發(fā)布時間：2023-03-22 17:40:01
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的單片機(jī)理論論文樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
關(guān)鍵詞：單片開關(guān)電源快速設(shè)計(jì)
TOPSwithⅡ
TheWayofQuickDesignforSinglechipSwitchingPowerSupplyAbctract:Threeendssinglechipswitchingpowersupplyisnewtypeswitchingpowersupplycorewhichhasbeenpopularsince1990.Thispaperintroducesquickdesignforsinglechipswitchingpowersupply.
Keywords:Singlechipswitchingpowersupply,Quickdesign,TopswithⅡ
在設(shè)計(jì)開關(guān)電源時，首先面臨的問題是如何選擇合適的單片開關(guān)電源芯片，既能滿足要求，又不因選型不當(dāng)而造成資源的浪費(fèi)。然而，這并非易事。原因之一是單片開關(guān)電源現(xiàn)已形成四大系列、近70種型號，即使采用同一種封裝的不同型號，其輸出功率也各不相同；原因之二是選擇芯片時，不僅要知道設(shè)計(jì)的輸出功率PO，還必須預(yù)先確定開關(guān)電源的效率η和芯片的功率損耗PD，而后兩個特征參數(shù)只有在設(shè)計(jì)安裝好開關(guān)電源時才能測出來，在設(shè)計(jì)之前它們是未知的。
下面重點(diǎn)介紹利用TOPSwitch－II系列單片開關(guān)電源的功率損耗（PD）與電源效率（η）、輸出功率（PO）關(guān)系曲線，快速選擇芯片的方法，可圓滿解決上述難題。在設(shè)計(jì)前，只要根據(jù)預(yù)期的輸出功率和電源效率值，即可從曲線上查出最合適的單片開關(guān)電源型號及功率損耗值，這不僅簡化了設(shè)計(jì)，還為選擇散熱器提
η/％(Uimin=85V)
中圖法分類號：TN86文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編碼：02192713(2000)0948805
PO/W
圖1寬范圍輸入且輸出為5V時PD與η，PO的關(guān)系曲線
圖2寬范圍輸入且輸出為12V時PD與η，PO的關(guān)系曲線
圖3固定輸入且輸出為5V時PD與η，PO的關(guān)系曲線
供了依據(jù)。
1TOPSwitch－II的PD與η、PO關(guān)系曲線
TOPSwitch－II系列的交流輸入電壓分寬范圍輸入（亦稱通用輸入），固定輸入（也叫單一電壓輸入）兩種情況。二者的交流輸入電壓分別為Ui=85V～265V，230V±15％。
1．1寬范圍輸入時PD與η，PO的關(guān)系曲線
TOP221～TOP227系列單片開關(guān)電源在寬范圍輸入（85V～265V）的條件下，當(dāng)UO=＋5V或者＋12V時，PD與η、PO的關(guān)系曲線分別如圖1、圖2所示。這里假定交流輸入電壓最小值Uimin=85V，最高
η/％(Uimin=85V)
η/％(Uimin=195V)
交流輸入電壓Uimax=265V。圖中的橫坐標(biāo)代表輸出功率PO，縱坐標(biāo)表示電源效率η。所畫出的7條實(shí)線分別對應(yīng)于TOP221～TOP227的電源效率，而15條虛線均為芯片功耗的等值線（下同）。
1．2固定輸入時PD與η、PO的關(guān)系曲線
TOP221～TOP227系列在固定交流輸入（230V±15％）條件下，當(dāng)UO=＋5V或＋12V時，PD與η、PO的關(guān)系曲線分別如圖3、圖4所示。這兩個曲線族對于208V、220V、240V也同樣適用?，F(xiàn)假定Uimin=195V,Uimax=265V。
2正確選擇TOPSwitch－II芯片的方法
利用上述關(guān)系曲線迅速確定TOPSwitch－II芯片型號的設(shè)計(jì)程序如下：
（1）首先確定哪一幅曲線圖適用。例如，當(dāng)Ui=85V～265V，UO=＋5V時，應(yīng)選擇圖1。而當(dāng)Ui=220V(即230V－230V×4.3％)，UO=＋12V時，就只能選圖4；
（2）然后在橫坐標(biāo)上找出欲設(shè)計(jì)的輸出功率點(diǎn)位置（PO）；
（3）從輸出功率點(diǎn)垂直向上移動，直到選中合適芯片所指的那條實(shí)曲線。如不適用，可繼續(xù)向上查找另一條實(shí)線；
（4）再從等值線（虛線）上讀出芯片的功耗PD。進(jìn)而還可求出芯片的結(jié)溫（Tj）以確定散熱片的大??；
（5）最后轉(zhuǎn)入電路設(shè)計(jì)階段，包括高頻變壓器設(shè)計(jì)，元器件參數(shù)的選擇等。
下面將通過3個典型設(shè)計(jì)實(shí)例加以說明。
例1：設(shè)計(jì)輸出為5V、300W的通用開關(guān)電源
通用開關(guān)電源就意味著交流輸入電壓范圍是85V～265V。又因UO=＋5V，故必須查圖1所示的曲線。首先從橫坐標(biāo)上找到PO=30W的輸出功率點(diǎn)，然后垂直上移與TOP224的實(shí)線相交于一點(diǎn)，由縱坐標(biāo)上查出該點(diǎn)的η=71.2％，最后從經(jīng)過這點(diǎn)的那條等值線上查得PD=2.5W。這表明，選擇TOP224就能輸出30W功率，并且預(yù)期的電源效率為71.2％,芯片功耗為2.5W。
若覺得η=71.2％的效率指標(biāo)偏低，還可繼續(xù)往上查找TOP225的實(shí)線。同理，選擇TOP225也能輸出30W功率，而預(yù)期的電源效率將提高到75％，芯片功耗降至1.7W。
根據(jù)所得到的PD值，進(jìn)而可完成散熱片設(shè)計(jì)。這是因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)前對所用芯片功耗做出的估計(jì)是完全可信的。
例2：設(shè)計(jì)交流固定輸入230V±15％，輸出為直流12V、30W開關(guān)電源。
圖4固定輸入且輸出為12V時PD與η，PO的關(guān)系曲線
η/％(Uimin=195V)
圖5寬范圍輸入時K與Uimin′的關(guān)系
圖6固定輸入時K與Uimin′的關(guān)系
根據(jù)已知條件，從圖4中可以查出，TOP223是最佳選擇，此時PO=30W，η=85.2％，PD=0.8W。
例3：計(jì)算TOPswitch－II的結(jié)溫
這里講的結(jié)溫是指管芯溫度Tj。假定已知從結(jié)到器件表面的熱阻為RθA(它包括TOPSwitch－II管芯到外殼的熱阻Rθ1和外殼到散熱片的熱阻Rθ2)、環(huán)境溫度為TA。再從相關(guān)曲線圖中查出PD值，即可用下式求出芯片的結(jié)溫：
Tj=PD·RθA＋TA(1)
舉例說明，TOP225的設(shè)計(jì)功耗為1.7W，RθA=20℃/W，TA=40℃，代入式（1）中得到Tj=74℃。設(shè)計(jì)時必須保證，在最高環(huán)境溫度TAM下，芯片結(jié)溫Tj低于100℃，才能使開關(guān)電源長期正常工作。
3根據(jù)輸出功率比來修正等效輸出功率等參數(shù)
3．1修正方法
如上所述，PD與η，PO的關(guān)系曲線均對交流輸入電壓最小值作了限制。圖1和圖2規(guī)定的Uimin=85V，而圖3與圖4規(guī)定Uimin=195V（即230V－230V×15％）。若交流輸入電壓最小值不符合上述規(guī)定，就會直接影響芯片的正確選擇。此時須將實(shí)際的交流輸入電壓最小值Uimin′所對應(yīng)的輸入功率PO′，折算成Uimin為規(guī)定值時的等效功率PO，才能使用上述4圖。折算系數(shù)亦稱輸出功率比（PO′/PO）用K表示。TOPSwitch－II在寬范圍輸入、固定輸入兩種情況下，K與U′min的特性曲線分別如圖5、圖6中的實(shí)線所示。需要說明幾點(diǎn)：
（1）圖5和圖6的額定交流輸入電壓最小值Uimin依次為85V，195V，圖中的橫坐標(biāo)僅標(biāo)出Ui在低端的電壓范圍。
（2）當(dāng)Uimin′>Uimin時K>1，即PO′>PO，這表明原來選中的芯片此時已具有更大的可用功率，必要時可選輸出功率略低的芯片。當(dāng)Uimin′（3）設(shè)初級電壓為UOR，其典型值為135V。但在Uimin′<85V時，受TOPSwitch－II調(diào)節(jié)占空比能力的限制，UOR會按線性規(guī)律降低UOR′。此時折算系數(shù)K="UOR′"/UOR<1。圖5和圖6中的虛線表示UOR′/UOR與Uimin′的特性曲線，利用它可以修正初級感應(yīng)電壓值。
現(xiàn)將對輸出功率進(jìn)行修正的工作程序歸納如下：
（1）首先從圖5、圖6中選擇適用的特性曲線，然后根據(jù)已知的Uimin′值查出折算系數(shù)K。
（2）將PO′折算成Uimin為規(guī)定值時的等效功率PO，有公式
PO=PO′/K（2）
（3）最后從圖1～圖4中選取適用的關(guān)系曲線，并根據(jù)PO值查出合適的芯片型號以及η、PD參數(shù)值。
下面通過一個典型的實(shí)例來說明修正方法。
例4：設(shè)計(jì)12V，35W的通用開關(guān)電源
已知Uimin=85V，假定Uimin′=90％×115V=103.5V。從圖5中查出K=1.15。將PO′=35W、K=1.15一并代入式（2）中，計(jì)算出PO=30.4W。再根據(jù)PO值，從圖2上查出最佳選擇應(yīng)是TOP224型芯片，此時η=81.6％，PD=2W。
若選TOP223，則η降至73.5％,PD增加到5W，顯然不合適。倘若選TOP225型，就會造成資源浪費(fèi)，因?yàn)樗萒OP224的價格要高一些，且適合輸出40W～60W的更大功率。
3．2相關(guān)參數(shù)的修正及選擇
（1）修正初級電感量
在使用TOPSwitch－II系列設(shè)計(jì)開關(guān)電源時，高頻變壓器以及相關(guān)元件參數(shù)的典型情況見表1，這些數(shù)值可做為初選值。當(dāng)Uimin′LP′=KLP（3）
查表1可知，使用TOP224時，LP=1475μH。當(dāng)K=1.15時，LP′=1.15×1475=1696μH。
表2光耦合器參數(shù)隨Uimin′的變化
最低交流輸入電壓Uimin(V)85195
LED的工作電流IF（mA）3.55.0
光敏三極管的發(fā)射極電流IE（mA）3.55.0
（2）對其他參數(shù)的影響
關(guān)鍵詞：單片機(jī)；一體化；教學(xué)模式
中圖分類號：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-0568(2012)08-0041-02
目前，計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)向巨型化、微型化和單片化三個方向高速發(fā)展。自1975年第一塊單片微型計(jì)算機(jī)芯片問世以來，在短短的三十多年間，單片機(jī)技術(shù)已發(fā)展成為計(jì)算機(jī)技術(shù)一個非常有前途的分支，它具有體積小、性能優(yōu)越、價格低廉等優(yōu)點(diǎn)。一方面，單片機(jī)芯片是自動控制系統(tǒng)的核心部件，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、智能化儀器儀表、通信終端設(shè)備、家用電器、高檔電子玩具等領(lǐng)域；另一方面，單片機(jī)也是電子技術(shù)數(shù)字化的核心部件之一，在數(shù)字化電子產(chǎn)品中承擔(dān)著數(shù)字信號處理的重任。鑒于單片機(jī)技術(shù)在實(shí)踐中的廣泛應(yīng)用，很多高職院校電類專業(yè)均開設(shè)了《單片機(jī)技術(shù)》課程，但是院校之間的教學(xué)模式及教學(xué)效果存在著一定的差別，為了找到此類課程的理想教學(xué)方法，有必要對單片機(jī)課程的教學(xué)模式進(jìn)行研究。
一、傳統(tǒng)的單片機(jī)教學(xué)模式
傳統(tǒng)的高職院?！秵纹瑱C(jī)技術(shù)》課程存在一些比較普遍的問題，主要體現(xiàn)在適合高職學(xué)生的優(yōu)質(zhì)單片機(jī)教材較少，很多教材偏重于理論，相應(yīng)的教學(xué)計(jì)劃針對性不強(qiáng)，傳統(tǒng)教學(xué)方法因過多體現(xiàn)“講授式”特點(diǎn)，缺乏對學(xué)生主動學(xué)習(xí)與實(shí)踐創(chuàng)新能力的關(guān)注。傳統(tǒng)的“單片機(jī)技術(shù)”課程教學(xué)模式往往是“理論課+實(shí)驗(yàn)課”。理論課在教室采用多媒體或“粉筆+黑板”的方式，以逐個知識點(diǎn)的講授為主。實(shí)驗(yàn)課在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下練習(xí)，且實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。這種教學(xué)模式的缺點(diǎn)是教學(xué)中以教師為中心，理論與實(shí)踐相脫節(jié)，學(xué)生被動地接受知識，學(xué)習(xí)過后不易理解和掌握。因此，開展《單片機(jī)技術(shù)》課程教學(xué)方法改革，探索適應(yīng)新形勢要求的教學(xué)方法已是必然。
二、單片機(jī)一體化教學(xué)模式
《單片機(jī)技術(shù)》自身就是一項(xiàng)實(shí)踐性非常強(qiáng)的技術(shù)，光靠理論講授和后續(xù)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證根本不可能使學(xué)生很好的掌握這項(xiàng)高新技術(shù)，為了改變現(xiàn)狀使學(xué)生掌握這項(xiàng)受之有用的技術(shù)，唯有在教學(xué)過程中加大實(shí)踐的力度，使得學(xué)生能夠在做中學(xué)，學(xué)中做，通過自己動手做而獲得成就感，通過自己動手做而找到學(xué)習(xí)的樂趣，進(jìn)而自主的學(xué)習(xí)?；诖?，本文對單片機(jī)一體化教學(xué)模式進(jìn)行探究，采用“教學(xué)做一體化”的教學(xué)方式，以項(xiàng)目情景和工作過程為導(dǎo)向，突出學(xué)生的主體地位，在做的過程中由教師教和學(xué)生學(xué)來共同完成教學(xué)活動。
三、單片機(jī)一體化教學(xué)具體實(shí)施
整個課程教學(xué)過程的實(shí)施按照“理論引導(dǎo)普通項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)典型項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)綜合(創(chuàng)新)項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)競賽”的系列步驟展開。
1 實(shí)施方案。每個教學(xué)過程均安排在實(shí)訓(xùn)室采用“理論講解－分析設(shè)計(jì)－學(xué)生編程－仿真－實(shí)訓(xùn)－設(shè)疑－再編程－再仿真－再實(shí)訓(xùn)”的方式進(jìn)行，邊講邊動手，有目的、有計(jì)劃地帶領(lǐng)學(xué)生先完成普通項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)，再完成典型項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)，然后完成綜合(創(chuàng)新)項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)。例如，要完成“8個發(fā)光二極管輪流點(diǎn)亮”的任務(wù)，教師先講解完成這個實(shí)例需要掌握的相關(guān)電路原理和指令規(guī)則，接著引導(dǎo)學(xué)生一起來分析思考如何實(shí)現(xiàn)任務(wù)功能，待學(xué)生發(fā)現(xiàn)指令和任務(wù)之間的聯(lián)系之后，讓學(xué)生動手寫程序，并仿真看結(jié)果對不對。如果仿真正確。再嘗試將程序代碼下載到實(shí)驗(yàn)板看結(jié)果是否正確。接下來再適當(dāng)改變?nèi)蝿?wù)要求，讓學(xué)生動手完成新任務(wù)。通過這樣的過程，調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，真正將“學(xué)－思－知－行”統(tǒng)一起來。
2 實(shí)施方法。本課程實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的實(shí)施按照“普通項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)典型項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)綜合(創(chuàng)新)項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)競賽”的步驟循序漸進(jìn)地展開，其組織形式也有相應(yīng)的區(qū)別。
(1)普通實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。普通實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目采用集中進(jìn)行，統(tǒng)一指導(dǎo)和個別輔導(dǎo)相結(jié)合的方式進(jìn)行。實(shí)訓(xùn)后學(xué)生必須根據(jù)要求，寫出項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)報(bào)告。實(shí)訓(xùn)過程中，教師的作用是導(dǎo)向、糾偏、督促、檢查。重在培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新地完成：資料查找、方案構(gòu)思、電路設(shè)計(jì)與制作、編程及調(diào)試等工作，注重講練結(jié)合，教師一般先有統(tǒng)一的入門指導(dǎo)，講解實(shí)訓(xùn)的原理、方法、步驟、注意事項(xiàng)，根據(jù)需要作必要的現(xiàn)場操作演示，然后巡回指導(dǎo)。通過普通項(xiàng)目的實(shí)訓(xùn)使學(xué)生掌握單片機(jī)開發(fā)工具、單片機(jī)仿真軟件、應(yīng)用軟件的使用方法，獲得基本實(shí)訓(xùn)技能。掌握單片機(jī)指令應(yīng)用、程序設(shè)計(jì)基本方法和技巧，提高了動手能力。
(2)典型實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。教師下達(dá)典型實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目任務(wù)，提供參考資料書目，學(xué)生自己查閱資料，確定設(shè)計(jì)方案。在教師對設(shè)計(jì)方案檢查無誤后開始進(jìn)行硬件原理圖的設(shè)計(jì)和軟件程序編制，調(diào)試硬件電路、調(diào)試設(shè)計(jì)程序直至成功，整個過程由老師提供技術(shù)支持。學(xué)生根據(jù)任務(wù)書的時間內(nèi)容要求完成設(shè)計(jì)任務(wù)。典型實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目采用相對集中、任務(wù)分散，小組討論，個別輔導(dǎo)相結(jié)合的方式進(jìn)行。通過典型實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的實(shí)訓(xùn)使學(xué)生進(jìn)一步理解單片機(jī)的組成及工作原理，掌握接口電路的工作原理，理解接口技術(shù)、中斷、定時／計(jì)數(shù)器等功能部件的基本原理和設(shè)計(jì)應(yīng)用方法，培養(yǎng)學(xué)生的單片機(jī)應(yīng)用與開發(fā)能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力。
(3)綜合(創(chuàng)新)項(xiàng)目實(shí)踐。綜合(創(chuàng)新)項(xiàng)目實(shí)踐采用課題組形式，每組學(xué)生進(jìn)行任務(wù)分工，共同完成一個相對完整的設(shè)計(jì)任務(wù)：審題、查閱資料、方案構(gòu)思、繪制原理圖、電路板設(shè)計(jì)與制作、編程及調(diào)試、論文撰寫等工作。教師采用相對集中、任務(wù)分散，小組討論，個別輔導(dǎo)相結(jié)合的方式進(jìn)行。教師在實(shí)訓(xùn)全過程中起技術(shù)指導(dǎo)作用。要真正提高學(xué)生單片機(jī)實(shí)際應(yīng)用能力，單靠課堂(理論、實(shí)驗(yàn))教學(xué)是不夠的。為了鞏固、提高學(xué)生單片機(jī)理論教學(xué)的效果，單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)綜合項(xiàng)目，旨在繼續(xù)強(qiáng)化學(xué)生單片機(jī)應(yīng)用能力的培養(yǎng)，要求學(xué)生完成一個比較全面的單片機(jī)綜合應(yīng)用項(xiàng)目，對學(xué)生進(jìn)行全面綜合的訓(xùn)練，有效地提高學(xué)生的創(chuàng)造性思維和獨(dú)立分析、解決問題的能力。
(4)競賽。競賽主要采用學(xué)生自由創(chuàng)作的形式，教師只對作品進(jìn)行評價，通過學(xué)生獨(dú)立對整個作品的設(shè)計(jì)制作、設(shè)計(jì)報(bào)告的撰寫及答辯，使學(xué)生真正達(dá)到能夠獨(dú)立面對實(shí)際問題，獨(dú)立分析及解決問題。
通過以上實(shí)施步驟有效地解決了傳統(tǒng)理論課加實(shí)驗(yàn)課的單片機(jī)教學(xué)中遇到的問題，增強(qiáng)了學(xué)生的參與感，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動手能力，使理論教學(xué)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了一體化教學(xué)，對教學(xué)產(chǎn)生了積極的影響，增強(qiáng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識和實(shí)踐能力，具有一定的理論價值和實(shí)際意義。
參考文獻(xiàn)：
關(guān)鍵詞： 《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)》課程教學(xué) 課程改革 具體思路
1.引言
《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)》是電氣工程及自動化類專業(yè)的核心專業(yè)課程，也是一門硬件與軟件相結(jié)合的實(shí)踐應(yīng)用性極強(qiáng)的綜合性課程。這門課程涉及數(shù)字電路、微機(jī)原理、匯編語言程序設(shè)計(jì)等相關(guān)知識，邏輯嚴(yán)謹(jǐn)、內(nèi)容抽象，不容易理解。教好《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)》這門課程，是對教師在學(xué)識、能力、技巧諸方面的一種嚴(yán)峻考驗(yàn)。目前，我校電專業(yè)《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)》課程教學(xué)普遍存在的問題是，大部分學(xué)生在掌握基本理論的基礎(chǔ)上，只能看懂教師寫的程序，自己動手編寫程序普遍比較困難。因此，課程教學(xué)改革的目標(biāo)是讓學(xué)生能積極動手，將所學(xué)的知識運(yùn)用到單片機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)上，能獨(dú)立設(shè)計(jì)制作一般的單片機(jī)控制電子產(chǎn)品，使這門課程成為學(xué)生所感興趣的課程。筆者以“培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，提高實(shí)踐動手能力”為目標(biāo)，在《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)》教學(xué)中從課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方法三個方面作了一些探討。
2.教學(xué)內(nèi)容的探討
在單片機(jī)課程教學(xué)過程中，將單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)作為教學(xué)主線貫穿始終。在講授第一堂課時，首先向?qū)W生展示并演示單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)在日常生活中的典型應(yīng)用實(shí)例，如電子時鐘系統(tǒng)、音樂電子琴系統(tǒng)等。通過演示學(xué)生建立了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的初步概念，直觀地感受到了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用，從而明確了本課程學(xué)習(xí)的目標(biāo)。
改革教學(xué)內(nèi)容，最重要的是對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行精選，突出實(shí)踐性環(huán)節(jié)。在教學(xué)中，教師應(yīng)力求做到縱觀全書，抓住關(guān)鍵，突出重點(diǎn)，解決難點(diǎn)；把主要時間花在講解重要概念、基本原理和基本方法上，注重講清難點(diǎn)，分析并引導(dǎo)學(xué)生掌握課程內(nèi)容的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性，而不是把一本書一堂課從頭講到尾。
《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)》課程體系包括理論知識講授、實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)三大部分，理論知識64課時，實(shí)驗(yàn)12課時，課程設(shè)計(jì)2周。在理論課教學(xué)中，按照“理論教學(xué)以應(yīng)用為目的，以必需、夠用為度”的原則，精選教學(xué)內(nèi)容。單片機(jī)理論講授涵蓋的內(nèi)容包括以下幾個方面的內(nèi)容：
（1）單片機(jī)概念、發(fā)展概況、以51為核心的MCS-51系列及其廣泛應(yīng)用。
（2）MCS-51單片機(jī)的邏輯結(jié)構(gòu)，信號引腳，以及內(nèi)部存儲器；單片機(jī)的I/O口的功能，以及時鐘電路與時序、復(fù)位方式和復(fù)位電路。
（3）單片機(jī)的尋址方式、指令系統(tǒng)和偽指令。
（4）程序設(shè)計(jì)的基本方法，要求學(xué)生能獨(dú)立編寫一些簡單的程序。
（5）中斷的基本概念、中斷源、中斷控制、中斷響應(yīng)過程；定時/計(jì)數(shù)器的功能、控制寄存器及工作方式的應(yīng)用。
（6）串行通信的基礎(chǔ)知識；MCS-51單片機(jī)串行口的UART結(jié)構(gòu)及串行通信控制、MCS-51單片機(jī)串行口通信工作方式及其應(yīng)用。
（7）I/O口的直接使用，I/O編址技術(shù)和I/O控制方式、簡單I/O擴(kuò)展及用8155可編程接口芯片實(shí)現(xiàn)I/O擴(kuò)展。
（8）鍵盤的接口設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)、LED顯示器的接口設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)。
（9）存儲器擴(kuò)展機(jī)構(gòu)及其實(shí)現(xiàn)、程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展及其地址映像范圍。
（10）單片機(jī)與A/D、D/A轉(zhuǎn)換器的接口及其應(yīng)用。
在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)時，針對教學(xué)要點(diǎn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生用不同的方法實(shí)現(xiàn)同一個任務(wù)，讓枯燥的理論知識融會貫通到實(shí)踐中去。具體實(shí)驗(yàn)安排為：單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱、仿真系統(tǒng)的認(rèn)識；廣告燈實(shí)驗(yàn)；定時/計(jì)數(shù)器實(shí)驗(yàn)；中斷系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)；數(shù)碼管顯示實(shí)驗(yàn)；串并口實(shí)驗(yàn)六個實(shí)驗(yàn)。
兩周的課程設(shè)計(jì)是學(xué)生進(jìn)行單片機(jī)應(yīng)用能力的綜合訓(xùn)練，是建立在學(xué)生已學(xué)完理論課程及實(shí)驗(yàn)教學(xué)和相關(guān)課程之后所進(jìn)行的綜合實(shí)訓(xùn)?？山o出若干題目，學(xué)生按照長處、性格，采取自愿的原則，組織若干個小組。在實(shí)施過程中，要求嚴(yán)格按照軟件工程的要求，完成實(shí)物的制作。要求給出具體的階段計(jì)劃、人員分工、設(shè)計(jì)說明書、原理圖、PCB圖、程序、測試計(jì)劃、測試方案、測試結(jié)果等。學(xué)生通過設(shè)計(jì)初步了解項(xiàng)目立項(xiàng)、方案論證、電子元器件的選型和焊接、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)調(diào)試等全過程，充分發(fā)掘?qū)W生的潛能和創(chuàng)新意識。另外，組織學(xué)生到實(shí)習(xí)基地實(shí)習(xí)，通過多種形式的實(shí)踐環(huán)節(jié)，著重培養(yǎng)學(xué)生對于單片機(jī)系統(tǒng)的綜合分析能力和實(shí)際應(yīng)用能力。
3.教學(xué)方法的探討
在教學(xué)方法上，教師不僅要向?qū)W生傳授知識，更要教會學(xué)生學(xué)習(xí)的方法，培養(yǎng)學(xué)生的知識處理及知識轉(zhuǎn)換能力和分析問題、解決問題能力及創(chuàng)新能力。
（1）在講解一個新的理論時，強(qiáng)調(diào)以實(shí)際應(yīng)用引入理論體系。以一個具體的項(xiàng)目實(shí)例為主線，理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)均圍繞如何實(shí)現(xiàn)這個項(xiàng)目進(jìn)行。
比如在講MCS－5l單片機(jī)匯編語言程序設(shè)計(jì)時，通過具體的課題提出問題，比如“廣告燈如何控制？”“十字路通燈如何控制？”在講定時計(jì)數(shù)器時，給學(xué)生提出“電子鐘如何實(shí)現(xiàn)”的課題。每一章節(jié)圍繞“提出問題，思考問題，解決問題”的思路，使學(xué)生達(dá)到理解和靈活應(yīng)用知識的目的，引導(dǎo)學(xué)生在不同的設(shè)計(jì)方案中尋求設(shè)計(jì)程序的最佳方案，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和成就感。學(xué)生在學(xué)習(xí)單片機(jī)知識的同時學(xué)會解決實(shí)際工程應(yīng)用問題的思路和手段，通過采用“教”“學(xué)”“做”合一的方法，筆者不僅向?qū)W生傳授了知識，而且教會了學(xué)生學(xué)習(xí)的方法，鍛煉了學(xué)生動手能力。
（2）在教學(xué)手段上，多媒體教學(xué)和板書教學(xué)相結(jié)合，教學(xué)內(nèi)容中涉及邏輯圖、原理圖、結(jié)構(gòu)圖等圖、表之類的知識時，采用多媒體教學(xué)更加直觀，比如單片機(jī)內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)、中斷控制系統(tǒng)等內(nèi)容采用多媒體教學(xué)。另外，用MCS-51仿真軟件直接在課堂上對程序進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試、與理論配套的相關(guān)器件的演示等?；镜闹匾母拍罘磸?fù)強(qiáng)調(diào)，貫穿整個教學(xué)活動。
（3）硬件和軟件結(jié)合緊密是《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)》課程的特點(diǎn)之一。在教學(xué)上筆者采取了一些教學(xué)方法，比如直觀教學(xué)法。在介紹“什么是單片機(jī)”時，將單片機(jī)芯片實(shí)物展示給學(xué)生，使學(xué)生了解到在這樣一個小小的集成電路芯片中集成了微型計(jì)算機(jī)的主要部件，用這種方法給學(xué)生建立起單片機(jī)的感性認(rèn)識。在硬件知識的講解上，力求教學(xué)內(nèi)容的條理性。比如，在講授“單片機(jī)中斷系統(tǒng)”時，畫出中斷過程結(jié)構(gòu)圖，將中斷系統(tǒng)所有的知識點(diǎn)全部標(biāo)識在結(jié)構(gòu)圖中，按照“中斷源―中斷控制寄存器―中斷響應(yīng)―中斷處理―中斷返回”的思路講解中斷系統(tǒng)，使學(xué)生有一個明確的學(xué)習(xí)思路。
在講解“程序設(shè)計(jì)”這一章時筆者作了這樣的處理：在順序、分支、循環(huán)三種結(jié)構(gòu)的程序中各舉一個例子，重點(diǎn)放在講述解題思路上面，而將其它各種類型的程序設(shè)計(jì)的內(nèi)容放在習(xí)題課中進(jìn)行講解。這樣使得學(xué)生能夠及時將所學(xué)的理論應(yīng)用于實(shí)踐，使前面提到的教學(xué)規(guī)劃得以實(shí)施。
（4）在組織課堂教學(xué)時，注意調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，啟發(fā)學(xué)生，多用提問的方式，讓學(xué)生自己動腦筋解決問題。在每一章節(jié)中為幾個知識點(diǎn)設(shè)計(jì)提問和討論，使學(xué)生不是完全被動地聽課，而是邊學(xué)邊想、邊學(xué)邊問。另外，交互式教學(xué)方法在實(shí)踐中也是切實(shí)可行的。以學(xué)生為中心，進(jìn)行分組教學(xué)，這樣既可以提高學(xué)生的自主性學(xué)好知識，又可以因材施教，更可以提高學(xué)生的團(tuán)結(jié)與協(xié)作能力，而這種能力在產(chǎn)品開發(fā)過程中更是不可缺少的。
4.考核方法的探討
目前的考試形式尚存在諸多問題：
（1）考試內(nèi)容不合理?？荚噧?nèi)容局限于教材，每到期末復(fù)習(xí)時給學(xué)生劃范圍、定重點(diǎn)，這樣助長了一部分學(xué)生的惰性，有些學(xué)生會認(rèn)為平時可以不來聽課，只要最后一節(jié)復(fù)習(xí)課來了劃好范圍就能過關(guān)，造成了學(xué)生實(shí)際掌握知識的程度和卷面成績不相一致的后果，嚴(yán)重降低了教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)意義。
（2）考試方式單一?？荚囬]卷多，開卷少；筆試多，口試、答辯方式少，理論考試多，技能、操作、實(shí)踐能力考查少；一次考試定結(jié)論多，數(shù)次考試綜合評價少。
（3）考試題型不合理?？陀^性試題比例大，而綜合性題少，這很不利于學(xué)生思維、分析、綜合能力的培養(yǎng)和創(chuàng)新精神的形成。
針對以上幾點(diǎn)問題，筆者對《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)》課程的考核方法的改革提出以下幾點(diǎn)思考：
（1）豐富考試方法。根據(jù)《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程的特點(diǎn)，我們可以采用筆試、口試、做設(shè)計(jì)、寫論文、進(jìn)行實(shí)際操作，以及開卷、閉卷等多種方式?？荚嚾绻軌驈?qiáng)調(diào)能力，必然會引導(dǎo)教學(xué)走上“打好基礎(chǔ)、培養(yǎng)能力、發(fā)展智力”的正確軌道。
（2）改革考試成績評定分布?？记安粍澲攸c(diǎn)，嚴(yán)肅考場紀(jì)律。堅(jiān)持集體閱卷，閱卷后對試卷進(jìn)行分析。平時成績占40%，包括出勤、作業(yè)、課堂回答問題的能力；實(shí)驗(yàn)占30%，包括實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績及實(shí)驗(yàn)考試成績。這些在課程開始即告之學(xué)生。由于平時成績占比例較高，學(xué)生從一開始就會注意避免重理論、輕實(shí)際，重考試、輕能力的傾向。另外，教學(xué)結(jié)束后，教師根據(jù)學(xué)生的專業(yè)，以及學(xué)習(xí)情況讓學(xué)生按要求完成一個綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，作為學(xué)生本門課程總成績的加分項(xiàng)。
（3）合理分配考試題型。針對大綱的要求，教師應(yīng)合理分配客觀題目和主觀題目的比例，注重考核學(xué)生熟悉運(yùn)用知識的能力。
（4）建立考試結(jié)果分析制度，不斷總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)問題時，教師應(yīng)及時糾正，拓寬、疏通教學(xué)質(zhì)量的有效反饋渠道，建立健全溝通機(jī)制。
5.結(jié)語
《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)》是高職電專業(yè)學(xué)生一門重要的技術(shù)課程，學(xué)好該課程不但要掌握硬件知識，還要掌握軟件知識，是學(xué)生感到最難學(xué)的一門技術(shù)課之一。筆者本著激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，擴(kuò)大學(xué)生的知識面，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神的原則，提出了《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)》課程改革的具體思路，所探討的教學(xué)的內(nèi)容、方式和考核方法已經(jīng)部分在實(shí)際教學(xué)過程中得到貫徹，有了一些初步的成果。《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)》發(fā)展極快，要講好該門課程，教師要具有相當(dāng)?shù)膶?shí)踐經(jīng)驗(yàn)和科研能力，并且要不斷地學(xué)習(xí)充實(shí)自己。教學(xué)是一門藝術(shù)，教學(xué)過程是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，要建立一個完善的、更加合理的單片機(jī)課程教學(xué)體系，我們還需要不斷地進(jìn)行探索和實(shí)踐。
參考文獻(xiàn)：
［1］謝敏.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.
關(guān)鍵詞； 傾角；傳感器；太陽能；跟蹤系統(tǒng)；應(yīng)用；
中圖分類號： TP212.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：
引言
隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對于能源的需求和由之帶來的高污染問題日趨突出。太陽能作為一種新型、清潔能源，發(fā)展前景相當(dāng)廣闊，目前已成為各國競相研究和開發(fā)的熱點(diǎn)，而如何高效地獲得太陽能資源是當(dāng)前一個重要的課題。傳統(tǒng)的太陽能接收板大部分采用固定安裝形式，而太陽的方位角度和高度是隨時間變化的，所以這種固定安裝的電池接收板的轉(zhuǎn)換效率較低。經(jīng)理論分析，光伏發(fā)電系統(tǒng)是否采用對太陽的自動跟蹤方式，能量的接收效率相差達(dá)40%～50%之多，而采用雙軸跟蹤可增加發(fā)電量35%～40%，因此，開展對太陽光線自動跟蹤方面的研究，對于光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展有著積極的實(shí)際意義。
一、傾角傳感器原理
傾角傳感器經(jīng)常用于系統(tǒng)的水平測量，從工作原理上可分為“固體擺”式、“液體擺”式、“氣體擺”三種傾角傳感器，下面就它們的工作原理進(jìn)行介紹。
1、“固體擺”式慣性器件固體擺在設(shè)計(jì)中廣泛采用力平衡式伺服系統(tǒng)，由擺錘、擺線、支架組成， 擺錘受重力G 和擺拉力T 的作用，其合外力F 為：
F＝G sinq = mg sinq （1）
其中，θ為擺線與垂直方向的夾角。在小角度范圍內(nèi)測量時，可以認(rèn)為F 與θ成線性關(guān)系。如應(yīng)變式傾角傳感器就是基于此原理。
圖 1 液體擺原理示意圖
2、“液體擺”式慣性器件液體擺的結(jié)構(gòu)原理是在玻璃殼體內(nèi)裝有導(dǎo)電液，并有三根鉑電極和外部相連接，三根電極相互平行且間距相等，如圖1所示。當(dāng)殼體水平時，電極插入導(dǎo)電液的深度相同。如果在兩根電極之間加上幅值相等的交流電壓時，電極之間會形成離子電流，兩根電極之間的液體相當(dāng)于兩個電阻RI 和RIII。若液體擺水平時，則RI＝RIII。當(dāng)玻璃殼體傾斜時，電極間的導(dǎo)電液不相等，三根電極浸入液體的深度也發(fā)生變化，但中間電極浸入深度基本保持不變。如圖2 所示，左邊電極浸入深度小，則導(dǎo)電液減少，導(dǎo)電的離子數(shù)減少，電阻RI增大，相對極則導(dǎo)電液增加，導(dǎo)電的離子數(shù)增加，而使電阻RIII減少，即 RI＞RIII。反之，若傾斜方向相反，則RI＜RIII。在液體擺的應(yīng)用中也有根據(jù)液置變化引起應(yīng)變片的變化，從而引起輸出電信號變化感知傾角的變化。在實(shí)用中除此類型外，還有在電解質(zhì)溶液中留下一氣泡，當(dāng)裝置傾斜時氣泡會運(yùn)動使電容發(fā)生變化而感應(yīng)出傾角的“液體擺”。
圖 2 傾角為α?xí)r液體擺原理簡圖
3 “氣體擺”式慣性器件氣體在受熱時受到浮升力的作用，如同固體擺和液體擺也具有的敏感質(zhì)量一樣，熱氣流總是力圖保持在鉛垂方向上，因此也具有擺的特性?！皻怏w擺”式慣性元件由密閉腔體、氣體和熱線組成。當(dāng)腔體所在平面相對水平面傾斜或腔體受到加速度的作用時，熱線的阻值發(fā)生變化，并且熱線阻值的變化是角度q或加速度的函數(shù)，因而也具有擺的效應(yīng)。其中熱線阻值的變化是氣體與熱線之間的能量交換引起的?！皻怏w擺”式慣性器件的敏感機(jī)理基于密閉腔體中的能量傳遞，在密閉腔體中有氣體和熱線，熱線是唯一的熱源。當(dāng)裝置通電時，對氣體加熱。在熱線能量交換中對流是主要形式。
二、太陽能跟蹤控制系統(tǒng)方案
本文研究的太陽能跟蹤系統(tǒng)由監(jiān)控中心、太陽能跟蹤控制兩大部分組成。監(jiān)控中心主要完成太陽能板的狀態(tài)監(jiān)測與控制，而太陽能跟蹤控制則是本系統(tǒng)的核心部分，由水平方向與俯仰方向(即傾角)上的兩個電機(jī)驅(qū)動，完成電池板的自動跟蹤功能，其機(jī)械示意圖如圖3所示。
圖3 雙軸支架機(jī)械結(jié)構(gòu)圖
實(shí)際系統(tǒng)控制中，根據(jù)GPS輸出的時間信息、經(jīng)緯度信息，可以得到太陽的實(shí)時方位角和高度角，通過控制電機(jī)來調(diào)整雙軸支架，完成對太陽的跟蹤。系統(tǒng)采用步進(jìn)式視日跟蹤，即雙軸支架的運(yùn)轉(zhuǎn)并非連續(xù)性的，而是給定一個閾值，如果當(dāng)前太陽角度與太陽能電池板角度的差值超過設(shè)定的閾值時，再啟動兩個電機(jī)完成角度的調(diào)整，這樣既降低了支架轉(zhuǎn)動而消耗的能量，又提高了太陽能轉(zhuǎn)換效率。
三、傾角檢測模塊設(shè)計(jì)
3.1 硬件電路設(shè)計(jì)
傾角傳感器模塊安裝在太陽能電池板的下表面，完成支架傾角的采集。工作狀態(tài)下，SCA60C的模擬電壓輸出信號輸入到單片機(jī)的A/D采集端口，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量信號通過串口與主控箱中的單片機(jī)通信，完成角度反饋，其硬件電路設(shè)計(jì)如圖4所示。
圖4 傾角檢測模塊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
3.2 軟件設(shè)計(jì)
單片機(jī)的8路A/D口需要通過對ADC_CONTR 寄存器中CHS0\CHS1\CHS2三位的設(shè)置來選擇使用的模擬輸入通道，并且必須將其設(shè)置為開漏模式或高阻模式，即需要對P1M0(0～7)，P1M1(0～7)中相應(yīng)位進(jìn)行設(shè)置，如本例中選擇P1.2為SCA60C的電壓信號采集端，為開漏模式，則設(shè)置為：
ADC_CONTR |= 0x02；// 選擇P1.2為A/D的轉(zhuǎn)換端口
P1M0 |= 0x40； // 設(shè)置轉(zhuǎn)換端口為開漏模式
P1M1 |= 0x40；
第一次啟動A/D轉(zhuǎn)換時，需給適當(dāng)延時以確保內(nèi)部模擬電源的穩(wěn)定；轉(zhuǎn)換結(jié)束后，結(jié)束標(biāo)志位需要由軟件清零。該傾角模塊軟件流程圖如圖5所示。
圖5軟件設(shè)計(jì)流程圖
四、傾角傳感器數(shù)據(jù)采集與濾波處理
本文中，每隔300 ms采集一次傾角傳感器輸出電壓，電池板從0°勻速轉(zhuǎn)到90°后得到的數(shù)據(jù)如圖6所示。圖中x軸表示電池板轉(zhuǎn)動90°所用的時間，y軸為對應(yīng)時間下傳感器輸出的電壓值。
圖6中所示的傳感器輸出電壓信號顯然不能作為電池板的角度信號反饋給MCU，否則可能會導(dǎo)致俯仰方向上驅(qū)動電機(jī)的誤動作，產(chǎn)生意想不到的后果，因此需要進(jìn)行濾波，去除毛刺信號。
圖6 傾角傳感器輸出的原始信號
設(shè)傾角傳感器輸出電壓值為xi，則每N組數(shù)據(jù)進(jìn)行平均后，得到平滑后的輸出值為：
yi=1N(x1+x2+…+xN)=1N∑Ni=1xi
如果N取值很大，輸出信號的平滑度則很高，但是會降低靈敏度，且還受到本文中所選擇單片機(jī)RAM的大小的限制；N取值很小則又達(dá)不到濾波效果。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本應(yīng)用中N取20可得到很好的濾波效果。
由圖6可以看出，輸出信號脈沖干擾信號很多，所以必須要做限幅處理。限幅濾波設(shè)置一個閾值，如果前后兩次輸出值的差值小于等于這個閾值時，本次值有效；相反則舍棄本次值，同時用上次值代替本次值。本文依據(jù)太陽初升及落山時刻，電池板初始對準(zhǔn)及回收動作下的電壓變化最大幅值設(shè)置閾值?？伤愕闷渥畲筠D(zhuǎn)動速度為0.75°/s，則對應(yīng)的輸出電壓最大差值應(yīng)該為25 mV。
本方法有效地結(jié)合了限幅濾波和算術(shù)平均濾波各自的優(yōu)點(diǎn)，先利用限幅濾波算法去除了超出閾值的無效脈沖數(shù)據(jù)，再使用算術(shù)平均濾波平滑輸出信號，輸出信號效果圖如圖7所示。
圖7聯(lián)合濾波后的數(shù)據(jù)圖
可以看出，其平滑度有了很大的改善，滿足了控制系統(tǒng)的要求，表明了此聯(lián)合濾波算法的應(yīng)用是有效的。
結(jié)束語
研究傾角傳感器在太陽能跟蹤發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用，可以設(shè)計(jì)模塊的硬件電路，根據(jù)本應(yīng)用環(huán)境的因素，利用兩種濾波方法的優(yōu)點(diǎn)對輸出信號進(jìn)行處理，達(dá)到理想的輸出效果，精確地反饋太陽能電池板俯仰角度，使得對太陽的跟蹤實(shí)時有效，提高太陽能電池板的接收效率。
參考文獻(xiàn)
[1]張維勝，自動調(diào)平系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].研究生論文，2010.
[2]吳道悌，非電量測量[M].西安交通大學(xué)出版社，2011.
一、引言
信息安全學(xué)科是在信息技術(shù)及其應(yīng)用的快速發(fā)展中逐漸形成的，它針對信息生成、存儲、傳輸、處理和交互的各個環(huán)節(jié)，用數(shù)學(xué)方法刻畫和描述其變換的過程和狀態(tài)，建立安全控制與管理模型，進(jìn)而保障信息及信息系統(tǒng)的高安全性、高可信性和高可用性。在當(dāng)前信息化和經(jīng)濟(jì)全球化的時代背景下，做好民族高校信息安全領(lǐng)域的教學(xué)研究工作，為國家儲備適應(yīng)全球形勢變化的復(fù)合型信息安全人才越發(fā)重要。
中南民族大學(xué)在信息安全人才培養(yǎng)方面做了很多工作。其計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院、數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)學(xué)院在本科階段開設(shè)了信息安全方面的課程，計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院的信息安全專業(yè)碩士點(diǎn)于2012年開始招生。其中計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院從2006年開設(shè)《信息安全》雙語課程。信息安全教學(xué)研究方面還有長足的發(fā)展提升空間。
針對信息安全課程的特點(diǎn)，結(jié)合我們雙語教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)和體會，就《信息安全》雙語課程教學(xué)提出幾點(diǎn)新的和若干建議，其中關(guān)于教材的論述等課程相關(guān)情況見孟博老師的論文[1]。
二、信息安全課程特點(diǎn)
《信息安全》難教，學(xué)生難懂，實(shí)驗(yàn)難做。我們組成員以信息安全專業(yè)領(lǐng)域?yàn)榻虒W(xué)內(nèi)容，進(jìn)行教學(xué)模式與教學(xué)方法的研究與實(shí)踐。
《信息安全》課程特點(diǎn)[1-3]：
1.信息安全學(xué)科基礎(chǔ)涉及面廣。信息安全是一門新興的學(xué)科，也是一門綜合性很強(qiáng)的交叉學(xué)科，涉及密碼學(xué)、通信、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)等諸多學(xué)科。
2.信息安全專業(yè)基礎(chǔ)課程要求多。要想較好地掌握這門課程，需要學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課程、電路基礎(chǔ)課程、密碼學(xué)基礎(chǔ)課程、計(jì)算機(jī)理論基礎(chǔ)課程、網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)課程等。
3.信息安全專業(yè)前沿性強(qiáng)，知識更新快。信息安全專業(yè)是圍繞攻防、對抗策略和技術(shù)展開研究的，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，該研究領(lǐng)域的知識創(chuàng)新多且快。
我們在信息安全課程傳授的過程中面臨的困難如下所示：
(1)民族院校的學(xué)生專業(yè)素質(zhì)和英語素質(zhì)高低不齊;
(2)信息安全相關(guān)的資源分散;
(3)英語語言的教學(xué)與專業(yè)教育的脫節(jié);
(4)理論知識和實(shí)踐知識結(jié)合不緊密。
根據(jù)信息安全課程的特點(diǎn)，只有保持信息安全傳授內(nèi)容理論與實(shí)踐知識的先進(jìn)性，及時了解該學(xué)科最新研究發(fā)展動態(tài)和前沿，才能培養(yǎng)出具有實(shí)踐和創(chuàng)新能力的高層次高素質(zhì)人才。結(jié)合我們面臨的困難，考慮到兩個因素：(1)信息安全相關(guān)的前沿知識的語言載體是主要英語;(2)在課堂上嘗試將理論知識和實(shí)踐知識有機(jī)的結(jié)合起來，我們研究并實(shí)踐將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)和CLIL雙語教學(xué)應(yīng)用到信息安全課程傳授中的模式。
三、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的概念及模式
虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是學(xué)科專業(yè)與信息技術(shù)深度融合的產(chǎn)物，運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬實(shí)物實(shí)驗(yàn)的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)軟件。目前的國內(nèi)外模擬仿真軟件總結(jié)如下。
PSPICE[4]是由SPICE(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)發(fā)展而來的用于微機(jī)系列的通用電子電路功能的仿真，是一個多功能的電路模擬試驗(yàn)平臺;Tina Pro[5]是歐洲D(zhuǎn)esignSoft公司研發(fā)的一個電子設(shè)計(jì)自動化軟件，它用于模擬與數(shù)字電路的仿真分析和設(shè)計(jì)研究，分析結(jié)果可以很好地展現(xiàn)在圖表或虛擬設(shè)備中;CircuitMaker[6]軟件用于電子電路仿真實(shí)驗(yàn)，是一種用于電路描述與仿真的語言與仿真器軟件，用于檢測電路的連接和功能的完整性;Proteus[7]軟件是英國Labcenter electronics公司的EDA軟件，提供仿真單片機(jī)及外圍器件的工具，該軟件將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺;Boson NetSim[8]模擬Cisco路由器、交換機(jī)，可自定義網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及連接。
根據(jù)《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011-2020年)》，教育部于2013年開始啟動了開展了國家級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作。北京郵電大學(xué)建設(shè)了國家級北郵電子信息虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，開發(fā)了“開放式虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理平臺”[9，10]。我們嘗試將該平臺作為信息安全課堂的輔助教學(xué)，其中一個教學(xué)內(nèi)容使用虛擬仿真平臺進(jìn)行的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，如圖1所示。
四、CLIL雙語教學(xué)的概念及模式
雙語教學(xué)是在教學(xué)過程中使用除母語以外的一種外語，通過兩種語言作為教學(xué)媒介，并在教學(xué)過程中提高學(xué)生的專業(yè)能力和外語水平。關(guān)于雙語教學(xué)的模式，有多種不同的分類，如美國的“過渡式”、加拿大等“法語浸入式”等模式。20世紀(jì)20年代，CLIL(Content and Language IntegratedLeaning)[11-13]廣泛應(yīng)用于歐洲的雙語教學(xué)領(lǐng)域。CLIL中文譯為內(nèi)容和語言的融合學(xué)習(xí)，是指將一門或多門外語作為非語言學(xué)科的教學(xué)語言，在此過程中，語言和學(xué)科將共同發(fā)揮作用。以學(xué)科內(nèi)容為核心，使用真實(shí)的語言及語言材料，在課堂教學(xué)中注重學(xué)生的語言、認(rèn)知和情感等因素。CLIL是歐盟在“培養(yǎng)多語言能力公民、促進(jìn)語言教學(xué)的發(fā)展和多樣化”的決議框架下推動歐盟各國開展的一種雙語教學(xué)模式。這種模式相對于源于北美被全球普遍采納的浸入式雙語教學(xué)，為雙語教學(xué)的理論研究和實(shí)踐教學(xué)都做出了具有革新意義的貢獻(xiàn)。
選擇英語作為學(xué)習(xí)信息安全學(xué)科知識的語言媒介，是因?yàn)橛⒄Z是當(dāng)今國際各種領(lǐng)域的交流合作中使用頻率最高的語言種類。為了使學(xué)生適應(yīng)國際化教育、產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢，有效獲得更多、更新的學(xué)科知識和科技信息，并能夠把我們的科技成果推向世界，高等教育承擔(dān)起培養(yǎng)具有國際視野、具備國際競爭能力的創(chuàng)新型、復(fù)合型高級專門人才的責(zé)任，而雙語教學(xué)可以說是承擔(dān)責(zé)任的前提或必要條件。特別是CLIL雙語教學(xué)模式對于中國的雙語教學(xué)更具有實(shí)際的借鑒意義。CLIL雙語教學(xué)模式可分為三個方面的內(nèi)容，如圖2所示。
1.內(nèi)容相關(guān)的學(xué)習(xí)(Content-related learning)。在課堂上使用的全英語教學(xué)材料，該材料是否合適教學(xué)，主要看以下幾個方面：通過本教學(xué)材料的學(xué)習(xí)，學(xué)生可否掌握兩個以上的知識點(diǎn);量化掌握知識的目標(biāo);通過什么策略讓學(xué)生來掌握這些知識點(diǎn)，比如在學(xué)生已有知識的層面上通過視覺、或頭腦風(fēng)暴活動、以更友好的方式展示知識點(diǎn)、通過不同的學(xué)習(xí)方式如游戲或者視頻支持、安排有挑戰(zhàn)性的任務(wù)給學(xué)生來完成;
2.語言相關(guān)的學(xué)習(xí)(Language-related learning)。解釋可能影響學(xué)生理解文章的單詞;量化和語言相關(guān)的學(xué)習(xí)掌握指標(biāo);寫出讓學(xué)習(xí)者完成目標(biāo)需要用到的策略，如盡量將英文材料通俗易懂、將關(guān)鍵詞標(biāo)下劃線、英文材料提供詞匯表等;
3.學(xué)習(xí)技能相關(guān)的學(xué)習(xí)(Learning skills-related learning)。標(biāo)出技能相關(guān)的目標(biāo);量化這些目標(biāo);設(shè)計(jì)好的策略幫助學(xué)習(xí)者完成這些目標(biāo)，比如重新組織知識點(diǎn)、通過圖表等分析知識點(diǎn)等。
CLIL雙語教學(xué)模式認(rèn)為人的認(rèn)知過程可分為5個漸進(jìn)過程，即記憶、理解、運(yùn)用、分析、評價、創(chuàng)造(Remember，Understand，Apply，Analyse，Evaluate，Create)。其中記憶、理解、運(yùn)用是低層次的思維能力因?yàn)樗麄兏唧w，而分析、評價、創(chuàng)造是高層次的思維能力因?yàn)樗麄兏橄蟆?/p>
五、課程設(shè)置教學(xué)實(shí)踐方案
通過對現(xiàn)有理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的研究和探索，采用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)和CLIL雙語教學(xué)方法應(yīng)用到信息安全的課程教學(xué)實(shí)踐中。課程設(shè)置方案氛圍準(zhǔn)備階段、CLIL教學(xué)階段、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)階段，各階段描述如下：
1.準(zhǔn)備階段：配發(fā)講義，其內(nèi)容主要與《Cryptography and Network Security Principles and Practice，F(xiàn)ifth Edition》(密碼編碼學(xué)與網(wǎng)絡(luò)安全-原理與實(shí)踐)課程內(nèi)容接近，補(bǔ)充專業(yè)詞匯和常見表達(dá)方式。該階段按照教學(xué)進(jìn)度安排學(xué)生自學(xué)并熟悉專業(yè)詞匯，同時利用CLIL教學(xué)中針對詞匯測試的有趣方法對學(xué)生進(jìn)行詞匯量的教學(xué)和測試。
2.CLIL教學(xué)階段。教學(xué)過程中給出不同的和密碼算法相關(guān)的英文版本供學(xué)生閱讀、參考和討論。在此基礎(chǔ)上，針對不同的密碼算法設(shè)計(jì)有特色的相關(guān)的簡單的任務(wù)，教師講解，學(xué)生組成團(tuán)隊(duì)合作，在給定的時間內(nèi)呈現(xiàn)設(shè)計(jì)方案并且陳述其方案，交流的過程主要使用英語完成。
3.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)階段。在教學(xué)過程中，在算法很抽象或者熟悉相關(guān)密碼算法后，老師通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺展示該算法的原理或?qū)嶋H應(yīng)用，將抽象內(nèi)容形象化和具體化。安排學(xué)生組成團(tuán)隊(duì)利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)安全實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步鞏固、實(shí)踐其所學(xué)習(xí)的密碼理論知識。
六、信息安全雙語課程教學(xué)的心得與體會
將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)和基于CLIL的雙語教學(xué)引入到信息安全的課堂教學(xué)中，使得教學(xué)模式和方法多樣化、智能化、規(guī)范化、國際化，旨在提高學(xué)生專業(yè)英語聽說寫能力;加強(qiáng)創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的培養(yǎng);更生動形象傳達(dá)不易理解的知識。具體意義如圖3描述，總結(jié)如下：
1.引入CLIL雙語教學(xué)理論，將語言和學(xué)科融合進(jìn)教學(xué)。學(xué)習(xí)探討國際上主流的被大家認(rèn)可的雙語教學(xué)理論如CLIL，在此基礎(chǔ)上探索適合民族院校學(xué)生特點(diǎn)的教學(xué)方式方法，在《信息安全》專業(yè)課程的講授過程中將英語的語言能力培養(yǎng)與信息安全的專業(yè)內(nèi)容融合起來一起學(xué)習(xí)，在此過程中，語言和學(xué)科將共同發(fā)揮作用。旨在提高學(xué)生的專業(yè)英語能力、擴(kuò)大學(xué)生的知識面，為國家培養(yǎng)高素質(zhì)復(fù)合型專業(yè)人才隊(duì)伍。
2.搭建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺，將理論和實(shí)踐融合進(jìn)教學(xué)。在課堂教學(xué)過程將動畫模擬、虛擬仿真、遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)和實(shí)物實(shí)驗(yàn)優(yōu)化組合，探索各類案例的優(yōu)勢互補(bǔ)，旨在調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、啟迪思維、激發(fā)潛能。通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺，整合信息安全的相關(guān)資源，提供智能化的教學(xué)服務(wù)同時，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和動手能力。
本論文的探索方法將是鼓勵課前預(yù)習(xí)、課程參與、課后實(shí)踐。講授方式的選擇將會優(yōu)化組合教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)習(xí)的主動性，提高學(xué)生的上課注意力。通過CLIL模式中各類學(xué)習(xí)技巧，逐步提高學(xué)生的英語能力和專業(yè)素質(zhì)。
七、總結(jié)
本論文探索將CLIL雙語教學(xué)模式和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)用到信息安全的課程教學(xué)過程中。學(xué)習(xí)探討適合信息安全課程特點(diǎn)和民族院校教學(xué)特點(diǎn)的雙語教學(xué)理論如CLIL雙語教學(xué)模式，在《信息安全》專業(yè)課程的講授過程中將英語的語言能力培養(yǎng)與信息安全的專業(yè)內(nèi)容融合起來一起學(xué)習(xí)，語言和學(xué)科將共同發(fā)揮作用;同時運(yùn)用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)等輔助手段，將信息安全的理論知識和實(shí)踐知識結(jié)合起來，提高學(xué)生對信息安全專業(yè)的認(rèn)知程度。我們所做的努力最終的目標(biāo)是讓學(xué)生從記憶、理解、運(yùn)用知識到能分析、評價、創(chuàng)造知識的轉(zhuǎn)變，為社會培養(yǎng)大量既有豐富的專業(yè)知識又精通英語的高素質(zhì)復(fù)合型人才。
關(guān)鍵詞：自動檢測設(shè)備 絕緣檢測 損耗補(bǔ)償
中圖分類號：G267 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：
前言自動測試設(shè)備(ATE)中包含了非常復(fù)雜的集成電路,專門用于驅(qū)動設(shè)備的每個引腳。而各個測試設(shè)備供應(yīng)商為了降低成本,采用了質(zhì)量較差的電纜來連接各個引腳,從而產(chǎn)生了一定的電纜損耗。為了補(bǔ)償這種損耗,文章采用小尺寸引腳電子器件(PE)來驅(qū)動電纜,通過適當(dāng)?shù)碾娮与娐穪硌a(bǔ)償電纜損耗,使ATE系統(tǒng)性能接近PE所能提供的性能指標(biāo),達(dá)到無需考慮電纜損耗問題的目的。
目前有許多測試公司設(shè)計(jì)、制造并銷售引腳數(shù)眾多的自動測試設(shè)備(ATE)。這些測試設(shè)備具有非常復(fù)雜的集成電路，用于驅(qū)動設(shè)備的每個引腳。一臺測試設(shè)備的引腳數(shù)可能多達(dá)4096個。每個引腳通常都有一個相應(yīng)的驅(qū)動器、比較器、負(fù)載，有時甚至需要參數(shù)測試單元(PMU)。這些電路通過電纜連接到測試引腳。為了降低成本，供應(yīng)商可能會選用質(zhì)量比較差的電纜。而任何電纜，尤其是質(zhì)量較差的電纜，都會產(chǎn)生損耗，從而降低了測試設(shè)備的最終性能。
電纜損耗
ATE中的電纜損耗類型
在ATE中，每個引腳通常連接一個相應(yīng)的驅(qū)動器，比較器，負(fù)載，有時需要參數(shù)測試單元，而這些電路通過電纜連接到測試引腳。而質(zhì)量較差的電纜產(chǎn)生的電纜損耗和介電損耗。其中趨膚效應(yīng)損耗是指高頻信號沿著導(dǎo)體內(nèi)測表面?zhèn)鬏敹a(chǎn)生的損耗。試驗(yàn)表明，趨膚效應(yīng)損耗導(dǎo)致導(dǎo)線每單位長度上的電阻和電感隨頻率的平方根面成比例增長。除了趨膚效應(yīng)損耗外，由于電子介質(zhì)絕緣體會影響電纜電容，電介質(zhì)絕緣體同樣會產(chǎn)生與頻率相關(guān)的電纜損耗，即介電損耗。
在自動測試設(shè)備中，趨膚效應(yīng)損耗對于低頻損耗起主導(dǎo)作用，介電損耗對于高頻損耗起主導(dǎo)作用，具體損耗大小取決于電纜的質(zhì)量和規(guī)格。
對于運(yùn)行在200MBPS范圍的測試設(shè)備，電纜的損耗不大；而在500MBPS時，就需要對整個信號路徑，電路，電纜以及引腳的性能進(jìn)行仔細(xì)分析，以保證每個引腳得到正確的指標(biāo)。其中，影響測試設(shè)備的主要參數(shù)指標(biāo)包括，波形的直流電精度，上升和下降時間，最大的觸發(fā)率，最小的脈寬，邊沿的傳輸延時精度和匹配和傳輸偏差。
由于不同電纜的價格差異較大，高速測試設(shè)備大多選用損耗較大的劣質(zhì)電纜。當(dāng)速率接近或超過1GBPS，必須充分考慮電纜損耗。
電纜損耗補(bǔ)償
損耗是由電纜結(jié)構(gòu)或相關(guān)連接部分中的阻抗變化所引起的信號衰減。這些變化導(dǎo)致信號反射 ( 返回 ) 到源端。在低頻段回波損耗影響相對較小�在 50 MHz 以上頻段�回波損耗會造成顯著的影響。
電纜上信號反射涉及到兩種類型的測量。一種是回波損耗 RL �另一種是結(jié)構(gòu)回波損耗 SRL �類似于回波損耗 RL �但測量方式不同。在 SRL測量情況下�測試儀器匹配于平均電纜阻抗來測量所反射的信號。使用 RL測量時�測試儀器設(shè)定為額定電纜阻抗 ( 例如 75 歐姆 ) 來測量所反射的信號?；夭〒p耗 RL 是一種更為準(zhǔn)確的測量反射的方法。在實(shí)際應(yīng)用中�人們不能調(diào)節(jié)設(shè)備的輸入或輸出阻抗。結(jié)構(gòu)化回波損耗 SRL 測量忽視了電纜輸入阻抗的不匹配�并非實(shí)際的測量?；夭〒p耗 RL 是更為適合的�不管電纜或設(shè)備的實(shí)際阻抗而設(shè)定為指定的阻抗值 ( 此處為 75 歐姆 )來測量信號反射情況。
中心導(dǎo)體
如果中心導(dǎo)體尺寸有誤差�或尺寸隨機(jī)變化�將影響阻抗和回波損耗。如果在中心導(dǎo)體以外的位置存在上述情況也將產(chǎn)生同樣的影響。由輪子不圓所導(dǎo)致的尺寸變化將如前所述周期性地變化。
絕緣
當(dāng)擠壓中心導(dǎo)體周圍的絕緣層時�很多因素都影響到阻抗和回波損耗�諸如對指定阻抗來說不合適的空間和速率變化。
可以發(fā)泡出具有理想電介質(zhì)值的發(fā)泡材料�但是如果該材料太軟�彎曲電纜都有可能導(dǎo)致中心導(dǎo)體穿透發(fā)泡材料。電纜將不具有理想的阻抗而且將產(chǎn)生回波損耗。
屏蔽
電纜的屏蔽層專為高頻而設(shè)計(jì)�通常使用箔 - 編織組合屏蔽。編織屏蔽從 100kHz 到 10MHz 都有效。箔層屏蔽對于 10MHz 到 GHz 范圍有效。然而�如果編織覆蓋不足�則可能牽制不住箔。這種效果稱為氣球效應(yīng) 并將影響阻抗和回波損耗。編織覆蓋維持至少在 90% �才會將氣球效應(yīng)最小化。此外�電纜廠使用多臺編織機(jī)�其包括多個輪子和齒輪�因此是周期性間斷和隨機(jī)“毛刺”變化的明顯的來源。
護(hù)套
護(hù)套外面印有電纜標(biāo)識�它沿著電纜標(biāo)記信息。印刷輪沿電纜一邊施加壓力�潛在地使內(nèi)部尺寸變形。在高保真音視頻的高端電纜應(yīng)用中尤為重要�打印標(biāo)識的質(zhì)量是關(guān)鍵因素。
可以使用噴墨打印來標(biāo)記電纜�將小墨滴噴射到電纜上。該過程非常迅速�而且印刷設(shè)備甚至不接觸電纜�噴墨還允許使用相鄰數(shù)或更改標(biāo)識信息�但電纜必須通過滾筒和輪子以便準(zhǔn)確地測量。相鄰數(shù)通常是準(zhǔn)確的長度測量�諸如每英尺或每米標(biāo)記。因此�標(biāo)記的準(zhǔn)確性直接與輪子上的壓力有關(guān)�通過它可以進(jìn)行測量。
采用高質(zhì)量，昂貴的電纜可以避免產(chǎn)生電纜高損耗，并且這種電纜對系統(tǒng)性能的負(fù)面影響小，但是，高昂的成本嚴(yán)重制約了這類電纜的使用，只有一些特殊的高端系統(tǒng)才可能使用這種高質(zhì)量電纜。另外，電纜線徑也會制約系統(tǒng)中能夠使用的電纜數(shù)量，即使高質(zhì)量電纜也會產(chǎn)生顯著的損耗。
采取特定的電子電路設(shè)計(jì)方法，不僅用于區(qū)別電纜，而且能夠均衡電纜消耗。這種續(xù)時較短的峰值電平，補(bǔ)償過充值電壓。輸入電壓控制持續(xù)時間較長的峰值，補(bǔ)償過充電壓。較短或較長持續(xù)時間的過沖信號都限制在10%過沖范圍內(nèi)。
同尺寸，不同種類的補(bǔ)償性能。電平轉(zhuǎn)換率的降低和延長的上升時間是導(dǎo)致電纜損耗的關(guān)鍵，從沒有補(bǔ)償?shù)耐ǖ栏菀卓吹竭@一現(xiàn)象。所產(chǎn)生的損耗取決于使用電纜的長度和質(zhì)量，實(shí)際應(yīng)用中，電纜本身造成的損耗就有可能超過50%。
采用小尺寸的電子引腳器件驅(qū)動電纜，從而允許使用線徑較細(xì)的成本較低的高損耗電纜。器件還可以補(bǔ)償PCB引線，繼電器和；連接器造成的損耗。另外，該方案使系統(tǒng)性能接近PE所提供的性能指標(biāo)，無需考慮電纜損耗問題。
補(bǔ)償方案
電纜損耗導(dǎo)致波形邊沿變得平滑，而真是這些平滑的信號邊沿降低了系統(tǒng)的有效帶寬。為了優(yōu)化系統(tǒng)性能，必須恢復(fù)有效的系統(tǒng)帶寬。為了修正信號的磨損，恢復(fù)帶寬，必須找到一種方法將波形邊沿恢復(fù)到直接來自驅(qū)動器的陡峭，無噪聲方波。這種修正必須利用驅(qū)動電器的PE實(shí)現(xiàn)，其中驅(qū)動器和比較器通路均需修正。從電纜到被測試件整個驅(qū)動連路的波形的修正情況，一個附加電路模塊波形整形，通過增加可控制的過沖幅度，有效地修復(fù)信號的邊沿。邊沿修復(fù)不是通過簡單的過沖電路實(shí)現(xiàn)，簡單的過沖電路會對邊沿產(chǎn)生負(fù)面影響，造成幅度波動，過沖量取決于具體加入的過沖。這些不良影響會造成時序，信號偏移等誤差，且這些誤差隨頻率，幅度的變化而變化。電纜損耗補(bǔ)償電路在信號中加入兩個一階時間常數(shù)衰減的峰值信號。嚴(yán)格的PE電纜補(bǔ)償設(shè)計(jì)能夠保持真實(shí)的信號邊沿，甚至可以減小幅度波動，從而維持正確的瞬變電平，使系統(tǒng)在任何頻率和幅度下獲得最佳的性能。沒有電纜補(bǔ)償電路，系統(tǒng)將無法達(dá)到與PE同等的性能指標(biāo)，同樣，在PE中設(shè)計(jì)電纜補(bǔ)償，可以獲得幾乎100%性能指標(biāo)，非常接近PE所能支持的最高速率。
結(jié)束語：
電子驅(qū)動器內(nèi)設(shè)計(jì)電纜補(bǔ)償電路，使系統(tǒng)能夠使用低成本，高損耗電纜，同時保證整體性能。在驅(qū)動器中加入此補(bǔ)償器功能會增加每一個引腳的成本，然而，性能的提高和低成本電纜的使用，無疑可以彌補(bǔ)引腳成本的挺高，最終降低整體成本。
