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)

1、華成英 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華成英 一、電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)在電子技術(shù)課程中的重要性一、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)性二、課程設(shè)計(jì)應(yīng)具有先進(jìn)性三、三、PSoCPSoC簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介四、四、PSoCPSoC實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在課程中的作用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在課程中的作用五、教學(xué)實(shí)踐和收獲體會(huì)五、教學(xué)實(shí)踐和收獲體會(huì)電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)的思考與實(shí)踐華成英 一、電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(guān)系明確前后關(guān)系明確o應(yīng)用場(chǎng)合應(yīng)用場(chǎng)合o性能特點(diǎn)性能特點(diǎn)o信號(hào)特點(diǎn)與負(fù)載需求信號(hào)特點(diǎn)與負(fù)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(shí)踐性和實(shí)用性課程的實(shí)踐性和實(shí)用性n管管-路路-用：用：20世紀(jì)世紀(jì)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(jì)末，精品課程建設(shè)中世紀(jì)末，精品課程建設(shè)中站在系統(tǒng)的高度認(rèn)識(shí)電子電路站在系統(tǒng)的高度認(rèn)識(shí)電子電路促進(jìn)學(xué)以致用、舉一反三！促進(jìn)學(xué)以致用、舉一反三！華成英 o 從全局思考電子電路的設(shè)計(jì)從全局思考電子電路的設(shè)計(jì)n 一個(gè)電路從信號(hào)輸入、中間的處理到最后的輸出，一個(gè)電路從信號(hào)輸入、中間的處理到最后的輸出，各級(jí)之間的增益分配、參數(shù)設(shè)置、邏輯關(guān)系都是各級(jí)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

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(xué)生系統(tǒng)集成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)。的能力、綜合應(yīng)用能力、仿真能力的培養(yǎng)。n 不顧此失彼，強(qiáng)調(diào)總體優(yōu)化不顧此失彼，強(qiáng)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(shí)踐的觀念建立實(shí)踐的觀念o 電子電路與系統(tǒng)設(shè)計(jì)不能紙上談兵電子電路與系統(tǒng)設(shè)計(jì)不能紙上談兵o 學(xué)會(huì)系統(tǒng)的調(diào)試和測(cè)試方法學(xué)會(huì)系統(tǒng)的調(diào)試和測(cè)試方法o 解決好原理解決好原理-仿真仿真-硬件實(shí)現(xiàn)硬件實(shí)現(xiàn)華成英 o 電子電路設(shè)計(jì)中可行性分析的方法電子電路設(shè)計(jì)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(diǎn)和難點(diǎn)的分析方法重點(diǎn)和難點(diǎn)的分析方法建立工程的觀念建立工程的觀念建立科技進(jìn)步的觀念建立科技進(jìn)步的觀念o 站在基礎(chǔ)，面向未來站在基礎(chǔ)，面向未來o 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(shí)建立創(chuàng)新意識(shí)o 電子電路可在咫尺之間產(chǎn)生千變?nèi)f化電子電路可在咫尺之間產(chǎn)生千變?nèi)f化o 有日臻完善的有日臻完善的EDA平臺(tái)平臺(tái)o 激發(fā)學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力。激發(fā)學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力。華成英 傳感器傳感器接收器接收器信號(hào)信號(hào)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(yùn)算電路運(yùn)算電路信號(hào)

5、轉(zhuǎn)信號(hào)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(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)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(shí)點(diǎn)及其相互關(guān)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(shí)序電路時(shí)序電路單片機(jī)單片機(jī)華成英 二、課程設(shè)計(jì)應(yīng)具有先進(jìn)性o 先進(jìn)性主要體現(xiàn)在先進(jìn)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(jì)世紀(jì)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(jì)世紀(jì)90年代年代模擬

6、可編程器件模擬可編程器件o 20世紀(jì)世紀(jì)90年代提出年代提出SoC的概念的概念PAL GALEPLD CPLDispPLD FPGAo 21世紀(jì)初產(chǎn)生世紀(jì)初產(chǎn)生PSoCPSoC單片機(jī)單片機(jī)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(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)。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)。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(dá)上百種功

7、能模塊可重配置性：多達(dá)上百種功能模塊o 動(dòng)態(tài)可重構(gòu)性：實(shí)現(xiàn)超過動(dòng)態(tài)可重構(gòu)性：實(shí)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(shè)計(jì)工具軟件，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。便可完整、正確地生成程序文件。三、PSoC簡(jiǎn)介1. 1. 特點(diǎn)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(shí)鐘源、位微處理器、系統(tǒng)時(shí)鐘源、程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器乘法累加乘法累加器、低電器、低電壓檢測(cè)電壓檢測(cè)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(guān)、開關(guān)、大大電流輸出電流輸出驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)計(jì)數(shù)器、定時(shí)器、脈寬調(diào)計(jì)數(shù)器、定時(shí)器、脈寬調(diào)制器、偽隨機(jī)序列發(fā)生器、制器、偽隨機(jī)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(hào)器等較器、雙音頻撥號(hào)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(diǎn)電子電路與系統(tǒng)的結(jié)合點(diǎn)o 理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用的結(jié)合點(diǎn)理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用的結(jié)合點(diǎn)o 新器件、新技術(shù)與新方法的結(jié)合點(diǎn)新器件、新技術(shù)與新方法的結(jié)合點(diǎn)n 保持課程內(nèi)容體系的先進(jìn)性保持課程內(nèi)容體系的先進(jìn)性o 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(tái)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(tái)o 教學(xué)與科研相結(jié)合的教學(xué)與科研相結(jié)合的平臺(tái)平臺(tái)o 創(chuàng)新與實(shí)踐相結(jié)合的平臺(tái)創(chuàng)新與實(shí)踐相結(jié)合的平臺(tái)在在PSoC平臺(tái)平臺(tái)上可以完成從基本電路到電子系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)。上可以完成從基本電路到電子系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)。四、PSoCPS

10、oC實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在課程中的作用華成英 五、教學(xué)實(shí)踐和收獲體會(huì)o 引入了兩門課，為創(chuàng)新意識(shí)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(shí)和能力的培養(yǎng)開闊了新的思路n 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)、電子技術(shù)專題課電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)、電子技術(shù)專題課o 實(shí)驗(yàn)分類及目的實(shí)驗(yàn)分類及目的n 演示實(shí)驗(yàn)：了解操作過程演示實(shí)驗(yàn)：了解操作過程n 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)：基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)：熟悉開發(fā)環(huán)境和熟悉開發(fā)環(huán)境和PSoC的基本特點(diǎn)的基本特點(diǎn)n 提高實(shí)驗(yàn)：熟悉基本模數(shù)混合系統(tǒng)及基本通信系提高實(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)。統(tǒng)的應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)。n 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。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。n 創(chuàng)新

11、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)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)新現(xiàn)，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和意識(shí)和能力。能力。o 開展課外科技活動(dòng)開展課外科技活動(dòng)n 自己組織小組自己組織小組n 自由選題、自主設(shè)計(jì)、自主研發(fā)自由選題、自主設(shè)計(jì)、自主研發(fā)華成英 演示實(shí)驗(yàn)演示實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)型基礎(chǔ)型指導(dǎo)型指導(dǎo)型指定設(shè)計(jì)型指定設(shè)計(jì)型創(chuàng)新設(shè)計(jì)型創(chuàng)新設(shè)計(jì)型PSoC PSoC DesignerDesigner實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)：PWMPWM控制控制LEDLED閃爍閃爍PSoC DesignerPSoC Designer基本實(shí)驗(yàn)基本實(shí)驗(yàn)8 8個(gè)：個(gè)：PGAPGA、FilterFilter、ComparatorComparat

12、or、TimerTimer、CounterCounter、PWMPWM、ADCADC、DACDACPSoC DesignerPSoC Designer實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)3 3個(gè)：個(gè)：?jiǎn)温窚囟葴y(cè)量單路溫度測(cè)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(xué)生興趣，既注重學(xué)生興趣，又注重與科研和又注重與科研和實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，共設(shè)計(jì)了共設(shè)計(jì)了6 6個(gè)富有個(gè)富有創(chuàng)新性的題目：創(chuàng)新性的題目：安防短信報(bào)警系安防短信報(bào)警系統(tǒng)；統(tǒng)；智能車載小冰箱；智能車載小冰箱；語音存儲(chǔ)回放；語音存儲(chǔ)回放；手寫體識(shí)別筆等手寫體識(shí)別筆等未規(guī)定題目未規(guī)定題目PSoC ExpressPSoC Expres

13、s實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)：電位器控制電位器控制LEDLED亮度亮度PSoC ExpressPSoC Express基基本實(shí)驗(yàn)本實(shí)驗(yàn)5 5個(gè)：個(gè)：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PSoC ExpressPSoC Express實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)2 2個(gè)：個(gè)：?jiǎn)温窚囟缺O(jiān)測(cè)單路溫度監(jiān)測(cè)、I I2 2C C通信通信2008年暑期課程設(shè)計(jì)年暑期課程設(shè)計(jì)PSoC應(yīng)用部分應(yīng)用部分華成英 o 在三個(gè)方面開展學(xué)習(xí)與研究：在本科生科技活動(dòng)、畢業(yè)在三個(gè)方面開展學(xué)習(xí)與研究：在本科生科技活動(dòng)、畢業(yè)設(shè)計(jì)，研究生課題設(shè)計(jì)，研究生課題o 研制了一個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，開出了不同層次的研制了一個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，開出了不同層次的30多個(gè)多個(gè)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)o 出版了一本書、編寫了一本講義、獲得了兩個(gè)專利出版了一本書、編寫了一本講義、獲得了兩個(gè)專利o 獲得了五個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)獲得了五個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)n 清華大學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)一等獎(jiǎng)