黃艷洋，吳偉力，陳惠濱

(集美大學(xué) 信息工程學(xué)院，福建 廈門(mén)361021)

0 引言

“電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)”是我院電子信息工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生大四第一學(xué)期末的課程設(shè)計(jì)實(shí)踐課。該課程要求學(xué)生利用四年來(lái)所學(xué)的知識(shí)和技能，如模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、可編程邏輯器件技術(shù)以及DSP 技術(shù)等完成一個(gè)完整電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制作，并提交完整的設(shè)計(jì)作品和設(shè)計(jì)報(bào)告［1，2］。

我院原先的“電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)”實(shí)踐課是在有限時(shí)間內(nèi)，以2-3 名學(xué)生組隊(duì)或者個(gè)人完成一個(gè)題目的方式進(jìn)行。這不僅無(wú)法滿(mǎn)足不同能力層次和不同興趣愛(ài)好學(xué)生的需要，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性也難以提高。由于題目綜合性不夠，學(xué)生所得到的訓(xùn)練有一定的局限性。因此，我們?cè)凇半娮酉到y(tǒng)設(shè)計(jì)”教學(xué)中積極引進(jìn)大項(xiàng)目教學(xué)法，探索一種多元化人才的培養(yǎng)模式，鼓勵(lì)學(xué)生自由選擇參與包括電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的項(xiàng)目市場(chǎng)調(diào)研、需求分析、方案設(shè)計(jì)、技術(shù)實(shí)現(xiàn)、產(chǎn)品包裝和營(yíng)銷(xiāo)策劃等環(huán)節(jié)，使得學(xué)生進(jìn)入畢業(yè)設(shè)計(jì)和就業(yè)之前，能樹(shù)立起工程的概念。學(xué)生通過(guò)參與工程訓(xùn)練的過(guò)程，提高了口頭及書(shū)面交流能力、資料的查閱及使用能力、職業(yè)道德和團(tuán)隊(duì)合作能力以及自學(xué)和項(xiàng)目管理等相關(guān)能力［3］。

1 題型選擇

“電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)”實(shí)踐課程要求學(xué)生以教師科研課題或?qū)W生立項(xiàng)申請(qǐng)等組織實(shí)施大項(xiàng)目教學(xué)法，項(xiàng)目?jī)?nèi)容綜合性強(qiáng)、工程實(shí)踐性要求高。題目選擇要兼顧學(xué)生已有的基礎(chǔ)，同時(shí)在工作量上要滿(mǎn)足學(xué)習(xí)任務(wù)的要求。知識(shí)面應(yīng)該包括一個(gè)電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的全過(guò)程，不僅僅要學(xué)生掌握電子產(chǎn)品軟、硬件設(shè)計(jì)方法，也要讓學(xué)生了解產(chǎn)品設(shè)計(jì)前階段的市場(chǎng)調(diào)研分析、方案設(shè)計(jì)及后階段的產(chǎn)品包裝和營(yíng)銷(xiāo)策劃等過(guò)程。學(xué)生根據(jù)自己愛(ài)好、能力及定位參與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的全過(guò)程。

作為一個(gè)題例，“電子導(dǎo)游儀”是一種旅游講解專(zhuān)用設(shè)備，它可以把景區(qū)和陳列展示的物品圖文并茂地表現(xiàn)出來(lái)，使觀眾在邊看邊聽(tīng)中享受文化。它是一種便攜式音頻播放器，能通過(guò)配備GPS 識(shí)別景點(diǎn)位置，且隨著游客參觀的景點(diǎn)位置變化，播放相應(yīng)旅游景點(diǎn)介紹信息。電子導(dǎo)游儀作為典型電子產(chǎn)品，它集MP3 解碼播放、U 盤(pán)存儲(chǔ)、USB 通信和GPS定位等多項(xiàng)功能于一體。軟硬件設(shè)計(jì)所包括內(nèi)容足以滿(mǎn)足15 人組成的團(tuán)隊(duì)2 周課程設(shè)計(jì)的工作量。開(kāi)發(fā)平臺(tái)選擇以Atmel 公司的AT89C51SND1 作為主控制器。由于其內(nèi)核是8051，與傳統(tǒng)教學(xué)機(jī)模型一致，且選擇Keil C51 語(yǔ)言設(shè)計(jì)程序，可以大大縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期。

2 教學(xué)實(shí)施

1)團(tuán)隊(duì)成員的組成

在電子導(dǎo)游儀產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)實(shí)施過(guò)程中，效仿企業(yè)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)和大學(xué)生創(chuàng)業(yè)大賽實(shí)施的過(guò)程，項(xiàng)目開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)是通過(guò)雙向選擇由大約15 人組成。組員根據(jù)自己的興趣愛(ài)好進(jìn)行分工，具體安排為:項(xiàng)目負(fù)責(zé)人2 人、市場(chǎng)調(diào)研2 人、硬件設(shè)計(jì)3 人、軟件開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)5 人、產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)2 人、文書(shū)1 人。

2)教學(xué)進(jìn)程的安排

(1)安排市場(chǎng)調(diào)研成員用1-2 天的時(shí)間，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和景區(qū)實(shí)地調(diào)研，形成功能性文檔，由項(xiàng)目負(fù)責(zé)人制定方案，確定軟硬件架構(gòu);

(2)硬件設(shè)計(jì)成員和項(xiàng)目負(fù)責(zé)人在教師的指導(dǎo)下，利用2-3 天的時(shí)間，進(jìn)行硬件結(jié)構(gòu)規(guī)劃;同時(shí)，產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)組員考慮產(chǎn)品外觀的選型;

(3)軟件開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)成員著手軟件的編寫(xiě)與調(diào)試，大約花費(fèi)3-4 天的時(shí)間。小組其他成員根據(jù)各階段需要做好輔助工作。

(4)文書(shū)成員用1-2 天的時(shí)間進(jìn)行文檔的整理并準(zhǔn)備答辯的材料。

(5)課程設(shè)計(jì)最后一天，由導(dǎo)師組對(duì)全體成員進(jìn)行答辯并評(píng)定成績(jī)。

3 具體的實(shí)施步驟

1)市場(chǎng)的調(diào)研及方案的確定

市場(chǎng)調(diào)研組員通過(guò)網(wǎng)絡(luò)、市場(chǎng)及實(shí)地了解，確定電子導(dǎo)游儀應(yīng)具備的最基本功能是替代人工導(dǎo)游，利用衛(wèi)星定位系統(tǒng)自動(dòng)判斷出游客所在景區(qū)、景點(diǎn)的位置;為游客講解介紹景點(diǎn)特色和典故等。同時(shí)應(yīng)支持旅游目的地交通、餐飲、娛樂(lè)信息查詢(xún)及遇險(xiǎn)呼救功能。此后，組員以規(guī)格需求說(shuō)明書(shū)的形式明確滿(mǎn)足上述功能的詳細(xì)技術(shù)指標(biāo)。

基于該規(guī)格需求說(shuō)明書(shū)，負(fù)責(zé)人和相關(guān)組員比對(duì)各種主控制器方案，確定集成MP3 編解碼功能的AT89C51SND1 + GPSone 方案架構(gòu)，AT89C51SND1是基于8 位8051 核的單片機(jī)，集成了MP3 解碼器、音頻接口和DA、USB 通信電路和Flash 存儲(chǔ)器，用于實(shí)現(xiàn)MP3 播放器和U 盤(pán)功能，有明顯的性?xún)r(jià)比和可行性。AT89C51SND1 單片機(jī)開(kāi)發(fā)應(yīng)用與傳統(tǒng)教學(xué)模型機(jī)一致，學(xué)生上手容易，可以大大縮短軟硬件設(shè)計(jì)時(shí)間。

2)硬件的設(shè)計(jì)

選擇完主控制器，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，進(jìn)行硬件結(jié)構(gòu)規(guī)劃，其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。AT89C51SND1 集成USB1.1 的從控制器，將接口引出即可與PC 通信，實(shí)現(xiàn)U 盤(pán)映射及文件下載功能。為了實(shí)現(xiàn)MP3 文件音頻輸出，需要將解碼后的MP3數(shù)字信息轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)形式的音頻信息，可選用專(zhuān)用音頻DA 轉(zhuǎn)換器CS4330，輸出音頻模擬信號(hào)經(jīng)TDA2822M 芯片，即BTL 功率放大電路驅(qū)動(dòng)，在音箱或者耳機(jī)實(shí)現(xiàn)音頻信息播放。為了實(shí)現(xiàn)景點(diǎn)講解MP3 信息文件的存儲(chǔ)，AT89C51SND1 外擴(kuò)1GB 的Nand Flash 存儲(chǔ)器K9K8G08。要實(shí)現(xiàn)導(dǎo)游儀功能，還需配備用戶(hù)位置信息獲取功能，由于游客所在位置有可能在室內(nèi)和室外場(chǎng)合，選用單一GPS 模塊，在室內(nèi)無(wú)法實(shí)現(xiàn)定位，系統(tǒng)選用具有GPS 和CDMA移動(dòng)通信雙重定位技術(shù)的GPSone 模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)輻射源的實(shí)時(shí)定位。GPSone 將無(wú)線輔助A-GPS 和高級(jí)前向鏈路AFLT 三角定位這兩種定位技術(shù)有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)高精度、高可靠性和較高定位速度。在AGPS 定位技術(shù)無(wú)法使用的環(huán)境中，會(huì)自動(dòng)采用AFLT三角定位技術(shù)，從而確保定位的成功率和精確度;GPSone 同時(shí)具有無(wú)線數(shù)據(jù)通信及語(yǔ)音通話的功能，可用于實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)求助信號(hào)觸發(fā);模塊提供標(biāo)準(zhǔn)的RS232 接口控制［4］。為了方便用戶(hù)使用，導(dǎo)游儀考慮集成LCD 及鍵盤(pán)等人性化人際交互功能設(shè)置。負(fù)責(zé)人根據(jù)組員的愛(ài)好與專(zhuān)長(zhǎng)，分配3 名組員，進(jìn)行硬件連接、PCB 設(shè)計(jì)及硬件調(diào)試和硬件設(shè)計(jì)文檔的編寫(xiě)等任務(wù)。

圖1 硬件結(jié)構(gòu)框圖

3)軟件的開(kāi)發(fā)及設(shè)計(jì)

我們?cè)谶M(jìn)行導(dǎo)游儀硬件設(shè)計(jì)之前，先采購(gòu)基于AT89C51SND1 的MP3 開(kāi)發(fā)板，這不僅可以為硬件設(shè)計(jì)人員提供設(shè)計(jì)參考，而且相關(guān)軟件設(shè)計(jì)工作也可以基于開(kāi)發(fā)板進(jìn)行同步設(shè)計(jì)。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人根據(jù)導(dǎo)游儀功能，構(gòu)建如圖2所示的軟件結(jié)構(gòu)框圖，分配5名組員分別完成USB 通信、FAT32 文件系統(tǒng)及Nand Flash 驅(qū)動(dòng)程序、MP3 解碼及音頻輸出、GPSone 驅(qū)動(dòng)以及人機(jī)交互功能的軟件開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)文檔編寫(xiě)。負(fù)責(zé)人協(xié)調(diào)好編寫(xiě)軟件各函數(shù)名稱(chēng)及參數(shù)的約定。

圖2 軟件結(jié)構(gòu)框圖

4)產(chǎn)品外觀的設(shè)計(jì)、材料和文檔整理

在進(jìn)行導(dǎo)游儀軟硬件設(shè)計(jì)的同時(shí)，考慮產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)。負(fù)責(zé)人根據(jù)組員意愿，選派2 名組員，選購(gòu)成型產(chǎn)品的外殼如圖3所示。根據(jù)該外殼內(nèi)部結(jié)構(gòu)，與硬件設(shè)計(jì)組員協(xié)調(diào)，完成PCB 板及接口設(shè)計(jì)。小組其他成員根據(jù)各階段需要，做好輔助工作，并完成材料及文檔整理、答辯材料制作和產(chǎn)品宣傳包裝等工作。

圖3 選購(gòu)?fù)庥^圖

3 課程考核

由于我們?cè)凇半娮酉到y(tǒng)設(shè)計(jì)”實(shí)踐課中實(shí)施了大項(xiàng)目教學(xué)法，學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)的評(píng)定有如企業(yè)開(kāi)發(fā)產(chǎn)品過(guò)程中，按個(gè)人業(yè)績(jī)獲取所得。學(xué)生任務(wù)不同，不能采用單一評(píng)價(jià)模式評(píng)定學(xué)生成績(jī)，必須建立更加科學(xué)健全的評(píng)價(jià)體系。

課程考核分為小組考核和個(gè)人考核兩部分。課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，小組分階段提交產(chǎn)品需求分析報(bào)告、可行性分析報(bào)告、軟硬件設(shè)計(jì)文檔及設(shè)計(jì)作品。課程設(shè)計(jì)最后一天，通過(guò)集體答辯方式對(duì)所做內(nèi)容匯總，導(dǎo)師組根據(jù)答辯結(jié)果及小組各階段提交材料，確定小組考核成績(jī)(占個(gè)人成績(jī)30%)。個(gè)人成績(jī)由每個(gè)組員根據(jù)自己的任務(wù)，提交工作情況報(bào)告，由導(dǎo)師進(jìn)行考核評(píng)定占個(gè)人成績(jī)30%，各小組長(zhǎng)根據(jù)組員對(duì)項(xiàng)目貢獻(xiàn)給40%分，導(dǎo)師進(jìn)行有效的監(jiān)督，以防出現(xiàn)人情分。同時(shí)，答辯過(guò)程中導(dǎo)師組可以對(duì)各項(xiàng)目任一組員工作內(nèi)容進(jìn)行抽查，根據(jù)答辯抽查結(jié)果對(duì)該組員成績(jī)進(jìn)行修正。

4 結(jié)語(yǔ)

在“電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)”實(shí)踐課中引入電子產(chǎn)品綜合開(kāi)發(fā)的大項(xiàng)目教學(xué)法，不僅僅提供了一種技術(shù)實(shí)踐型、集成創(chuàng)新型和多元化人才的培養(yǎng)模式，同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力，為復(fù)合型特征的人才培養(yǎng)的提供一個(gè)新思路。

［1］ 陸繼慶，徐慶. 基于CDIO 模式的“電子技術(shù)綜合設(shè)計(jì)”課程改革［J］. 南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2011，33(5):22-23.

［2］ 張士文，俞泓. 開(kāi)設(shè)“現(xiàn)代電子技術(shù)綜合設(shè)計(jì)”課程的若干經(jīng)驗(yàn)［J］. 上海:實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2005，24(7):70-72.

［3］ 鐘永彥，陳娟，張蔚. 從電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)談學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)［J］. 北京:中國(guó)教育技術(shù)裝備，2012 (9):112-112.

［4］ 沈平，陳惠濱，王曉萍. 基于電離探測(cè)器的輻射源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］. 南京:傳感技術(shù)學(xué)報(bào)，2010，23(007):944-948.