談電子技術實驗模塊設計NIELVIS應用

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本文以基于NIELVIS電子技術實驗模塊的設計應用為研究對象，首先對不同類型的電子技術實驗進行了簡單的介紹與分析，隨后探討了基于nielvis的模擬電子技術實驗模塊設計應用，最后針對數字電子技術實驗模塊，提出了基于NIELVIS平臺的設計應用措施，希望能夠為相關研究提供一定參考。傳統電子技術實驗較為復雜，學生在實驗過程中，常會因為接線錯誤或其他原因導致學生精力被分散，難以專注于實驗本身的研究。因此，通過在NIELVIS平臺之上，做好電子技術實驗模塊的設計應用，能夠有效解決這一問題，讓學生專心進行實驗操作，鍛煉學生的創新能力與實踐能力，從根本上提升實驗教學效果。

1不同類型的電子技術實驗概述

當前，在高等教育實驗教學中，電子技術實驗教學發展已經日趨完善，并且已經形成了一個完善的實驗項目體系，這些實驗教學本身有著較強針對性，且層次分明，能夠呈現豐富的知識，已經在很多高校中得到了良好的應用。學生通過參與這些實驗，在教師引導下，能夠鍛煉自己的動手實踐能力，加深學生對理論知識的理解，提高學生學習效果。按照知識點綜合程度這一標準，我們可以將電子技術實驗項目分為以下四種類型：一是基本技能型實驗。這種實驗整體操作相對簡單，包含內容也并不復雜，主要目的是讓學生在參與實驗的過程中，掌握一些實驗電子儀器的用法。在高校中，比較常用的電子實驗儀器有很多，比如：雙蹤數字示波器、信號發生器、晶體管測試儀等，這些儀器均有專門針對性基本技能實驗；此外，在基本技能型實驗的幫助下，學生還能夠了解識別基本的電子元器件，比如：電容、電感、半導體器件等，并認識到不同實驗項目設計的實驗模塊。二是驗證型實驗。這種類型的電子技術實驗與理論教學內容有著非常緊密的聯系，通常需要學生通過操作相關的實驗，來驗證所學的一些理論知識的正確性；在這一過程中，進一步加深對實驗儀器儀表操作的了解與熟悉；同時，對于理論知識理解也會更加深刻，在此過程中，學生還可學習如何進行數據的測試與處理。三是綜合型實驗。在這種類型的實驗中，涉及到的內容通常具有綜合性、復雜性特點，要求學生將不同知識點融合在一起，才能順利完成電子技術實驗的操作。一般只有在學生經過一段時間的學習后，才能有機會接觸到這類實驗。通過該類型實驗，能夠有效檢驗學生對知識綜合應用及分析的能力。對于綜合實驗而言，本身開放性更強，耗費時間更久，期間需要學生自主進行相關資料查找，做好實驗數據的處理，能夠有效培養學生獨立思考能力與獨立工作能力。四是設計型實驗。相較于綜合性實驗，設計型實驗開放性更強，通常由教師給定實驗任務的要求與條件，學生自主進行實驗方案的設計，并最終通過實驗完成教師布置的任務。在整個實驗過程中，學生有著非常大的自主性，需要學生綜合應用各學科知識，尋找實驗核心原理，自主確定實驗材料、實驗所需的儀器設備、實驗發生條件等，并以此為依據，完成實驗方案設計，最終達到實驗目的。這對于培養學生創新能力、團隊協作能力、獨立解決問題能力有著較為積極的影響。綜上，通過上述四種類型的電子技術實驗我們能夠認識到，這些實驗本身有著不同的目的，在對學生能力培養方面也有著較強的針對性，能逐步引導學生學習掌握更深層次的知識與操作技巧，提高學生綜合素質?；诖?，通過結合上述四個類型的電子技術實驗項目，做好針對性實驗模塊的設計與應用；在此基礎上，再進一步整合不同實驗模塊，使其形成一個完整有價值的實驗系統，能夠讓學生的實踐能力得到有效培養，并真正應用于未來工作實踐中去。

2基于NIELVIS的模擬電子技術實驗模塊設計應用

驗證型實驗是模擬電子技術實驗的一項比較經典的實驗項目，該實驗項目包含諸多內容，常見的有單級晶體管共射極放大電路、功率放大電路等。在當前的模擬電子技術理論教學中，上述實驗項目均囊括了很多典型的應用知識點，使學生對理論知識的理解有重要的幫助。實驗項目要求學生以相關原理圖為依據，選擇在實驗室的實驗箱或面包板之上，自主搭建相應的電路，并做好電路試運行，分析電路運行結果。在實驗開展過程中，學生也會遇到一些問題，多是因為沒有正確進行插線連接所引發。若電路的干路連線比較復雜，比如：多級阻容耦合放大電路便是其中典型代表。針對該電路，僅依靠學生自身，雖大量耗時也很難及時發現錯誤的連線，因此會給學生帶來挫敗感。為避免出現這類問題，在實際進行實驗模塊設計時，針對連線電路，需要制成印制電路板形式，讓學生可以直接將元器件安放在模塊上。在實際進行電路測試時，針對線路連接，能夠借助跳線帽來完成，保證線路連接的正確性。例如：針對某兩級放大電路實驗模塊設計中，根據該電路原理圖元器件排列，設計的模塊會與之一一對應，學生在實際進行實驗操作時，只需要將元器件插入相應位置；在PCB板之上，可以利用走銅線，提前將不同元器件準確連接在一起。在實際測試時，由于設置有專門測試點，然后通過導線引出接入ELVIS原型板之中，即可在測試點之上完成測量工作。如果電路需要依次測量，在實際進行模塊設計中，引入了插針元件，該元件的默認狀態是斷開狀態，只需要安插上短接帽，即可處于連接狀態。仍以兩級放大電路為例，針對第一級放大電路靜態工作點，在實際調試過程中，可以將插針默認斷開進行測試，如果需要兩級放大，只需要在測試點安插上短接帽，即可使得電路處于連接狀態。這種實驗模塊的設計，能夠減輕學生實驗壓力，讓學生能夠專心分析實驗原理和結果。針對功率放大電路的實驗項目模塊，還可以按照實驗模塊上的電路，分步驟做好元器件的安插，第一步能夠讓學生觀察雙電源互補對稱電路的交越失真程度；第二步能夠組成偏置電路，從而有效緩解電路交越失真的問題；在此過程中，通過在電路中引入二極管，能夠為三極管提供合適的偏壓，使其處于微導通狀態，如此一來，學生能夠對改善后的交越失真情況進行全面了解；第三步還可以在模塊上引入自舉電路，電路有相應元器件組成，從而促使功率放大電路的特點得到彰顯，還能夠逐步展示不同操作下的器件組成原理，并讓學生對相應原理有全面的認知。在此基礎上，還能夠進行波形對比輸出，進一步加深學生印象，能夠有效改善以往電路連線錯誤帶來的問題，充分發揮實驗的價值。

3基于NIELVIS的數字電子技術實驗模塊設計應用

從當下高校開展的數字電子技術實驗現狀來看，采用的數字集成芯片規模均較小，難以滿足實際實驗需求。比如：想要完成一個規模相對較大的綜合型數字電路實驗，通常需要多個通用集成芯片，不僅效率低下，而且在實際應用中，這些芯片應用已經越來越少，無法起到鍛煉學生能力的作用?；诖耍诂F有數字電子技術實驗模塊設計應用中，應積極引入一些先進的器件與技術。比如可以引入可編程邏輯器件，從而讓學生能夠學到更多貼合實際的知識與技術。對于通用型中小規模集成電路而言，雖然在理論上也能夠組成較為復雜的數字系統，但在實際操作上可行性不佳，因為在面包板之上進行電路搭建時，容易出現線路接觸不良問題，且問題原因多種多樣，學生很難在短時間內找出解決的方法，容易打擊學生開展實驗的積極性。為解決這一問題，可以在實驗模塊設計中，引入可編程邏輯器件（CPLD），設計人員能夠在相應軟硬件環境的幫助下，自主完成芯片的功能定義。學生也能夠在此過程中完成數字系統設計輸入、編譯、優化、仿真、下載、執行等，可有效實現學生實踐操作能力的培養。對于CPLD實驗內容設計而言，能夠給予學生更大的自主探索空間，不會讓學生局限于理論，僅僅對相關原理進行驗證，而是能夠引導學生從全局入手，了解一個完整數字系統的設計，并且在其中能夠有機會應用新興的技術，提高學生實踐能力。對于綜合性和設計性較強的數字電子技術實驗模塊設計來說，需要做好CPLD數字電路實驗模塊的設計，在初始設計中，模塊功能一般較簡單。具體而言，通過在模塊設計中引入Max7000s系列CPLD芯片，同時提供了ByteBlaster下載線，I/O引腳自定義，并將引腳引出至模塊插孔上，交由學生自定義，NIELVIS則需要提供芯片的電源。在后續過程中，隨著學生理論知識越來越豐富，實驗模塊設計會更深入，一般會在此基礎上，設計出CPLD實驗模塊2.0，在顯示終端之上，額外新增了液晶屏、8×8點陣、蜂鳴器等器件；同時對電源也進行了改進，不再需要NIELVIS供電，而是采用了USB供電，防止學生出現電源接反問題，導致芯片被燒毀。在新的實驗模塊設計中對CPLD芯片也進行了更新，采用了更先進的VHDL文本設計；下載方式也變得更加豐富，學生可以選擇串口下載，也可以選擇USBCPLD實驗項目模塊進行下載，能夠從根本上排除接線復雜的干擾，保證實驗結果的準確性，同時也給予了學生一定的自主開發空間，讓學生有機會進行開發實踐。從當下數字電子技術理論課程和實驗課程內容來看，關于VHDL或Veilog硬件編程語言內容比較少，因此為了更好完成實驗，使用先進的儀器設備與技術，還需要學生利用課外時間，加強上述編程知識的學習。通過在CPLD實驗項目模塊的幫助下，能夠讓學生在實驗室以外的地方進行使用學習。學生可以結合自身興趣，做好相應數字系統的開發研究，真正意義上實現實驗室開放，有利學生綜合素質培養。總結：通過做好電子技術實驗模塊化設計，不僅能夠有效幫助學生排除一些客觀因素的干擾，讓學生專心于理論知識的驗證與實踐操作技術的鍛煉；同時，也為學生提供了更為廣闊的自主研究空間。因此需要采取有效措施，加強對不同類型電子技術實驗模塊化設計，促使實驗模塊設計的作用得到發揮，提高學生實踐能力。

作者：張磊 單位：齊哈爾工程學院