教师自制仪器

实验教学中心积极开展实验设备的自研工作,任课教师根据自己多年的一线教学经验提出实验内容与设计思路,先后自制的仪器设备近百套件。如,现代信息技术实验室研制的“温度控制系统及电子元器件温度特性研究”、“语音放大电路及有源滤波器的优化设计”、“LED大屏幕显示系统”、“单片机应用系统的设计——指纹识别门禁系统”等仪器设备达到了较高的水平,曾参加“第二届全国高等学校实验室工作论坛暨首届全国高等学校自制教学仪器设备展示与评选活动”并获得优秀成果奖1项、成果奖2项。近年来,实验教学中心在原有的成果基础上不断钻研,探索改革,研制了多种教学仪器,目前已经投入到实验教学当中去,取得了很好的教学效果。

一、温度控制系统实验平台

温度控制系统实验平台是一个实际的闭环温度控制系统,它向学生展示了一个完整的控制系统的设计和应用实例。其内容涉及信息的采集、传输、处理和控制等多个方面,既有硬件方面的设计和制作,又有软件方面的算法设计和编程。使学生了解控制系统的基本组成和相关的硬件、软件选择,了解电子应用系统性能指标和技术参数的设计,学习和掌握电子应用系统的安装、调试和运行。

实验平台的硬件由PC机、PCI数据采集卡、实验控制箱、加热与制冷工作台及工作电源几部分组成。系统有加热和制冷两部分,利用计算机对工作台上的铜块进行一定范围内的恒温控制,并通过主机程序将温度曲线实时显示出来。本实验设备可操作性强,实验分层次,留有学生自行扩展实验的空间,有利于对学生自学能力和创新能力培养。

二、指纹识别应用系统实验平台

指纹识别与控制系统实验平台是一个完整的电子系统设计和应用开发的实例。其内容涉及信息的产生、采集、传输、处理和存储等多个方面。既有硬件方面的设计和制作,又有软件方面的编程、网络协议和数据库。使学生了解电子应用系统的基本组成和相关的硬件、软件选择,了解电子应用系统性能指标和技术参数的设计,学习和掌握电子应用系统的安装、调试和运行。

实验平台由服务器与客户终端两部分组成。客户终端包括MCU、指纹采集、以太网接口、液晶显示、键盘和控制输出等模块,并为仪器的功能扩展预留了硬件和软件接口,有利于不断完善和系统升级。

三、LED大屏幕显示系统实验平台

LED大屏幕显示实验是一个典型的系统实验,涉及信息的采集、传输、处理、存储和显示等内容,既有硬件方面的设计和制作,又有软件方面的设计和编程。可使学生了解信息显示系统的基本组成和相关的硬件、软件选择,了解电子应用系统性能指标和技术参数的设计,学习和掌握电子应用系统的安装、调试和运行。

本实验平台由硬件和软件两部分组成。硬件部分包括LED大屏幕、接口板和驱动板等。软件部分主要由PC软件和单片机软件组成。

四、语音放大电路及有源滤波器的优化设计

“语音放大电路及有源滤波器的优化设计”是一个比较典型的综合性系统实验,其内容涉及信息的传输、处理、存储和输出等多个方面。既有运用EDA技术设计电子应用系统的训练,又有运用虚拟仪器技术检测和调试系统的实践。通过本实验,可以启发学生再学习和再思考,培养和提高学生进行电子应用系统设计的能力。

五、数模电实验箱

实验教学中心的模拟电子技术、数字电子技术实验的实验箱已经更新了两次,这两批实验箱均是实验教学中心教师自主设计,与企业联合生产的。实验箱设计有电源输入、信号输入输出、逻辑输入和显示、脉冲输出、数码显示、面包板、变压器等模块,能够满足实验教学的需要。

六、数字电路芯片检测仪

为了配合数字电子技术实验,方便检测和回收数字电路芯片,实验教学中心教师研制了双列直插式数字电路芯片检测系统,以Atmega128L单片机为核心,根据待测芯片的逻辑功能,编写覆盖整个逻辑功能的测试程序,驱动单片机的输入、输出管脚,对芯片进行逻辑功能检测,根据检测结果,判断芯片是否损坏,利用蜂鸣器、LED灯及液晶屏来输出检测结果。该仪器已在数字电子技术实验教学中推广应用接近2年的时间,保障了实验教学的正常进行,该仪器易于操作,性能稳定,安全可靠,并且制造成本低廉,便于推广使用。


七、VoIP实验教学设备

VoIP实验教学设备是实验教学中心基于天津市科技攻关重点课题“VoIP SoC系统方案设计及SOPC实现”研究成果自主研发的一款基于多层总线架构片上系统(SoC)和32位嵌入式微处理器软核的综合实验教学平台,如附图14-7所示,通过规划SoC系统架构,设计硬件模块和配套软件,完成了VoIP实验教学设备的研制。硬件部分提供了一种用于VoIP系统的SoC方案,使用Altera公司的EP2C70F672器件实现,以32位微处理器为核心,包含以太网MAC控制器、LCD控制器、DMA控制器等十余种数字IP核。软件部分实现了Linux操作系统的移植、交叉编译环境的建立、Bootloader程序开发、驱动程序设计、语音通信协议栈软件设计(包括SIP协议和RTP协议)及应用程序的开发。通过软硬件的配合在VoIP实验教学平台上实现了语音压缩、网络分组处理和语音数据传输等任务,此外还具有来电显示、音乐铃声和电话本等实用功能,增加了学生学习过程中的可操作性和趣味性。

该实验教学设备所涉及的实验内容涵盖微电子技术、计算机网络、电信技术、数字信号处理、计算机体系结构等多个领域,学生可通过此设备可学习信息技术领域多个学科的综合知识,为学生学习相关内容提供了良好的学习平台。目前在国内尚未见到应用于实验教学的同类型仪器设备。


八、无线通信综合平台

随着社会的快速发展,无线通信在人们信息交流的各个方面发挥了举足轻重的作用,成为当前发展最快的技术之一。因此,建立一个无线通信综合平台对于我们的科研和教学至关重要。借助这个平台,可用于手机通信、卫星信号收发、深空探测、雷达信号处理、GPS信号、软件无线电、MIMO、数字通信、无线传感网、网络通信的基础研究、前期预研、后期验证测试等研究工作,又可以作为学生教学实验以及创新能力培养的开放性实验平台。

无线通信综合平台用于各种无线信号的发射和接收,并经A/DD/A进行系统的数字化处理,既包含模拟信号处理,也包含数字信号处理以及相关的网络通信。平台主要由收发机系统、天线系统、数字信号处理系统、网络通信系统等组成。

九、恒温加热磁力搅拌器

恒温磁力加热搅拌器具有灵敏度高,可控性强,温控范围广的特点,多应用于需要精确调控的试验流程,如高等有机化学合成实验。仪器带有独立的数显温度控制器,能够在0.1℃精度级别控制加热器件,适用于需要精准调控的加热步骤。该系统基于AVR微控制器,采用PWM技术进行电机速度的精确控制,采用PID算法对加热丝控制,达到恒温的效果。

基于该实验,可以加强学生对PWM电机控制、PID控制算法的理解。

十、伪单色医用显示器

由于医用显示器在数字系统中,是医学影像的最终呈现者,它承载着替代胶片、保证影像质量、最终实现医生“软读片”对患者的观察与诊断。一个专业的医用显示器必须支持DICOM PART14的标准,也就是说必须具备调整DICOM标准曲线的能力,使其和DICOM标准相吻合,从而保证影像的显示质量。普通显示器只可以显示256灰阶,而医用显示器需要10 bit-1024灰阶,用于显示X光灰阶图象。显示器的亮度是会随着时间而衰减的,普通显示器由于没有稳定的亮度控制和校准,不但衰减较快,平时使用时,也由于受环境的影响,其亮度不能长时间的维持在一个对人体肉眼合适的水平上,而专业的医用灰阶显示器考虑到这一个问题,采取了稳定的亮度控制技术,对显示亮度所反馈的信息随时进行校准,使其始终保持在标准亮度之上,符合临床的阅片标准。

伪单色医用显示器基于高性能FPGA,实现VGADVI信号的编解码,实现显示器显示曲线的调整,采用光电传感器测量背光亮度,实现显示器亮度的稳定性。基于该实验设备,可以加强学生FPGA复杂程序编写的能力,加强对DVIVGA视频信号的理解,以及对于光电传感器的使用。

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