“TRIZ”理論在單片機實訓教學中的應用嘗試之《多功能全角LED點陣顯示屏》教學工程實例的設(shè)計與實現(xiàn)

1、“TRIZ”理論在單片機實訓教學中的應用嘗試之多功能全角LED點陣顯示屏教學工程實例的設(shè)計與實現(xiàn)TRIZ英文全名為“TheoryofInventiveProblemSolving”，中文含義為：發(fā)明式的問題解決理論，正體中文翻譯為“萃思”或“萃智”，取其“萃取思考”之義。它是前蘇聯(lián)工程師和研究學者根里奇?阿奇舒勒(GenrichSaulovichAltshuller)通過對眾多世界高水平發(fā)明專利的幾十年分析研究，基于辯證唯物主義和系統(tǒng)論思想，提出的有關(guān)發(fā)明問題的基本理論。TRIZ是系統(tǒng)化的思維方法，是解決問題的有利工具。現(xiàn)代TRIZ理論的核心思想主要體現(xiàn)在三個方面。首先，無論是一個簡單產(chǎn)品還是

2、復雜的技術(shù)系統(tǒng)，其核心技術(shù)的發(fā)展都是遵循著客觀的規(guī)律發(fā)展演變的，即具有客觀的進化規(guī)律和模式。其次，各種技術(shù)難題、沖突和矛盾的不斷解決是推動這種進化過程的動力。再就是技術(shù)系統(tǒng)發(fā)展的理想狀態(tài)是用盡量少的資源實現(xiàn)盡量多的功能。TRIZ理論的基礎(chǔ)是工程知識和科學知識。在實際工程方案的解決中發(fā)揮著重要作用，具有積極的意義。TRIZ追求優(yōu)化合理和新奇創(chuàng)意，通過TRIZ理論可以得到意識的引導和概念的啟示。在教學中，可將該理論與實踐教學相結(jié)合，突出創(chuàng)意+實踐的特點。電子信息類專業(yè)人才培養(yǎng)方案教學過程一般包括：理論教學、實驗教學、課程設(shè)計、生產(chǎn)實習、實訓、畢業(yè)設(shè)計等六個子過程，單片機實訓在培養(yǎng)方案中占有非常重要

3、的地位，起著承前啟后的作用。各子過程之間的關(guān)系如圖1所示。TRIZ適用已有技術(shù)系統(tǒng)改進的創(chuàng)新問題，包括兩種工具，一種是分析工具，一種是解決工具。分析工具核心是功能，解決工具的核心是資源。TRIZ從功能的角度描述技術(shù)系統(tǒng)，站在功能的角度去看待全局，同時明確技術(shù)系統(tǒng)的邊界和目標，分析可以利用的資源。效應是TRIZ中基于知識的工具，效應是對系統(tǒng)輸入/輸出間轉(zhuǎn)換過程的描述，該過程由科學原理和系統(tǒng)屬性支配，并伴有現(xiàn)象發(fā)生。基于專利分析，效應將科學原理和系統(tǒng)屬性和現(xiàn)象與其工程應用有機地聯(lián)系在一起，確定了在科學原理和系統(tǒng)屬性支配下輸入/輸出流之間的因果關(guān)系，從本質(zhì)上解釋了功能實現(xiàn)科學依據(jù)，有利于高級別創(chuàng)新解

4、的產(chǎn)生。下面以多功能全角LED點陣顯示屏教學工程實例的設(shè)計為例，詳細闡述如何運用TRIZ理論的“效應模型”和技術(shù)矛盾的解決方法來設(shè)計、優(yōu)化滿足具體要求的電子系統(tǒng)。第一階段-選題。在概念階段，設(shè)計人員根據(jù)客戶需求確定產(chǎn)品的總功能，并將總功能分解為分功能及功能元，建立待設(shè)計產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)；確定每個功能元的原理解，并將所有功能元的原理解合成得到待設(shè)計產(chǎn)的原理解。第二階段-查新、檢索，確定研究的可行性，制定技術(shù)路線與研究、試驗思路。根據(jù)應用效應解決問題的一般過程，首先，進行問題分析并確定研究的可行性。其次，進行功能分析及需求功能定義。該系統(tǒng)在基本LED點陣顯示屏基礎(chǔ)上，配以紅外人體感應模塊、無線搖控模

5、塊和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，可實現(xiàn)工作模式的選擇與切換，工作模式設(shè)定后可實現(xiàn)以下功能：信息的全角度顯示；感應有人則顯示信息，感應無人則不顯示信息；搖控分屏顯示與全屏顯示；顯示信息的無線數(shù)據(jù)傳輸控制等。最后，利用關(guān)聯(lián)和控制效應改進功能，反復進行方案論證，最終獲得問題原理解。第三階段-技術(shù)矛盾的解決。（一）周期作用法：利用人體紅外感應模塊和無線搖控模塊，通過核心單片機的控制，將周期作用的信號（或命令）轉(zhuǎn)換成控制模式，控制顯示屏的顯示方式，可以有效達到節(jié)能的目的。（二）組合法：為了使在不同角度的人都能清楚地看到發(fā)布的信息，本裝置采用了“全角布局”，即：使用三塊同樣大小的LED顯示板組成三角形顯示裝置，利用

6、支撐或懸掛的方式安裝，通過程序控制（采用“全屏顯示模式”）可在三個屏幕上顯示公共信息，若信息量較大，可采取“滾屏顯示方式”。（三）分離法：在某些場合，為了使在不同角度的能獲得與自己相關(guān)的信息（例如比賽或服務場合），本裝置采用了“全角布局”，同時通過程序控制（采用“分屏顯示模式”）可在三個屏幕上顯示三組不同的信息。第四階段-按計劃嚴格開展科學試驗，反復修正研究目標與研究方案。本裝置利用目前市場上比較流行的51單片機作為主控芯片，能夠很好的完成LED顯示屏的靜態(tài)顯示與動態(tài)顯示控制，產(chǎn)品具有的突出特點是：整合無線搖控、無線數(shù)據(jù)傳輸和紅外感應技術(shù)，使產(chǎn)品更智能、環(huán)保、節(jié)能和實用。多功能全角LED點陣顯示屏裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示。第五階段-設(shè)計實現(xiàn)、撰寫設(shè)計報告。根據(jù)以上內(nèi)容撰寫設(shè)計報本文通過介紹TRIZ理論相關(guān)方法和理論特點，聯(lián)系單片機實訓教學，以多功能全角LED點陣顯示屏教學工程實例的設(shè)計為例，詳細闡述了運用TRIZ理論的“效應模型”和技術(shù)矛盾的解決方法來設(shè)計、優(yōu)化滿足具體要求的電子系統(tǒng)的方法。通過講解使相關(guān)設(shè)計人員了解到TR