摘要：本文针对全校跨专业电子电路实验教学，提出一种新的实验教学平台。并对教学平台的结构框架，以及实施方案进行研究。通过该实验教学平台，利用无线传感方式将学生实验数据进行智能提交，送至教师机端，自动生成测试报表。实现学生课时实验数据上传，课后网络下载。

　　关键词: 实验教学;无线传感;射频芯片;微处理器;测试报表

　　Study on Electronic Circuit Experiment Teaching for Entire University Special Fields

　　Abstract: A new kind of teaching platform is represented in this paper according ro circuit experiment teaching for entire university special fields. The teaching platform frame is described including its implementation. The students’ experiment datas will be transmitted to teacher’s computer through wireless sensory. Then test report forms will be automatically generated from the experiment datas submitted. So students can upload the experiment datas during the class and download them after then.

　　Key words: Experiment Teaching ; Wireless Sensory; RF Chip; Microprocessor; Test Report Forms

　　引言

　　电子电路课程是电工专业的专业基础课，也是非电工专业如计算机、机械等专业的非常重要的技术基础课程。学生学好该课程无论是对后续专业课程的学习，还是毕业以后的工作或者对继续深造都起着重要的作用。

　　作为工科院校，实践教学环节很重要。通过实践可以培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力，实践起着培养学生形成创新思维的作用，也是培养学生创新能力的重要途径。但是国内大多数普通高校的实验室，作为培养学生提高动手能力的重要基地，学生仅通过两学时的实验，掌握知识的时间和空间都是很有限的，往往学习延续性不够，课后实验报告处理也只是草率了事，往往存在着很多问题，实验课上没解决的问题，课后还是照样得不到解决，学习针对性不够，更谈不上创新。

　　基于现状，结合国家级电子电路示范中心建设，提出建设一个基于全校的跨专业电子电路实验教学平台，利用无线传感方式对学生电子电路实验数据进行智能提交，以解决学生实践环节存在的诸多问题。通过该实验教学平台，可以将学生的实验数据在教师机端形成实验数据测试报告，这样学生课时无线上传课后网络下载，教师实验过程中对重要参数实时监控，了解学生实验进展情况，即时发现问题，即刻辅导，针对性更强。

　　1 平台构成

　　整个实验教学平台构架如图1所示。

　　通过该教学平台，学生可以完成《电路分析基础》、《模拟电子电路》、《信号与系统》等课程的多个实验项目。 实验教学过程中，教师通过更换实验平台的工作面板，完成对学生实验的数据智能提交以及监控。

　　图1 电子电路实验教学平台系统框图

　　2 硬件体系结构

　　2.1 SOC数据采集模块

　　C8051F310微控制芯片自带有10位 ADC，该转换器具有以下特点：

< >转换速率可达200ksps;可多达21或17个外部单端或差分输入;VREF可在外部引脚或VDD中选择;内置温度传感器(±3°C);外部转换启动输入。

　　图2 数据采集系统框图

　　方案涉及多个实验项目，所测信号通过多路选择开关这一公共通道，信号有的采用单端输出，有的采用差模方式输出。整个多路选择开关采用总线控制，开关切换通过对a、b、c、d、e五条控制线进行编程驱动来实现。

　　自动增益控制电路以数字电位器X9313为核心，后加运放NE5532构成。X9313最大阻值为10KΩ，步进阻值为312Ω。增益的自动控制实现通过SOC芯片编程驱动，本案中电压增益大小范围为0.45~5。自动增益控制的原理就是先将X9313置于最大阻值位，然后对输入信号的进行预采集，根据预采集信号电压实际大小再进行电压增益控制，最后得到适合范围的电压输出，从而满足了后级ADC转换精度的要求。后级输出时，采用加法器电路对信号调理，以满足ADC采集电压范围的需要。

　　2.2 CC1100无线模块

　　CC1100是Chipcon/TI公司力推的一款性价比“最高”的射频单片收发器芯片，它具有体积小、接收灵敏度高、速率可编程、工作电压低、功耗低、待机电流小等特点。待机模式下的启动时间仅为0.3ms，在所有频段输出功率高达+10dBm，还具有高效的SPI接口、数字RSSI(接收信号强度指示)输出、无线唤醒(WOR)功能等。它的工作频率为300MHz～1000MHz。

　　在本系统中，CC1100与C8051F310的连接如图3所示。CC1100通过简单的四线(SI、SO、SCLK、CSn)与SPI接口相连， CC1100是受控的。利用该器件的SPI编程接口，C8051F310对其无线通讯功能模式进行编程。C8051F310的SPI工作在主机模式，它是SPI数据传输的控制方，CC1100设为从机工作方式。

　　该模块通讯距离较远，能较好满足大实验室学生实验数据无线上传的需要。

　　图3 CC1100与C8051F310微处理器的接口

　　2.3 教师PC串口通信模块

　　系统所用串口通信模块框图如图4所示。

　　图4 串口通信模块

　　3 软件体系结构

　　如图5所示，实验教学平台的软件由硬件驱动层、操作系统和应用层组成。硬件驱动层提供了所有硬件设备的驱动，主要包括CC1100驱动、内嵌ADC模块驱动和串口驱动;操作系统提供了简单高效的任务调度、内存管理、设备管理。应用层主要是不同用户利用操作系统层提供的API编制相应的应用程序。

　　图5 实验教学平台软件架构图

　　3.1 硬件驱动层设计

　　硬件驱动层主要是实现外围设备的功能，定义一些基本的接口函数，供上层使用。本系统的驱动层设计主要包括基于C8051F310芯片主板的板级初始化、基于射频芯片收发模块的配置、ADC模块驱动，连接教师PC的串口驱动。

　　1、板极初始化

　　板级初始化是在系统上电复位后完成的，板级初始化程序具有完全的硬件特性，一般采用汇编语言实现，主要是对寄存器和存储器的初始化。

　　2、ADC模块驱动设计

　　内嵌ADC模块主要负责对学生实验台实验参数进行采样，通过模数转换送交给MCU进行处理。根据不同的应用采样频率会有所不同，结合定时器，隔一段时间对周围环境进行采样。设计比较简单，当要求采样的命令到来时，开启ADC模块，进行采样，采样完毕后，触发AD中断，MCU进行中断处理，直到下一次采样命令或者采样间隔的到来。

 1/2    1 2 下一页 尾页