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摘 要:电视技术课程是电类专业学生的重要专业课程,电视实验则是电视技术课程的必不可少的组成部分,作为一门专业课实验,除了开设验证性实验之外,还开设了相当份量的设计性实验。设计是技术的关键,通过设计实验活动掌握技术,培养创新技术型人才日益受到重视,也是当前实验教学的重要改革方向。本文在总结多年从事设计性电视实验教学的基础上,拟就设计性电视实验的开设原则、实施方案、以及考核评估等问题做出若干探索,以求较好地解决设计实验中的问题。
关键词:电视电视实验设计性实验离机实验
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1673-9795(2011)05(a)-0052-02
1 设计性电视实验的开设原则
1.1 传统的电视实验
传统的电视实验以电视机为目标设备,依据电视机这个平台进行一系列的实验,如:信号分离、通道测试、波形变换、频谱变换测试、失锁现象分析、制式变换及故障分析等等,主要是一些验证性实验、分析性实验和少量研究性实验。而验证性和分析性实验有一个明显的特征:它通常是以电视机的功能电路“块”为测试对象,要求电视机的各个功能电路“块”之间要有明显的输入、输出接点,以方便实验的信号检测和调试。
以色度通道电视实验为例,其中的色解码电路和恒定亮度原理实验,就要求完成以下的波形变换和频谱变换测试。
(1)彩色全电视信号CBAS经4.43MHz陷波和带通亮色分离电路后输出亮度信号Y与色度信号C,Y经延时送往视放矩阵,C送往色差信号Fu、Fv分离电路。实验要求测试信号CBAS、C和Y。
(2)C信号经梳妆滤波器分离电路后输出Fu、Fv信号,蓝色差信号(调幅被)Fu与红色差信(调幅被)号Fv送往两个解调电路。实验要求测试信号C、Fu和Fv。
(3)在解调电路中,分别完成Fu、Fv信号的解调,输出红色差信号R－Y和蓝色差信号B-Y,并一起送往末级视放矩阵电路。实验要求测试信号Fv、Fu、R-Y和B-Y。
(4)在视放矩阵电路中完成解调,输出基色信号R(红基色)、G(绿基色)、B(蓝基色),送往显像管显像。实验要求测试信号R-Y、B-Y、R、G和B。
1.2 设计性电视实验
设计性电视实验除了教学改革的需求之外,还有一个重要的原因:近年来,大规模、超大规模集成芯片的广泛使用,电视机电路的集成度越来越高。大规模、超大规模集成电路电视机追求的是:千方百计把尽可能多的电路集成到芯片中去,什么功能电路分类的划分、功能电路参数的调整、信号测试等等传统的设计要素都要退居次位,实验教学的测试更不会纳入考虑范畴。
以近年常见的国产电视机的解码主芯片(DM8361)为例,它几乎集成了图像中放、视频检波、色度解码、伴音处理等电路,且外围电路极少,因此许多传统的实验无法进行。
传统实验遇到了新问题,解决新问题为教学改革提供了很好的切入点。通过多年的摸索,我们在实验中针对电视机集成度越来越高与电视实验要求测试电视机的各部分电路功能的矛盾,引入设计性电视实验,开设的原则就是直接要求学生设计电视机集成芯片中无法测量的功能电路,制作成电路模板(块),并替代、或者部分替代电视机集成芯片的该部分功能,完成实验,主要有:(1)色度信号分离(从CBAS到Fu、Fv)设计实验;(2)色度信号解调(Fu、Fv到R－Y、G－Y、B－Y)设计实验;(3)色度解码锁相环失锁现象分析实验设计;(4)彩色制式变换(从PAL到NTSC)实验设计等等。
2 设计性电视实验的实施方案
2.1 设计性实验的一般方法
电路模板(块)的设计通常包含设计原理和制作电路两部分。其实施方案通常包括以下几个步骤。
第一,弄清实验的目的。即设计出的电路模板是用来干什么的,是分离信号以便观察,是制式变换了解电路改动,还是频谱变换观察波形等等。
第二,弄清模板所需的输入信号来源,是什么类型的输入信号,是从电视机集成芯片的那个引脚输出的,还要了解信号是调制前的信号还是调试后的信号,是高频、中频还是低频,信号幅度有多大,输出端的阻抗是多少等等。
第三,根据以上两步设计需要的实验电路。确定电路的输入阻抗以便与电视机的输出端实现匹配,确定电路处理信号的形式:是使用有源网络还是无源网络,是否使用放大器,使用几级放大器,每一级接法如何,是否使用特殊元器件,如何获得这些特殊元器件,如果没有应该如何修改电路或用其他元器件代替来实现实验的要求。确定每一元器件的电参数、接法等等。
第四,设计电路板。确定是自己开发专用的实验电路板还是直接使用万能板焊接,确定如何布线才能使信号受到的互相干扰最少,调试最方便等等。
第五,根据以上的三四点采购电路元件,制作电路板,根据原理图焊接元件,焊接完后还要认真检查,该焊的地方是否接通了,该开路的地方是否开路了。
第六,联机测试,根据设计电路的要求测量出需要的数据、量值,观察输出波形、噪波水平等等。
第七,通过测试验证模板电路设计的成功与否。若成功则考虑其存在的不足,设法在原电路的基础上改进;若不成功寻找失败的原因,是元器件损坏还是参数选择不正确;是电路设计不够合理还是制作电路板焊接时大意出错等等。
第八,根据上一步测试的结果决定是优化电路还是重新修改设计以达实验目的等等。
第九,根据制作过程和实验数据完成实验报告,总结设计的经验等等。
设计性实验是一种有强目标性的活动,必须遵从相关的设计原则和规范,按照一定的程序和步骤来进行。遵循科学、合理的设计程序,能有效地解决出现在各个步骤中的问题,以保证设计的顺利进行。设计程序和步骤应该是动态的,是循环渐进的,也可以是循环交错的。
2.2 设计案例—— 色信号分离设计实验
色信号分离实验要求从CBAS信号中分离出Fu、Fv信号,此过程包括Y、C分离及U、V分离。本实验从电视机的色解码集成芯片的VEDIO OUT引脚取得CBAS信号,经设计模板分离出Fu、Fv信号。
从CBAS信号分离Y、C信号可以通常可以采用频率分离的方法,可以使用高通、带通滤波器。从C信号中分离Fu、Fv信号可以采用频率和相位双重分离的办法,最常用的是梳妆滤波器。
图1所示是学生设计的实验电路原理图(图中电容单位为μF,电阻单位为Ω),图中采用了带通和梳妆滤波器,并加入两级放大电路,以满足测试设备对Fu、Fv信号大小的要求。
3 设计性电视实验的评估
设计性电视实验的评估分为设计电路模板(块)评估和学生成绩评定两部分。
3.1 设计模板的评估
设计电路模板(块)的评估可以从以下几方面进行:(1)设计理论的评价:主要从设计的先进性、可行性、技术线路的可行性等方面进行评价;(2)设计电路的评价:主要从电路的合理性、难以程度、性能价格比等方面进行评价;(3)制作电路评价:主要从电路的布线合理性、电路板制作工艺的好坏、元件的焊接、成品的外观等方面进行评价;(4)设计电路性能评价:这是主要的评价,实验电路板是否能完成设计的功能、能否完成实验要求、实验数据是否合理、误差是否在允许范围等等。
设计模板的工作通常以设计小组来进行的,模板的优劣反映的是小组的整体设计水平,也反映了小组的团队合作精神,其评估结果关系到每个小组成员的成绩。
3.2 学生成绩评定
学生的成绩评定包含两部分:设计电路模板的评估结果和个人的表现。具体来说,就是按照一定的权重计入设计模板的评估成绩(占60%～70%)和个人在设计中的作用大小的评定成绩(占30%～40%)。
学生个人在设计中的作用评定可以从以下几方面进行:(1)在制定设计方案中的作用:主要从设计资料的收集整理,技术线路的选取,理论的考证,方案的编写等方面进行衡量;(2)在解决技术难点中的作用:主要从电路的整体设计,重点元器件的选取和采购,设计指标的制定,模板的系统调试等发面进行衡量;(3)在加工制作中的作用:主要从电路模板的制作,焊接、成品的外观包装等方面进行衡量;(4)在设计答辩中的表现:主要从设计交流,设计展示,答辩会上的表现等方面进行衡量。
此外,还要考虑在小组中的职务,与其他小组成员的合作,以及个人努力程度等因素,综合起来衡量,最后评定个人成绩。通常设计模板的评估成绩对于同一个小组而言,每个成员的成绩是一样的,而个人的作用评定也就成了区分同组各个成员的成绩唯一来源,因此要求尽可能公平公正。
4 结语
经过多年的摸索,设计性实验实现了一举两得的效果:首先,解决了电视机的集成度太高而无法进行实验的矛盾。因为实验要求的过程,例如划分功能电路、确定各功能电路的输入与输出电路、插入参数调整电路、建立测试点、完成电视实验等工作,在设计模板上均可以完成,不会受到集成芯片的束缚。
其次,培养了学生技术素养。学生通过设计而掌握的技术具有很强的生命力,是一种系统性的、有创新意识的能力。学生实现了在学习中研究,在研究中学习,加强学习和研究的互动性,有利于学校培养研究型的人才,为学生走向社会打下良好的基础。
参考文献
[1] 刘琼发,江茂.彩色电视机原理与实验(上、下册)[M].高等教育出版社,2004,6.
[2] 李林和.电视机原理与技术[M].西安电子科技大学出版社,2002,7.
[3] 姚福安.电子电路设计与实践[M].山东科技技术出版社,2001.
[4] 杨翠娥.高频电子线路实验与课程设计[M].哈尔滨工业大学出版社,2001,1.
[5] 魏海明.实用电子电路500例[M].山东科技出版社,2001.
关键词:电视电视实验设计性实验离机实验
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1673-9795(2011)05(a)-0052-02
1 设计性电视实验的开设原则
1.1 传统的电视实验
传统的电视实验以电视机为目标设备,依据电视机这个平台进行一系列的实验,如:信号分离、通道测试、波形变换、频谱变换测试、失锁现象分析、制式变换及故障分析等等,主要是一些验证性实验、分析性实验和少量研究性实验。而验证性和分析性实验有一个明显的特征:它通常是以电视机的功能电路“块”为测试对象,要求电视机的各个功能电路“块”之间要有明显的输入、输出接点,以方便实验的信号检测和调试。
以色度通道电视实验为例,其中的色解码电路和恒定亮度原理实验,就要求完成以下的波形变换和频谱变换测试。
(1)彩色全电视信号CBAS经4.43MHz陷波和带通亮色分离电路后输出亮度信号Y与色度信号C,Y经延时送往视放矩阵,C送往色差信号Fu、Fv分离电路。实验要求测试信号CBAS、C和Y。
(2)C信号经梳妆滤波器分离电路后输出Fu、Fv信号,蓝色差信号(调幅被)Fu与红色差信(调幅被)号Fv送往两个解调电路。实验要求测试信号C、Fu和Fv。
(3)在解调电路中,分别完成Fu、Fv信号的解调,输出红色差信号R－Y和蓝色差信号B-Y,并一起送往末级视放矩阵电路。实验要求测试信号Fv、Fu、R-Y和B-Y。
(4)在视放矩阵电路中完成解调,输出基色信号R(红基色)、G(绿基色)、B(蓝基色),送往显像管显像。实验要求测试信号R-Y、B-Y、R、G和B。
1.2 设计性电视实验
设计性电视实验除了教学改革的需求之外,还有一个重要的原因:近年来,大规模、超大规模集成芯片的广泛使用,电视机电路的集成度越来越高。大规模、超大规模集成电路电视机追求的是:千方百计把尽可能多的电路集成到芯片中去,什么功能电路分类的划分、功能电路参数的调整、信号测试等等传统的设计要素都要退居次位,实验教学的测试更不会纳入考虑范畴。
以近年常见的国产电视机的解码主芯片(DM8361)为例,它几乎集成了图像中放、视频检波、色度解码、伴音处理等电路,且外围电路极少,因此许多传统的实验无法进行。
传统实验遇到了新问题,解决新问题为教学改革提供了很好的切入点。通过多年的摸索,我们在实验中针对电视机集成度越来越高与电视实验要求测试电视机的各部分电路功能的矛盾,引入设计性电视实验,开设的原则就是直接要求学生设计电视机集成芯片中无法测量的功能电路,制作成电路模板(块),并替代、或者部分替代电视机集成芯片的该部分功能,完成实验,主要有:(1)色度信号分离(从CBAS到Fu、Fv)设计实验;(2)色度信号解调(Fu、Fv到R－Y、G－Y、B－Y)设计实验;(3)色度解码锁相环失锁现象分析实验设计;(4)彩色制式变换(从PAL到NTSC)实验设计等等。
2 设计性电视实验的实施方案
2.1 设计性实验的一般方法
电路模板(块)的设计通常包含设计原理和制作电路两部分。其实施方案通常包括以下几个步骤。
第一,弄清实验的目的。即设计出的电路模板是用来干什么的,是分离信号以便观察,是制式变换了解电路改动,还是频谱变换观察波形等等。
第二,弄清模板所需的输入信号来源,是什么类型的输入信号,是从电视机集成芯片的那个引脚输出的,还要了解信号是调制前的信号还是调试后的信号,是高频、中频还是低频,信号幅度有多大,输出端的阻抗是多少等等。
第三,根据以上两步设计需要的实验电路。确定电路的输入阻抗以便与电视机的输出端实现匹配,确定电路处理信号的形式:是使用有源网络还是无源网络,是否使用放大器,使用几级放大器,每一级接法如何,是否使用特殊元器件,如何获得这些特殊元器件,如果没有应该如何修改电路或用其他元器件代替来实现实验的要求。确定每一元器件的电参数、接法等等。
第四,设计电路板。确定是自己开发专用的实验电路板还是直接使用万能板焊接,确定如何布线才能使信号受到的互相干扰最少,调试最方便等等。
第五,根据以上的三四点采购电路元件,制作电路板,根据原理图焊接元件,焊接完后还要认真检查,该焊的地方是否接通了,该开路的地方是否开路了。
第六,联机测试,根据设计电路的要求测量出需要的数据、量值,观察输出波形、噪波水平等等。
第七,通过测试验证模板电路设计的成功与否。若成功则考虑其存在的不足,设法在原电路的基础上改进;若不成功寻找失败的原因,是元器件损坏还是参数选择不正确;是电路设计不够合理还是制作电路板焊接时大意出错等等。
第八,根据上一步测试的结果决定是优化电路还是重新修改设计以达实验目的等等。
第九,根据制作过程和实验数据完成实验报告,总结设计的经验等等。
设计性实验是一种有强目标性的活动,必须遵从相关的设计原则和规范,按照一定的程序和步骤来进行。遵循科学、合理的设计程序,能有效地解决出现在各个步骤中的问题,以保证设计的顺利进行。设计程序和步骤应该是动态的,是循环渐进的,也可以是循环交错的。
2.2 设计案例—— 色信号分离设计实验
色信号分离实验要求从CBAS信号中分离出Fu、Fv信号,此过程包括Y、C分离及U、V分离。本实验从电视机的色解码集成芯片的VEDIO OUT引脚取得CBAS信号,经设计模板分离出Fu、Fv信号。
从CBAS信号分离Y、C信号可以通常可以采用频率分离的方法,可以使用高通、带通滤波器。从C信号中分离Fu、Fv信号可以采用频率和相位双重分离的办法,最常用的是梳妆滤波器。
图1所示是学生设计的实验电路原理图(图中电容单位为μF,电阻单位为Ω),图中采用了带通和梳妆滤波器,并加入两级放大电路,以满足测试设备对Fu、Fv信号大小的要求。
3 设计性电视实验的评估
设计性电视实验的评估分为设计电路模板(块)评估和学生成绩评定两部分。
3.1 设计模板的评估
设计电路模板(块)的评估可以从以下几方面进行:(1)设计理论的评价:主要从设计的先进性、可行性、技术线路的可行性等方面进行评价;(2)设计电路的评价:主要从电路的合理性、难以程度、性能价格比等方面进行评价;(3)制作电路评价:主要从电路的布线合理性、电路板制作工艺的好坏、元件的焊接、成品的外观等方面进行评价;(4)设计电路性能评价:这是主要的评价,实验电路板是否能完成设计的功能、能否完成实验要求、实验数据是否合理、误差是否在允许范围等等。
设计模板的工作通常以设计小组来进行的,模板的优劣反映的是小组的整体设计水平,也反映了小组的团队合作精神,其评估结果关系到每个小组成员的成绩。
3.2 学生成绩评定
学生的成绩评定包含两部分:设计电路模板的评估结果和个人的表现。具体来说,就是按照一定的权重计入设计模板的评估成绩(占60%～70%)和个人在设计中的作用大小的评定成绩(占30%～40%)。
学生个人在设计中的作用评定可以从以下几方面进行:(1)在制定设计方案中的作用:主要从设计资料的收集整理,技术线路的选取,理论的考证,方案的编写等方面进行衡量;(2)在解决技术难点中的作用:主要从电路的整体设计,重点元器件的选取和采购,设计指标的制定,模板的系统调试等发面进行衡量;(3)在加工制作中的作用:主要从电路模板的制作,焊接、成品的外观包装等方面进行衡量;(4)在设计答辩中的表现:主要从设计交流,设计展示,答辩会上的表现等方面进行衡量。
此外,还要考虑在小组中的职务,与其他小组成员的合作,以及个人努力程度等因素,综合起来衡量,最后评定个人成绩。通常设计模板的评估成绩对于同一个小组而言,每个成员的成绩是一样的,而个人的作用评定也就成了区分同组各个成员的成绩唯一来源,因此要求尽可能公平公正。
4 结语
经过多年的摸索,设计性实验实现了一举两得的效果:首先,解决了电视机的集成度太高而无法进行实验的矛盾。因为实验要求的过程,例如划分功能电路、确定各功能电路的输入与输出电路、插入参数调整电路、建立测试点、完成电视实验等工作,在设计模板上均可以完成,不会受到集成芯片的束缚。
其次,培养了学生技术素养。学生通过设计而掌握的技术具有很强的生命力,是一种系统性的、有创新意识的能力。学生实现了在学习中研究,在研究中学习,加强学习和研究的互动性,有利于学校培养研究型的人才,为学生走向社会打下良好的基础。
参考文献
[1] 刘琼发,江茂.彩色电视机原理与实验(上、下册)[M].高等教育出版社,2004,6.
[2] 李林和.电视机原理与技术[M].西安电子科技大学出版社,2002,7.
[3] 姚福安.电子电路设计与实践[M].山东科技技术出版社,2001.
[4] 杨翠娥.高频电子线路实验与课程设计[M].哈尔滨工业大学出版社,2001,1.
[5] 魏海明.实用电子电路500例[M].山东科技出版社,2001.