應用可編程片上系統技術優化電子專業實驗課教學

江蘇 周曉華

一、中職校電子課程實驗課教學現狀

伴隨著電子技術的迅猛發展，傳統的實驗教學已經不能滿足新形勢下的教學要求，從而面臨各種各樣的問題。

1.實驗室建設費用高昂

傳統的實驗教學主要依賴費用高昂的實驗設備，存在前期投入大、后期維護費用高，開展過程受時間、地點、人力、物力、財力等限制問題，致使實驗教學無法有效開展，嚴重影響教學質量。

2.教師指導難以到位，有限的教師很難在有限的時間內細致地指導大批的學生，教學目標難以達到。設計性和探究性試驗更是難以開展。

3.教學目標難以落實。培養動手能力、設計能力和創新能力是實驗教學的重要目標。但是目前學生主要根據實驗指導書進行驗證性實驗，有些實驗操作訓練不足，創新能力難以提升。

很顯然，傳統實驗教學中存在的教學方法單一，知識學習和實驗動手操作相互分離，學生缺乏學習主動性和創造性等問題，我們可采用可編程片上系統實驗平臺來解決這些問題。

二、可編程片上系統及其在電子實驗課中的應用

1.可編程片上系統：（power system on a chip）簡稱PSOC。

由美國Cypress公司開發的PSOC器件,這種芯片能夠完全自由、靈活地設計出集模擬電路、數字電路與微處理器于一身的電子系統,而不再需要復雜的外圍電路,減小了板上面積,滿足了集成度和小型化的要求,將PSOC引入到實驗教學平臺,其高可靠和低功耗的特性使實驗平臺的性價比得到提高,并能夠讓學生集中精力完成對電子系統的設計,而不是像傳統電子系統一樣常常把時間花費在對外圍電路的搭建和解決單調的線路問題上,這樣能夠充分調動學生的積極性和創造性。

2.PSOC實驗平臺在電子實驗課程中的作用

（1）可實現電子電路與系統的完美結合。使電子實驗從傳統的基于面板上搭建電路，轉向在單個芯片里搭電路。即由在電路板上搭“積木”，過渡到在芯片上搭“積木”，使電子實驗更方便、更快捷、更節才。

（2）可實現理論知識與實際應用的完美結合。充分利用電子綜合課程設計的環節，以學生所掌握的知識點為基礎，以小的項目實現為導向，充分培養學生“系統級”的設計能力。通過電子課程的實踐教學，為后續課程的銜接打好基礎。

（3）可實現新器件、新技術與新方法的完美結合。讓學生有充分實踐的機會，親自將模擬電路和數字電路中的關鍵知識點通過實踐來掌握，充分發揮學生的主觀能動性和創造性。

（4）可組建新的實驗課教學模式，形成新型的師生關系。教師是輔助的作用，而實驗室是學生完成實驗的一個場所，但不是唯一的場所，在任一安全的場所學生可以隨時隨地完成實驗環節，他們必須在實驗室完成的是最后的調試任務。

三、PSOC實驗平臺在課程中的應用實例

實驗項目：可編程增益放大器PGA實驗

實驗要求：利用PSOC3器件的Delta Sigma ADC用戶模塊對溫度傳感器LM35輸出端的模擬電壓進行采集，并將所有的數字量轉換成溫度值在四位數碼管上顯示出來。

實驗步驟：啟動PSOCCreator軟件，創建一新工程，根據實驗要求在TopDesign.cysch原理文件中編輯原理圖（如圖）。

原理圖編輯完成后，在左側工程列表中的ADC.cydwr中為溫度傳感器LM35和發光二級管LED7_DIG選擇管腳。引腳分配完畢后在左側工程文件列表中點擊main.c文件，編寫和編譯主程序，然后通過USB下載器下載程序。然后用插線針將PSOC3芯片的相應引腳連到溫度傳感器LM35和發光二極管LED的輸出端，最后給實驗平臺上電，觀察四位數碼管上顯示室內溫度（24.30C）,用手觸摸溫度傳感器會看到顯示溫度會有所上升（如圖）。

四、PSoC實驗平臺優化中職電子實驗課教學的幾點思考

跟傳統的實驗課比較PSOC實驗平臺的好處表現在：

1.學生人手一塊,隨時隨地就可以搭電路，不要再為教學資源的不足發愁。

2.在芯片里通過搭積木（IP）的方式，組成最終的模擬和數字混合系統。

3.實驗室只需提供測試儀器（信號源、示波器，再提供點電阻和電容器件），節約了器材和師資。

4.教師從困惑中解脫出來，只要制定好每個設計的設計目標和評價的方法，剩下的讓學生自己實現，老師只負責答疑和檢查結果。

5.由于采用的是基于原理圖的設計方法，學生也能知道很多設計電路圖的過程，真正的了解什么是電子設計自動化EDA。

6.由于模擬和數字電路都是從頭一點點地實現，而不是簡單的使用，將抽象的理論知識，通過學生自己搭“積木”弄清楚全部的細節問題。學生的主觀能動性和積極性將被充分的調動。

7.實現了實驗教學方法的改革

（1）由傳統的“填鴨式”的教學方法轉變為循序漸進，逐步滲透的教學方法。

（2）能充分發揮學生的主觀能動性和創新能力。在教學的主要過程，從“以教師的被動教學為中心”,轉向“以學生主動思考為中心”的新的教學思路和教學方法。

（3）以項目為導向，以創新平臺為載體，將所學的理論知識和最新的數字電子技術密切結合起來。

（4）對學生的評價方式發生了改變，重點考察學生的創新能力。通過合理的評價方式，激發學生刻苦鉆研的精神和團隊合作的精神。

【1】何賓.可編程片上系統PSoC設計指南.化學工業出版社，第1版2011(9).

【2】葉朝輝，華成英.可編程片上系統(PSOC)原理及實訓.清華大學出版社，2008(5).

【3】TGP-PSoC3可編程片上系統創新實驗平臺實驗指導書.清華大學科教儀器廠.