新工科视域下“汽车单片机与接口技术”课程实验设计与实践
时间：2023-04-12 10:19:34
新工科视域下“汽车单片机与接口技术”课程实验设计与实践一文创作于：2023-04-12 10:19:34，全文字数：16567。
新工科视域下“汽车单片机与接口技术”课程实验设计与实践压功能。2.2 综合实验
2.2.1 设计要求
集成设计一个双向可控DC-DC控制器，可实现能量的双向流动，还能在同一方向实现升降压功能。具体实验要求如下：
1.系统参数要求
1）输入电压的范围是12-48V，输出电压的范围是0-48V；
2）输出电流具体参数为额定电流为8A，最大电流为11.5A；
3）额定功率为250W，加强冷风扇条件下最大功率为350W；
4）最大效率为95%；
5）稳压精度为5%-8%；
6）开关频率为100-200KHz，高频率驱动设计，能够支持更小的电感电容、减小板子尺寸，提高功率密度比；
2.功能要求：双向可控DC-DC 控制器不仅能实现能量的双向流动，还能在同一方向实现升降压功能，同时具备运行、故障等状态指示，输入欠压、过压保护、输出过压、过流保护等功能。
2.2.2 设计方案
分析上述要求，可以确定双向可控DC-DC 控制器由主电路、辅助电源、驱动电路、信号调理电路、主控电路(DSP 主控电路)以及OLED 驱动电路等六部分组成。
本设计采用STM32F334 作为主控芯片，利用F334 的HRPWM 模块产生所需PWM，通过UCC27211 驱动器驱动MOS管；通过信号调理电路和ADC 模块采集输入电压、输出电压、输出电流等信号，并利用采集的信号进行运算控制，以达到恒压恒流输出的目的[3]。辅助电源采用XL7005A、AMS1117-3.0 分别变换产生12V、3.3V 两路电源，并为MOS 驱动电路、信号调理电路、OLED 驱动电路、主控芯片供电；OLED 显示系统的工作状态、输出电压、输出电流等信息。
2.2.3 设计思路
根据实验设计方案，形成设计思路。不同的设计方案均可实现实验效果，同时不同实验设备和器件也可以应用到同一实验中。能够实现能量双向流动功能电路拓扑有很多种，同步BUCK 电路可以是正向降压反向升压的双向DC-DC 变换器，同步BOOST 电路亦是如此；本设计中采用同步BUCK 电路和同步BOOST 电路级联而成的同步整流BUCK-BOOST 电路拓扑，该拓扑结构简单，易于控制。通过模块实验和综合实验的结合，实现课程实验与工程应用有机衔接，培养学生动手能力的同时，促进学生创新能力和工程职业素养的提升。
3 实验教学的实施
3.1 实验过程
实验过程采用实践与虚拟融合、模块与集成结合的教学模式完成实验教学，具体包括了实验任务发布、模块化实验、集成综合实验与实验总结、报告等部分。
3.1.1 实验任务发布
教师通过数字化教学资源平台（学习通、虚拟实验室、UMU 线上课程平台）发布实验项目课前资讯、课程安排、学习工单、考核方案与实验注意事项等，推送实验内容中易于理解便于自学掌握的知识点，以视频、动画、图片为主，学生在课前自学环节阶段，视频学习可以提高学生学习效率，激发学生学习兴趣。通过线上自学和测试，了解相关知识点的掌握情况，并以此为依据及时调整教学方案，为教学难点的突破提供更多的学时。在实验项目开始前，教师布置学习任务，提供参考资料，确定学习小组。学生通过小组的分工和协作，共同完成学习任务的资料收集。
3.1.2 模块化实验
1.程序编写
学生完成资料收集和整理，讨论分析单片机控制应用场景，在教师引导下，提出了多个与课程内容相关的工程问题，初步分析总结了相关控制原理。课上教师选择典型控制场景，以例题和习题的形式完成学习，学生分组观察工作过程，对比控制信号，分析工作原理，共同完成控制程序编译。
2.虚拟仿真
虚拟仿真部分和电路板绘制在实验实训室中由学生分组完成。利用KEIL 软件仿真平台开展教学，仿真平台的使用不仅可以提高教学效率还可以降低教学成本；利用DPFlash 软件和单片机综合仿真实验仪，更好地展示单片机控制电路引脚结构、工作过程；使用Proteus 仿真软件建立虚拟的单片机硬件电路。完成硬件设计和软件设计后，进行软硬件调试和功能效果验证。
3.硬件制作
硬件制作过程以课后作业形式完成，应用PowerPCB 软件进行印制电路板的设计，完成电路板元件收集、电路板制作与测试。
3.1.3 集成综合实验
集成综合实验通过开放实验室的形式学生自主完成。该实验集成了6 个模块实验的成果，利用实验室开放等形式，学生课后完成，并撰写实验报告。完成双向可控DC-DC控制器的安装与调试，实现能量的双向流动，还能在同一方向实现升降压功能。
提升大家学习积极性，引导大家进行完整的电子系统工程项目实践，包括为学生参加创新大赛、学科竞赛、技能竞赛奠定良好的实践基础。培养学生学以致用的创新能力，引导学生结合单元作业的研究成果，拓展科技创新项目
3.1.4 实验报告
学生模块实验项目完成后，结合实验数据处理方法，完成体现实验过程、方法、结果的实验报告，提交书面报告，并辅以视频与照片等附件材料，进行展示汇报，小组互评、教师点评，确定单元任务成绩。
3.1.5 考核与持续改进
教师监控学生实验过程，记录学生出勤情况，评阅学生的实验报告，增加过程考核，提高学生的学习积极性。采用“任务自学+课程出勤+实验表现+实验评价+综合测试”的方式。模块化实验项目评价和集成综合实验项目评价共同组成了实验评价部分，合理设置综合实验项目的考核权重。根据学生实验过程和理论知识掌握情况，课程小组持续改进教学设计与实施过程，提高课程教学质量。
采用翻转课堂教学方式，将学生自主学习部分的考核比例加大，促进学生自主学习主动性，为课堂教学奠定基础。
实验表现主要评价学生实验操作过程规范性和创新性，通过评价同学们的实验表现，实现全过程评价，检验任务自学的成效。同时，借助多样化评价方式，活跃实验氛围、良好的课堂环境。
3.2 实验实施
实验以汽车单片机应用为导向，以A/D转换、串口通信、蜂鸣器等内容为基础，通过模块化实验（程序编写、虚拟仿真、硬件制作）、集成综合实验等多层次多角度的教学实施，完成了汽车单片机的程序编写、虚拟仿真、综合集成等项目的教学。
4 结束语
本文基于新工科背景下，针对“汽车单片机与接口技术”课程实验内容设计与实施研究，提出了“发布实际任务、开展模块训练、实现模块集成”的设计思路，设计了包含模块化实验（程序编写、虚拟仿真、硬件制作）、集成综合实验等多层次多角度实验结构，以设计双向可控DC-DC 控制器为综合实验载体，将虚拟仿真软件、编程软件等融入到实验教学过程中，再现了从单片机到具体设备的电路设计、程序编写、虚拟仿真和硬件制作、调试等过程。
实验内容有效地结合了实验教学与现代控制技术，突出了实验课程的高阶性、创新性与挑战度，形成了“实践
提醒您：因为《新工科视域下“汽车单片机与接口技术”课程实验设计与实践》一文较长还有下一页，点击下面数字可以进行阅读！
《新工科视域下“汽车单片机与接口技术”课程实验设计与实践》在线阅读地址：新工科视域下“汽车单片机与接口技术”课程实验设计与实践