電子技術課程設計實訓教學案例及分析

潘金福

摘要：為了滿足新工科人才培養要求，在學校工科做實思想的指導下，本文以電子技術課程設計的實訓作品訓練過程為例，討論和分析了教學安排、作品設計要求、設計方案、設計電路分析、作品調試以及作品的測試等過程，突出了學生為主體、教師為主導的教學特色，踐行了理論知識與實際應用緊密結合的教學理念，取得非常好的教學效果，啟發了學生的創新思維和工程思維，促進了學生實踐創新能力的培養。

關鍵詞：電子技術課程設計;教學案例;實踐創新能力培養

為了滿足新工科人才培養要求，各大高校都在進行著教學改革，圍繞以學生為中心，以學生實踐創新能力和工程應用能力培養為目標，從人才培養模式、實驗教學平臺構建、課程教學和課堂教學設計等方面都制定了相關措施，為新工科人才培養提供保障[1-3]。

電子技術課程設計作為凱里學院物聯網工程專業的一門集中實踐類課程，對培養學生應用分析能力、知識融合能力以及實踐創新能力具有極其重要的作用。課程教學的主要目的是訓練學生將所學電子類課程知識在生產實際中的應用設計能力，增強學生的專業實踐技能，培養學生的實踐創新能力，提升學生的職業能力和就業水平。

1電子技術課程設計教學安排

1.1先修課程

電路分析、模擬電路與數字電路、C語言程序設計、單片機原理及應用。

1.2實訓內容與進度安排

電子技術課程設計集中實訓時間為期1周，共5天，第1天，學生完成選題和項目的初步方案設計;第2-4天，進行實訓項目作品的設計、制作與調試;第5天，完成實訓報告的撰寫和實訓作品的展示與答辯。實訓小組分組采取2-3人為一組，小組成員之間相互配合完成一個實訓項目的設計與制作訓練。實訓項目的選題可以由指導教師出題，也可以由學生自主選題。

2電子技術課程設計教學訓練案例與分析

以2019級物聯網工程專業的學生實訓作品“手機APP遙控小車的設計與實現”為例。

2.1設計要求

（1）實現小車前進、后退、左轉、右轉和停止的運動功能;

（2）實現手機APP控制小車的運動功能。

2.2方案設計

本實訓項目方案主要由藍芽模塊、單片機控制芯片和電機驅動模塊組成，藍芽模塊采用HC-05;單片機芯片采用AT89S51;電機驅動模塊采用L298N雙橋電機驅動電路。方案設計框圖如圖2-1所示。

主控芯片AT89S51通過接收到藍牙模塊的信號，由軟件編程設計，控制電機驅動模塊工作而驅動小車電機的轉動，實現小車的運動功能。其軟件設計程序流程圖如圖2-2所示。

2.3設計電路分析

整體電路原理圖如圖2-3所示，主要由L298N、AT89S51和藍牙模塊電路等組成。L298N為小車左右輪直流電機驅動電路，VS端接+12V電源，VCC端接+5V電源，L298N的IN1～IN4引腳為小車左右輪直流電機轉動控制端，分別連接到主控芯片AT89S51的P0.0～P0.3引腳。當IN2、IN4為高電平，IN1、IN3為低電平時，電機帶動小車向前運動;當IN2、IN4為高電平，IN1、IN3為低電平時，電機帶動小車向前運動;當IN2、IN4為低電平，IN1、IN3為高電平時，電機帶動小車向后運動;當IN1、IN4為高電平，IN2、IN3為低電平時，電機帶動小車向左轉;當IN1、IN4為低電平，IN2、IN3為高電平時，電機帶動小車向右轉;當IN1、IN2、 IN3、IN4為低電平時，小車停止運動[4]。

藍牙模塊的數據輸出端TXD與單片機AT89S51的P3.0（串口中斷數據接收端RXD）相連接，藍牙模塊的數據接收端RXD與單片機AT89S51的P3.1（串口數據發送端TXD）相連接。當按下手機APP藍牙調試器上不同控制按鍵時，藍牙模塊的數據輸出端TXD將輸出不同的數據信號，主控芯片AT89S51通過接收到不同的數據信號，再通過軟件編程，控制小車電機轉動而實現不同的運動功能。

2.4設計作品調試

實訓作品的實物設計制作完成后，作品的調試過程采用先分后總的方法進行：先調試單個組成模塊電路，當單個模塊電路都調試正常后，再將所有正常工作的單個電路模塊組裝起來進行統調。

（1）藍牙模塊的調試

將藍牙模塊數據輸出端接入電腦，電腦上安裝串口助手軟件，接通藍牙模塊電源，打開手機端藍牙功能，搜尋到藍牙模塊的型號并聯接上。打開手機端的藍牙調試器，當按下藍牙調試器中的按鍵時，觀察電腦上串口助手中是否接收到按鍵的數據。如果能正常收到按鍵數據，則藍牙模塊能正常工作。且當按下藍牙調試器中的不同按鍵時，則電腦上串口助手中能接收到相應按鍵的數據。

（2）電機驅動模塊的調試

將電機驅動模塊接上電源，在L298N的IN1～IN4引腳端輸入相應的高低電平，使小車能實現前進、后退、左轉、右轉和停止的運動功能，則電機驅動模塊工作正常。

（3）單片機的調試

接通AT89S51單片機主控系統電源，將相應的電機運動程序下載到單片機中，測試P0.0～P0.3引腳電平的變化情況，如果P0.0～P0.3引腳電平的變化情況正常，則單片機系統能正常工作。

（4）統調

將調試正常的單片機系統、電機驅動模塊電路和藍牙模塊電路按電路原理圖連線接好，接通各模塊電路的電源，將事先編譯好的軟件程序下載到單片機中，打開手機端的藍牙調試器，按下相應的功能按鍵，觀察小車的運動情況。如果小車所有的運動功能都能正常操作，達到預計的設計要求，則作品統調成功。

2.5設計作品測試

當作品統調成功后，將電路連接線固定好，再將作品外觀美化一下，就可以進行作品測試了。作品測試過程如圖2-4所示。

經過測試，作品實現了手機端APP控制小車的前進、后退、左轉、右轉和停止等功能，達到了預期設計要求。

3實訓教學效果分析

針對本選題，學生經過實訓后，達到了如下教學效果：

（1）理解了理論知識學習對實踐指導的重要性，進一步鞏固了相關基礎課程理論知識。

（2）培養了學生運用所學知識解決實際問題的實踐創新能力，啟發了學生的創新思維和工程思維，同時也提高了學生的學習能力。

（3）學生深刻理解了電機驅動模塊、單片機系統和藍牙模塊的工作原理及調試方法。

（4）學生對軟件與硬件的有效結合有了非常好的理解。

（5）在答辯過程中，通過指導教師的點評，學生發現了自己的不足，以及作品的改進方向，為提升實訓作品的質量與水平指明了方向。

（6）進一步促進了學生實驗實踐技能和專業能力的提升，增強了學生對后續課程的學習興趣。

（7）通過本組成員之間的相互配合，讓學生深刻體會和理解團隊協作的重要性，培養了學生的團隊精神。

4.結語

電子技術課程設計作為一門集中實踐類課程，課程的教學效果，對學生職業能力的培養有極大的促進作用。這門課程通常在大二下學期開課，學生已經具備了一定的專業學科基礎知識，同時也進行了一些專業基礎實驗技能訓練，可以在一定程度上保證了本門課程的實訓教學效果。在選題與設計要求上，指導教師需要加強指導，選題設計難度不能過大或過小，如果設計難度過大，學生不能在規定的時間內完成作品，會打擊學生的學習積極性;如果難度太小，會影響學生對自己能力的錯誤判斷，不利于學生創新能力的培養。同時，本門課程還要緊跟時代發展的步伐，不斷將新技術和新技術模塊電路引入到學生實訓作品設計中，使學生在完成實訓作品的同時，也學習和應用到了新技術和新知識，促進了學生專業能力的全面發展。

參考文獻：

[1]張爽，赫海靈.基于“新工科”背景下應用型高校專業實踐教學平臺的建設[J].黑龍江教育（理論與實踐），2021（01）：80-81.

[2]王華，吳桂清，劉紅霞，曹琳琳.“新工科”理念下的電氣信息類專業實驗教學體系建設[J].實驗技術與管理，2020，37（12）：13-16.

[3]齊振超，田威，王珉.智慧教育理念驅動的“新工科”專業課程教學模式探索與實踐[J].工業和信息化教育，2021（01）：20-27.

[4]張毅剛.單片機原理及接口技術（第3版）[M].北京：人民郵電出版社，2020.