电工电子模块化综合设计实验平台

学校名称

东南大学

 

 

设备名称

完成时间

2006.7

研制人

胡仁杰

主要开发者

黄慧春

王凤华

顾晓洁

仪器设备照片：

 

主要技术参数：

电工电子模块化综合设计实验平台由处理器、人机交互、输入输出通道、实验对象、信号检测与处理、可编程器件、电子电路、运算放大器、电路元件、交流电路、简易仪器等14个系列共100多个分别具有不同应用特点的模块组成。

可完成的实验教学内容以及目前应用在教学中所取得的成效：

所有模块设置了统一的接口，使用时根据需要，在系统中选择所需的功能模块插接结构模板上，进行系统连接后可以构建成为具有不同应用特点的用户系统。由于系统配置的灵活性和多样性，具有极强的扩展性，系统的服务范围可以扩展到：电路原理、数字逻辑电路、模拟电子电路、信号与系统、高频电子电路、PLD、电器与电机、机电控制（包含PLC）、交流电路、单片机应用技术、微机原理与接口技术、计算机组成原理、嵌入式系统、DSP技术与应用、虚拟仪器技术、传感器技术、检测技术、计算机测控系统、综合电子系统设计等课程的综合设计型实验，可以应用于电子系统综合性课程设计、毕业设计，甚至也可以将系统中的部分模块应用于学科竞赛，为学生提供一个综合设计和训练的平台。

 

自制教学仪器设备开发情况介绍：

1、本类教学仪器设备在国内高校使用情况

本实验平台已经在东南大学、南京大学、解放军理工大学、江苏大学、南京师范大学、南京信息工程大学、南京工程学院、江苏技术师范学院、南京工业职业技术学院等高校的综合创新实验室应用。

2、本仪器的设计思路

在实验平台的设计中，为了满足课程知识综合、系统设计、创新研究、自主发挥的教学要求，引用了科研中根据项目需求构建研究平台的思想，采用模块化结构，系统可灵活重组、扩展。

学生在完成课题时，可以根据所选择项目的功能与指标，选择相应的模块，通过系统总线或外部连接线构建具有不同用途和应用特点，自主构建个性化的项目实践平台的，可进行规模小到如数字电路、模拟电路综合性实验，大到数字化仪器如简易数字存储示波器、DDS任意波发生器，或以温度、速度为目标的计算机测控系统。由于构建系统时需要使用者充分了解实验平台中各模块的功能、指标和和电路参数，并自行解决系统配置、资源分配、译码控制、设备驱动等核心工作，具有相当大的系统设计训练空间。

为了让学生尽早地从学习向研究与应用开发过渡，让学生在综合设计性实践中最大程度地借助现有的工具、条件，构建较高水平的研究和实践平台，在此基础上再进行更深层次的学习、研究，获得提高。这也是学生在深造和走上工作岗位后需要学习的。“电工电子模块化综合设计实验平台”为学生构建符合自己研究要求实践平台提供了基本条件

由于实验平台模块配置的灵活性和多样性，可以适应综合性课程设计、毕业设计，也可以作为课外创新实践和各种学科竞赛的训练平台，学生能够综合应用所学知识、发挥想象力和创造力在实验室进行跨课程甚至跨二级学科系统设计、开展工程训练，有利于学生发挥主观想像力和创造力。

同时，“电工电子模块化综合设计实验平台”中还配置了电源模块、简易仪器模块和虚拟仪器模块，可以构成一个可独立运行的实验平台，学生可以将构建好的实验平台借回去，随时随地都可以做设计、开发，不必依赖实验室，大大拓展学生实践的空间。

 

自制教学仪器设备功能介绍：

1.设备的所达到的功能

实验平台可服务于电路原理、数字逻辑电路、模拟电子电路、信号与系统、高频电子电路、PLD、电器与电机、机电控制（包含PLC）、交流电路、单片机应用技术、微机原理与接口技术、计算机组成原理、嵌入式系统、DSP技术与应用、虚拟仪器技术、传感器技术、检测技术、计算机测控系统等课程的综合设计型实验，综合性课程设计、学生课外创新实践、学科竞赛和毕业设计。

2．与同类产品的比较

利用率。目前，在电子信息领域，传统的实验系统有“在系统编程”、“微机接口技术”、“单片机应用”、“嵌入式系统”、“DSP系统”等不同类型，它们分别为不同课程的实验和实践活动服务。它们的不同之处主要在于所使用的处理器分别是PC（80X86）、FPGA/CPLD、单片机、嵌入式处理器和DSP；除此之外系统基本上还都配备了电源、人机交互界面、输入输出接口与设备、通讯接口等模块组成，从学校或实验中心的角度来说，造成了资源的重复购置。“电工电子模块化综合设计实验平台”中，选择不同的处理器模块，并配合电影、输入输出等其它模块，就可以为不同的课程服务。

扩展性。传统的实验系统还存在不宜扩展的缺点，无法随时随地开发设计新实验，为一两个新实验而淘汰原有的整个实验系统又不切实际。在“电工电子模块化综合设计实验平台”中只要增添相应的模块就可以增设新的实验。

自主性。在传统实验系统中，实验是教师设计的，实验平台也是实验室配置好的，学生很难有真正的自主权利。而“电工电子模块化综合设计实验平台”覆盖面广，实验内容不受限制，学生可以根据实验或创新项目的内容自主选择模块构建实验平台，实现了“开架实验”。

开放性。“电工电子模块化综合设计实验平台”中还配置了电源模块、简易仪器模块和虚拟仪器模块，是一个可以独自使用的实验平台，学生可以将构建好的实验平台借回去，随时随地都可以做设计、开发，不必依赖实验室，大大拓展学生实践的空间。

3、本仪器设备的特色

模块化积木式实验教学综合设计与训练系统为实验内容开放、开展研究探索性实验和学生自主创新实验提供了实现平台，并具备了可操作性。

l电子信息领域技术发展迅速，实验教学必须紧跟技术发展。实验平台资源丰富、结构灵活、适应性强，可随时根据需要改变结构、调整内容。实验教学需要经常增添项目、调整内容、更新技术。传统的实验箱、实验柜一旦定制即无法改变，其后果是：或因为实验系统无法改变而制约实验内容的调整；或更新实验系统造成浪费。在模块化积木式实验教学系统中，只要增添个别模块即可适应新的要求。

l在综合性实验室中，学生可根据要求自主构思实验，在电工电子模块化综合实验教学平台的一百多个实验模块中自主选择、应用相应的实验模块构建个性化实验系统，实现开架自组实验。

l将开放式自主实验的场所扩展到学生宿舍、自修教室。在系统中选择电源、仪表模块和部分实验模块组合到实验箱中，可以构成适应某门课程或科技训练项目、学生可以自由携带的“个人实验系统”。学生可以在宿舍、自修教室等实验室以外的场合进行实验，可以大大拓展开放实践的时间和空间，赋予了开放式自主实验新的寓意；

l覆盖面广、冗余少，资源效率高。模块化实验平台适应面广，如在一套针对单片机的实验系统中增添嵌入式处理器模块和DSP模块，就可以使原系统可以适应嵌入式系统和DSP系统，从而可以为减少大量投资。在传统的电工电子和电子信息实验室，应用于不同课程的实验装置中有许多类似的功能，无法避免资源的重复设置。

l有助于加强培养学生的系统设计观念。学生选择模块构建实验系统的前提是对实验模块有充分的了解，通过构建实验平台可以实现系统设计。

自制教学仪器设备的应用前景(目前和长远能够解决的问题，对提高学校教学水平的作用以及经济社会效益预测等)：

1.       应用面广。适用于电路原理、数字逻辑电路、模拟电子电路、信号与系统、高频电子电路、PLD、电器与电机、机电控制（包含PLC）、交流电路、单片机应用技术、微机原理与接口技术、计算机组成原理、嵌入式系统、DSP技术与应用、虚拟仪器技术、传感器技术、检测技术、计算机测控系统等课程的综合设计型实验，也适用于综合性课程设计、学生课外创新实践、学科竞赛和毕业设计。

2.       扩展性强。在系统在增添部分模块既可以适应行实验内容。

3.       系统性强。改变了传统实验系统覆盖面狭窄，只能适应某一门的实验教学，实验室也缺乏电子电路系统实践平台的状况。学生可以体验系统集成、学科交叉、前后课程配合、相互兼容、功能分配等过程。

4.       训练全面。改变了传统实验平台中，受实践学时的限制，学生无法完成一个电子系统整机的训练的状况。学生通过系统设计与集成相对方便地实现系统的功能和指标，使实践活动具有趣味性和可观赏性，学生得以体验实践成果的乐趣，激发学生的成就感。

5.       经济性好。实验平台具有拆卸组装的便利性，系统中的模块可以重复多次使用，可以解决学生人均实验经费有限的难题，让大多数学生都可以经历大规模系统的动手实践训练。