探索以實踐動手能力為基礎的工科實踐教學新模式——以DSP 實驗實訓裝置設計與制作為例

陳孟元

(安徽工程大學，安徽省電氣傳動與控制重點實驗室，安徽 蕪湖 241000)

1 實踐教學新模式的構建

在工科專業本科培養的過程中，包含著大量的實踐動手環節，例如:認識實習、電工電子實習、課程實驗、課程設計、綜合性實驗、畢業設計等。這些教學實踐環節，在學生的培養過程中占有重要的作用，能很好的提高學生的學習興趣和動手實踐能力。當前應考慮將教師科研成果及工程實際適當引入課堂，使理論緊密聯系生產實際，逐步建立“開放實驗、實習實訓、學科競賽、科研訓練”相結合的分層次實踐教學新模式，這種教學模式能拉近理論知識與實際工程的距離，學生進入工作崗位后上手較快。

通過教學改革，將傳統的實踐環節內容相互聯系，通過認識實習、電工電子實習、課程實驗、課程設計、綜合性實驗、畢業設計等環節，完成一個完整的"科研項目"，增強動手能力和創新能力的培養，突出了課程實踐性和技術性的特點。

具體的多模式、多層次循序漸進的實驗實訓層次如表1 所示。

表1 多模式、多層次循序漸進的實驗實訓層次(以DSP 課程為例)

0.認識CCS 環境1.GPIO 應用:流水燈實驗2.GPIO 應用:蜂鳴器實驗3.GPIO 應用:獨立按鍵掃描實驗4.GPIO 應用:12864 液晶顯示實驗5.GPIO 應用:四位數碼管顯示實驗6.GPIO 應用:E2PROM(I2C)實驗(寄存器觀察)5 驗證性實驗 307 8..C外PU部 定中 時斷 器實 應驗 用(流 實水 驗燈(點觀 亮察 流)水燈觀察)課程實驗中完成9.USB 轉串口實驗(SCIA)(串口調試助手)10.SPI 同步通信實驗(寄存器觀察)11.CAN 總線實驗12.事件管理器應用之一:直流電機驅動實驗13.事件管理器應用之二:步進電機驅動實驗14.A/D 轉換15.片內FLASH 運行1.綜合實驗一:時間信息顯示(通過數碼管顯示)6 綜合性實驗 242 3..綜綜合合實實驗驗二三::溫串度口信通息信的實采驗集(S(C通IB過)(液無晶線屏傳顯輸示))綜合實驗中完成4.算法程序調試(FFT、FIR、IIR)7設計性實驗 畢業設計中完成

2 DSP 實驗開發系統設計

TI－F2812－DSP 實驗實訓裝置由TI 公司的TMS320F2812 芯片的最小系統板和各個功能模塊組成。該系統采用核心處理板可插拔、整體結構模塊化的設計，提供了豐富的外設單元模塊。核心板與各外設單元之間相對獨立，采用插孔引出方式，用戶可以自行設計和連接組成不同的DSP 應用系統;使用者在實驗實訓系統中對引出腳的連接和軟件調試，很方便地對自主研究開發的應用系統的可行性和正確性進行測試。

實驗實訓裝置將DSP 最小系統板作為核心板，放置在底板之上，用插座與其固定，使其可插拔(DSP 芯片升級或維修更換時使用);DSP 的控制總線、數據線、地址線和片內外設的引腳用插孔引到底板上;外擴的功能模塊均分布在底板上，各模塊所用到的接口均用接線端子引出。實驗實訓裝置主要包括以下幾個部分:

圖1 實驗實訓裝置框圖

(1)以TM320F2812 定點DSP 控制器為核心的最小系統板。

(2)128K 字的外部靜態存儲器、4 通道，12 位數字/模擬轉換器(DAC)。

(3)串口通信模塊:SCI(USB 轉串口和Zigbee 無線傳輸)、SPI、CAN 接口。

(4)5 個輸入按鈕和8 個發光二極管、四位數碼管、點陣式液晶屏和蜂鳴器。

(5)溫度傳感器和時鐘模塊。

(6)電機控制模塊:包括步進電機控制和直流電機控制兩部分。

實驗實訓裝置框圖如圖1 所示。

2.1 DSP 最小系統板設計

DSP 最小系統板既是一個獨立的DSP開發板，又是整個系統的核心部分。最小系統板采用的微處理芯片TMS320F2812 為TI 公司的一款針對控制領域的DSP 器件，具有高速處理功能和豐富的外設接口。使其能夠上電進入仿真環境進行開發。DSP 最小系統主要包括電源供電、內存擴展、時鐘與復位、輸入與輸出、仿真接口(JTAG)等基本組部分。

2.2 電源轉換電路

TMS320F2812 采用雙電源供電，即內核供電是1.8V 和I/O 電源是3.3V 電源供電，為了滿足TMS320F2812 對電源的要求，選用TI 的TPS767D318 專用電源芯片，其電源輸入為5V，可輸出1.8V、3.3V電壓，其應用電路如圖2 所示。

圖2 電源轉換電路

2.3 USB 轉串口模塊

TMS320F2812 內部具有兩個相同的SCI 模塊，SCIA 和SCIB。每一個SCI 模塊都各有一個接收器和發送器，接收器用于數據的接收功能，發送器用于數據的發送功能。本實驗開發板選用SCIA 用于USB－RS232 接口轉換。為了完成USB－RS232 接口轉換，本實驗開發板選用PL2303，PL2303 是Prolific 公司生產一種高精度集成的USB－RS232 接口轉換器。PL2303 一方面從主機接受USB 數據并將其轉化為RS232 的信息格式并發給DSP，另一方面從DSP 接收數據轉換為USB 數據格式傳送回主機。其應用電路如圖3 所示。

圖3 USB 轉串口電路

2.4 Zigbee 無線傳輸模塊

為了完成TMS320F2812 數據無線傳輸，選用SZ－05 系列Zigbee 嵌入式無線通信模塊，它提供標準RS232、RS485 和TTL 收發三種接口技術標準。TTL 為TX1，RX1 兩線工作模式，TTL 電平為3.3V。其應用電路如圖4 所示。

圖4 Zigbee 無線傳輸電路

2.5 電機驅動模塊

TMS320F2812 內核集成了兩個事件管理器(EVA 和EVB)提供了強大的控制功能，特別適合電機控制領域。TMS320F2812 的每個事件管理器模塊可以同時產生8 路PWM 信號，其中6 路PWM 信號由3 對完全比較單元產生，2 路PWM 信號由通用定時器產生。本實驗開發板是由TMS320F2812 的3 對完全比較單元產生6 路PWM 信號控制電機驅動芯片，電機驅動芯片選用L298N，L298N 是專用驅動集成電路，輸出電流2A，最高輸出電流為4A，其輸出端可以與DSP 直接連接，從而很方便的受DSP 控制。其應用電路如圖5 所示。

圖5 電機驅動電路

實驗實訓裝置實物圖如圖6 所示。

圖6 實驗實訓裝置實物圖

3 結語

這些實驗實訓裝置都是基于模塊化設計思路，載板、核心板與各外設單元之間相對獨立，采用插孔引出方式可插拔。使用者可以自行設計和連接組成外設單元模塊不同的DSP 應用系統，很方便地對自主研究開發的應用系統的可行性和正確性進行測試。便于擴展功能和系統升級，非常適合在電子設計競賽等課外科技活動中培訓和競賽中使用。

［1］ 陳孟元，陳躍東.以“挑戰杯”競賽為契機談工科院校青年教師非工化趨向和創型人才培養:以安徽工程大學電氣工程學院為例［J］.長春理工大學學報(高教版)，2012，7(2):20 ～21，23.

［2］ 陳孟元，郎朗.工業控制網絡、組態技術在可編程控制器教學中的交互應用研究［J］.實驗技術與管理，2013，30(6):129 ～131，135.

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