发布时间：2023-03-22 17:40:01
序言：写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁，我们为您精选了8篇的单片机理论论文样本，期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发，请尽情阅读。
传统的单片机原理与应用课程教学的课堂上，大多单纯依靠老师的讲解。老师为了把一些抽象的概念，难懂的知识点讲解清楚，往往需要花费大量时间。并且，即使花费了大量的时间，有时因为硬件设计、系统开发等内容，也不容易在简单的平面教学中清楚地讲解，不能使学生产生感性认识。运用多媒体课件与传统教学相结合，把传统教学中难讲难理解的知识做成多媒体课件，不仅可以节省大量教学中板书的时间，还可以提高教学的质量和效率。同时老师在课堂上使用的多媒体课件一定要经过精心的准备，内容要选择难讲难理解的典型事例，通过仿真把结果动态演示出来，即能加深学生对问题的理解，又能激发学生的学习兴趣，灵活应用现代教学手段，突出解决该课程中实践性强的知识点，与传统教学相结合，对重点和难点内容进行透彻、清楚的讲解，使表现形式更加形象化，更容易理解，从而提高学生的学习兴趣。除了课堂教学，还可利用网络资源来最大限度的丰富课堂外学习，建立大范围的教学资源平台—教学网站，尽量实现优质教学资源共享，避免不必要的人力物力的浪费。利用教学网站，给学生提供学习与应用单片机技术的网络平台，开成良好地互动，真正实现教与学的有效整合[2]。
2选择合适的多媒体课件以满足教学需求
把多媒体课件应用到单片机课程的教学过程中，使得单片机教学不再枯燥，不仅可以使学生提高对理论知识的认识，而且通过仿真实例可以使学生熟悉单片机系统的开发方法，进而培养学生的动手和实践的能力。但是多媒体课件良莠不齐，必须选择合适的多媒体课件否则事得其反。首先，电子课件的开发工具有很多种，每种工具软件有各自的特点，要合理选择。在单片机多媒体课件的开发过程中，笔者所在教学团队，结合了电子课件开发工具PowerPoint和单片机仿真软件PROTUES，使用PROTUES针对具体实例开发出仿真程序，同时把仿真结果动态的插入到PowerPoint制作的电子课件中，使得多媒体课件能够演示单片机工作的动态及结果，感性且直观，同时又增加了课件的趣味性。其次，要及时更新多媒体课件以适应单片机技术的发展速度。《单片机原理与应用》是一门内容多且杂、实践能力要求高、发展迅速的课程，为了适应数字系统的不断发展，多媒体课件中动态仿真实例要尽可能的选择新事例，一方面能增加知识量，使课程和发展形势紧密结合，另一方面也能调动学生的学习兴趣，从而提高教学效果。
3结束语
关键词：单片机；一体化；教学模式
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1671-0568(2012)08-0041-02
目前，计算机硬件技术向巨型化、微型化和单片化三个方向高速发展。自1975年第一块单片微型计算机芯片问世以来，在短短的三十多年间，单片机技术已发展成为计算机技术一个非常有前途的分支，它具有体积小、性能优越、价格低廉等优点。一方面，单片机芯片是自动控制系统的核心部件，广泛应用于工业控制、智能化仪器仪表、通信终端设备、家用电器、高档电子玩具等领域；另一方面，单片机也是电子技术数字化的核心部件之一，在数字化电子产品中承担着数字信号处理的重任。鉴于单片机技术在实践中的广泛应用，很多高职院校电类专业均开设了《单片机技术》课程，但是院校之间的教学模式及教学效果存在着一定的差别，为了找到此类课程的理想教学方法，有必要对单片机课程的教学模式进行研究。
一、传统的单片机教学模式
传统的高职院校《单片机技术》课程存在一些比较普遍的问题，主要体现在适合高职学生的优质单片机教材较少，很多教材偏重于理论，相应的教学计划针对性不强，传统教学方法因过多体现“讲授式”特点，缺乏对学生主动学习与实践创新能力的关注。传统的“单片机技术”课程教学模式往往是“理论课+实验课”。理论课在教室采用多媒体或“粉笔+黑板”的方式，以逐个知识点的讲授为主。实验课在实验室环境下练习，且实验内容多为验证性实验。这种教学模式的缺点是教学中以教师为中心，理论与实践相脱节，学生被动地接受知识，学习过后不易理解和掌握。因此，开展《单片机技术》课程教学方法改革，探索适应新形势要求的教学方法已是必然。
二、单片机一体化教学模式
《单片机技术》自身就是一项实践性非常强的技术，光靠理论讲授和后续的实验验证根本不可能使学生很好的掌握这项高新技术，为了改变现状使学生掌握这项受之有用的技术，唯有在教学过程中加大实践的力度，使得学生能够在做中学，学中做，通过自己动手做而获得成就感，通过自己动手做而找到学习的乐趣，进而自主的学习。基于此，本文对单片机一体化教学模式进行探究，采用“教学做一体化”的教学方式，以项目情景和工作过程为导向，突出学生的主体地位，在做的过程中由教师教和学生学来共同完成教学活动。
三、单片机一体化教学具体实施
整个课程教学过程的实施按照“理论引导普通项目实训典型项目实训综合(创新)项目实训竞赛”的系列步骤展开。
1 实施方案。每个教学过程均安排在实训室采用“理论讲解－分析设计－学生编程－仿真－实训－设疑－再编程－再仿真－再实训”的方式进行，边讲边动手，有目的、有计划地带领学生先完成普通项目实训，再完成典型项目实训，然后完成综合(创新)项目实训。例如，要完成“8个发光二极管轮流点亮”的任务，教师先讲解完成这个实例需要掌握的相关电路原理和指令规则，接着引导学生一起来分析思考如何实现任务功能，待学生发现指令和任务之间的联系之后，让学生动手写程序，并仿真看结果对不对。如果仿真正确。再尝试将程序代码下载到实验板看结果是否正确。接下来再适当改变任务要求，让学生动手完成新任务。通过这样的过程，调动学生的主观能动性，提高学生学习兴趣，真正将“学－思－知－行”统一起来。
2 实施方法。本课程实践教学环节的实施按照“普通项目实训典型项目实训综合(创新)项目实训竞赛”的步骤循序渐进地展开，其组织形式也有相应的区别。
(1)普通实训项目。普通实训项目采用集中进行，统一指导和个别辅导相结合的方式进行。实训后学生必须根据要求，写出项目实训报告。实训过程中，教师的作用是导向、纠偏、督促、检查。重在培养学生自主创新地完成：资料查找、方案构思、电路设计与制作、编程及调试等工作，注重讲练结合，教师一般先有统一的入门指导，讲解实训的原理、方法、步骤、注意事项，根据需要作必要的现场操作演示，然后巡回指导。通过普通项目的实训使学生掌握单片机开发工具、单片机仿真软件、应用软件的使用方法，获得基本实训技能。掌握单片机指令应用、程序设计基本方法和技巧，提高了动手能力。
(2)典型实训项目。教师下达典型实训项目任务，提供参考资料书目，学生自己查阅资料，确定设计方案。在教师对设计方案检查无误后开始进行硬件原理图的设计和软件程序编制，调试硬件电路、调试设计程序直至成功，整个过程由老师提供技术支持。学生根据任务书的时间内容要求完成设计任务。典型实训项目采用相对集中、任务分散，小组讨论，个别辅导相结合的方式进行。通过典型实训项目的实训使学生进一步理解单片机的组成及工作原理，掌握接口电路的工作原理，理解接口技术、中断、定时／计数器等功能部件的基本原理和设计应用方法，培养学生的单片机应用与开发能力以及团队协作的能力。
(3)综合(创新)项目实践。综合(创新)项目实践采用课题组形式，每组学生进行任务分工，共同完成一个相对完整的设计任务：审题、查阅资料、方案构思、绘制原理图、电路板设计与制作、编程及调试、论文撰写等工作。教师采用相对集中、任务分散，小组讨论，个别辅导相结合的方式进行。教师在实训全过程中起技术指导作用。要真正提高学生单片机实际应用能力，单靠课堂(理论、实验)教学是不够的。为了巩固、提高学生单片机理论教学的效果，单片机应用设计综合项目，旨在继续强化学生单片机应用能力的培养，要求学生完成一个比较全面的单片机综合应用项目，对学生进行全面综合的训练，有效地提高学生的创造性思维和独立分析、解决问题的能力。
(4)竞赛。竞赛主要采用学生自由创作的形式，教师只对作品进行评价，通过学生独立对整个作品的设计制作、设计报告的撰写及答辩，使学生真正达到能够独立面对实际问题，独立分析及解决问题。
通过以上实施步骤有效地解决了传统理论课加实验课的单片机教学中遇到的问题，增强了学生的参与感，提高了学生的学习兴趣和动手能力，使理论教学与实际应用相结合，实现了一体化教学，对教学产生了积极的影响，增强了学生的创新意识和实践能力，具有一定的理论价值和实际意义。
参考文献：
关键词： 《单片机应用技术》课程教学 课程改革 具体思路
1.引言
《单片机应用技术》是电气工程及自动化类专业的核心专业课程，也是一门硬件与软件相结合的实践应用性极强的综合性课程。这门课程涉及数字电路、微机原理、汇编语言程序设计等相关知识，逻辑严谨、内容抽象，不容易理解。教好《单片机应用技术》这门课程，是对教师在学识、能力、技巧诸方面的一种严峻考验。目前，我校电专业《单片机应用技术》课程教学普遍存在的问题是，大部分学生在掌握基本理论的基础上，只能看懂教师写的程序，自己动手编写程序普遍比较困难。因此，课程教学改革的目标是让学生能积极动手，将所学的知识运用到单片机产品的设计开发上，能独立设计制作一般的单片机控制电子产品，使这门课程成为学生所感兴趣的课程。笔者以“培养学生分析问题、解决问题的能力，提高实践动手能力”为目标，在《单片机应用技术》教学中从课程教学内容、教学方法、考核方法三个方面作了一些探讨。
2.教学内容的探讨
在单片机课程教学过程中，将单片机应用系统作为教学主线贯穿始终。在讲授第一堂课时，首先向学生展示并演示单片机应用系统在日常生活中的典型应用实例，如电子时钟系统、音乐电子琴系统等。通过演示学生建立了单片机应用系统的初步概念，直观地感受到了单片机应用系统的实际应用，从而明确了本课程学习的目标。
改革教学内容，最重要的是对教学内容进行精选，突出实践性环节。在教学中，教师应力求做到纵观全书，抓住关键，突出重点，解决难点；把主要时间花在讲解重要概念、基本原理和基本方法上，注重讲清难点，分析并引导学生掌握课程内容的内在关联性，而不是把一本书一堂课从头讲到尾。
《单片机应用技术》课程体系包括理论知识讲授、实验和课程设计三大部分，理论知识64课时，实验12课时，课程设计2周。在理论课教学中，按照“理论教学以应用为目的，以必需、够用为度”的原则，精选教学内容。单片机理论讲授涵盖的内容包括以下几个方面的内容：
（1）单片机概念、发展概况、以51为核心的MCS-51系列及其广泛应用。
（2）MCS-51单片机的逻辑结构，信号引脚，以及内部存储器；单片机的I/O口的功能，以及时钟电路与时序、复位方式和复位电路。
（3）单片机的寻址方式、指令系统和伪指令。
（4）程序设计的基本方法，要求学生能独立编写一些简单的程序。
（5）中断的基本概念、中断源、中断控制、中断响应过程；定时/计数器的功能、控制寄存器及工作方式的应用。
（6）串行通信的基础知识；MCS-51单片机串行口的UART结构及串行通信控制、MCS-51单片机串行口通信工作方式及其应用。
（7）I/O口的直接使用，I/O编址技术和I/O控制方式、简单I/O扩展及用8155可编程接口芯片实现I/O扩展。
（8）键盘的接口设计和程序设计、LED显示器的接口设计和程序设计。
（9）存储器扩展机构及其实现、程序存储器和数据存储器的扩展及其地址映像范围。
（10）单片机与A/D、D/A转换器的接口及其应用。
在设计实验教学时，针对教学要点设计实验内容，引导学生用不同的方法实现同一个任务，让枯燥的理论知识融会贯通到实践中去。具体实验安排为：单片机实验箱、仿真系统的认识；广告灯实验；定时/计数器实验；中断系统实验；数码管显示实验；串并口实验六个实验。
两周的课程设计是学生进行单片机应用能力的综合训练，是建立在学生已学完理论课程及实验教学和相关课程之后所进行的综合实训。可给出若干题目，学生按照长处、性格，采取自愿的原则，组织若干个小组。在实施过程中，要求严格按照软件工程的要求，完成实物的制作。要求给出具体的阶段计划、人员分工、设计说明书、原理图、PCB图、程序、测试计划、测试方案、测试结果等。学生通过设计初步了解项目立项、方案论证、电子元器件的选型和焊接、硬件设计、软件设计、系统调试等全过程，充分发掘学生的潜能和创新意识。另外，组织学生到实习基地实习，通过多种形式的实践环节，着重培养学生对于单片机系统的综合分析能力和实际应用能力。
3.教学方法的探讨
在教学方法上，教师不仅要向学生传授知识，更要教会学生学习的方法，培养学生的知识处理及知识转换能力和分析问题、解决问题能力及创新能力。
（1）在讲解一个新的理论时，强调以实际应用引入理论体系。以一个具体的项目实例为主线，理论教学和实践教学均围绕如何实现这个项目进行。
比如在讲MCS－5l单片机汇编语言程序设计时，通过具体的课题提出问题，比如“广告灯如何控制？”“十字路通灯如何控制？”在讲定时计数器时，给学生提出“电子钟如何实现”的课题。每一章节围绕“提出问题，思考问题，解决问题”的思路，使学生达到理解和灵活应用知识的目的，引导学生在不同的设计方案中寻求设计程序的最佳方案，激发学生的学习兴趣和成就感。学生在学习单片机知识的同时学会解决实际工程应用问题的思路和手段，通过采用“教”“学”“做”合一的方法，笔者不仅向学生传授了知识，而且教会了学生学习的方法，锻炼了学生动手能力。
（2）在教学手段上，多媒体教学和板书教学相结合，教学内容中涉及逻辑图、原理图、结构图等图、表之类的知识时，采用多媒体教学更加直观，比如单片机内部逻辑结构、中断控制系统等内容采用多媒体教学。另外，用MCS-51仿真软件直接在课堂上对程序进行运行调试、与理论配套的相关器件的演示等。基本的重要的概念反复强调，贯穿整个教学活动。
（3）硬件和软件结合紧密是《单片机应用技术》课程的特点之一。在教学上笔者采取了一些教学方法，比如直观教学法。在介绍“什么是单片机”时，将单片机芯片实物展示给学生，使学生了解到在这样一个小小的集成电路芯片中集成了微型计算机的主要部件，用这种方法给学生建立起单片机的感性认识。在硬件知识的讲解上，力求教学内容的条理性。比如，在讲授“单片机中断系统”时，画出中断过程结构图，将中断系统所有的知识点全部标识在结构图中，按照“中断源―中断控制寄存器―中断响应―中断处理―中断返回”的思路讲解中断系统，使学生有一个明确的学习思路。
在讲解“程序设计”这一章时笔者作了这样的处理：在顺序、分支、循环三种结构的程序中各举一个例子，重点放在讲述解题思路上面，而将其它各种类型的程序设计的内容放在习题课中进行讲解。这样使得学生能够及时将所学的理论应用于实践，使前面提到的教学规划得以实施。
（4）在组织课堂教学时，注意调动学生的主观能动性，启发学生，多用提问的方式，让学生自己动脑筋解决问题。在每一章节中为几个知识点设计提问和讨论，使学生不是完全被动地听课，而是边学边想、边学边问。另外，交互式教学方法在实践中也是切实可行的。以学生为中心，进行分组教学，这样既可以提高学生的自主性学好知识，又可以因材施教，更可以提高学生的团结与协作能力，而这种能力在产品开发过程中更是不可缺少的。
4.考核方法的探讨
目前的考试形式尚存在诸多问题：
（1）考试内容不合理。考试内容局限于教材，每到期末复习时给学生划范围、定重点，这样助长了一部分学生的惰性，有些学生会认为平时可以不来听课，只要最后一节复习课来了划好范围就能过关，造成了学生实际掌握知识的程度和卷面成绩不相一致的后果，严重降低了教学质量和教学意义。
（2）考试方式单一。考试闭卷多，开卷少；笔试多，口试、答辩方式少，理论考试多，技能、操作、实践能力考查少；一次考试定结论多，数次考试综合评价少。
（3）考试题型不合理。客观性试题比例大，而综合性题少，这很不利于学生思维、分析、综合能力的培养和创新精神的形成。
针对以上几点问题，笔者对《单片机应用技术》课程的考核方法的改革提出以下几点思考：
（1）丰富考试方法。根据《单片机原理及应用》课程的特点，我们可以采用笔试、口试、做设计、写论文、进行实际操作，以及开卷、闭卷等多种方式。考试如果能够强调能力，必然会引导教学走上“打好基础、培养能力、发展智力”的正确轨道。
（2）改革考试成绩评定分布。考前不划重点，严肃考场纪律。坚持集体阅卷，阅卷后对试卷进行分析。平时成绩占40%，包括出勤、作业、课堂回答问题的能力；实验占30%，包括实验报告成绩及实验考试成绩。这些在课程开始即告之学生。由于平时成绩占比例较高，学生从一开始就会注意避免重理论、轻实际，重考试、轻能力的倾向。另外，教学结束后，教师根据学生的专业，以及学习情况让学生按要求完成一个综合设计实验，作为学生本门课程总成绩的加分项。
（3）合理分配考试题型。针对大纲的要求，教师应合理分配客观题目和主观题目的比例，注重考核学生熟悉运用知识的能力。
（4）建立考试结果分析制度，不断总结教学经验。当发现问题时，教师应及时纠正，拓宽、疏通教学质量的有效反馈渠道，建立健全沟通机制。
5.结语
《单片机应用技术》是高职电专业学生一门重要的技术课程，学好该课程不但要掌握硬件知识，还要掌握软件知识，是学生感到最难学的一门技术课之一。笔者本着激发学生的学习兴趣，扩大学生的知识面，培养学生的创新精神的原则，提出了《单片机应用技术》课程改革的具体思路，所探讨的教学的内容、方式和考核方法已经部分在实际教学过程中得到贯彻，有了一些初步的成果。《单片机应用技术》发展极快，要讲好该门课程，教师要具有相当的实践经验和科研能力，并且要不断地学习充实自己。教学是一门艺术，教学过程是一项复杂的系统工程，要建立一个完善的、更加合理的单片机课程教学体系，我们还需要不断地进行探索和实践。
参考文献：
［1］谢敏.单片机应用技术［M］.北京：机械工业出版社，2008.
关键词； 倾角；传感器；太阳能；跟踪系统；应用；
中图分类号： TP212.9 文献标识码： A 文章编号：
引言
随着经济的高速发展，对于能源的需求和由之带来的高污染问题日趋突出。太阳能作为一种新型、清洁能源，发展前景相当广阔，目前已成为各国竞相研究和开发的热点，而如何高效地获得太阳能资源是当前一个重要的课题。传统的太阳能接收板大部分采用固定安装形式，而太阳的方位角度和高度是随时间变化的，所以这种固定安装的电池接收板的转换效率较低。经理论分析，光伏发电系统是否采用对太阳的自动跟踪方式，能量的接收效率相差达40%～50%之多，而采用双轴跟踪可增加发电量35%～40%，因此，开展对太阳光线自动跟踪方面的研究，对于光伏发电系统的发展有着积极的实际意义。
一、倾角传感器原理
倾角传感器经常用于系统的水平测量，从工作原理上可分为“固体摆”式、“液体摆”式、“气体摆”三种倾角传感器，下面就它们的工作原理进行介绍。
1、“固体摆”式惯性器件固体摆在设计中广泛采用力平衡式伺服系统，由摆锤、摆线、支架组成， 摆锤受重力G 和摆拉力T 的作用，其合外力F 为：
F＝G sinq = mg sinq （1）
其中，θ为摆线与垂直方向的夹角。在小角度范围内测量时，可以认为F 与θ成线性关系。如应变式倾角传感器就是基于此原理。
图 1 液体摆原理示意图
2、“液体摆”式惯性器件液体摆的结构原理是在玻璃壳体内装有导电液，并有三根铂电极和外部相连接，三根电极相互平行且间距相等，如图1所示。当壳体水平时，电极插入导电液的深度相同。如果在两根电极之间加上幅值相等的交流电压时，电极之间会形成离子电流，两根电极之间的液体相当于两个电阻RI 和RIII。若液体摆水平时，则RI＝RIII。当玻璃壳体倾斜时，电极间的导电液不相等，三根电极浸入液体的深度也发生变化，但中间电极浸入深度基本保持不变。如图2 所示，左边电极浸入深度小，则导电液减少，导电的离子数减少，电阻RI增大，相对极则导电液增加，导电的离子数增加，而使电阻RIII减少，即 RI＞RIII。反之，若倾斜方向相反，则RI＜RIII。在液体摆的应用中也有根据液置变化引起应变片的变化，从而引起输出电信号变化感知倾角的变化。在实用中除此类型外，还有在电解质溶液中留下一气泡，当装置倾斜时气泡会运动使电容发生变化而感应出倾角的“液体摆”。
图 2 倾角为α时液体摆原理简图
3 “气体摆”式惯性器件气体在受热时受到浮升力的作用，如同固体摆和液体摆也具有的敏感质量一样，热气流总是力图保持在铅垂方向上，因此也具有摆的特性。“气体摆”式惯性元件由密闭腔体、气体和热线组成。当腔体所在平面相对水平面倾斜或腔体受到加速度的作用时，热线的阻值发生变化，并且热线阻值的变化是角度q或加速度的函数，因而也具有摆的效应。其中热线阻值的变化是气体与热线之间的能量交换引起的。“气体摆”式惯性器件的敏感机理基于密闭腔体中的能量传递，在密闭腔体中有气体和热线，热线是唯一的热源。当装置通电时，对气体加热。在热线能量交换中对流是主要形式。
二、太阳能跟踪控制系统方案
本文研究的太阳能跟踪系统由监控中心、太阳能跟踪控制两大部分组成。监控中心主要完成太阳能板的状态监测与控制，而太阳能跟踪控制则是本系统的核心部分，由水平方向与俯仰方向(即倾角)上的两个电机驱动，完成电池板的自动跟踪功能，其机械示意图如图3所示。
图3 双轴支架机械结构图
实际系统控制中，根据GPS输出的时间信息、经纬度信息，可以得到太阳的实时方位角和高度角，通过控制电机来调整双轴支架，完成对太阳的跟踪。系统采用步进式视日跟踪，即双轴支架的运转并非连续性的，而是给定一个阈值，如果当前太阳角度与太阳能电池板角度的差值超过设定的阈值时，再启动两个电机完成角度的调整，这样既降低了支架转动而消耗的能量，又提高了太阳能转换效率。
三、倾角检测模块设计
3.1 硬件电路设计
倾角传感器模块安装在太阳能电池板的下表面，完成支架倾角的采集。工作状态下，SCA60C的模拟电压输出信号输入到单片机的A/D采集端口，转换后的数字量信号通过串口与主控箱中的单片机通信，完成角度反馈，其硬件电路设计如图4所示。
图4 倾角检测模块系统结构图
3.2 软件设计
单片机的8路A/D口需要通过对ADC_CONTR 寄存器中CHS0\CHS1\CHS2三位的设置来选择使用的模拟输入通道，并且必须将其设置为开漏模式或高阻模式，即需要对P1M0(0～7)，P1M1(0～7)中相应位进行设置，如本例中选择P1.2为SCA60C的电压信号采集端，为开漏模式，则设置为：
ADC_CONTR |= 0x02；// 选择P1.2为A/D的转换端口
P1M0 |= 0x40； // 设置转换端口为开漏模式
P1M1 |= 0x40；
第一次启动A/D转换时，需给适当延时以确保内部模拟电源的稳定；转换结束后，结束标志位需要由软件清零。该倾角模块软件流程图如图5所示。
图5软件设计流程图
四、倾角传感器数据采集与滤波处理
本文中，每隔300 ms采集一次倾角传感器输出电压，电池板从0°匀速转到90°后得到的数据如图6所示。图中x轴表示电池板转动90°所用的时间，y轴为对应时间下传感器输出的电压值。
图6中所示的传感器输出电压信号显然不能作为电池板的角度信号反馈给MCU，否则可能会导致俯仰方向上驱动电机的误动作，产生意想不到的后果，因此需要进行滤波，去除毛刺信号。
图6 倾角传感器输出的原始信号
设倾角传感器输出电压值为xi，则每N组数据进行平均后，得到平滑后的输出值为：
yi=1N(x1+x2+…+xN)=1N∑Ni=1xi
如果N取值很大，输出信号的平滑度则很高，但是会降低灵敏度，且还受到本文中所选择单片机RAM的大小的限制；N取值很小则又达不到滤波效果。实验验证，本应用中N取20可得到很好的滤波效果。
由图6可以看出，输出信号脉冲干扰信号很多，所以必须要做限幅处理。限幅滤波设置一个阈值，如果前后两次输出值的差值小于等于这个阈值时，本次值有效；相反则舍弃本次值，同时用上次值代替本次值。本文依据太阳初升及落山时刻，电池板初始对准及回收动作下的电压变化最大幅值设置阈值。可算得其最大转动速度为0.75°/s，则对应的输出电压最大差值应该为25 mV。
本方法有效地结合了限幅滤波和算术平均滤波各自的优点，先利用限幅滤波算法去除了超出阈值的无效脉冲数据，再使用算术平均滤波平滑输出信号，输出信号效果图如图7所示。
图7联合滤波后的数据图
可以看出，其平滑度有了很大的改善，满足了控制系统的要求，表明了此联合滤波算法的应用是有效的。
结束语
研究倾角传感器在太阳能跟踪发电系统中的应用，可以设计模块的硬件电路，根据本应用环境的因素，利用两种滤波方法的优点对输出信号进行处理，达到理想的输出效果，精确地反馈太阳能电池板俯仰角度，使得对太阳的跟踪实时有效，提高太阳能电池板的接收效率。
参考文献
[1]张维胜，自动调平系统设计[D].研究生论文，2010.
[2]吴道悌，非电量测量[M].西安交通大学出版社，2011.
一、引言
信息安全学科是在信息技术及其应用的快速发展中逐渐形成的，它针对信息生成、存储、传输、处理和交互的各个环节，用数学方法刻画和描述其变换的过程和状态，建立安全控制与管理模型，进而保障信息及信息系统的高安全性、高可信性和高可用性。在当前信息化和经济全球化的时代背景下，做好民族高校信息安全领域的教学研究工作，为国家储备适应全球形势变化的复合型信息安全人才越发重要。
中南民族大学在信息安全人才培养方面做了很多工作。其计算机科学学院、数学与统计学学院在本科阶段开设了信息安全方面的课程，计算机科学学院的信息安全专业硕士点于2012年开始招生。其中计算机科学学院从2006年开设《信息安全》双语课程。信息安全教学研究方面还有长足的发展提升空间。
针对信息安全课程的特点，结合我们双语教学的经验和体会，就《信息安全》双语课程教学提出几点新的和若干建议，其中关于教材的论述等课程相关情况见孟博老师的论文[1]。
二、信息安全课程特点
《信息安全》难教，学生难懂，实验难做。我们组成员以信息安全专业领域为教学内容，进行教学模式与教学方法的研究与实践。
《信息安全》课程特点[1-3]：
1.信息安全学科基础涉及面广。信息安全是一门新兴的学科，也是一门综合性很强的交叉学科，涉及密码学、通信、数学、计算机等诸多学科。
2.信息安全专业基础课程要求多。要想较好地掌握这门课程，需要学习数学基础课程、电路基础课程、密码学基础课程、计算机理论基础课程、网络通信基础课程等。
3.信息安全专业前沿性强，知识更新快。信息安全专业是围绕攻防、对抗策略和技术展开研究的，随着科学技术的发展，该研究领域的知识创新多且快。
我们在信息安全课程传授的过程中面临的困难如下所示：
(1)民族院校的学生专业素质和英语素质高低不齐;
(2)信息安全相关的资源分散;
(3)英语语言的教学与专业教育的脱节;
(4)理论知识和实践知识结合不紧密。
根据信息安全课程的特点，只有保持信息安全传授内容理论与实践知识的先进性，及时了解该学科最新研究发展动态和前沿，才能培养出具有实践和创新能力的高层次高素质人才。结合我们面临的困难，考虑到两个因素：(1)信息安全相关的前沿知识的语言载体是主要英语;(2)在课堂上尝试将理论知识和实践知识有机的结合起来，我们研究并实践将虚拟仿真实验和CLIL双语教学应用到信息安全课程传授中的模式。
三、虚拟仿真实验的概念及模式
虚拟仿真实验教学是学科专业与信息技术深度融合的产物，运用虚拟现实技术模拟实物实验的计算机辅助教学软件。目前的国内外模拟仿真软件总结如下。
PSPICE[4]是由SPICE(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)发展而来的用于微机系列的通用电子电路功能的仿真，是一个多功能的电路模拟试验平台;Tina Pro[5]是欧洲DesignSoft公司研发的一个电子设计自动化软件，它用于模拟与数字电路的仿真分析和设计研究，分析结果可以很好地展现在图表或虚拟设备中;CircuitMaker[6]软件用于电子电路仿真实验，是一种用于电路描述与仿真的语言与仿真器软件，用于检测电路的连接和功能的完整性;Proteus[7]软件是英国Labcenter electronics公司的EDA软件，提供仿真单片机及外围器件的工具，该软件将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台;Boson NetSim[8]模拟Cisco路由器、交换机，可自定义网络拓扑结构及连接。
根据《教育信息化十年发展规划(2011-2020年)》，教育部于2013年开始启动了开展了国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作。北京邮电大学建设了国家级北邮电子信息虚拟仿真实验教学中心，开发了“开放式虚拟仿真实验教学管理平台”[9，10]。我们尝试将该平台作为信息安全课堂的辅助教学，其中一个教学内容使用虚拟仿真平台进行的网络构建，如图1所示。
四、CLIL双语教学的概念及模式
双语教学是在教学过程中使用除母语以外的一种外语，通过两种语言作为教学媒介，并在教学过程中提高学生的专业能力和外语水平。关于双语教学的模式，有多种不同的分类，如美国的“过渡式”、加拿大等“法语浸入式”等模式。20世纪20年代，CLIL(Content and Language IntegratedLeaning)[11-13]广泛应用于欧洲的双语教学领域。CLIL中文译为内容和语言的融合学习，是指将一门或多门外语作为非语言学科的教学语言，在此过程中，语言和学科将共同发挥作用。以学科内容为核心，使用真实的语言及语言材料，在课堂教学中注重学生的语言、认知和情感等因素。CLIL是欧盟在“培养多语言能力公民、促进语言教学的发展和多样化”的决议框架下推动欧盟各国开展的一种双语教学模式。这种模式相对于源于北美被全球普遍采纳的浸入式双语教学，为双语教学的理论研究和实践教学都做出了具有革新意义的贡献。
选择英语作为学习信息安全学科知识的语言媒介，是因为英语是当今国际各种领域的交流合作中使用频率最高的语言种类。为了使学生适应国际化教育、产业的发展趋势，有效获得更多、更新的学科知识和科技信息，并能够把我们的科技成果推向世界，高等教育承担起培养具有国际视野、具备国际竞争能力的创新型、复合型高级专门人才的责任，而双语教学可以说是承担责任的前提或必要条件。特别是CLIL双语教学模式对于中国的双语教学更具有实际的借鉴意义。CLIL双语教学模式可分为三个方面的内容，如图2所示。
1.内容相关的学习(Content-related learning)。在课堂上使用的全英语教学材料，该材料是否合适教学，主要看以下几个方面：通过本教学材料的学习，学生可否掌握两个以上的知识点;量化掌握知识的目标;通过什么策略让学生来掌握这些知识点，比如在学生已有知识的层面上通过视觉、或头脑风暴活动、以更友好的方式展示知识点、通过不同的学习方式如游戏或者视频支持、安排有挑战性的任务给学生来完成;
2.语言相关的学习(Language-related learning)。解释可能影响学生理解文章的单词;量化和语言相关的学习掌握指标;写出让学习者完成目标需要用到的策略，如尽量将英文材料通俗易懂、将关键词标下划线、英文材料提供词汇表等;
3.学习技能相关的学习(Learning skills-related learning)。标出技能相关的目标;量化这些目标;设计好的策略帮助学习者完成这些目标，比如重新组织知识点、通过图表等分析知识点等。
CLIL双语教学模式认为人的认知过程可分为5个渐进过程，即记忆、理解、运用、分析、评价、创造(Remember，Understand，Apply，Analyse，Evaluate，Create)。其中记忆、理解、运用是低层次的思维能力因为他们更具体，而分析、评价、创造是高层次的思维能力因为他们更抽象。
五、课程设置教学实践方案
通过对现有理论和实践经验的研究和探索，采用虚拟仿真实验和CLIL双语教学方法应用到信息安全的课程教学实践中。课程设置方案氛围准备阶段、CLIL教学阶段、虚拟仿真实验阶段，各阶段描述如下：
1.准备阶段：配发讲义，其内容主要与《Cryptography and Network Security Principles and Practice，Fifth Edition》(密码编码学与网络安全-原理与实践)课程内容接近，补充专业词汇和常见表达方式。该阶段按照教学进度安排学生自学并熟悉专业词汇，同时利用CLIL教学中针对词汇测试的有趣方法对学生进行词汇量的教学和测试。
2.CLIL教学阶段。教学过程中给出不同的和密码算法相关的英文版本供学生阅读、参考和讨论。在此基础上，针对不同的密码算法设计有特色的相关的简单的任务，教师讲解，学生组成团队合作，在给定的时间内呈现设计方案并且陈述其方案，交流的过程主要使用英语完成。
3.虚拟仿真实验阶段。在教学过程中，在算法很抽象或者熟悉相关密码算法后，老师通过虚拟仿真实验平台展示该算法的原理或实际应用，将抽象内容形象化和具体化。安排学生组成团队利用虚拟仿真实验平台设计网络安全实验，进一步巩固、实践其所学习的密码理论知识。
六、信息安全双语课程教学的心得与体会
将虚拟仿真实验和基于CLIL的双语教学引入到信息安全的课堂教学中，使得教学模式和方法多样化、智能化、规范化、国际化，旨在提高学生专业英语听说写能力;加强创新精神和实践能力的培养;更生动形象传达不易理解的知识。具体意义如图3描述，总结如下：
1.引入CLIL双语教学理论，将语言和学科融合进教学。学习探讨国际上主流的被大家认可的双语教学理论如CLIL，在此基础上探索适合民族院校学生特点的教学方式方法，在《信息安全》专业课程的讲授过程中将英语的语言能力培养与信息安全的专业内容融合起来一起学习，在此过程中，语言和学科将共同发挥作用。旨在提高学生的专业英语能力、扩大学生的知识面，为国家培养高素质复合型专业人才队伍。
2.搭建虚拟仿真实验平台，将理论和实践融合进教学。在课堂教学过程将动画模拟、虚拟仿真、远程实验和实物实验优化组合，探索各类案例的优势互补，旨在调动学生学习积极性、启迪思维、激发潜能。通过虚拟仿真实验平台，整合信息安全的相关资源，提供智能化的教学服务同时，培养学生的创新能力和动手能力。
本论文的探索方法将是鼓励课前预习、课程参与、课后实践。讲授方式的选择将会优化组合教学模式，激发学生学习热情，提高学习的主动性，提高学生的上课注意力。通过CLIL模式中各类学习技巧，逐步提高学生的英语能力和专业素质。
七、总结
本论文探索将CLIL双语教学模式和虚拟仿真实验应用到信息安全的课程教学过程中。学习探讨适合信息安全课程特点和民族院校教学特点的双语教学理论如CLIL双语教学模式，在《信息安全》专业课程的讲授过程中将英语的语言能力培养与信息安全的专业内容融合起来一起学习，语言和学科将共同发挥作用;同时运用虚拟仿真实验等辅助手段，将信息安全的理论知识和实践知识结合起来，提高学生对信息安全专业的认知程度。我们所做的努力最终的目标是让学生从记忆、理解、运用知识到能分析、评价、创造知识的转变，为社会培养大量既有丰富的专业知识又精通英语的高素质复合型人才。
关键词：自动检测设备 绝缘检测 损耗补偿
中图分类号：G267 文献标识码：A 文章编号：
前言自动测试设备(ATE)中包含了非常复杂的集成电路,专门用于驱动设备的每个引脚。而各个测试设备供应商为了降低成本,采用了质量较差的电缆来连接各个引脚,从而产生了一定的电缆损耗。为了补偿这种损耗,文章采用小尺寸引脚电子器件(PE)来驱动电缆,通过适当的电子电路来补偿电缆损耗,使ATE系统性能接近PE所能提供的性能指标,达到无需考虑电缆损耗问题的目的。
目前有许多测试公司设计、制造并销售引脚数众多的自动测试设备(ATE)。这些测试设备具有非常复杂的集成电路，用于驱动设备的每个引脚。一台测试设备的引脚数可能多达4096个。每个引脚通常都有一个相应的驱动器、比较器、负载，有时甚至需要参数测试单元(PMU)。这些电路通过电缆连接到测试引脚。为了降低成本，供应商可能会选用质量比较差的电缆。而任何电缆，尤其是质量较差的电缆，都会产生损耗，从而降低了测试设备的最终性能。
电缆损耗
ATE中的电缆损耗类型
在ATE中，每个引脚通常连接一个相应的驱动器，比较器，负载，有时需要参数测试单元，而这些电路通过电缆连接到测试引脚。而质量较差的电缆产生的电缆损耗和介电损耗。其中趋肤效应损耗是指高频信号沿着导体内测表面传输而产生的损耗。试验表明，趋肤效应损耗导致导线每单位长度上的电阻和电感随频率的平方根面成比例增长。除了趋肤效应损耗外，由于电子介质绝缘体会影响电缆电容，电介质绝缘体同样会产生与频率相关的电缆损耗，即介电损耗。
在自动测试设备中，趋肤效应损耗对于低频损耗起主导作用，介电损耗对于高频损耗起主导作用，具体损耗大小取决于电缆的质量和规格。
对于运行在200MBPS范围的测试设备，电缆的损耗不大；而在500MBPS时，就需要对整个信号路径，电路，电缆以及引脚的性能进行仔细分析，以保证每个引脚得到正确的指标。其中，影响测试设备的主要参数指标包括，波形的直流电精度，上升和下降时间，最大的触发率，最小的脉宽，边沿的传输延时精度和匹配和传输偏差。
由于不同电缆的价格差异较大，高速测试设备大多选用损耗较大的劣质电缆。当速率接近或超过1GBPS，必须充分考虑电缆损耗。
电缆损耗补偿
损耗是由电缆结构或相关连接部分中的阻抗变化所引起的信号衰减。这些变化导致信号反射 ( 返回 ) 到源端。在低频段回波损耗影响相对较小�在 50 MHz 以上频段�回波损耗会造成显著的影响。
电缆上信号反射涉及到两种类型的测量。一种是回波损耗 RL �另一种是结构回波损耗 SRL �类似于回波损耗 RL �但测量方式不同。在 SRL测量情况下�测试仪器匹配于平均电缆阻抗来测量所反射的信号。使用 RL测量时�测试仪器设定为额定电缆阻抗 ( 例如 75 欧姆 ) 来测量所反射的信号。回波损耗 RL 是一种更为准确的测量反射的方法。在实际应用中�人们不能调节设备的输入或输出阻抗。结构化回波损耗 SRL 测量忽视了电缆输入阻抗的不匹配�并非实际的测量。回波损耗 RL 是更为适合的�不管电缆或设备的实际阻抗而设定为指定的阻抗值 ( 此处为 75 欧姆 )来测量信号反射情况。
中心导体
如果中心导体尺寸有误差�或尺寸随机变化�将影响阻抗和回波损耗。如果在中心导体以外的位置存在上述情况也将产生同样的影响。由轮子不圆所导致的尺寸变化将如前所述周期性地变化。
绝缘
当挤压中心导体周围的绝缘层时�很多因素都影响到阻抗和回波损耗�诸如对指定阻抗来说不合适的空间和速率变化。
可以发泡出具有理想电介质值的发泡材料�但是如果该材料太软�弯曲电缆都有可能导致中心导体穿透发泡材料。电缆将不具有理想的阻抗而且将产生回波损耗。
屏蔽
电缆的屏蔽层专为高频而设计�通常使用箔 - 编织组合屏蔽。编织屏蔽从 100kHz 到 10MHz 都有效。箔层屏蔽对于 10MHz 到 GHz 范围有效。然而�如果编织覆盖不足�则可能牵制不住箔。这种效果称为气球效应 并将影响阻抗和回波损耗。编织覆盖维持至少在 90% �才会将气球效应最小化。此外�电缆厂使用多台编织机�其包括多个轮子和齿轮�因此是周期性间断和随机“毛刺”变化的明显的来源。
护套
护套外面印有电缆标识�它沿着电缆标记信息。印刷轮沿电缆一边施加压力�潜在地使内部尺寸变形。在高保真音视频的高端电缆应用中尤为重要�打印标识的质量是关键因素。
可以使用喷墨打印来标记电缆�将小墨滴喷射到电缆上。该过程非常迅速�而且印刷设备甚至不接触电缆�喷墨还允许使用相邻数或更改标识信息�但电缆必须通过滚筒和轮子以便准确地测量。相邻数通常是准确的长度测量�诸如每英尺或每米标记。因此�标记的准确性直接与轮子上的压力有关�通过它可以进行测量。
采用高质量，昂贵的电缆可以避免产生电缆高损耗，并且这种电缆对系统性能的负面影响小，但是，高昂的成本严重制约了这类电缆的使用，只有一些特殊的高端系统才可能使用这种高质量电缆。另外，电缆线径也会制约系统中能够使用的电缆数量，即使高质量电缆也会产生显著的损耗。
采取特定的电子电路设计方法，不仅用于区别电缆，而且能够均衡电缆消耗。这种续时较短的峰值电平，补偿过充值电压。输入电压控制持续时间较长的峰值，补偿过充电压。较短或较长持续时间的过冲信号都限制在10%过冲范围内。
同尺寸，不同种类的补偿性能。电平转换率的降低和延长的上升时间是导致电缆损耗的关键，从没有补偿的通道更容易看到这一现象。所产生的损耗取决于使用电缆的长度和质量，实际应用中，电缆本身造成的损耗就有可能超过50%。
采用小尺寸的电子引脚器件驱动电缆，从而允许使用线径较细的成本较低的高损耗电缆。器件还可以补偿PCB引线，继电器和；连接器造成的损耗。另外，该方案使系统性能接近PE所提供的性能指标，无需考虑电缆损耗问题。
补偿方案
电缆损耗导致波形边沿变得平滑，而真是这些平滑的信号边沿降低了系统的有效带宽。为了优化系统性能，必须恢复有效的系统带宽。为了修正信号的磨损，恢复带宽，必须找到一种方法将波形边沿恢复到直接来自驱动器的陡峭，无噪声方波。这种修正必须利用驱动电器的PE实现，其中驱动器和比较器通路均需修正。从电缆到被测试件整个驱动连路的波形的修正情况，一个附加电路模块波形整形，通过增加可控制的过冲幅度，有效地修复信号的边沿。边沿修复不是通过简单的过冲电路实现，简单的过冲电路会对边沿产生负面影响，造成幅度波动，过冲量取决于具体加入的过冲。这些不良影响会造成时序，信号偏移等误差，且这些误差随频率，幅度的变化而变化。电缆损耗补偿电路在信号中加入两个一阶时间常数衰减的峰值信号。严格的PE电缆补偿设计能够保持真实的信号边沿，甚至可以减小幅度波动，从而维持正确的瞬变电平，使系统在任何频率和幅度下获得最佳的性能。没有电缆补偿电路，系统将无法达到与PE同等的性能指标，同样，在PE中设计电缆补偿，可以获得几乎100%性能指标，非常接近PE所能支持的最高速率。
结束语：
电子驱动器内设计电缆补偿电路，使系统能够使用低成本，高损耗电缆，同时保证整体性能。在驱动器中加入此补偿器功能会增加每一个引脚的成本，然而，性能的提高和低成本电缆的使用，无疑可以弥补引脚成本的挺高，最终降低整体成本。
