導(dǎo)語(yǔ)：電子設(shè)計(jì)綜合實(shí)訓(xùn)平臺(tái)設(shè)計(jì)探討一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢(xún)客服老師，歡迎參考。

摘要：推動(dòng)部分本科高校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)變，是教育領(lǐng)域人才供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的重要內(nèi)容，也是國(guó)家對(duì)教育結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要舉措。教育部發(fā)展規(guī)劃司提出要加強(qiáng)應(yīng)用型本科高校實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)實(shí)習(xí)環(huán)境、平臺(tái)和基地建設(shè)。設(shè)計(jì)了一種用于教學(xué)的電子設(shè)計(jì)綜合實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，從主控芯片、電動(dòng)伸縮桿的控制、直線(xiàn)電機(jī)的控制等方面詳細(xì)介紹平臺(tái)主要控制功能的實(shí)現(xiàn)。在平臺(tái)上可進(jìn)行模擬電路、數(shù)字電路、單片機(jī)應(yīng)用等相關(guān)電子設(shè)計(jì)類(lèi)課程的實(shí)驗(yàn)、組裝與焊接，平臺(tái)還具有輔助教學(xué)的功能。

關(guān)鍵詞：電子設(shè)計(jì)；綜合實(shí)訓(xùn)；輔助教學(xué)

為了使人才培養(yǎng)結(jié)構(gòu)和質(zhì)量適應(yīng)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)升級(jí)的要求，解決人才供給與需求之間的矛盾，以及畢業(yè)生就業(yè)難和就業(yè)質(zhì)量低的問(wèn)題，高校建立了以提高實(shí)踐能力為引領(lǐng)的人才培養(yǎng)流程，實(shí)現(xiàn)教學(xué)過(guò)程與生產(chǎn)過(guò)程對(duì)接［1］。加強(qiáng)高校實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)實(shí)習(xí)環(huán)境、平臺(tái)和基地建設(shè)便是其中的主要措施之一。目前實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中存在如下問(wèn)題：第一，有的學(xué)校實(shí)驗(yàn)室功能分散，不同的課程需要到不同的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，有的實(shí)驗(yàn)室只能進(jìn)行電路基礎(chǔ)課程的實(shí)驗(yàn)，有的只能進(jìn)行模擬電子的實(shí)驗(yàn)，有的只能進(jìn)行單片機(jī)應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)等，給管理和學(xué)習(xí)帶來(lái)不便，也不便于進(jìn)行綜合性實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展；第二，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)相關(guān)計(jì)算機(jī)硬件的實(shí)驗(yàn)裝置大都在普通桌面上進(jìn)行，以至于無(wú)法對(duì)電路板等零部件進(jìn)行固定，實(shí)際訓(xùn)練時(shí)現(xiàn)場(chǎng)凌亂，影響實(shí)訓(xùn)的教學(xué)效果，尤其是針對(duì)電子元器件的焊接，焊接的工具都是另外準(zhǔn)備，既不方便教學(xué)，也不方便收納；第三，實(shí)驗(yàn)室只有實(shí)驗(yàn)功能，教師需要講解、示范實(shí)驗(yàn)過(guò)程及分享學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)，學(xué)生只能在教師或?qū)W生所在的實(shí)驗(yàn)臺(tái)分批圍觀，不方便進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開(kāi)展等等。為了解決以上問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)電子設(shè)計(jì)綜合實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，不僅可以進(jìn)行綜合模擬電路、數(shù)字電路、單片機(jī)應(yīng)用等相關(guān)電子設(shè)計(jì)類(lèi)課程的實(shí)驗(yàn)、組裝、焊接，而且可以有效地對(duì)主板的位置進(jìn)行固定，方便電子元器件的焊接和收納整理，另一方面此平臺(tái)還具有輔助教學(xué)的功能。

1平臺(tái)總體功能設(shè)計(jì)

教學(xué)用電子設(shè)計(jì)綜合實(shí)訓(xùn)平臺(tái)具有電子類(lèi)課程實(shí)驗(yàn)功能、元器件組裝與焊接功能、收納整理功能、輔助教學(xué)功能等，具體功能模塊圖如圖1所示：電子實(shí)驗(yàn)功能：在此平臺(tái)上可分別進(jìn)行電路基礎(chǔ)、數(shù)字電路、模擬電路、單片機(jī)等電子設(shè)計(jì)類(lèi)各門(mén)課程的實(shí)驗(yàn)，還可以開(kāi)展一些涉及多門(mén)課程的綜合實(shí)驗(yàn)，這樣更有利于學(xué)生完成綜合性、研究性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，更有助于培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。組裝與焊接功能：平臺(tái)中支撐板中部的矩形箱體可以固定電路板，并且在支撐板上表面左右兩側(cè)有工具箱和儲(chǔ)存槽，可以歸類(lèi)放置焊錫原料輥、電烙鐵、錫槍、熱風(fēng)槍、松香盒等焊接工具和原料以及各類(lèi)元器件，并且電路板的固定、工具和元器件的拿取都可以通過(guò)控制面板上的按鈕簡(jiǎn)單地進(jìn)行控制，而且還有放大鏡可以方便使用者清楚地觀察和操作。整個(gè)設(shè)計(jì)使得電路的組裝與焊接非常便捷有序。收納整理功能：平臺(tái)中支撐板的左右兩側(cè)有托板和工具箱，托板上的第一儲(chǔ)存槽和第二儲(chǔ)存槽的內(nèi)側(cè)面設(shè)有大小不一的儲(chǔ)存腔，可以將元器件分類(lèi)儲(chǔ)存到其內(nèi)。工具箱設(shè)置有電烙鐵支架、熱風(fēng)槍支架等方便放置各種工具和設(shè)施。這一功能克服了傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)現(xiàn)場(chǎng)凌亂不堪的不足。輔助教學(xué)功能：在顯示器的后側(cè)面下端設(shè)有數(shù)據(jù)接口，可以方便電腦外接設(shè)備的連接。數(shù)據(jù)接口包括USB接口、VGA視頻輸出接口、網(wǎng)絡(luò)接口和耳機(jī)接口。通過(guò)操作控制面板控制第一電動(dòng)伸縮桿和第二電動(dòng)伸縮桿工作將放大鏡和微距攝像頭移動(dòng)到電路板的正上方，由微距攝像鏡頭將電器元件放大后清晰顯示在顯示器上，方便對(duì)電路板進(jìn)行觀察；當(dāng)教師想要進(jìn)行演示時(shí)，通過(guò)數(shù)據(jù)接口上的數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)接口將顯示器上電路板及元器件情況輸出到局域網(wǎng)中其它顯示器等教學(xué)設(shè)備上，方便學(xué)生觀看。綜合實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

2平臺(tái)硬件環(huán)境設(shè)計(jì)

使用此綜合實(shí)訓(xùn)平臺(tái)時(shí)，接通外部電源，通過(guò)控制面板控制第三電動(dòng)伸縮桿伸長(zhǎng)，由第三電動(dòng)伸縮桿將上蓋板打開(kāi)，將需要進(jìn)行操作的主板放置到導(dǎo)桿的上表面，通過(guò)第一夾板和第二夾板對(duì)電路板進(jìn)行卡接，調(diào)節(jié)定位滑塊的位置，使得復(fù)位彈簧處于壓縮狀態(tài)，由復(fù)位彈簧將第一夾板緊壓在電路板上。當(dāng)需要進(jìn)行教學(xué)演示時(shí)或者零部件放大時(shí)，通過(guò)操作控制面板控制第一電動(dòng)伸縮桿和第二電動(dòng)伸縮桿工作將放大鏡和微距攝像鏡頭移動(dòng)到電路板的正上方，由微距攝像鏡頭將電器元件放大后顯示在顯示器上，方便用戶(hù)對(duì)電路板進(jìn)行觀察。當(dāng)教師想要進(jìn)行演示時(shí)，通過(guò)數(shù)據(jù)接口上的網(wǎng)絡(luò)接口將數(shù)據(jù)輸出到教學(xué)設(shè)備上，使用時(shí)將元器件分類(lèi)儲(chǔ)存到第一儲(chǔ)存槽和第二儲(chǔ)存槽的內(nèi)部［2］?？刂泼姘宓妮斎攵伺c外部電源的輸出端電連接，控制面板的輸出端分別與第一電動(dòng)伸縮桿、第二電動(dòng)伸縮桿、第三電動(dòng)伸縮桿、第四電動(dòng)伸縮桿、第五電動(dòng)伸縮桿、顯示器、音箱、第一直線(xiàn)電機(jī)、第三直線(xiàn)電機(jī)、第二直線(xiàn)電機(jī)、微距攝像鏡頭等的輸入端電連接，圖3是平臺(tái)控制部分的硬件框圖。

3平臺(tái)主要控制功能設(shè)計(jì)

此平臺(tái)中，矩形箱體上蓋板的打開(kāi)與合上、放大鏡和微距攝像鏡頭的移動(dòng)、定位板位置的移動(dòng)、工具箱和托板的移動(dòng)等操作多處用到了電動(dòng)伸縮桿、直線(xiàn)電機(jī)等的聯(lián)動(dòng)，這些器件都是由控制面板內(nèi)的單片機(jī)進(jìn)行自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)其功能的，以下為這些主要控制功能的實(shí)現(xiàn)。

3．1主控芯片

主控芯片選用STC89C52，此芯片成本低，在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用較廣泛、成熟，而且它靈巧的8位CPU、4個(gè)I／O口和8KB可編程Flash已經(jīng)能夠滿(mǎn)足本裝置的需求。

3．2電動(dòng)伸縮桿的控制

平臺(tái)中放大鏡和微距攝像頭的水平位置和垂直位置的調(diào)節(jié)、矩形箱體左右上蓋板的開(kāi)合、矩形箱體底部旋轉(zhuǎn)板的高度調(diào)節(jié)、支撐板左右兩側(cè)托板和工具箱高度的調(diào)節(jié)等處都用到了電動(dòng)伸縮桿，電動(dòng)伸縮桿的伸縮是通過(guò)主控芯片控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)來(lái)帶動(dòng)的。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是將電脈沖轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)［3］，每當(dāng)輸入一個(gè)電脈沖就動(dòng)一步，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的速度和位移大小，可由電氣控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖數(shù)加以控制，并且位移量與脈沖數(shù)嚴(yán)格成正比，可以達(dá)到較高的重復(fù)定位精度，適合于本裝置中的控制。以下以一個(gè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制為例來(lái)說(shuō)明。采用STC89C52單片機(jī)為控制核心，通過(guò)按鍵產(chǎn)生脈沖來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，每按一次鍵轉(zhuǎn)一定的角度，正轉(zhuǎn)帶動(dòng)電動(dòng)伸縮桿伸出，反轉(zhuǎn)帶動(dòng)電動(dòng)伸縮桿回縮。硬件部分主要由單片機(jī)、按鍵控制模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊及電源模塊組成，圖4是本控制的硬件框圖。F其中步進(jìn)電動(dòng)機(jī)選用20BY20H01型號(hào)，驅(qū)動(dòng)芯片采用2003，軟件采用查詢(xún)方式。此型電動(dòng)機(jī)是電磁式、4相、單極步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，程序中用的是1相勵(lì)磁方式，如想要每次按鍵伸縮的距離更小，也就是調(diào)節(jié)的更精確可以采用1－2相勵(lì)磁法。圖5為加載了代碼的仿真電路運(yùn)行圖。

3．3直線(xiàn)電機(jī)的控制

平臺(tái)中矩形箱體底部的第一直線(xiàn)電機(jī)和第二直線(xiàn)電機(jī)滑動(dòng)連接有第一滑臺(tái)，用來(lái)調(diào)節(jié)定位板的前后位置，支撐板左右兩端的工具箱和托板位置由第三直線(xiàn)電機(jī)上表面滑動(dòng)連接第二滑臺(tái)來(lái)調(diào)節(jié)，所以對(duì)直線(xiàn)電機(jī)的控制也是本平臺(tái)的主要控制功能之一。直線(xiàn)電機(jī)是一種將電能直接轉(zhuǎn)化成直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的新型電機(jī)，不需要像旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)一樣采用其他輔助機(jī)械機(jī)構(gòu)，整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，直線(xiàn)電機(jī)也可以采用微處理器控制［4］。本平臺(tái)中采用STC89C52芯片控制直線(xiàn)感應(yīng)電機(jī)的硬件電路如圖6所示，和步進(jìn)電機(jī)控制電路相似，由按鍵控制模塊、單片機(jī)、驅(qū)動(dòng)模塊等組成。2021年高紅霞，等：一種用于教學(xué)的電子設(shè)計(jì)綜合實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)第1期對(duì)每個(gè)直線(xiàn)電機(jī)的控制都類(lèi)似，當(dāng)單片機(jī)收到按鍵信號(hào)后，發(fā)出指令驅(qū)動(dòng)或停止各個(gè)IGBT，各個(gè)IGBT的不同工作狀態(tài)產(chǎn)生8種0和1的組合，通過(guò)控制8種組合方式的順序和逆序可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。比如正轉(zhuǎn)推動(dòng)滑臺(tái)向前滑動(dòng)，反轉(zhuǎn)則推動(dòng)滑臺(tái)向后滑動(dòng)。

4結(jié)束語(yǔ)

本電子設(shè)計(jì)綜合實(shí)訓(xùn)平臺(tái)可以綜合進(jìn)行電子設(shè)計(jì)類(lèi)課程的實(shí)驗(yàn)、組裝和焊接，輔助教學(xué)功能是它的一大亮點(diǎn)，使用有序、便捷，極大地解決了此類(lèi)課程實(shí)驗(yàn)和教學(xué)過(guò)程的不足，有很好的實(shí)際應(yīng)用和推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

［1］教育部，國(guó)家發(fā)展改革委，財(cái)政部．關(guān)于引導(dǎo)部分地方普通本科高校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)變的指導(dǎo)意見(jiàn)［EB／OL］．（2015－11－13）［2020－7－13］．

［2］太原學(xué)院，任鳳琴，郭銀芳，等．一種教學(xué)用電子設(shè)計(jì)綜合實(shí)訓(xùn)裝置：中國(guó)，ZL201920379989．X［P］．2020－5－15．

［3］張靖武，周靈彬，劉興來(lái)．單片機(jī)原理、應(yīng)用與proteus仿真［M］．北京：電子工業(yè)出版社，2015．

［4］葉萍．基于直線(xiàn)電機(jī)的自動(dòng)門(mén)設(shè)計(jì)［J］．自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2020，39（5）：144－146．

作者：高紅霞 任鳳琴 郭銀芳 張彩霞 張乃江 單位：太原學(xué)院 智能與自動(dòng)化系 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系