應(yīng)用可編程片上系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)化電子專業(yè)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)

江蘇 周曉華

一、中職校電子課程實(shí)驗(yàn)課教學(xué)現(xiàn)狀

伴隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)已經(jīng)不能滿足新形勢(shì)下的教學(xué)要求，從而面臨各種各樣的問(wèn)題。

1.實(shí)驗(yàn)室建設(shè)費(fèi)用高昂

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要依賴費(fèi)用高昂的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，存在前期投入大、后期維護(hù)費(fèi)用高，開(kāi)展過(guò)程受時(shí)間、地點(diǎn)、人力、物力、財(cái)力等限制問(wèn)題，致使實(shí)驗(yàn)教學(xué)無(wú)法有效開(kāi)展，嚴(yán)重影響教學(xué)質(zhì)量。

2.教師指導(dǎo)難以到位，有限的教師很難在有限的時(shí)間內(nèi)細(xì)致地指導(dǎo)大批的學(xué)生，教學(xué)目標(biāo)難以達(dá)到。設(shè)計(jì)性和探究性試驗(yàn)更是難以開(kāi)展。

3.教學(xué)目標(biāo)難以落實(shí)。培養(yǎng)動(dòng)手能力、設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要目標(biāo)。但是目前學(xué)生主要根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，有些實(shí)驗(yàn)操作訓(xùn)練不足，創(chuàng)新能力難以提升。

很顯然，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的教學(xué)方法單一，知識(shí)學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)動(dòng)手操作相互分離，學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)主動(dòng)性和創(chuàng)造性等問(wèn)題，我們可采用可編程片上系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)來(lái)解決這些問(wèn)題。

二、可編程片上系統(tǒng)及其在電子實(shí)驗(yàn)課中的應(yīng)用

1.可編程片上系統(tǒng)：（power system on a chip）簡(jiǎn)稱PSOC。

由美國(guó)Cypress公司開(kāi)發(fā)的PSOC器件,這種芯片能夠完全自由、靈活地設(shè)計(jì)出集模擬電路、數(shù)字電路與微處理器于一身的電子系統(tǒng),而不再需要復(fù)雜的外圍電路,減小了板上面積,滿足了集成度和小型化的要求,將PSOC引入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái),其高可靠和低功耗的特性使實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的性價(jià)比得到提高,并能夠讓學(xué)生集中精力完成對(duì)電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì),而不是像傳統(tǒng)電子系統(tǒng)一樣常常把時(shí)間花費(fèi)在對(duì)外圍電路的搭建和解決單調(diào)的線路問(wèn)題上,這樣能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性。

2.PSOC實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在電子實(shí)驗(yàn)課程中的作用

（1）可實(shí)現(xiàn)電子電路與系統(tǒng)的完美結(jié)合。使電子實(shí)驗(yàn)從傳統(tǒng)的基于面板上搭建電路，轉(zhuǎn)向在單個(gè)芯片里搭電路。即由在電路板上搭“積木”，過(guò)渡到在芯片上搭“積木”，使電子實(shí)驗(yàn)更方便、更快捷、更節(jié)才。

（2）可實(shí)現(xiàn)理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用的完美結(jié)合。充分利用電子綜合課程設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)，以學(xué)生所掌握的知識(shí)點(diǎn)為基礎(chǔ)，以小的項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)為導(dǎo)向，充分培養(yǎng)學(xué)生“系統(tǒng)級(jí)”的設(shè)計(jì)能力。通過(guò)電子課程的實(shí)踐教學(xué)，為后續(xù)課程的銜接打好基礎(chǔ)。

（3）可實(shí)現(xiàn)新器件、新技術(shù)與新方法的完美結(jié)合。讓學(xué)生有充分實(shí)踐的機(jī)會(huì)，親自將模擬電路和數(shù)字電路中的關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)通過(guò)實(shí)踐來(lái)掌握，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造性。

（4）可組建新的實(shí)驗(yàn)課教學(xué)模式，形成新型的師生關(guān)系。教師是輔助的作用，而實(shí)驗(yàn)室是學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)的一個(gè)場(chǎng)所，但不是唯一的場(chǎng)所，在任一安全的場(chǎng)所學(xué)生可以隨時(shí)隨地完成實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，他們必須在實(shí)驗(yàn)室完成的是最后的調(diào)試任務(wù)。

三、PSOC實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在課程中的應(yīng)用實(shí)例

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：可編程增益放大器PGA實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)要求：利用PSOC3器件的Delta Sigma ADC用戶模塊對(duì)溫度傳感器LM35輸出端的模擬電壓進(jìn)行采集，并將所有的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成溫度值在四位數(shù)碼管上顯示出來(lái)。

實(shí)驗(yàn)步驟：?jiǎn)?dòng)PSOCCreator軟件，創(chuàng)建一新工程，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求在TopDesign.cysch原理文件中編輯原理圖（如圖）。

原理圖編輯完成后，在左側(cè)工程列表中的ADC.cydwr中為溫度傳感器LM35和發(fā)光二級(jí)管LED7_DIG選擇管腳。引腳分配完畢后在左側(cè)工程文件列表中點(diǎn)擊main.c文件，編寫和編譯主程序，然后通過(guò)USB下載器下載程序。然后用插線針將PSOC3芯片的相應(yīng)引腳連到溫度傳感器LM35和發(fā)光二極管LED的輸出端，最后給實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上電，觀察四位數(shù)碼管上顯示室內(nèi)溫度（24.30C）,用手觸摸溫度傳感器會(huì)看到顯示溫度會(huì)有所上升（如圖）。

四、PSoC實(shí)驗(yàn)平臺(tái)優(yōu)化中職電子實(shí)驗(yàn)課教學(xué)的幾點(diǎn)思考

跟傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課比較PSOC實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的好處表現(xiàn)在：

1.學(xué)生人手一塊,隨時(shí)隨地就可以搭電路，不要再為教學(xué)資源的不足發(fā)愁。

2.在芯片里通過(guò)搭積木（IP）的方式，組成最終的模擬和數(shù)字混合系統(tǒng)。

3.實(shí)驗(yàn)室只需提供測(cè)試儀器（信號(hào)源、示波器，再提供點(diǎn)電阻和電容器件），節(jié)約了器材和師資。

4.教師從困惑中解脫出來(lái)，只要制定好每個(gè)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)目標(biāo)和評(píng)價(jià)的方法，剩下的讓學(xué)生自己實(shí)現(xiàn)，老師只負(fù)責(zé)答疑和檢查結(jié)果。

5.由于采用的是基于原理圖的設(shè)計(jì)方法，學(xué)生也能知道很多設(shè)計(jì)電路圖的過(guò)程，真正的了解什么是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化EDA。

6.由于模擬和數(shù)字電路都是從頭一點(diǎn)點(diǎn)地實(shí)現(xiàn)，而不是簡(jiǎn)單的使用，將抽象的理論知識(shí)，通過(guò)學(xué)生自己搭“積木”弄清楚全部的細(xì)節(jié)問(wèn)題。學(xué)生的主觀能動(dòng)性和積極性將被充分的調(diào)動(dòng)。

7.實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的改革

（1）由傳統(tǒng)的“填鴨式”的教學(xué)方法轉(zhuǎn)變?yōu)檠驖u進(jìn)，逐步滲透的教學(xué)方法。

（2）能充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性和創(chuàng)新能力。在教學(xué)的主要過(guò)程，從“以教師的被動(dòng)教學(xué)為中心”,轉(zhuǎn)向“以學(xué)生主動(dòng)思考為中心”的新的教學(xué)思路和教學(xué)方法。

（3）以項(xiàng)目為導(dǎo)向，以創(chuàng)新平臺(tái)為載體，將所學(xué)的理論知識(shí)和最新的數(shù)字電子技術(shù)密切結(jié)合起來(lái)。

（4）對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)方式發(fā)生了改變，重點(diǎn)考察學(xué)生的創(chuàng)新能力。通過(guò)合理的評(píng)價(jià)方式，激發(fā)學(xué)生刻苦鉆研的精神和團(tuán)隊(duì)合作的精神。

【1】何賓.可編程片上系統(tǒng)PSoC設(shè)計(jì)指南.化學(xué)工業(yè)出版社，第1版2011(9).

【2】葉朝輝，華成英.可編程片上系統(tǒng)(PSOC)原理及實(shí)訓(xùn).清華大學(xué)出版社，2008(5).

【3】TGP-PSoC3可編程片上系統(tǒng)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū).清華大學(xué)科教儀器廠.