电子技术课程设计实训教学案例及分析

潘金福

摘要：为了满足新工科人才培养要求，在学校工科做实思想的指导下，本文以电子技术课程设计的实训作品训练过程为例，讨论和分析了教学安排、作品设计要求、设计方案、设计电路分析、作品调试以及作品的测试等过程，突出了学生为主体、教师为主导的教学特色，践行了理论知识与实际应用紧密结合的教学理念，取得非常好的教学效果，启发了学生的创新思维和工程思维，促进了学生实践创新能力的培养。

关键词：电子技术课程设计;教学案例;实践创新能力培养

为了满足新工科人才培养要求，各大高校都在进行着教学改革，围绕以学生为中心，以学生实践创新能力和工程应用能力培养为目标，从人才培养模式、实验教学平台构建、课程教学和课堂教学设计等方面都制定了相关措施，为新工科人才培养提供保障[1-3]。

电子技术课程设计作为凯里学院物联网工程专业的一门集中实践类课程，对培养学生应用分析能力、知识融合能力以及实践创新能力具有极其重要的作用。课程教学的主要目的是训练学生将所学电子类课程知识在生产实际中的应用设计能力，增强学生的专业实践技能，培养学生的实践创新能力，提升学生的职业能力和就业水平。

1电子技术课程设计教学安排

1.1先修课程

电路分析、模拟电路与数字电路、C语言程序设计、单片机原理及应用。

1.2实训内容与进度安排

电子技术课程设计集中实训时间为期1周，共5天，第1天，学生完成选题和项目的初步方案设计;第2-4天，进行实训项目作品的设计、制作与调试;第5天，完成实训报告的撰写和实训作品的展示与答辩。实训小组分组采取2-3人为一组，小组成员之间相互配合完成一个实训项目的设计与制作训练。实训项目的选题可以由指导教师出题，也可以由学生自主选题。

2电子技术课程设计教学训练案例与分析

以2019级物联网工程专业的学生实训作品“手机APP遥控小车的设计与实现”为例。

2.1设计要求

（1）实现小车前进、后退、左转、右转和停止的运动功能;

（2）实现手机APP控制小车的运动功能。

2.2方案设计

本实训项目方案主要由蓝芽模块、单片机控制芯片和电机驱动模块组成，蓝芽模块采用HC-05;单片机芯片采用AT89S51;电机驱动模块采用L298N双桥电机驱动电路。方案设计框图如图2-1所示。

主控芯片AT89S51通过接收到蓝牙模块的信号，由软件编程设计，控制电机驱动模块工作而驱动小车电机的转动，实现小车的运动功能。其软件设计程序流程图如图2-2所示。

2.3设计电路分析

整体电路原理图如图2-3所示，主要由L298N、AT89S51和蓝牙模块电路等组成。L298N为小车左右轮直流电机驱动电路，VS端接+12V电源，VCC端接+5V电源，L298N的IN1～IN4引脚为小车左右轮直流电机转动控制端，分别连接到主控芯片AT89S51的P0.0～P0.3引脚。当IN2、IN4为高电平，IN1、IN3为低电平时，电机带动小车向前运动;当IN2、IN4为高电平，IN1、IN3为低电平时，电机带动小车向前运动;当IN2、IN4为低电平，IN1、IN3为高电平时，电机带动小车向后运动;当IN1、IN4为高电平，IN2、IN3为低电平时，电机带动小车向左转;当IN1、IN4为低电平，IN2、IN3为高电平时，电机带动小车向右转;当IN1、IN2、 IN3、IN4为低电平时，小车停止运动[4]。

蓝牙模块的数据输出端TXD与单片机AT89S51的P3.0（串口中断数据接收端RXD）相连接，蓝牙模块的数据接收端RXD与单片机AT89S51的P3.1（串口数据发送端TXD）相连接。当按下手机APP蓝牙调试器上不同控制按键时，蓝牙模块的数据输出端TXD将输出不同的数据信号，主控芯片AT89S51通过接收到不同的数据信号，再通过软件编程，控制小车电机转动而实现不同的运动功能。

2.4设计作品调试

实训作品的实物设计制作完成后，作品的调试过程采用先分后总的方法进行：先调试单个组成模块电路，当单个模块电路都调试正常后，再将所有正常工作的单个电路模块组装起来进行统调。

（1）蓝牙模块的调试

将蓝牙模块数据输出端接入电脑，电脑上安装串口助手軟件，接通蓝牙模块电源，打开手机端蓝牙功能，搜寻到蓝牙模块的型号并联接上。打开手机端的蓝牙调试器，当按下蓝牙调试器中的按键时，观察电脑上串口助手中是否接收到按键的数据。如果能正常收到按键数据，则蓝牙模块能正常工作。且当按下蓝牙调试器中的不同按键时，则电脑上串口助手中能接收到相应按键的数据。

（2）电机驱动模块的调试

将电机驱动模块接上电源，在L298N的IN1～IN4引脚端输入相应的高低电平，使小车能实现前进、后退、左转、右转和停止的运动功能，则电机驱动模块工作正常。

（3）单片机的调试

接通AT89S51单片机主控系统电源，将相应的电机运动程序下载到单片机中，测试P0.0～P0.3引脚电平的变化情况，如果P0.0～P0.3引脚电平的变化情况正常，则单片机系统能正常工作。

（4）统调

将调试正常的单片机系统、电机驱动模块电路和蓝牙模块电路按电路原理图连线接好，接通各模块电路的电源，将事先编译好的软件程序下载到单片机中，打开手机端的蓝牙调试器，按下相应的功能按键，观察小车的运动情况。如果小车所有的运动功能都能正常操作，达到预计的设计要求，则作品统调成功。

2.5设计作品测试

当作品统调成功后，将电路连接线固定好，再将作品外观美化一下，就可以进行作品测试了。作品测试过程如图2-4所示。

经过测试，作品实现了手机端APP控制小车的前进、后退、左转、右转和停止等功能，达到了预期设计要求。

3实训教学效果分析

针对本选题，学生经过实训后，达到了如下教学效果：

（1）理解了理论知识学习對实践指导的重要性，进一步巩固了相关基础课程理论知识。

（2）培养了学生运用所学知识解决实际问题的实践创新能力，启发了学生的创新思维和工程思维，同时也提高了学生的学习能力。

（3）学生深刻理解了电机驱动模块、单片机系统和蓝牙模块的工作原理及调试方法。

（4）学生对软件与硬件的有效结合有了非常好的理解。

（5）在答辩过程中，通过指导教师的点评，学生发现了自己的不足，以及作品的改进方向，为提升实训作品的质量与水平指明了方向。

（6）进一步促进了学生实验实践技能和专业能力的提升，增强了学生对后续课程的学习兴趣。

（7）通过本组成员之间的相互配合，让学生深刻体会和理解团队协作的重要性，培养了学生的团队精神。

4.结语

电子技术课程设计作为一门集中实践类课程，课程的教学效果，对学生职业能力的培养有极大的促进作用。这门课程通常在大二下学期开课，学生已经具备了一定的专业学科基础知识，同时也进行了一些专业基础实验技能训练，可以在一定程度上保证了本门课程的实训教学效果。在选题与设计要求上，指导教师需要加强指导，选题设计难度不能过大或过小，如果设计难度过大，学生不能在规定的时间内完成作品，会打击学生的学习积极性;如果难度太小，会影响学生对自己能力的错误判断，不利于学生创新能力的培养。同时，本门课程还要紧跟时代发展的步伐，不断将新技术和新技术模块电路引入到学生实训作品设计中，使学生在完成实训作品的同时，也学习和应用到了新技术和新知识，促进了学生专业能力的全面发展。

参考文献：

[1]张爽，赫海灵.基于“新工科”背景下应用型高校专业实践教学平台的建设[J].黑龙江教育（理论与实践），2021（01）：80-81.

[2]王华，吴桂清，刘红霞，曹琳琳.“新工科”理念下的电气信息类专业实验教学体系建设[J].实验技术与管理，2020，37（12）：13-16.

[3]齐振超，田威，王珉.智慧教育理念驱动的“新工科”专业课程教学模式探索与实践[J].工业和信息化教育，2021（01）：20-27.

[4]张毅刚.单片机原理及接口技术（第3版）[M].北京：人民邮电出版社，2020.