電子大賽對智能儀器課程建設的作用

◆許京雷

電子大賽的題目內容和能力要求對智能儀器課程有重要的指導作用。智能儀器課程是儀器學科的重要課程，通過電子大賽的引導，明確訓練的重點，使學生在儀器方面的能力切實提高。

1 電子大賽的情況

全國大學生電子設計大賽是一項大學生學科競賽，由教育部發起，與數學建模、機械設計大賽并稱為三大比賽。大賽的特點是理論與實踐相結合，緊密聯系學風建設。電子大賽的目的是促進高校改革的信息與電子學科課程體系和課程內容的發展。競賽的特點是課程內容體系改革與大學實踐密切相關，以促進教學、教學改革與實驗室建設。競賽的理論設計和實際制造可以充分測試和加強學生的基本理論基礎和動手創新能力[1]。電子大賽（競賽）由全國統一命題，各省賽區分工組織。在比賽期間，學生可以查閱相關文件或網絡信息文檔，可以討論他們共同的設計思路，確定初步工作方案，分工負責，團結協作。

根據比賽規定，每個項目團隊由3名學生組成，分別負責硬件、軟件和設計報告。團隊的基本任務是獨立完成競賽任務，沒有任何教師或其他工作人員被允許做任何形式的培訓。參加隊員沒有和其他任何人員討論的權利。學校應相對集中地組織參與的學生并展開人員檢查[2]。為了保證學生順利完成題目，大賽所需的設備、組件由各參賽學校負責提供。

每屆全國比賽評獎的程序先是賽區評獎，然后推薦賽區優秀團隊參加全國獎。大賽組委會邀請專家評審團組成專門委員會，評出本省的獲獎名單，獲獎比例一般不超過總數的1/3。根據獎勵細則，賽區組委會的任務是提交給全國組委會所推薦的優秀團隊，供進一步審查。推薦的幾支賽隊數目都不超過本科生和高職學生組大學實際隊的10%。全國獎有一、二等獎。全國獎獲獎者不超過實際的團隊的8%，其中一等獎和二等獎的比例按3:7原則。因為大賽是國家比賽，各學校都比較重視，投入大量時間和精力，所獲獎項也是學校教學方面的重要成果。

電子大賽從1995年以后，每2年舉辦1次，即單數年進行全國比賽，雙數年各賽區可舉辦選拔賽。電子大賽題目共4個方向：通信、控制、儀器、電源。其中，儀器方向占的比重較大，總體來看，儀器類題目占一半以上：1994—2011年總題目數51道，儀器類總數26道，占51%。電子大賽儀器題目的內容和要求，對智能儀器課程建設具有導向作用。無論是從學習方面還是從獲獎方面，都要求切實重視智能儀器的課程建設，讓課程建設方向和電子大賽的要求方向相一致，兩方面協同發展。

2 智能儀器課程的情況

智能儀器課程是測控與儀器專業的一門專業課，屬于重要課程、考試課。本課程的任務是在學習電子技術基礎及微機原理等技術基礎課程的基礎上，深刻學習掌握智能儀器及系統的發展概況、工作原理及設計思想，以使學生對智能儀器及自動測試系統具有研究設計、開發應用和組建及調試的能力。

智能儀器課程的教學主要內容有智能儀器及系統概述、智能儀器中常用部件及其軟件設計、智能儀器中的常用算法及數據處理、智能儀器的整機分析與設計、可程控測量儀的接口技術及自動測試系統等。由于智能儀器課程涵蓋的內容較廣，因此需要提煉出一些重點內容對學生進行訓練，否則泛泛而談，不利于學生實際能力的培養。

表1 1994—2011年儀器類題目

3 電子大賽儀器題目的內容對課程內容建設的指導

全國大學生電子大賽儀器類題目特征：以**器、**計、**儀、**表結尾的題目，數據采集題目，信號源題目。1994—2011年儀器類題目如表1所示。

從表1中可以看到，電子大賽儀器類主要內容是信號的產生、濾波、放大、測量以及顯示，數據的采集，如信號函數發生器、小信號放大、濾波器、程控放大、頻率相位測量、DDS、掃頻儀、元件參數測量儀、示波器、功率放大、A/D、D/A、FFT、FIR、IIR。

因此，智能儀器課程應該側重訓練以下內容：DDS任意信號產生、高速/寬帶模擬電路、濾波器、高速ADC/DAC采樣與回放、高速多路數據采集存儲、算法（FFT、卷積、相關、數字濾波等）、DSP和FPGA與單片機的接口（用于密集運算）、顯示技術（LCD、繪圖、實時曲線等）、（程控）放大器、（程控）濾波器、振蕩器、基本模擬調理電路、電性能指標測試（頻率、相位……）。

4 電子大賽元器件清單對課程實驗室建設的指導

每年的電子大賽在賽前都會給出一個基本的元器件清單，包含所用到的儀器和主要元件，其中，所要求的儀器和主要元件應該在課程訓練中經常用到，以正確使用。這些儀器清單可以指導智能儀器課程建設中實驗室部分的建設。

2013年全國競賽基本儀器和主要元器件清單的儀器方向的主要內容有：60 MHz雙通道數字示波器、100 MHz雙通道數字示波器、低頻信號發生器（1 Hz～1 MHz）、標準高頻信號發生器（1～100 MHz，可輸出1 mV小信號）、函數發生器（10 MHz，DDS）、低頻毫伏表、高頻毫伏表、100 MHz頻率計、五位半數字萬用表、單片機開發系統及PLD開發系統。

參考主要元器件清單，智能儀器課程實驗室應該配置以下設備：

100 MHz雙通道數字示波器，用于觀察信號波形；

100 MHz高頻信號發生器，用于產生測試信號；

100 MHz高頻毫伏表，用于精確測量高頻小信號；

100 MHz頻率計，用于精確測量高頻信號頻率；

五位半數字萬用表，用于測量一般電壓、電流信號；

雙路可調直流穩壓電源，用于提供電源；

100 MHz頻率特性測試儀（掃頻儀），用于測量給定電路的頻率特性；

100 MHz頻譜分析儀，用于測量復雜輸入信號的頻譜；

數字電橋，用于精確測量LCR參數；

雙核電腦，用于編輯源程序和進行電路信號仿真；

單片機開發系統，用于開發單片機程序；

FPGA開發系統，用于快速電路設計。

至于設備的數目，應根據學生數目而定[3]。按每教學班60人計算，需要2間50 m2的實驗室，每間實驗室容納30人，30套設備，30套工作臺。

除此以外，每間實驗室還應該配置1張制作工作臺，配備1套電路板制作工具：電烙鐵、焊錫、松香、打印機（打印熱敏紙）、過塑機（轉印熱敏紙圖案）、鉆臺（用于電路板打孔）、單面和雙面空白電路板、熱敏打印紙、洞洞板和插插板、電路板腐蝕劑和腐蝕盆、起子鉗子剝線鉗剪線鉗工具。輔助方面合計，每間實驗室需要配置31套工作臺和電源排插，并配置相應的凳子。

按照以上實驗室配置，有利于智能儀器課程實驗和課程設計的開展，對各項課外科技活動也能構成有力的支撐，大大促進學生動手能力的提高。

[1]陳朝峰,郭書超.從電子設計大賽看大信息類專業的教學改革[J].九江學院學報:自然科學版,2012(4):16-18.

[2]張春寧.大學生電子設計大賽參賽指導探討[J].科技視界,2012(31):21-22.

[3]萬云霞.智能儀器實驗教學系統開發[J].實驗室研究與探索,2012(10):30-32.