電子大賽對(duì)智能儀器課程建設(shè)的作用

◆許京雷

電子大賽的題目?jī)?nèi)容和能力要求對(duì)智能儀器課程有重要的指導(dǎo)作用。智能儀器課程是儀器學(xué)科的重要課程，通過(guò)電子大賽的引導(dǎo)，明確訓(xùn)練的重點(diǎn)，使學(xué)生在儀器方面的能力切實(shí)提高。

1 電子大賽的情況

全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽是一項(xiàng)大學(xué)生學(xué)科競(jìng)賽，由教育部發(fā)起，與數(shù)學(xué)建模、機(jī)械設(shè)計(jì)大賽并稱為三大比賽。大賽的特點(diǎn)是理論與實(shí)踐相結(jié)合，緊密聯(lián)系學(xué)風(fēng)建設(shè)。電子大賽的目的是促進(jìn)高校改革的信息與電子學(xué)科課程體系和課程內(nèi)容的發(fā)展。競(jìng)賽的特點(diǎn)是課程內(nèi)容體系改革與大學(xué)實(shí)踐密切相關(guān)，以促進(jìn)教學(xué)、教學(xué)改革與實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。競(jìng)賽的理論設(shè)計(jì)和實(shí)際制造可以充分測(cè)試和加強(qiáng)學(xué)生的基本理論基礎(chǔ)和動(dòng)手創(chuàng)新能力[1]。電子大賽（競(jìng)賽）由全國(guó)統(tǒng)一命題，各省賽區(qū)分工組織。在比賽期間，學(xué)生可以查閱相關(guān)文件或網(wǎng)絡(luò)信息文檔，可以討論他們共同的設(shè)計(jì)思路，確定初步工作方案，分工負(fù)責(zé)，團(tuán)結(jié)協(xié)作。

根據(jù)比賽規(guī)定，每個(gè)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)由3名學(xué)生組成，分別負(fù)責(zé)硬件、軟件和設(shè)計(jì)報(bào)告。團(tuán)隊(duì)的基本任務(wù)是獨(dú)立完成競(jìng)賽任務(wù)，沒有任何教師或其他工作人員被允許做任何形式的培訓(xùn)。參加隊(duì)員沒有和其他任何人員討論的權(quán)利。學(xué)校應(yīng)相對(duì)集中地組織參與的學(xué)生并展開人員檢查[2]。為了保證學(xué)生順利完成題目，大賽所需的設(shè)備、組件由各參賽學(xué)校負(fù)責(zé)提供。

每屆全國(guó)比賽評(píng)獎(jiǎng)的程序先是賽區(qū)評(píng)獎(jiǎng)，然后推薦賽區(qū)優(yōu)秀團(tuán)隊(duì)參加全國(guó)獎(jiǎng)。大賽組委會(huì)邀請(qǐng)專家評(píng)審團(tuán)組成專門委員會(huì)，評(píng)出本省的獲獎(jiǎng)名單，獲獎(jiǎng)比例一般不超過(guò)總數(shù)的1/3。根據(jù)獎(jiǎng)勵(lì)細(xì)則，賽區(qū)組委會(huì)的任務(wù)是提交給全國(guó)組委會(huì)所推薦的優(yōu)秀團(tuán)隊(duì)，供進(jìn)一步審查。推薦的幾支賽隊(duì)數(shù)目都不超過(guò)本科生和高職學(xué)生組大學(xué)實(shí)際隊(duì)的10%。全國(guó)獎(jiǎng)有一、二等獎(jiǎng)。全國(guó)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)?wù)卟怀^(guò)實(shí)際的團(tuán)隊(duì)的8%，其中一等獎(jiǎng)和二等獎(jiǎng)的比例按3:7原則。因?yàn)榇筚愂菄?guó)家比賽，各學(xué)校都比較重視，投入大量時(shí)間和精力，所獲獎(jiǎng)項(xiàng)也是學(xué)校教學(xué)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(shù)年進(jìn)行全國(guó)比賽，雙數(shù)年各賽區(qū)可舉辦選拔賽。電子大賽題目共4個(gè)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(lái)看，儀器類題目占一半以上：1994—2011年總題目數(shù)51道，儀器類總數(shù)26道，占51%。電子大賽儀器題目的內(nèi)容和要求，對(duì)智能儀器課程建設(shè)具有導(dǎo)向作用。無(wú)論是從學(xué)習(xí)方面還是從獲獎(jiǎng)方面，都要求切實(shí)重視智能儀器的課程建設(shè)，讓課程建設(shè)方向和電子大賽的要求方向相一致，兩方面協(xié)同發(fā)展。

2 智能儀器課程的情況

智能儀器課程是測(cè)控與儀器專業(yè)的一門專業(yè)課，屬于重要課程、考試課。本課程的任務(wù)是在學(xué)習(xí)電子技術(shù)基礎(chǔ)及微機(jī)原理等技術(shù)基礎(chǔ)課程的基礎(chǔ)上，深刻學(xué)習(xí)掌握智能儀器及系統(tǒng)的發(fā)展概況、工作原理及設(shè)計(jì)思想，以使學(xué)生對(duì)智能儀器及自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)具有研究設(shè)計(jì)、開發(fā)應(yīng)用和組建及調(diào)試的能力。

智能儀器課程的教學(xué)主要內(nèi)容有智能儀器及系統(tǒng)概述、智能儀器中常用部件及其軟件設(shè)計(jì)、智能儀器中的常用算法及數(shù)據(jù)處理、智能儀器的整機(jī)分析與設(shè)計(jì)、可程控測(cè)量?jī)x的接口技術(shù)及自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)等。由于智能儀器課程涵蓋的內(nèi)容較廣，因此需要提煉出一些重點(diǎn)內(nèi)容對(duì)學(xué)生進(jìn)行訓(xùn)練，否則泛泛而談，不利于學(xué)生實(shí)際能力的培養(yǎng)。

表1 1994—2011年儀器類題目

3 電子大賽儀器題目的內(nèi)容對(duì)課程內(nèi)容建設(shè)的指導(dǎo)

全國(guó)大學(xué)生電子大賽儀器類題目特征：以**器、**計(jì)、**儀、**表結(jié)尾的題目，數(shù)據(jù)采集題目，信號(hào)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(nèi)容是信號(hào)的產(chǎn)生、濾波、放大、測(cè)量以及顯示，數(shù)據(jù)的采集，如信號(hào)函數(shù)發(fā)生器、小信號(hào)放大、濾波器、程控放大、頻率相位測(cè)量、DDS、掃頻儀、元件參數(shù)測(cè)量?jī)x、示波器、功率放大、A/D、D/A、FFT、FIR、IIR。

因此，智能儀器課程應(yīng)該側(cè)重訓(xùn)練以下內(nèi)容：DDS任意信號(hào)產(chǎn)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(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)、算法（FFT、卷積、相關(guān)、數(shù)字濾波等）、DSP和FPGA與單片機(jī)的接口（用于密集運(yùn)算）、顯示技術(shù)（LCD、繪圖、實(shí)時(shí)曲線等）、（程控）放大器、（程控）濾波器、振蕩器、基本模擬調(diào)理電路、電性能指標(biāo)測(cè)試（頻率、相位……）。

4 電子大賽元器件清單對(duì)課程實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的指導(dǎo)

每年的電子大賽在賽前都會(huì)給出一個(gè)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(yīng)該在課程訓(xùn)練中經(jīng)常用到，以正確使用。這些儀器清單可以指導(dǎo)智能儀器課程建設(shè)中實(shí)驗(yàn)室部分的建設(shè)。

2013年全國(guó)競(jìng)賽基本儀器和主要元器件清單的儀器方向的主要內(nèi)容有：60 MHz雙通道數(shù)字示波器、100 MHz雙通道數(shù)字示波器、低頻信號(hào)發(fā)生器（1 Hz～1 MHz）、標(biāo)準(zhǔn)高頻信號(hào)發(fā)生器（1～100 MHz，可輸出1 mV小信號(hào)）、函數(shù)發(fā)生器（10 MHz，DDS）、低頻毫伏表、高頻毫伏表、100 MHz頻率計(jì)、五位半數(shù)字萬(wàn)用表、單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)及PLD開發(fā)系統(tǒng)。

參考主要元器件清單，智能儀器課程實(shí)驗(yàn)室應(yīng)該配置以下設(shè)備：

100 MHz雙通道數(shù)字示波器，用于觀察信號(hào)波形；

100 MHz高頻信號(hào)發(fā)生器，用于產(chǎn)生測(cè)試信號(hào)；

100 MHz高頻毫伏表，用于精確測(cè)量高頻小信號(hào)；

100 MHz頻率計(jì)，用于精確測(cè)量高頻信號(hào)頻率；

五位半數(shù)字萬(wàn)用表，用于測(cè)量一般電壓、電流信號(hào)；

雙路可調(diào)直流穩(wěn)壓電源，用于提供電源；

100 MHz頻率特性測(cè)試儀（掃頻儀），用于測(cè)量給定電路的頻率特性；

100 MHz頻譜分析儀，用于測(cè)量復(fù)雜輸入信號(hào)的頻譜；

數(shù)字電橋，用于精確測(cè)量LCR參數(shù)；

雙核電腦，用于編輯源程序和進(jìn)行電路信號(hào)仿真；

單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)，用于開發(fā)單片機(jī)程序；

FPGA開發(fā)系統(tǒng)，用于快速電路設(shè)計(jì)。

至于設(shè)備的數(shù)目，應(yīng)根據(jù)學(xué)生數(shù)目而定[3]。按每教學(xué)班60人計(jì)算，需要2間50 m2的實(shí)驗(yàn)室，每間實(shí)驗(yàn)室容納30人，30套設(shè)備，30套工作臺(tái)。

除此以外，每間實(shí)驗(yàn)室還應(yīng)該配置1張制作工作臺(tái)，配備1套電路板制作工具：電烙鐵、焊錫、松香、打印機(jī)（打印熱敏紙）、過(guò)塑機(jī)（轉(zhuǎn)印熱敏紙圖案）、鉆臺(tái)（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(jì)，每間實(shí)驗(yàn)室需要配置31套工作臺(tái)和電源排插，并配置相應(yīng)的凳子。

按照以上實(shí)驗(yàn)室配置，有利于智能儀器課程實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)的開展，對(duì)各項(xiàng)課外科技活動(dòng)也能構(gòu)成有力的支撐，大大促進(jìn)學(xué)生動(dòng)手能力的提高。

[1]陳朝峰,郭書超.從電子設(shè)計(jì)大賽看大信息類專業(yè)的教學(xué)改革[J].九江學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2012(4):16-18.

[2]張春寧.大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽參賽指導(dǎo)探討[J].科技視界,2012(31):21-22.

[3]萬(wàn)云霞.智能儀器實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)開發(fā)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2012(10):30-32.