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暑期专业实践思想小结
XXX
XX班
XX学号XX 这次的暑期专业实践，我选择了XX大学电工电子实验教学中心，完成了FPGA虚拟仪器的开发工作。之所以选择在电工电子实验教学中心，这个让很多同学噩梦连连的地方进行暑期实习，是因为我本身对硬件的开发很感兴趣，也希望能够将所学的知识变为看得见摸得着的实物。
学以致用、善于了解客户需求
这次实习工作的主要任务是完成数字示波器的调试开发工作，用一块便于携带的FPGA开发板和电脑就可以替代传统示波器的基本功能，并可以在其中集成万用表、函数发生器、学习机的基本功能，协助用户在仅有该装置的情况下也能够独立进行基本的电路实验。此装置的需求确实存在，回想当我们做电子电路实验的时候，经常苦于回到宿舍没有装置进行测量和调试。同时，市场上的数字示波器价格较昂贵，且不能完全满足电子电路实验的需求。因此该装置如果能够面市，势必可以降低的成本满足高校实验室、电子电路爱好者的绝大部分需求。学以致用，是我一直以来贯彻的想法。在自动化专业学习了两年，我一直希望能够有机会让自己真正的参与一次电子产品的开发。不论之后的研究方向是否会再和电子类方向打交道，我都想真正的去开发一次产品，体验下自己产品能够为他人带来便利的快乐。之前有同学已经做了这个项目的铺垫工作，我接手的时候已经制成了测试板用于调试。但是我却发现了一个问题，所谓的“测试板”仅仅是在技术上的“测试板”，例如，使用了多款不同型号的USB通信芯片，用了不同信号、封装大小的FPGA芯片、电力电子电路对不同电压的控制等，但是“测试板”却没有为真正调试测试所需提供必要的便利。例如，对于分模块调试时，应该会遇到要观察某几路控制信号的变化情况，但是调试板上却没有便于观察的LED灯装置，对于测试常用的接地端也没有设置明显的公共共地端。这些问题在之后的开发中带来了不小的不便。同时，我在实习期间接触到了由美国国家仪器公司开发的数据采集器NI myDAQ，该仪器实现了我们计划实现的大部分功能。但同时，NI开发的产品也存在着以下问题：
1、输出的器件供电电压过于局限，仅有5V和12V，对于其他常见的15V，3.3V，1.9V等却没有相应的输出。但是从板级设计来讲，增加几个供电电压端口不会增加过多的成本，但却为客户解决了后顾之忧；
2、数据采集器可能更多的专注于将设备做小，以至于里面缺乏很多辅助的实验材料，比如滑动变阻器、触点开关、数码管显示等。但这几项对于整个装置来说，并不会增加太多的体积，但会为客户带来很多便利，不用再苦于没有这些辅助实验装置；
3、NI myDAQ核心芯片采用的是DSP，运算速度有限，这就使得在采样速率、函数发生器等功能上都造成了频率上的限制。而专业实践中的数字示波器采用的是核心芯片用的是FPGA，运算速度大大提高，为之后的功能拓展打下了良好的硬件基础。
通观以上出现的问题，我觉得症结出现在开发者没有切实的了解潜在用户的使用需求，而是从开发者自身的角度去看待问题。可能开发者的不留意或不小心，就会为用户带来极大的不便，例如，在调试“测试板”时，却需要用到实验室学习机上的LED等和触点开关，使得本应该非常“清爽”的调试过程中出现了学习机这个“庞然大物”，也使非常用户非常的困扰。而这些问题本来在开始时是可以避免的，需要的只是站在用户的角度思考问题，才能切实了解用户的需求。
因此在实习阶段，我为装置接下来的开发提出了很多想法，同时我也为现阶在熟悉NI myDAQ期间，指导老师任老师希望我能为学弟学妹写一份关于NI 段的不便找到了相应的解决办法。
myDAQ的使用说明，用于指导学生自主进行电子电路实验。NI myDAQ的使用十分的方便，人机交互也做得比较人性化，但这看起来很容易的工作却也需要极大的细心。因为实验报告的目的是帮助同学通过使用NI myDAQ来完成电子电路实验，所以在实验报告中要考虑到所有实验中会遇到的情况，看该装置是否能够满足，若不能够满足是否有替代或补救方法。为了能够了解所有可能出现的问题，我将电子电路实验课程中的所有实验仔细过了一遍，将可能出现的问题一一挑出，并寻找替代措施。不找不知道，一找下一跳，我发现设备输出的数字信号对有些数字器件不能被识别，后来仔细查找原因才发现仪器输出的数字信号是TTL电平，不能用于驱动CMOS类型的器件。而我通过查阅相关系列器件的数据参数，我发现可以用使用高速CMOS系列器件作为输出信号的前驱，因为该系列器件刚刚好可以被TTL驱动，且输出能够驱动CMOS器件。相关的问题我还找到很多，并很快的归纳出使用该仪器辅助电子电路实验时的注意事项。同时，也为了学生提供了安装指导，对安装环节可能出现的问题也做了详细说明。实验指导书的撰写工作得到了老师的肯定，这也让我确信了开发工作应该从用户的角度出发，考虑并满足用户所有的合理要求。大到产品的开发，小到实验指导书的撰写，任何工作都不能仅以开发者或作者自己为中心。技术再好，如果不能满足用户需求，也无用武之地，不能实现它的价值，也不能实现开发者或作者劳动力的价值。
化繁为简，采用高效的调试方法
当拿到这个项目的时候，着实让我头疼了好一阵。面对一个密密麻麻的板子，首先数字示波器，要集合双踪示波器、学习机、万用表、函数发生器等功能，面对十几个全英文的器件手册，我感觉根本无从下手。
对于进一步的开发，还可以在PC端进行频谱分析、X_Y模式显示、数字信号时钟分析等功能。面对众多的功能，首先应该将任务分类、简化，并有计划的分阶段完成。面对上面的各种功能，有些功能是辅助材料，如学习机部分功能，有些功能需要对硬件编程，如示波器和函数示波器，有些功能是在后期LabVIEW开发中进行，如频谱分析等各种功能。因此当前阶段的功能，就可以着眼于最基本的功能，双踪示波器和函数发生器。从硬件角度来讲，双踪示波器需要的是AD模数转换到FPGA芯片到USB通信芯片，而函数发生器则是通过USB通信芯片给控制信号，控制FPGA对DA数模转换模块的输出。由于采用的硬件模块不一样，而数字示波器最基本的功能是双踪示波器，即显示波形，因而只专注示波器的实现。而双踪示波器的基础是实现单路信号的波形显示，因此此次实习的主要化简为实现单路波形信号的采集和通信。而在这个子任务中，也分为两个阶段的任务，第一个阶段是对FPGA编程，控制硬件的操作。第二个阶段，当信号可以通过硬件传入PC机中后，通过PC端的LabVIEW软件进行人机交互界面的编写，完成对硬件的进一步控制，实现单路示波器的基本功能。进而在此基础上，再调试双踪示波器。下面再分析单路示波器的结构，其通过控制FPGA完成数据从AD芯片采集进系统，并通过USB芯片写入主机HOST中。而读入AD信号和写出数据的速率并不一样，因此要在FPGA中设置一个先入先出的内存FIFO，然后将AD采入的信号写入FIFO中，再由FIFO中读出信号由USB芯片输出，同时也接收来自PC机的数据。那么接下来的任务便是了解硬件AD模数转换芯片、USB芯片、FIFO的读写特性，查看相应的器件手册，了解它们的控制方法和时序特性，以便用FPGA来控制。“浩瀚”的器件手册此时开始变得有章可循了。在了解了各个硬件特性之后，由于PC端LabVIEW软件没有完成，不能由PC端向FPGA发送指令，因此在当前的调试阶段，对于未来将采取由PC端控制的信号，如PGA_GAIN、采样速率、超量程保护等，都可以采用默认的固定值的方式，以简化调试。同时，为了进一步简化系统，仅完成波形的显示，对于PC机给出的数据仅仅接收而不做任何处理。接下来就是完成三个模块的状态机编写。先不急着写代码，想清楚后各个模块要完成的功能和操作，再开始编程，并对使用中可能遇到的各种情况都做时序仿真，以保证鲁棒性。再对各个模块进行分别的上机调试，此时可以按照时序仿真时候的设置，对各个情况都进行检验。遇到bug，将此模块再次简化，一点一点调试，找到问题修改后，再将各部分连调直至成功为止。最后就各个模块接在一起，进行最终连调。
坚持严谨的治学科研态度
严谨、勤奋、求实、创新，清华学风告诫我们要严谨的对待我们的科研任务。在这次的实习中，我在编写USB_RW模块时，第一次采用了比较山寨的结构，编译通过后虽然没有报错，但是却有多达136处警告信息。我开始并未在意，但是在后来翻阅前人的程序时，了解常用的状态机编写的结构。考虑再三，我最终还是用了一天半的时间，将程序重新写过。这次，编译通过后的警告仅有11处。通过对比，我发现了我在之前“自创”的山寨结构中，无意中使寄存器重复的接受一个触发信号，造成了不安全的操作，增加了不稳定型。虽然仅仅是一件小事，却也让我对我们的学风有了更深的认识。在进行NI myDAQ实验指导书撰写的过程中，我也坚持重温了电子电路实验课程中所涉及的所有实验，坚持确认实验中的每个细节，考虑NI myDAQ能够实现，或想到解决办法。虽然将所有实验重现一次需要大量的精力，但是我觉得将会遇到的问题在使用之前都找出来，就可以为之后老师和同学的使用带来便利，不会到时候耽误大家的时间，也让我觉得自己的工作有意义。
实践期间，自己的不足
对于自己在专业实践之中的表现，我觉得还有以下做的不够的几个地方：(1)不能养成良好的科研作息习惯
每天到了实验室，不能立刻进入工作状态，而到了下班时间则迟迟不想下班，想再多写一会儿。每天总想第二天能白天效率高，晚上不熬夜，但是到了第二天，依旧老样子。我认为拥有良好的科研作息习惯，是未来能够有良好的科研生活的必要保证，是身体健康、生活张弛有度的前提。如果一味的白天效率低，晚上熬夜来补进度，这样只会让自己一天都困在本来8小时可以完成的工作中，使得人在一天之中得不到有效的休息，未来势必影响自己的效率和健康。(2)对老师工作进度汇报不积极
由于指导老师对我没有硬性的工作汇报，我基本是再完成一部分工作之后向老师汇报一次，有时候进展慢，就不再向老师汇报。虽然工作最后基本完成，但是没有让老师及时的跟进自己的进度。和老师保持良好的沟通，将为自己避免走很多弯路，也会得到很多学术上的指导。不及时汇报工作进度，还容易让人慢慢懒散下去，进度变得越来越慢。
(3)不能良好将生活和工作分开
由于白天效率低，基本都靠晚上熬夜来补白天的进度，周末加班来补工作日落下的进度。这样一来，虽然工作还是完成了，但是却没有了自己的时间。玩的时候想着工作，工作的时候又想着玩，使得自己生活最重要的两个部分混在了一起。这样一来，玩的也不尽兴，工作的也不尽全力，自己的精神也越来越差。(4)对于专业实践中遇到的问题，讷于请教
由于实验室中没有研究生，老师们又不和我在一个实验室，整个暑期专业实践期间，我都是一个人在实验室。这也让我遇到问题时，多数情况是靠网络或书籍来解决。对于学术问题，自己想办法解决是好事，但是对于FPGA下载等技术性的问题，自己查又查不清楚，讷于请教让我耽误不少时间。
最后我还是要感谢系里为我们安排专业实践，让我切切实实的看到了自己学到的知识可以学以致用，在生活中有用武之地，可以解决现实中存在的问题。也感谢任艳频老师在这期间对我的指导和帮助。
应该多向老师们请教，这样也可以得到很多硬件开发的经验，而不是闭门造车。
