徐偉杰， 戴圣偉， 肖剛毅， 李志斌

(1． 湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 自動化與信息工程學(xué)院， 湖南 株洲 412006；2． 湖南工業(yè)大學(xué) 電氣與信息工程學(xué)院， 湖南 株洲 412007)

實驗設(shè)備自研在學(xué)生雙創(chuàng)能力培養(yǎng)中的實踐

徐偉杰1， 戴圣偉2， 肖剛毅2， 李志斌2

(1． 湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 自動化與信息工程學(xué)院， 湖南 株洲 412006；2． 湖南工業(yè)大學(xué) 電氣與信息工程學(xué)院， 湖南 株洲 412007)

為了提升學(xué)生的“雙創(chuàng)”能力，用活實驗室現(xiàn)有資源，落實基于問題、基于項目的實踐教學(xué)方法，實現(xiàn)高校實驗設(shè)備再設(shè)計及功能重構(gòu)的價值導(dǎo)向，以適應(yīng)當(dāng)今高等教育“雙創(chuàng)”的國家戰(zhàn)略。以學(xué)生自研信號發(fā)生器實驗設(shè)備為例，說明實驗設(shè)備自研全程在學(xué)生雙創(chuàng)能力培養(yǎng)中不可替代的作用，并以取得的成績，支撐了實驗設(shè)備自研在學(xué)生學(xué)習(xí)期間實施的重要性與必要性。

實驗設(shè)備； 雙創(chuàng)能力； 信號發(fā)生器

0 引 言

李克強總理提出的“大眾創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新”(簡稱“雙創(chuàng)”)是新時期我國的創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略，成為了我國當(dāng)今高等教育創(chuàng)新與培養(yǎng)高校學(xué)生雙創(chuàng)精神、雙創(chuàng)能力的推動力，而高校實驗設(shè)備功能與作用的轉(zhuǎn)型發(fā)展則是實現(xiàn)高校學(xué)生“雙創(chuàng)”的重要載體與平臺之一，一系列產(chǎn)教融合的科技創(chuàng)新與應(yīng)用能力創(chuàng)新的成果研究亦充分展示了高校實驗設(shè)備再設(shè)計及功能重構(gòu)的價值導(dǎo)向[1-5]。信號發(fā)生器作為電類實驗室最基本的實驗設(shè)備，學(xué)生對其性能的掌握直接關(guān)系到實驗效果的好壞。若能在導(dǎo)師指導(dǎo)下，完成信號發(fā)生器的自研，更是為培養(yǎng)其雙創(chuàng)能力探索了一條最佳途徑[6-10]。

1 自研信號發(fā)生器及對學(xué)生雙創(chuàng)能力的培養(yǎng)

1.1 信號發(fā)生器設(shè)計方案

以STC89C52單片機為控制核心，通過AD9850模塊合成所需頻率和波形的信號，用LCD_1602液晶顯示屏顯示，通過單片機對AD9850控制信號輸出。系統(tǒng)包括STC89C52單片機、按鍵模塊、復(fù)位電路、晶振電路、顯示模塊、電源模塊、AD9850 DDS模塊和輸出調(diào)理模塊[11]。信號發(fā)生器系統(tǒng)設(shè)計框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計框圖

方案設(shè)計部分，可培養(yǎng)學(xué)生能力如下：

(1) 培養(yǎng)學(xué)生的全局能力。各項設(shè)計指標的均衡考慮，多種方案的對比研究及最終方案的選定，各電路模塊與核心控制模塊的連接方式等均需學(xué)生對設(shè)計產(chǎn)品的全局考慮。

(2) 培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。方案確定時，需查閱豐富的文獻資料，對比已有的各種方案，按照實際的設(shè)計要求，實現(xiàn)本身的設(shè)計目標等，全過程的親身體驗，設(shè)計工作的扎實開展、推進，均是學(xué)生對創(chuàng)新性學(xué)習(xí)的最好詮釋。其創(chuàng)新能力的培養(yǎng)將貫穿整個信號發(fā)生器自研全過程。

1.2 系統(tǒng)主要硬件設(shè)計

STC89C52單片機最小系統(tǒng) STC89C52單片機最小系統(tǒng)中主要包括：STC89C52單片機、晶振電路與復(fù)位電路。主要用于系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理和控制[12]，單片機最小系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 STC89C52單片機最小系統(tǒng)圖

+5 V直流穩(wěn)壓電源+5 V直流穩(wěn)壓電源主要包括：降壓變壓器、全橋整流、濾波回路以及LM7805穩(wěn)壓電路，用于整個電路供電，直流穩(wěn)壓電源電路如圖3所示。

圖3 直流穩(wěn)壓電源電路

AD9850 DDS頻率合成模塊 采用AD9850模塊產(chǎn)生信號，通過單片機對AD9850模塊進行控制，實現(xiàn)直接數(shù)字頻率合成技術(shù)(DDS)，再通過D/A 模塊將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號[13-14]。AD9850是系統(tǒng)的核心，內(nèi)部包括：高速DDS，相位碼控制電路，DAC高速的比較器。DDS模塊實物如圖4所示[15]。

圖4 DDS模塊實物圖

系統(tǒng)主要硬件設(shè)計部分，可培養(yǎng)學(xué)生能力如下：

(1) 產(chǎn)品質(zhì)量與成本的協(xié)調(diào)能力。在硬件電路元器件選型過程中，產(chǎn)品質(zhì)量與元器件的成本始終是一對矛盾的結(jié)合體，需學(xué)生在實踐過程中，協(xié)調(diào)所選器件性能與器件成本之間的關(guān)系，以達到最優(yōu)的性價比。

(2) 一絲不茍的學(xué)習(xí)能力。在硬件電路的組裝過程中，任何小細節(jié)的忽略，可能導(dǎo)致整個硬件電路設(shè)計調(diào)試的失敗。一絲不茍的學(xué)習(xí)能力鍛煉將貫穿整個信號發(fā)生器自研的全過程。

1.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

(1) 系統(tǒng)軟件整體設(shè)計。第一步就是設(shè)置初值。第二步就是鍵盤掃描，判斷鍵位。具體說明如下：(1)將按鍵“1”定義為“步進加”，當(dāng)檢測按鍵被按下后，輸出的頻率Fout(T)=Fout(T-1)+Step，且在Lcd_1602上顯示當(dāng)前的頻率值，同時將當(dāng)前的頻率值輸入AD9850模塊，合成輸出相應(yīng)的信號。(2)將按鍵“8”，定義為“步進減”，按鍵判斷后，當(dāng)輸出頻Fout(T-1)>Step時，執(zhí)行操作Fout(T)=Fout(T-1)-Step；當(dāng)輸出頻率Fout(T-1)

圖5 程序流程圖

(2) 系統(tǒng)軟件整體設(shè)計。① 計算機編程能力、實際工程應(yīng)用能力。信號發(fā)生器軟件設(shè)計中的設(shè)置初始值、步進值、信號的合成等均需軟件來完成。軟件與實際硬件電路的匹配使用，是對計算機應(yīng)用能力最好的訓(xùn)練，也是對學(xué)生計算機編程能力最好的檢驗。② 大中型應(yīng)用軟件開發(fā)能力。在信號發(fā)生器軟件設(shè)計中，若不僅關(guān)注編程方法和技巧，更注重以程序為基礎(chǔ)，著力提升實際工程中所涉及的大中型軟件開發(fā)能力，并加以實踐，對于快速提升學(xué)生的雙創(chuàng)能力，具有重要的意義。

1.4 實物驗證

系統(tǒng)的連接，如圖6所示，AD9850與STC89C52單片機最小系統(tǒng)相連，通過編程實現(xiàn)單片機控制AD9850芯片合成相關(guān)頻率的信號[17]。設(shè)置初值頻率100Hz，步進值100Hz，實際輸出值為100.0Hz，并且在LCD_1602上顯示輸出的信號頻率及步進值，信號發(fā)生器輸出頻率如圖7所示。

圖6 單片機與AD9850的連接圖

實物驗證部分，可培養(yǎng)學(xué)生能力如下：① 實驗仿真與實物驗證的銜接能力。信號發(fā)生器在實驗仿真中所用元器件參數(shù)為純理論性的，而信號發(fā)生器實物制作調(diào)試中的元器件參數(shù)要受外界的各種不可預(yù)知的影響，學(xué)生通過分析實物調(diào)試數(shù)據(jù)，找出其中差異，完善元器件參數(shù)，對于學(xué)生提升實踐工程能力有著重要的意義。② 學(xué)生對硬件、軟件的綜合調(diào)試能力。

圖7 信號發(fā)生器100Hz信號輸出

1.5 數(shù)據(jù)分析

從表1可知，信號發(fā)生器的精度較高，誤差小于0.05%，達到了設(shè)計要求，符合設(shè)計原則。

表1 信號發(fā)生器設(shè)定值與實測值比較表

數(shù)據(jù)分析部分，學(xué)生根據(jù)所得實物調(diào)試數(shù)據(jù)，分析實物性能，找出設(shè)計不足，完善設(shè)計方法，提升設(shè)計能力。

2 自研信號發(fā)生器對學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)成效

學(xué)生在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，信號發(fā)生器從設(shè)計方案、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、系統(tǒng)調(diào)試到整個設(shè)計過程的經(jīng)驗總結(jié)、理論提升等全過程中，取得較好成績。

(1) 獲批國家實用新型專利2項。① 一種基于AT89C51單片機的數(shù)字頻率計(獲批專利號：ZL2016200119481)。② 一種基于STC89C52單片機的正弦信號發(fā)生器(獲批專利號：ZL2016200164788)。以上兩專利的獲批，使學(xué)生在信號發(fā)生器的創(chuàng)業(yè)中，擁有了自主知識產(chǎn)權(quán)。

(2) 獲批湖南省大學(xué)生創(chuàng)新項目1項--天煌DZX-3電子學(xué)綜合實驗裝置模電部分改進設(shè)計與實現(xiàn)(文號：湘教通〔2016〕283號)，項目主持經(jīng)驗的積累，為學(xué)生創(chuàng)業(yè)中的企業(yè)管理打下基礎(chǔ)。

(3) 獲湖南工業(yè)大學(xué)2016屆優(yōu)秀畢業(yè)論文(證書編號：2016-06-039)。

3 結(jié) 語

通過實驗設(shè)備自研在學(xué)生雙創(chuàng)能力培養(yǎng)中的實踐應(yīng)用，得到以下結(jié)論：

(1) 學(xué)生實驗設(shè)備自研有助于學(xué)生將理論知識更好的結(jié)合實際工程需要，進而提升自身創(chuàng)新能力。

(2) 學(xué)生實驗設(shè)備自研為學(xué)生的創(chuàng)業(yè)打下良好的基礎(chǔ)。

(3) 該研究成果對高校用活實驗設(shè)備資源，提升學(xué)生的雙創(chuàng)能力具有一定的借鑒意義。

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A Study of Independently Developing Experimental Facilities for Promoting Students’ Ability of Dual Innovation

XU Weijie1, DAI Shengwei2, XIAO Gangyi2, LI zhibin2

(1． Automation and Information Engineering Institute, Hunan Chemical Vocation Technology College, Zhuzhou 412007, China； 2． Institute of Electrical and Information Engineering, Hunan University of Technology，Zhuzhou 412007, Hunan, China)

To improve students’ ability of dual innovation, this paper exploits laboratory existing resources flexibly and implements practical teaching method based on problems and projects. It realizes the value guidance of revising and reconstructing functions of experimental facilities, and adapts to current national strategy of dual innovation in high education. As an example, a signal generator was developed by students themselves, the process illustrates the irreplaceable role of experimental facility development in students’ ability of dual innovation. The achievements support the significance and necessity for encouraging students to independently develop experimental facilities in studying.

experimental facilities； dual innovation； signal generator

2016-12-19

教育部大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目(201611535004、201611535005)

徐偉杰(1977-)，男，湖南瀏陽人，學(xué)士，講師，主要從事控制方面的理論與實踐教學(xué)。E-mail：swodn@163.com

C 45； G 424.21

A

1006-7167(2017)08-0288-03