電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)的思考與實(shí)踐清華大學(xué)華成英

2012.4.18一、電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)在電子技術(shù)課程中的重要性二、課程設(shè)計(jì)應(yīng)具有先進(jìn)性三、PSoC簡介四、PSoC實(shí)驗(yàn)平臺在課程中的作用五、教學(xué)實(shí)踐和收獲體會電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)的思考與實(shí)踐一、電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)在電子技術(shù)課程中的重要性背景明確功能明確前后關(guān)系明確應(yīng)用場合性能特點(diǎn)信號特點(diǎn)與負(fù)載需求合理構(gòu)造電路不但知其然還知其所以然課程的實(shí)踐性和實(shí)用性管-路-用：20世紀(jì)70年代末器件-電路-系統(tǒng)：20世紀(jì)末，精品課程建設(shè)中★站在系統(tǒng)的高度認(rèn)識電子電路促進(jìn)學(xué)以致用、舉一反三！從全局思考電子電路的設(shè)計(jì)一個電路從信號輸入、中間的處理到最后的輸出，各級之間的增益分配、參數(shù)設(shè)置、邏輯關(guān)系都是相互協(xié)調(diào)、相互制約的，只有通盤考慮、全面調(diào)試才能獲得理想效果。特別有利于學(xué)生系統(tǒng)集成的能力、綜合應(yīng)用能力、仿真能力的培養(yǎng)。不顧此失彼，強(qiáng)調(diào)總體優(yōu)化★建立系統(tǒng)的觀念★建立實(shí)踐的觀念電子電路與系統(tǒng)設(shè)計(jì)不能紙上談兵學(xué)會系統(tǒng)的調(diào)試和測試方法解決好原理-仿真-硬件實(shí)現(xiàn)電子電路設(shè)計(jì)中可行性分析的方法方案比較忽略次要，抓住主要的思考問題的方法重點(diǎn)和難點(diǎn)的分析方法★建立工程的觀念★建立科技進(jìn)步的觀念站在基礎(chǔ)，面向未來緊盯元器件日新月異的發(fā)展，緊盯新技術(shù)的發(fā)展★建立創(chuàng)新意識電子電路可在咫尺之間產(chǎn)生千變?nèi)f化有日臻完善的EDA平臺激發(fā)學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力。傳感器接收器信號發(fā)生器隔離電路濾波器阻抗變換放大器運(yùn)算電路信號轉(zhuǎn)換電路比較器采樣保持功率放大器A/D轉(zhuǎn)換執(zhí)行機(jī)構(gòu)計(jì)算機(jī)數(shù)字系統(tǒng)不同的閉環(huán)系統(tǒng)將引入各種不同的反饋！反饋D/A轉(zhuǎn)換電子系統(tǒng)所包含的知識點(diǎn)及其相互關(guān)系脈沖的產(chǎn)生和整形組合電路時序電路單片機(jī)二、課程設(shè)計(jì)應(yīng)具有先進(jìn)性先進(jìn)性主要體現(xiàn)在“元器件”和“方法”1947年晶體管1958年集成電路69年大規(guī)模集成電路75年超大規(guī)模集成電路20世紀(jì)80年代PLD迅速發(fā)展按10倍/6年集成度發(fā)展20世紀(jì)90年代模擬可編程器件20世紀(jì)90年代提出SoC的概念PALGALEPLDCPLDispPLDFPGA21世紀(jì)初產(chǎn)生PSoCPSoC單片機(jī)SOPC“三合一”：集數(shù)字可編程陣列、模擬可編程陣列、單片機(jī)為一體，解決了數(shù)字電路與模擬電路的接口問題，內(nèi)部資源較單片機(jī)豐富，幾乎不需外部資源即可構(gòu)成電子系統(tǒng)。在系統(tǒng)可編程：不需專門的編程器可重配置性：多達(dá)上百種功能模塊動態(tài)可重構(gòu)性：實(shí)現(xiàn)超過120%的資源利用率低休眠功耗：電流僅為3微安良好的開發(fā)環(huán)境軟件1：PSoCDesigner用C語言和匯編語言編程，可在線調(diào)試源代碼。軟件2：PSoCExpress

無需編碼的圖形可視化設(shè)計(jì)工具軟件，便可完整、正確地生成程序文件。三、PSoC簡介1.特點(diǎn)8位微處理器、系統(tǒng)時鐘源、程序和數(shù)據(jù)存儲器乘法累加器、低電壓檢測電路、升壓泵、內(nèi)部參考電壓、模擬多路開關(guān)、大電流輸出驅(qū)動……計(jì)數(shù)器、定時器、脈寬調(diào)制器、偽隨機(jī)序列發(fā)生器、緩沖器、反相器、全雙工串行通信接口……可編程增益放大器、儀用放大器、濾波器、電壓比較器、雙音頻撥號器等A/D、D/A轉(zhuǎn)換器2.結(jié)構(gòu)電子電路與系統(tǒng)的結(jié)合點(diǎn)理論知識與實(shí)際應(yīng)用的結(jié)合點(diǎn)新器件、新技術(shù)與新方法的結(jié)合點(diǎn)保持課程內(nèi)容體系的先進(jìn)性電子電路及系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的軟硬件結(jié)合的平臺教學(xué)與科研相結(jié)合的平臺創(chuàng)新與實(shí)踐相結(jié)合的平臺在PSoC平臺上可以完成從基本電路到電子系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)。四、PSoC實(shí)驗(yàn)平臺在課程中的作用五、教學(xué)實(shí)踐和收獲體會引入了兩門課，為創(chuàng)新意識和能力的培養(yǎng)開闊了新的思路電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)、電子技術(shù)專題課實(shí)驗(yàn)分類及目的演示實(shí)驗(yàn)：了解操作過程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)：熟悉開發(fā)環(huán)境和PSoC的基本特點(diǎn)提高實(shí)驗(yàn)：熟悉基本模數(shù)混合系統(tǒng)及基本通信系統(tǒng)的應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)。指定設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)：培養(yǎng)學(xué)生綜合設(shè)計(jì)的能力。創(chuàng)新設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)：學(xué)生自由選題，自主設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，培養(yǎng)創(chuàng)新意識和能力。開展課外科技活動自己組織小組自由選題、自主設(shè)計(jì)、自主研發(fā)演示實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)型指導(dǎo)型指定設(shè)計(jì)型創(chuàng)新設(shè)計(jì)型PSoCDesigner實(shí)驗(yàn)：PWM控制LED閃爍PSoCDesigner基本實(shí)驗(yàn)8個：PGA、Filter、Comparator、Timer、Counter、PWM、ADC、DACPSoCDesigner實(shí)驗(yàn)3個：單路溫度測量顯示、正弦波發(fā)生器、SPI通信既注重學(xué)生興趣，又注重與科研和實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，共設(shè)計(jì)了6個富有創(chuàng)新性的題目：安防短信報(bào)警系統(tǒng)；智能車載小冰箱；語音存儲回放；手寫體識別筆等未規(guī)定題目PSoCExpress實(shí)驗(yàn)：電位器控制LED亮度PSoCExpress基本實(shí)驗(yàn)5個：按鈕控制LED和蜂鳴器、數(shù)碼管顯示電壓值、電壓值比較等PSoCExpress實(shí)驗(yàn)2個：單路溫度監(jiān)測、I2C通信2008年暑期課程設(shè)計(jì)PSoC應(yīng)用部分在三個方面開展學(xué)習(xí)與研究：在本科生科技活動、畢業(yè)設(shè)計(jì)，研究生課題研制了一個實(shí)驗(yàn)平臺，開出了不同層次的30多個實(shí)驗(yàn)出版了一本書、編寫了一本講義、獲得了兩個專利獲得了五個獎項(xiàng)清華大學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)一等獎