【电类创新实验平台的研究与开发】 创新实验平台
摘 要：本文在分析国内实验室建设的发展状态的基础上，以电类典型的实验课程体系为对象，结合现代技术的发展，整合设计开发了创新实验平台，以促进学生创新能力的提高，同时为基础性、综合性、设计性实验平台提供了思路。
关键词：整合 创新 EDA扩展
前言
实验是培养学生实践能力的有效手段，特别是工科院校，其实验的条件一定程度上决定了学生对知识的掌握和应用。上世纪80年代，各高校教师为了实施实验教学，根据教学自己研制了各个实验项目作为实验。它的特点是结合教材性强，对知识的切入深，能锻炼学生某个知识点的能力，但管理维护较难，更新率不高。90年代，随着高校科学技术的产业化，许多厂家采用模块设计的方法，各技术人员根据自己对教学大纲的掌握的含义，将各实验模块做成一个实验箱，其特点是管理方便，基本知识点清晰，缺点是灵活性差，扩展性不够，特别是90年代后期，部分实验箱模块化集成度的增加，只让学生测试输入、输出及部分中间波形，不利于学生实践能力、创新能力的培养。作为电类、机电类及相关专业的学生，掌握硬件电路的设计和调试是必不可少的一部分。针对实验建设的实际情况，结合工科实验模块化、扩展性、融合性等特点，以我院电类实验课程为研究对象，笔者整合设计了一个创新实验平台，促进了学生创新能力的培养。
一、实验课程体系分析与方案的确定
我院电类实验按电的性质可分为强电和弱电实验，从专业角度可分为基础实验和专业实验，我们设计的实验平台主要考虑弱电中的基础实验，同时兼顾部分专业实验的扩展。具体主要考虑电子线路（低频电路、高频电路）数字电路、微机原理及通信原理等实验课程，表1是我院相关课程的实践的分配。
上表中，低频电路实验和数字电路实验是我院基础实验中心的基础课程，是电类其他课程的基础，实验学时为24学时，微机原理是我院培养学生实践能力的重要环节，实验学时为16学时，以上三门课程是我院电类、机械类和计算机类专业的必修课；所有课程设计均为1周，设计的内容随着教学计划的安排，越到高学期，内容均包含低学期课程的内容。例如，通信原理课程不仅含有数字电路的知识，还包含CPLD等。为此，我们根据知识点的关联，将整个课程体系中的共性知识点提出，考虑各课程的具体特点，设计出一个综合性的实验平台。
二、系统的设计
1.系统框架
在吸收现有实验箱优点的基础上，提出共性，突出开放，得出实验平台的基本结构。如图1所示。
2.系统组成
电源的设计：由于实验平台不仅为创新平台，同时考虑低频电路实验/课程设计、高频电路实验/课程设计、微机原理课程设计等的需求，设计时提供三类电源，分别是±12V、±5V和±48V，不同电源有保护电路和电源指示，并在实验板上做明确的标注，留有开放电源接口。同时为了特殊电源接入，备有外接电源接口。
信号源及频率计：信号源是所有实验的基本组成部分，考虑所需信号的不一致，实验平台设计低频、中频和高频三个波段的信号，各波段独立，单独引出，且幅度可调节，为了测试信号的方便，平台提供了一个简易的频率计。
显示部分/通用开放模块：考虑单片机和数字电路，结合显示部分特点，设计动态和静态2种扫描方式；兼顾数字基础实验的要求，采用开放模块，以便于使用和更换。同时为了保证可靠性，开放模块区插针采用双排插针。
现代技术部分：随着现代技术的发展，进年来ＥＤＡ技术被广泛引入电类教学中，特别是基于ＣＰＬＤ在电路教学中的广泛应用。但ＣＰＬＤ厂家的下载电路的不一致，很难将其统一，对此我们采用通用的ＣＰＬＤ封装，采用菊花链方式将各脚引出，将作为下载用的拐脚接标准接插件，并设计了不同公司的ＪＴＡＧ下载模块，当使用某个公司芯片时，在标准接口上接上对应公司的下载模块，按操作即可完成设计电路的下载。
三、系统特点
全开放式结构：各个电路、信号源和元器件（整体）均采用插孔形式或接线形式引出，学生根据自己的设计，采用接线方式完成自己的电路。
整体性（广度）：各部分设计时不仅结合电类的各门实验课程，而且考虑各门课程之间的关联和综合应用，从整体上统一考虑和设计。
整合度高：从电类实验的课程体系出发，尽可能地将各门课程所需的平台框架整合为一体，提出共性，在设计和分布时同意考虑，例如信号源的类型、集成块插座的分布等。
可扩展性和先进技术的引进：为了适应科学技术的发展和各类设计的需求，在设计中留有通用接口，例如液晶显示器、电话、键盘和JATG等，并单独设有CPLD和核心板通用接口，为引进厂家设计的嵌入式技术和DSP技术核心板提供了可能。
结束语
该实验平台不仅为大学生提供基础性实验、课程设计和创新性实验的平台，而且为学生毕业设计、教师科研提供一定的硬件条件。随着技术的发展，该实验平台的开放性为教师引进新技术提供了实验平台的基板。