鎖相技術課程的教學改革與實踐

鎖相技術課程的教學改革與實踐

　　鎖相技術課程的教學改革與實踐
　　
　　沈文麗 佘燕平 林麗莉
　　
　�。ㄕ憬�工商大學信息與電子工程學院，浙江杭州310018）
　　
　　[摘要] 鎖相技術課程內容理論性強、抽象概念多、教學難度大、內容更新速度快。為了開拓學生的視野、提高學生的學習興趣，針對教學中存在的問題，從改進教學課件、增加實驗課程以及采用Matlab軟件等方面來探索如何提高課堂教學效果。實踐表明，通過以上教學方法的改革，教學質量得到了提高，教學實踐取得了良好的效果。
　　
　　[關鍵詞] 鎖相技術；教學課件；實驗課程；Matlab軟件
　　
　　[中圖分類號]G642.O
　　
　　[文獻標識碼] A
　　
　　[文章編號] 1005-4634 （2012） 06-0080-02
　　
　　0 引言
　　
　　鎖相技術課程是我國高校信息與電子工程學科一門工程性和綜合性都很強的專業基礎課。因此對學生的要求比其它課程高得多，僅靠傳統的教學方法和手段，學生的學習積極性仍得不到最大程度的調動，往往達不到很好的效果。聶翔等人通過針對鎖相技術課程采用雙語教學的方法，對如何在高等工程教育中融入雙語授課、并提高雙語教學效果進行了有益探討。孫嬌燕將計算機引入鎖相技術課程的教學中，用計算機來模擬鎖相環路的捕捉過程和對其進行穩定性分析。浙江工商大學信息與電子工程學院采用更加生動形象的PPT課件、Mat-lab應用軟件、虛實結合的實驗模式等多種輔助教學手段來改革傳統的教學思路，使學生對鎖相技術的基本概念、性質、方法等有更加透徹的理解，提高鎖相技術課程的教學質量。實踐證明，通過以上三種教學方法的改進，取得了一定的教學效果。因此，筆者將對改進教學課件、采用實驗模式和Mat-lab應用軟件的教學方法作詳細的介紹。
　　
　　1 改進PPT課件
　　
　　鎖相技術課程內容抽象，特別是鎖相環路的跟蹤性能、噪聲性能和捕獲性能內容中，公式的數學推導過多，需要學生具有扎實的數學功底。PPT課件應具備多樣化形式，除介紹基本的公式內容外，還應增加Flash動畫、圖片、流媒體等形式，盡量將抽象的理論公式形象化。比如在介紹一階鎖相環路的捕獲、鎖定與失鎖內容時，由于一階鎖相環路是最基本的環路，是掌握二階甚至更高階環路特性的基礎，必須詳細講解。
　　
　　一階鎖相環路的瞬時頻差與瞬時相差直接的關系為
　　
　　Oe（t）=△w。- Ksinθe（t）
　　
　　根據上式在[θe（t），Oe（t）]平面內作的圖是一條縱坐標為水平線與一個幅度等于K的正弦曲線之差的曲線。當△w。<K時，該曲線應與橫軸相交。圖形如圖1所示。
　　
　　可采用動畫功能，動態地給出曲線上各點的運動軌跡。相位軌跡與Oe（t）軸有很多交點，每一個2兀周期內有兩個交點A與B。交點A、B相應的狀態是頻差Oe（t）等于零、相差Oe（t）等于常數，這是環路的平衡狀態。其中A點是穩定平衡點，狀態偏離A點之后，會按箭頭所示的方向朝A運動，最終仍穩定在A點。B點則是不穩定平衡點，若條件改變，使得環路狀態偏離B點，就會沿箭頭所示方向進一步偏離B點，最終穩定到鄰近的溫度平衡點A，而不會再返回B點。通過動態地演示相位軌跡點的運動過程，使得學生直觀地了解當△w。<K時一階環的捕獲過程，理解穩定平衡點和不穩定平衡點的異同。
　　
　　2實驗輔助手段
　　
　　在實驗課上，采用結合教學和實驗的需要而研制開發的綜合鎖相技術實驗箱，進行課堂輔助教學。本實驗箱應用模塊化設計，系統配置了直流穩壓電源（±5V、0.5A;士12V、0.5A共4路，每路均有短路保護自動恢復功能）、正弦信號發生器（500Hz——30KHz）、8位數顯頻率計（1Hz——lOMHz）、直流電壓表（范圍0——20V，分200mV、2V、20V三檔）、鎖相環模塊、移相器模塊、分頻器及調頻器模塊等。通過實驗有利于學生動手能力的培養和加深對原理的深刻理解。其主要實驗項目包括鎖相環單元實驗、移相器單元實驗、分頻器單元實驗、調頻器單元實驗、環路部件特性測試實驗、鎖相環靜態特性測試實驗、鎖相環應用實驗一解調器實驗、鎖相環應用實驗一頻率合成實驗等。
　　
　　以數字頻率合成實驗為例，實驗主要目的是熟悉鎖相式數字頻率合成器的電路組成與工作原理，并掌握VCO壓控振蕩器的基本工作原理。其電路原理框圖如圖2所示。
　　
　　使用時按所需分頻比Ⅳ預置好Sl、S2、S3的輸入數據。f0=N·fR。將程序分頻器的分頻比Ⅳ置成1，也就是把分頻器的百位、十位電路斷開，個位電路置成“0001”狀態，或者不接入百位和十位的兩級程序分頻器，即把壓控振蕩器VCO的輸入端用導線直接連接到相位比較器的比較信號輸入端第三引腳，這時，該電路就是一個基本鎖相環電路。此時，設壓控振蕩器產生頻率為fo的輸出信號經程序分頻器后，得到頻率為f的比較信號，送至相位比較器的第3引腳端，這兩個信號在相位比較器2中進行比較。當鎖相環鎖定后，可得到：fr=fv；其中fv=fo /N；代入得fo=N·fR。由此可知，當fR固定不變時，改變兩級程序分頻器的分頻比Ⅳ，VCO的振蕩頻率（也就是頻率合成器的輸出頻率）也得到相應的改變。
　　
　　3 Matlab軟件的應用
　　
　　將Matlab引入至鎖相技術的課堂教學中。在研究鎖相環路跟蹤性能時，會遇到很多純數學公式。學生在學習過程中，除了看懂公式以及了解圖形大概所呈現的意思外，對兩者之間的聯系很難有更深的理解和認識，在理解和掌握過程中產生了知識的脫節。如果在教學過程中，采用Matlab工具作為輔助教學手段，要求學生自己動手運用Matlab軟件強大的圖形功能將理論公式轉化為更形象的圖形表述。通過這個過程，學生可以更好的理解公式所要表達的意思以及從圖形中可以進一步加快和加深對公式的理解和認識。將死記硬背公式的方式轉化為以理解公式和圖形為主的方法。減少學生在學習過程中的困難，使學習內容更形象具體，便于理解。
　　
　　鎖相技術中以采用無源比例積分濾波器的二階環為例，此時環路的開環頻率響應為
　　
　　對于無源比例積分濾波器的二階鎖相環路，筆者選取t1>t2，所以分3個區間討論10倍頻程內開環頻率響應幅度的下降dB數。
　　
　　4 結束語
　　
　　利用改進教學課件、增加實驗課程和采用Mat-lab軟件三種方法改革鎖相技術課程的傳統教學方式。實踐證明，三種方法相輔相成，一定程度地提高了教學質量，達到了預期的教學效果。

【鎖相技術課程的教學改革與實踐】相關文章：

對電工電子技術課程教學改革與實踐進行分析08-19

新課程與教學改革08-17

淺析中職學校旅游專業教學改革中的實踐課程08-18

新課程與教學改革（續）08-17

信息技術與課程整合的研究與實踐08-17

淺議職業中學建筑施工技術課程教學改革08-20

淺議職業中學建筑施工技術課程教學改革08-18

軌道交通信號與通信技術課程教學改革08-18

高職高專幼師鋼琴課程教學改革的研究與實踐08-19

新課程與教學改革（續三）08-17