電子技術(shù)基礎課程設計的思考與實踐-清華大學

1、華成英 電子技術(shù)基礎課程設計的思考與實踐清華大學 華成英 2012.4.18華成英 一、電子系統(tǒng)設計在電子技術(shù)課程中的重要性一、電子系統(tǒng)設計在電子技術(shù)課程中的重要性二、課程設計應具有先進性二、課程設計應具有先進性三、三、PSoCPSoC簡介簡介四、四、PSoCPSoC實驗平臺在課程中的作用實驗平臺在課程中的作用五、教學實踐和收獲體會五、教學實踐和收獲體會電子技術(shù)基礎課程設計的思考與實踐華成英 一、電子系統(tǒng)設計在電子技術(shù)課程中的重要性o 背景明確背景明確o 功能明確功能明確o 前后關系明確前后關系明確o應用場合應用場合o性能特點性能特點o信號特點與負載需求信號特點與負載需求o合理構(gòu)造電路合理構(gòu)造

2、電路o不但知其然還知其所以然不但知其然還知其所以然o課程的實踐性和實用性課程的實踐性和實用性n管管-路路-用：用：20世紀世紀70年代末年代末n器件器件-電路電路-系統(tǒng)：系統(tǒng)： 20世紀末，精品課程建設中世紀末，精品課程建設中站在系統(tǒng)的高度認識電子電路站在系統(tǒng)的高度認識電子電路促進學以致用、舉一反三！促進學以致用、舉一反三！華成英 o 從全局思考電子電路的設計從全局思考電子電路的設計n 一個電路從信號輸入、中間的處理到最后的輸出，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)設置、邏輯關系都是各級之間的增益分配、參數(shù)設置、邏輯關系都是相互協(xié)調(diào)、相互制約的，只有通盤考慮、全

3、面調(diào)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。特別有利于學生系統(tǒng)集成試才能獲得理想效果。特別有利于學生系統(tǒng)集成的能力、綜合應用能力、仿真能力的培養(yǎng)。的能力、綜合應用能力、仿真能力的培養(yǎng)。n 不顧此失彼，強調(diào)總體優(yōu)化不顧此失彼，強調(diào)總體優(yōu)化建立系統(tǒng)的觀念建立系統(tǒng)的觀念建立實踐的觀念建立實踐的觀念o 電子電路與系統(tǒng)設計不能紙上談兵電子電路與系統(tǒng)設計不能紙上談兵o 學會學會系統(tǒng)的調(diào)試和測試方法系統(tǒng)的調(diào)試和測試方法o 解決好原理解決好原理-仿真仿真-硬件實現(xiàn)硬件實現(xiàn)華成英 o 電子電路設計中可行性分析的方法電子電路設計中可行性分析的方法o 方案比較方案比較o 忽略次要，抓住主要的思

4、考問題的方法忽略次要，抓住主要的思考問題的方法o 重點和難點的分析方法重點和難點的分析方法建立工程的觀念建立工程的觀念建立科技進步的觀念建立科技進步的觀念o 站在基礎，面向未來站在基礎，面向未來o 緊盯元器件日新月異的發(fā)展，緊盯元器件日新月異的發(fā)展，緊盯新技術(shù)的發(fā)展緊盯新技術(shù)的發(fā)展建立創(chuàng)新意識建立創(chuàng)新意識o 電子電路可在咫尺之間產(chǎn)生電子電路可在咫尺之間產(chǎn)生千變?nèi)f化千變?nèi)f化o 有日臻完善的有日臻完善的EDA平臺平臺o 激發(fā)學生激發(fā)學生的想象力和創(chuàng)造力。的想象力和創(chuàng)造力。華成英 傳感器傳感器接收器接收器信號信號發(fā)生器發(fā)生器隔離電路隔離電路濾波器濾波器阻抗變換阻抗變換放大器放大器運算電路運算電路信號

5、轉(zhuǎn)信號轉(zhuǎn)換電路換電路比較器比較器采樣保持采樣保持功率功率放大器放大器A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)計算機計算機數(shù)字系統(tǒng)數(shù)字系統(tǒng)反饋反饋D/A轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換電子系統(tǒng)所包含的知識點及其相互關系脈沖的產(chǎn)脈沖的產(chǎn)生和整形生和整形組合電路組合電路時序電路時序電路單片機單片機華成英 二、課程設計應具有先進性o 先進性主要體現(xiàn)在先進性主要體現(xiàn)在“元器件元器件”和和“方法方法”1947年晶體管年晶體管1958年集成電路年集成電路69年大規(guī)模集成電路年大規(guī)模集成電路75年超大規(guī)模集成電路年超大規(guī)模集成電路20世紀世紀80年代年代PLD迅速發(fā)展迅速發(fā)展按按10倍倍/6年集成度發(fā)展年集成度發(fā)展20世紀世紀90年代年代模擬

6、可編程器件模擬可編程器件o 20世紀世紀90年代提出年代提出SoC的概念的概念PAL GALEPLD CPLDispPLD FPGAo 21世紀初產(chǎn)生世紀初產(chǎn)生PSoCPSoC單片機單片機SOPC華成英 o “三合一三合一”：集數(shù)字可編程陣列、模擬可編程陣列、單片：集數(shù)字可編程陣列、模擬可編程陣列、單片機為一體，解決了數(shù)字電路與模擬電路的接口問題，內(nèi)部機為一體，解決了數(shù)字電路與模擬電路的接口問題，內(nèi)部資源較單片機豐富，幾乎不需外部資源即可構(gòu)成電子系統(tǒng)。資源較單片機豐富，幾乎不需外部資源即可構(gòu)成電子系統(tǒng)。o 在系統(tǒng)可編程：不需專門的編程器在系統(tǒng)可編程：不需專門的編程器o 可重配置性：多達上百種功

7、能模塊可重配置性：多達上百種功能模塊o 動態(tài)可重構(gòu)性：實現(xiàn)超過動態(tài)可重構(gòu)性：實現(xiàn)超過120%120%的資源利用率的資源利用率o 低休眠功耗：電流僅為低休眠功耗：電流僅為3 3微安微安o 良好的開發(fā)環(huán)境良好的開發(fā)環(huán)境n軟件軟件1：PSoC Designer 用用C語言和匯編語言編程，可在線調(diào)試語言和匯編語言編程，可在線調(diào)試源代碼。源代碼。n軟件軟件2：PSoC Express 無需編碼的圖形可視化設計工具軟件，無需編碼的圖形可視化設計工具軟件，便可完整、正確地生成程序文件。便可完整、正確地生成程序文件。三、PSoC簡介1. 1. 特點華成英 系系統(tǒng)統(tǒng)資資源源內(nèi)核內(nèi)核可編程數(shù)字可編程數(shù)字模塊陣列模

8、塊陣列可編程模擬可編程模擬模塊陣列模塊陣列數(shù)數(shù)字字互互聯(lián)聯(lián)模模擬擬互互聯(lián)聯(lián)外外部部端端口口系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線8位微處理器、系統(tǒng)時鐘源、位微處理器、系統(tǒng)時鐘源、程序和數(shù)據(jù)存儲器程序和數(shù)據(jù)存儲器乘法累加乘法累加器、低電器、低電壓檢測電壓檢測電路、升壓路、升壓泵、內(nèi)部泵、內(nèi)部參考電壓、參考電壓、模擬多路模擬多路開關、開關、大大電流輸出電流輸出驅(qū)動驅(qū)動計數(shù)器、定時器、脈寬調(diào)計數(shù)器、定時器、脈寬調(diào)制器、偽隨機序列發(fā)生器、制器、偽隨機序列發(fā)生器、緩沖器、反相器、全雙工緩沖器、反相器、全雙工串行通信接口串行通信接口可編程增益放大器、儀用可編程增益放大器、儀用放大器、濾波器、電壓比放大器、濾波器、電壓比較器、雙

9、音頻撥號器等較器、雙音頻撥號器等A/D、 D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器2. 2. 結(jié)構(gòu)華成英 o 電子電路與系統(tǒng)的結(jié)合點電子電路與系統(tǒng)的結(jié)合點o 理論知識與實際應用的結(jié)合點理論知識與實際應用的結(jié)合點o 新器件、新技術(shù)與新方法的結(jié)合點新器件、新技術(shù)與新方法的結(jié)合點n 保持課程內(nèi)容體系的先進性保持課程內(nèi)容體系的先進性o 電子電路及系統(tǒng)設計與實現(xiàn)的軟硬件結(jié)合的平臺電子電路及系統(tǒng)設計與實現(xiàn)的軟硬件結(jié)合的平臺o 教學與科研相結(jié)合的教學與科研相結(jié)合的平臺平臺o 創(chuàng)新與實踐相結(jié)合的平臺創(chuàng)新與實踐相結(jié)合的平臺在在PSoC平臺平臺上可以完成從基本電路到電子系統(tǒng)的實驗。上可以完成從基本電路到電子系統(tǒng)的實驗。四、PSoCPS

10、oC實驗平臺在課程中的作用華成英 五、教學實踐和收獲體會o 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n 電子技術(shù)課程設計、電子技術(shù)專題課電子技術(shù)課程設計、電子技術(shù)專題課o 實驗分類及目的實驗分類及目的n 演示實驗：了解操作過程演示實驗：了解操作過程n 基礎實驗：基礎實驗：熟悉開發(fā)環(huán)境和熟悉開發(fā)環(huán)境和PSoC的基本特點的基本特點n 提高實驗：熟悉基本模數(shù)混合系統(tǒng)及基本通信系提高實驗：熟悉基本模數(shù)混合系統(tǒng)及基本通信系統(tǒng)的應用和實現(xiàn)。統(tǒng)的應用和實現(xiàn)。n 指定設計型實驗：培養(yǎng)學生綜合設計的能力。指定設計型實驗：培養(yǎng)學生綜合設計的能力。n 創(chuàng)新

11、設計型實驗：學生自由選題，自主設計和實創(chuàng)新設計型實驗：學生自由選題，自主設計和實現(xiàn)，培養(yǎng)創(chuàng)新現(xiàn)，培養(yǎng)創(chuàng)新意識和意識和能力。能力。o 開展課外科技活動開展課外科技活動n 自己組織小組自己組織小組n 自由選題、自主設計、自主研發(fā)自由選題、自主設計、自主研發(fā)華成英 演示實驗演示實驗基礎型基礎型指導型指導型指定設計型指定設計型創(chuàng)新設計型創(chuàng)新設計型PSoCPSoC DesignerDesigner實驗實驗：PWMPWM控制控制LEDLED閃爍閃爍PSoCPSoC Designer Designer基本實驗基本實驗8 8個：個：PGAPGA、FilterFilter、ComparatorComparato

12、r、TimerTimer、CounterCounter、PWMPWM、ADCADC、DACDACPSoCPSoC Designer Designer實驗實驗3 3個：個：單路溫度測量單路溫度測量顯示顯示、正弦波發(fā)生器正弦波發(fā)生器、SPI SPI 通信通信既注重學生興趣，既注重學生興趣，又注重與科研和又注重與科研和實際應用相結(jié)合，實際應用相結(jié)合，共設計了共設計了6 6個富有個富有創(chuàng)新性的題目：創(chuàng)新性的題目：安防短信報警系安防短信報警系統(tǒng)；統(tǒng)；智能車載小冰箱；智能車載小冰箱；語音存儲回放；語音存儲回放；手寫體識別筆等手寫體識別筆等未規(guī)定題目未規(guī)定題目PSoCPSoC ExpressExpress實

13、驗實驗：電位器控制電位器控制LEDLED亮度亮度PSoCPSoC Express Express基基本實驗本實驗5 5個：個：按按鈕控制鈕控制LEDLED和和蜂鳴器蜂鳴器、數(shù)碼管顯示電數(shù)碼管顯示電壓值、壓值、電壓值比較電壓值比較等等PSoCPSoC Express Express實驗實驗2 2個：個：單路溫度監(jiān)測單路溫度監(jiān)測、I I2 2C C通信通信2008年暑期課程設計年暑期課程設計PSoC應用部分應用部分華成英 o 在三個方面開展學習與研究：在本科生科技活動、畢業(yè)在三個方面開展學習與研究：在本科生科技活動、畢業(yè)設計，研究生課題設計，研究生課題o 研制了一個實驗平臺，開出了不同層次的研制了一個實驗平臺，開出了不同層次的30多個多個實驗實驗o 出版了一本書、編寫了一本講義、獲得了兩個專利出版了一本書、編寫了一本講義、獲得了兩個專利o 獲得了五個獎項獲得了五個獎項n 清華大學實驗技術(shù)一等獎