路上有哪些支路，當(dāng)發(fā)現(xiàn)電路上的多個(gè)支路同時(shí)出現(xiàn)故障時(shí)，首先就要考慮到這幾個(gè)支路會(huì)不會(huì)是在同一干路上，因?yàn)檫@部分干路出現(xiàn)故障使得其同一條線路上的所有支路都不能工作。
上述故障是由于進(jìn)氣壓力傳感器損壞引起的，在故障檢修過程中走了不少彎路。之所以走了彎路是因?yàn)樵诠收蠙z修過程中沒有深入的分析電路圖，沒有充分的運(yùn)用好電路圖這個(gè)重要的“工具”。
二、結(jié)論
了解和掌
汽車電路圖的表達(dá)方法是進(jìn)行汽車電路圖識(shí)讀的基礎(chǔ)，由于各國廠商在有關(guān)汽車電路圖繪制的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、文字標(biāo)注上的差別，使得各國汽車廠在電路圖的繪制、連接關(guān)系的表達(dá)、表示符號(hào)和文字標(biāo)注等方面不盡相同，特別是各種進(jìn)口汽車（含合資品牌車型）的一些圖形符號(hào)還很不一致，給電路圖讀者帶來很多不便，但汽車電氣和電控系統(tǒng)基本原理是相通的。而且，識(shí)讀汽車汽車電路圖是有規(guī)律可循的，讀電路圖時(shí)存在一些通用的技巧和經(jīng)驗(yàn)。
回路分析時(shí)，根據(jù)各部件的連接點(diǎn)，順著系統(tǒng)電路圖進(jìn)行走圖，其電路途徑為：電源用電設(shè)備搭鐵回路。應(yīng)先找出各系統(tǒng)的電源輸出端及公共接地線。電源線的交接點(diǎn)。是本系統(tǒng)并聯(lián)入電路的接點(diǎn)，進(jìn)入開關(guān)的導(dǎo)線。必須注意開關(guān)在不同位置的通斷狀態(tài)以及輸出導(dǎo)線的去向。各用電裝置與電源之間必須構(gòu)成回路，各用電裝置之間不能相互牽制。
在汽車電路圖的識(shí)讀過程中分以下四個(gè)步驟：①讀懂汽車電路圖中的圖形符號(hào)及文字符號(hào)，了解電路全貌。②根據(jù)系統(tǒng)電路特點(diǎn)，找出電路的各組成系統(tǒng)。③根據(jù)各部件的連接點(diǎn)，分析單個(gè)系統(tǒng)的電流回路。④分析各個(gè)系統(tǒng)電流回路之間的相互聯(lián)系。尤其是第四步，是電路綜合故障診斷過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
在電控系統(tǒng)電路圖分析當(dāng)中不能局限于分析單個(gè)回路或者局部電路，在電控系統(tǒng)綜合故障診斷中，將電路圖分解成單個(gè)回路去看是沒有太大意義的，在分析某部分電路時(shí)要考慮到與之串聯(lián)或并聯(lián)的的電路對(duì)其產(chǎn)生的影響。例如，自診斷系統(tǒng)報(bào)出多個(gè)傳感器或執(zhí)行器的故障碼時(shí)，應(yīng)將這些故障碼結(jié)合電控系統(tǒng)電路圖進(jìn)行分析，如果這些元件都在同一個(gè)電源回路或同一個(gè)搭鐵回路上，那故障點(diǎn)就一定在這部分的主電源線或主搭鐵線上。
總之，在電控系統(tǒng)電路出現(xiàn)故障是應(yīng)把電路圖分析作為最重要的環(huán)節(jié)，在電路圖分析當(dāng)中應(yīng)重點(diǎn)考慮與其串聯(lián)或并聯(lián)的回路對(duì)工作異常部分電路的影響。
參考文獻(xiàn)
[1]何琨.發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)檢修[m].北京：清華大學(xué)出版社，2012.
關(guān)鍵詞：FPGA；溫控；NiosⅡ；PID
中圖分類號(hào)：TH789文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1007-9599 （2011） 06-0000-01
Temperature Control Design of High and Low Temperature Test Box Based on NiosⅡ
Lin Hui,Liu Xianqiang,Yu Lingfeng
(School of Optoelectronic Information,University of Electronic Science&Technology,Chengdu610054,China)
Abstract:This paper provides a temperature control method for high-low test box based on the FPGA of NiosⅡ platform.This system who is high accuracy,high reliability,flexible programming,easy upgrades and stability,is mainly designed by using NiosⅡembedded processor,PID and PLL technology.
Keywords:FPGA;Temperature control;NiosⅡ;PID
高低溫試驗(yàn)箱常用于工業(yè)產(chǎn)品高、低溫的可靠性試驗(yàn)，也是軍品必備的常規(guī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。但國內(nèi)的高低溫試驗(yàn)箱有價(jià)格昂貴，尤其是高精度控制的試驗(yàn)箱更是價(jià)格不菲，而且穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)。為了克服這些缺陷，本設(shè)計(jì)使用了Altera公司的CycloneⅡ的EP2C35系列器件作為硬件開發(fā)平臺(tái)，對(duì)溫控系統(tǒng)采用增量式數(shù)字PID控制算法進(jìn)行處理，提高了運(yùn)算速度和回路的調(diào)節(jié)時(shí)間，從而提高高低溫實(shí)驗(yàn)箱的精度和實(shí)時(shí)性。
一、系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)
系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)主要包括兩部分：硬件部分和軟件部分。硬件部分主要是由鍵盤、LCD、AD、輸出電路、傳感器和電源模塊組成。軟件部分主要是實(shí)現(xiàn)PLL分頻、PID算法以及PWM波形的產(chǎn)生等。如下圖1所示。
（一）系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)
選用Altera公司的EP2C35系列器件作為開發(fā)核心器件，采用SOPC技術(shù)通過在FPGA中植入嵌入式系統(tǒng)處理器NiosⅡ作為核心控制電路，利用FPGA中的可編程邏輯資源和IP軟核來構(gòu)成該嵌入式系統(tǒng)處理器的用戶接口模塊，借助于Avalon總線，實(shí)現(xiàn)對(duì)鍵盤的輸入、SDRAM的程序運(yùn)行、Flash的程序存儲(chǔ)、LCD的顯示和AD轉(zhuǎn)換器反饋信號(hào)的采集等硬件的控制，從而實(shí)現(xiàn)溫度的調(diào)節(jié)和設(shè)定。
（二）系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)
軟件部分主要是利用FPGA的可編程能力實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度調(diào)節(jié)中采集到的信號(hào)進(jìn)行處理。
1.PID算法的實(shí)現(xiàn)
本設(shè)計(jì)采用增量式數(shù)字PID控制算法，其算法流程圖如下圖2所示。
其中，R（k）為給定值，C（k）為實(shí)際輸出值，E（k）為控制器PID的輸入，在實(shí)際編程時(shí) 可預(yù)先算出，存入預(yù)先固定的單元，設(shè)初值E（k-1）和E（k-2）為0。
2.PWM波形的實(shí)現(xiàn)
PWM是利用數(shù)字輸出對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，基于FPGA實(shí)現(xiàn)的PWM控制器具有結(jié)構(gòu)簡單、控制精度高、開關(guān)頻率可調(diào)、接口簡單、響應(yīng)速度快、可現(xiàn)場編程等特點(diǎn)。其主要的Verilog程序如下：
always@（poscdge clk8s or posedge clk30ms）begin
if（clk8s）count
elsecount
end
assign pwm_out=（count
3.PLL分頻
在SOPC Builder中設(shè)計(jì)一個(gè)NiosⅡ軟核，處理器的頻率設(shè)定為100MHz，而系統(tǒng)的晶振頻率為50MHz，所以這里需要一個(gè)PLL倍頻作用來滿足NiosⅡ軟核對(duì)頻率的需要，并為SDROM提供100MHz的時(shí)鐘，還為NiosⅡ和PWM等提供定時(shí)采樣信號(hào)所需的時(shí)鐘。PLL的設(shè)計(jì)使用QuartusⅡ軟件自帶的LPM來直接實(shí)現(xiàn)
二、結(jié)束語
本設(shè)計(jì)通過對(duì)NiosⅡ的軟硬件調(diào)試以及板級(jí)仿真，實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫度的精確、實(shí)時(shí)控制，滿足設(shè)計(jì)的初期要求，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。
參考文獻(xiàn)：
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