實(shí)驗(yàn)設(shè)備自研在學(xué)生雙創(chuàng)能力培養(yǎng)中的實(shí)踐

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(dòng)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(shí)驗(yàn)設(shè)備自研在學(xué)生雙創(chuàng)能力培養(yǎng)中的實(shí)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(dòng)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(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有資源，落實(shí)基于問題、基于項(xiàng)目的實(shí)踐教學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)高校實(shí)驗(yàn)設(shè)備再設(shè)計(jì)及功能重構(gòu)的價(jià)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(shí)驗(yàn)設(shè)備為例，說明實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)設(shè)備自研在學(xué)生學(xué)習(xí)期間實(shí)施的重要性與必要性。

實(shí)驗(yàn)設(shè)備； 雙創(chuàng)能力； 信號發(fā)生器

0 引 言

李克強(qiáng)總理提出的“大眾創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新”(簡稱“雙創(chuàng)”)是新時(shí)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(dòng)力，而高校實(shí)驗(yàn)設(shè)備功能與作用的轉(zhuǎn)型發(fā)展則是實(shí)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(shí)驗(yàn)設(shè)備再設(shè)計(jì)及功能重構(gòu)的價(jià)值導(dǎo)向[1-5]。信號發(fā)生器作為電類實(shí)驗(yàn)室最基本的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，學(xué)生對其性能的掌握直接關(guān)系到實(shí)驗(yàn)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(jì)方案

以STC89C52單片機(jī)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(jī)對AD9850控制信號輸出。系統(tǒng)包括STC89C52單片機(jī)、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(jì)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

方案設(shè)計(jì)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(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)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(jì)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(shí)，需查閱豐富的文獻(xiàn)資料，對比已有的各種方案，按照實(shí)際的設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)本身的設(shè)計(jì)目標(biāo)等，全過程的親身體驗(yàn)，設(shè)計(jì)工作的扎實(shí)開展、推進(jìn)，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(gè)信號發(fā)生器自研全過程。

1.2 系統(tǒng)主要硬件設(shè)計(jì)

STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng) STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)中主要包括：STC89C52單片機(jī)、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(jī)最小系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 STC89C52單片機(jī)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(gè)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(jī)對AD9850模塊進(jìn)行控制，實(shí)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(shí)物如圖4所示[15]。

圖4 DDS模塊實(shí)物圖

系統(tǒng)主要硬件設(shè)計(jì)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(shí)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(dá)到最優(yōu)的性價(jià)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(xì)節(jié)的忽略，可能導(dǎo)致整個(gè)硬件電路設(shè)計(jì)調(diào)試的失敗。一絲不茍的學(xué)習(xí)能力鍛煉將貫穿整個(gè)信號發(fā)生器自研的全過程。

1.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

(1) 系統(tǒng)軟件整體設(shè)計(jì)。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(jìn)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(shí)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(jìn)減”，按鍵判斷后，當(dāng)輸出頻Fout(T-1)>Step時(shí)，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(jì)。① 計(jì)算機(jī)編程能力、實(shí)際工程應(yīng)用能力。信號發(fā)生器軟件設(shè)計(jì)中的設(shè)置初始值、步進(jìn)值、信號的合成等均需軟件來完成。軟件與實(shí)際硬件電路的匹配使用，是對計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力最好的訓(xùn)練，也是對學(xué)生計(jì)算機(jī)編程能力最好的檢驗(yàn)。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(jì)中，若不僅關(guān)注編程方法和技巧，更注重以程序?yàn)榛A(chǔ)，著力提升實(shí)際工程中所涉及的大中型軟件開發(fā)能力，并加以實(shí)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(shí)物驗(yàn)證

系統(tǒng)的連接，如圖6所示，AD9850與STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)相連，通過編程實(shí)現(xiàn)單片機(jī)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(jìn)值100Hz，實(shí)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(jìn)值，信號發(fā)生器輸出頻率如圖7所示。

圖6 單片機(jī)與AD9850的連接圖

實(shí)物驗(yàn)證部分，可培養(yǎng)學(xué)生能力如下：① 實(shí)驗(yàn)仿真與實(shí)物驗(yàn)證的銜接能力。信號發(fā)生器在實(shí)驗(yàn)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(shí)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(shí)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(shí)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(dá)到了設(shè)計(jì)要求，符合設(shè)計(jì)原則。

表1 信號發(fā)生器設(shè)定值與實(shí)測值比較表

數(shù)據(jù)分析部分，學(xué)生根據(jù)所得實(shí)物調(diào)試數(shù)據(jù)，分析實(shí)物性能，找出設(shè)計(jì)不足，完善設(shè)計(jì)方法，提升設(shè)計(jì)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(jì)方案、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)調(diào)試到整個(gè)設(shè)計(jì)過程的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)、理論提升等全過程中，取得較好成績。

(1) 獲批國家實(shí)用新型專利2項(xiàng)。① 一種基于AT89C51單片機(jī)的數(shù)字頻率計(jì)(獲批專利號：ZL2016200119481)。② 一種基于STC89C52單片機(jī)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(xiàng)目1項(xiàng)--天煌DZX-3電子學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)裝置模電部分改進(jìn)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)(文號：湘教通〔2016〕283號)，項(xiàng)目主持經(jīng)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)設(shè)備自研在學(xué)生雙創(chuàng)能力培養(yǎng)中的實(shí)踐應(yīng)用，得到以下結(jié)論：

(1) 學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)備自研有助于學(xué)生將理論知識更好的結(jié)合實(shí)際工程需要，進(jìn)而提升自身創(chuàng)新能力。

(2) 學(xué)生實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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。

[1] 劉善球,黃惠君,劉舜玲.地方高校青年教師情緒驅(qū)動(dòng)忠誠的激勵(lì)機(jī)制研究[J].當(dāng)代教育理論與實(shí)踐,2016,8(6):115-117.

[2] 戴圣偉,王炎平,張居武，等.導(dǎo)師制與大學(xué)生學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)的協(xié)同創(chuàng)新[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2016,35(8):174-176.

[3] 劉寶存.確立創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育理念培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力[J].中國高教研究,2010(12):12-15.

[4] 彭先桃.學(xué)研究性教學(xué)的理念探析[J].教育導(dǎo)刊,2008(3):56-58.

[5] 戴圣偉,王炎平,蔡勝強(qiáng).思維導(dǎo)圖融合法在模電教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2016(2):229-232.

[6] 厲旭云,梅汝煥,葉治國，等.高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究的發(fā)展及趨勢[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2014,33(3):131-135.

[7] 王 麗,周 玲,尹麗丹，等.創(chuàng)新型實(shí)踐教學(xué)在大學(xué)生能力培養(yǎng)中的作用[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2013(3):143-146.

[8] 李 輝.大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)中的創(chuàng)新實(shí)踐教育平臺建設(shè)[J].中國大學(xué)教學(xué),2013(9):83-85.

[9] WuLiang,ZouZhihong,Tao Ran. Intelligent management system used for open lab[J].Computer Science&Education(ICCSE),2012(7):14-17.

[10] YiYang,ZhongyinXiao,JianCui. Virtual laboratory for optical communication engineering education[J].Technology Enhanced Education (ICTEE),2012(1):3-5.

[11] 吳小慧.基于MSP430單片機(jī)和MAX038芯片的信號發(fā)生器設(shè)計(jì)[D].蘇州:蘇州大學(xué),2013.

[12] 歐偉明,凌 云,劉 劍,等.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2013．

[13] 高吉祥.基本技能訓(xùn)練與單元電路設(shè)計(jì)[M].北京:高等教育出版社,2013.

[14] 童詩白,華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].4版.北京:高等教育出版社,2013.

[15] 高吉祥.電子儀器儀表設(shè)計(jì)[M].北京:高等教育出版社,2013.

[16] 高吉祥.數(shù)字系統(tǒng)與自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京:高等教育出版社,2013.

[17] 佳 榮.基于DDS技術(shù)的信號發(fā)生器設(shè)計(jì)[D].長春:吉林大學(xué),2015.

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(xiàng)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(shí)踐教學(xué)。E-mail：swodn@163.com

C 45； G 424.21

A

1006-7167(2017)08-0288-03