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拔河游戲機(jī);74LS193;CC4514;CC4518
1.設(shè)計(jì)任務(wù)與要求
設(shè)計(jì)思路。給定實(shí)驗(yàn)設(shè)備和主要元器件按照電路設(shè)計(jì)的各部分組成一個(gè)完整的拔河游戲機(jī)。
拔河游戲機(jī)共有15個(gè)發(fā)光二級(jí)管,開(kāi)機(jī)后只有中間一個(gè)發(fā)亮,以此作為拔河的中心線,游戲雙方各持一個(gè)按鍵,迅速地,不斷地按動(dòng)以產(chǎn)生脈沖,誰(shuí)按的快,亮點(diǎn)向誰(shuí)方向移動(dòng),每按一次,亮點(diǎn)移動(dòng)一次,移到任一方終端二極管發(fā)亮,這一方就得勝,此時(shí)雙方按鍵均無(wú)作用,輸出保持,只有經(jīng)復(fù)位后才使亮點(diǎn)恢復(fù)到中心線。用七段數(shù)碼管顯示勝者取勝的盤數(shù)。
任務(wù)與要求:設(shè)計(jì)一個(gè)模擬拔河游戲比賽的邏輯電路。電路使用15個(gè)發(fā)光二極管,開(kāi)機(jī)后只有在拔河繩子中間的發(fā)光二極管亮。比賽雙方各持一個(gè)按鈕,快速不斷地按動(dòng)按鈕,產(chǎn)生脈沖,誰(shuí)按得快,發(fā)光的二極管就向誰(shuí)的方向移動(dòng),每按一次,發(fā)光二極管移動(dòng)一位。亮的發(fā)光二極管移到任一方的終點(diǎn)時(shí),該方就獲勝,此后雙方的按鈕都應(yīng)無(wú)作用,狀態(tài)保持,只有當(dāng)栽判按動(dòng)復(fù)位后,在拔河繩子中間的發(fā)光二極管重新亮。用七段數(shù)碼管顯示雙方的獲勝盤數(shù)。
2.總體設(shè)計(jì)方案
設(shè)計(jì)思路。該設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是控制“電子繩”發(fā)亮的LED管由中點(diǎn)向速度快的一方移動(dòng),而阻止向另一方移動(dòng)。用可預(yù)制的加/減計(jì)數(shù)器作主要器件,用計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)通過(guò)譯碼器控制LED發(fā)亮。當(dāng)向計(jì)數(shù)器輸入“加脈沖”時(shí),使其作加運(yùn)算而發(fā)亮的LED向增大的一方移動(dòng),相反,當(dāng)輸入“減脈沖”時(shí),發(fā)亮的LED向相反的方向移動(dòng)。
當(dāng)一局比賽結(jié)束,即發(fā)亮的LED移動(dòng)某一方的終點(diǎn)時(shí),由點(diǎn)亮該終點(diǎn)燈的信號(hào)使電路封鎖加/減脈沖信號(hào)的作用,既實(shí)現(xiàn)電路的自鎖,使加/減脈沖無(wú)效。同時(shí),使電路自動(dòng)加分。
控制電路部分應(yīng)能夠控制由振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)入計(jì)數(shù)器的加/減脈沖輸入端,其進(jìn)入方向由參賽雙方輸入的按鍵信號(hào)決定。
電路設(shè)計(jì)原理。拔河游戲機(jī)用15個(gè)電平指示燈排列成一行,開(kāi)機(jī)后只有中間一個(gè)點(diǎn)亮,有以此作為拔河的中心線,游戲雙方各持一個(gè)按鍵,迅速地、不斷地按動(dòng)產(chǎn)生脈沖,誰(shuí)按得快,亮點(diǎn)向誰(shuí)方向移動(dòng),每按一次,亮點(diǎn)移動(dòng)一次。移到任一方終端指示燈點(diǎn)亮,這一方就得勝,此時(shí)雙方按鍵均無(wú)作用,輸出保持,只有經(jīng)復(fù)位后才使亮點(diǎn)恢復(fù)到中心線。最后,顯示器顯示勝者的盤數(shù)。
可逆計(jì)數(shù)器74LS193原始狀態(tài)輸出4位二進(jìn)制數(shù)0000,經(jīng)譯碼器輸出使中間的一只電平指示燈點(diǎn)亮。當(dāng)按動(dòng)A、B兩個(gè)按鍵時(shí),分別產(chǎn)生兩個(gè)脈沖信號(hào),經(jīng)整形后分別加到可逆計(jì)數(shù)器上,可逆計(jì)數(shù)器輸出的代碼經(jīng)譯碼器譯碼后驅(qū)動(dòng)電平指示燈點(diǎn)亮并產(chǎn)生位移,當(dāng)亮點(diǎn)移到任何一方終端后,由于控制電路的作用,使這一狀態(tài)被鎖定,而對(duì)輸入脈沖不起作用。如按動(dòng)復(fù)位鍵,亮點(diǎn)又回到中點(diǎn)位置,比賽又可重新開(kāi)始。將雙方終端指示燈的正端分別經(jīng)兩個(gè)與非門后接到2個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器CC4518的使能端EN,當(dāng)任一方取勝,該方終端指示燈點(diǎn)亮,產(chǎn)生1個(gè)下降沿使其對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。這樣,計(jì)數(shù)器的輸出即顯示了勝者取勝的盤數(shù)。
本文詳細(xì)的講了拔河游戲的邏輯實(shí)現(xiàn)和物理實(shí)現(xiàn),從而有助于學(xué)習(xí)數(shù)字邏輯的同學(xué)和業(yè)內(nèi)人士對(duì)于這門學(xué)科的掌握更加的深入和直觀。
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1明確教學(xué)目標(biāo)
不管是哪一門學(xué)科的教學(xué),明確教學(xué)目標(biāo)都是非常重要的。只有明確了教學(xué)的目標(biāo),課堂教學(xué)才能夠有序的進(jìn)行。例如,某個(gè)高職機(jī)電院校的教師,其所教育的學(xué)生有一些基本的電子產(chǎn)品裝配的經(jīng)驗(yàn),他們對(duì)新鮮的事物有較強(qiáng)的接受能力,并且十分喜歡親自動(dòng)手進(jìn)行試驗(yàn)操作。由此,這名教師就通過(guò)對(duì)教材的分析和研究,為學(xué)生確立了“了解組合邏輯電路設(shè)計(jì)的步驟及其設(shè)計(jì)思維”的教學(xué)目標(biāo)。這一教學(xué)目標(biāo)需要學(xué)生積極的參與課堂內(nèi)容,并且對(duì)課堂的內(nèi)容進(jìn)行簡(jiǎn)單的動(dòng)手操作,制作出簡(jiǎn)單的電子產(chǎn)品。在教學(xué)進(jìn)行的過(guò)程中,教師采用分組進(jìn)行的教學(xué)方式,將學(xué)生固有的實(shí)習(xí)經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用在課堂之中,從而提高學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神和學(xué)生對(duì)課堂的興趣。
2改進(jìn)教學(xué)方法
教學(xué)方法是應(yīng)該不斷的改進(jìn)和創(chuàng)新的,固有的教學(xué)方法會(huì)隨著時(shí)代的發(fā)展和特定情況的出現(xiàn)而受到影響,出現(xiàn)弊端。只有不斷更新教學(xué)方法,才能避免舊方式弊端的出現(xiàn)。而且教學(xué)方法的巧妙運(yùn)用能夠明確學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)容還能夠提高課堂的積極性和學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如,某校教師在課堂教學(xué)中采用情景教學(xué)的方式,在教學(xué)的過(guò)程中為學(xué)生設(shè)立各種問(wèn)題,通過(guò)各種方式啟發(fā)學(xué)生自主尋找答案。這種方法大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。除此之外,采用分組合作的方法或者任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方法也對(duì)課堂教學(xué)的效率提高有所幫助。
3教學(xué)的組織和實(shí)施
3.1情景設(shè)置,任務(wù)導(dǎo)入
對(duì)于情景的設(shè)置可以通過(guò)播放視頻和圖片的方式來(lái)進(jìn)行。例如,為學(xué)生播放中國(guó)達(dá)人秀的視頻,讓同學(xué)們對(duì)節(jié)目海選中評(píng)委所使用的表決器進(jìn)行觀察,其后通過(guò)圖片的方式對(duì)這種表決器的優(yōu)點(diǎn)及其實(shí)用性進(jìn)行分析和說(shuō)明:這種表決器在各類綜藝選拔類節(jié)目中普遍應(yīng)用,不僅如此,在體育競(jìng)賽或者人大表決的時(shí)候也時(shí)常會(huì)應(yīng)用到這種表決器。在視頻和圖片的幫助和引導(dǎo)之下,學(xué)生會(huì)逐漸的對(duì)課堂產(chǎn)生興趣,從而開(kāi)始對(duì)表決器的組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行思考和分析。這種方式就大大的提高了學(xué)生的課堂效率和對(duì)課堂的集中程度。此外,還要做好課堂任務(wù)的布置。視頻和圖片的說(shuō)明再具體詳盡也不如學(xué)生親自動(dòng)手操作來(lái)的直觀具體。所以,除了觀看視頻和圖片之外,教師還可以鼓勵(lì)同學(xué)進(jìn)行簡(jiǎn)單的動(dòng)手操作。以表決器為例,教師可以為學(xué)生播放表決器制作的的基本流程和理論,通過(guò)教師的講解和學(xué)生自主的觀察,在教師的引導(dǎo)下使學(xué)生運(yùn)用組合邏輯電路設(shè)計(jì)的知識(shí)理論進(jìn)行表決器的基礎(chǔ)設(shè)計(jì),從而使學(xué)生帶著任務(wù)學(xué)習(xí),激發(fā)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的探索精神。
3.2實(shí)施任務(wù)
組合邏輯電路設(shè)計(jì)大約分為四個(gè)步驟:通過(guò)對(duì)邏輯問(wèn)題的分析和理解列出真值表、通過(guò)真值表來(lái)進(jìn)行邏輯表達(dá)方式的書寫、再將邏輯表達(dá)方式進(jìn)行簡(jiǎn)化和變換的輸出、最后畫出電路邏輯圖。在教學(xué)過(guò)程中,為了使學(xué)生順利的完成教學(xué)任務(wù),一定要讓學(xué)生合理有序的進(jìn)行組合邏輯電路的設(shè)計(jì),并且在教學(xué)的過(guò)程中對(duì)學(xué)生加以啟發(fā),使學(xué)生能夠自主的思考問(wèn)題并且提出問(wèn)題。鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行積極的思考,活躍自己的思維。也可以采用分組的形式對(duì)教學(xué)任務(wù)進(jìn)行實(shí)行。將學(xué)生分成固定人數(shù)的小組,對(duì)小組內(nèi)的各個(gè)成員進(jìn)行合理具體的分工,這些分工可以包括采供部、銷售部、產(chǎn)品研發(fā)部等等。其中采購(gòu)部主要負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)操作中所需要零件和工具的采集購(gòu)買,以及對(duì)零件、儀器和制作出來(lái)的成品進(jìn)行效果檢測(cè)。
銷售部的成員可以負(fù)責(zé)小組制作的產(chǎn)品在目前市場(chǎng)中的市場(chǎng)調(diào)研和信息采集。產(chǎn)品研發(fā)部可以負(fù)責(zé)查閱各項(xiàng)資料和相關(guān)的文獻(xiàn),對(duì)所要制作的產(chǎn)品進(jìn)行深入的研究,并且及時(shí)對(duì)其所具有的新功能、這個(gè)物品在市場(chǎng)上的反饋以及其上一次進(jìn)行的改良時(shí)間進(jìn)行了解和分析,使小組將要制作的物品能夠適應(yīng)現(xiàn)代市場(chǎng)的需求,有合理的實(shí)用性。通過(guò)合理的分工合作和職能分配,可以將學(xué)生全部帶入到動(dòng)手操作的過(guò)程之中,并且使學(xué)生在各項(xiàng)調(diào)查和分析的過(guò)程中了解到更多關(guān)于組合邏輯電路設(shè)計(jì)的知識(shí),使學(xué)生在學(xué)習(xí)組合邏輯電路設(shè)計(jì)的時(shí)候有更加清晰的認(rèn)識(shí),提高學(xué)生的動(dòng)手能力和思考能力,調(diào)動(dòng)了學(xué)生在課堂上學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性。除此之外,在任務(wù)計(jì)劃推行的過(guò)程中,教師也要對(duì)學(xué)生的操作能力和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)充分的了解和考慮,在課堂上教師主要負(fù)責(zé)引導(dǎo)學(xué)生,而學(xué)生作為課堂的主體來(lái)展開(kāi)教學(xué)內(nèi)容。教師可以通過(guò)多媒體講解等方式來(lái)對(duì)學(xué)生作出示范,從而引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行正確的實(shí)踐流程。
此外,教師還要對(duì)學(xué)生無(wú)法掌握的重點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行歸納和總結(jié),將這些重點(diǎn)、難點(diǎn)詳細(xì)的為學(xué)生進(jìn)行講解,還要對(duì)學(xué)生容易出現(xiàn)操作錯(cuò)誤的部分進(jìn)行及時(shí)的糾正和正確的操作演示。在學(xué)生遇到操作瓶頸的時(shí)候給予學(xué)生適當(dāng)?shù)膯⑹竞蛶椭?,避免學(xué)生產(chǎn)生消極情緒。將自己的經(jīng)驗(yàn)以及一些操作技巧傳授給學(xué)生。例如,在進(jìn)行操作的時(shí)候發(fā)現(xiàn)某一個(gè)小組的成員只懂得理論邏輯,并沒(méi)有具體的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),這就需要教師幫助學(xué)生對(duì)電路的設(shè)計(jì)進(jìn)行構(gòu)建以及變量的輸出處理等等問(wèn)題。在教師的協(xié)助之下學(xué)生通過(guò)自己的思考得出答案。在任務(wù)完成之后,小組成員之間要進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)的交流和總結(jié),歸納出本組所出現(xiàn)過(guò)的問(wèn)題和情況。并且將小組作品進(jìn)行班級(jí)內(nèi)的展示,選派一位同學(xué)對(duì)本組產(chǎn)品的構(gòu)造原理、設(shè)計(jì)思路等內(nèi)容進(jìn)行闡述和分析。最后教師對(duì)各組的產(chǎn)品進(jìn)行分析和評(píng)價(jià),及時(shí)向?qū)W生反饋學(xué)生操作中所出現(xiàn)的各類常見(jiàn)問(wèn)題。對(duì)優(yōu)秀的小組進(jìn)行鼓勵(lì)和贊賞,增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的自信心。
4結(jié)束語(yǔ)
【關(guān)鍵詞】項(xiàng)目化教學(xué);數(shù)字;邏輯電路
我國(guó)傳統(tǒng)的職業(yè)教育是以“知識(shí)為本位”,強(qiáng)調(diào)學(xué)科知識(shí)的科學(xué)性與系統(tǒng)性,教學(xué)上注重新、舊知識(shí)之間的聯(lián)系,強(qiáng)調(diào)識(shí)記,但忽視了對(duì)學(xué)生操作技能和創(chuàng)新能力的培養(yǎng);強(qiáng)調(diào)以課堂、教師、教材為中心、即所謂的“三中心”,教師教什么學(xué)生就學(xué)什么,忽視了學(xué)生積極性、主動(dòng)性的發(fā)揮;在教學(xué)方法上采用“滿堂灌”,教學(xué)進(jìn)度上齊步走。這于當(dāng)今社會(huì)強(qiáng)調(diào)實(shí)用性和創(chuàng)新性不能同步,因而難以適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展需求。
隨著我校國(guó)家中等職業(yè)教育改革發(fā)展示范學(xué)校的審批,我們?cè)谌瞬排囵B(yǎng)模式、教學(xué)模式、學(xué)生評(píng)價(jià)模式等方面做了一系列的改革嘗試。項(xiàng)目化教學(xué)法的引入就是我們?cè)诮虒W(xué)模式改革中的大膽嘗試。
項(xiàng)目化教學(xué)是一種以學(xué)生自主探索為基礎(chǔ),采用科學(xué)研究及實(shí)踐操作為主,促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)接受知識(shí)的教學(xué)方法。教師應(yīng)將需要解決的問(wèn)題以項(xiàng)目的形式布置給學(xué)生,通過(guò)小組協(xié)助方式,在教師指導(dǎo)下由學(xué)生自己制定計(jì)劃,團(tuán)體協(xié)作完成整個(gè)項(xiàng)目,使學(xué)生理解和把握專業(yè)知識(shí)和相關(guān)技能,培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問(wèn)題的能力,加強(qiáng)他們的團(tuán)對(duì)協(xié)作精神。
在數(shù)字邏輯電路的設(shè)計(jì)中,我采用如下實(shí)施過(guò)程進(jìn)行教學(xué):
一、確定項(xiàng)目任務(wù)
項(xiàng)目化教學(xué)的課前準(zhǔn)備是教學(xué)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié),可以充分發(fā)揮學(xué)生的聰明才智,當(dāng)然教師也必須深入學(xué)生,提出一個(gè)或幾個(gè)設(shè)計(jì)方案,和學(xué)生一起討論,然后分組,引導(dǎo)各小組根據(jù)項(xiàng)目任務(wù)利用業(yè)余時(shí)間查找相關(guān)資料,確定項(xiàng)目的目標(biāo),使各小組同學(xué)獨(dú)立進(jìn)行設(shè)計(jì)任務(wù)。這樣學(xué)生成了教學(xué)的主角,而教師則轉(zhuǎn)換為引導(dǎo)者,教學(xué)的服務(wù)者。比如確定如下任務(wù):某項(xiàng)體育比賽A、B、C三個(gè)副裁判和一個(gè)D主裁判,主裁判的裁定計(jì)二票,其它裁判的裁定計(jì)一票,試設(shè)計(jì)一個(gè)表決電路,要求在多數(shù)票同意得分時(shí)電路發(fā)出得分信號(hào),也就是設(shè)計(jì)一個(gè)表決器,全部工作由學(xué)生參與完成。由于這樣的電路在實(shí)際生活中隨處可見(jiàn),同學(xué)們的興趣非常高漲,提問(wèn)聲此起彼伏。
二、制定計(jì)劃
學(xué)生根據(jù)實(shí)際問(wèn)題設(shè)計(jì)出的邏輯電路圖是五花八門的,但哪個(gè)是正確的不要急于告訴他們,而是讓他們自己介紹自己設(shè)計(jì)的邏輯電路圖,有的同學(xué)設(shè)計(jì)出的邏輯電路圖雖然很合理,但在介紹時(shí)存在很多漏洞;有的同學(xué)雖然設(shè)計(jì)得不合理,但介紹自己設(shè)計(jì)的電路圖時(shí)語(yǔ)言簡(jiǎn)練、幽默,不時(shí)博得同學(xué)們的陣陣掌聲;有的同學(xué)雖然設(shè)計(jì)出了電路,但不敢上臺(tái)介紹,我就引導(dǎo)他,讓他慢慢的進(jìn)入角色,并且不斷的鼓勵(lì)他,使他能夠完整的介紹自己的電路。學(xué)生都急著想知道自己的設(shè)計(jì)是否合理,都想讓我做出公正的評(píng)價(jià),我就在這樣輕松愉快的氣氛下,把邏輯電路圖的設(shè)計(jì)方法的思路介紹了一下,然后同學(xué)們開(kāi)始互相討論,互相幫助來(lái)修改自己的“杰作”,學(xué)生們?cè)谠O(shè)計(jì)電路過(guò)程中,手腦并用,互幫互學(xué),不但學(xué)到了知識(shí),而且對(duì)他的語(yǔ)言表達(dá)能力和社交能力也得到了很好的提高。最后,通過(guò)不斷激烈的討論、修改,學(xué)生們形成了各種各樣的邏輯電路圖:有與門、或門、與非門……他們的邏輯圖思路清晰、簡(jiǎn)潔,充分體現(xiàn)了他們的聰明才智。
三、實(shí)施計(jì)劃
按照邏輯電路圖所需要的門電路,我又要求他們?cè)谖姨峁┑牟牧现羞x擇自己所需的元器件,按照自己的設(shè)計(jì)連接電路,驗(yàn)證自己的設(shè)計(jì)是否正確。因?yàn)槲姨峁┰骷r(shí),有意識(shí)的把好多元器件混在一起,讓他們自己選擇,這樣可以讓他們認(rèn)識(shí)各種元件,有的同學(xué)一下子就找到所需的元件;有的同學(xué)不認(rèn)識(shí)集成塊;有的同學(xué)不認(rèn)識(shí)三極管;有的同學(xué)不知道電容器;有的同學(xué)什么都不知道……他們就相互幫助,相互介紹,拿到各自需要的元件,在這時(shí)我恰如其分地插入話題,告訴他們各種元器件的分類、特點(diǎn)和應(yīng)用,及該如何選擇所需元件,他們恍然大悟,很快和平時(shí)課堂上的內(nèi)容聯(lián)系起來(lái)。然后他們開(kāi)始接線,有的同學(xué)很快就把線接好了;有的同學(xué)卻不知道該怎么接線;有的同學(xué)不知道電源在哪里;有的同學(xué)甚至把元件用導(dǎo)線短接起來(lái),問(wèn)題接二連三的出來(lái),在我的鼓勵(lì)下,他們互相幫助,互相討論,接線時(shí)不停出現(xiàn)的問(wèn)題,有的原因他們自己找到了,有的原因找不到,我就帶著他們找,并提醒學(xué)生在接線過(guò)程中應(yīng)注意的一些事項(xiàng),在學(xué)生的努力和我的指導(dǎo)下,他們獨(dú)立完成了電路的連接,當(dāng)學(xué)生向我展示他們的作品時(shí),他們臉上的笑容是那么的燦爛 ,那么的滿足,那么的充滿自信。
四、檢查評(píng)估
接線完畢,同學(xué)們開(kāi)始進(jìn)行自我評(píng)估 ,并講解有關(guān)的實(shí)際應(yīng)用。有的學(xué)生在展示作品的過(guò)程中可以非常直觀地演示該體育比賽的全部表決過(guò)程;有的學(xué)生在項(xiàng)目工作中卻出現(xiàn)這樣或那樣的問(wèn)題;還有的學(xué)生只能做出電路但不能和實(shí)際聯(lián)系起來(lái);我就和學(xué)生一起檢查他們的電路,然后一起分析問(wèn)題解決問(wèn)題。我首先充分肯定了他們的成績(jī),然后概括了組合邏輯電路的設(shè)計(jì)思路,及正確的設(shè)計(jì)方法和他們?cè)谶B接電路時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)。
在項(xiàng)目化教學(xué)中,學(xué)習(xí)過(guò)程成為一個(gè)人人參與的創(chuàng)造實(shí)踐活動(dòng),注重的不是最終的結(jié)果,而是完成項(xiàng)目的過(guò)程。學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)踐過(guò)程中,理解和把握課程要求的知識(shí)和技能,體驗(yàn)創(chuàng)新的艱辛與樂(lè)趣,培養(yǎng)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。通過(guò)實(shí)際操作,不但可以訓(xùn)練他們?cè)诠ぷ髦信c其他同學(xué)協(xié)調(diào)、合作的能力,還可以充分發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)造潛能。
五、歸檔或結(jié)果應(yīng)用
作為項(xiàng)目的實(shí)踐教學(xué)產(chǎn)品,應(yīng)盡可能具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。因此,項(xiàng)目工作的結(jié)果應(yīng)該歸檔或應(yīng)用到企業(yè)和學(xué)校的生產(chǎn)教學(xué)實(shí)踐中。
項(xiàng)目化教學(xué)以小組為單位完成任務(wù),學(xué)生學(xué)習(xí)氣氛濃烈,通過(guò)討論交流促進(jìn)知識(shí)的積累,提高了學(xué)生的參與意識(shí),培養(yǎng)了他們的團(tuán)隊(duì)合作精神。這種自主的學(xué)習(xí)方式,使學(xué)生的個(gè)性化得到充分發(fā)展,加強(qiáng)了自我學(xué)習(xí)能力和自我調(diào)控能力的進(jìn)步,促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
項(xiàng)目化教學(xué)雖然強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體性,但教師的任務(wù)就未必減輕。它要求教師不僅能組織和管理好教學(xué),具有扎實(shí)的學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)及信息加工能力,還應(yīng)具備項(xiàng)目規(guī)劃、管理和評(píng)價(jià)等方面的能力。對(duì)本專業(yè)融會(huì)貫通,隨時(shí)回答學(xué)生的提問(wèn),為學(xué)生創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情景,培養(yǎng)協(xié)作學(xué)習(xí)的氣氛。項(xiàng)目化教學(xué)在實(shí)施過(guò)程中,教師必須加強(qiáng)監(jiān)督管理。由于采取分組協(xié)作學(xué)習(xí)的方式,其分組的原則、組員搭配、內(nèi)容分工等方面直接影響到實(shí)施的效果。因此必須分工明確,推行“一幫一”的措施,促進(jìn)學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作,提高教學(xué)質(zhì)量。
綜上所述,項(xiàng)目教學(xué)法是在建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的影響下,通過(guò)選取“工程項(xiàng)目”來(lái)創(chuàng)設(shè)“情景”,通過(guò)“協(xié)作學(xué)習(xí)”的方式開(kāi)展學(xué)習(xí),通過(guò)完成“工程項(xiàng)目”來(lái)達(dá)到“意義建構(gòu)”,是一種比較有效的教學(xué)方法。它突破了傳統(tǒng)的教學(xué)模式,通過(guò)解決學(xué)生身邊的一些現(xiàn)實(shí)問(wèn)題來(lái)實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握,大大提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞:無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò);調(diào)制解調(diào);圖像傳輸;單片機(jī)
中圖分類號(hào):TN915 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
文章編號(hào):1004-373X(2009)21-076-03
Design of Transmission Circuit on Wireless Sensor Network System
CHEN Hong1,LI Wei2
(1.Nanjing College of Information Technology, Nanjing,210046,China;2.Jiangsu Provincial Electric Power Test Research Institute Company, Nanjing,210036,China)
Abstract:Wireless multi-sensor network system is composed of command center and lots of detection units.It mainly includes the following items: design of the data communication by wireless channel,design of the image sampling system and design of different units developed to system including the modem and unit of radio interface.According to the system requirement,the research has constructed under the monolithic integrated circuit control modem module,the modem and the wireless military station′s interface module in the wireless data transmission system aspect.
Keywords:wireless multi-sensor network;modem;image transmission;single chip computer
0 引 言
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)就是一種RGS系統(tǒng)(遠(yuǎn)程地面?zhèn)鞲衅飨到y(tǒng)),它是一種利用多種傳感器作為綜合情報(bào)采集元件,進(jìn)行數(shù)據(jù)融合、編碼等處理后,發(fā)送給指揮中心,處理還原后在監(jiān)控平臺(tái)顯示出來(lái)的探測(cè)系統(tǒng)。它集傳感器技術(shù)、圖像探測(cè)技術(shù)、震動(dòng)探測(cè)技術(shù)、聲音探測(cè)技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)、數(shù)字編碼壓縮技術(shù)、信息融合技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)為一體,是由多種高新技術(shù)集成的綜合性技術(shù)[1,2]。無(wú)線多傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要由以下幾部分組成:
(1) 系統(tǒng)前端傳感器[3]及GPS模塊――信號(hào)采集部分:主要是由圖像、聲音、震動(dòng)以及紅外傳感器組成的探測(cè)單元和GPS模塊構(gòu)成,負(fù)責(zé)完成戰(zhàn)場(chǎng)信息監(jiān)測(cè)任務(wù)。
(2) 信息傳輸部分:主要負(fù)責(zé)將采集到的信息壓縮編碼和進(jìn)行遠(yuǎn)距離無(wú)線傳輸。
(3) 指揮中心測(cè)控平臺(tái)部分:主要完成對(duì)監(jiān)測(cè)單元的遠(yuǎn)程控制及信號(hào)接收任務(wù),并對(duì)搜集到的各種信息進(jìn)行融合處理、分析。將處理結(jié)果提供給指揮中心人員,使他們能及時(shí)準(zhǔn)確地把握戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì),做出相應(yīng)的決策。本文主要是對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中圖像傳輸系統(tǒng)[4]的硬件設(shè)計(jì)與軟件編程的思想。
1 發(fā)射端調(diào)制解調(diào)器硬件電路設(shè)計(jì)和工作原理
調(diào)制解調(diào)器硬件電路在發(fā)射方和接收方,由于所需完成的任務(wù)不同,實(shí)際上是不一樣的。發(fā)射方調(diào)制解調(diào)器電路原理圖如圖1所示。
系統(tǒng)使用+5 V的電源由無(wú)線電臺(tái)的電池變換后供給。MSM7512B[5]使用專用的3.579 545 MHz的晶體,由于其內(nèi)部有接地電容,不用外接補(bǔ)償元件;單片機(jī)使用頻率為11.059 2 MHz的晶體,主要是為了在波特率設(shè)置時(shí),可以取得準(zhǔn)確的波特率,能有效避免定時(shí)器工作產(chǎn)生的積累誤差,外接的補(bǔ)償元件是二個(gè)30 pF電容。為了防止單片機(jī)程序運(yùn)行時(shí)的誤操作,應(yīng)將單片機(jī)EA/VPP端(31腳)置高電平,確保單片機(jī)訪問(wèn)內(nèi)部的程序存儲(chǔ)器。由于調(diào)制解調(diào)芯片MSM75l2B和單片機(jī)W77E58都支持TTL電平,所以單片機(jī)的第一串行通信口TXD,RXD可以直接與MSM75125B的XD和RD相連;單片機(jī)的P1.0,P1.1分別連接MSM7512B的MOD2和MOD1,按通信的要求,在收發(fā)之間轉(zhuǎn)換,以控制調(diào)制解調(diào)芯片的工作狀態(tài);P1.4則控制無(wú)線電臺(tái)收/發(fā)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換(PTT)。MSM75125B的AO和AI分別通過(guò)接口電路與無(wú)線電臺(tái)的送/受話器相連。作為系統(tǒng)外部監(jiān)視的顯示電路全部由發(fā)光二極管和電阻構(gòu)成,其中紅色發(fā)光二極管D1為電源指示,
亮則表示系統(tǒng)的初始化過(guò)程正確;黃色發(fā)光二極管D2為發(fā)送正確指示,系統(tǒng)每正確完成一次數(shù)據(jù)發(fā)送任務(wù),它應(yīng)閃爍一次; D3為載波檢測(cè)指示,如果亮則表示調(diào)制解調(diào)器檢測(cè)到了信道中的有效載波信號(hào);D4為數(shù)據(jù)傳輸指示,系統(tǒng)在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)它就開(kāi)始閃爍,直至數(shù)據(jù)發(fā)送完畢。如果前端傳感器有數(shù)據(jù)需要傳送時(shí),產(chǎn)生一個(gè)下降沿脈沖,觸發(fā)單片機(jī)的外部中斷INT0(P3.2),單片機(jī)響應(yīng)中斷后,將前方來(lái)的8位并行數(shù)據(jù)由P2口(P2.0~P2.5)讀入,由于P2口內(nèi)部有上拉電阻,因此作為輸入口時(shí),可用TTL或MOS電路驅(qū)動(dòng),而不要外加上拉電阻。W77E58的串行通信口2可留作系統(tǒng)的擴(kuò)展口備用。
2 接收方調(diào)制解調(diào)器與單片機(jī)的接口電路
接收方調(diào)制解調(diào)器電路與戰(zhàn)場(chǎng)傳感器方調(diào)制解調(diào)器電路在單片機(jī)和調(diào)制解調(diào)芯片的使用[6]和控制是一樣的。所不同的是:單片機(jī)的第二串行口通過(guò)電平轉(zhuǎn)換電路與計(jì)算機(jī)的RS 232C口相連,把接收到的數(shù)字信號(hào)傳送給微機(jī)。接收方調(diào)制解調(diào)器與單片機(jī)的接口電路[7]如圖2所示。發(fā)光二極管顯示電路作用也不完全相同,其中D1~D8為接收數(shù)據(jù)顯示,它能把正確接收的數(shù)據(jù)以二進(jìn)數(shù)的形式顯示出來(lái),D9為系統(tǒng)的電源指示,D10為發(fā)送正確指示,D11為載波檢測(cè)指示,D12為數(shù)據(jù)傳送指示。
圖2 接收方調(diào)制解調(diào)器與單片機(jī)的接口電路
3 調(diào)制解調(diào)器與PC機(jī)接口電路的設(shè)計(jì)
調(diào)制解調(diào)器與PC機(jī)接口實(shí)際上也就是調(diào)制解調(diào)器中單片機(jī)W77E58與PC機(jī)的接口電路,W77E58支持TTL電平,而微機(jī)串行通信口RS 232C支持EIA電平,因此在實(shí)現(xiàn)它們之間的串行通信時(shí),必須設(shè)計(jì)電平轉(zhuǎn)換電路,以滿足它們各自的需要。
電平轉(zhuǎn)換電路是指揮中心方調(diào)制解調(diào)器與微機(jī)的接口電路,它也是數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸系統(tǒng)硬件電路(指揮中心方)的一個(gè)組成部分。其工作過(guò)程如下:由調(diào)制解調(diào)器解調(diào)出來(lái)的數(shù)字信號(hào)[8],由單片機(jī)處理后,從W77E58的串行通信口2,經(jīng)電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232、PC機(jī)的RS 232C口(DB9)和微機(jī)內(nèi)部的UART,最后傳遞給CPU,在監(jiān)控平臺(tái)上顯示出來(lái)。其電路原理圖如圖3所示。
4 圖像無(wú)線傳輸軟件設(shè)計(jì)
程序共分五個(gè)部分,三個(gè)主程序?yàn)?發(fā)送方單片機(jī)程序、接收方單片機(jī)程序和微機(jī)接收程序;兩個(gè)子程序?yàn)?差錯(cuò)處理子程序、發(fā)送延時(shí)子程序。
收、發(fā)雙方及單片機(jī)與PC機(jī)之間的聯(lián)絡(luò)均采用軟件“握手”信號(hào)聯(lián)絡(luò)。所有聯(lián)絡(luò)“握手”信號(hào)均為#0AAH,接收正確后應(yīng)答信號(hào)為#00H,接收錯(cuò)誤則應(yīng)答為#0FFH。
傳感器一方在無(wú)數(shù)據(jù)需要傳輸時(shí),通過(guò)單片機(jī)的編程控制使MSM7512B工作在省電模式,此時(shí)調(diào)制解調(diào)芯片(不含W77E58)的功耗僅為0.1 mW,可以最大限度地延長(zhǎng)電池的使用時(shí)間。
單片機(jī)與MSM7512B的邏輯控制關(guān)系:P1.0MOD2,P1.1MOD1,P1.5AOG,另外P1.4電臺(tái)PTT,單片機(jī)控制MSM7512B和電臺(tái)進(jìn)行收、發(fā)轉(zhuǎn)換。前端傳感器有數(shù)據(jù)傳輸時(shí),產(chǎn)生一個(gè)下降沿的脈沖信號(hào)啟動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)的程序運(yùn)行,數(shù)據(jù)傳輸完畢后,系統(tǒng)返回初始狀態(tài)。單片機(jī)的P1.5口控制選擇MSM7512B的的輸出電平。
設(shè)定單片機(jī)的2個(gè)串行口都工作于串行口工作方式1;定時(shí)器T1工作于方式2(自動(dòng)重裝初值)[9],作波特率發(fā)生器,通過(guò)調(diào)整T1的初裝值,用來(lái)選擇1 200 b/s,600 b/s和300 b/s三種速率;定時(shí)器T2工作于方式1,作定時(shí)器,用來(lái)設(shè)計(jì)安排延時(shí)。
在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中,為了減少電臺(tái)靈敏度不高和信道質(zhì)量差誤碼等影響,發(fā)送方需連續(xù)發(fā)5次“握手”聯(lián)絡(luò)信號(hào),接收方在連續(xù)2次收到正確的聯(lián)絡(luò)信號(hào)以后,才確認(rèn)是有效的聯(lián)絡(luò)予以響應(yīng),否則認(rèn)為是干擾信號(hào),不予以響應(yīng)。這樣既能減少各類原因造成的接收機(jī)程序不啟動(dòng)運(yùn)行導(dǎo)致漏報(bào)的可能性,又能保證接收機(jī)不因干擾信號(hào)而誤操作,減少誤報(bào)的機(jī)率。另外綜合考慮電臺(tái)的收發(fā)轉(zhuǎn)換和調(diào)制解調(diào)芯片的收發(fā)轉(zhuǎn)化所需的各類延時(shí)時(shí)間,在設(shè)計(jì)程序時(shí)專門安排了一個(gè)延時(shí)時(shí)間。經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn),得出一個(gè)比較合適的延時(shí)時(shí)間,即不論通信哪一方,在由收轉(zhuǎn)為發(fā)狀態(tài)后,都先延時(shí)70 ms,因?yàn)闀r(shí)間太短了系統(tǒng)不能正常工作,太長(zhǎng)了可能會(huì)影響數(shù)據(jù)的傳輸速率,降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)性。系統(tǒng)數(shù)據(jù)發(fā)射端和接收端單片機(jī)程序流程圖如圖4所示。
5 結(jié) 語(yǔ)
通過(guò)對(duì)MSM7512B調(diào)制解調(diào)芯片性能特點(diǎn)的了解,設(shè)計(jì)出了發(fā)射端和接收端調(diào)制解調(diào)器的實(shí)際電路,然后簡(jiǎn)單介紹了具有雙串口功能的單片機(jī)W77E58的性能特點(diǎn)后,給出了數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸系統(tǒng)的接收方單片機(jī)與PC機(jī)之間串行通信的硬件電路圖,并描述了Modem與電臺(tái)接口電路的設(shè)計(jì)過(guò)程,最后敘述了整個(gè)系統(tǒng)單片機(jī)軟件的特點(diǎn)。從整體上給出了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理圖。
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)涉及傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、無(wú)線傳輸技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、微電子制造技術(shù)、軟件編程技術(shù)等領(lǐng)域,具有跨學(xué)科的特點(diǎn),在軍事、民防、環(huán)境、生態(tài)、農(nóng)業(yè)、健康、家庭和其他領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景,在空間探索和災(zāi)難救助等特殊領(lǐng)域,傳感器網(wǎng)絡(luò)業(yè)有其得天獨(dú)厚的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
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關(guān)鍵詞:中小電視臺(tái) 后期制作 非編網(wǎng)絡(luò)
中圖分類號(hào):G220.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2014)05(b)-0019-02
如今電視技術(shù)主要朝著網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化的方向發(fā)展,這將有助于電視臺(tái)工作效率的大大提高,有利于采編制播工作流程的規(guī)范化和資源集中管理和共享的實(shí)現(xiàn)。最近幾年網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)改造不僅在大型電視臺(tái)進(jìn)行,還逐步推廣到了中小型電視臺(tái)。層出不窮的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)都要根據(jù)不同的特點(diǎn)、工作流程和機(jī)制來(lái)進(jìn)行。文本接下來(lái)主要探討中小電視臺(tái)后期制作非編網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)思路。
1 理論準(zhǔn)備
1.1 視頻壓縮格式
“視頻壓縮格式就是節(jié)目的傳輸和存儲(chǔ)格式。”[1]如今中小電臺(tái)后期制作主要有三種格式的設(shè)計(jì)思路:JPEG、DV和MPEG。這三種格式都是以DcT為基礎(chǔ)的,DTC也就是離散余弦變換,DTC產(chǎn)生的變換系數(shù),最終要進(jìn)行量化處理,最后一步是游程編碼。幀內(nèi)壓縮方式主要是M-JPEG和DV通常采用的方式,編輯的精準(zhǔn)度特別高,還精確到幀,但是對(duì)于幀間的預(yù)測(cè)和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方面比較缺乏。因而存在高碼流低壓縮效率的特點(diǎn)。MPEG(即動(dòng)態(tài)圖像專家組)有著較高的壓縮效率,幀間壓縮和預(yù)測(cè)、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)都被應(yīng)用進(jìn)來(lái),目前存在三個(gè)版本的MPEG:MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4。
1.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)技術(shù)
兩種架構(gòu):雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)和FC-SAN結(jié)構(gòu),是以FC為基礎(chǔ)的,可謂是后期制作非編網(wǎng)絡(luò)的主流。FC技術(shù)的建立是ANSI出于對(duì)網(wǎng)絡(luò)和通道I/O接口的考慮,它是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的集成光纖通道,多種高級(jí)協(xié)議在它這里都受支持。隔離網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備通訊協(xié)議和傳輸物理介質(zhì)是它最大的特征。FC的傳輸率高,可以對(duì)近25臺(tái)實(shí)時(shí)視頻工作站進(jìn)行支持。FC-SAN網(wǎng)基于光纖通道的一種網(wǎng)絡(luò),并且是以存儲(chǔ)體為中心開(kāi)展的,簡(jiǎn)單來(lái)看它也就是一個(gè)較為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),通過(guò)交換機(jī)相連多個(gè)終端和存儲(chǔ)器。以FC技術(shù)為基礎(chǔ)的雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)已經(jīng)是很成熟了。
1.3 數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù)
RAID數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù)關(guān)鍵是對(duì)小磁盤進(jìn)行重組,用廉價(jià)磁盤的重組來(lái)代替昂貴磁盤,這也是為了保證數(shù)據(jù)訪問(wèn)的順利進(jìn)行,即使部分磁盤失效了也不對(duì)數(shù)據(jù)訪問(wèn)產(chǎn)生影響。RAID可以將很多硬盤的優(yōu)勢(shì)都發(fā)揮出來(lái),不僅使硬盤速度加快、容量增大,還具有重要的容錯(cuò)功能。就是說(shuō)不管哪一個(gè)硬盤出了問(wèn)題都不會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)的不安全,RAID保證其它硬盤不受影響,其工作模式大概有10種左右。
1.4 中間件軟件技術(shù)
“所謂中間件軟件,其實(shí)就是一種獨(dú)立的系統(tǒng)軟件或服務(wù)程序?!盵2]借助利用中間件軟件可是實(shí)現(xiàn)不同技術(shù)間的資源共享,這也是分布式應(yīng)用軟件常用的。處于客戶終端的操作系統(tǒng)上面,他可以對(duì)計(jì)算機(jī)資源和網(wǎng)絡(luò)通信進(jìn)行管理。中間件軟件主要是因?yàn)榇嬖谟诰W(wǎng)絡(luò)的各種硬件系統(tǒng)平臺(tái)而產(chǎn)生的,設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件會(huì)因?yàn)槠脚_(tái)上存在的各種系統(tǒng)軟件網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等的影響而受到很多不利的影響。對(duì)于應(yīng)用軟件所面臨共性問(wèn)題,主要是關(guān)于網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)環(huán)境的,中間件對(duì)其進(jìn)行提煉和抽象,可復(fù)用部分的不煩你形成于操作系統(tǒng)之上,應(yīng)用軟件可以獲得重復(fù)使用的機(jī)會(huì)。
2 現(xiàn)狀分析
2.1 設(shè)備種數(shù)
以便電視臺(tái)后期制作所需要的設(shè)備有Sony Betacam SP放機(jī)、Betacam SP錄機(jī)、PanasonicDVCPRO 25數(shù)字放機(jī)、DVCPRO25數(shù)字錄機(jī)、字幕機(jī)等等。設(shè)備的數(shù)量不一,六條編輯線就是由這些設(shè)備組成的,主要是為三個(gè)部門使用,這三個(gè)部門分別是新聞、專題和廣告,每個(gè)部門分別有2條編輯線。在后期制作的最后輸出階段,Betacam SP磁帶成功輸出。總的來(lái)看,如今的非編中配置較低。采用的是Matrox DigiSuite LE視頻卡,采用M-JPEG壓縮格式來(lái)采集視頻,這對(duì)組網(wǎng)來(lái)說(shuō)就不是很合適。
2.2 設(shè)備使用
如今中小電視臺(tái)的新聞部一般配置兩條編輯,組成一條記者初剪線,混雜著數(shù)字和模擬。另一條新聞節(jié)目合成線。記者初剪線在一天中是斷斷續(xù)續(xù)使用,使用頻率較高。下午記者使用的是新聞節(jié)目的合成線。全數(shù)字線由專題部和非編相互配合著使用一條線是全數(shù)字線,模擬合成線作為另一條線也投入使用。事實(shí)上這相當(dāng)于1.5條線的使用頻率。一共只有兩條線,被兩個(gè)頻道各占了一條進(jìn)行廣告制作,全天性使用導(dǎo)致了過(guò)高的使用頻率??偟膩?lái)說(shuō),配置各個(gè)部門的設(shè)備來(lái)說(shuō)都是很平衡的。然而調(diào)配機(jī)制的欠缺設(shè)備的使用不夠均衡,這也跟設(shè)備采取部門管理和使用的方式有很大的關(guān)聯(lián),設(shè)備閑置與過(guò)分使用的情況還經(jīng)常存在,這就說(shuō)明了設(shè)備分散管理的不足。對(duì)后期制作非編網(wǎng)進(jìn)行重新組建就要建立設(shè)備統(tǒng)一管理機(jī)制,實(shí)現(xiàn)設(shè)備的靈活性調(diào)動(dòng)和高效率使用。
2.3 節(jié)目總量
這里說(shuō)的是中小電視臺(tái)自己自制節(jié)目的總數(shù)量。具體有本地新聞節(jié)目、本地廣告等。一般中小電視臺(tái)有兩個(gè)頻道:無(wú)線和有線。設(shè)置的目的主要是面向不同的受眾群體。一般播放同樣的新聞節(jié)目和專題節(jié)目,而播放不同的廣告和文藝節(jié)目。中小電視臺(tái)一般播放的自制節(jié)目時(shí)間都比較短,這主要考慮到收視率的問(wèn)題,通常來(lái)看,節(jié)目總量在兩個(gè)小時(shí)左右。
3 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)
3.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
中小電視臺(tái)的后期制作一般多采用雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行非編網(wǎng)的設(shè)計(jì)。雙網(wǎng)機(jī)構(gòu)分上、下兩個(gè)部分,上半部分的FC-SAN網(wǎng)絡(luò)以硬盤陣列為中心;下半部分是以太網(wǎng)絡(luò)。雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)和長(zhǎng)處在于可以使通道問(wèn)題得到有效的解決。FC-SAN網(wǎng)使大量的、連續(xù)的視音頻數(shù)據(jù)得以流通,以太網(wǎng)則是負(fù)責(zé)交換和處理小流量的且時(shí)斷時(shí)續(xù)的數(shù)據(jù)。以后技術(shù)更為先進(jìn),可以連接FC-SAN網(wǎng)和播出網(wǎng),以太網(wǎng)可與整個(gè)臺(tái)的辦公局域網(wǎng)連接,可以實(shí)現(xiàn)采訪安排、寫稿、審稿、制作、編輯、串聯(lián)、播出一體化。
3.2 設(shè)備總量
從目前中小電臺(tái)的設(shè)備使用情況來(lái)看,在后期制作進(jìn)行滿負(fù)荷的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下,一天之內(nèi)占用大概需要四條編輯線,有兩條編輯線是記者初剪需要占用的。建成了非編網(wǎng)絡(luò)之后,占用設(shè)備時(shí)間是主要有上載素材方面、錄制演播室圖像等方面,所以設(shè)備總量的增加是十分必要的。就目前情況看來(lái),將有很長(zhǎng)的一段時(shí)間前期拍攝將持續(xù)采用帶基,還有保存節(jié)目也還需要采用帶基。因而就對(duì)磁帶上下載使用的確保方面要注意網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的更新。用于錄制口播圖像有2臺(tái),這2臺(tái)在不同的時(shí)間,也可以上下載節(jié)目的,或是節(jié)目片頭和片花的制作,包裝節(jié)目等等方面。有4臺(tái)用于制作和合成節(jié)目,是精編工作站用來(lái)工作的。2臺(tái)用于記者初剪,是簡(jiǎn)編工作站用來(lái)工作的。類似于一臺(tái)簡(jiǎn)編工作站,審片工作站其實(shí)不審片的時(shí)候也可以做剪輯工作。配音工作站,顧名思義是用來(lái)給節(jié)目制作配音的,這是不占用非編額的。剩下的錄放機(jī)都是已經(jīng)投入使用的,需要在搭配上做合理安排,可以不增添數(shù)量,要將組合進(jìn)行優(yōu)化。
3.3 雙服務(wù)器
就網(wǎng)絡(luò)職能的完成情況來(lái)說(shuō),單臺(tái)服務(wù)器在一般情況下就可以自己完成,但是雙服務(wù)器顯然效果更佳。它能將管理的內(nèi)容分開(kāi),具體管理內(nèi)容包括硬盤陣列與數(shù)據(jù)庫(kù)方面,承擔(dān)任務(wù)分別由兩個(gè)服務(wù)器來(lái)進(jìn)行。這就使得數(shù)據(jù)流動(dòng)的效率尤其是實(shí)時(shí)視音頻,得到大大的提高。這就避免了沖突,減少了等待的時(shí)間,有助于網(wǎng)絡(luò)管理的有效進(jìn)行[3]。這兩臺(tái)服務(wù)器還有助于網(wǎng)絡(luò)管理,可以留作冷備份。如今神通網(wǎng)已經(jīng)在各大省級(jí)電視臺(tái)落戶,其穩(wěn)定性深受好評(píng)。節(jié)目制作的流程基本全部被該網(wǎng)絡(luò)覆蓋,后臺(tái)的管理和系統(tǒng)的應(yīng)用可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行全面的采用。有著嚴(yán)格的權(quán)限管理和較為高效的資源配置,統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的輸出可依據(jù)節(jié)目制作量來(lái)進(jìn)行。該系統(tǒng)還可以連接辦公局域網(wǎng),為工作提供方便。
4 結(jié)語(yǔ)
隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和中興電視臺(tái)后期制作的不斷實(shí)踐,如今的非編網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)日趨成熟,這幾年年的發(fā)展奠定了很好的基礎(chǔ)。針對(duì)不同中小電視臺(tái)的不同需求,如今的非編網(wǎng)絡(luò)一般都是來(lái)“量身定做”網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì),這似乎是一件“仁者見(jiàn)仁,智者見(jiàn)智”的事情。我們知道進(jìn)行非編網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)的前提和基礎(chǔ)應(yīng)當(dāng)是對(duì)實(shí)際進(jìn)行深入的了解,對(duì)需求進(jìn)行準(zhǔn)確的把握。中小電視臺(tái)還應(yīng)當(dāng)在此同時(shí)做到與世界網(wǎng)絡(luò)技術(shù)接軌,關(guān)注最先進(jìn)的國(guó)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)技術(shù),以保障網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)技術(shù)的前瞻性,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展性、開(kāi)放性和可持續(xù)性發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
[1] 宗曉軍.邢臺(tái)電視臺(tái)數(shù)字制播系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與改造―― 基于純千兆以太網(wǎng)的非編和播出系統(tǒng)[J].現(xiàn)代電視技術(shù),2007(40):85-89.
1 建設(shè)第三方網(wǎng)絡(luò)設(shè)備監(jiān)控和管理的必
要性
河南電信從2008年開(kāi)始建設(shè)移動(dòng)軟交換網(wǎng)絡(luò),采用中興先進(jìn)的ZXC10系統(tǒng)構(gòu)建移動(dòng)網(wǎng),通過(guò)中國(guó)電信CN2網(wǎng)絡(luò)的承載來(lái)實(shí)現(xiàn)省內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的互連和業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)發(fā)功能。河南電信一期的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1。
中興移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括MSCe、HLRe、EMS等,而每套設(shè)備均由前臺(tái)系統(tǒng)和后臺(tái)系統(tǒng)組成。其中前臺(tái)系統(tǒng)為中興自己生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架設(shè)備,通過(guò)插入各種功能單板來(lái)實(shí)現(xiàn)接入業(yè)務(wù)的處理功能,而后臺(tái)系統(tǒng)則是以HP服務(wù)器、Sun服務(wù)器、Cisco交換機(jī)、Cisco路由器等設(shè)備組成,后臺(tái)系統(tǒng)負(fù)責(zé)完成系統(tǒng)、業(yè)務(wù)和用戶數(shù)據(jù)的處理和存儲(chǔ),擔(dān)當(dāng)著重要的核心功能。以MSCe前后臺(tái)的組網(wǎng)為例,其前后臺(tái)通信均通過(guò)兩臺(tái)Cisco 3400交換機(jī)相連,交換機(jī)中配置不同VLAN,區(qū)別不同的業(yè)務(wù),其中MSCe_OMP、MSCe_CIB為前臺(tái)與后臺(tái)通信板卡,傳送網(wǎng)管和計(jì)費(fèi)信息;MSCe網(wǎng)管服務(wù)器、MSCe計(jì)費(fèi)服務(wù)器等為后臺(tái)服務(wù)器,負(fù)責(zé)前臺(tái)設(shè)備數(shù)據(jù)管理、計(jì)費(fèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等。Cisco交換機(jī)與Cisco 2811路由器相連,通過(guò)CN2(IP承載網(wǎng))與其它地市設(shè)備實(shí)現(xiàn)互連,網(wǎng)管網(wǎng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖2。
目前不管是中興的專業(yè)網(wǎng)管系統(tǒng)還是綜合網(wǎng)管系統(tǒng),都只能對(duì)中興前臺(tái)系統(tǒng)(也就是中興自己的產(chǎn)品)和后臺(tái)服務(wù)器上自身的軟件進(jìn)行監(jiān)控;而對(duì)于后臺(tái)組網(wǎng)的服務(wù)器、路由器和以太網(wǎng)交換機(jī)等設(shè)備,由于是采用第三方廠家的設(shè)備,中興公司并沒(méi)有提供對(duì)這些設(shè)備的硬件、性能等有效和全面的監(jiān)控和管理手段,這就給日常維護(hù)埋下了較大的安全隱患。對(duì)于一個(gè)電信級(jí)業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō),網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控手段的缺失是致命的,一旦這些盲區(qū)內(nèi)的設(shè)備出現(xiàn)故障,很可能會(huì)因?yàn)闊o(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)而導(dǎo)致故障處理不及時(shí),將會(huì)對(duì)運(yùn)營(yíng)商在全省的口碑、市場(chǎng)發(fā)展帶來(lái)很大影響。因此,掃除網(wǎng)絡(luò)盲區(qū),完善網(wǎng)絡(luò)管理,建設(shè)第三方網(wǎng)絡(luò)設(shè)備監(jiān)控和管理系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱第三方網(wǎng)管系統(tǒng))就迫在眉睫。
2 第三方設(shè)備網(wǎng)管建設(shè)分析
2.1 網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)
由于河南電信移動(dòng)軟交換網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行在中國(guó)電信CN2網(wǎng)絡(luò)上,CN2網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)公共的網(wǎng)絡(luò),它不但給CDMA軟交換網(wǎng)絡(luò)提供承載業(yè)務(wù),同時(shí)也給電信公司其它業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)(固網(wǎng)軟交換、PDSN、DCN、計(jì)費(fèi)等)提供承載業(yè)務(wù),還面向用戶提供接入服務(wù)。CN2網(wǎng)絡(luò)通過(guò)VPN將各個(gè)業(yè)務(wù)進(jìn)行隔離,以保證其安全性、專有性。對(duì)于移動(dòng)軟交換網(wǎng)絡(luò)本身而言,也是通過(guò)建立專門的VPN與外網(wǎng)隔離,同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部通過(guò)子網(wǎng)劃分、設(shè)置VLAN的方式,來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部信令、語(yǔ)音、網(wǎng)管、計(jì)費(fèi)等網(wǎng)絡(luò)的相互隔離,達(dá)到電信級(jí)運(yùn)營(yíng)網(wǎng)絡(luò)的高可靠、高安全級(jí)別的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行。
由于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的IP化,設(shè)備直接出IP口,擺脫了網(wǎng)管地域化、線纜專用化的束縛,傳統(tǒng)通過(guò)專用管理口進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理的方式已經(jīng)不再使用,只要網(wǎng)絡(luò)通達(dá)的地方,都可以隨時(shí)隨地實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的管理。作為電信級(jí)運(yùn)營(yíng)商,網(wǎng)管網(wǎng)絡(luò)必須與公用互聯(lián)網(wǎng)及其他專用網(wǎng)絡(luò)隔離,確保網(wǎng)絡(luò)安全性,因此,要搭建第三方網(wǎng)管系統(tǒng),就必須了解河南電信移動(dòng)網(wǎng)網(wǎng)管網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)。中興網(wǎng)管使用的IP地址包含3類:一類為CN2地址,這些地址是中興內(nèi)部組網(wǎng)的路由器、OMMServer網(wǎng)管系統(tǒng)使用的,通過(guò)在PE路由器上配置路由,實(shí)現(xiàn)全省CN2網(wǎng)內(nèi)的互通;一類為DCN地址,這些地址是計(jì)費(fèi)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備使用的,由于計(jì)費(fèi)網(wǎng)絡(luò)的高安全性要求,在CN2網(wǎng)內(nèi)不能與其它網(wǎng)絡(luò)互通;還有一類為中興內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)設(shè)備地址,這些地址是HP服務(wù)器、以太網(wǎng)交換機(jī)等使用的,是為了中興內(nèi)部組網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)管理,不需要與外部互通。
2.2 第三方網(wǎng)管建設(shè)需求
要實(shí)現(xiàn)第三方網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的監(jiān)控和管理,就需要建設(shè)一套網(wǎng)管系統(tǒng),通過(guò)對(duì)河南電信移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的分析和了解,可以得出建設(shè)網(wǎng)管需要滿足的一些條件:
(1)設(shè)立一套第三方網(wǎng)絡(luò)設(shè)備信息采集設(shè)備,通過(guò)該設(shè)備可以采集到所需的各種信息(告警、性能、配置等);
(2)第三方網(wǎng)絡(luò)設(shè)備信息采集系統(tǒng)可以訪問(wèn)到各個(gè)需要管理和信息采集的第三方網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng);
(3)針對(duì)被監(jiān)控設(shè)備類型的不同,需要打開(kāi)各種設(shè)備的被管協(xié)議,以便第三方網(wǎng)絡(luò)設(shè)備信息采集設(shè)備的正常采集信息;
(4)提出第三方網(wǎng)管系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)和滿足的各類功能與需求;
(5)由于移動(dòng)核心網(wǎng)部分被管第三方設(shè)備與外界不能互通,需要解決信息采集問(wèn)題。
2.3 第三方網(wǎng)管建設(shè)可行性分析
針對(duì)以上條件,建設(shè)一套符合電信網(wǎng)絡(luò)維護(hù)要求的第三方設(shè)備網(wǎng)管系統(tǒng),下面為可行性分析。
(1)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備信息采集系統(tǒng)
由于被采集設(shè)備包括HP服務(wù)器、Sun服務(wù)器、以太網(wǎng)交換機(jī)、路由器,這些設(shè)備均為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,支持信息采集功能,只要選擇合適的采集系統(tǒng)即可,建議采用專用的服務(wù)器,譬如Sun、HP、IBM等生產(chǎn)的服務(wù)器。
(2)采集機(jī)與被采設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)互通
前面已經(jīng)說(shuō)過(guò),中興網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包含3類地址,CN2網(wǎng)管地址省內(nèi)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)互通,但計(jì)費(fèi)地址(計(jì)費(fèi)服務(wù)器)和中興內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)設(shè)備地址(HP刀片機(jī)、以太網(wǎng)交換機(jī)等)不與外部網(wǎng)絡(luò)互通,只能在本地局域網(wǎng)內(nèi)訪問(wèn)。根據(jù)這種現(xiàn)狀,可以將采集機(jī)放在CN2網(wǎng)管網(wǎng)內(nèi),在省中心集中放置一套數(shù)據(jù)采集機(jī),用于采集全省移動(dòng)網(wǎng)第三方設(shè)備信息。
對(duì)于如何實(shí)現(xiàn)采集機(jī)和各個(gè)地市計(jì)費(fèi)設(shè)備、中興內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)設(shè)備互通問(wèn)題,可以有兩種方法:一種是采集機(jī)到各個(gè)專有網(wǎng)絡(luò)建立物理連接,實(shí)現(xiàn)采集機(jī)到專有網(wǎng)絡(luò)的直接互通。由于需要與17個(gè)地市的網(wǎng)絡(luò)互通,這種方式投資量很大,需要在采集機(jī)上增加多網(wǎng)卡,增加所需的路由器、以太網(wǎng)交換機(jī)設(shè)備,還要占用省內(nèi)傳輸資源等,不可??;另外一種方法就是布置,由于中興網(wǎng)管服務(wù)器上配置有多網(wǎng)卡,同時(shí)配置有CN2地址、計(jì)費(fèi)地址和DCN地址,這就可以在中興網(wǎng)管機(jī)上布置,通過(guò)網(wǎng)管機(jī)跳轉(zhuǎn)來(lái)訪問(wèn)這些專有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,采集到所需的信息。
(3)不同類型設(shè)備需打開(kāi)的被管協(xié)議
對(duì)于服務(wù)器使用Windows操作系統(tǒng)的,可采用WMI服務(wù)取得監(jiān)控信息;對(duì)于服務(wù)器使用Solaris操作系統(tǒng)的,可采用SSH/Telnet獲取監(jiān)控信息;對(duì)于中興網(wǎng)的專有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,通過(guò)在中興網(wǎng)管服務(wù)器OMMServer上安裝DMS(工具),對(duì)處于中興網(wǎng)內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(采用SNMP協(xié)議取值)和服務(wù)器(采用WMI或SSH/Telnet取值)進(jìn)行監(jiān)控信息的采集與處理,處理后的數(shù)據(jù)匯總到采集服務(wù)器進(jìn)行集中監(jiān)控管理。
(4)網(wǎng)管系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的功能和需求
第三方網(wǎng)管應(yīng)能滿足的基本功能和需求包括:
1)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的實(shí)時(shí)告警信息采集和呈現(xiàn);
2)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備內(nèi)存、CPU、硬盤空間的動(dòng)態(tài)采集;
3)實(shí)現(xiàn)分權(quán)分域管理;
4)實(shí)現(xiàn)各類事件的匯總、報(bào)告。
通過(guò)以上分析,可以得出結(jié)論:在河南電信移動(dòng)網(wǎng)內(nèi)建設(shè)一套第三方網(wǎng)管系統(tǒng)是可行的。
圖3是第三方網(wǎng)管系統(tǒng)在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的部署架構(gòu)。
3 網(wǎng)管建設(shè)及應(yīng)用
根據(jù)監(jiān)控設(shè)備的數(shù)量(全網(wǎng)大約有160臺(tái)設(shè)備)和網(wǎng)管功能需求,采購(gòu)了IBM System X3850 X5服務(wù)器作為數(shù)據(jù)采集和處理設(shè)備,基本配置:RAM 16G,硬盤600G,CPU雙核Intel Xeon E7520。
數(shù)據(jù)處理服務(wù)器放置于移動(dòng)核心網(wǎng)機(jī)房,通過(guò)網(wǎng)線接入移動(dòng)核心網(wǎng)的CN2網(wǎng)管網(wǎng)中,實(shí)現(xiàn)與移動(dòng)網(wǎng)管服務(wù)器的互通。
在17個(gè)地市的中興網(wǎng)管服務(wù)器上布置軟件,數(shù)據(jù)處理服務(wù)器可以通過(guò)中興網(wǎng)管服務(wù)器訪問(wèn)DCN網(wǎng)內(nèi)計(jì)費(fèi)服務(wù)器、中興網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部局域網(wǎng)的服務(wù)器、Cisco以太網(wǎng)交換機(jī)、HP以太網(wǎng)交換機(jī)等,實(shí)現(xiàn)全部網(wǎng)元的監(jiān)控。
在實(shí)施階段,通過(guò)在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(路由器、交換機(jī))上開(kāi)啟SNMP服務(wù),并設(shè)置共同體名及訪問(wèn)權(quán)限;在運(yùn)行Windows系統(tǒng)的服務(wù)器啟動(dòng)WMI服務(wù),并設(shè)置防火墻允許WMI訪問(wèn)(默認(rèn)135、445端口)和ping操作。在運(yùn)行Solaris的服務(wù)器上開(kāi)啟防火墻,需要允許SSH(端口號(hào):22)、telnet(端口號(hào):23)的訪問(wèn),確保數(shù)據(jù)采集機(jī)能夠獲取到各種類型網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)器的數(shù)據(jù)。
在建設(shè)和試用階段,又對(duì)網(wǎng)管各項(xiàng)功能提出改善要求與建議,建設(shè)的第三方網(wǎng)管系統(tǒng)逐漸成為維護(hù)中的一個(gè)重要維護(hù)工具,發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。
參考文獻(xiàn):
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關(guān)鍵詞:教學(xué)改革;實(shí)驗(yàn);數(shù)字邏輯電路;計(jì)算機(jī)專業(yè)
中圖分類號(hào):G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1009-3044(2013)29-6570-02
數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)課程是電氣、電子信息類和部分非電類專業(yè)本科生在電子技術(shù)方面入門性質(zhì)的技術(shù)課。它在電類專業(yè)中深受青睞,但在非電類專業(yè)中的教學(xué)沒(méi)引起足夠的重視。長(zhǎng)期以來(lái),在我校計(jì)算機(jī)專業(yè)類數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教師難教學(xué)生厭學(xué)的現(xiàn)象。我們從學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的現(xiàn)狀著手,通過(guò)對(duì)該課程的先導(dǎo)課程及后續(xù)課程進(jìn)行調(diào)查分析,了解相關(guān)理論課學(xué)習(xí)的狀態(tài),并據(jù)此提出了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革措施,分三個(gè)階段對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力及動(dòng)手能力進(jìn)行培養(yǎng),我們稱之為數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)課程“過(guò)三關(guān)”[1]。
1 數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革思路
數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)在計(jì)算機(jī)類專業(yè)都把它作為一門主干必修課程,但相比專業(yè)課來(lái)說(shuō),非電類專業(yè)對(duì)該課程地位認(rèn)識(shí)和重視程度是不一樣的,普遍存在的一種現(xiàn)象是“重軟件輕硬件”[2]。我校計(jì)科專業(yè)、網(wǎng)工專業(yè)的“數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)”課,安排在第三學(xué)期,并具有第二學(xué)期的“模擬電子技術(shù)”課程的基礎(chǔ)。而軟工專業(yè)的“數(shù)電”課安排在第二學(xué)期,并沒(méi)有提前開(kāi)設(shè)“模電”課程,缺乏電路知識(shí)的先導(dǎo)。在總課時(shí)數(shù)壓縮的情況下,由于理論課和實(shí)驗(yàn)課安排在同一學(xué)期,并在第一周同時(shí)開(kāi)課,實(shí)驗(yàn)課嚴(yán)重滯后于理論課的進(jìn)度,造成學(xué)生想要學(xué)好又覺(jué)得心有余而力不足[3]。
第一關(guān):克服對(duì)數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)課的心理恐懼關(guān)
對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō),模擬電子技術(shù)和數(shù)字邏輯電路都很難學(xué),更難于精。適合計(jì)算機(jī)專業(yè)的專用教材很少,更沒(méi)有比較適合的實(shí)驗(yàn)教材。不得已沿用電類專業(yè)的教材,理論偏多偏深。單純的數(shù)字邏輯分析抽象、枯燥、乏味,遇到復(fù)雜的邏輯現(xiàn)象更容易讓人感到無(wú)從下手,產(chǎn)生畏難情緒。例如:教材[4][5]的第二章邏輯門電路,是學(xué)生們共同認(rèn)為最難于理解、頭疼困難的內(nèi)容。在講解TTL(Transistor-Transistor Logic)基本邏輯門涉及到很多的電路基礎(chǔ)知識(shí)、基本電路元件(電阻、二極管、三極管等元件)、電路及結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體工藝、以及它們的電流、電壓、元件參數(shù)等內(nèi)部電氣參數(shù)的計(jì)算等。對(duì)電路原理的理解和對(duì)電子元器件認(rèn)識(shí)存在困難。然而,計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)習(xí)的重點(diǎn)并不在這些電路的內(nèi)部原理和前端設(shè)計(jì),實(shí)驗(yàn)所必需的電路基礎(chǔ)知識(shí)在課程中的應(yīng)用暫時(shí)不用十分深入,可以不用刻意去理解邏輯器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。重點(diǎn)應(yīng)放在:一是掌握器件輸入和輸出之間的邏輯功能;二是外部的電氣特性其主要參數(shù)。相應(yīng)的基本門電路實(shí)驗(yàn),目的包括掌握TTL基本邏輯門的邏輯功能驗(yàn)證與參數(shù)測(cè)試;掌握TTL器件的使用規(guī)則;進(jìn)一步熟悉數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)、基本功能和使用方法?!拜p里重外”,將集成電路視為“黑匣子”,這樣電路基礎(chǔ)知識(shí)不再構(gòu)成計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)的障礙。
在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,改善實(shí)驗(yàn)條件,增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的趣味性。讓生活走進(jìn)實(shí)驗(yàn)、貼近生活。理論實(shí)驗(yàn)化,實(shí)驗(yàn)生活化。例如: 邏輯門實(shí)驗(yàn)是認(rèn)識(shí)數(shù)字電路的基本實(shí)驗(yàn),電子門鈴的原理就是利用與非門構(gòu)成振蕩器,使輸出端的鈴聲信號(hào)輸出,從而驅(qū)動(dòng)喇叭發(fā)出鬧鈴聲的。除此之外,實(shí)驗(yàn)還能進(jìn)行趣味游戲如乒乓球游戲機(jī)等的設(shè)計(jì)。通過(guò)增加實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、改變實(shí)驗(yàn)方法,多做實(shí)驗(yàn)來(lái)改變學(xué)生怕做實(shí)驗(yàn)的恐懼心理。
根據(jù)現(xiàn)在的理論課學(xué)時(shí)、教學(xué)計(jì)劃和實(shí)驗(yàn)設(shè)備,改編有關(guān)內(nèi)容。以“與非門”邏輯為例說(shuō)明改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。采用先理論講解,以邏輯代數(shù)為基本數(shù)學(xué)工具,從基本邏輯門電路入手。實(shí)驗(yàn)使用傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字邏輯器件四2輸入與非門74LS00,,用它構(gòu)成傳統(tǒng)的與非門驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。再用硬件描述語(yǔ)言VHDL(Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language)[6]和復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD(Complex Programmable Logic Device) [7]實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)“與非門”邏輯。這樣就建立了同一實(shí)際邏輯問(wèn)題用多種不同層次方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的模式:數(shù)字邏輯單元理論設(shè)計(jì),以門電路為基本單元電路構(gòu)成各種組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路,使用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字邏輯器件中的中(MSI)、小規(guī)模(SSI)的TTL集成電路驗(yàn)證;利用通用集成電路模塊產(chǎn)品,主要是用中(MSI)大規(guī)模(LSI)集成電路模塊,構(gòu)成預(yù)定功能的邏輯電路;再用VHDL和CPLD構(gòu)成復(fù)雜的電路系統(tǒng),步步推進(jìn),穿行融合。
第二關(guān):培養(yǎng)動(dòng)手能力關(guān)
從數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)分析,數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)主要由基本邏輯門電路,由門電路組成的基本組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路及通用集成電路模塊構(gòu)成。
在第一階段為數(shù)字邏輯電路基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)(芯片級(jí)實(shí)驗(yàn))。由“一門而入”,選用傳統(tǒng)典型標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字邏輯器件與非門,進(jìn)行基本門電路邏輯功能測(cè)試與驗(yàn)證,通過(guò)實(shí)驗(yàn)使學(xué)生熟練掌握數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱的結(jié)構(gòu)和使用方法,使用示波器記錄描述邏輯功能的波形圖,實(shí)驗(yàn)基本儀器測(cè)試集成電路外部電氣特性參數(shù)。掌握用與非門組成其它邏輯門及邏輯門之間的互換、解決不同門電路之間相互連接匹配問(wèn)題。對(duì)集成門電路外形建立感性認(rèn)識(shí),熟悉芯片的外形封裝、芯片的引腳數(shù)量和分布情況。通過(guò)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn),訓(xùn)練了學(xué)生的數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)的基本功,為綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)打下良好的基礎(chǔ)。
第二階段為綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)(單元級(jí)實(shí)驗(yàn))。主要有基本技能測(cè)試性綜合實(shí)驗(yàn)、組合電路設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)、時(shí)序電路設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)、存儲(chǔ)器和D/A或A/D轉(zhuǎn)換電路的綜合實(shí)驗(yàn)。
綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)主要是小系統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)[8],每一個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以由多片標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字邏輯器件MSI、MSI的門電路組成。也可以用通用集成電路中的MSI、LSI的TTL集成電路芯片組成。實(shí)驗(yàn)者可根據(jù)自己的設(shè)計(jì)做出不同種類的電路,培養(yǎng)對(duì)單元功能電路的理解和靈活運(yùn)用能力。例在傳統(tǒng)數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)中,最為經(jīng)典的例子是“三人表決器實(shí)驗(yàn)電路的設(shè)計(jì)” [9]。其中SSI門電路設(shè)計(jì)最為靈活,可以選擇一種與非門構(gòu)成“與非-與非式”、一種或非門構(gòu)成“或非-或非式”、與非門+或非門構(gòu)成“與或非式”。也可以采用通用集成電路模塊譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器和加法器分別設(shè)計(jì)多種三人表決器實(shí)驗(yàn)電路。
第三關(guān):VHDL及CPLD實(shí)驗(yàn)提高復(fù)雜電路設(shè)計(jì)能力關(guān)
從第一、第二階段實(shí)驗(yàn)的效果來(lái)看,這些實(shí)驗(yàn)是在掌握SSI、MSI電路分析和設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行,達(dá)到預(yù)定的邏輯功能。這種方法設(shè)計(jì)的邏輯系統(tǒng)規(guī)模不宜太大,否則,系統(tǒng)需要很多芯片,連接線和接點(diǎn)復(fù)雜,導(dǎo)致可靠性下降、功耗增加,系統(tǒng)占用空間擴(kuò)大。為此,可以采用大規(guī)模集成和超大規(guī)模集成技術(shù),把完成復(fù)雜功能的眾多芯片集成到一個(gè)芯片內(nèi)。可以克服上述問(wèn)題。這種能夠完成特定功能的集成電路芯片稱之為專用集成電路。用VHDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)后,在CPLD中實(shí)現(xiàn),這已經(jīng)成為數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主流。
將新技術(shù)和新型電路設(shè)計(jì)的方法充實(shí)到教學(xué)中去,以體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)與時(shí)俱進(jìn)的先進(jìn)性。第三階段的可編程器件的應(yīng)用與可編程電路的EDA設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)(系統(tǒng)級(jí)實(shí)驗(yàn)),要求學(xué)生用CPLD芯片重現(xiàn)第一階段的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和第二階段綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中的電路設(shè)計(jì)。訓(xùn)練學(xué)生通過(guò)閱讀資料掌握可編程器件的功能及規(guī)范的使用方法。掌握EDA軟件的使用方法和設(shè)計(jì)語(yǔ)言。最終達(dá)到“了解一種器件,熟練使用一種設(shè)計(jì)工具,掌握一門設(shè)計(jì)語(yǔ)言,能夠設(shè)計(jì)較復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)”的目的。
通過(guò)三個(gè)不同階段的實(shí)驗(yàn)過(guò)程,將一種數(shù)字邏輯器件的基礎(chǔ)理論,用傳統(tǒng)器件實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證或?qū)崿F(xiàn),再用VHDL及CPLD實(shí)驗(yàn)復(fù)現(xiàn),三者融合循環(huán),螺旋式上升。實(shí)現(xiàn)數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革,幫助學(xué)生突破在學(xué)習(xí)道路上的三道難關(guān)。
2 結(jié)論
侯建軍教授提出了“厚理博術(shù),知行相成”的教育理念。通過(guò)數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn),既要加強(qiáng)知識(shí)的學(xué)習(xí),又要踐行所學(xué)的知識(shí),提高實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)確定教學(xué)目標(biāo),組織教學(xué)內(nèi)容,制定教學(xué)方法,以學(xué)生為主體,“教法”適應(yīng)“學(xué)法”培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。倡導(dǎo)以啟發(fā)、探索和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)為核心的研究式學(xué)習(xí)方式,鼓勵(lì)學(xué)生參與國(guó)家級(jí)和校級(jí)的大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目,并參加各種國(guó)家電子技能大賽,取得很好的效果。
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我們教學(xué)的問(wèn)題不在于教學(xué)生各種學(xué)問(wèn),而在于培養(yǎng)他們有愛(ài)好學(xué)問(wèn)的興趣,而且在這種興趣充分增長(zhǎng)起來(lái)的時(shí)候,教他們研究學(xué)問(wèn)的方法。帶著這種研究我進(jìn)行了教學(xué)的課程改革,以教學(xué)“組合邏輯電路的設(shè)計(jì)”為例。
組合邏輯電路在“數(shù)字電子技術(shù)”教材中的中間位置,起著承前啟后的作用,通過(guò)本節(jié)學(xué)習(xí),讓學(xué)生明確組合邏輯電路設(shè)計(jì)的思路與方法,能夠設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)實(shí)用的邏輯電路,體會(huì)到所學(xué)知識(shí)在身邊的運(yùn)用,任務(wù)訓(xùn)練的模式引起了學(xué)生的好奇心和參與興趣。
開(kāi)篇以創(chuàng)設(shè)情境入手,我們熟知的“中國(guó)最強(qiáng)音”評(píng)判方式。四個(gè)評(píng)委半數(shù)通過(guò),那就是至少有三人YES,選手才能通過(guò)。播放一段“中國(guó)達(dá)人秀”視頻,讓學(xué)生通過(guò)其中“他們的選擇決定達(dá)人的命運(yùn)”這句話理解三位評(píng)委的作用。我們?nèi)绾蝸?lái)設(shè)計(jì)一個(gè)電路能夠體現(xiàn)評(píng)委判定選手是否過(guò)關(guān)呢?這就是我們今天的第一個(gè)任務(wù),設(shè)計(jì)“三人表決器”,也是我們這節(jié)課要講的邏輯電路的設(shè)計(jì),一下引起學(xué)生的好奇,帶著好奇和興趣開(kāi)始我們的組合邏輯電路的設(shè)計(jì)。
首先講授組合邏輯電路的設(shè)計(jì)步驟,根據(jù)步驟分析實(shí)際項(xiàng)目要求,引導(dǎo)學(xué)生明確解決問(wèn)題的方案,在此過(guò)程中教師起引導(dǎo)、分析、提醒、詢問(wèn)的作用,指導(dǎo)學(xué)生找到問(wèn)題的解決方案。學(xué)生設(shè)計(jì)的電路出現(xiàn)了兩種結(jié)果,哪種邏輯電路更好呢?學(xué)生又開(kāi)始分組討論、對(duì)比分析兩種設(shè)計(jì)方案,發(fā)現(xiàn)雖然都是四個(gè)門電路,第一種方案是三個(gè)“與門”一個(gè)“或門”,第二種方案是四個(gè)“與非門”,更簡(jiǎn)單一些,而且還可以用一個(gè)集成塊來(lái)完成,使電路更簡(jiǎn)單,最終確定使用第二種方案。層層設(shè)疑,層層分析過(guò)程中激發(fā)了學(xué)生興趣,興趣帶動(dòng)了學(xué)生動(dòng)力,隨后增加難度布置下一個(gè)任務(wù)訓(xùn)練。由學(xué)生自己設(shè)計(jì)了三個(gè)輸入變量,兩個(gè)輸出變量根據(jù)水位的高低決定由哪個(gè)水泵注水的控制電路的設(shè)計(jì)。難度雖然提高了,但學(xué)生的思路開(kāi)闊了,邏輯思維能力增強(qiáng)了,通過(guò)認(rèn)真分析問(wèn)題,最終得出正確的真值表,設(shè)計(jì)出最簡(jiǎn)單的電路。老師的引導(dǎo)成功地激起了學(xué)生的設(shè)計(jì)興趣,小組激烈討論,快速得出設(shè)計(jì)方案,相互探討誰(shuí)的設(shè)計(jì)更合理,突破了本節(jié)課的難點(diǎn)。
本節(jié)課采用傳統(tǒng)教學(xué)與多媒體課件和實(shí)訓(xùn)相結(jié)合的教學(xué)模式,為了活躍和激發(fā)小組之間的比拼與斗志,最先完成任務(wù)的將結(jié)果寫到黑板上,大家做評(píng)委判定是否通過(guò)。任務(wù)訓(xùn)練中做到了以學(xué)生為主體,教師為主導(dǎo)的“教學(xué)互動(dòng)”,不斷激發(fā)學(xué)生求知欲和學(xué)習(xí)熱情,讓學(xué)生在教學(xué)過(guò)程中體驗(yàn)成功,達(dá)到了自我肯定的目的。
1. 理論教學(xué)
1.1 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容
《數(shù)字電子技術(shù)》課程內(nèi)容包括邏輯代數(shù)、門電路、組合邏輯電路、觸發(fā)器、時(shí)序邏輯電路、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、可編程邏輯器件、脈沖波形的產(chǎn)生和整形、數(shù)-模和模-數(shù)轉(zhuǎn)換電路等。隨著近年來(lái)數(shù)字電子技術(shù)飛速發(fā)展,知識(shí)更新周期縮短,數(shù)字器件不斷更新?lián)Q代,使得該課程授課內(nèi)容多課時(shí)少的矛盾更顯突出,因此,有必要對(duì)該課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化,我們選用的教材是由清華大學(xué)余孟嘗教授主編,高等教育出版社的《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程(第三版)》。在保證《數(shù)字電子技術(shù)》基本知識(shí)、基本分析方法和設(shè)計(jì)方法的前提下,對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化:內(nèi)容選取上力求少而精,對(duì)于學(xué)生學(xué)過(guò)的知識(shí)(如:數(shù)的表示方法、二極管、三極管、場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)等)以及無(wú)法在較少的學(xué)時(shí)里充分闡述的知識(shí)(如:脈沖產(chǎn)生與整形電路、數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路等)做了較大的刪減,并壓縮集成器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)部分的內(nèi)容,重點(diǎn)放在集成器件的外特性及其應(yīng)用。組合邏輯電路、時(shí)序邏輯電路的分析、設(shè)計(jì)是本課程的重點(diǎn),特別是時(shí)序邏輯電路的分析、設(shè)計(jì)是本課程的核心內(nèi)容,因此這部分安排了較多學(xué)時(shí)。同時(shí)根據(jù)學(xué)科專業(yè)特點(diǎn)增加了電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化EDA。
1.2 采用現(xiàn)代化教學(xué)手段
《數(shù)字電子技術(shù)》課程中有大量用圖形、表格表述的知識(shí),如電路圖、波形圖、時(shí)序圖、真值表、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖等,如果僅借助板書手繪圖表,不僅費(fèi)時(shí)、費(fèi)力,效果卻一般。而且,數(shù)字邏輯電路的知識(shí)和前面所學(xué)的電路分析、模擬電子技術(shù)的知識(shí)密切相關(guān),利用黑板不方便引用、回顧前面所學(xué)知識(shí)。
多媒體技術(shù)能夠?qū)⒋罅康募呻娐?、圖形、波形、真值表等預(yù)先存放在計(jì)算機(jī)中,上課時(shí)教師可以方便、快捷地調(diào)用,減少了很多耗時(shí)的板書和畫圖,節(jié)省了大量的時(shí)間,從而提高教學(xué)效率?!稊?shù)字電路》中組合邏輯電路及時(shí)序邏輯電路的分析及設(shè)計(jì)過(guò)程和其他一些章節(jié)都存在大量邏輯圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖、時(shí)序圖及動(dòng)畫等,用多媒體教學(xué)無(wú)疑能很好地將這些章節(jié)的內(nèi)容講解得更具體、清晰、生動(dòng)。
2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)
2.1完善教學(xué)內(nèi)容
實(shí)驗(yàn)教學(xué)擔(dān)負(fù)著鞏固和加深對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的理解、培養(yǎng)學(xué)生用理論知識(shí)分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力的任務(wù)。考慮到普遍存在的大學(xué)生動(dòng)手能力弱的問(wèn)題,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中安排了基礎(chǔ)性驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn);此外,為了適應(yīng)數(shù)字電路的發(fā)展和學(xué)生就業(yè)的需要,在實(shí)驗(yàn)中還引入EDA的內(nèi)容。
首先,開(kāi)設(shè)基礎(chǔ)性驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),鍛煉學(xué)生的基本技能。通過(guò)開(kāi)設(shè)3~4個(gè)基礎(chǔ)性驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),使學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備如實(shí)驗(yàn)箱、面包板等的使用,掌握基本門電路邏輯功能的測(cè)試方法。
其次,開(kāi)設(shè)綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。實(shí)驗(yàn)室根據(jù)該課程的應(yīng)用要求及學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,安排了數(shù)字鐘、搶答器、裁判電路、交通燈控制電路設(shè)計(jì)等,并利用計(jì)算機(jī)對(duì)設(shè)計(jì)電路進(jìn)行仿真調(diào)試。
通過(guò)這樣設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,使學(xué)生的學(xué)習(xí)由淺入深,由易到難,循序漸進(jìn),學(xué)生將理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合,加深了對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解,提高了學(xué)習(xí)積極性。很好地培養(yǎng)了他們的主動(dòng)性及動(dòng)手能力。
2.2改革考核方式
級(jí)別:CSSCI南大期刊
榮譽(yù):中國(guó)優(yōu)秀期刊遴選數(shù)據(jù)庫(kù)
級(jí)別:部級(jí)期刊
榮譽(yù):中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)(CJFD)
級(jí)別:部級(jí)期刊
榮譽(yù):中國(guó)優(yōu)秀期刊遴選數(shù)據(jù)庫(kù)
級(jí)別:部級(jí)期刊
榮譽(yù):中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)(CJFD)
級(jí)別:部級(jí)期刊
榮譽(yù):中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)(CJFD)